KR101252884B1 - 레이저 가공방법 - Google Patents

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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

흡착테이블과 유지부재를 이격시킬 때에, 개질영역을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물이 절단되는 것을 방지 할 수 있는 레이저 가공방법을 제공한다.진공 척의 흡착테이블(52) 위에, 포러스 시트(53)를 개재시키고, 프레임(51)에 장설 되어 한편 가공대상물(1)을 유지한 확장테이프(23)를 흡착고정한다. 이 때, 시트(53)의 영률은 테이블(52)의 영률보다 낮기 때문에, 시트(53)의 미세한 구멍에의 테이프(23)의 파고듦이 억제된다. 이것에 의해, 개질영역(7)의 형성 후에 흡착고정을 해제하고, 테이블(52)로 테이프(23)를 이격시켜도, 가공대상물(1)에 큰 굽힘응력이 작용하지 않는다. 따라서, 테이블(52)로 테이프(23)를 이격시킬 때에, 개질영역(7)을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물(1)이 절단되는 것을 방지 할 수 있다.

Description

레이저 가공방법{LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 절단하기 위해서 사용되는 레이저 가공방법에 관한 것이다.
종래에 있어서의 이런 종류의 레이저 가공방법으로서 진공 척(chuck)의 흡착테이블 위에 직접 웨이퍼 모양의 가공대상물을 유지한 확장 가능한 유지부재(확장테이프 등)를 흡착고정하고, 가공대상물의 내부에 집광점(集光点)을 맞추어 레이저광을 조사하는 것에 의해, 절단예정라인에 따라서 가공대상물의 내부에 개질(改質)영역을 형성하는 레이저 가공방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 일본국 특개2004-179302호 공보
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그렇지만, 상술한 바와 같은 레이저 가공방법에는 다음과 같은 문제가 생길 우려가 있다. 즉, 흡착테이블 위에 직접 유지부재를 흡착고정하기 때문에, 흡착테이블의 미세한 구멍에 유지부재가 파고들어 개질영역의 형성 후에 흡착고정을 해제하여도 흡착테이블에 유지부재가 밀착한 채로 있게 된다. 이와 같은 상태로 흡착테이블과 유지부재를 억지로 이격시키면, 유지부재에 유지된 가공대상물에 큰 굽힘응력이 작용해 개질영역을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물이 절단된다. 이 때, 유지부재는 확장되어 있지 않기 때문에 절단된 가공대상물의 절단면끼리가 서로 스쳐 파티클의 발생 원인이 된다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 흡착테이블과 유지부재를 이격시킬 때에 개질영역을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물이 절단되는 것을 방지할 수 있는 레이저 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 레이저 가공방법은 진공 척의 흡착테이블 위에 다공질(多孔質)의 시트를 개재시켜 웨이퍼 모양의 가공대상물을 유지한 유지부재를 흡착고정하고, 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하는 것에 의해, 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 절단의 기점이 되는 개질영역을 가공대상물의 내부에 형성하는 공정을 구비하고, 시트의 영률(Young's modulus)은 흡착테이블의 영률보다 낮은 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공방법에서는 진공 척의 흡착테이블 위에 다공질의 시트를 개재시켜 웨이퍼 모양의 가공대상물을 유지한 유지부재를 흡착고정한다. 이 때, 시트의 영률은 흡착테이블의 영률보다 낮기 때문에, 흡착테이블 위에 직접 유지부재를 흡착고정하는 경우에 비해 시트의 미세한 구멍으로의 유지부재의 파고듦이 억제된다. 이것에 의해, 개질영역의 형성 후에 흡착고정을 해제하여 흡착테이블과 유지부재를 이격시켜도 유지부재에 유지된 가공대상물에 큰 굽힘응력이 작용하지 않는다. 따라서, 이 레이저 가공방법에 의하면 흡착테이블과 유지부재를 이격시킬 때에 개질영역을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물이 절단되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 시트 아래에는 시트보다 영률이 높은 흡착테이블이 존재하기 때문에, 유지부재를 흡착고정했을 때에 가공대상물의 평탄도를 유지할 수 있어 가공대상물의 내부에 정밀도 좋게 개질영역을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 절단의 기점이 되는 개질영역은 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하는 것으로 다광자흡수 그 외의 광 흡수를 가공대상물의 내부에서 생기게 하는 것에 의해 형성된다.
