KR101320821B1 - 레이저 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

개질 영역이 형성된 판상의 가공 대상물이 그 분단 공정 이외의 공정에서 소편화 되는 것에 의해서 칩핑이 생기는 것을 저감할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공한다.
가공 대상물(1)에 있어서의 절단 예정 라인에 따른 부분(50)에 있어서, 유효부(41)를 포함한 중간 부분(51)에서는 레이저 광을 펄스 발진시키고, 중간 부분(51)의 양측의 일단 부분(52) 및 타단 부분(53)에서는 레이저 광을 연속 발진시킨다. 연속 발진시킨 경우의 레이저 광의 강도는 펄스 발진시킨 경우의 레이저 광의 강도에 비해 낮게 되기 때문에, 중간 부분(51)에는 개질 영역(71, 72, 73)을 형성하고, 일단 부분(52) 및 타단 부분(53)에는 개질 영역(71, 72, 73)을 형성하지 않도록 할 수 있다. 이것에 의해, 개질 영역(71, 72, 73)은 기판(4)의 외면에 이르지 않기 때문에, 개질 영역(71, 72, 73)의 형성할 때 파티클의 발생을 방지하는 것이 가능하게 된다.

Description

레이저 가공 방법{LASER MACHINING METHOD}
본 발명은 판상(板狀)의 가공 대상물을 절단하기 위해서 사용되는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
종래에 있어서의 이런 종류의 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공 방법이 있다. 특허문헌 1 기재의 레이저 가공 방법은 분할 예정 라인에 따라서 판상물에 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 판상물의 내부에 변질층을 형성한다고 하는 것이다.
[특허문헌 1] 일본국 특개2005-28423호 공보
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그렇지만, 특허문헌 1 기재의 레이저 가공 방법에 있어서는 변질층이 판상물의 내부에 머물지 않고 판상물의 외면에까지 이르기 때문에(특허문헌 1의 도 6 참조), 분단시키기 쉬운 가공 조건에 의해서는 판상물을 칩 상태로 분단하는 테이프 확장 장치 등으로의 반송 과정이나 판상물의 반전 공정 등에 있어서 판상물이 모두 칩으로 분단되지 않아도 소편화(小片化) 되어 버리는 경우가 있다. 이와 같은 판상물의 소편화는 소편화 되었지만 절단면끼리의 서로의 마찰에 의해 칩핑(chipping)이 생겨, 칩의 우량품율이 저하하거나 칩핑에 의해 발생한 분진이 판상물의 표면에 형성된 회로 등을 오염하거나 하는 원인이 된다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 개질 영역이 형성된 판상의 가공 대상물이 그 분단 공정 이외의 공정에서 소편화 되는 것에 의해서 칩핑이 생기는 것을 저감할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 레이저 가공 방법은 판상의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 가공 대상물의 절단 예정 라인에 따라서, 절단의 기점이 되는 개질 영역을 가공 대상물의 내부에 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 가공 대상물은 유효부와, 그 유효부를 포위하는 외연부(外緣部)를 구비하고, 가공 대상물에 있어서의 절단 예정 라인에 따른 부분에 있어서, 유효부를 포함한 중간 부분에서는 레이저 광을 펄스 발진시키며, 중간 부분의 양측의 일단 부분 및 타단 부분에서는 레이저 광을 연속 발진시키는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공 방법에서는 가공 대상물에 있어서의 절단 예정 라인에 따른 부분에 있어서, 유효부를 포함한 중간 부분에서는 레이저 광을 펄스 발진시키고, 중간 부분의 양측의 일단 부분 및 타단 부분에서는 레이저 광을 연속 발진시킨다. 연속 발진시킨 경우의 레이저 광의 강도는 펄스 발진시킨 경우의 레이저 광의 강도에 비해 낮게 되기 때문에, 중간 부분에는 개질 영역을 형성하고, 일단 부분 및 타단 부분에는 개질 영역을 형성하지 않도록 할 수 있다. 이것에 의해, 개질 영역은 가공 대상물의 외면에 이르지 않기 때문에, 가공 대상물이 그 분단 공정 이외의 공정에서 소편화 되지 않고, 소편화 된다고 하여도 절단면끼리의 마찰에 의한 칩핑의 발생을 저감하는 것이 가능하게 된다. 그 한편, 외연부에 포위된 유효부에는 개질 영역이 확실히 형성되기 때문에, 개질 영역을 절단의 기점으로서 유효부를 절단 예정 라인에 따라서 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다. 또한, 개질 영역은 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하여, 다광자 흡수 혹은 다른 광 흡수를 가공 대상물의 내부에서 생기게 함으로써 형성된다.
