KR101264508B1 - 레이저 다이싱 장치 - Google Patents

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미쯔히로 이데
마꼬또 하야시
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도시바 기카이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 우수한 컷팅 특성을 갖는 동시에, 다이싱 속도를 바꾸어도 안정된 다이싱 가공을 실현하는 레이저 다이싱 장치를 제공하는 것이다. 스테이지와, 기준 클럭 발진 회로와, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 펄스 레이저 빔을 클럭 신호에 동기시키는 레이저 발진기 제어부와, 펄스 레이저 빔의 피가공 기판으로의 조사와 비조사를 전환하는 펄스 피커와, 클럭 신호에 동기하여, 광펄스 단위로 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어하는 펄스 피커 제어부와, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔의 표준의 상대 속도에 대한 다이싱 가공 데이터를 기술한 가공 테이블을 기억하는 가공 테이블부와, 상대 속도의 새로운 설정치를 입력하는 속도 입력부와, 새로운 가공 테이블을 연산하여 가공 테이블부로 기억시키는 연산부를 구비하고, 새로운 가공 테이블에 기초하여, 펄스 피커 제어부가 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어하는 레이저 다이싱 장치이다.

Description

레이저 다이싱 장치{LASER DICING APPARATUS}
본 출원은 2010년 1월 21일자로 출원된 일본 특허 출원(JPA) 제2010-011348호에 기초하고 이를 우선권 주장하며, 위 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 펄스 레이저 빔을 사용하는 레이저 다이싱 장치에 관한 것이다.
반도체 기판의 다이싱에 펄스 레이저 빔을 사용하는 방법이 일본 특허 제3867107호 공보에 개시되어 있다. 이 방법은, 펄스 레이저 빔에 의해 발생하는 광학적 손상에 의해 가공 대상물의 내부에 크랙 영역을 형성한다. 그리고, 이 크랙 영역을 기점으로 하여 가공 대상물을 절단한다.
종래의 기술에서는 펄스 레이저 빔의 에너지, 스폿 직경, 펄스 레이저 빔과 가공 대상물의 상대 이동 속도 등을 파라미터로 하여 크랙 영역의 형성을 제어하고 있다.
무엇보다, 종래의 방법에서는 예기치 않은 장소에 크랙이 발생하는 등, 크랙의 발생을 충분히 제어할 수 없다고 하는 문제가 있다. 이로 인해, 특히, 예를 들어 사파이어 등과 같은 경질의 기판의 다이싱, 혹은 컷팅 폭이 좁은 다이싱에는 적용하는 것이 곤란하다. 또한, 예를 들어 생산성을 컨트롤하기 위해 다이싱 속도를 바꿀 때에, 속도 변경 전후에서 안정된 다이싱 가공을 실현하는 것이 곤란하다.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 우수한 컷팅 특성을 갖는 동시에, 다이싱 속도를 바꾸어도 안정된 다이싱 가공을 실현하는 레이저 다이싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태의 레이저 다이싱 장치는 피가공 기판을 적재 가능한 스테이지와, 클럭 신호를 발생하는 기준 클럭 발진 회로와, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저 빔을 상기 클럭 신호에 동기시키는 레이저 발진기 제어부와, 상기 레이저 발진기와 상기 스테이지 사이의 광로에 설치되어, 상기 펄스 레이저 빔의 상기 피가공 기판으로의 조사와 비조사를 전환하는 펄스 피커와, 상기 클럭 신호에 동기하여, 광펄스 단위로 상기 펄스 레이저 빔의 상기 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하는 펄스 피커 제어부와, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔의 표준의 상대 속도에 대한 다이싱 가공 데이터를 상기 펄스 레이저 빔의 광펄스수로 기술한 가공 테이블을 기억하는 가공 테이블부와, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔의 상대 속도의 설정치를 입력하는 속도 입력부와, 상기 설정치와 상기 가공 테이블을 기초로, 상기 설정치에 대응하는 새로운 가공 테이블을 연산하여 상기 가공 테이블부로 기억시키는 연산부를 구비하고, 상기 새로운 가공 테이블에 기초하여, 상기 펄스 피커 제어부가 상기 펄스 레이저 빔의 상기 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 형태의 레이저 다이싱 장치에 있어서, 상기 스테이지를 이동함으로써 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시켜, 상기 설정치가 스테이지 속도의 설정치인 것이 바람직하다.