본 발명에 관한 레이저 가공방법에 있어서는, 시트의 마찰계수는 흡착테이블의 마찰계수보다 낮은 것이 바람직하다. 이것에 의해, 흡착테이블 위에 직접 유지부재를 흡착고정하는 경우에 비해, 시트의 미세한 구멍으로의 유지부재의 파고듦을 보다 한층 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 레이저 가공방법에 있어서는, 시트의 두께는 0.2㎜이하인 것이 바람직하다. 시트의 두께가 0.2㎜이하로 하면, 유지부재를 흡착고정했을 때의 가공대상물의 평탄도를 보다 확실히 유지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 레이저 가공방법에 있어서는, 레이저광에 대해서 시트의 광흡수계수는 흡착테이블의 광흡수계수보다 낮은 것이 바람직하다. 또, 레이저광에 대해서, 시트의 투과율은 흡착테이블의 투과율보다 높은 것이 바람직하다. 또, 레이저광에 대해서, 시트의 반사율은 흡착테이블의 반사율보다 높은 것이 바람직하다. 이것들에 의하면, 흡착테이블에 비해, 레이저광의 조사에 의한 시트의 온도 상승이 작아지기 때문에 시트에 접촉하고 있는 유지부재가 용융 등의 손상을 받는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 레이저 가공방법은 개질영역을 형성하는 공정의 후에 유지부재를 확장시키는 것에 의해, 개질영역을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물을 절단하는 공정을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있음과 동시에 절단된 가공대상물의 절단면끼리를 이간시켜 절단면끼리의 서로 스침에 의한 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 레이저 가공방법에 있어서는, 시트는 개질영역을 형성하는 공정의 후, 흡착테이블에 장착되어 있는 경우가 있다. 또, 시트는 개질영역을 형성하는 공정의 후, 유지부재에 장착되어 있고, 가공대상물을 절단하는 공정의 후에 유지부재로부터 떼어내지는 경우가 있다. 또, 시트는 개질영역을 형성하는 공정의 후, 유지부재에 장착되어 있고, 가공대상물을 절단하는 공정의 전에 유지부재로부터 떼어내지는 경우가 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 흡착테이블과 유지부재를 이격시킬 때에 개질영역을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물이 절단되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 따른 레이저가공중의 가공대상물의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 가공대상물의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 따는 레이저가공 후의 가공대상물의 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 가공대상물의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 가공대상물의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의해 절단된 가공대상물의 평면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서의 전계강도와 크랙 스폿의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 제1 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 제2 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 10은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 제3 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 11은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 제4 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼 의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도이다.
도 13은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서의 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 실시 형태의 레이저 가공방법에 있어서의 가공대상물의 사시도이다.
도 15는 도 14에 나타내는 가공대상물에 확장테이프를 부착한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 16은 도 14에 나타내는 가공대상물을 흡착테이블 위에 고정하려고 하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 17은 도 14에 나타내는 가공대상물을 흡착테이블 위에 고정한 상태에 있어서의 절단예정라인에 따라서 단면도이다.
도 18은 도 14에 나타내는 가공대상물과 흡착테이블을 이격시킨 상태를 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 14에 나타내는 가공대상물을 확장장치에 설치한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 14에 나타내는 가공대상물을 반도체 칩으로 절단한 상태를 나타내는 사시도이다.
<부호의 설명>
1 … 가공대상물, 5 … 절단예정라인, 7 … 개질영역, 23 … 확장테이프(유지부재), 52 … 유지테이블, 53 … 포러스(porous) 시트(다공질의 시트), L … 레 이저광, P … 집광점.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태의 레이저 가공방법에서는 가공대상물의 내부에 개질영역을 형성하기 위해서 다광자흡수라고 하는 현상을 이용한다. 그래서, 최초로 다광자흡수에 의해 개질영역을 형성하기 위한 레이저 가공방법에 대해 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭 EG보다 광자의 에너지 hυ가 작으면 광학적으로 투명하게 된다. 따라서, 재료에 흡수가 생기는 조건은 hυ > EG이다. 그러나, 광학적으로 투명하여도 레이저광의 강도를 매우 크게 하면 nhυ > EG의 조건(n = 2, 3, 4, …)에서 재료에 흡수가 생긴다. 이 현상을 다광자흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 피크파워 밀도(W/㎠)로 정해지고, 예를 들면 피크파워 밀도가 1 × 108(W/㎠) 이상의 조건에서 다광자흡수가 생긴다. 피크파워 밀도는 (집광점에 있어서의 레이저광의 1펄스당 에너지) ÷ (레이저광의 빔 스폿 단면적 × 펄스 폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 전계강도(W/㎠)로 결정된다.
