KR101216793B1 - 레이저 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

가공 대상물의 고정밀도의 절단을 가능하게 하는 레이저 가공 방법을 제공한다.
본 발명의 레이저 가공 방법에서는 판 형상의 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사한다. 우선, 가공 대상물(1)의 제 1 절단 예정 라인(5a)을 따라 절단의 기점이 되는 제 1 개질 영역(71)을 형성한다. 다음으로, 절단 예정 라인(5a)과 교차하는 제 2 절단 예정 라인(5b)을 따라 제 1 개질 영역(71)의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 2 개질 영역(72)을 형성한다. 다음으로, 절단 예정 라인(5b)을 따라 절단의 기점이 되는 제 4 개질 영역(73)을 형성한다. 다음으로, 제 1 개질 영역(71)과 레이저광 L이 입사하는 가공 대상물(1)의 입사면(1a)과의 사이에, 절단 예정 라인(5a)을 따라 제 4 개질 영역(73)의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 3 개질 영역(74)을 형성한다.

Description

레이저 가공 방법{LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은 판 형상의 가공 대상물을 절단하기 위해 사용되는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
종래에 있어서 이러한 종류의 기술로서, 웨이퍼 형상의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서 레이저광을 조사함으로써, 절단 예정 라인을 따른 개질 영역을 가공 대상물의 내부에 복수 열 형성하고, 그 개질 영역을 절단의 기점으로 한다고 하는 레이저 가공 방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개 2002-205180호 공보
상술한 바와 같은 레이저 가공 방법을 이용하여, 판 형상의 가공 대상물을 격자 형상으로 절단하고자 하는 경우, 예를 들면 도 20(a) 및 도 20(b)에 도시된 바와 같은 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성한다. 도 20(a) 및 도 20(b)은 가공 대상물(101)의 내부에 개질 영역(171, 172)을 형성할 때의 순서의 일례를 설명하기 위한 모식도이며, 도 21은 도 20(b)에 도시된 가공 대상물의 XXI-XXI 선을 따른 단면도이다.
개질 영역(171, 172)은 이하와 같은 순서로 형성된다. 우선, 도 20(a)에 도시된 바와 같이, 두께 100d의 가공 대상물(101)의 내부에 집광점을 맞추어서 레이 저광 100L을 조사함으로써, 절단 예정 라인(105a)을 따른 개질 영역(171)을 가공 대상물(101)의 내부에 형성한다. 다음으로, 도 20(b)에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(101)의 내부에 집광점을 맞추어서 레이저광 100L을 조사함으로써, 절단 예정 라인(105a)에 교차하는 절단 예정 라인(105b)을 따른 개질 영역(172)을 가공 대상물(101)의 내부에 형성한다. 개질 영역(171, 172)은 가공 대상물(101)의 두께 방향으로 병설된 복수 열의 개질 영역으로 이루어지며, 이들 복수 열의 개질 영역은 레이저광 100L의 입사면(101a)으로부터 먼 순서로 형성된다.
상술한 순서로 개질 영역(171, 172)을 형성하면, 도 21에 도시된 바와 같이 개질 영역(171)과 개질 영역(172)이 교차하는 장소에 개질 영역(172)이 형성되어 있지 않은 미개질 영역(트라이앵글 에리어)(101b)이 잔존하게 된다. 이 미개질 영역(101b)의 폭 W1은 레이저광 100L의 입사면(101a)으로부터 멀어짐에 따라 넓어져 있다. 이와 같은 미개질 영역(101b)은 가공 대상물(101)의 두께 100d가 큰 경우에 현저하게 확인된다. 이어서, 도 21 중의 영역 A1을 촬영한 사진의 예를 도 22에 나타내고, 도 21 중의 영역 B1을 촬영한 사진의 예를 도 23(a) 및 도 23(b)에 도시한다. 도 22, 도 23(a) 및 도 23(b)은 상술한 순서로 개질 영역(171, 172)을 형성함으로써 절단된 가공 대상물(101)의 절단면의 사진을 나타낸 도면이다. 또한, 도 22, 도 23(a) 및 도 23(b)에는 가공 대상물(101)의 두께 100d가 300㎛ 이상으로 큰 경우의 예가 도시되어 있다.
도 22 중의 영역 P1내에는 개질 영역(172)이 형성되어 있지 않은 미개질 영역(101b)이 확인된다. 미개질 영역(101b)이 형성된 가공 대상물(101)을 익스팬드 장치에 의해 절단하면, 미개질 영역(101b)에 기인하여 가공 대상물(101)이 고정밀도로 절단되지 않을 우려가 있다. 예를 들면, 도 23(a) 중의 영역 P2내에는 치핑(chipping)이 확인되고, 도 23(b) 중의 영역 P3내에는 스커트(절단면(171s)으로부터 돌출한 부분)가 확인된다.
이와 같이, 상술한 순서로 개질 영역을 형성함으로써 가공 대상물을 격자 형상으로 절단하는 경우, 그 절단 정밀도에는 아직 개선의 여지가 있다고 말할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 가공 대상물의 고정밀도의 절단을 가능하게 하는 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 미개질 영역(101b)이 형성되는 메커니즘에 대해 상세하게 검토하였다. 그 검토 결과에 대해, 도 24를 이용하여 설명한다. 도 24는 상술한 순서로 개질 영역(171, 172)을 형성할 때의 한 공정에 있어서의 가공 대상물(101)의 개략 단면도이다. 도 24에는 개질 영역(172)을 형성하는 공정이 도시되어 있다. 개질 영역(172)의 일부가 되는 개질 영역(172a)은 렌즈 100LL에 의해 집광되는 레이저광 100L을 스캔시킴으로써 가공 대상물(101)의 내부에 형성된다. 이 때 개질 영역(171)이 이미 형성되어 있으므로, 개질 영역(172a)을 형성하는 위치가 입사면(101a)으로부터 멀어질수록 레이저광 100L은 개질 영역(171)에 의해 차단되는 경향이 있다. 그 결과, 미개질 영역(101b)의 폭 W1은 입사면(101a)으로부터 멀어짐에 따라 넓어지는 것으로 생각된다.