또, 유효부의 표면에는 복수의 기능 소자가 매트릭스 모양으로 형성되어 있는 경우가 있다. 여기서, 기능 소자는, 예를 들면, 결정 성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 포토 다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 회로로서 형성된 회로 요소 등을 의미한다.
또, 절단 예정 라인은 서로 인접한 기능 소자간을 통과하도록, 가공 대상물에 대하여 격자모양으로 설정되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 절단 예정 라인에 따라서 유효부를 고정밀도로 절단하는 것이 가능하기 때문에, 기능 소자를 가지는 복수의 칩을 정밀도 좋게 절단된 상태에서 얻을 수 있다.
또, 유효부 및 외연부는 반도체 재료에 의해 일체적으로 형성되어 있고, 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 경우가 있다.
또, 개질 영역을 형성한 후에, 가공 대상물을 절단 예정 라인에 따라서 절단하여도 좋다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 개질 영역을 절단의 기점으로서 유효부를 절단 예정 라인에 따라서 고정밀도로 절단할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 개질 영역이 형성된 판상의 가공 대상물이 그 분단 공정 이외의 공정에서 소편화 되기 어렵기 때문에, 소편화 된다고 하여도 절단면끼리의 마찰에 의한 칩핑의 발생을 저감할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 따른 레이저 가공 중의 가공 대상물의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 가공 대상물의 II-II선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 따른 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 가공 대상물의 IV-IV선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 가공 대상물의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 절단된 가공 대상물의 평면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서의 전계 강도와 크랙 스폿의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 제1 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 제2 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 10은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 제3 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 11은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 제4 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도이다.
도 13은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서의 레이저 광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미소(微小) 공동(空洞)이 형성된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.
도 15는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미소 공동이 형성되는 원리를 설명하기 위한 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.
도 16은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미소 공동이 형성된 실리콘 웨이퍼의 절단면의 사진을 나타낸 도이다.
도 17은 본 실시 형태의 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 18은 도 17에 나타내는 가공 대상물의 XVIII-XVIII선에 따른 부분 단면도이다.
도 19는 본 실시 형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도로서, (a)는 가공 대상물에 보호 테이프를 붙인 상태, (b)는 가공 대상물에 레이저 광을 조사하고 있는 상태이다.
도 20은 본 실시 형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도로서, (a)는 가공 대상물에 확장 테이프를 붙인 상태, (b)는 보호 테이프에 자외선을 조사하고 있는 상태이다.
도 21은 본 실시 형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도로서, (a)는 가공 대상물로부터 보호 테이프를 벗긴 상태, (b)는 확장 테이프를 확장시킨 상태이다.
도 22는 도 19(b)에 나타내는 가공 대상물의 XXII-XXII선에 따른 부분 단면도이다.
도 23은 도 17에 나타내는 가공 대상물에 있어서의 절단 예정 라인에 따른 부분의 단면도이다.
도 24는 도 17에 나타내는 가공 대상물의 저면도이다.
도 25는 다른 가공 대상물에 있어서의 절단 예정 라인에 따른 부분의 단면도이다.
도 26은 다른 가공 대상물에 있어서의 절단 예정 라인에 따른 부분의 단면도이다.
도 27은 다른 가공 대상물에 있어서의 절단 예정 라인에 따른 부분의 단면도이다.