도 1은 실시 형태의 레이저 다이싱 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 실시 형태의 레이저 다이싱 장치를 사용한 레이저 다이싱 방법의 타이밍 제어를 설명하는 도면.
도 3은 실시 형태의 레이저 다이싱 장치를 사용한 레이저 다이싱 방법의 펄스 피커 동작과 변조 펄스 레이저 빔의 타이밍을 도시하는 도면.
도 4는 실시 형태의 레이저 다이싱 장치를 사용한 레이저 다이싱 방법의 조사 패턴의 설명도.
도 5는 사파이어 기판 상에 조사되는 조사 패턴을 도시하는 상면도.
도 6은 도 5의 AA 단면도.
도 7은 스테이지 이동과 다이싱 가공의 관계를 설명하는 도면.
도 8은 조사 패턴의 일례를 도시하는 도면.
도 9a, 도 9b, 도 9c는 레이저 다이싱 가공의 결과의 일례를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치는 피가공 기판을 적재 가능한 스테이지와, 클럭 신호를 발생하는 기준 클럭 발진 회로와, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 펄스 레이저 빔을 클럭 신호에 동기시키는 레이저 발진기 제어부와, 레이저 발진기와 스테이지 사이의 광로에 설치되어, 펄스 레이저 빔의 피가공 기판으로의 조사와 비조사를 전환하는 펄스 피커와, 클럭 신호에 동기하여, 광펄스 단위로 펄스 레이저 빔의 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하는 펄스 피커 제어부를 구비한다. 또한, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔의 표준의 상대 속도에 대한 다이싱 가공 데이터를 펄스 레이저 빔의 광펄스수로 기술한 가공 테이블을 기억하는 가공 테이블부와, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔의 상대 속도의 설정치를 입력하는 속도 입력부와, 상기 설정치와 가공 테이블을 기초로, 상기 설정치에 대응하는 새로운 가공 테이블을 연산하여 가공 테이블부로 기억시키는 연산부를 구비한다. 그리고, 새로운 가공 테이블에 기초하여, 펄스 피커 제어부가 펄스 레이저 빔의 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어한다.
본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치는 상기 구성을 구비함으로써, 우수한 컷팅 특성을 갖는 동시에, 다이싱 속도를 바꾸어도 안정된 다이싱 가공을 실현한다. 즉, 예를 들어 생산성을 컨트롤하기 위해, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔의 상대 속도를 변화시켜도, 항상 대략 동일한 다이싱 가공 형상이 실현된다.
도 1은 본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치(10)는 그 주요한 구성으로서, 레이저 발진기(12), 펄스 피커(14), 빔 정형기(16), 집광 렌즈(18), XYZ 스테이지부(20), 레이저 발진기 제어부(22), 펄스 피커 제어부(24) 및 가공 제어부(26)를 구비하고 있다. 가공 제어부(26)에는 원하는 클럭 신호(S1)를 발생하는 기준 클럭 발진 회로(28), 가공 테이블부(30) 및 연산부(42)가 구비되어 있다. 또한, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔의 상대 속도의 설정치를 입력하는 속도 입력부(40)를 구비하고 있다.
레이저 발진기(12)는 기준 클럭 발진 회로(28)에서 발생하는 클럭 신호(S1)에 동기한 주기(Tc)의 펄스 레이저 빔(PL1)을 출사하도록 구성되어 있다. 조사 펄스광의 강도는 가우시안 분포를 나타낸다.
여기서 레이저 발진기(12)로부터 사출되는 레이저 파장은 피가공 기판에 대해 투과성의 파장을 사용한다. 또한, 레이저 발진기(12)로부터 출력되는 펄스 레이저 빔은 고정된 주파수와 조사 에너지(조사 파워)를 구비하고 있다. 레이저로서는, Nd : YAG 레이저, Nd : YVO4 레이저, Nd : YLF 레이저 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 피가공 기판이 사파이어 기판인 경우에는, 파장 532㎚의, Nd : YVO4 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 다이싱 가공 속도의 자유도를 올리는 관점으로부터, 고정된 주파수는 가능한 한 높은 주파수, 예를 들어 100㎑ 이상인 것이 바람직하다.
펄스 피커(14)는 레이저 발진기(12)와 집광 렌즈(18) 사이의 광로에 설치된다. 그리고, 클럭 신호(S1)에 동기하여 펄스 레이저 빔(PL1)의 통과와 차단(온/오프)을 전환함으로써 피가공 기판으로의 펄스 레이저 빔(PL1)의 조사와 비조사를, 광펄스수 단위로 전환하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 펄스 피커(14)의 동작에 의해 펄스 레이저 빔(PL1)은 피가공 기판의 가공을 위해 온/오프가 제어되어, 변조된 변조 펄스 레이저 빔(PL2)으로 된다.