이와 같은 다광자흡수를 이용하는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 원리에 대해서 도 1 ~ 도 6을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 모양(평판 모양)의 가공대상물(1)의 표면(3)에는 가공대상물(1)을 절단하기 위한 절단예정라인(5)이 있다. 절단예정라인(5)은 직선 모양으로 연장한 가상선이다. 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다광자흡수가 생기는 조건에서 가공대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저광 L을 조사하여 개질영역(7)을 형성한다. 또한, 집광점 P는 레이저광 L이 집광하는 개소이다. 또, 절단예정라인(5)은 직선 모양으로 한정하지 않고 곡선 모양으로 하여도 좋으며, 가상선으로 한정하지 않고 가공대상물(1)에 실제로 그은 선으로 하여도 좋다.
그리고, 레이저광 L을 절단예정라인(5)에 따라서(즉, 도 1의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 집광점 P를 절단예정라인(5)에 따라서 이동시킨다. 이것에 의해, 도 3 ~ 도 5에 나타내는 바와 같이, 개질영역(7)이 절단예정라인(5)에 따라서 가공대상물(1)의 내부에 형성되고, 이 개질영역(7)이 절단기점영역(8)이 된다. 여기서, 절단기점영역(8)은 가공대상물(1)이 절단될 때에 절단(나뉨)의 기점이 되는 영역을 의미한다. 이 절단기점영역(8)은 개질영역(7)이 연속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있고, 개질영역(7)이 단속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있다.
본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법은 가공대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광 L이 거의 흡수되지 않으므로, 가공대상물(1)의 표면(3)이 용융하지 않는다.
가공대상물(1)의 내부에 절단기점영역(8)을 형성하면, 이 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 나뉨이 발생하기 쉬워지기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교적 작은 힘으로 가공대상물(1)을 절단할 수 있다. 따라서, 가공대상물(1)의 표 면(3)에 불필요한 나뉨을 발생시키지 않고, 가공대상물(1)을 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다.
이 절단기점영역(8)을 기점으로 한 가공대상물(1)의 절단에는 다음의 2가지 방법을 고려할 수 있다. 하나는 절단기점영역(8) 형성 후, 가공대상물(1)에 인위적인 힘이 인가되는 것에 의해, 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 가공대상물(1)이 나뉘어 가공대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공대상물(1)의 두께가 큰 경우의 절단이다. 인위적인 힘이 인가된다는 것은, 예를 들면, 가공대상물(1)의 절단기점영역(8)에 따라서 가공대상물(1)에 굽힘응력이나 전단응력을 가하거나, 가공대상물(1)에 온도차를 주는 것에 의해 열응력을 발생시키거나 하는 것이다. 다른 하나는, 절단기점영역(8)을 형성하는 것에 의해, 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 가공대상물(1)의 단면 방향(두께 방향)을 향하여 자연히 나뉘어 결과적으로 가공대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공대상물(1)의 두께가 작은 경우에는 1열의 개질영역(7)에 의해 절단기점영역(8)이 형성됨으로써 가능하게 되고, 가공대상물(1)의 두께가 큰 경우에는 두께 방향으로 복수열 형성된 개질영역(7)에 의해 절단기점영역(8)이 형성됨으로써 가능하게 된다. 또한, 이 자연히 나뉘는 경우도 절단하는 개소에 있어서, 절단기점영역(8)이 형성되어 있지 않은 부위에 대응하는 부분의 표면(3) 위에까지 나뉨이 앞지르지 않으며, 절단기점영역(8)을 형성한 부위에 대응하는 부분만을 할단할 수 있으므로, 할단 제어를 잘할 수 있다. 최근, 실리콘 웨이퍼 등의 가공대상물(1)의 두께는 얇아지는 경향이므로, 이와 같은 제어성이 좋은 할단방법은 매우 유효하다.
그런데, 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서, 다광자흡수에 의해 형성되는 개질영역으로서는, 다음의 (1) ~ (3)인 경우가 있다.
