KR100749972B1 - 가공 대상물 절단 방법 - Google Patents

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Abstract

가공 대상물을 정밀도 좋게 절단할 수 있는 가공 대상물 절단 방법을 제공한다. 실리콘 웨이퍼 등의 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춰서 레이저 광(L)을 조사하여, 가공 대상물(1)의 내부에 다광자 흡수에 의한 개질 영역(7)을 형성하고, 이 개질 영역(7)에 의해, 가공 대상물(1)의 두께의 중심선(CL)으로부터 가공 대상물(1)의 표면(3)측으로 치우친 절단 기점 영역(8)을 절단 예정 라인을 따라 형성한다. 계속하여, 가공 대상물(1)의 이면(21)측으로부터 가공 대상물을 가압한다. 이것에 의해, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 균열을 발생시켜, 절단 예정 라인을 따라 가공 대상물(1)을 정밀도 좋게 절단할 수 있다.

Description

가공 대상물 절단 방법 {METHOD OF CUTTING PROCESSED OBJECT}
본 발명은 반도체 재료 기판, 압전 재료 기판이나 유리 기판 등의 가공 대상물을 절단하기 위한 가공 대상물 절단 방법에 관한 것이다.
레이저 응용의 하나로 절단이 있고, 레이저에 의한 일반적인 절단은 다음과 같다. 예를 들면 반도체 웨이퍼나 유리 기판과 같은 가공 대상물의 절단하는 개소에, 가공 대상물이 흡수하는 파장의 레이저 광을 조사하고, 레이저 광의 흡수에 의하여 절단하는 개소에 있어서 가공 대상물의 표면으로부터 이면을 향하여 가열 용융을 진행시켜서 가공 대상물을 절단한다. 그러나, 이 방법에서는 가공 대상물의 표면 중 절단하는 개소로 되는 영역 주변도 용융된다. 따라서, 가공 대상물이 반도체 웨이퍼인 경우, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 반도체 소자 중, 상기 영역 부근에 위치하는 반도체 소자가 용융할 우려가 있다.
이와 같은 가공 대상물의 표면의 용융을 방지하는 방법으로서, 예를 들면, 특개2000-219528호 공보나 특개2000-15467호 공보에 개시된 레이저에 의한 절단 방법이 있다. 이들 공보의 절단 방법에서는, 가공 대상물의 절단하는 개소를 레이저 광에 의해 가열하고, 그리고 가공 대상물을 냉각함으로써 가공 대상물의 절단하는 개소에 열 충격을 발생시켜 가공 대상물을 절단한다.
그러나, 이들 공보의 절단 방법에서는, 가공 대상물에 생기는 열 충격이 크면, 가공 대상물의 표면에 절단 예정 라인으로부터 벗어난 균열이나 레이저 조사되고 있지 않는 앞의 개소까지의 균열 등의 불필요한 균열이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 이들 절단 방법으로는 정밀 절단을 행할 수 없다. 특히, 가공 대상물이 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치가 형성된 유리 기판이나 전극 패턴이 형성된 유리 기판인 경우, 이러한 불필요한 균열에 의해 반도체 칩, 액정 표시 장치나 전극 패턴이 손상을 받는 일이 있다. 또, 이들 절단 방법에서는 평균 입력 에너지가 크기 때문에, 반도체 칩 등에 주는 열적 손상도 크다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 가공 대상물을 정밀도 좋게 절단할 수 있는 가공 대상물 절단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 가공 대상물 절단 방법은, 웨이퍼 형상의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞춰서 레이저 광을 조사하여, 가공 대상물의 내부에 다광자 흡수에 의한 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의해, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 가공 대상물의 일단면측으로 치우친 절단 기점 영역을 가공 대상물의 절단 예정 라인을 따라 형성하는 절단 기점 영역 형성 공정과, 가공 대상물의 타단면측으로부터 가공 대상물을 가압하는 가압 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 가공 대상물 절단 방법에 있어서는, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역에 의해, 가공 대상물을 절단해야 할 원하는 절단 예정 라인을 따라 가공 대상물의 내부에 절단 기점 영역을 형성한다. 이 때, 다광자 흡수는 가공 대상물의 내부에서 국소적으로 발생하고, 가공 대상물의 일단면이나 그 반대측의 타단면에서는 레이저 광이 거의 흡수되지 않기 때문에, 레이저 광의 조사에 의한 일단면 및 타단면의 용융을 방지할 수 있다. 그리고, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 일단면측으로 치우쳐서 절단 기점 영역이 형성되어 있기 때문에, 타단면측으로부터 가공 대상물을 가압하면, 상기 중심 위치에 절단 기점 영역이 형성되어 있는 경우와 비교하여, 작은 가압력으로 절단 기점 영역을 기점으로 하여 가공 대상물에 균열을 발생시킬 수 있다. 따라서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 불필요한 균열의 발생을 방지하고, 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 정밀도 좋게 절단할 수 있게 된다.
여기서, 집광점이란 레이저 광이 집광한 개소인 것이다. 또, 절단 기점 영역이란 가공 대상물이 절단될 때에 절단의 기점이 되는 영역을 의미한다. 따라서 절단 기점 영역은, 가공 대상물에 있어서 절단이 예정되는 절단 예정부이다. 그리고, 절단 기점 영역은 개질 영역이 연속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있고, 개질 영역이 단속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있다. 또, 「가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 가공 대상물의 일단면측으로 치우친 절단 기점 영역을 형성한다」란, 절단 기점 영역을 구성하는 개질 영역이, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 두께의 절반의 위치로부터 일단면측으로 치우쳐서 형성되는 것을 의미한다. 즉, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 개질 영역(절단 기점 영역)의 폭의 중심 위치가, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 일단면측으로 치우쳐서 위치하고 있는 경우를 의미하며, 개질 영역(절단 기점 영역)의 모든 부분이 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치에 대하여 일단면측에 위치하고 있는 경우로만 한정하는 의미는 아니다.
또, 가압 공정에서는 절단 예정 라인을 따라 가공 대상물을 가압하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가공 대상물의 타단면에 적층부로서 기능 소자가 매트릭스 형상으로 형성되어 있는 경우에 있어서 상기 가공 대상물을 기능 소자마다 절단할 때, 인접하는 기능 소자 사이에 절단 예정 라인을 설정하고, 이 절단 예정 라인을 따라 가공 대상물을 가압하면, 기능 소자마다 정확하게 가공 대상물을 절단할 수 있다. 게다가, 기능 소자로의 가압력의 작용을 거의 없앨 수 있다.
또, 절단 기점 영역 형성 공정에서는, 가공 대상물에 대한 절단 예정 라인의 위치 데이터를 기억하고, 가압 공정에서는 위치 데이터에 기초하여, 절단 예정 라인을 따라 가공 대상물을 가압하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 가공 대상물의 내부에 형성된 절단 기점 영역에 대하여 용이하며 또한 정확하게 가압력을 작용시킬 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법에 의한 레이저 가공 중의 가공 대상물의 평면도.
도 2는 도 1에 나타내는 가공 대상물의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도.
도 3은 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법에 의한 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도.
도 4는 도 3에 나타내는 가공 대상물의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도.
도 5는 도 3에 나타내는 가공 대상물의 V-V 선에 따른 단면도.
