KR101226309B1 - 가공 대상물 절단 방법 - Google Patents

가공 대상물 절단 방법 Download PDF

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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

기판과, 복수의 기능소자를 가지며 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을, 그 기판이 두꺼운 경우라도, 절단 예정 라인을 따라 기능소자마다 단시간에 정밀도 좋게 절단할 수 있는 가공 대상물 절단 방법을 제공한다. 기판(4)의 내부에 집광점(P)을 맞추고 적층부(16)측으로부터 레이저 광(L)을 조사함으로써, 기판(4)의 두께 방향의 중심 위치(CL)로부터 기판(4)의 이면(21)측에 편의(偏倚)한 제1 개질 영역(71)과, 기판(4)의 두께 방향의 중심 위치(CL)로부터 기판(4)의 표면(3)측에 편의한 제2 개질 영역(72)을 절단 예정 라인을 따라 기판(4)의 내부에 형성하고, 제2 개질 영역(72)으로부터 기판(4)의 표면(3)에 갈라짐(24)을 일어나게 한다. 그 후, 기판(4)의 이면(21)에 붙여진 익스팬드 테이프(expand tape)(23)를 확장시킨 상태에서, 갈라짐(24)이 벌어지도록 가공 대상물(1)에 응력을 발생시킨다.
Figure 112007082768709-pct00001
기판, 적층부, 가공 대상물, 집광점, 제1 개질 영역, 제2 개질영역, 절단 예정 라인

Description

가공 대상물 절단 방법{METHOD FOR CUTTING WORKPIECE}
본 발명은 기판과, 복수의 기능소자를 가지며 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 기능소자마다 절단하는 가공 대상물 절단 방법에 관한 것이다.
종래에 있어서의 이런 종류의 기술로서, 웨이퍼 형상의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추고 레이저 광을 조사함으로써, 절단 예정 라인을 따른 개질 영역을 가공 대상물의 내부에 복수열 형성하고, 그 개질 영역을 절단의 기점으로 한다고 하는 레이저 가공 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌 1참조).
특허문헌1: 일본 특개2002-205180호 공보
발명이 해결하고자 하는 과제
상술한 바와 같은 레이저 가공 방법은, 가공 대상물이 두꺼운 경우에 특히 유효해지는 기술이다. 그것은, 가공 대상물이 두꺼운 경우에서도, 절단 예정 라인을 따른 개질 영역의 열(列)수를 늘림으로써, 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 정밀도 좋게 절단할 수 있기 때문이다. 그리고, 이와 같은 기술에 관해서는, 절단 품질을 유지하고 나서의 가공 시간의 단시간화가 요망되고 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기판과, 복수의 기능소자를 가지며 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을, 그 기판이 두꺼운 경우라도, 절단 예정 라인을 따라 기능소자마다 단시간에 정밀도 좋게 절단할 수 있는 가공 대상물 절단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관련된 가공 대상물 절단 방법은, 기판과, 복수의 기능소자를 가지며 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 기능소자마다 절단하는 가공 대상물 절단 방법으로서, 기판의 내부에 집광점을 맞추고 적층부측으로부터 레이저 광을 조사함으로써, 절단 예정 라인을 따라, 기판의 두께 방향의 중심 위치로부터 기판의 이면측에 편의(偏倚)한 제1 개질 영역을 기판의 내부에 형성하는 공정과, 기판의 내부에 집광점을 맞추고 적층부측으로부터 레이저 광을 조사함으로써, 절단 예정 라인을 따라, 기판의 두께 방향의 중심 위치로부터 기판의 표면측에 편의한 제2 개질 영역을 기판의 내부에 형성하고, 제2 개질 영역으로부터 기판의 표면에 갈라짐을 일어나게 하는 공정과, 제1 및 제2 개질 영역을 형성한 후에, 기판의 이면에 장착된 확장 가능 부재를 확장시킨 상태에서, 갈라짐이 벌어지도록 가공 대상물에 응력을 발생시키게 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 가공 대상물 절단 방법에 있어서는, 기판의 두께 방향의 중심 위치로부터 기판의 이면측에 편의한 제1 개질 영역과, 기판의 두께 방향의 중심 위치로부터 기판의 표면측에 편의한 제2 개질 영역이 절단 예정 라인을 따라 기판의 내부에 형성되는 동시에, 제2 개질 영역으로부터 기판의 표면에 갈라짐이 일어나게 된다. 그리고, 이 상태에서 그 갈라짐이 벌어지도록 가공 대상물에 응력이 발생되기 때문에, 그 갈라짐이 적층부 및 제1 개질 영역을 향하여 신전(伸展)하게 되어, 가공 대상물이 절단 예정 라인을 따라 정밀도 좋게 절단된다. 게다가, 이 때, 기판의 이면에 장착된 확장 가능 부재가 확장되어 있기 때문에, 가공 대상물이 절단된 직후에 대향하는 절단면이 이간하게 되어, 대향하는 절단면끼리의 접촉에 의한 치핑이나 크래킹의 발생이 방지된다. 이에 의해, 예를 들어, 기판이 두꺼운 경우에, 절단 예정 라인을 따른 개질 영역의 열수를 늘리는 것에 의해, 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 절단하는 기술에 비해, 절단 품질을 유지하고 나서의 가공 시간의 단시간화를 도모할 수 있다. 따라서, 이 가공 대상물 절단 방법에 의하면, 기판과, 복수의 기능소자를 가지며 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을, 그 기판이 두꺼운 경우라도, 절단 예정 라인을 따라 기능소자마다 단시간에 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 기능소자란, 예를 들어, 결정 성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 포토다이오드 등의 수광소자, 레이저 다이오드 등의 발광소자, 회로로서 형성된 회로소자 등을 의미한다. 또, 「기판의 두께 방향의 중심 위치로부터 기판의 이면측에 편의한 제1 개질 영역」이란, 제1 개질 영역의 모든 부분이 기판의 두께 방향의 중심 위치에 대해 기판의 이면측에 위치하고 있는 것을 의미한다. 한편, 「기판의 두께 방향의 중심 위치로부터 기판의 표면 측에 편의한 제2 개질 영역」이란, 제2 개질 영역의 모든 부분이 기판의 두께 방향의 중심 위치에 대해 기판의 표면 측에 위치하고 있는 것을 의미한다. 또한, 제1 및 제2 개질 영역은, 기판의 내부에 집광점을 맞추고 레이저 광을 조사하여, 다광자 흡수 혹은 다른 광흡수를 기판의 내부에서 생기게 하는 것에 의해 형성된다.