따라서, 본 발명의 레이저 가공 방법은 판 형상의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서 레이저광을 조사함으로써, 가공 대상물의 제 1 절단 예정 라인을 따라 절단의 기점이 되는 제 1 개질 영역을 가공 대상물의 내부에 형성하는 동시에, 제 1 절단 예정 라인과 교차하는 제 2 절단 예정 라인을 따라 제 1 개질 영역의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 2 개질 영역을 가공 대상물의 내부에 형성하는 제 1 공정과, 제 1 공정 이후에, 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서 레이저광을 조사함으로써, 제 1 개질 영역과 레이저광이 입사하는 가공 대상물의 입사면과의 사이에 있어서의 가공 대상물의 내부에, 제 1 절단 예정 라인을 따라 절단의 기점이 되는 제 3 개질 영역을 형성하는 동시에, 제 2 개질 영역과 입사면과의 사이에 있어서의 가공 대상물의 내부에, 제 2 절단 예정 라인을 따라 제 3 개질 영역의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 4 개질 영역을 형성하는 제 2 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공 방법에서는 제 1 및 제 3 개질 영역을 형성한 후에 제 2 및 제 4 개질 영역을 형성하는 방법에 비해, 레이저광을 조사할 때에 해당 레이저광을 차단하는 개질 영역의 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 높이가 낮아진다. 이 때문에, 개질 영역이 형성되어 있지 않은 미개질 영역이 생기기 어려워지므로, 가공 대상물의 고정밀도의 절단이 가능하게 된다.
또한, 제 1 공정에 있어서, 제 1 및 제 2 개질 영역을 형성하는 순서는 특별히 한정되지 않는다. 또, 제 2 공정에 있어서, 제 3 및 제 4 개질 영역을 형성하는 순서도 특별히 한정되지 않는다.
또, 제 1 공정에서는 제 1 개질 영역을 형성한 후에 제 2 개질 영역을 형성하고, 제 2 공정에서는 제 3 개질 영역을 형성한 후에 제 4 개질 영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또, 제 1 공정에서는 제 1 개질 영역을 형성한 후에 제 2 개질 영역을 형성하고, 제 2 공정에서는 제 4 개질 영역을 형성한 후에 제 3 개질 영역을 형성하는 것이 바람직하다.
이 레이저 가공 방법에서는 제 2 및 제 4 개질 영역을 형성할 때에, 모두 제 2 절단 예정 라인을 따라 레이저광을 이동시킨다. 이 때문에, 제 1 공정과 제 2 공정과의 사이에 레이저광의 이동 방향을 변경할 필요가 없다. 따라서, 제 4 개질 영역을 단시간에 또한 고정밀도로 형성할 수 있다.
또, 제 1 개질 영역을 형성할 때에 입사면의 제 1 입사면 정보를 기록하고, 그 제 1 입사면 정보를 이용하여 제 3 개질 영역을 형성하고, 제 2 개질 영역을 형성할 때에 입사면의 제 2 입사면 정보를 기록하고, 그 제 2 입사면 정보를 이용하여 제 4 개질 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 「입사면 정보」는 예를 들면 입사면에 존재하는 요철(凹凸)의 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 높이 정보를 말한다.
이 경우, 제 3 개질 영역을, 입사면의 요철이나 굴곡에 맞추어서 제 1 개질 영역과 거의 동일한 형상으로 형성할 수 있다. 동일하게, 제 4 개질 영역을 입사면의 요철이나 굴곡에 맞추어서 제 2 개질 영역과 거의 동일한 형상으로 형성할 수 있다.
또, 제 1 ~ 제 4 개질 영역의 적어도 하나는 가공 대상물의 두께 방향으로 병설된 복수 열의 개질 영역으로 이루어진 것이 바람직하다.
이 경우, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 제 1 ~ 제 4 개질 영역의 높이를 모두 높게 할 수 있다.
또, 제 1 및 제 2 개질 영역, 또는 제 3 및 제 4 개질 영역 중 적어도 한쪽이 가공 대상물의 두께 방향으로 배치된 동수(同數) 열의 개질 영역으로 이루어진 것이 바람직하다. 예를 들면, (i) 제 1 및 제 2 개질 영역이 가공 대상물의 두께 방향으로 배치된 동수 열의 개질 영역으로 이루어진 경우, (ⅱ) 제 3 및 제 4 개질 영역이 가공 대상물의 두께 방향으로 배치된 동수 열의 개질 영역으로 이루어진 경우, (ⅲ) 제 1 및 제 2 개질 영역이 가공 대상물의 두께 방향으로 배치된 동수 열의 개질 영역으로 이루어지며, 또한 제 3 및 제 4 개질 영역이 가공 대상물의 두께 방향으로 배치된 동수 열의 개질 영역으로 이루어진 경우를 들 수 있다.
상기 (ⅰ)의 경우, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 제 1 및 제 2 개질 영역의 높이를 맞추기 쉬워진다. 또, 상기 (ⅱ)의 경우, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 제 3 및 제 4 개질 영역의 높이를 맞추기 쉬워진다. 또, 상기 (ⅲ)의 경우, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 제 1 및 제 2 개질 영역의 높이를 맞추기 쉬워지는 동시에, 가공 대상물의 두께 방향에 있어서의 제 3 및 제 4 개질 영역의 높이를 맞추기 쉬워진다.
본 발명에 의하면, 가공 대상물의 고정밀도의 절단을 가능하게 하는 레이저 가공 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의한 레이저 가공 중의 가공 대상물의 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 가공 대상물의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도.
도 3은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의한 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도.
도 4는 도 3에 도시한 가공 대상물의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따른 단면도.
도 5는 도 3에 도시한 가공 대상물의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따른 단면도.
도 6은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 절단된 가공 대상물의 평면도.
도 7은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서의 전계 강도와 크랙(crack) 스폿의 크기와의 관계를 도시한 그래프.
도 8은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 가공 대상물을 절단할 때의 크랙 영역 형성 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도.
도 9는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 가공 대상물을 절단할 때의 크랙 성장 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도.
도 10은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 가공 대상물을 절단할 때의 크랙 성장 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도.
도 11은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 가공 대상물을 절단할 때의 절단 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도.
도 12는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도면.
도 13은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서의 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 15는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 16은 도 15(c)에 도시한 가공 대상물의 ⅩⅥ-ⅩⅥ 선을 따른 단면도.
도 17은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 개질 영역을 형성함으로써 절단된 가공 대상물의 절단면의 사진을 나타낸 도면.
도 18은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 개질 영역을 형성할 때의 한 공정에 있어서의 가공 대상물의 개략 단면도.
도 19는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 형성되는 개질 영역의 일례를 나타내는 사시도.
도 20은 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성할 때의 순서의 일례를 설명하기 위한 모식도.
도 21은 도 20(b)에 도시한 가공 대상물의 XXI-XXI 선을 따른 단면도.