도 6은 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법에 의해 절단된 가공 대상물의 평면도.
도 7은 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법에 있어서의 전계 강도와 크랙 스폿의 크기와의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법의 제 1 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도.
도 9는 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법의 제 2 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도.
도 10은 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법의 제 3 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도.
도 11은 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법의 제 4 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도.
도 12는 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도면.
도 13은 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법에 있어서의 레이저 광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 장치의 개략 구성도.
도 15는 본 실시 형태에 관련된 절단 기점 영역 형성 공정을 설명하기 위한 플로차트.
도 16은 실시예1에 관련된 가공 대상물의 평면도.
도 17은 실시예1에 관련된 가공 대상물의 제작 공정을 나타내는 단면도.
도 18은 실시예1에 관련된 절단 기점 영역 형성 공정을 나타내는 단면도.
도 19는 실시예1에 관련된 가공 대상물에 있어서 절단 기점 영역이 중심선에 걸쳐서 위치하는 경우를 나타내는 단면도.
도 20은 실시예1에 관련된 가공 대상물에 있어서 절단 기점 영역의 모든 부분이 중심선에 대하여 표면측에 위치하는 경우를 나타내는 단면도.
도 21은 실시예1에 관련된 가공 대상물에 있어서 이면측의 절단 기점 영역이 중심선상에 위치하고, 표면측의 절단 기점 영역이 이면측의 절단 기점 영역과 표면의 사이에 위치하는 경우를 나타내는 단면도.
도 22는 실시예1에 관련된 가압 공정을 나타내는 단면도.
도 23은 실시예1에 관련된 확장 시트의 확장 공정을 나타내는 단면도.
도 24는 실시예1에 관련된 절단 기점 영역 형성 공정에 있어서 가공 대상물의 이면측으로부터 레이저 광을 조사하는 경우를 나타내는 단면도.
도 25는 실시예2에 관련된 절단 기점 영역 형성 공정을 나타내는 단면도.
도 26은 실시예2에 관련된 가압 공정을 나타내는 단면도.
도 27은 실시예2에 관련된 절단 기점 영역 형성 공정에 있어서 가공 대상물의 이면측으로부터 레이저 광을 조사하는 경우를 나타내는 단면도.
이하, 도면과 함께 본 발명의 적절한 실시 형태에 대해 상세히 설명한다. 본 실시 형태에 관련된 가공 대상물 절단 방법의 절단 기점 영역 형성 공정에서는, 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞춰서 레이저 광을 조사하고, 가공 대상물의 내부에 다광자 흡수에 의한 개질 영역을 형성한다. 그래서, 이 레이저 가공 방법, 특히 다광자 흡수에 대해서 먼저 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭(EG)보다도 광양자의 에너지(hv)가 작으면 광학적으로 투명해진다. 따라서, 재료에 흡수가 생기는 조건은 hv>EG 이다. 그러나, 광학적으로 투명하더라도, 레이저 광의 강도를 상당히 크게 하면 nhv>EG의 조건(n=2,3,4,···)으로 재료에 흡수가 생긴다. 이 현상을 다광자 흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이저 광의 강도는 레이저 광의 집광점의 피크 파워 밀도(W/㎠)로 정해지고, 예를 들면 피크 파워 밀도가 1×108(W/㎠) 이상의 조건에서 다광자 흡수가 생긴다. 피크 파워 밀도는, (집광점에 있어서의 레이저 광의 1펄스당의 에너지) ÷(레이저 광의 빔 스폿 단면적 ×펄스폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저 광의 강도는 레이저 광의 집광점의 전계 강도(W/㎠)로 정해진다.
이러한 다광자 흡수를 이용하는 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공의 원리에 대해서, 도 1∼도 6을 참조하여 설명한다. 도 1은 레이저 가공 중의 가공 대상물(1)의 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타내는 가공 대상물(1)의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도이며, 도 3은 레이저 가공 후의 가공 대상물(1)의 평면도이고, 도 4는 도 3 에 나타내는 가공 대상물(1)의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이며, 도 5는 도 3에 나타내는 가공 대상물(1)의 V-V 선에 따른 단면도이고, 도 6은 절단된 가공 대상물(1)의 평면도이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)에는, 가공 대상물(1)을 절단해야 할 원하는 절단 예정 라인(5)이 있다. 절단 예정 라인(5)은 직선 형상으로 뻗은 가상선이다(가공 대상물(1)에 실제로 선을 그어서 절단 예정 라인(5)으로 해도 된다). 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공은, 다광자 흡수가 생기는 조건으로 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춰서 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)에 조사하여 개질 영역(7)을 형성한다. 또, 집광점이란 레이저 광(L)이 집광한 개소를 말한다.
레이저 광(L)을 절단 예정 라인(5)을 따라(즉, 화살표 A 방향을 따라) 상대적으로 이동시킴으로써, 집광점(P)을 절단 예정 라인(5)을 따라 이동시킨다. 이것에 의해, 도 3∼도 5에 나타내는 바와 같이 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)의 내부에만 형성되고, 이 개질 영역(7)을 가지고 절단 기점 영역(절단 예정부)(8)이 형성된다. 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공 방법은, 가공 대상물(1)이 레이저 광(L)을 흡수함으로써 가공 대상물(1)을 발열시켜서 개질 영역(7)을 형성하는 것은 아니다. 가공 대상물(1)에 레이저 광(L)을 투과시켜 가공 대상물(1)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜서 개질 영역(7)을 형성하고 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저 광(L)이 거의 흡수되지 않으므로, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융되는 일은 없다.
가공 대상물(1)의 절단에 있어서, 절단하는 개소에 기점이 있으면 가공 대상물(1)은 그 기점으로부터 균열되므로, 도 6에 나타내는 바와 같이 비교적 작은 힘으로 가공 대상물(1)을 절단할 수 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 불필요한 균열을 발생시킴이 없이 가공 대상물(1)의 절단이 가능해진다.
또한, 절단 기점 영역을 기점으로 한 가공 대상물의 절단에는, 다음의 2가지를 생각할 수 있다. 하나는 절단 기점 영역 형성 후, 가공 대상물에 인위적인 힘이 인가되는 것에 의하여, 절단 기점 영역을 기점으로 하여 가공 대상물이 균열되어, 가공 대상물이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공 대상물의 두께가 큰 경우의 절단이다. 인위적인 힘이 인가된다는 것은, 예를 들면 가공 대상물의 절단 기점 영역을 따라 가공 대상물에 굽힘 응력이나 전단 응력을 가하거나, 가공 대상물에 온도차를 줌으로써 열 응력을 발생시키거나 하는 것이다. 다른 하나는 절단 기점 영역을 형성함으로써, 절단 기점 영역을 기점으로 하여 가공 대상물의 단면 방향(두께 방향)을 향하여 자연적으로 균열되어, 결과적으로 가공 대상물이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공 대상물의 두께가 작은 경우에는 1열의 개질 영역에 의해 절단 기점 영역이 형성되는 것으로 가능해지고, 가공 대상물의 두께가 큰 경우에는 두께 방향으로 복수 열 형성된 개질 영역에 의해 절단 기점 영역이 형성되는 것으로 가능해진다. 또한, 이 자연적으로 균열되는 경우도, 절단하는 개소에 있어서, 절단 기점 영역이 형성되어 있지 않는 부위에 대응하는 부분의 표면상에까지 균열이 앞질러 가는 일이 없고, 절단 기점 영역을 형성한 부위에 대응하는 부분만을 분할 절단할 수 있기 때문에, 분할 절단을 양호하게 제어할 수 있다. 최 근, 실리콘 웨이퍼 등의 가공 대상물의 두께는 얇아지는 경향에 있으므로, 이러한 제어성이 양호한 분할 절단 방법은 대단히 유효하다.