(1) 개질영역이 1개 또는 복수의 크랙을 포함한 크랙 영역의 경우
가공대상물(예를 들면 유리나 LiTaO3으로 이루어진 압전재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎲이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 이 펄스폭의 크기는 다광자흡수를 일으키게 하면서 가공대상물의 표면에 불필요한 데미지를 주지 않고 가공대상물의 내부에만 크랙 영역을 형성할 수 있는 조건이다. 이것에 의해, 가공대상물의 내부에는 다광자흡수에 의한 광학적 손상이라고 하는 현상이 발생한다. 이 광학적 손상에 의해 가공대상물의 내부에 열변형이 야기되고, 이것에 의해 가공대상물의 내부에 크랙 영역이 형성된다. 전계강도의 상한치로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다. 또한, 다광자흡수에 의한 크랙 영역의 형성은, 예를 들면, 제45회 레이저 열가공 연구회 논문집(1998년.12월)의 제23페이지 ~ 제28페이지의 「고체 레이저 고주파에 의한 유리 기판의 내부 마킹」에 기재되어 있다.
본 발명자는 전계강도와 크랙의 크기와의 관계를 실험에 의해 구했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공대상물 : 파이렉스(등록상표) 유리(두께 700㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기(勵起) Nd : YAG 레이저
파장 : 1064nm
레이저광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8㎠
발진(發振) 형태 : Q스위치 펄스
반복 주파수 : 100㎑
펄스폭 : 30㎱
출력 : 출력 < 1mJ/펄스
레이저광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
레이저광 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
(D) 가공대상물이 실어 놓이는 재치대(載置臺)의 이동 속도 : 100㎜/초
또한, 레이저광 품질이 TEM00은 집광성이 높고 레이저광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 피크파워 밀도로서 레이저광이 펄스 레이저광이므로 전계강도는 피크파워 밀도로 나타낸다. 세로축은 1펄스의 레이저광에 의해 가공대상물의 내부에 형성된 크랙 부분(크랙 스폿)의 크기를 나타내고 있다. 크랙 스폿이 모여 크랙 영역이 된다. 크랙 스폿의 크기는 크랙 스폿의 형상 중 최대의 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 흑점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 100배, 개구수(NA)가 0.80인 경우이다. 한편, 그래프 중의 흰점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 50배, 개구수(NA)가 0.55인 경우이다. 피크파워 밀도가 1011(W/㎠) 정도로부터 가공대상물의 내부에 크랙 스폿이 발생해 피크파워 밀도가 커짐에 따라 크랙 스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
다음에, 크랙 영역 형성에 의한 가공대상물의 절단의 메카니즘에 대해서, 도 8 ~ 도 11을 참조하여 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 다광자흡수가 생기는 조건에서 가공대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저광 L을 조사하여 절단예정라인에 따라서 내부에 크랙 영역(9)을 형성한다. 크랙 영역(9)은 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 영역이다. 이와 같이 형성된 크랙 영역(9)이 절단기점영역이 된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 크랙 영역(9)을 기점으로 하여(즉, 절단기점영역을 기점으로 하여) 크랙이 더욱 성장해, 도 10에 나타내는 바와 같이, 크랙이 가공대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하고, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)이 나눠지는 것에 의해 가공대상물(1)이 절단된다. 가공대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하는 크랙은 자연히 성장하는 경우도 있고, 가공대상물(1)에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다.
(2) 개질영역이 용융처리영역인 경우
가공대상물(예를 들면 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스폭이 1㎲ 이 하인 조건에서 레이저광을 조사한다. 이것에 의해 가공대상물의 내부는 다광자흡수에 의해서 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공대상물의 내부에 용융처리영역이 형성된다. 용융처리영역과는 일단 용융 후 재고화한 영역이나, 확실히 용융 상태의 영역이나, 용융 상태로부터 재고화하는 상태의 영역이고, 상변화한 영역이나 결정구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융처리영역과는 단결정구조, 비정질구조, 다결정구조에 있어서, 어느 구조가 다른 구조로 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 단결정구조로부터 비정질구조로 변화한 영역, 단결정구조로부터 다결정구조로 변화한 영역, 단결정구조로부터 비정질구조 및 다결정구조를 포함한 구조로 변화한 영역을 의미한다. 가공대상물이 실리콘 단결정구조의 경우, 용융처리영역은 예를 들면 비정질 실리콘 구조이다. 전계강도의 상한치로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다.