또, 기판에 있어서 절단 예정 라인을 따른 부분에서는, 기판의 두께 방향의 중심 위치에 대해 기판의 표면측의 부분에 있어서의 제2 개질 영역의 형성 밀도는, 기판의 두께 방향의 중심 위치에 대해 기판의 이면측의 부분에 있어서의 제1 개질 영역의 형성 밀도보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 기판에 있어서 절단 예정 라인을 따른 부분에서는, 제2 개질 영역의 열수는 제1 개질 영역의 열수보다 많은 것이 바람직하다. 이들에 의하면, 기판과, 복수의 기능소자를 가지며 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을, 그 기판이 두꺼운 경우라도, 절단 예정 라인을 따라 기능소자마다 한층 더 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 기판의 두께 방향의 중심 위치에 대해 기판의 이면측의 부분에 있어서의 제1 개질 영역의 형성 밀도란, 그 부분에 대해 제1 개질 영역이 차지하는 비율을 의미한다. 마찬가지로, 기판의 두께 방향의 중심 위치에 대해 기판의 표면측의 부분에 있어서의 제2 개질 영역의 형성 밀도란, 그 부분에 대해 제2 개질 영역이 차지하는 비율을 의미한다.
또, 제1 개질 영역을 기판의 내부에 형성한 후에, 제2 개질 영역을 기판의 내부에 형성하고, 제2 개질 영역으로부터 기판의 표면에 갈라짐을 일어나게 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 각 개질 영역을 형성할 때에, 레이저 광이 입사하는 기판의 표면과 레이저 광의 집광점과의 사이에는 개질 영역이나 갈라짐이 존재하지 않기 때문에, 이미 형성된 개질 영역 등에 의한 레이저 광의 산란, 흡수 등이 일어나는 일은 없다. 따라서, 각 개질 영역을 확실하게 형성하는 것이 가능해진다.
또, 기판의 이면에 대해, 확장 가능 부재를 통하여 압압(押壓) 부재를 꽉 누름으로써, 갈라짐이 벌어지도록 가공 대상물에 응력을 발생시키는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 용이하게 또한 확실하게, 갈라짐이 벌어지는 것과 같은 응력을 가공 대상물에 생기게 할 수 있다.
또, 기판은 반도체기판이며, 제1 및 제2 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 경우가 있다. 기판이 반도체기판이면, 제1 및 제2 개질 영역으로서 용융 처리 영역을 포함하는 개질 영역이 형성되는 경우가 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 기판과, 복수의 기능소자를 가지며 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을, 그 기판이 두꺼운 경우라도, 절단 예정 라인을 따라 기능소자마다 단시간에 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 의한 레이저 가공중의 가공 대상물의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 가공 대상물의 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 의한 레이저 가공후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 가공 대상물의 IV-IV선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 가공 대상물의 V-V선을 따른 단면도이다.
도 6은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 의해 절단된 가공 대상물의 평면도이다.
도 7은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 있어서의 전계 강도와 크랙 스폿의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법의 제1 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 9는 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법의 제2 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 10은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법의 제3 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 11은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법의 제4 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 12는 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 있어서의 레이저 광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미소(微小) 공동이 형성된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.
도 15는 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미소 공동이 형성되는 원리를 설명하기 위한 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.
도 16은 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미소 공동이 형성된 실리콘 웨이퍼의 절단면의 사진을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다
도 18은 도 17에 나타내는 가공 대상물의 XVIII-XVIII선을 따른 부분 단면도이다.
도 19는 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도이며, (a)는 가공 대상물에 익스팬드 테이프를 붙인 상태, (b)는 가공 대상물에 레이저 광을 조사하고 있는 상태이다.
도 20은 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도이며, (a)는 익스팬드 테이프를 확장시킨 상태, (b)는 가공 대상물에 나이프 엣지를 꽉 누르고 있는 상태이다.
도 21은 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도이며, 가공 대상물이 반도체 칩에 절단된 상태이다.
도 22는 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법에 이용되는 가공 대상물 절단 장치에 장착되는 가공 대상물 지지 유니트의 사시도이다.
도 23은 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법에 이용되는 가공 대상물 절단 장치의 사시도이다.
도 24는 가공 대상물 지지 유니트가 장착된 가공 대상물 절단 장치의 사시도 이다.
도 25는 가공 대상물 절단 장치의 동작을 설명하기 위한 가공 대상물 지지 유니트 및 가공 대상물 절단 장치의 단면도이다.
도 26은 가공 대상물 절단 장치의 동작을 설명하기 위한 가공 대상물 지지 유니트 및 가공 대상물 절단 장치의 단면도이다.
도 27은 실시예에 있어서의 가공 대상물의 부분 단면도이다.
부호의 설명
1…가공 대상물, 5…절단 예정 라인, 3…표면, 4…기판, 15…기능소자, 16…적층부, 21…이면, 23…익스팬드 테이프(확장 가능 부재), 24…갈라짐 41…나이프 엣지(압압 부재), 71…제1 개질 영역, 72…제2 개질 영역, L…레이저 광, P…집광점, CL…중심 위치.
이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태의 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하기 위해 다광자 흡수라고 하는 현상을 이용한다. 따라서, 맨 먼저, 다광자 흡수에 의해 개질 영역을 형성하기 위한 레이저 가공 방법에 대하여 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭 EG보다 광자의 에너지 hν가 작으면 광학적으로 투명해진다. 따라서, 재료에 흡수가 일어나는 조건은 hν>EG이다. 그러나, 광학적으로 투명하더라도, 레이저 광의 강도를 매우 크게 하면 nhν>EG의 조건(n=2, 3, 4, …) 에서 재료에 흡수가 일어난다. 이 현상을 다광자 흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이저 광의 강도는 레이저 광의 집광점의 피크 파워 밀도(W/㎠)로 정해지며, 예를 들어 피크 파워 밀도가 1×108(W/㎠) 이상의 조건에서 다광자 흡수가 일어난다. 피크 파워 밀도는, (집광점에 있어서의 레이저 광의 1펄스당의 에너지)÷(레이저 광의 빔 스폿 단면적×펄스 폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저 광의 강도는 레이저 광의 집광점의 전계 강도(W/㎠)로 정해진다.