그런데, 본 실시 형태에 있어서 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서는, 다음의 (1)∼(3)이 있다.
(1) 개질 영역이 하나 또는 복수의 크랙을 포함하는 크랙 영역의 경우
가공 대상물(예를 들면, 유리나 LiTaO3으로 된 압전 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1×108(W/㎠)이상이고 또한 펄스폭이 1㎲ 이하의 조건으로 레이저 광을 조사한다. 이 펄스폭의 크기는, 다광자 흡수를 발생시키면서 가공 대상물의 표면에 쓸데없는 손상을 주지 않고, 가공 대상물의 내부에만 크랙 영역을 형성할 수 있는 조건이다. 이것에 의해, 가공 대상물의 내부에는 다광자 흡수에 의한 광학적 손상이라고 하는 현상이 발생한다. 이 광학적 손상에 의해 가공 대상물의 내부에 열 변형이 유기되어, 이것에 의해 가공 대상물의 내부에 크랙 영역이 형성된다. 전계 강도의 상한치로서는, 예를 들면 1×1012(W/㎠)이다. 펄스폭은, 예를 들면 1㎱∼200㎱가 바람직하다. 또한, 다광자 흡수에 의한 크랙 영역의 형성은, 예를 들면, 제45회 레이저 열 가공 연구회 논문집(1998년. 12월)의 제23쪽 ∼제28쪽의 「고체 레이저 고조파에 의한 유리 기판의 내부 마킹」에 기재되어 있다.
본 발명자는 전계 강도와 크랙의 크기와의 관계를 실험에 의해 구하였다. 실험 조건은 다음의 같다.
(A) 가공 대상물: 파이렉스(등록 상표) 유리(두께 700㎛)
(B) 레이저
광원: 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
파장: 1064㎚
레이저 광 스폿 단면적: 3.14×10-8㎠
발진 형태: Q 스위치 펄스
반복 주파수: 100kHz
펄스 폭: 30㎱
출력: 출력<1mJ/펄스
레이저 광 품질: TEM00
편광 특성: 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
레이저 광 파장에 대한 투과율: 60 퍼센트
(D) 가공 대상물이 재치되는 재치대의 이동 속도: 100㎜/초
또한, 레이저 광 품질이 TEM00란, 집광성이 높고 레이저 광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 피크 파워 밀도이고, 레이저 광이 펄스 레이저 광이므로 전계 강도는 피크 파워 밀도로 표시된다. 세로축은 1펄스의 레이저 광에 의해 가공 대상물의 내부에 형성된 크랙 부분(크랙 스폿)의 크기를 나타내고 있다. 크랙 스폿이 모여 크랙 영역이 된다. 크랙 스폿의 크기는, 크랙 스폿의 형상 중 최대의 길이로 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 검정 동그라미로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 100배, 개구수(NA)가 0.80인 경우이다. 한편, 그래프 중의 흰색 동그라미로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 50배, 개구수(NA)가 0.55인 경우이다. 피크 파워 밀도가 1011(W/㎠) 정도로부터 가공 대상물의 내부에 크랙 스폿이 발생하고, 피크 파워 밀도가 커짐에 따라 크랙 스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
다음에, 본 실시 형태에 관련된 레이저 가공에 있어서, 크랙 영역 형성에 의한 가공 대상물의 절단의 메커니즘에 대해 도 8∼도 11을 이용하여 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건으로 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춰서 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)에 조사하여 절단 예정 라인을 따라 내부에 크랙 영역(9)을 형성한다. 크랙 영역(9)은 하나 또는 복수의 크랙을 포함하는 영역이다. 이 크랙 영역(9)을 가지고 절단 기점 영역이 형성된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 크랙 영역(9)을 기점으로 하여(즉, 절단 기점 영역을 기점으로 하여) 크랙이 더욱 성장하고, 도 10에 나타내는 바와 같이 크랙이 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하며, 도 11에 나타내는 바와 같이 가공 대상물(1)이 균열됨으로써 가공 대상물(1)이 절단된다. 가공 대상물의 표면과 이면에 도달하는 크랙은 자연적으로 성장하는 경우도 있고, 가공 대상물에 힘이 인가되는 것에 의하여 성장하는 경우도 있다.
(2)개질 영역이 용융 처리 영역의 경우
가공 대상물(예를 들면, 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1×108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎲ 이하의 조건으로 레이저 광을 조사한다. 이것에 의해 가공 대상물의 내부는 다광자 흡수에 의하여 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역이 형성된다. 용융 처리 영역이란 일단 용융 후 재 고화된 영역이나, 바로 용융 상태의 영역이나, 용융 상태로부터 재 고화되는 상태의 영역이고, 상변화한 영역이나 결정 구조가 변화한 영역이라고도 할 수 있다. 또, 용융 처리 영역이란 단결정 구조, 비정질 구조, 다결정 구조에 있어서, 어떤 구조가 별도의 구조로 변화한 영역이라고도 할 수 있다. 즉, 예를 들면 단결정 구조로부터 비정질 구조로 변화한 영역, 단결정 구조로부터 다결정 구조로 변화한 영역, 단결정 구조로부터 비정질 구조 및 다결정 구조를 포함하는 구조로 변화한 영역을 의미한다. 가공 대상물이 실리콘 단결정 구조인 경우, 용융 처리 영역은 예를 들면 비정질 실리콘 구조이다. 전계 강도의 상한치로서는, 예를 들면 1×1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱∼200㎱가 바람직하다.
본 발명자는 실리콘 웨이퍼의 내부에서 용융 처리 영역이 형성되는 것을 실험에 의하여 확인하였다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물: 실리콘 웨이퍼(두께 350㎛, 외경4 인치)
(B) 레이저
광원: 반도체 레이저 여기 Nd: YAG 레이저
파장: 1064㎚
레이저 광 스폿 단면적: 3.14×10-18㎠
발진 형태: Q 스위치 펄스
반복 주파수: 100kHz
펄스폭: 30㎱
출력: 20μJ/펄스
레이저 광 품질: TEM00
편광 특성: 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
배율: 50배
N. A.: 0.55
레이저 광 파장에 대한 투과율: 60 퍼센트
(D) 가공 대상물이 재치되는 재치대의 이동 속도: 100㎜/초
도12는 상기 조건에서의 레이저 가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서 단면의 사진을 나타낸 도면이다. 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 용융 처리 영역(13)이 형성되고 있다. 또한, 상기 조건에 의해 형성된 용융 처리 영역(13)의 두께 방향의 크기는 100㎛ 정도이다.
용융 처리 영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 설명한다. 도 13은 레이저 광의 파장과 실리콘 기판의 내부 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 단, 실리콘 기판의 표면측과 이면측 각각의 반사 성분을 제거하여 내부만의 투과율을 나타내고 있다. 실리콘 기판의 두께 t가 50㎛, 100㎛, 200㎛, 500㎛, 1000㎛의 각각에 관하여 상기 관계를 나타내었다.