본 발명자는 실리콘 웨이퍼의 내부에서 용융처리영역이 형성되는 것을 실험에 의해 확인했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 350㎛, 외경 4인치)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
파장 : 1064nm
레이저광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8㎠
발진 형태 : Q스위치 펄스
반복 주파수 : 100㎑
펄스폭 : 30㎱
출력 : 20μJ/펄스
레이저광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
배율 : 50배
N.A. : 0.55
레이저광 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
(D) 가공대상물이 실어 놓이는 재치대의 이동 속도 : 100㎜/초
도 12는 상기 조건에서의 레이저가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도이다. 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 용융처리영역(13)이 형성되어 있다. 또한, 상기 조건에 의해 형성된 용융처리영역(13)의 두께 방향의 크기는 100㎛ 정도이다.
용융처리영역(13)이 다광자흡수에 의해 형성된 것을 설명한다. 도 13은 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 다만, 실리콘 기판의 표면 측과 이면 측 각각의 반사성분을 제거해 내부만의 투과율을 나타내고 있다. 실리콘 기판의 두께 t가 50㎛, 100㎛, 200㎛, 500㎛, 1000㎛의 각각에 대해 상기 관계를 나타냈다.
예를 들면, Nd : YAG 레이저의 파장인 1064nm에 있어서, 실리콘 기판의 두께가 500㎛ 이하인 경우, 실리콘 기판의 내부에서는 레이저광이 80％이상 투과하는 것을 알 수 있다. 도 12에 나타내는 실리콘 웨이퍼(11)의 두께는 350㎛이므로, 다광자흡수에 의한 용융처리영역(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 거의 없고 대부분이 투과한다. 이것은 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 레이저광이 흡수되어, 용융처리영역(13)이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 형성(즉 레이저광에 의한 통상의 가열로 용융처리영역이 형성)된 것이 아니고, 용융처리영역(13)이 다광자흡수에 의해 형성된 것을 의미한다. 다광자흡수에 의한 용융처리영역의 형성은, 예를 들면, 용접학회 전국대회강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제72페이지 ~ 제73페이지의 「피코초 펄스 레이저에 의한 실리콘의 가공특성평가」에 기재되어 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼는 용융처리영역에 의해서 형성되는 절단기점영역을 기점으로 하여 단면 방향을 향해 나뉨을 발생시키고, 그 나뉨이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 것에 의해 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 이 나뉨은 자연히 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다. 그리고, 절단기점영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 나뉨이 자연히 성장하는 경우에는 절단기점영역을 형성하는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 나뉨이 성장하는 경우와, 절단기점영역을 형성하는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 재고화할 때에 나뉨이 성장하는 경우 중 어느 하나이다. 다만, 어느 쪽의 경우도 용융처리영역은 실리콘 웨이퍼의 내부에만 형성되고, 절단 후의 절단면에는 도 12와 같이 내부에만 용융처리영역이 형성되어 있다. 이와 같이, 가공대상물의 내부에 용융처리영역에 의해서 절단기점영역을 형성하면, 할단시, 절단기점영역 라인에서부터 어긋난 불필요한 나뉨이 생기기 어렵기 때문에, 할단제어가 용이하게 된다. 덧붙여서 말하면, 용융처리영역의 형성은 다광자흡수가 원인인 경우뿐만 아니라, 다른 흡수작용이 원인인 경우도 있다.
(3) 개질영역이 굴절률 변화영역인 경우
가공대상물(예를 들면 유리)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스폭이 1㎱이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 펄스폭을 매우 짧게 하여 다광자흡수를 가공대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자흡수에 의한 에너지가 열에너지로 바뀌지 않고 가공대상물의 내부에는 이온 가수 변화, 결정화 또는 분극배향 등의 영속적인 구조 변화가 야기되어 굴절률 변화영역이 형성된다. 전계강도의 상한치로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱이하가 바람직하고, 1ps이하가 더욱 바람직하다. 다광자흡수에 의한 굴절률 변화영역의 형성은, 예를 들면, 제42회 레이저 열가공 연구회 논문집(1997년.11월)의 제105페이지 ~ 제111페이지의 「펨토초 레이저 조사에 의한 유리 내부로의 광 야기 구조 형성」에 기재되어 있다.