이와 같은 다광자 흡수를 이용하는 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법의 원리에 대하여, 도 1~도 6을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 판 모양의 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 모양으로 연장된 가상선이다. 본 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 일어나는 조건에서 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞추고 레이저 광(L)을 조사하여 개질 영역(7)을 형성한다. 또한, 집광점(P)이란 레이저 광(L)이 집광하는 개소를 말한다. 또, 절단 예정 라인(5)은 직선 모양에 한정되지 않고 곡선 모양이어도 되며, 가상선에 한정되지 않고 가공 대상물(1)에 실제로 그어진 선이어도 된다.
그리고, 레이저 광(L)을 절단 예정 라인(5)을 따라(즉, 도 1의 화살표 A 방향으로) 상대적으로 이동시킴으로써 집광점(P)을 절단 예정 라인(5)을 따라 이동시킨다. 이에 의해, 도 3~도 5에 나타내는 바와 같이, 개질 영역(7)이 절단 예정 라 인(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)이란, 가공 대상물(1)이 절단될 때에 절단(갈라짐)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 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법은, 가공 대상물(1)이 레이저 광(L)을 흡수함으로써 가공 대상물(1)을 발열시켜 개질 영역(7)을 형성하는 것이 아니다. 가공 대상물(1)에 레이저 광(L)을 투과시켜 가공 대상물(1)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜 개질 영역(7)을 형성하고 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저 광(L)이 거의 흡수되지 않기 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융하는 일은 없다.
가공 대상물(1)의 내부에 절단 기점 영역(8)을 형성하면, 이 절단 기점 영역(8)을 기점으로서 갈라짐이 발생하기 쉬워지기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교적 작은 힘으로 가공 대상물(1)을 절단할 수 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 불필요한 갈라짐을 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 2가지를 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 들어, 가공 대상 물(1)의 두께가 큰 경우의 절단이다. 인위적인 힘이 인가된다는 것은, 예를 들어, 가공 대상물(1)의 절단 기점 영역(8)을 따라 가공 대상물(1)에 휨 응력이나 전단 응력을 가하거나, 가공 대상물(1)에 온도 차를 주는 것에 의해 열 응력을 발생시키거나 하는 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 갈라져, 결과적으로 가공 대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들어 가공 대상물(1)의 두께가 작은 경우에는, 1열의 개질 영역(7)에 의해 절단 기점 영역(8)이 형성됨으로써 가능해지고, 가공 대상물(1)의 두께가 큰 경우에는, 두께 방향으로 복수열 형성된 개질 영역(7)에 의해 절단 기점 영역(8)이 형성됨으로써 가능해진다. 또한, 이 자연스럽게 갈라지는 경우도, 절단하는 개소에 있어서, 절단 기점 영역(8)이 형성되어 있지 않은 부위에 대응하는 부분의 표면(3)상에까지 갈라짐이 앞질러 나가는 일이 없고, 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 실시형태에 관련되는 레이저 가공 방법에 있어서, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서는, 다음의 (1)~(4)의 경우가 있다.
(1) 개질 영역이 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 크랙 영역인 경우
가공 대상물(예를 들어 유리나 LiTaO3로 이루어진 압전 재료)의 내부에 집광 점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1×108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하인 조건에서 레이저 광을 조사한다. 이 펄스 폭의 크기는, 다광자 흡수를 일으키게 하면서 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 들어 1ns~200ns가 바람직하다. 또한, 다광자 흡수에 의한 크랙 영역의 형성은, 예를 들어, 제45회 레이저 열 가공연구회논문집(1998년. 12월)의 제23페이지~제28페이지의 「고체 레이저 고조파(高調波)에 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(등록상표)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: 60퍼센트
(D) 가공 대상물이 얹어 놓여지는 재치대(載置臺)의 이동 속도: 100㎜/초
또한, 레이저 광 품질이 TEM00이란, 집광성이 높고 레이저 광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 횡축은 피크 파워 밀도이며, 레이저 광이 펄스 레이저 광이므로 전계 강도는 피크 파워 밀도로 나타난다. 종축은 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 최대 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 검은 동그라미로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 100배, 개구수(NA)가 0.80인 경우이다. 한편, 그래프중의 흰 동그라미로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 50배, 개구수(NA)가 0.55인 경우이다. 피크 파워 밀도가 1011(W/㎠) 정도부터 가공 대상물의 내부에 크랙 스폿이 발생하고, 피크 파워 밀도가 커짐 에 따라 크랙 스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
다음에, 크랙 영역 형성에 의한 가공 대상물의 절단의 메커니즘에 대하여, 도 8~도 11을 참조하여 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 일어나는 조건에서 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞추고 레이저 광(L)을 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 나타내는 바와 같이, 크랙 영역(9)을 기점으로 하여(즉, 절단 기점 영역을 기점으로 하여) 크랙이 더욱 성장하며, 도 10에 나타내는 바와 같이, 크랙이 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하고, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)이 갈라지는 것에 의해 가공 대상물(1)이 절단된다. 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하는 크랙은 자연스럽게 성장하는 경우도 있고, 가공 대상물(1)에 힘이 인가되는 것에 의해 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㎲ 이하인 조건에서 레이저 광을 조사한다. 이에 의해 가공 대상물의 내부는 다광자 흡수에 의해 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역이 형성된다. 용융 처리 영역이란 일단 용융후 재고체화한 영역이나, 완전히 용융 상태인 영역이나, 용융 상태로부터 재고체화하는 상태의 영역이며, 상변화한 영역이나 결정 구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융 처리 영역이란 단결정 구조, 비정질 구조, 다결정 구조에 있어서, 어느 구조가 다른 구조로 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 즉, 예를 들어, 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 들어 비정질 실리콘 구조이다. 전계 강도의 상한치로서는, 예를 들어 1×1012(W/㎠)이다. 펄스 폭은 예를 들어 1㎱~200㎱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 4인치)
(B) 레이저
광원: 반도체 레이저, 여기 Nd:YAG 레이저,
파장: 1064㎚
레이저 광 스폿 단면: 3.14×10-8㎠
발진 형태: Q 스위치 펄스
반복 주파수: 100kHz
펄스 폭 :30㎱
출력: 20μJ/펄스
레이저 광 품질: TEM
편광 특성: 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
배율: 50배
N.A.: 0.55
레이저 광 파장에 대한 투과율: 60퍼센트
(D) 가공 대상물이 얹어 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, 레이저 광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 단, 실리콘 기판의 표면측과 이면측 각각의 반사 성분을 제거하고, 내부만의 투과율을 나타내고 있다. 실리콘 기판의 두께 t가 50㎛, 100㎛, 200㎛, 500㎛, 1000㎛의 각각에 대하여 상기 관계를 나타내었다.