도 22는 도 20(a) 및 도 20(b)에 도시된 순서로 개질 영역을 형성함으로써 절단된 가공 대상물의 절단면의 사진을 나타낸 도면.
도 23은 도 20(a) 및 도 20(b)에 도시된 순서로 개질 영역을 형성함으로써 절단된 가공 대상물의 절단면의 사진을 나타낸 도면.
도 24는 도 20(a) 및 도 20(b)에 도시된 순서로 개질 영역을 형성할 때의 한 공정에 있어서의 가공 대상물의 개략 단면도.
<부호의 설명>
1ㆍㆍㆍ가공 대상물,
1aㆍㆍㆍ입사면,
3ㆍㆍㆍ표면,
4aㆍㆍㆍ절단면(측면),
5ㆍㆍㆍ절단 예정 라인,
5aㆍㆍㆍ제 1 절단 예정 라인,
5bㆍㆍㆍ제 2 절단 예정 라인,
7ㆍㆍㆍ개질 영역,
71ㆍㆍㆍ제 1 개질 영역,
71a ~ 71fㆍㆍㆍ복수 열의 개질 영역,
72ㆍㆍㆍ제 2 개질 영역,
73ㆍㆍㆍ제 4 개질 영역,
74ㆍㆍㆍ제 3 개질 영역,
8ㆍㆍㆍ절단 기점 영역,
13ㆍㆍㆍ용융 처리 영역,
Lㆍㆍㆍ레이저광,
Pㆍㆍㆍ집광점.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태의 레이저 가공 방법에서는 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하기 위해 다광자 흡수라고 하는 현상을 이용한다. 따라서, 먼저 다광자 흡수에 의해 개질 영역을 형성하기 위한 레이저 가공 방법에 대해 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭 EG보다 광자의 에너지 hν가 작으면 광학적으로 투명하게 된다. 따라서, 재료에 흡수가 발생하는 조건은 hν＞EG 이다. 그러나, 광학적으로 투명해도, 레이저광의 강도를 아주 크게 하면 nhν＞EG 의 조건(n=2, 3, 4,???)에서 재료에 흡수가 생긴다. 이 현상을 다광자 흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 피크 파워 밀도(W/㎠)에서 정해지며, 예를 들면 피크 파워 밀도가 1×108(W/㎠) 이상의 조건에서 다광자 흡수가 발생한다. 피크 파워 밀도는 (집광점에 있어서의 레이저광의 1 펄스당의 에너지)÷ (레이저광의 빔 스폿 단면적×펄스 폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 전계 강도(W/㎠)로 결정된다.
이와 같은 다광자 흡수를 이용하는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 원리에 대해, 도 1 ~ 도 6을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 형상(판 형상)의 가공 대상물(1)의 표면(3)에는 가공 대상물(1)을 절단하기 위한 절단 예정 라인(5)이 있다. 절단 예정 라인(5)은 직선 형상으로 뻗은 가상선이다. 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 다광자 흡수가 발생하는 조건에서 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사하여 개질 영역(7)을 형성한다. 또한, 집광점 P는 레이저광 L이 집광하는 부분을 말한다. 또, 절단 예정 라인(5)은 직선 형상에 한하지 않고 곡선 형상이어도 되며, 가상 선에 한하지 않고 가공 대상물(1)에 실제로 그어진 선이어도 된다.
그리고, 레이저광 L을 절단 예정 라인(5)을 따라(즉, 도 1의 화살표 A 방향으로) 상대적으로 이동시킴으로써, 집광점 P를 절단 예정 라인(5)을 따라 이동시킨다. 이에 의해, 도 3 ~ 도 5에 도시한 바와 같이, 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)의 내부에 형성되고, 이 개질 영역(7)이 절단 기점 영역(8)이 된다. 여기서, 절단 기점 영역(8)은 가공 대상물(1)이 절단될 때에 절단(균열)의 기점이 되는 영역을 의미한다. 이 절단 기점 영역(8)은 개질 영역(7)이 연속적으로 형성됨으로써 형성되는 경우도 있고, 개질 영역(7)이 단속적으로 형성됨으로써 형성되는 경우도 있다.
본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법은 가공 대상물(1)이 레이저광 L을 흡수함으로써 가공 대상물(1)을 발열시켜서 개질 영역(7)을 형성하는 것은 아니다. 가공 대상물(1)에 레이저광 L을 투과시켜서 가공 대상물(1)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜서 개질 영역(7)을 형성하고 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광 L이 거의 흡수되지 않기 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용 융하는 일은 없다.
가공 대상물(1)의 내부에 절단 기점 영역(8)을 형성하면, 이 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 균열이 발생하기 쉬워지기 때문에, 도 6에 도시한 바와 같이 비교적 작은 힘으로 가공 대상물(1)을 절단할 수 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 절단 예정 라인(5)을 크게 벗어나는 불필요한 균열을 발생시키는 일 없이, 가공 대상물(1)을 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다.　
이 절단 기점 영역(8)을 기점으로 한 가공 대상물(1)의 절단에는 다음의 2가지 방법을 생각할 수 있다. 하나는 절단 기점 영역(8) 형성 후, 가공 대상물(1)에 인위적인 힘이 인가됨으로써, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 가공 대상물(1)이 갈라져 가공 대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은 예를 들면 가공 대상물(1)의 두께가 큰 경우의 절단이다. 인위적인 힘이 인가된다는 것은 예를 들면 가공 대상물(1)의 절단 기점 영역(8)을 따라 가공 대상물(1)에 휨 응력이나 전단 응력을 가하거나, 가공 대상물(1)에 온도차를 부여함으로써 열 응력을 발생시키는 것이다. 다른 하나는 절단 기점 영역(8)을 형성함으로써, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 가공 대상물(1)의 단면 방향(두께 방향)을 향해 자연스럽게 균열되고, 결과적으로 가공 대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은 예를 들면 가공 대상물(1)의 두께가 작은 경우에는 1열의 개질 영역(7)에 의해 절단 기점 영역(8)이 형성됨으로써 가능하게 되고, 가공 대상물(1)의 두께가 큰 경우에는 두께 방향으로 복수 열 형성된 개질 영역(7)에 의해 절단 기점 영역(8)이 형성됨으로써 가능하게 된다. 또한, 이 자연스럽게 균열되는 경우도, 절단하는 부분에 있어서 절단 기점 영역(8)이 형 성되어 있지 않은 부위에 대응하는 부분의 표면(3) 위까지 균열이 앞서 나가는 일 없이, 절단 기점 영역(8)을 형성한 부위에 대응하는 부분만을 할단(割斷)할 수 있으므로, 할단을 잘 제어할 수 있다. 근년, 실리콘 웨이퍼 등의 가공 대상물(1)의 두께는 얇아지는 경향에 있으므로, 이와 같은 제어성이 좋은 할단 방법은 매우 유효하다.