예를 들면, Nd: YAG 레이저의 파장인 1064㎚에 있어서, 실리콘 기판의 두께가 500㎛ 이하인 경우, 실리콘 기판의 내부에서는 레이저 광이 80% 이상 투과하는 것을 알 수 있다. 도 12에 나타내는 실리콘 웨이퍼(11)의 두께는 350㎛이기 때문에, 다광자 흡수에 의한 용융 처리 영역(13)은 실리콘 웨이퍼의 중심 부근, 즉 표면으로부터 175㎛의 부분에 형성된다. 이 경우의 투과율은 두께 200㎛의 실리콘 웨이퍼를 참고로 하면 90% 이상이므로, 레이저 광이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 흡수되는 것은 약간이고 거의가 투과한다. 이 사실은 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 레이저 광이 흡수되고, 용융 처리 영역(13)이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 형성(즉, 레이저 광에 의한 통상의 가열로 용융 처리 영역이 형성)된 것이 아니라, 용융 처리 영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성되는 것을 의미한다. 다광자 흡수에 의한 용융 처리 영역의 형성은, 예를 들면, 용접 학회 전국 대회 강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제72쪽 ∼제73쪽의 「피코 초 펄스 레이저에 의한 실리콘의 가공 특성 평가」에 기재되어 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼는, 용융 처리 영역을 가지고 형성되는 절단 기점 영역을 기점으로 하여 단면 방향을 향하여 균열을 발생시키고, 그 균열이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달함으로써 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 이 균열은 자연적으로 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가되는 것에 의하여 성장하는 경우도 있다. 또한, 절단 기점 영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 균열이 자연적으로 성장하는 경우에는, 절단 기점 영역을 형성하는 용융 처리 영역이 용융하고 있는 상태로부터 균열이 성장하는 경우와, 절단 기점 영역을 형성하는 용융 처리 영역이 용융하고 있는 상태로부터 재 고화될 때에 균열이 성장하는 경우의 어느 쪽도 있다. 단, 어느 쪽의 경우도 용융 처리 영역은 실리콘 웨이퍼의 내부에만 형성되고, 절단 후의 절단면에는 도 12와 같이 내부에만 용융 처리 영역이 형성되어 있다. 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역을 가지고 절단 기점 영역을 형성하면, 분할 절단시, 절단 기점 영역 라인으로부터 벗어난 불필요한 균열이 생기기 어려우므로 분할 절단 제어가 용이해진다.
(3) 개질 영역이 굴절률 변화 영역의 경우
가공 대상물(예를 들면, 유리)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1×108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎱ 이하의 조건으로 레이저 광을 조사한다. 펄스폭을 극히 짧게 하여 다광자 흡수를 가공 대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수에 의한 에너지가 열에너지에 전화하지 않고, 가공 대상물의 내부에는 이온가 수 변화, 결정화 또는 분극 배향 등의 영속적인 구조 변화가 유기되어 굴절률 변화 영역이 형성된다. 전계 강도의 상한치로서는, 예를 들면 1×1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱ 이하가 바람직하고, 1ps 이하가 더욱 바람직하다. 다광자 흡수에 의한 굴절률 변화 영역의 형성은, 예를 들면 제42회 레이저 열가공 연구회 논문집(1997년, 11월)의 제105쪽 ∼제111쪽의 「펨토 초 레이저 조사에 의한 유리 내부에의 광유기 구조 형성」에 기재되어 있다.
이상, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서(1)∼(3)의 경우를 설명하였으나, 웨이퍼 형상의 가공 대상물의 결정 구조나 그 벽개성 등을 고려하여 절단 기점 영역을 다음과 같이 형성하면, 그 절단 기점 영역을 기점으로 하여, 보다 한층 작은 힘으로, 더구나 정밀도 좋게 가공 대상물을 절단할 수 있게 된다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정 반도체로 이루어지는 기판의 경우는, (111)면(제1벽개면)이나 (110)면(제2벽개면)에 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또, GaAs 등의 섬아연광형 구조의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 이루어지는 기판의 경우는, (110)면에 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어(A12O3) 등의 육방정계의 결정 구조를 갖는 기판의 경우는, (0001)면(C면)을 주면으로 하여 (1120)면(A면) 혹은 (1100)면(M면)에 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향(예를 들면, 단결정 실리콘 기판에 있어서의 (111)면에 따른 방향), 또는 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향에 직교하는 방향을 따라 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이션 플랫을 기준으로 하는 것으로, 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향에 따른 절단 기점 영역을 용이하며 또한 정확하게 기판에 형성할 수 있게 된다.
다음에, 상술한 레이저 가공 방법에 사용되는 레이저 가공 장치에 대해, 도 14를 참조하여 설명한다. 도 14는 레이저 가공 장치(100)의 개략 구성도이다.
레이저 가공 장치(100)는, 레이저 광(L)을 발생하는 레이저 광원(101)과, 레이저 광(L)의 출력이나 펄스폭 등을 조절하기 위해 레이저 광원(101)을 제어하는 레이저 광원 제어부(102)와, 레이저 광(L)의 반사 기능을 가지며 또한 레이저 광(L)의 광축 방향을 90°바꾸도록 배치된 다이크로익 미러(103)와, 다이크로익 미러(103)에서 반사된 레이저 광(L)을 집광하는 집광용 렌즈(105)와, 집광용 렌즈(105)로 집광된 레이저 광(L)이 조사되는 가공 대상물(1)이 재치되는 재치대(107)와, 재치대(107)를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 스테이지(109)와, 재치대(107)를 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 이동시키기 위한 Y축 스테이지(111)와, 재치대(107)를 X축 및 Y축 방향에 직교하는 Z축 방향으로 이동시키기 위한 Z축 스테이지(113)와, 이들 3개의 스테이지(109, 111, 113)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비한다.
이 집광점(P)의 X(Y)축 방향의 이동은, 가공 대상물(1)을 X(Y)축 스테이지(109)(111)에 의하여 X(Y)축 방향으로 이동시킴으로써 행한다. Z축 방향은, 가공 대상물(1)의 표면(3)과 직교하는 방향이므로, 가공 대상물(1)에 입사하는 레이저 광(L)의 초점 심도의 방향으로 된다. 따라서, Z축 스테이지(113)를 Z축 방향으로 이동시킴으로써, 가공 대상물(1)의 내부에 레이저 광(L)의 집광점(P)을 맞출 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면 가공 대상물(1)이 다층 구조를 갖고 있는 경우에, 가공 대상물(1)의 기판이나 또는 해당 기판상의 적층부 등, 원하는 위치에 집광점(P)을 맞출 수 있다.
레이저 광원(101)은 펄스 레이저 광을 발생하는 Nd: YAG 레이저이다. 레이저 광원(101)에 사용할 수 있는 레이저로서, 이 밖에, Nd: YVO4 레이저, Nd: YLF 레이저나 티타늄 사파이어 레이저가 있다. 본 실시 형태에서는, 가공 대상물(1)의 가공에 펄스 레이저 광을 사용하고 있으나, 다광자 흡수를 일으킬 수 있으면 연속파 레이저 광이라도 무방하다.