예를 들어, 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㎛이므로, 다광 자 흡수에 의한 용융 처리 영역(13)은 실리콘 웨이퍼(11)의 중심 부근, 즉 표면으로부터 175㎛인 부분에 형성된다. 이 경우의 투과율은, 두께 200㎛의 실리콘 웨이퍼를 참고로 하면 90% 이상이므로, 레이저 광이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 흡수되는 것은 근소하며, 대부분이 투과한다. 이것은, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 레이저 광이 흡수되어, 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 형성된 것을 의미한다. 다광자 흡수에 의한 용융 처리 영역의 형성은, 예를 들어, 용접학회 전국대회강연개요 제66집(2000년 4월)의 제72페이지~제73페이지의 「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 향하여 갈라짐을 발생시키고, 그 갈라짐이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 것에 의해, 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 이 갈라짐은 자연스럽게 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다. 그리고, 절단 기점 영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 갈라짐이 자연스럽게 성장하는 경우에는, 절단 기점 영역을 형성하는 용융 처리 영역이 용융하고 있는 상태로부터 갈라짐이 성장하는 경우와, 절단 기점 영역을 형성하는 용융 처리 영역이 용융하고 있는 상태로부터 재고체화할 때에 갈라짐이 성장하는 경우 모두 있다. 단, 어느 쪽의 경우도 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 갈라짐이 생기기 어려우므로, 할단 제어가 용이해진다.
(3) 개질 영역이 용융 처리 영역 및 미소 공동인 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㎲ 이하인 조건에서 레이저 광을 조사한다. 이에 의해, 가공 대상물의 내부에는 용융 처리 영역과 미소 공동이 형성되는 경우가 있다. 또한, 전계 강도의 상한치로서는, 예를 들어 1×1012(W/㎠)이다. 펄스 폭은 예를 들어 1㎱~200㎱가 바람직하다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3) 측으로부터 레이저 광(L)을 입사시킨 경우, 미소 공동(14)은 용융 처리 영역(13)에 대해 이면(21) 측에 형성된다. 도 14에서는, 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)이 떨어져 형성되어 있으나, 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)이 연속하여 형성되는 경우도 있다. 즉, 다광자 흡수에 의해 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 쌍이 되어 형성되는 경우, 미소 공동(14)은, 용융 처리 영역(13)에 대해 실리콘 웨이퍼(11)에 있어서의 레이저 광 입사면의 반대측에 형성되게 된다.
이와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)에 레이저 광(L)을 투과시켜 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜 용융 처리 영역(13)을 형성한 경우에, 각 각의 용융 처리 영역(13)에 대응한 미소 공동(14)이 형성되는 원리에 대해서는 반드시 분명하지 않다. 여기서는, 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 쌍이 된 상태에서 형성되는 원리에 관하여 본 발명자들이 상정하는 2개의 가설을 설명한다.
본 발명자들이 상정하는 제1 가설은 다음과 같다. 즉, 도 15에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부의 집광점(P)에 초점을 맞추고 레이저 광(L)을 조사하면, 집광점(P)의 근방에 용융 처리 영역(13)이 형성된다. 종래는, 이 레이저 광(L)으로서, 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 광(L)의 중심 부분의 빛(도 15중, L4 및 L5에 상당하는 부분의 빛)을 사용하는 것으로 하고 있었다. 이것은, 레이저 광(L)의 가우시안 분포의 중심 부분을 사용하기 때문이다.
본 발명자들은 레이저 광(L)이 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3)에 주는 영향을 억제하기 위해 레이저 광(L)을 넓히기로 하였다. 그 한 방법으로서, 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 광(L)을 소정의 광학계로 익스팬드하여 가우시안 분포의 저변을 넓히고, 레이저 광(L)의 주변 부분의 빛(도 15중, L1~L3 및 L6~L8에 상당하는 부분의 빛)의 레이저 강도를 상대적으로 상승시키는 것으로 하였다. 이와 같이 익스팬드한 레이저 광(L)을 실리콘 웨이퍼(11)에 투과시키면, 이미 설명한 바와 같이 집광점(P)의 근방에서는 용융 처리 영역(13)이 형성되고, 그 용융 처리 영역(13)에 대응한 부분에 미소 공동(14)이 형성된다. 즉, 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)은 레이저 광(L)의 광축(도 15중의 일점쇄선)을 따른 위치에 형성된다. 미소 공동(14)이 형성되는 위치는, 레이저 광(L)의 주변 부분의 빛(도 15중, L1~L3 및 L6~L8에 상당하는 부분의 빛)이 이론상 집광되는 부분에 상당한다.
이와 같이 레이저 광(L)의 중심 부분의 빛(도 15중, L4 및 L5에 상당하는 부분의 빛)과, 레이저 광(L)의 주변 부분의 빛(도 15중, L1~L3 및 L6~L8에 상당하는 부분의 빛)이 각각 집광되는 부분이 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향에 있어서 다른 것은, 레이저 광(L)을 집광하는 렌즈의 구면 수차에 의한 것이라고 생각된다. 본 발명자들이 상정하는 제1 가설은, 이 집광 위치의 차가 어떠한 영향을 미치고 있는 것은 아닐까라고 하는 것이다.