<부호의 설명>
1…절단 대상물, 5…절단 예정 라인, 7…개질 영역, 13…용융 처리 영역, 15…기능 소자, 41…유효부, 42…외연부, 51…중간 부분, 52…일단 부분, 53…타단 부분, 71…품질 개질 영역, 72…분단 개질 영역, 73…HC 개질 영역, L…레이저 광, P…집광점.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태의 레이저 가공 방법에서는 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하기 위해서 다광자 흡수라고 하는 현상을 이용한다. 그래서, 최초로 다광자 흡수에 의해 개질 영역을 형성하기 위한 레이저 가공 방법에 대해 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭 EG보다도 광자의 에너지 hυ가 작으면 광학적으로 투명이 된다. 따라서, 재료에 흡수가 생기는 조건은 hυ > EG이다. 그러나, 광학적으로 투명하여도 레이저 광의 강도를 매우 크게 하면 nhυ > EG의 조건(n = 2, 3, 4,…)에서 재료에 흡수가 생긴다. 이 현상을 다광자 흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이저 광의 강도는 레이저 광의 집광점의 피크 파워 밀도(W/cm2)로 결정되고, 예를 들면 피크 파워 밀도가 1 × 108(W/cm2) 이상의 조건에서 다광자 흡수가 생긴다. 피크 파워 밀도는 (집광점에 있어서의 레이저 광의 1펄스 당의 에너지) ÷ (레이저 광의 빔 스폿 단면적 × 펄스 폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저 광 의 강도는 레이저 광의 집광점의 전계 강도(W/cm2)로 결정된다.
이와 같은 다광자 흡수를 이용하는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법의 원리에 대해서, 도 1 ~ 도 6을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 판상의 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 상태로 연장한 가상선이다. 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건에서 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저 광 L을 조사하여 개질 영역(7)을 형성한다. 또한, 집광점 P란 레이저 광 L이 집광하는 개소이다. 또, 절단 예정 라인(5)은 직선 상태로 한정하지 않고 곡선 모양이어도 좋고, 가상선으로 한정하지 않으며 가공 대상물(1)에 실제로 그어진 선이어도 좋다.
그리고, 레이저 광 L을 절단 예정 라인(5)에 따라서(즉, 도 1의 화살표 A 방향으로) 상대적으로 이동시킴으로써, 집광점 P를 절단 예정 라인(5)에 따라서 이동시킨다. 이것에 의해, 도 3 ~ 도 5에 나타내는 바와 같이, 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)에 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 형성되고, 이 개질 영역(7)이 절단 기점 영역(8)으로 된다. 여기서, 절단 기점 영역(8)이란, 가공 대상물(1)이 절단 될 때에 절단(갈라짐)의 기점이 되는 영역을 의미한다. 이 절단 기점 영역(8)은 개질 영역(7)이 연속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있고, 개질 영역(7)이 단속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있다.
본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법은 가공 대상물(1)이 레이저 광 L을 흡수하는 것에 의해 가공 대상물(1)을 발열시켜 개질 영역(7)을 형성하지 않는다. 가공 대상물(1)에 레이저 광 L을 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 L이 거의 흡수되지 않으므로, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융하는 일이 없다.
가공 대상물(1)의 내부에 절단 기점 영역(8)을 형성하면, 이 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 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 발생시키지 않고, 가공 대상물(1)을 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다.
이 절단 기점 영역(8)을 기점으로 한 가공 대상물(1)의 절단에는 다음의 2가지가 고려된다. 하나는 절단 기점 영역(8) 형성 후, 가공 대상물(1)에 인위적인 힘이 인가되는 것에 의해, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 가공 대상물(1)이 나뉘어, 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)에 따라서 가공 대상물(1)에 굽힘 응력이나 전단 응력을 더하거나, 가공 대상물(1)에 온도차를 부여함으로써 열 응력을 발생시키거나 하는 것이다. 다른 하나는 절단 기점 영역(8)을 형성하는 것에 의해, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 가공 대상물(1)의 단면 방향(두께 방향)으로 향하여 자연히 나뉘어, 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 형성되는 것으로 가능해지고, 가공 대상물(1)의 두께가 큰 경우에는 두께 방향으로 복수 열 형성된 개질 영역(7)에 의해 절단 기점 영역(8)이 형성되는 것으로 가능하게 된다. 또한, 이 자연히 나뉘는 경우도 절단하는 개소에 있어서, 절단 기점 영역(8)이 형성되어 있지 않은 부위에 대응하는 부분의 표면(3) 위에까지 갈라짐이 앞지르지 않고, 절단 기점 영역(8)을 형성한 부위에 대응하는 부분만을 할단(割斷)할 수 있으므로, 할단을 잘 제어할 수 있다. 최근, 실리콘 웨이퍼 등의 가공 대상물(1)의 두께는 얇아지는 경향에 있으므로, 이와 같은 제어성이 좋은 할단 방법은 아주 유효하다.