이상, 개질영역으로서 (1) ~ (3)의 경우를 설명했지만, 웨이퍼 모양의 가공대상물의 결정구조나 그 벽개성 등을 고려하여 절단기점영역을 다음과 같이 형성하면, 그 절단기점영역을 기점으로 하여 한층 더 작은 힘으로, 게다가 정밀도 좋게 가공대상물을 절단하는 것이 가능하게 된다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정반도체로 이루어진 기판의 경우는 (111)면(제1 벽개면)이나 (110)면(제2 벽개면)에 따른 방향으로 절단기점영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또, GaAs 등의 섬아연광형 구조의 Ⅲ-V족 화합물 반도체로 이루어진 기판의 경우는 (110)면에 따른 방향으로 절단기점영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어(Al2O3) 등의 육방정계의 결정구조를 가지는 기판의 경우는 (0001)면(C면)을 주면(主面)으로 하여 (1120)면(A면) 혹은 (1100)면(M면)에 따른 방향으로 절단기점영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 절단기점영역을 형성해야 하는 방향(예를 들면, 단결정 실리콘 기판에 있어서의(111) 면에 따른 방향), 혹은 절단기점영역을 형성해야 하는 방향으로 직교하는 방향에 따라서 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이션 플랫을 기준으로 하는 것으로, 절단기점영역을 형성해야 하는 방향에 따른 절단기점영역을 용이하고 또한 정확하게 기판에 형성하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)은 실리콘 웨이퍼(11)와, 복수의 기능소자(15)를 포함하여 실리콘 웨이퍼(11)의 표면에 형성된 기능소자층(16)을 구비하고 있다. 기능소자(15)는, 예를 들면, 결정성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 포토 다이오드 등의 수광소자, 레이저 다이오드 등의 발광소자 혹은 회로로서 형성된 회로 소자 등으로서, 실리콘 웨이퍼(11)의 오리엔테이션 플랫(6)에 평행한 방향 및 수직한 방향으로 매트릭스 모양으로 다수 형성되어 있다.
이상과 같이 구성된 가공대상물(1)을 이하와 같이 하여 기능소자(15)마다 절단한다. 우선, 도 15에 나타내는 바와 같이, 링 모양의 프레임(51)에 장설(張設)된 확장 가능한 확장테이프(유지부재)(23) 위에 실리콘 웨이퍼(11)의 이면을 부착한다. 이것에 의해, 가공대상물(1)은 확장테이프(23)에 의해 유지되게 된다.
이어서, 도 16에 나타내는 바와 같이, 레이저가공 장치의 진공 척의 흡착테이블(52) 위에 포러스 시트(다공질의 시트)(53)를 개재시켜, 프레임(51)에 장설되고 또한 가공대상물(1)을 유지한 확장테이프(23)를 실어 놓고 진공에 의해서 흡착고정한다. 이것에 의해, 가공대상물(1)은 흡착테이블(52) 위에 고정되게 된다.
또한, 여기서는, 포러스 시트(53)는 흡착테이블(52) 위에 고정되어 있다. 흡착테이블(52)은, 예를 들면, 다공질 세라믹(알루미나)으로 이루어지고, 영률이 3.5 × 105MPa, 평균 구멍 지름이 70㎛, 기공율(氣孔率)이 31％인 것이다. 또, 포러스 시트(53)는, 예를 들면, 다공질 폴리에틸렌으로 이루어지고, 두께가 0.2㎜, 영률이 13.3MPa, 평균 구멍 지름이 17㎛, 기공율 26％인 것이다.
이어서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면을 레이저광 입사면으로 하여 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저광 L을 조사하고, 흡착테이블(52)의 이동에 의해서 인접하는 기능소자(15, 15) 사이를 통과하도록 격자모양으로 설정된 절단예정라인(5)(도 14의 파선 참조)의 각각에 따라서 집광점 P를 스캔한다. 이것에 의해, 1개의 절단예정라인(5)에 대해서 1열 또는 복수 열의 개질영역(7)을 형성한다. 또한, 개질영역(7)은 용융처리영역이지만, 크랙이 혼재하는 경우도 있다.
이어서, 도 18에 나타내는 바와 같이, 진공에 의한 흡착고정을 해제하여, 흡착테이블(52) 위에 고정된 포러스 시트(53)와 확장테이프(23)를 이격시킨다. 그리고, 프레임(51)에 장설되고 또한 가공대상물(1)을 유지한 확장테이프(23)를 확장장치로 반송한다.
이어서, 도 19에 나타내는 바와 같이, 확장장치의 원통형의 고정부재(54) 위에 가공대상물(1)을 유지한 확장테이프(23)가 장설된 프레임(51)을 고정한다. 고정부재(54)의 안쪽에는 확장테이프(23)를 위쪽으로 밀어 올려 확장시키기 위한 원주상의 가압부재(55)가 배치되어 있다.