레이저 가공 장치(100)는 또한, 재치대(107)에 재치된 가공 대상물(1)을 가시 광선에 의해 조명하기 위해서 가시 광선을 발생하는 관찰용 광원(117)과, 다이크로익 미러(103) 및 집광용 렌즈(105)와 동일한 광축 상에 배치된 가시광용의 빔 스플리터(119)를 구비한다. 빔 스플리터(119)와 집광용 렌즈(105)의 사이에 다이크로익 미러(103)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(119)는, 가시 광선의 약 절반을 반사하고 나머지 절반을 투과하는 기능을 가지며 또한 가시 광선의 광축 방향을 90°바꾸도록 배치되어 있다. 관찰용 광원(117)으로부터 발생한 가시 광선은 빔 스플리터(119)에서 약 절반이 반사되고, 이 반사된 가시 광선이 다이크로익 미러(103) 및 집광용 렌즈(105)를 투과하여, 가공 대상물(1)의 절단 예정 라인(5) 등을 포함하는 표면(3)을 조명한다. 또한, 가공 대상물(1)의 이면이 집광용 렌즈(105)측이 되도록 가공 대상물(1)이 재치대(107)에 재치된 경우는, 여기에서 말하는「표면」이 「이면」으로 되는 것은 물론이다.
레이저 가공 장치(100)는 또한, 빔 스플리터(119), 다이크로익 미러(103) 및 집광용 렌즈(105)와 동일한 광축 상에 배치된 촬상 소자(121) 및 결상 렌즈(123)를 구비한다. 촬상 소자(121)로서는 예를 들면 CCD 카메라가 있다. 절단 예정 라인(5) 등을 포함하는 표면(3)을 조명하는 가시 광선의 반사광은, 집광용 렌즈(105), 다이크로익 미러(103), 빔 스플리터(119)를 투과하며, 결상 렌즈(123)로 결상되고 촬상 소자(121)로 촬상되어 촬상 데이터로 된다.
레이저 가공 장치(100)는 또한, 촬상 소자(121)로부터 출력된 촬상 데이터가 입력되는 촬상 데이터 처리부(125)와, 레이저 가공 장치(100) 전체를 제어하는 전체 제어부(127)와, 모니터(129)를 구비한다. 촬상 데이터 처리부(125)는, 촬상 데이터를 기초로 하여 관찰용 광원(117)에서 발생한 가시광의 초점을 가공 대상물(1)의 표면(3)상에 맞추기 위한 초점 데이터를 연산한다. 이 초점 데이터를 기초로 하여 스테이지 제어부(115)가 Z축 스테이지(113)를 이동 제어함으로써, 가시광의 초점이 가공 대상물의 표면(3)에 맞도록 하다. 따라서, 촬상 데이터 처리부(125)는 오토 포커스 유닛으로서 기능한다. 또, 촬상 데이터 처리부(125)는 촬상 데이터를 기초로 하여 표면(3)의 확대 화상 등의 화상 데이터를 연산한다. 이 화상 데이터는 전체 제어부(127)에 보내지고, 전체 제어부에서 각종 처리가 이루어져서, 모니터(129)에 보내진다. 이것에 의해, 모니터(129)에 확대 화상 등이 표시된다.
전체 제어부(127)에는 스테이지 제어부(115)로부터의 데이터, 촬상 데이터 처리부(125)로부터의 화상 데이터 등이 입력되고, 이들 데이터를 기초로 하여 레이저 광원 제어부(102), 관찰용 광원(117) 및 스테이지 제어부(115)를 제어함으로써, 레이저 가공 장치(100) 전체를 제어한다. 따라서, 전체 제어부(127)는 컴퓨터 유닛으로서 기능한다.
다음에, 상술한 레이저 가공 장치(100)를 사용한 경우의 절단 기점 영역 형성 공정에 대해 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다. 도 15는 본 실시 형태에 관련된 절단 기점 영역 형성 공정을 설명하기 위한 플로차트이다.
가공 대상물(1)의 광흡수 특성을 도시하지 않는 분광 광도계 등에 의해 측정한다. 이 측정 결과에 기초하여, 가공 대상물(1)에 대해 투명한 파장 또는 흡수가 적은 파장의 레이저 광(L)을 발생하는 레이저 광원(101)을 선정한다(S101). 계속해서, 가공 대상물(1)의 두께를 측정한다. 두께의 측정 결과 및 가공 대상물(1)의 굴절률을 기초로 하여, 가공 대상물(1)의 Z축 방향의 이동량을 결정한다(S103). 이것은, 레이저 광(L)의 집광점(P)을 가공 대상물(1)의 내부에 위치시키기 위해, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 위치하는 레이저 광(L)의 집광점(P)을 기준으로 한 가공 대상물(1)의 Z축 방향의 이동량이다. 이 이동량은 전체 제어부(127)에 입력된다.
가공 대상물(1)을 레이저 가공 장치(100)의 재치대(107)에 재치한다. 그리고, 관찰용 광원(117)으로부터 가시광을 발생시켜서 가공 대상물(1)을 조명한다(S105). 조명된 절단 예정 라인(5)을 포함하는 가공 대상물(1)의 표면(3)을 촬상 소자(121)에 의해 촬상한다. 촬상 소자(121)에 의해 촬상된 촬상 데이터는 촬상 데이터 처리부(125)에 보내진다. 이 촬상 데이터에 기초하여 촬상 데이터 처리부(125)는 관찰용 광원(117)의 가시광의 초점이 표면(3)에 위치하는 것과 같은 초점 데이터를 연산한다(S107).
이 초점 데이터는 스테이지 제어부(115)에 보내진다. 스테이지 제어부(115)는, 이 초점 데이터를 기초로 하여 Z축 스테이지(113)를 Z축 방향으로 이동시킨다 (S109). 이것에 의해, 관찰용 광원(117)의 가시광의 초점이 가공 대상물(1)의 표면(3)에 위치한다. 또한, 촬상 데이터 처리부(125)는 촬상 데이터에 기초하여, 절단 예정 라인(5)을 포함하는 가공 대상물(1)의 표면(3)의 확대 화상 데이터를 연산한다. 이 확대 화상 데이터는 전체 제어부(127)를 통해 모니터(129)에 보내지고, 이것에 의해 모니터(129)에 절단 예정 라인(5) 부근의 확대 화상이 표시된다.
전체 제어부(127)에는 미리 스텝 S103에서 결정된 이동량 데이터가 입력되어 있고, 이 이동량 데이터가 스테이지 제어부(115)에 보내진다. 스테이지 제어부(115)는 이 이동량 데이터에 기초하여, 레이저 광(L)의 집광점(P)이 가공 대상물(1)의 내부로 되는 위치에, Z축 스테이지(113)에 의해 가공 대상물(1)을 Z축 방향으로 이동시킨다(S111).
계속해서, 레이저 광원(101)으로부터 레이저 광(L)을 발생시켜서, 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)의 표면(3)의 절단 예정 라인(5)에 조사한다. 레이저 광(L)의 집광점(P)은 가공 대상물(1)의 내부에 위치하고 있으므로, 개질 영역은 가공 대상물(1)의 내부에만 형성된다. 그리고, 절단 예정 라인(5)을 따르도록 X축 스테이지(109)나 Y축 스테이지(111)를 이동시켜서, 절단 예정 라인(5)을 따라 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의해, 가공 대상물(1)의 내부에 절단 예정 라인(5)에 따른 절단 기점 영역을 형성한다(S113).