그런데, 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서는 다음의 (1) ~ (3)의 경우가 있다.
(1) 개질 영역이 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 크랙 영역인 경우
가공 대상물(예를 들면 유리나 LiTaO3 로 구성된 압전 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1×108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하인 조건에서 레이저광을 조사한다. 이 펄스 폭의 크기는 다광자 흡수를 발생시키면서 가공 대상물의 표면에 불필요한 손상을 주지 않고, 가공 대상물의 내부에만 크랙 영역을 형성할 수 있는 조건이다. 이에 의해, 가공 대상물의 내부에는 다광자 흡수에 의한 광학적 손상이라고 하는 현상이 발생한다. 이 광학적 손상에 의해 가공 대상물의 내부에 열 변형이 야기되고, 이에 의해 가공 대상물의 내부에 크랙 영역이 형성된다. 전계 강도의 상한치로서는 예를 들면 1×1012(W/㎠) 이다. 펄스 폭은 예를 들면 1ns ~ 200ns 가 바람직하다. 또한, 다광자 흡수에 의한 크랙 영역의 형성은 예를 들면 제45회 레이저 열 가공 연구회 논문집(1998년 12월)의 제 23 페이지 ~ 제 28 페이지의 「고체 레이저 고조파에 의한 유리 기판의 내부 마킹 」에 기재되어 있다.
본 발명자는 전계 강도와 크랙의 크기와의 관계를 실험에 의해 구하였다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물 : 파이렉스(등록 상표)유리(두께 700㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기(勵起) Nd : YAG 레이저
파장 : 1064nm
레이저광 스폿 단면적 : 3.14×10-8 ㎠
발진 형태 : Q 스위치 펄스
반복 주파수 : 100kHz
펄스 폭 : 30ns
출력 : 출력<1mJ/펄스
레이저광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
레이저광 파장에 대한 투과율 : 60 퍼센트
(D) 가공 대상물이 놓여지는 재치대의 이동 속도 : 100㎜/초
또한, 레이저광 품질이 TEM00 이라는 것은 집광성이 높고 레이저광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 피크 파워 밀도이며, 레이저광이 펄스 레이저광이므로 전계 강도는 피크 파워 밀도로 나타난다. 세로축은 1 펄스의 레이저광에 의해 가공 대상물의 내부에 형성된 크랙 부분(크랙 스폿)의 크기를 나타내고 있다. 크랙 스폿이 모여서 크랙 영역이 된다. 크랙 스폿의 크기는 크랙 스폿의 형상 중 최대 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 검은 동그라미로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 100배, 개구수(NA)가 0.80인 경우이다. 한편, 그래프 중의 하얀 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.
다음으로, 크랙 영역 형성에 의한 가공 대상물의 절단의 메커니즘에 대해 도 8 ~ 도 11을 참조하여 설명한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 다광자 흡수가 발생하는 조건에서 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사하여 절단 예정 라인을 따라 내부에 크랙 영역(9)을 형성한다. 크랙 영역(9)은 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 영역이다. 이와 같이 형성된 크랙 영역(9)이 절단 기점 영역이 된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 크랙 영역(9)을 기점으로 하여(즉, 절단 기점 영역을 기점으로 하여) 크랙이 더욱 성장하고, 도 10에 도시한 바와 같이, 크랙이 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하고, 도 11에 도시한 바와 같이 가공 대상물(1)이 균열됨으로써 가공 대상물(1)이 절단된다. 가공 대상물(1)의 표 면(3)과 이면(21)에 도달하는 크랙은 자연스럽게 성장하는 경우도 있고, 가공 대상물(1)에 힘이 인가됨으로써 성장하는 경우도 있다.
(2) 개질 영역이 용융 처리 영역인 경우
가공 대상물(예를 들면, 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1×108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 이에 의해 가공 대상물의 내부는 다광자 흡수에 의해 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역이 형성된다. 용융 처리 영역은 일단 용융후 재고체화한 영역이나, 확실한 용융 상태의 영역이나, 용융 상태로부터 재고체화하는 상태의 영역이며, 상(相) 변화한 영역이나 결정 구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융 처리 영역과는 단결정 구조, 비정질 구조, 다결정 구조에 있어서, 어느 구조가 다른 구조로 변화한 영역이라고 할 수도 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. 펄스 폭은 예를 들면 1ns ~ 200ns 가 바람직하다.
본 발명자는 실리콘 웨이퍼의 내부에서 용융 처리 영역이 형성되는 것을 실험에 의해 확인하였다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 350㎛, 외경 4 인치)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
파장 : 1064㎚
레이저광 스폿 단면적 : 3.14×10-8 ㎠
발진 형태 : Q 스위치 펄스
반복 주파수 : 100kHz
펄스 폭 : 30㎱
출력 : 20 μJ/펄스
레이저광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
배율 : 50배
N.A. : 0.55
레이저광 파장에 대한 투과율 : 60 퍼센트
(D) 가공 대상물이 놓여지는 재치대의 이동 속도 : 100㎜/초
도 12는 상기 조건에서의 레이저 가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도면이다. 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 용융 처리 영역(13)이 형성되어 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 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 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 대해 상기 관계를 나타내었다.