본 발명자들이 상정하는 제2 가설은, 레이저 광(L)의 주변 부분의 빛(도 15중, L1~L3 및 L6~L8에 상당하는 부분의 빛)이 집광되는 부분은 이론상의 레이저 집광점이기 때문에, 이 부분의 광 강도가 높고 미세 구조 변화가 일어나고 있기 때문에 그 주위가 실질적으로 결정 구조가 변화하고 있지 않은 미소 공동(14)이 형성되고, 용융 처리 영역(13)이 형성되어 있는 부분은 열적인 영향이 크며 단순하게 용해하여 재고체화했다고 하는 것이다.
여기서, 용융 처리 영역(13)은 상기(2)에서 기술한 바와 같은 것이나, 미소 공동(14)은, 그 주위가 실질적으로 결정 구조가 변화하고 있지 않은 것이다. 실리콘 웨이퍼(11)가 실리콘 단결정 구조인 경우에는, 미소 공동(14)의 주위는 실리콘 단결정 구조인 채인 부분이 많다.
본 발명자들은, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 형성되는 것을 실험에 의해 확인하였다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물: 실리콘 웨이퍼(두께 100㎛)
(B) 레이저
광원: 반도체 레이저, 여기 Nd:YAG 레이저
파장: 1064㎚
반복 주파수: 4OKHz
펄스 폭: 30㎱
펄스 피치: 7㎛
가공 깊이: 8㎛
펄스 에너지: 50μJ/펄스
(C) 집광용 렌즈
NA: 0.55
(D) 가공 대상물이 얹어 놓여지는 재치대의 이동 속도: 280㎜/초
도 16은, 상기 조건에서의 레이저 가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼(11)의 절단면의 사진을 나타낸 도면이다. 도 16에 있어서 (a)와 (b)는 동일한 절단면의 사진을 다른 축척으로 나타낸 것이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에는, 1 펄스의 레이저 광(L)의 조사에 의해 형성된 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)의 쌍이, 절단면을 따라(즉, 절단 예정 라인을 따라) 소정의 피치로 형성되어 있다.
또한, 도 16에 나타내는 절단면의 용융 처리 영역(13)은, 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향(도면중의 상하 방향)의 폭이 13㎛ 정도이고, 레이저 광(L)을 이동하는 방향(도면중의 좌우 방향)의 폭이 3㎛ 정도이다. 또, 미소 공동(14)은, 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향의 폭이 7㎛ 정도이며, 레이저 광(L)을 이동하는 방향의 폭 이 1.3㎛ 정도이다. 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)과의 간격은 1.2㎛ 정도이다.
(4) 개질 영역이 굴절률 변화 영역인 경우
가공 대상물(예를 들어 유리)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1×108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스 폭이 1㎱ 이하인 조건에서 레이저 광을 조사한다. 펄스 폭을 극히 짧게 하고, 다광자 흡수를 가공 대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수에 의한 에너지가 열에너지로 전환하지 않고, 가공 대상물의 내부에는 이온 가수 변화, 결정화 또는 분극 배향 등의 영속적인 구조 변화가 야기되어 굴절률 변화 영역이 형성된다. 전계 강도의 상한치로서는, 예를 들어 1×1012(W/㎠)이다. 펄스 폭은 예를 들어 1㎱ 이하가 바람직하고, 1ps 이하가 더욱 바람직하다. 다광자 흡수에 의한 굴절률 변화 영역의 형성은, 예를 들어, 제42회 레이저열가공연구회논문집(1997년.11월)의 제105페이지~제111페이지의 「펨토초 레이저 조사에 의한 유리 내부에의 광야기 구조 형성」에 기재되어 있다.
이상, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서 (1)~(4)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 한층 더 작은 힘으로, 게다가 정밀도 좋게 가공 대상물을 절단 하는 것이 가능하게 된다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정 반도체로 이루어진 기판의 경우 는, (111)면(제1 벽개면)이나 (110)면(제2 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 주면(主面)으로 하여 (1120)면(A면) 혹은 (1100)면(M면)을 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향(예를 들어, 단결정 실리콘 기판에 있어서의 (111)면을 따른 방향), 혹은 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향으로 직교하는 방향을 따라 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이션 플랫을 기준으로 함으로써, 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향을 따른 절단 기점 영역을 용이하게 또한 정확하게 기판에 형성하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 설명한다. 도 17은 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이며, 도 18은, 도 17에 나타내는 가공 대상물의 XVIII-XVIII선을 따른 부분 단면도이다.
도 17 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)은 실리콘으로 이루어진 기판(4)과, 복수의 기능소자(15)를 가지며 기판(4)의 표면(3)에 형성된 적층부(16)를 구비하고 있다. 기능소자(15)는 기판(4)의 표면(3)에 적층된 층간 절연막(17a)과, 층간 절연막(17a)상에 배치된 배선층(19a)과, 배선 층(19a)을 덮도록 층간 절연막(17a)상에 적층된 층간 절연막(17b)과, 층간 절연막(17b)상에 배치된 배선층(19b)을 가지고 있다. 배선층(19a)과 기판(4)은, 층간 절연막(17a)을 관통하는 도전성 플러그(20a)에 의해 전기적으로 접속되고, 배선층(19b)과 배선층(19a)은, 층간 절연막(17b)을 관통하는 도전성 플러그(20b)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 기능소자(15)는 기판(4)의 표면(3)에 기판(4)의 오리엔테이션 플랫(6)에 평행한 방향 및 수직인 방향으로 매트릭스 모양으로 다수 형성되어 있으나, 층간 절연막(17a, 17b)은, 기판(4)의 표면(3) 전체를 덮도록 서로 이웃하는 기능소자(15, 15) 사이에 걸쳐 형성되어 있다.
이상과 같이 구성된 가공 대상물(1)을 이하와 같이 하여 기능소자(15)마다 절단한다. 우선, 도 19(a)에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 이면(21)에 익스팬드 테이프(확장 가능 부재)(23)를 붙인다. 계속해서, 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, 적층부(16)를 위쪽을 향해 가공 대상물(1)을 레이저 가공 장치의 재치대(도시하지 않음)상에 고정한다.