펄스 피커(14)는, 예를 들어 음향 광학 소자(AOM)로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 라만 회절형의 전기 광학 소자(EOM)를 사용해도 상관없다.
빔 정형기(16)는 입사한 펄스 레이저 빔(PL2)을 원하는 형상으로 정형된 펄스 레이저 빔(PL3)으로 한다. 예를 들어, 빔 직경을 일정한 배율로 확대하는 빔 익스팬더이다. 또한, 예를 들어, 빔 단면의 광강도 분포를 균일하게 하는 호모지나이저와 같은 광학 소자가 구비되어 있어도 좋다. 또한, 예를 들어 빔 단면을 원형으로 하는 소자나, 빔을 원편광으로 하는 광학 소자가 구비되어 있어도 상관없다.
집광 렌즈(18)는 빔 정형기(16)로 정형된 펄스 레이저 빔(PL3)을 집광하여, XYZ 스테이지부(20) 상에 적재되는 피가공 기판(W), 예를 들어 LED가 하면에 형성되는 사파이어 기판에 펄스 레이저 빔(PL4)을 조사하도록 구성되어 있다.
XYZ 스테이지부(20)는 피가공 기판(W)을 적재 가능하고, XYZ 방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 XYZ 스테이지(이후, 단순히 스테이지라고도 함), 그 구동 기구부, 스테이지의 위치를 계측하는, 예를 들어 레이저 간섭계를 가진 위치 센서 등을 구비하고 있다. 여기서, XYZ 스테이지는 그 위치 결정 정밀도 및 이동 오차가 서브 마이크론의 범위의 고정밀도로 되도록 구성되어 있다.
속도 입력부(40)는, 예를 들어 생산성을 올리고 싶을 때에, 표준의 스테이지 속도보다 빠르게 한 스테이지 속도의 설정치, 혹은 느리게 한 스테이지 속도의 설정치를, 예를 들어 오퍼레이터가 입력 가능하도록 구성되어 있다. 속도 입력부(40)는, 예를 들어 키보드를 구비한 입력 단말이다.
가공 제어부(26)는 레이저 다이싱 장치(10)에 의한 가공을 전체적으로 제어한다. 기준 클럭 발진 회로(28)는 원하는 클럭 신호(S1)를 발생한다. 또한, 가공 테이블부(30)에는 표준의 스테이지 속도에 대한 다이싱 가공 데이터를 펄스 레이저 빔의 광펄스수로 기술한 가공 테이블이 기억된다. 가공 테이블은, 예를 들어 레이저 빔의 조사를 행하는 광펄스수(조사광 펄스수)와, 조사를 행하지 않는 광펄스수(비조사광 펄스수)의 조합으로 기술된다.
연산부(42)는 속도 입력부(40)로부터 입력되는 새로운 스테이지 속도의 설정치와 가공 테이블을 기초로, 새로운 스테이지 속도의 설정치에 대응하는 새로운 가공 테이블을 연산하여 가공 테이블부로 기억시키는 기능을 구비한다. 이때, 스테이지 속도의 변경 전후에서 다이싱 가공 형상이 대략 동등해지는 가공 테이블을 작성한다.
표준의 스테이지 속도에 대한 다이싱 가공 데이터를 덮어쓴다. 가령, 입력되는 새로운 스테이지 속도의 설정치와 표준의 스테이지 속도가 동일하면, 새로운 가공 테이블의 연산은 행하지 않는다.
다음에, 상기 레이저 다이싱 장치(10)를 사용한 레이저 다이싱 방법에 대해, 도 1 내지 도 7을 사용하여 설명한다.
본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치(10)를 사용한 레이저 다이싱 방법은, 피가공 기판을 스테이지에 적재하여, 클럭 신호를 발생하고, 클럭 신호에 동기한 펄스 레이저 빔을 출사하여, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 피가공 기판으로의 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 클럭 신호에 동기하여 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광펄스 단위로 전환하여, 피가공 기판에 기판 표면에 도달하는 크랙 영역을 형성한다. 또한, 입력되는 피가공 기판과 펄스 레이저 빔의 상대 속도에 따라서, 항상, 대략 동일한 다이싱 형상이 실현되도록, 가공 테이블을 수정하고, 펄스 레이저 빔의 통과와 차단이 제어된다.