예를 들면, Nd : YAG 레이저의 파장인 1064nm 에 있어서, 실리콘 기판의 두께가 500㎛ 이하인 경우, 실리콘 기판의 내부에서는 레이저광이 80% 이상 투과하는 것을 알 수 있다. 도 12에 도시한 실리콘 웨이퍼(11)의 두께는 350㎛ 이므로, 다광자 흡수에 의한 용융 처리 영역(13)은 실리콘 웨이퍼(11)의 중심 부근, 즉 표면으로부터 175㎛ 의 부분에 형성된다. 이 경우의 투과율은 두께 200㎛ 의 실리콘 웨이퍼를 참고로 하면, 90% 이상이므로, 레이저광이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 흡수되는 것은 아주 적으며, 대부분이 투과한다. 이것은 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 레이저광이 흡수되고, 용융 처리 영역(13)이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 형성(즉, 레이저광에 의한 통상의 가열로 용융 처리 영역이 형성)된 것이 아니라, 용융 처리 영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 의미한다. 다광자 흡수에 의한 용융 처리 영역의 형성은 예를 들면 용접학회 전국대회 강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제 72 페이지 ~ 제 73 페이지의 「피코초 펄스 레이저에 의한 실리콘의 가공 특성 평가」에 기재되어 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼는 용융 처리 영역에 의해 형성되는 절단 기점 영역을 기점으로 하여 단면 방향을 향해 분열을 발생시키고, 그 균열이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달함으로써 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 이 균열은 자연스럽게 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가됨으로써 성장하는 경우도 있다. 그리고, 절단 기점 영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 균열이 자연스럽게 성장하는 경우에는 절단 기점 영역을 형성하는 용융 처리 영역이 용융되어 있는 상태로부터 균열이 성장하는 경우와, 절단 기점 영역을 형성하는 용융 처리 영역이 용융되어 있는 상태로부터 재고체화할 때에 균열이 성장하는 경우 모두 있다. 단, 어느 경우라도 용융 처리 영역은 실리콘 웨이퍼의 내부에만 형성되고, 절단후의 절단면에는 도 12와 같이 내부에만 용융 처리 영역이 형성되어 있다. 이와 같이, 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역에 의해 절단 기점 영역을 형성하면, 할단시, 절단 기점 영역 라인으로부터 벗어난 불필요한 균열이 생기기 어렵기 때문에 할단 제어가 용이하게 된다.
(3) 개질 영역이 굴절율 변화 영역인 경우
가공 대상물(예를 들면 유리)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1×108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스 폭이 1㎱ 이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 펄스 폭을 아주 짧게 하고, 다광자 흡수를 가공 대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수에 의한 에너지가 열에너지로 바뀌지 않고, 가공 대상물의 내부에는 이온 가수 변화, 결정화 또는 분극 배향 등의 영속적인 구조 변화가 야기되어서 굴절율 변화 영역이 형성된다. 전계 강도의 상한치로서는 예를 들면 1 ×1012(W/㎠) 이다. 펄스 폭은 예를 들면 1ns 이하가 바람직하고, 1ps 이하가 더욱 바람직하다. 다광자 흡수에 의한 굴절율 변화 영역의 형성은 예를 들면 제42회 레이저 열 가공 연구회 논문집(1997년 11월)의 제 105 페이지 ~ 제 111 페이지의 「펨토초 레이저 조사에 의한 유리 내부에의 광야기 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(劈開性) 등을 고려하여 절단 기점 영역을 다음과 같이 형성하면, 그 절단 기점 영역을 기점으로 하여 보다 한층 작은 힘으로, 또한 정밀도 좋게 가공 대상물을 절단하는 것이 가능하게 된다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정 반도체로 이루어진 기판의 경우는 (111)면(제 1 벽개면)이나 (110)면(제 2 벽개면)을 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또, GaAs 등의 섬아연광형 구조의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 이루어진 기판의 경우는 (110)면을 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어(Al2O3) 등의 육방정계의 결정 구조를 갖는 기판의 경우는 (0001)면(C면)을 메인 면으로 하여 (1120)면(A면) 또는 (1100)면(M면)을 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향(예를 들면, 단결정 실리콘 기판에 있어서의 (111)면을 따른 방향), 또는 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향으로 직교하는 방향을 따라 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이 션 플랫을 기준으로 함으로써, 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향을 따른 절단 기점 영역을 용이하게 또한 정확하게 기판에 형성하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다. 도 14(a) ~ 도 14(c) 및 도 15(a) ~ 도 15(c)는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에서는 도 14(a) ~ 도 14(c) 및 도 15(a) ~ 도 15(c)에 도시한 바와 같이, 이하의 제 1 ~ 제 3 공정이 순서대로 실시되면 바람직하다.
(제 1 공정)
우선, 두께 d의 판 형상의 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사하고, 가공 대상물(1)의 제 1 절단 예정 라인(5a)을 따라 레이저광 L을 이동시킨다(도 14(a) 참조). 이에 의해, 가공 대상물(1)의 내부에서 다광자 흡수가 발생하고, 절단 예정 라인(5a)을 따라 절단의 기점이 되는 제 1 개질 영역(71)을 가공 대상물(1)의 내부에 형성할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면 가공 대상물(1)이 놓여지는 스테이지(도시 생략)를 이동시킴으로써, 레이저광 L을 가공 대상물(1)에 대해 상대 이동시킨다.
가공 대상물(1)로서는 실리콘 웨이퍼 등의 기판, 기능 소자를 포함하는 적층부가 표면에 형성된 기판 등을 들 수 있다. 기능 소자로서는 예를 들면, 결정 성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 포토다이오드 등의 수광 소자, 레이저다이오드 등의 발광소자, 회로로서 형성된 회로 소자 등을 들 수 있다.또, 기능 소자는 가공 대상물(1)의 입사면(1a)에 형성되는 것으로 해도 되며, 입사면(1a)과는 반대측인 면에 형성되는 것으로 해도 된다.
제 1 개질 영역(71)을 형성한 후, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사하고, 절단 예정 라인(5a)과 교차하는 제 2 절단 예정 라인(5b)을 따라 레이저광 L을 이동시킨다(도 14(b) 참조). 이에 의해, 가공 대상물(1)의 내부에서 다광자 흡수가 발생하고, 절단 예정 라인(5b)을 따라 제 1 개질 영역(71)의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 2 개질 영역(72)을 가공 대상물(1)의 내부에 형성할 수 있다. 레이저광 L의 이동 방향은 예를 들면 가공 대상물(1)이 놓여지는 스테이지(도시 생략)를 90°회전시킴으로써 변경된다.
(제 2 공정)
제 2 개질 영역(72)을 형성한 후, 제 2 개질 영역(72)과 입사면(1a)과의 사이에 있어서의 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사하고, 절단 예정 라인(5b)을 따라 레이저광 L을 이동시킨다(도 14(c) 참조). 이에 의해, 가공 대상물(1)의 내부에서 다광자 흡수가 발생하고, 제 2 개질 영역(72)과 입사면(1a)과의 사이에 있어서의 가공 대상물(1)의 내부에, 절단 예정 라인(5b)을 따라 절단의 기점이 되는 제 4 개질 영역(73)을 형성할 수 있다. 즉, 제 4 개질 영역(73)은 제 2 개질 영역(72)의 위쪽에 설치되어 있다. 또한, 제 2 및 제 4 개질 영역(72, 73)은 서로 분리하여 배치되는 것으로 해도 된다.