그리고, 서로 이웃하는 기능소자(15, 15) 사이를 통과하도록, 가공 대상물(1)에 대해 절단 예정 라인(5)을 격자 모양으로 설정한다(도 17의 파선 참조). 계속해서, 기판(4)의 내부에 집광점(P)을 맞추고 적층부(16)측으로부터 레이저 광(L)을 다광자 흡수가 일어나는 조건에서 조사하면서, 재치대의 이동에 의해 절단 예정 라인(5)을 따라 집광점(P)을 스캔한다.
이 절단 예정 라인(5)을 따른 집광점(P)의 스캔을 1개의 절단 예정 라인(5)에 대해 3회 실시하나, 기판(4)의 표면(3)으로부터 집광점(P)까지의 거리를 각 회 마다 변경함으로써, 기판(4)의 이면(21)측으로부터 순서대로, 기판(4)의 두께 방향의 중심 위치(CL)로부터 기판(4)의 이면(21)측에 편의한 1열의 제1 개질 영역(71) 및 중심 위치(CL)로부터 기판(4)의 표면(3)측에 편의한 2열의 제2 개질 영역(72)을 절단 예정 라인(5)을 따라 기판(4)의 내부에 1열씩 형성한다. 그리고, 2열의 제2 개질 영역(72)의 형성에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따른 갈라짐(24)을 제2 개질 영역(72)으로부터 기판(4)의 표면(3)에 생기게 한다. 또한, 기판(4)은 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이기 때문에, 각 개질 영역(71, 72)은 용융 처리 영역이다.
이와 같이, 각 개질 영역(71, 72)을 기판(4)의 표면(3)으로부터 먼 순서대로 일렬씩 형성함으로써, 각 개질 영역(71, 72)을 형성할 때에, 레이저 광(L)이 입사하는 표면(3)과 레이저 광(L)의 집광점(P)과의 사이에는 개질 영역(71, 72)이나 갈라짐(24)이 존재하지 않기 때문에, 이미 형성된 개질 영역(71, 72) 등에 의한 레이저 광(L)의 산란, 흡수 등이 일어나는 일은 없다. 따라서, 각 개질 영역(71, 72)을 절단 예정 라인(5)을 따라 기판(4)의 내부에 확실하게 형성할 수 있다. 또, 기판(4)의 내부에 집광점(P)을 맞추고 적층부(16)측으로부터 레이저 광(L)을 조사함으로써, 제2 개질 영역(72)으로부터 기판(4)의 표면(3)에 갈라짐(24)을 확실하게 생기게 할 수 있다.
각 개질 영역(71, 72)을 형성한 후, 도 20(a)에 나타내는 바와 같이 익스팬드 테이프(23)를 확장시킨다. 그리고, 이 상태에서, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 이면(21)에 대해, 익스팬드 테이프(23)를 통하여 나이프 엣지(압압 부재)(41)를 꽉 누르고, 화살표 B 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 가공 대상 물(1)에는, 갈라짐(24)이 벌어지는 응력이 발생하게 되기 때문에, 갈라짐(24)이 적층부(16) 및 제1 개질 영역(71)을 향하여 신전하게 되어 가공 대상물(1)이 절단 예정 라인(5)을 따라 절단된다.
그리고, 이 때, 기판(4)의 이면(21)에 붙여진 익스팬드 테이프(23)가 확장된 상태에 있기 때문에, 도 21에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)이 절단된 직후에, 절단되어 얻어진 각 반도체 칩(25)이 서로 이간하게 된다.
여기서, 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법에 이용되는 가공 대상물 절단 장치에 대하여 설명한다.
도 22는, 가공 대상물 절단 장치에 장착되는 가공 대상물 지지 유니트의 사시도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물 지지 유니트(30)는 판재로 이루어진 링 모양의 지지 프레임(31)을 가지고 있다. 지지 프레임(31)에는, 그 개구부(31a)를 덮도록 이면측으로부터 익스팬드 테이프(23)가 붙여져 있으며, 이 익스팬드 테이프(23)상에는, 개구부(31a)의 중앙에 위치하도록 적층부(16)를 위쪽을 향하여 가공 대상물(1)이 붙여져 있다.
또한, 가공 대상물(1)에 있어서는, 서로 이웃하는 기능소자(15, 15) 사이를 통과하도록 가공 대상물(1)에 대해 격자 모양으로 설정된 절단 예정 라인(5)을 따라, 제1 및 제2 개질 영역(71, 72)이 기판(4)의 내부에 형성되어 있는 동시에, 제2 개질 영역(72)으로부터 기판(4)의 표면(3)에 갈라짐(24)이 발생되어 있다.
도 23은 가공 대상물 절단 장치의 사시도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물 절단 장치(40)는 원통 형상의 베이스(42)를 가지고 있으며, 이 베 이스(42)의 단면(42a)상에 가공 대상물 지지 유니트(30)의 지지 프레임(31)이 배치된다. 베이스(42)에는, 단면(42a)상에 배치된 지지 프레임(31)을 고정하기 위한 클램프(43)가 복수 설치되어 있다.
베이스(42)의 내측에는, 가공 대상물(1)의 외경 보다 큰 내경을 갖는 원통 모양의 확장 부재(44)가 배치되어 있다. 이 확장 부재(44)는 z축 방향(상하 방향)으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 확장 부재(44)의 내측에는, 가공 대상물(1)의 외경 보다 큰 폭을 갖는 나이프 엣지(41)가 배치되어 있다. 이 나이프 엣지(41)는 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 동시에, z축 회전으로 회전 가능하게 되어 있다.
이상과 같이 구성된 가공 대상물 절단 장치(40)의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 도 24에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)에 대해 격자 모양으로 설정된 절단 예정 라인(5)이 x축 방향 및 y축 방향에 일치하도록, 베이스(42)의 단면(42a)상에 가공 대상물 지지 유니트(30)의 지지 프레임(31)을 배치하고 클램프(43)에 의해 고정한다. 이 상태에서, 도 25에 나타내는 바와 같이, 확장 부재(44)가 상승하고, 가공 대상물(1)이 익스팬드 테이프(23)와 함께 들어올려진다. 이에 의해, 익스팬드 테이프(23)가 확장된 상태로 된다.