상기 구성에 의해, 피가공 기판으로의 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를 최적의 배분으로 고정밀도로 실행할 수 있다. 따라서, 기판 표면에 도달하는 크랙의 발생을 제어하여, 크랙 영역을 안정되고 최적의 형상으로 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 우수한 컷팅 특성을 실현하는 레이저 다이싱 방법을 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 다이싱 속도를 바꾸어도 안정된 다이싱 가공을 실현하는 것이 가능해진다.
처음에, 표준의 스테이지 속도에서의 레이저 다이싱 방법에 대해 설명한다.
우선, 피가공 기판(W), 예를 들어 사파이어 기판을 XYZ 스테이지부(20)에 적재한다. 이 사파이어 기판은, 예를 들어 하면에 에피택셜 성장된 GaN층을 갖고, 이 GaN층에 복수의 LED가 패턴 형성되어 있는 웨이퍼이다. 웨이퍼에 형성되는 노치 또는 오리엔테이션 플랫을 기준으로 XYZ 스테이지에 대한 웨이퍼의 위치 정렬이 행해진다.
도 2는 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 타이밍 제어를 설명하는 도면이다. 가공 제어부(26) 내의 기준 클럭 발진 회로(28)에 있어서, 주기(Tc)의 클럭 신호(S1)가 생성된다. 레이저 발진기 제어부(22)는 레이저 발진기(12)가 클럭 신호(S1)에 동기한 주기(Tc)의 펄스 레이저 빔(PL1)을 출사하도록 제어한다. 이때, 클럭 신호(S1)의 상승과 펄스 레이저 빔의 상승에는 지연 시간(t1)이 발생한다.
레이저광은 피가공 기판에 대해 투과성을 갖는 파장의 것을 사용한다. 여기서, 피가공 기판 재료의 흡수의 밴드 갭(Eg)보다, 조사하는 레이저광의 광자의 에너지(hν)가 큰 레이저광을 사용하는 것이 바람직하다. 에너지(hν)가 밴드 갭(Eg)보다 매우 크면, 레이저광의 흡수가 발생한다. 이것을 다광자 흡수라고 하고, 레이저광의 펄스 폭을 극히 짧게 하여, 다광자 흡수를 피가공 기판의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수의 에너지가 열에너지로 전화되지 않고, 이온 가수 변화, 결정화, 비정질화, 분극 배향 또는 미소 크랙 형성 등의 영속적인 구조 변화가 유기되어 굴절률 변화 영역(컬러 센터)이 형성된다.
그리고, 피가공 기판 재료에 대해, 투과성을 갖는 파장을 사용하면, 기판 내부의 초점 부근에 레이저광을 도광, 집광이 가능해진다. 따라서, 국소적으로 굴절률 변화 영역을 가공하는 것이 가능해진다. 이 굴성률 변화 영역을, 이후, 개질 영역이라고 칭한다.
펄스 피커 제어부(24)는 가공 제어부(26)로부터 출력되는 가공 패턴 신호(S2)를 참조하여, 클럭 신호(S1)에 동기한 펄스 피커 구동 신호(S3)를 생성한다. 가공 패턴 신호(S2)는 가공 테이블부(30)에 기억되어, 조사 패턴의 정보를 광펄스 단위로 광펄스수로 기술하는 가공 테이블을 참조하여 생성된다. 펄스 피커(14)는 펄스 피커 구동 신호(S3)에 기초하여, 클럭 신호(S1)에 동기하여 펄스 레이저 빔(PL1)의 통과와 차단(온/오프)을 전환하는 동작을 행한다.
이 펄스 피커(14)의 동작에 의해, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)이 생성된다. 또한, 클럭 신호(S1)의 상승과 펄스 레이저 빔의 상승, 하강에는 지연 시간(t2, t3)이 발생한다. 또한, 펄스 레이저 빔의 상승, 하강과, 펄스 피커 동작에는 지연 시간(t4, t5)이 발생한다.
피가공 기판의 가공 시에는, 지연 시간(t1 내지 t5)을 고려하여, 펄스 피커 구동 신호(S3) 등의 생성 타이밍이나, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔의 상대 이동 타이밍이 결정된다.
도 3은 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 펄스 피커 동작과 변조 펄스 레이저 빔(PL2)의 타이밍을 도시하는 도면이다. 펄스 피커 동작은 클럭 신호(S1)에 동기하여 광펄스 단위로 전환된다. 이와 같이, 펄스 레이저 빔의 발진과 펄스 피커의 동작을, 동일한 클럭 신호(S1)에 동기시킴으로써, 광펄스 단위의 조사 패턴을 실현할 수 있다.