이어서, 도 20에 나타내는 바와 같이, 확장장치의 가압부재(55)를 상승시키는 것에 의해 확장테이프(23)를 확장시켜, 개질영역(7)을 기점으로 하여 나뉨을 일으키게 하고, 실리콘 웨이퍼(11) 및 기능소자층(16)을 절단예정라인(5)에 따라서 절단함과 동시에, 절단되어 얻어진 각 반도체 칩(25)을 서로 이간시킨다. 이 때, 각 반도체 칩(25)의 절단면끼리가 이간하기 때문에, 절단면끼리의 서로 스침에 의한 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 레이저 가공방법에서는 진공 척의 흡착테이블(52) 위에 포러스 시트(53)를 개재시켜, 프레임(51)에 장설되고 또한 가공대상물(1)을 유지한 확장테이프(23)를 흡착고정한다. 이 때, 포러스 시트(53)의 영률은 흡착테이블(52)의 영률보다 낮기 때문에, 흡착테이블(52) 위에 직접 확장테이프(23)를 흡착고정하는 경우에 비해, 포러스 시트(53)의 미세한 구멍으로의 확장테이프(23)의 파고듦이 억제된다. 이것에 의해, 개질영역(7)의 형성 후에 흡착고정을 해제하여, 흡착테이블(52)와 확장테이프(23)를 이격시켜도 확장테이프(23)에 유지된 가공대상물(1)에 큰 굽힘응력이 작용하지 않는다. 따라서, 상기 레이저 가공방법에 의하면, 흡착테이블(52)과 확장테이프(23)를 이격시킬 때에 개질영역(7)을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인(5)에 따라서 가공대상물(1)이 절단되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 포러스 시트(53) 아래에는 포러스 시트(53)보다 영률이 높은 흡착테이블(52)가 존재하기 때문에 확장테이프(23)를 흡착고정했을 때에 가공대상물(1)의 평탄도를 유지할 수 있어 가공대상물(1)의 내부에 정밀도 좋게 개질영역(7)을 형성하는 것이 가능하게 된다.
그런데, 상기 레이저 가공방법에 있어서, 포러스 시트(53)의 마찰계수를 흡착테이블(52)의 마찰계수보다 낮게 하면, 흡착테이블(52) 위에 직접 확장테이프(23)를 흡착고정하는 경우에 비해, 포러스 시트(53)의 미세한 구멍으로의 확장테이프(23)의 파고듦을 한층 더 억제하는 것이 가능하게 된다.
또, 상기 레이저 가공방법에 있어서, 포러스 시트(53)의 두께를 0.2㎜이하로 하면, 확장테이프(23)를 흡착고정했을 때의 가공대상물(1)의 평탄도를 보다 확실히 유지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 레이저 가공방법에 있어서, 레이저광 L에 대해서, 포러스 시트(53)의 광흡수계수를 흡착테이블(52)의 광흡수계수보다 낮게 하고, 또, 레이저광 L에 대해서, 포러스 시트(53)의 투과율을 흡착테이블(52)의 투과율보다 높게 하며, 또, 레이저광 L에 대해서, 포러스 시트(53)의 반사율을 흡착테이블(52)의 반사율보다 높게 하면, 흡착테이블(52)에 비해, 레이저광 L의 조사에 의한 포러스 시트(53)의 온도 상승이 작아지기 때문에 포러스 시트(53)에 접촉하고 있는 확장테이프(23)가 용융 등의 손상을 받는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시 형태로 한정되지 않는다.
상기 실시 형태는 포러스 시트(53)가 흡착테이블(52) 위에 고정되어 있고, 개질영역(7)을 형성한 후, 포러스 시트(53)가 흡착테이블(52)에 장착되어 있는 경우였지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 포러스 시트(53)는 개질영역(7)을 형성한 후, 흡착테이블(52)로부터 떨어져 확장테이프(23)에 붙은 상태로 반송되어 가공대상물(1)을 절단한 후에 확장테이프(23)로부터 벗겨져도 좋다. 또, 포러스 시트(53)는 개질영역(7)을 형성한 후, 흡착테이블(52)로부터 떨어져 확장테이프(23)에 붙은 상태로 반송되어 가공대상물(1)을 절단하기 전에 확장테이프(23)로부터 벗겨져도 좋다. 이러한 경우에도 포러스 시트(53)의 미세한 구멍으로의 확장테이프(23)의 파고듦이 억제되고 있기 때문에 포러스 시트(53)를 확장테이프(23)로부터 용이하게 벗길 수 있다.