계속해서, 도 26에 나타내는 바와 같이, 나이프 엣지(41)가 상승하고, 익스팬드 테이프(23)를 통하여 가공 대상물(1)에 꽉 눌려진다. 그리고, 나이프 엣지(41)가 그 폭 방향을 x축 방향에 일치시킨 상태에서 y축 방향으로 이동한다. 이에 의해, 가공 대상물(1)에는 갈라짐(24)이 벌어지는 것과 같은 응력이 발생되어, x축 방향으로 연장되어 있는 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)이 직사각형 모양으로 절단된다.
계속해서, 나이프 엣지(41)가 하강하고, z축 회전으로 90° 회전한다. 그 후, 다시 나이프 엣지(41)가 상승하고, 익스팬드 테이프(23)를 통하여 가공 대상물(1)에 꽉 눌려진다. 그리고, 나이프 엣지(41)가 그 폭 방향을 y축 방향에 일치시킨 상태에서, x축 방향으로 이동한다. 이에 의해, 가공 대상물(1)에는, 갈라짐(24)이 벌어지는 것과 같은 응력이 발생되게 되어, y축 방향으로 연장되어 있는 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)이 칩 모양으로 절단된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법에 있어서는, 중심 위치(CL)로부터 기판(4)의 이면(21)측에 편의한 제1 개질 영역(71)과, 중심 위치(CL)로부터 기판(4)의 표면(3)측에 편의한 제2 개질 영역(72)이 절단 예정 라인(5)을 따라 기판(4)의 내부에 형성되는 동시에, 제2 개질 영역(72)으로부터 기판(4)의 표면(3)에 갈라짐(24)이 발생되게 된다. 그리고, 이 상태에서 갈라짐(24)이 벌어지도록 가공 대상물(1)에 응력이 발생되기 때문에, 갈라짐(24)이 적층부(16) 및 제1 개질 영역(71)을 향해 신전하게 되어, 가공 대상물(1)이 절단 예정 라인(5)을 따라 정밀도 좋게 절단된다. 게다가, 이 때, 기판(4)의 이면(21)에 붙여진 익스팬드 테이프(23)가 확장되어 있기 때문에, 가공 대상물(1)이 절단된 직후에, 서로 이웃하는 반도체 칩(25, 25)이 대향하는 절단면(25a, 25a)이 이간하게 되어(도 21 참조), 대향하는 절단면(25a, 25a)끼리의 접촉에 의한 치핑이나 크래킹 발생이 방지된다.
이에 의해, 예를 들어, 기판(4)이 두꺼운 경우에, 절단 예정 라인(5)을 따른 개질 영역(71, 72)의 열수를 늘리는 것에 의해, 가공 대상물(1)을 절단 예정 라인(5)을 따라 절단하는 기술에 비해, 절단 품질을 유지하고 나서의 가공 시간의 단시간화를 도모할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 가공 대상물 절단 방법에 의하면, 기판(4)과, 복수의 기능소자(15)를 가지며 기판(4)의 표면(3)에 형성된 적층부(16)를 구비하는 가공 대상물(1)을, 기판(4)이 두꺼운 경우라도, 절단 예정 라인(5)을 따라 기능소자(15)마다 단시간에 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다.
실시예로서, 두께 300㎛, 외경 8 인치인 실리콘제의 기판(4)을 구비하는 가공 대상물(1)을 5㎜×5㎜의 칩으로 절단하는 경우에 대해 설명한다.
도 27에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 표면(3)과 제1 개질 영역(71)의 표면 측단부(71a)와의 거리가 약 245㎛가 되는 위치에, 기판(4)의 두께 방향에 있어서의 폭이 약 45㎛인 제1 개질 영역(71)을 형성하였다. 또한, 기판(4)의 표면(3)과 제2 개질 영역(72)의 표면 측단부(72a)와의 거리가 약 82㎛가 되는 위치에, 기판(4)의 두께 방향에 있어서의 폭이 약 27㎛인 제2 개질 영역(72)을 형성하는 동시에, 기판(4)의 표면(3)과 제2 개질 영역(72)의 표면 측단부(72a)와의 거리가 약 39㎛가 되는 위치에, 기판(4)의 두께 방향에 있어서의 폭이 약 24㎛인 제2 개질 영역(72)을 형성하고, 제2 개질 영역(72)으로부터 기판(4)의 표면(3)에 갈라짐(24)을 일으키게 하였다.
이 상태에서 갈라짐(24)이 벌어지도록 가공 대상물(1)에 응력을 발생시키면, 가공 대상물(1)은 격자 모양으로 설정된 절단 예정 라인(5)을 따라 완전하게 절단되었다. 또, 절단 예정 라인(5)을 다른 사행(蛇行)은 4㎛ 이하로 억제되고, 절단면(25a)의 요철은 5㎛ 이하로 억제되었다. 또한, 제1 및 제2 개질 영역(71, 72)을 형성하는데 필요로 한 시간은 4분 이하로 억제되었다(참고로서, 1개의 절단 예정 라인에 대해 개질 영역을 5열 형성하기 위해서는 6분 이상의 시간을 필요로 한다).
이상의 실시예의 같이, 기판(4)에 있어서 절단 예정 라인(5)을 따른 부분에서는, 중심 위치(CL)에 대해 기판(4)의 표면(3)측의 부분(4a)에 있어서의 제2 개질 영역(72)의 형성 밀도를, 중심 위치(CL)에 대해 기판(4)의 이면(21)측의 부분(4b)에 있어서의 제1 개질 영역(71)의 형성 밀도보다 높게 하거나, 제2 개질 영역(72)의 열수를 제1 개질 영역(71)의 열수보다 많게 하거나 하는 것이 바람직하다. 이들에 의하면, 두께 300㎛라고 하는 바와 같이 기판(4)이 두꺼운 경우라도, 가공 대상물(1)을 절단 예정 라인(5)을 따라 한층 더 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는, 기판(4)의 이면(21)에 익스팬드 테이프(23)를 붙인 후에, 기판(4)의 내부에 제1 및 제2 개질 영역(71, 72)을 형성하였으나, 기판(4)의 내부에 제1 및 제2 개질 영역(71, 72)을 형성한 후에, 기판(4)의 이면(21)에 익스팬드 테이프(23)를 붙여도 된다.