구체적으로는, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사가, 광펄스수로 규정되는 소정의 조건에 기초하여 행해진다. 즉, 조사광 펄스수(P1)와, 비조사광 펄스수(P2)를 기초로 펄스 피커 동작이 실행되어, 피가공 기판으로의 조사와 비조사가 전환된다. 펄스 레이저 빔의 조사 패턴을 규정하는 P1값이나 P2값은, 예를 들어 가공 테이블에 조사 영역 레지스터 설정, 비조사 영역 레지스터 설정으로 하여 규정된다. P1값이나 P2값은 피가공 기판의 재질, 레이저 빔의 조건 등에 의해, 다이싱 시의 크랙 형성을 최적화하는 소정의 조건으로 설정된다.
변조 펄스 레이저 빔(PL2)은 빔 정형기(16)에 의해 원하는 형상으로 정형된 펄스 레이저 빔(PL3)으로 한다. 또한, 정형된 펄스 레이저 빔(PL3)은 집광 렌즈(18)에서 집광되어 원하는 빔 직경을 갖는 펄스 레이저 빔(PL4)으로 되고, 피가공 기판인 웨이퍼 상에 조사된다.
웨이퍼를 X축 방향 및 Y축 방향으로 다이싱하는 경우, 우선, 예를 들어 XYZ 스테이지를 X축 방향으로 일정 속도로 이동시키고, 펄스 레이저 빔(PL4)을 주사한다. 그리고, 원하는 X축 방향의 다이싱이 종료된 후, XYZ 스테이지를 Y축 방향으로 일정 속도로 이동시키고, 펄스 레이저 빔(PL4)을 주사한다. 이에 의해, Y축 방향의 다이싱을 행한다.
Z축 방향(높이 방향)에 대해서는, 집광 렌즈의 집광 위치가 웨이퍼 내의 소정 깊이에 위치하도록 조정한다. 이 소정 깊이는 다이싱 시에 크랙이 원하는 형상으로 형성되도록 설정된다.
이때,
피가공 기판의 굴성률 : n
피가공 기판 표면으로부터의 가공 위치 : L
Z축 이동 거리 : Lz
로 하면,
Lz＝L/n
으로 된다. 즉, 집광 렌즈에 의한 집광 위치를 피가공 기판의 표면을 Z축 초기 위치로 했을 때, 기판 표면으로부터 깊이 「L」의 위치에 가공하는 경우, Z축을 「Lz」 이동시키면 좋다.
도 4는 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 조사 패턴의 설명도이다. 도면과 같이, 클럭 신호(S1)에 동기하여 펄스 레이저 빔(PL1)이 생성된다. 그리고, 클럭 신호(S1)에 동기하여 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)이 생성된다.
그리고, 스테이지의 횡방향(X축 방향 또는 Y축 방향)의 이동에 의해, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)의 조사광 펄스가 웨이퍼 상에 조사 스폿으로서 형성된다. 이와 같이, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)을 생성함으로써, 웨이퍼 상에 조사 스폿이 광펄스 단위로 제어되어 단속적으로 조사된다. 도 4의 경우에는, 조사광 펄스수(P1)＝2, 비조사광 펄스수(P2)＝1로 하고, 조사광 펄스(가우시안광)가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하는 조건이 설정되어 있다.
여기서,
빔 스폿 직경 : D(㎛)
반복 주파수 : F(㎑)
의 조건으로 가공을 행하는 것으로 하면, 조사광 펄스가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하기 위한 스테이지 이동 속도V(m/sec)는,
V＝D×10-6×F×103
으로 된다.
예를 들어,
빔 스폿 직경 : D＝2㎛
반복 주파수 : F＝50㎑
의 가공 조건으로 행하는 것으로 하면,
스테이지 이동 속도 : V＝100㎜/sec
로 된다.
또한, 조사광의 파워를 P(와트)로 하면, 펄스당 조사 펄스 에너지(P/F)의 광펄스가 웨이퍼에 조사되게 된다.