이하, 실시예에 의해, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예1]
본 발명에 관련된 가공 대상물 절단 방법의 실시예1에 대하여 설명한다. 또, 도 17, 도 18 및 도 22 내지 도 24는 도 16에 나타내는 가공 대상물(1)의 XVⅡ-XVⅡ선에 따른 부분 단면도이다. 또, 도 19 내지 도 21은 도 16에 나타내는 가공 대상물(1)의 XIX-XIX 선에 따른 부분 단면도이다.
도 16 및 도 17에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼인 가공 대상물(1)의 표면(3)에, 가공 대상물(1)의 오리엔테이션 플랫(16)과 평행하게 복수의 기능 소자(17)를 매트릭스 형상으로 형성하여, 가공 대상물(1)을 제작한다. 이 가공 대상물(1)의 표면(3)측에는, SiO2 등의 절연막(18)이 형성되고, 이 절연막(18)에 의해서 표면(3)과 기능 소자(17)가 덮여 있다.
따라서 가공 대상물(1)은 기판이며, 기능 소자(17) 및 절연막(18)은, 기판의 표면에 설치된 적층부이다. 여기서, 기판의 표면에 설치된 적층부란, 기판의 표면에 퇴적된 것, 기판의 표면에 접합된 것, 혹은 기판의 표면에 부착된 것 등을 말하여, 기판에 대하여 이종 재료인지 동종 재료인지는 묻지 않는다. 그리고, 기판의 표면에 설치된 적층부에는, 기판에 밀착하여 설치되는 것이나 기판과 간극을 두고서 설치되는 것 등이 있다. 예로서는, 기판상에 결정 성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 기판상에 형성된 기능 소자(포토다이오드 등의 수광 소자나 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 혹은 회로로서 형성된 회로 소자 등을 의미한다), 유리 기판상에 접합된 다른 유리 기판 등이 있고, 적층부는 이종 재료를 복수층 형성한 것도 포함한다.
계속해서, 도 18에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 이면(21)에 확장 가능한 확장 필름(19)을 접착한 후, 예를 들면 상술한 레이저 가공 장치(100)의 재치대(107) 상에, 가공 대상물(1)의 표면(3)측이 집광용 렌즈(105)에 대면하도록 가공 대상물(1)을 재치한다. 그리고, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춰서 레이저 광(L)을 조사하여, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성하고, 이 개질 영역(7)에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(레이저 광 입사면: 3)으로부터 소정 거리 내측에 절단 기점 영역(8)을 절단 예정 라인(5)을 따라 형성한다(절단 기점 영역 형성 공정). 또한, 가공 대상물(1)이 실리콘 웨이퍼이기 때문에, 개질 영역(7)으로서는 용융 처리 영역이 형성된다.
이 절단 기점 영역 형성 공정에서는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 중심 위치를 통과하는 중심선(CL)으로부터, 표면(일단면)(3)측으로 치우친 절단 기점 영역(8)을 절단 예정 라인(5)을 따라 형성한다. 예로서, 실리콘 웨이퍼인 가공 대상물(1)의 두께가 100㎛의 경우, 절단 기점 영역(8)에 대하여 표면(3)측에 위치하는 비개질 영역(1a)의 두께 방향의 폭(이하, 간단히「폭」이라고 한다)은 20㎛이고, 절단 기점 영역(8)(즉, 개질 영역: 7)의 폭은 40㎛이며, 절단 기점 영역(8)에 대하여 이면(21)측에 위치하는 비개질 영역(1b)의 폭은 40㎛이다. 또, 가공 대상물(1)의 두께가 50㎛인 경우, 비개질 영역(1a)의 폭은 10㎛이고, 절단 기점 영역(8)의 폭은 20㎛이며, 비개질 영역(1b)의 폭은 20㎛이다.
또한, 이와 같은「절단 기점 영역(8)이 중심선(CL)에 걸쳐서 위치하는 경우」외에, 「중심선(CL)으로부터 표면(3)측으로 치우친 절단 기점 영역(8)」의 양태 로서, 예를 들면 다음과 같은 2가지의 경우가 있다. 즉, 도 20에 나타내는 바와 같이「절단 기점 영역(8)의 모든 부분이 중심선(CL)에 대하여 표면(3)측에 위치하는 경우」와, 도 21에 나타내는 바와 같이「절단 기점 영역(8a, 8b)이 표면(3)측과 이면(21)측에 2개 형성되고, 이면(21)측의 절단 기점 영역(8b)이 중심선(CL) 상에 위치하며, 표면(3)측의 절단 기점 영역(8a)이 절단 기점 영역(8b)과 표면(3)의 사이에 위치하는 경우」이다.
예를 들면, 도 20의 경우는 가공 대상물(1)의 두께가 100㎛이고, 비개질 영역(1a)의 폭이 30㎛이며, 절단 기점 영역(8)의 폭이 10㎛이고, 비개질 영역(1b)의 폭이 60㎛이다. 또, 도 21의 경우는 가공 대상물(1)의 두께가 200㎛이고, 비개질 영역(1a)의 폭이 20㎛이며, 절단 기점 영역(8a)의 폭이 40㎛이고, 절단 기점 영역(8a, 8b) 사이에 위치하는 비개질 영역(1c)의 폭이 20㎛이며, 절단 기점 영역(8b)의 폭이 40㎛이고, 비개질 영역(1b)의 폭이 80㎛이다.
또, 상술한 절단 기점 영역 형성 공정에서는, 레이저 광(L)이 절단 예정 라인(5) 위로 주사되지만, 이 절단 예정 라인(5)은 인접하는 기능 소자(17, 17) 사이를 통과하도록 격자 형상으로 설정된다(도 16 참조). 그리고, 이 가공 대상물(1)에 대한 절단 예정 라인(5)의 위치 데이터는, 예를 들면 레이저 가공 장치(100)의 전체 제어부(127) 내의 기억부에 기억된다.
절단 기점 영역 형성 공정의 후, 도 22에 나타내는 바와 같이, 확장 필름(19)을 통해서 가공 대상물(1)의 이면(타단면)(21)측으로부터 가압 수단으로서의 나이프 에지(23)를 가공 대상물(1)에 눌러 대어서, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 균열(24)을 발생시키고, 이 균열(24)을 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달되게 한다(가압 공정). 이것에 의해, 가공 대상물(1)은 기능 소자(17)를 1개 갖는 개개의 반도체 칩(25)으로 분할되어 간다.
이 가압 공정에서는, 기억부에 기억되어 있던 절단 예정 라인(5)의 위치 데이터가 판독되고, 이 위치 데이터에 기초하여 나이프 에지(23)가 제어되며, 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)에 나이프 에지(23)를 눌러 대며, 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)이 가압되게 된다.