또, 갈라짐(24)이 벌어지도록 가공 대상물(1)에 응력을 발생시키기 위한 압압 부재로서 롤러를 이용해도 된다. 롤러에 의해서도, 나이프 엣지(41)와 마찬가 지로, 용이하게 또한 확실하게, 갈라짐(24)이 벌어지는 것과 같은 응력을 가공 대상물(1)에 발생시키게 할 수 있다. 또한, 압압 부재로서 나이프 엣지(41)를 이용하는 경우, 가공 대상물(1)에 대해 절단 예정 라인(5)을 따른 밀어올림을 반복해도 된다.
또, 제1 개질 영역(71)의 열수는, 기판(4)의 두께 방향의 중심 위치(CL)로부터 기판(4)의 이면(21)측에 편의하고 있다고 하는 조건을 충족하면, 1열로 한정되지 않는다. 마찬가지로, 제2 개질 영역(72)의 열수는, 기판(4)의 두께 방향의 중심 위치(CL)로부터 기판(4)의 표면(3)측에 편의하고 있다고 하는 조건을 충족하면, 2열로 한정되지 않는다.
또, 상기 실시형태에서는, 절단 예정 라인(5)상의 절연막(층간 절연막(17a, 17b))을 통하여, 레이저 광(L)을 집광하고 있으나, 기판(4)의 레이저 광 입사면상의 절연막을 제거하면, 레이저 광 강도를 감쇠시키지 않고 기판(4)의 내부에 레이저 광(L)을 집광하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 기판과, 복수의 기능소자를 가지며 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을, 그 기판이 두꺼운 경우라도, 절단 예정 라인을 따라 기능소자마다 단시간에 정밀도 좋게 절단할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판과, 복수의 기능소자를 가지며 상기 기판의 표면에 설치된 적층부를 구비하는 가공 대상물을, x축 방향 및 y축 방향으로 연장하도록 격자 모양으로 설정된 절단 예정 라인을 따라 상기 기능소자마다 절단하는 가공 대상물 절단 방법으로서,
    상기 기판의 내부에 집광점을 맞추고 상기 적층부측으로부터 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 상기 절단 예정 라인을 따라, 상기 기판의 두께 방향의 중심 위치로부터 상기 기판의 이면측에 편의(偏倚)한 제1 개질 영역을 상기 기판의 내부에 형성하는 공정과,
    상기 기판의 내부에 집광점을 맞추고 상기 적층부측으로부터 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 상기 절단 예정 라인을 따라, 상기 기판의 두께 방향의 중심 위치로부터 상기 기판의 표면측에 편의한 제2 개질 영역을 상기 기판의 내부에 형성하고, 상기 제2 개질 영역으로부터 상기 기판의 표면에 갈라짐을 일으키게 하는 공정과,
    상기 제1 및 상기 제2 개질 영역을 형성한 후에, 상기 기판의 이면에 장착된 확장 가능 부재를 확장시키는 공정과,
    상기 확장 가능 부재를 확장시킨 상태에서, 상기 확장 가능 부재를 통하여 상기 기판의 이면에 대해 상기 x축 방향으로 연장하는 상기 절단 예정 라인을 따라서 순차적으로 압압(押壓) 부재를 누르는 것에 의해, 상기 갈라짐이 벌어지도록 상기 가공 대상물에 응력을 발생시키며, 상기 x축 방향으로 연장하는 상기 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물을 직사각형 모양으로 절단하는 공정과,
    상기 가공 대상물을 직사각형 모양으로 절단한 후에, 상기 확장 가능 부재를 확장시킨 상태에서, 상기 확장 가능 부재를 통하여 상기 기판의 이면에 대해 상기 y축 방향으로 연장하는 상기 절단 예정 라인을 따라서 순차적으로 상기 압압 부재를 누르는 것에 의해, 상기 갈라짐이 벌어지도록 상기 가공 대상물에 응력을 발생시키며, 상기 y축 방향으로 연장하는 상기 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물을 칩 모양으로 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 확장 가능 부재는 링 모양의 지지 프레임의 개구부를 덮고 또한 상기 가공 대상물이 상기 개구부에 위치하도록 상기 지지 프레임에 붙여져 있으며,
    상기 확장 가능 부재를 확장시키는 공정에서는, 상기 지지 프레임을 베이스에 고정한 상태에서, 상기 베이스의 내측에 배치된 확장 부재를 z축 방향으로 이동시키는 것에 의해, 상기 확장 가능 부재를 확장시키고,
    상기 가공 대상물을 직사각형 모양으로 절단하는 공정에서는, 상기 확장 가능 부재를 상기 z축 방향으로 이동시킨 상태에서, 상기 확장 부재의 내측에 배치된 상기 압압 부재를 상기 z축 방향으로 이동시킨 후, 상기 y축 방향으로 이동시키는 것에 의해, 상기 x축 방향으로 연장하는 상기 절단 예정 라인을 따라서 순차적으로 상기 압압 부재를 누르며,
    상기 가공 대상물을 칩 모양으로 절단하는 공정에서는, 상기 확장 부재를 상기 z축 방향으로 이동시킨 상태에서, 상기 확장 부재의 내측에 배치된 상기 압압 부재를 상기 z축 방향으로 이동시킨 후, 상기 x축 방향으로 이동시키는 것에 의해, 상기 y축 방향으로 연장하는 상기 절단 예정 라인을 따라서 순차적으로 상기 압압 부재를 누르는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판에 있어서 상기 절단 예정 라인을 따른 부분에서는, 상기 기판의 두께 방향의 중심 위치에 대해 상기 기판의 표면측의 부분에 있어서의 상기 제2 개질 영역의 형성 밀도는, 상기 기판의 두께 방향의 중심 위치에 대해 상기 기판의 이면측의 부분에 있어서의 상기 제1 개질 영역의 형성 밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판에 있어서 상기 절단 예정 라인을 따른 부분에서는, 상기 제2 개질 영역의 열수는, 상기 제1 개질 영역의 열수보다 많은 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 개질 영역을 상기 기판의 내부에 형성한 후에, 상기 제2 개질 영역을 상기 기판의 내부에 형성하고, 상기 제2 개질 영역으로부터 상기 기판의 표면에 갈라짐을 일으키게 하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 반도체 기판이며, 상기 제1 및 상기 제2 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 대상물 절단 방법.
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