도 5는 사파이어 기판 상에 조사되는 조사 패턴을 도시하는 상면도이다. 조사면 상으로부터 볼 때, 조사광 펄스수(P1)＝2, 비조사광 펄스수(P2)＝1로, 조사 스폿 직경의 피치로 조사 스폿이 형성된다. 도 6은 도 5의 AA 단면도이다. 도면에 도시한 바와 같이 사파이어 기판 내부에 개질 영역이 형성된다. 그리고, 이 개질 영역으로부터, 광펄스의 주사선 상을 따라서 기판 표면에 도달하는 크랙이 형성된다. 그리고, 이 크랙이 피가공 기판 표면에 있어서 연속해서 대략 직선적으로 형성된다.
이와 같이, 기판 표면까지 도달하는 크랙을 형성함으로써, 이후의 기판의 컷팅이 용이해진다. 따라서, 다이싱 비용의 삭감이 가능해진다. 또한, 크랙 형성 후의 최종적인 기판의 컷팅, 즉 개개의 LED 칩으로의 분할은, 크랙 형성 후에 자연스럽게 분할되는 것이라도, 인위적인 힘을 더욱 인가함으로써 분할되는 것이라도 상관없다.
종래와 같이, 펄스 레이저 빔을 연속적으로 기판에 조사하는 방법에서는, 가령, 스테이지 이동 속도, 집광 렌즈의 개구수, 조사광 파워 등을 최적화했다고 해도, 기판 표면에 도달하는 크랙의 발생을 원하는 형상으로 제어하는 것은 곤란했다. 본 실시 형태와 같이, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 광펄스 단위로 단속적으로 전환하여 조사 패턴을 최적화함으로써, 기판 표면에 도달하는 크랙의 발생이 제어되어, 우수한 컷팅 특성을 구비한 레이저 다이싱 방법이 실현된다.
즉, 예를 들어, 기판 표면에 레이저의 주사선에 따른 직선적이고 폭이 좁은 크랙의 형성이 가능해진다. 이로 인해, 다이싱 시에, 기판에 형성되는 LED 등의 디바이스에 미치는 크랙의 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 예를 들어, 직선적인 크랙의 형성이 가능해지므로, 기판 표면에 크랙이 형성되는 영역의 폭을 좁게 할 수 있다. 이로 인해, 설계상의 다이싱 폭을 좁히는 것이 가능하다. 따라서, 동일 기판 혹은 웨이퍼 상에 형성되는 디바이스의 칩수를 증대시키는 것이 가능해져, 디바이스의 제조 비용 삭감에도 기여한다.
도 7은 스테이지 이동과 다이싱 가공의 관계를 설명하는 도면이다. XYZ 스테이지에는, X축, Y축 방향으로 이동 위치를 검출하는 위치 센서가 설치되어 있다. 예를 들어, 스테이지의 X축 또는 Y축 방향으로의 이동 개시 후, 스테이지 속도가 속도 안정 영역으로 들어가는 위치를 미리 동기 위치로서 설정해 둔다. 그리고, 위치 센서에 있어서 동기 위치를 검출했을 때, 예를 들어, 이동 위치 검출 신호(S4)(도 1)가 펄스 피커 제어부(24)로 보내짐으로써 펄스 피커 동작이 허가되어, 펄스 피커 구동 신호(S3)에 의해 펄스 피커를 동작시키도록 한다.
이와 같이,
SL : 동기 위치로부터 기판까지의 거리
WL : 가공 길이
W1 : 기판단부로부터 조사 개시 위치까지의 거리
W2 : 가공 범위
W3 : 조사 종료 위치로부터 기판단부까지의 거리
가 관리된다.
이와 같이 하여, 스테이지 위치와 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기한다. 즉, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사와, 스테이지의 위치의 동기가 취해진다. 그로 인해, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사 시, 스테이지가 일정 속도로 이동하는(속도 안정 영역에 있음) 것이 담보된다. 따라서, 조사 스폿 위치의 규칙성이 담보되어, 안정된 크랙의 형성이 실현된다.
또한, 예를 들어, 스테이지의 이동을 클럭 신호에 동기시키는 것이, 조사 스폿 위치의 정밀도를 한층 향상시키므로 바람직하다. 이는, 예를 들어, 가공 제어부(26)로부터 XYZ 스테이지부(20)로 보내지는 스테이지 이동 신호(S5)(도 1)를 클럭 신호(S1)에 동기시킴으로써 실현 가능하다.
도 8은 조사 패턴의 구체예를 도시하는 도면이다. 도면에 도시한 바와 같이, 광펄스를 1회 조사한 후, 광펄스 단위로 2 펄스분을 비조사로 하였다. 이 조건을 이후, 조사/비조사＝1/2이라고 하는 형식으로 기술한다. 또한, 조사ㆍ비조사의 피치는 스폿 직경과 동등하게 되어 있다.