이와 같이, 절단 기점 영역 형성 공정에 있어서, 가공 대상물(1)에 대한 절단 예정 라인(5)의 위치 데이터를 기억하고, 가압 공정에 있어서, 그 위치 데이터에 기초하여 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)을 가압함으로써, 기판(1)의 내부에 형성된 절단 기점 영역(8)에 대하여 용이하며 또한 정확하게 가압력을 작용시킬 수 있다. 그리고, 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)을 가압함으로써, 기능 소자(17)마다 정확하게 가공 대상물(1)을 절단할 수 있고, 더구나 기능 소자(17)로의 가압력의 작용을 거의 없앨 수 있다.
도 22에 나타내는 가압 공정과 같이, 개질 영역(7)이 가공 대상물(1)의 표면(3) 부근에 위치하는 경우에는, 개질 영역(7)을 가지고 형성된 절단 기점 영역(절단 예정부)(8)을 따르도록 가공 대상물(1)의 이면(21)에 나이프 에지(23)를 눌러 대어서, 가공 대상물(1)을 분할하여 절단한다. 이것은, 나이프 에지(23)가 눌려 대어짐에 의해 생기는 굽힘 응력 중 큰 인장 응력이 개질 영역(7)에 작용하므로, 비교적 작은 힘으로 가공 대상물(1)을 절단할 수 있기 때문이다.
가공 대상물(1)을 가압한 후, 도 23에 나타내는 바와 같이, 확장 필름(19)을 바깥쪽으로 익스팬드하여 각 반도체 칩(25)을 서로 이간시킨다. 이와 같이 확장 필름(19)을 사용하여 각 반도체 칩(25)을 서로 이간시킴으로써, 반도체 칩(25)의 픽업의 용이화를 도모할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예1에 관련된 가공 대상물 절단 방법에 있어서는, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역(7)에 의해서, 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)의 내부에 절단 기점 영역(8)을 형성한다. 이 때, 다광자 흡수는 가공 대상물(1)의 내부에서 국소적으로 발생하고, 가공 대상물(1)의 표면(3)이나 이면(21)에서는 레이저 광(L)이 거의 흡수되지 않기 때문에, 레이저 광(L)의 조사에 의한 표면(3) 및 이면(21)의 용융을 방지할 수 있다. 그리고, 가공 대상물(1)의 중심선(CL)으로부터 표면(3)측으로 치우쳐서 절단 기점 영역(8)이 형성되어 있기 때문에, 나이프 에지(23)에 의해서 이면(21)측으로부터 가공 대상물(1)을 가압하면, 중심선(CL) 상에 절단 기점 영역(8)이 형성되어 있는 경우와 비교하여, 작은 가압력으로 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 가공 대상물(1)에 균열(24)을 발생시킬 수 있다. 따라서, 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 불필요한 균열의 발생을 방지하여, 가공 대상물(1)을 절단 예정 라인(5)을 따라 정밀도 있게 절단할 수 있게 된다.
또한, 도 16 및 도 17에 나타내는 가공 대상물(1)에 있어서, 인접하는 기능 소자(17, 17) 사이에(즉, 절단 예정 라인(5) 상에) 정전기 대책 등을 위한 금속막이 형성되어 있고, 가공 대상물(1)의 표면(3)측으로부터의 레이저 광(L)의 조사가 곤란한 경우에는, 다음과 같이 절단 기점 영역(8)을 형성할 수 있다. 즉, 도 24에 나타내는 바와 같이, 확장 필름(19)을 접착하기 전에, 가공 대상물(1)의 표면(3)측에 기능 소자(17)를 보호하기 위한 보호 필름(20)을 접착하고, 예를 들면 상술한 레이저 가공 장치(100)의 재치대(107) 상에, 가공 대상물(1)의 이면(21)측이 집광용 렌즈(105)에 대면하도록 가공 대상물(1)을 재치한다. 그리고, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춰서 레이저 광(L)을 조사하여, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성하고, 이 개질 영역(7)에 의해서, 중심선(CL)으로부터 가공 대상물(1)의 표면(3)측으로 치우친 절단 기점 영역(8)을 절단 예정 라인(5)을 따라 형성한다.
[실시예2]
본 발명에 관련된 가공 대상물 절단 방법의 실시예2에 대해 설명하다. 또한, 도 25∼도 27은, 도 16에 나타내는 가공 대상물(1)의 XⅦ-XⅦ 선에 따른 부분 단면도이다.
상술한 실시예1과 동일하게, 도 16 및 도 17에 나타내는 가공 대상물(1)을 제작하고, 이 가공 대상물(1)의 표면(레이저 광 입사면)(3)으로부터 소정 거리 내측에 절단 기점 영역(8)을 절단 예정 라인(5)을 따라 형성한다(절단 기점 영역 형성 공정). 실시예2에 있어서의 절단 기점 영역 형성 공정에서는, 도 25에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 중심 위치를 통과하는 중심선(CL)으로부터, 이면(일단면)(21)측으로 치우친 절단 기점 영역(8)을 절단 예정 라인(5)을 따라 형성한다.
계속하여, 도 26에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)측에 보호 필름(20)을 접착하고, 이 보호 필름(20)에 의해 기능 소자(17)를 덮는다. 그리고, 확장 필름(19)을 통하여 가공 대상물(1)의 표면(타단면)(3)측으로부터 나이프 에지(23)를 가공 대상물(1)에 눌러 대어서, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 균열(24)을 발생시켜서, 이 균열(24)을 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달시킨다(가압 공정). 이것에 의해, 가공 대상물(1)은, 기능 소자(17)를 1개 갖는 개개의 반도체 칩(25)으로 분할되어 간다.
이 가압 공정에 있어서도, 실시예1과 동일하게, 기억부에 기억되어 있던 절단 예정 라인(5)의 위치 데이터가 판독되고, 이 위치 데이터에 기초하여 나이프 에지(23)가 제어되며, 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)에 나이프 에지(23)를 눌러 대고, 이것에 의해 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)이 가압되게 된다.
도 26에 나타내는 가압 공정과 같이, 개질 영역(7)이 가공 대상물(1)의 이면(21) 부근에 위치하는 경우에는, 개질 영역(7)을 가지고 형성된 절단 기점 영역(절단 예정부)(8)을 따르도록 가공 대상물(1)의 표면(3)에 나이프 에지(23)를 눌러 대어서, 가공 대상물(1)을 분할하여 절단한다. 이것은, 나이프 에지(23)가 눌려 대어짐에 의해 생기는 굽힘 응력 중 큰 인장 응력이 개질 영역(7)에 작용하므로, 비교적 작은 힘으로 가공 대상물(1)을 절단할 수 있기 때문이다.
계속하여, 가공 대상물(1)로부터 보호 필름(20)을 벗겨내고, 실시예1과 동일하게 확장 필름(19)을 바깥쪽으로 익스팬드하여 각 반도체 칩(25)을 서로 이간시켜 서 각 반도체 칩(25)의 픽업을 행한다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예2에 관련된 가공 대상물 절단 방법에 있어서는, 가공 대상물(1)의 중심선(CL)으로부터 이면(21)측으로 치우쳐서 절단 기점 영역(8)이 형성된다. 이 때문에, 나이프 에지(23)에 의해서 표면(3)측으로부터 가공 대상물(1)을 가압하면, 중심선(CL) 상에 절단 기점 영역(8)이 형성되어 있는 경우와 비교하여, 작은 가압력으로 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 가공 대상물(1)에 균열(24)을 발생시킬 수 있다. 따라서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 불필요한 균열의 발생을 방지하여, 가공 대상물(1)을 절단 예정 라인(5)을 따라 정밀도 좋게 절단할 수 있게 된다. 게다가, 작은 가압력에 의해서 가공 대상물(1)을 절단할 수 있기 때문에, 표면(3)측으로부터 가공 대상물(1)을 가압하였을 때의 기능 소자(17)에의 영향을 경감할 수 있다.