그런데, 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서는, 다음의 (1) ~ (4)의 경우가 있다.
(1) 개질 영역이 1개 또는 복수의 크랙을 포함한 크랙 영역인 경우
가공 대상물(예를 들면 유리나 LiTaO3로 이루어지는 압전(壓電)재료)의 내부에 집광점을 맞추어, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1 × 108(W/cm2) 이상이고, 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하인 조건에서 레이저 광을 조사한다. 이 펄스 폭의 크기는 다광자 흡수를 일으키게 하면서 가공 대상물의 표면에 불필요한 데미지를 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 야기되고, 이것에 의해 가 공 대상물의 내부에 크랙 영역이 형성된다. 전계 강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/cm2)이다. 펄스 폭은 예를 들면 1ns ~ 200ns가 바람직하다. 또한, 다광자 흡수에 의한 크랙 영역의 형성은, 예를 들면, 제45회 레이저 열가공 연구 회 논문집(1998년.12월)의 제23페이지 ~ 제28페이지의 「고체 레이저-고주파에 의한 유리 기판의 내부 마킹」에 기재되어 있다.
본 발명자는, 전계 강도와 크랙의 크기의 관계를 실험에 의해 구했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물 : 파이렉스(등록상표) 유리(두께 700㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기(勵起) Nd : YAG 레이저
파장 : 1064nm
레이저 광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8cm2
발진(發振) 형태 : Q스위치 펄스
반복 주파수 : 100kHz
펄스 폭 : 30ns
출력 : 출력 < 1mJ / 펄스
레이저 광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
레이저 광의 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
(D) 가공 대상물이 실어 놓이는 실어 놓음대의 이동 속도 : 100mm/초
또한, 레이저 광 품질이 TEM00란 집광성이 높고 레이저 광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로 축은 피크 파워 밀도이고, 레이저 광이 펄스 레이저 광이므로 전계 강도는 피크 파워 밀도로 나타낸다. 세로 축은 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 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 검은점으로 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. 피크 파워 밀도가 1011(W/cm2) 정도로부터 가공 대상물의 내부에 크랙 스폿이 발생하여, 피크 파워 밀도가 커짐에 따라 크랙 스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
다음에, 크랙 영역 형성에 의한 가공 대상물의 절단의 메커니즘에 대해서, 도 8 ~ 도 11을 참조하여 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건으로 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저 광 L을 조사하여 절단 예정 라인에 따라서 내부에 크랙 영역(9)을 형성한다. 크랙 영역(9)은 1개 또는 복수의 크랙을 포함한 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 성장해, 도 10에 나타내는 바와 같이, 크랙이 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 이르러, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)이 나뉘어지는 것에 의해 가공 대상물(1)이 절단된다. 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 이르는 크랙은 자연히 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 맞추어, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1 × 108(W/cm2) 이상이고 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하인 조건으로 레이저 광을 조사한다. 이것에 의해 가공 대상물의 내부는 다광자 흡수에 의해서 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역이 형성된다. 용융 처리 영역은 일단 용융 후 재고화(再固化)한 영역이나, 확실히 용융 상태의 영역이나, 용융 상태로부터 재고화하는 상태의 영역이며, 상변화한 영역이나 결정 구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융 처리 영역이란 단결정 구조, 비정질 구조, 다결정구조에 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 포함한 구조로 변화한 영역을 의미한다. 가공 대상물이 실리콘 단결정 구조인 경우, 용융 처리 영역은 예를 들면 비정질 실리콘 구조이다. 전계 강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/cm2)이다. 펄스 폭은 예를 들면 1ns ~ 200ns가 바람직하다.