레이저 다이싱의 구체적인 결과를, 도 9에 도시한다. 도 9의 (a)는 기판 상면의 사진, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)보다 저배율인 기판 상면의 사진, 도 9의 (c)는 기판의 다이싱 방향을 따른 단면의 사진이다.
이 구체예에서의 레이저 다이싱 조건은,
피가공 기판 : 사파이어 기판
레이저광원 : Nd : YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사광 펄스수(P1) : 1
비조사광 펄스수(P2) : 2
이다.
도 9의 (c)의 단면 사진으로부터 명백한 바와 같이, 기판 내부의 개질 영역으로부터 기판 표면에 도달하는 크랙이 형성되어 있다. 또한, 도 9의 (a)의 사진으로부터 명백한 바와 같이, 비교적 직선적이고 폭이 좁은 크랙이 기판 상면에 형성되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 광펄스 단위로 전환하여, 레이저 다이싱을 행할 때에, 조사 패턴을 최적화함으로써 크랙의 발생을 제어하여, 우수한 컷팅 특성을 실현하는 것이 가능하다.
다음에, 표준의 스테이지 속도로부터 스테이지 속도를 변경하는 경우의 레이저 다이싱 방법에 대해 설명한다. 예를 들어, 생산성을 올리고 싶은 경우에는, 도 1의 속도 입력부(40)에, 표준의 스테이지 속도로부터 빠르게 한 스테이지 속도의 설정치를, 예를 들어 오퍼레이터가 입력한다. 그러면, 연산부(42)는 속도 입력부(40)로부터 입력되는 새로운 스테이지 속도의 설정치와 가공 테이블을 기초로, 새로운 스테이지 속도의 설정치에 대응하는 새로운 가공 테이블을 연산한다.
예를 들어, 표준의 스테이지 속도인 경우의 가공 조건을, 이하의 조건으로 한다.
반복 주파수 : F＝500㎑
조사광 펄스수(P1) : 1
비조사광 펄스수(P2) : 9
스테이지 이동 속도 : V＝200㎜/sec
생산성을 올리기 위해, 스테이지 이동 속도를 배인 V＝400㎜/sec로 하는 경우, 이 설정치를 입력하면, 연산부(42)는 표준의 속도인 경우와 대략 동일한 다이싱 가공 형상이 얻어지는 가공 테이블을 연산한다. 구체적으로는, 조사광 펄스와 비조사광 펄스의 간격이 대략 동일해지는 조사광 펄스수(P1)와 비조사광 펄스수(P2)를 구한다.
이 예의 경우에는,
조사광 펄스수(P1) : 1
비조사광 펄스수(P2) : 4
로 된다.
역으로 생산성을 내리기 위해, 스테이지 이동 속도를 절반인 V＝100㎜/sec로 하는 경우에도, 이 설정치를 입력하면, 연산부(42)는 표준의 속도인 경우와 실질적으로 동일한 다이싱 가공 형상이 얻어지는 가공 테이블을 연산한다. 여기서 생산성을 내리는 경우라 함은, 생산성을 내리면서도, 예를 들어 장치 자체의 열적 안정성을 유지하기 위해, 장치는 멈추지 않고 스테이지 속도만 떨어뜨리고 싶은 경우이다.
이 예의 경우에는,
조사광 펄스수(P1) : 1
비조사광 펄스수(P2) : 19
로 된다.
이와 같이, 연산부(42)에서 구해진 새로운 가공 테이블에 의해 전번의 가공 테이블이 덮어 쓰기되어, 새로운 가공 테이블이 가공 테이블부로 기억된다. 그리고, 새로운 가공 테이블에 기초하여, 펄스 피커 제어부(24)가 펄스 레이저 빔의 펄스 피커(14)에 있어서의 통과와 차단을 제어한다. 이에 의해, 스테이지의 속도를 변경해도 표준의 속도인 경우와 대략 동일한 다이싱 가공 형상이 얻어지게 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치에 따르면, 우수한 컷팅 특성을 갖는 동시에, 다이싱 속도를 바꾸어도 안정된 다이싱 가공을 실현하는 것이 가능해진다. 펄스 레이저 빔의 반복 주파수나, 조사 에너지, 초점 위치 등은 고정된 상태에서, 광펄스의 조사와 비조사의 간격을 연산하여 맞추는 것뿐이다. 따라서, 그 밖의 파라미터를 변경할 필요는 없다. 따라서, 가공 속도를 바꾸어도 동일한 다이싱 가공 형상이 재현된다.