또한, 가공 대상물(1)에 있어서, 인접하는 기능 소자(17, 17) 사이에 정전기 대책 등을 위한 금속막이 형성되어 있고, 가공 대상물(1)의 표면(3)측으로부터의 레이저 광(L)의 조사가 곤란한 경우에는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 상술한 실시예1과 동일한 방법에 의해서, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춰서 레이저 광(L)을 조사하여, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성하고, 이 개질 영역(7)에 의해서, 중심선(CL)으로부터 가공 대상물(1)의 이면(21)측으로 치우친 절단 기점 영역(8)을 절단 예정 라인(5)을 따라 형성한다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 실시예1 및 실시예2의 가압 공정에서는, 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)의 표면(3)측 또는 이면(21)측을 가압하였지만, 롤러 등을 사용하여 가공 대상물(1)의 표면(3)측 또는 이면(21)측의 전체를 가압해도 된다. 이 경우에도, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 균열(24)이 발생하기 때문에, 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)을 효율 좋게 절단할 수 있다. 또, 가압 니들 등을 사용하여 가공 대상물(1)의 표면(3)측 또는 이면(21)측의 일부분(예를 들면, 기능 소자(17)마다의 부분)을 순차 가압해 가도 된다. 또한, 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)을 가압하는 수단으로서는, 상술의 나이프 에지(23) 외에 커터 등이 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관련된 가공 대상물 절단 방법에 의하면, 가공 대상물을 정밀도 좋게 절단할 수 있게 된다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼 형상의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞춰서 레이저 광을 조사하여, 상기 가공 대상물의 내부에 다광자 흡수에 의한 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의해, 상기 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 상기 가공 대상물의 일단면측으로 치우친 절단 기점 영역을 상기 가공 대상물의 절단 예정 라인을 따라 형성하는 절단 기점 영역 형성 공정과,
    상기 가공 대상물의 타단면측으로부터 상기 가공 대상물을 가압하는 가압 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가압 공정에서는, 상기 절단 예정 라인을 따라 상기 가공 대상물을 가압하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 절단 기점 영역 형성 공정에서는, 상기 가공 대상물에 대한 상기 절단 예정 라인의 위치 데이터를 기억하고,
    상기 가압 공정에서는, 상기 위치 데이터에 기초하여, 상기 절단 예정 라인을 따라 상기 가공 대상물을 가압하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  4. 웨이퍼 모양의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서, 집광점에 있어서의 피크 파워 밀도가 1×108(W/cm2) 이상으로 하고 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하의 조건으로 레이저 광을 조사하며, 상기 가공 대상물의 내부에 크랙 영역을 포함한 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의해, 상기 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 상기 가동 대상물의 일단면 측으로 기울어진 절단 기점 영역을 상기 가공 대상물의 절단 예정 라인에 따라 형성하는 절단 기점 영역 형성 공정과,
    상기 가동 대상물의 타단면 측으로부터 상기 가공 대상물을 누르는 가압 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  5. 웨이퍼 모양의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서, 집광점에 있어서의 피크 파워 밀도가 1×108(W/cm2) 이상으로 하고 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하의 조건으로 레이저 광을 조사하며, 상기 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역을 포함한 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역에 있어서, 상기 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 상기 가동 대상물의 일단면 측으로 기울어진 절단 기점 영역을 상기 가공 대상물의 절단 예정 라인에 따라 형성하는 절단 기점 영역 형성 공정과,
    상기 가공 대상물의 타단면 측으로부터 상기 가동 대상물을 누르는 가압 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  6. 웨이퍼 모양의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서, 집광점에 있어서의 피크 파워 밀도가 1×108(W/cm2) 이상으로 하고 또한 펄스 폭이 1ns 이하의 조건으로 레이저 광을 조사하며, 상기 가공 대상물의 내부에 굴절률이 변화한 영역인 굴절률 변화 영역을 포함한 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의해, 상기 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 상기 가공 대상물의 일단면 측으로 기울어진 절단 기점 영역을 상기 가공 대상물의 절단 예정 라인에 따라 형성하는 절단 기점 영역 형성 공정과,
    상기 가공 대상물의 타단면 측으로부터 상기 가공 대상물을 누르는 가압 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  7. 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼 모양의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서, 집광점에 있어서의 피크 파워 밀도가 1×108(W/cm2) 이상으로 하고 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하의 조건으로 레이저 광을 조사하며, 상기 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의해, 상기 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 상기 가공 대상물의 일단면 측으로 기울어진 절단 기점 영역을 상기 가공 대상물의 절단 예정 라인에 따라 형성하는 절단 기점 영역 형성 공정과,
    상기 가공 대상물의 타단면 측으로부터 상기 가공 대상물을 누르는 가압 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  8. 압전 재료로 이루어진 웨이퍼 모양의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서, 집광점에 있어서의 피크 파워 밀도가 1×108(W/cm2) 이상으로 하고 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하의 조건으로 레이저 광을 조사하며, 상기 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의해, 상기 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심 위치로부터 상기 가공 대상물의 일단면 측으로 기울어진 절단 기점 영역을 상기 가공 대상물의 절단 예정 라인에 따라 형성하는 절단 기점 영역 형성 공정과,
    상기 가공 대상물의 타단면으로부터 상기 가공 대상물을 누르는 가압 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  9. 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼 모양의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서 레이저 광을 조사하고, 상기 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역을 형성하며, 이 용융 처리 영역에 의해, 상기 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 중심위치로부터 상기 가공 대상물의 일단면 측으로 기울어진 절단 기점 영역을 상기 가공 대상물의 절단 예정 라인에 따라 형성하는 절단 기점 영역 형성 공정과,
    상기 가공 대상물의 타단면 측으로부터 상기 가공 대상물을 누르는 가압 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 타단면에는, 복수의 기능 소자가 형성되어 있고,
    상기 가압 공정에서는, 서로 이웃하는 상기 기능 소자 사이를 통하도록 설정된 상기 절단 예정 라인에 따라 상기 타단면 측으로부터 상기 가공 대상물을 누름 수단에 의해 누르는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 가압 공정에서는, 상기 타단면 측에 부착된 보호 필름을 통하여, 상기 타단면 측으로부터 상기 가공 대상물을 상기 누름 수단에 의해 누르는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 가압 공정에서는, 상기 일단면에 확장 필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 일단면에서는, 복수의 기능 소자가 형성되어 있고,
    상기 가압 공정에서는, 서로 이웃하는 상기 기능 소자 사이를 통하도록 설정된 상기 절단 예정 라인에 따라 상기 타단면 측으로부터 상기 가공 대상물을 누름 수단에 의해 누르는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 가압 공정에서는, 상기 타단면에 부착된 확장 필름을 통하여, 상기 타단면으로부터 상기 가공 대상물을 상기 누름 수단에 의해 누르는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
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