본 발명자는 실리콘 웨이퍼의 내부에서 용융 처리 영역이 형성되는 것을 실험에 의해 확인했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 350㎛, 외경 4인치)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
파장 : 1064nm
레이저 광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8cm2
발진 형태 : Q스위치 펄스
반복 주파수 : 100kHz
펄스 폭 : 30ns
출력 : 20μJ/펄스
레이저 광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
배율 : 50배
N.A. : 0.55
레이저 광의 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
(D) 가공 대상물이 실어 놓이는 실어 놓음대의 이동 속도 : 100mm/초
도 12는 상기 조건에서의 레이저 가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도이다. 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 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다. 다만, 실리콘 기판의 표면 측과 이면 측 각각의 반사 성분을 제거하고, 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 레이저 광이 80％이상 투과하는 것을 알 수 있다. 도 12에 나타내는 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, 레이저 광이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 흡수되는 것은 근소하고, 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 것은 아니고, 용융 처리 영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 의미한다. 다광자 흡수에 의한 용 융 처리 영역의 형성은, 예를 들면, 용접 학회 전국 대회 강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제72페이지 ~ 제73페이지의 「피코초 펄스 레이저에 의한 실리콘의 가공 특성 평가」에 기재되어 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼는 용융 처리 영역에 의해서 형성되는 절단 기점 영역을 기점으로 하여 단면 방향으로 향하여 갈라짐을 발생시키고, 그 갈라짐이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달함으로써 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 이 갈라짐은 자연히 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다. 그리고, 절단 기점 영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 갈라짐이 자연히 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 재고화할 때에 갈라짐이 성장하는 경우 중 어느 하나이다. 다만, 어느 쪽의 경우도 용융 처리 영역은 실리콘 웨이퍼의 내부에만 형성되고, 절단 후의 절단면에는 도 12와 같이 내부에만 용융 처리 영역이 형성되어 있다. 이와 같이, 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역에 의해서 절단 기점 영역을 형성하면, 할단시, 절단 기점 영역 라인으로부터 어긋난 불필요한 갈라짐이 생기기 어려우므로, 할단 제어가 용이하게 된다.
(3) 개질 영역이 용융 처리 영역 및 미소 공동인 경우
가공 대상물(예를 들면 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추 어, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1 × 108(W/cm2) 이상이고 또한 펄스 폭이 1㎲ 이하의 조건에서 레이저 광을 조사한다. 이것에 의해, 가공 대상물의 내부에는 용융 처리 영역과 미소 공동이 형성되는 경우가 있다. 또한, 전계 강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/cm2)이다. 펄스 폭은 예를 들면 1ns ~ 200ns가 바람직하다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3) 측으로부터 레이저 광 L을 입사시킨 경우, 미소 공동(14)은 용융 처리 영역(13)에 대해서 이면(21) 측에 형성된다. 도 14에서는 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)이 떨어져 형성되어 있지만, 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)이 연속하여 형성되는 경우도 있다. 즉, 다광자 흡수에 의해서 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 쌍으로 되어 형성되는 경우, 미소 공동(14)은 용융 처리 영역(13)에 대해서 실리콘 웨이퍼(11)에 있어서의 레이저 광 입사면의 반대 측에 형성되게 된다.
이와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)에 레이저 광 L을 투과시키고 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜 용융 처리 영역(13)을 형성한 경우에, 각각의 용융 처리 영역(13)에 대응한 미소 공동(14)이 형성되는 원리에 대해서는 반드시 명확하지는 않다. 여기서는, 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 쌍으로 된 상태로 형성되는 원리에 관하여 본 발명자들이 상정하는 2개의 가설을 설명한다.
본 발명자들이 상정하는 제1 가설은 다음과 같다. 즉, 도 15에 나타내는 바 와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부의 집광점 P에 초점을 맞추어 레이저 광 L을 조사하면, 집광점 P의 근방에 용융 처리 영역(13)이 형성된다. 종래는 이 레이저 광 L로서, 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 광 L의 중심 부분의 광(도 15 중, L4 및 L5에 상당하는 부분의 광)을 사용하는 것으로 하고 있었다. 이것은 레이저 광 L의 정규 분포(Gaussian distribution)의 중심 부분을 사용하기 때문이다.