제 4 개질 영역(73)을 형성한 후, 제 1 개질 영역(71)과 입사면(1a)과의 사이에 있어서의 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사하고, 절단 예정 라인(5a)을 따라 레이저광 L을 이동시킨다(도 15(a) 참조). 이에 의해, 가공 대상물(1)의 내부에서 다광자 흡수가 발생하고, 제 1 개질 영역(71)과 입사면(1a)과의 사이에 있어서의 가공 대상물(1)의 내부에, 절단 예정 라인(5a)을 따라 제 4 개질 영역(73)의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 3 개질 영역(74)을 형성할 수 있다. 즉, 제 3 개질 영역(74)은 제 1 개질 영역(71)의 위쪽에 설치되어 있다. 또한, 제 1 및 제 3 개질 영역(71, 74)은 서로 분리하여 배치되는 것으로 해도 된다.
(제 3 공정)
제 3 개질 영역(74)을 형성한 후, 제 3 개질 영역(74)과 입사면(1a)과의 사이에 있어서의 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사하고, 절단 예정 라인(5a)을 따라 레이저광 L을 이동시킨다(도 15(b) 참조). 이에 의해, 가공 대상물(1)의 내부에서 다광자 흡수가 발생하고, 제 3 개질 영역(74)과 입사면(1a)과의 사이에 있어서의 가공 대상물(1)의 내부에, 절단 예정 라인(5a)을 따라 절단의 기점이 되는 제 5 개질 영역(75)을 형성할 수 있다. 즉, 제 5 개질 영역(75)은 제 3 개질 영역(74)상에 설치되어 있다. 또한, 제 3 및 제 5 개질 영역(74, 75)은 서로 분리하여 배치되는 것으로 해도 된다.
제 5 개질 영역(75)을 형성한 후, 제 4 개질 영역(73)과 입사면(1a)과의 사이에 있어서의 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어서 레이저광 L을 조사하고, 절단 예정 라인(5b)을 따라 레이저광 L을 이동시킨다(도 15(c) 참조). 이에 의해, 가공 대상물(1)의 내부에서 다광자 흡수가 발생하고, 제 4 개질 영역(73)과 입사면(1a)과의 사이에 있어서의 가공 대상물(1)의 내부에, 절단 예정 라인(5b)을 따라 제 5 개질 영역(75)의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 6 개질 영역(76)을 형성할 수 있다. 즉, 제 6 개질 영역(76)은 제 4 개질 영역(73)상에 설치되어 있다. 또한, 제 4 및 제 6 개질 영역(73, 76)은 서로 분리하여 배치되는 것으로 해도 된다.
또, 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)은 상술한 개질 영역(7)과 동일하게, 연속적으로 형성된 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 되며, 소정의 간격을 두고 단속적으로 형성된 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 된다. 또, 절단 예정 라인(5a, 5b)은 상술한 절단 예정 라인(5)과 동일하게 직선 형상 또는 곡선 형상의 가상선이어도 되며, 가상선에 한하지 않고 가공 대상물(1)에 실제로 그어진 선이어도 된다.
상기 제 1 ~ 제 3 공정을 거침으로써 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)을 형성한 후, 예를 들면 익스팬드 테이프(도시 생략)를 가공 대상물(1)에 붙이고, 익스팬드 장치(도시 생략)를 사용하여, 절단 예정 라인(5a, 5b)을 따라 가공 대상물(1)을 절단할 수 있다. 또한, 익스팬드 테이프는 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)을 형성하기 전에 미리 가공 대상물(1)에 붙여져 있는 것으로 해도 된다.
도 16은 도 15(c)에 도시한 가공 대상물(1)의 XVI-XVI 선을 따른 단면도이다. 도 16에 도시한 바와 같이, 가공 대상물(1)에는 미개질 영역(101b)이 잔존하지 않는다. 도 16 중의 영역 C1을 촬영한 사진의 예를 도 17에 도시한다. 도 17은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)을 형성함으로써 절단된 가공 대상물(1)의 절단면의 일 실시예에 대한 사진을 나타낸 도면이다. 도 17 중에는 도 22의 영역 P1내에서 확인된 미개질 영역(101b)에 상당하는 영역이 보이지 않는다.
본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에서는 도 20(a) 및 도 20(b)과 같이 개질 영역(171)을 형성한 후에 개질 영역(172)을 형성하는 방법에 비해, 레이저광 L을 조사할 때에 레이저광 L을 차단하는 개질 영역의 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 높이가 낮아진다. 이 때문에, 도 21에 도시된 바와 같이 미개질 영역(101b)이 생기기 어려워지므로, 치핑이나 스커트의 발생을 방지하여 가공 대상물(1)의 고정밀도의 절단이 가능하게 된다. 따라서, 가공 대상물(1)의 할단 품질을 향상시킬 수 있다. 또, 가공 대상물(1)의 두께 d가 300㎛ 이상인 경우에는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의한 효과가 현저하게 된다. 이하, 도 18을 이용하여 상세하게 설명한다.
도 18은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 이용하여 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)을 형성할 때의 한 공정에 있어서 가공 대상물(1)의 개략 단면도이다. 도 18에는 일례로서 제 2 개질 영역(72)을 형성하는 공정이 도시되어 있다. 제 2 개질 영역(72)의 일부가 되는 개질 영역(72a)은 렌즈 LL에 의해 집광되는 레이저광 L을 스캔시킴으로써 가공 대상물(1)의 내부에 형성된다. 이 때, 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 제 1 개질 영역(71)의 높이는 도 24에 도시된 개질 영역(171)에 비해 낮다. 이 때문에, 도 18에서는 도 24에 도시된 미개질 영역(101b)이 대부분 잔존하지 않는다.
또, 본 실시 형태에서는 제 1 공정에 있어서 제 1 개질 영역(71)을 형성한 후에 제 2 개질 영역(72)을 형성하고, 제 2 공정에 있어서 제 4 개질 영역(73)을 형성한 후에 제 3 개질 영역(74)을 형성한다. 이와 같은 순서로 제 1 ~ 제 4 개질 영역(71 ~ 74)을 형성하는 경우, 제 2 및 제 4 개질 영역(72, 73)을 형성할 때에 모두 절단 예정 라인(5b)을 따라 레이저광 L을 이동시키므로, 제 1 공정과 제 2 공정과의 사이에 레이저광 L의 이동 방향을 바꿀 필요가 없다(도 14(b) 및 도 14(c) 참조). 따라서, 제 4 개질 영역(73)을 단시간에 또한 고정밀도로 형성할 수 있다.
동일하게, 제 2 공정에 있어서 제 4 개질 영역(73)을 형성한 후에 제 3 개질 영역(74)을 형성하고, 제 3 공정에 있어서 제 5 개질 영역(75)을 형성한 후에 제 6 개질 영역(76)을 형성하기 때문에, 제 5 개질 영역(75)을 단시간에 또한 고정밀도로 형성할 수 있다(도 15(a) 및 도 15(b) 참조).