또, 상기 실시 형태는 실리콘 웨이퍼(11)의 표면을 레이저광 입사면으로 하 는 경우였지만, 실리콘 웨이퍼(11)의 이면을 레이저광 입사면으로 하여도 좋다. 실리콘 웨이퍼(11)의 이면을 레이저광 입사면으로 하는 경우에는 기능소자(15)를 포함한 기능소자층(16)의 표면에 필름 등의 표면보호부재(유지부재)를 부착하고, 표면보호부재에 의해 기능소자(15)를 보호한 상태로 레이저가공 장치의 진공 척의 흡착테이블(52) 위에 포러스 시트(53)를 개재시켜 가공대상물(1)을 유지한 표면 보호 부재를 실어 놓고 진공에 의해서 흡착고정한다. 그리고, 실리콘 웨이퍼(11)의 이면을 레이저광 입사면으로 하여 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저광 L을 조사하고, 인접하는 기능소자(15, 15) 사이를 통과하도록 격자모양으로 설정된 절단예정라인(5)의 각각에 따라서 집광점 P를 스캔한다. 이것에 의해, 1개의 절단예정라인(5)에 대해서 1열 또는 복수 열의 개질영역(7)을 형성한다. 이어서, 진공에 의한 흡착고정을 해제하여 흡착테이블(52) 위에 고정된 포러스 시트(53)와 표면보호부재를 이격시킨다. 그리고, 실리콘 웨이퍼(11)의 이면에 확장테이프(23)를 부착하여, 기능소자층(16)의 표면에서부터 표면보호부재를 벗긴 후, 확장장치에 있어서 확장테이프(23)를 확장시켜, 개질영역(7)을 기점으로 하여 분열을 일으키게 하고, 실리콘 웨이퍼(11) 및 기능소자층(16)을 절단예정라인(5)에 따라서 절단함과 동시에 절단되어 얻어진 각 반도체 칩(25)을 서로 이간시킨다.
또, 상기 실시 형태는 절단예정라인(5) 위에 기능소자층(16)이 존재하는 경우였지만, 절단예정라인(5) 위에 기능소자층(16)이 존재하지 않고, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면이 노출하고 있는 상태로 실리콘 웨이퍼(11)의 표면을 레이저광 입사면으로 하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 흡착테이블과 유지부재를 이격시킬 때에 개질영역을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물이 절단되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 진공 척(chuck)의 흡착테이블 위에 다공질(多孔質)의 시트를 개재시켜 웨이퍼(wafer) 모양의 가공대상물을 유지한 유지부재를 흡착고정하고, 상기 가공대상물의 내부에 집광점(集光点)을 맞추어 레이저광을 조사하는 것에 의해, 상기 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 절단의 기점(起点)이 되는 개질(改質)영역을 상기 가공대상물의 내부에 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 시트의 영률(Young's modulus)은 상기 흡착테이블의 영률보다 낮은 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시트의 마찰계수는 상기 흡착테이블의 마찰계수보다 낮은 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시트의 두께는 0.2㎜이하인 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저광에 대해서 상기 시트의 광흡수계수는 상기 흡착테이블의 광흡수계수보다 낮은 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저광에 대해서 상기 시트의 투과율은 상기 흡착테이블의 투과율보다 높은 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저광에 대해서 상기 시트의 반사율은 상기 흡착테이블의 반사율보다 높은 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 개질영역을 형성하는 공정의 후에, 상기 유지부재를 확장시키는 것에 의해, 상기 개질영역을 절단의 기점으로 하여 상기 절단예정라인에 따라서 상기 가공대상물을 절단하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 시트는 상기 개질영역을 형성하는 공정의 후, 상기 흡착테이블에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 시트는 상기 개질영역을 형성하는 공정의 후, 상기 유지부재에 장착되 어 있고, 상기 가공대상물을 절단하는 공정의 후에, 상기 유지부재로부터 떼어내지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 시트는 상기 개질영역을 형성하는 공정의 후, 상기 유지부재에 장착되고 있고, 상기 가공대상물을 절단하는 공정의 전에, 상기 유지부재로부터 떼어내지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
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