이상, 구체예를 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들의 구체예로 한정되는 것은 아니다. 실시 형태에 있어서는, 레이저 다이싱 장치, 레이저 다이싱 방법 등으로, 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않는 부분에 대해서는 기재를 생략하였지만, 필요로 하는 레이저 다이싱 장치, 레이저 다이싱 방법 등에 관한 요소를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 실시 형태에서는 피가공 기판으로서, LED가 형성되는 사파이어 기판을 예로 들어 설명하였다. 사파이어 기판과 같이 경질이므로 컷팅이 곤란한 기판에 본 발명은 유용하지만, 피가공 기판은, 그 밖에, SiC(탄화 규소) 기판 등의 반도체 재료 기판, 압전 재료 기판, 글래스 기판 등이라도 상관없다.
또한, 실시 형태에서는 스테이지를 이동시킴으로써, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 예를 들어 레이저 빔 스캐너 등을 사용함으로써, 펄스 레이저 빔을 주사함으로써, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키는 장치 또는 방법이라도 상관없다.
또한, 실시 형태에 있어서는, 조사광 펄스수(P1)＝2, 비조사광 펄스수(P2)＝1로 하는 경우 등을 예로 들어 설명하였지만, P1과 P2의 값은 최적 조건으로 하기 위해 임의의 값을 취하는 것이 가능하다. 또한, 실시 형태에 있어서는, 조사광 펄스가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 펄스 주파수 혹은 스테이지 이동 속도를 바꿈으로써, 조사와 비조사의 피치를 바꾸어 최적 조건을 발견하는 것도 가능하다. 예를 들어, 조사와 비조사의 피치를 스폿 직경의 1/n이나 n배로 하는 것도 가능하다.
또한, 다이싱 가공의 패턴에 대해서는, 예를 들어 조사 영역 레지스터, 비조사 영역 레지스터를 복수 설치하거나, 리얼 타임으로 조사 영역 레지스터, 비조사 영역 레지스터값을 원하는 타이밍으로, 원하는 값으로 변경함으로써 다양한 다이싱 가공 패턴으로의 대응이 가능해진다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절하게 설계 변경할 수 있는 모든 레이저 다이싱 장치는 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위 및 그 균등물의 범위에 의해 정의되는 것이다.

Claims (5)

  1. 피가공 기판을 적재 가능한 스테이지와,
    클럭 신호를 발생하는 기준 클럭 발진 회로와,
    펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와,
    상기 펄스 레이저 빔을 상기 클럭 신호에 동기시키는 레이저 발진기 제어부와,
    상기 레이저 발진기와 상기 스테이지 사이의 광로에 설치되어, 상기 펄스 레이저 빔의 상기 피가공 기판으로의 조사와 비조사를 전환하는 펄스 피커와,
    상기 클럭 신호에 동기하여, 광펄스 단위로 상기 펄스 레이저 빔의 상기 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하는 펄스 피커 제어부와,
    상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔의 표준의 상대 속도에 대한 다이싱 가공 데이터를, 상기 펄스 레이저 빔의 조사를 행하는 광펄스수와, 조사를 행하지 않는 광펄스수의 조합으로 기술한 가공 테이블을 기억하는 가공 테이블부와,
    상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔의 상대 속도의 설정치를 입력하는 속도 입력부와,
    상기 설정치와 상기 가공 테이블을 기초로, 상기 설정치에 대응하는, 상기 펄스 레이저 빔의 조사를 행하는 광펄스수와, 조사를 행하지 않는 광펄스수의 조합으로 기술한 새로운 가공 테이블을 연산하여 상기 가공 테이블부로 기억시키는 연산부를 구비하고,
    상기 새로운 가공 테이블에 기초하여, 상기 펄스 피커 제어부가 상기 펄스 레이저 빔의 상기 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하여, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔의 상대 속도를 변경해도 안정된 다이싱 가공을 실현하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스테이지를 이동함으로써 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시켜, 상기 설정치가 스테이지 속도의 설정치인 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 연산부는 상기 표준의 상대 속도로 피가공 기판을 다이싱 가공한 경우와 실질적으로 동일한 다이싱 가공 형상이 얻어지도록 새로운 가공 테이블을 연산하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 펄스 피커는 음향 광학 소자 또는 전기 광학 소자인 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 장치.
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