또, 제 1 개질 영역(71)을 형성할 때에 입사면(1a)의 제 1 입사면 정보를 기록하고, 그 제 1 입사면 정보를 이용하여 제 3 개질 영역(74)을 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 입사면 정보는 예를 들면 입사면(1a)에 존재하는 요철의 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 높이 정보를 절단 예정 라인(5a)을 따라 순서대로 수집함으로써 얻어진다. 제 1 입사면 정보를 이용하면, 제 3 및 제 5 개질 영역(74, 75)을, 절단 예정 라인(5a)을 따른 입사면(1a)의 요철이나 굴곡에 맞추어서 제 1 개질 영역(71)과 거의 동일한 형상으로 형성할 수 있다.
동일하게, 제 2 개질 영역(72)을 형성할 때에 입사면(1a)의 제 2 입사면 정보를 기록하고, 그 제 2 입사면 정보를 이용하여 제 4 개질 영역(73)을 형성하는 것이 바람직하다. 제 2 입사면 정보는 예를 들면 입사면(1a)에 존재하는 요철의 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 높이 정보를 절단 예정 라인(5b)을 따라 순서대로 수집함으로써 얻어진다. 제 2 입사면 정보를 이용하면, 제 4 및 제 6 개질 영역(73, 76)을 절단 예정 라인(5b)을 따른 입사면(1a)의 요철이나 굴곡에 맞추어서 제 2 개질 영역(72)과 거의 동일한 형상으로 형성할 수 있다.
상술한 높이 정보는 예를 들면 다음과 같이 측정된다. 즉, 우선 측정용 레이저광을 렌즈로 집광하여 입사면(1a)에 조사하고, 해당 측정용 레이저광의 반사광을 검출한다. 그리고, 검출한 반사광에 근거하여, 측정용 레이저광의 집광점이 입사면(1a)상에 위치하도록, 피에조 소자를 이용한 액추에이터로 렌즈를 변위시킨다. 이 변위량을 높이 정보로서 취득한다.
또, 도 19에 도시한 바와 같이, 예를 들면 제 1 개질 영역(71)은 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 병설된 복수 열의 개질 영역(71a ~ 71f)으로 이루어진 것으로 해도 된다. 도 19는 제 1 개질 영역(71)의 일례를 나타내는 사시도이다. 동일하게, 제 2 ~ 제 6 개질 영역(72 ~ 76)도, 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 병설된 복수 열의 개질 영역(도시 생략)으로 이루어진 것으로 해도 된다. 이 경우, 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)의 높이를 모두 높게 할 수 있는 동시에, 그 높이를 제어할 수 있다. 또한, 이미 형성된 개질 영역에 의해 레이저광 L이 차단되는 것을 방지하기 위해, 개질 영역(71a ~ 71f)은 입사면(1a)으로부터 먼 순서로 형성되는 것이 바람직하다. 또, 개질 영역(71a ~ 71f)은 상술한 개질 영역(7)과 동일하게, 연속적으로 형성된 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 되며, 소정의 간격을 두고 단속적으로 형성된 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 된다.
또한, 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76) 중 적어도 하나가 복수 열의 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 되며, 모든 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)이 복수 열의 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 된다.
또, 제 1 개질 영역(71)과 제 2 개질 영역(72)이 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 배치된 동수 열의 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 된다. 이에 의해, 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 제 1 개질 영역(71) 및 제 2 개질 영역(72)의 높이를 맞추기 쉬워진다. 예를 들면, 도 19에 도시된 바와 같이 제 1 개질 영역(71)이 6열의 개질 영역(71a ~ 71f)으로 이루어진 경우, 제 2 개질 영역(72)도 6열의 개질 영역(도시 생략)으로 이루어진 것이 바람직하다.
동일하게, 제 4 개질 영역(73)과 제 3 개질 영역(74)이 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 배치된 동수 열의 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 되고, 제 5 개질 영역(75)과 제 6 개질 영역(76)이 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 배치된 동수 열의 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 된다. 또한, (a) 제 1 및 제 2 개질 영역(71, 72), (b) 제 3 및 제 4 개질 영역(74, 73) 및 (c) 제 5 및 제 6 개질 영역(75, 76) 중 적어도 하나가 동수 열의 개질 영역으로 이루어진 것으로 해도 된다. 예를 들면, 제 1 개질 영역(71)과 제 2 개질 영역(72)은 동수 열의 개질 영역으로 이루어지나, 제 4 개질 영역(73)과 제 3 개질 영역(74)은 서로 다른 열수의 개질 영역으로 이루어지며, 제 5 개질 영역(75)과 제 6 개질 영역(76)도 서로 다른 열수의 개질 영역으로 이루어진 경우를 들 수 있다.
다른 예로서는 제 1 개질 영역(71)과 제 2 개질 영역(72)이 동수 열(열수 a)의 개질 영역으로 이루어지고, 제 4 개질 영역(73)과 제 3 개질 영역(74)이 동수 열(열수 b)의 개질 영역으로 이루어지며, 제 5 개질 영역(75)과 제 6 개질 영역(76)이 동수 열(열수 c)의 개질 영역으로 이루어진 경우를 들 수 있다. 이 경우, 열수 a, 열수 b 및 열수 c는 동일해도 되며 서로 달라도 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않는다.
예를 들면, 제 1 공정에 있어서, 제 1 및 제 2 개질 영역(71, 72)을 형성하는 순서는 특별히 한정되지 않는다. 또, 제 2 공정에 있어서, 제 3 및 제 4 개질 영역(74, 73)을 형성하는 순서도 특별히 한정되지 않는다. 또한, 제 3 공정에 있어서, 제 5 및 제 6 개질 영역(75, 76)을 형성하는 순서도 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는 제 1 공정에 있어서 제 1 개질 영역(71)을 형성한 후에 제 2 개질 영역(72)을 형성해도 된다. 또, 제 2 공정에 있어서 제 3 개질 영역(74)을 형성한 후에 제 4 개질 영역(73)을 형성하는 것으로 해도 된다. 또한, 제 3 공정에 있어서 제 6 개질 영역(76)을 형성한 후에 제 5 개질 영역(75)을 형성하는 것으로 해도 된다.
또, 제 1 ~ 제 3 공정을 다시 반복함으로써, 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 더욱 개질 영역을 형성하는 것으로 해도 된다. 예를 들면, 제 3 공정 이후에, 다시 절단 예정 라인(5a)을 따른 개질 영역과 절단 예정 라인(5b)을 따른 개질 영역을, 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 교차로 형성하는 것으로 해도 된다. 이에 의해, 가공 대상물(1)의 두께에 따라 가공 대상물(1)의 두께 방향에 있어서의 개질 영역의 높이를 조정할 수 있다.
또, 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)은 가공 대상물(1)의 내부에서 발생하는 다광자 흡수에 의해 형성되는 것에 한정되지 않는다. 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)은 다광자 흡수와 동등한 광 흡수를 가공 대상물(1)의 내부에서 발생시킴으로써 형성되는 것으로 해도 된다.
또, 본 실시 형태에 있어서는 가공 대상물(1)로서 실리콘제의 반도체 웨이퍼를 사용하고 있으나, 반도체 웨이퍼의 재료는 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체 웨이퍼의 재료로서는 예를 들면 실리콘 이외의 IV족 원소 반도체, SiC와 같은 IV족 원소를 포함하는 화합물 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 원소를 포함하는 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 원소를 포함하는 화합물 반도체, 아울러 각종 불순물(불순물)이 도핑된 반도체 등을 들 수 있다.
여기서, 상술한 도 17에 도시된 일 실시예에 있어서의 가공 대상물(1)의 절단 순서에 대해 상세하게 설명하겠으나, 본 발명은 이 실시예로 한정되지 않는다. 이 실시예에서는 가공 대상물(1)은 두께 725㎛ 의 실리콘 웨이퍼이다. 또, 예를 들면 제 1 개질 영역(71)은 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 병설된 6열의 개질 영역(71a ~ 71f)으로 형성되어 있다(도 19 참조). 즉, 제 1 개질 영역(71)은 레이저광 L을 절단 예정 라인(5a)을 따라 이동시키는 스캔 공정을 6회 실시함으로써 형성된다(도 15(a) 참조). 각 스캔 공정은 집광점 P의 위치를 입사면(1a)에 가까워지는 방향으로 순서대로 6단계 이동시켜서 실시된다.
동일하게, 제 2 ~ 제 4 개질 영역(72 ~ 74)은 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 병설된 6열의 개질 영역으로 형성되어 있으며, 제 5 및 제 6 개질 영역(75, 76)은 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 병설된 7열의 개질 영역으로 형성되어 있다. 따라서, 제 1, 제 3, 제 5 개질 영역(71, 74, 75)은 합계 19열의 개질 영역으로 이루어지며, 제 2, 제 4, 제 6 개질 영역(72, 73, 76)도 합계 19열의 개질 영역으로 이루어진다(도 16 참조).
이러한 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)을 형성한 후, 가공 대상물(1)에 익스팬드 테이프를 붙이고, 해당 익스팬드 테이프와 함께 가공 대상물(1)을 익스팬드 장치에 의해 절단한다. 이와 같이 해서 절단된 가공 대상물(1)의 절단면을 촬영한 사진이 도 17에 도면으로서 개시되어 있다.
계속해서, 상기 실시예에 있어서 제 1 ~ 제 6 개질 영역(71 ~ 76)을 형성할 때의 레이저 가공 조건에 대해 설명한다. 레이저광 L의 펄스 폭은 180㎱ 이며, 레이저광 L의 조사 위치 간격(펄스 피치)은 4㎛ 이며, 레이저광 L의 주파수는 75kHz 이다. 또, 가공 대상물(1)이 놓여진 스테이지의 이동 속도는 300㎜/s 이다. 또한, 입사면(1a)으로부터 집광점 P까지의 거리(집광점 위치)와 레이저광 L의 에너지와의 관계는 표 1에 도시된 바와 같다.
[표 1]
집광점 위치(㎛) 에너지(μJ)



제 6 개질 영역(76)

 50 9
86 9
142 15
182 15
214 15
250 15
286 15


제 4 개질 영역(73)

 322 15
358 15
394 15
426 15
458 15
490 15


제 2 개질 영역(72)


 522 15
570 15
618 15
666 15
694 15
722 15
본 발명에 의하면, 가공 대상물의 고정밀도의 절단을 가능하게 하는 레이저 가공 방법을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 판 형상의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서 레이저광을 조사함으로써, 상기 가공 대상물의 제 1 절단 예정 라인을 따라, 절단의 기점이 되는 제 1 개질 영역을 상기 가공 대상물의 내부에 형성하는 동시에, 상기 제 1 절단 예정 라인과 교차하는 제 2 절단 예정 라인을 따라, 상기 제 1 개질 영역의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 2 개질 영역을 상기 가공 대상물의 내부에 형성하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 이후, 상기 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어서 레이저광을 조사함으로써, 상기 제 1 개질 영역과 상기 레이저광이 입사하는 상기 가공 대상물의 입사면과의 사이에 있어서의 상기 가공 대상물의 내부에, 상기 제 1 절단 예정 라인을 따라 절단의 기점이 되는 제 3 개질 영역을 형성하는 동시에, 상기 제 2 개질 영역과 상기 입사면과의 사이에 있어서의 상기 가공 대상물의 내부에, 상기 제 2 절단 예정 라인을 따라 상기 제 3 개질 영역의 적어도 일부와 교차하도록, 절단의 기점이 되는 제 4 개질 영역을 형성하는 제 2 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 공정에서는 상기 제 1 개질 영역을 형성한 후에 상기 제 2 개질 영역을 형성하고,
    상기 제 2 공정에서는 상기 제 3 개질 영역을 형성한 후에 상기 제 4 개질 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 공정에서는 상기 제 1 개질 영역을 형성한 후에 상기 제 2 개질 영역을 형성하고,
    상기 제 2 공정에서는 상기 제 4 개질 영역을 형성한 후에 상기 제 3 개질 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 개질 영역을 형성할 때에 상기 입사면의 제 1 입사면 정보를 기록하고, 상기 제 1 입사면 정보를 이용하여 상기 제 3 개질 영역을 형성하고,
    상기 제 2 개질 영역을 형성할 때에 상기 입사면의 제 2 입사면 정보를 기록하고, 상기 제 2 입사면 정보를 이용하여 상기 제 4 개질 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 ~ 제 4 개질 영역의 적어도 하나는 상기 가공 대상물의 두께 방향으로 병설된 복수 열의 개질 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 개질 영역, 또는 상기 제 3 및 제 4 개질 영역 중 적어도 한 쪽이 상기 가공 대상물의 두께 방향으로 배치된 동수(同數) 열의 개질 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
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