본 발명자들은 레이저 광 L이 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3)에 주는 영향을 억제하기 위해서 레이저 광 L을 넓히는 것으로 하였다. 그 한 방법으로서, 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 광 L을 소정의 광학계로 확장하여 정규 분포의 완만한 경사면을 넓혀, 레이저 광 L의 주변 부분의 광(도 15 중, L1 ~ L3 및 L6 ~ L8에 상당하는 부분의 광)의 레이저 강도를 상대적으로 상승시키는 것으로 하였다. 이와 같이 확장한 레이저 광 L을 실리콘 웨이퍼(11)에 투과시키면, 이미 설명한 바와 같이 집광점 P의 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 L의 광축(도 15 중의 일점 쇄선)에 따른 위치에 형성된다. 미소 공동(14)이 형성되는 위치는 레이저 광 L의 주변 부분의 광(도 15 중, L1 ~ L3 및 L6 ~ L8에 상당하는 부분의 광)이 이론상 집광되는 부분에 상당한다.
이와 같이 레이저 광 L의 중심 부분의 광(도 15 중, L4 및 L5에 상당하는 부분의 광)과 레이저 광 L의 주변 부분의 광(도 15 중, L1 ~ L3 및 L6 ~ L8에 상당하는 부분의 광)이 각각 집광되는 부분이 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향에 있어서 다른 것은 레이저 광 L을 집광하는 렌즈의 구면수차(球面收差)에 의하는 것으로 생 각된다. 본 발명자들이 상정하는 제1 가설은 이 집광 위치의 차이가 어떠한 영향을 미치고 있는 것이 아닌지라는 것이다.
본 발명자들이 상정하는 제2 가설은 레이저 광 L의 주변 부분의 광(도 15 중, L1 ~ L3 및 L6 ~ L8에 상당하는 부분의 광)이 집광되는 부분은 이론상의 레이저 집광점이므로, 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 크고 단순하게 용융하여 재고화한다고 하는 것이다.
여기서, 용융 처리 영역(13)은 상기(2)에서 서술한 바와 같지만, 미소 공동(14)은 그 주위가 실질적으로 결정 구조가 변화하고 있지 않은 것이다. 실리콘 웨이퍼(11)가 실리콘 단결정 구조의 경우에는 미소 공동(14)의 주위는 실리콘 단결정 구조 그대로의 부분이 많다.
본 발명자들은 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 형성되는 것을 실험에 의해 확인했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 100㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
파장 : 1064nm
반복 주파수 : 40kHz
펄스 폭 : 30ns
펄스 피치 : 7㎛
가공 깊이 : 8㎛
펄스 에너지 : 50μJ/펄스
(C) 집광용 렌즈
NA : 0.55
(D) 가공 대상물이 실어 놓이는 실어 놓음대의 이동 속도 : 280mm/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. 동일한 도면에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에는 1펄스의 레이저 광 L의 조사에 의해 형성된 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)의 쌍이 절단면을 따라서(즉, 절단 예정 라인을 따라서) 소정의 피치로 형성되어 있다.
또한, 도 16에 나타내는 절단면의 용융 처리 영역(13)은 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향(도면 중의 상하 방향)의 폭이 13㎛정도로 레이저 광 L을 이동하는 방향(도면 중의 좌우 방향)의 폭이 3㎛정도이다. 또, 미소 공동(14)은 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향의 폭이 7㎛정도로 레이저 광 L을 이동하는 방향의 폭이 1.3㎛정도이다. 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)의 간격은 1.2㎛정도이다.
(4) 개질 영역이 굴절율 변화 영역인 경우
가공 대상물(예를 들면 유리)의 내부에 집광점을 맞추어, 집광점에 있어서의 전계 강도가 1 × 108(W/cm2) 이상이고 또한 펄스 폭이 1ns이하인 조건에서 레이저 광을 조사한다. 펄스 폭을 아주 짧게 하여, 다광자 흡수를 가공 대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수에 의한 에너지가 열 에너지로 바뀌지 않고, 가공 대상물의 내부에는 이온가수(ion價數) 변화, 결정화 또는 분극 배향 등의 영속(永續)적인 구조 변화가 야기되어 굴절율 변화 영역이 형성된다. 전계 강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/cm2)이다. 펄스 폭은 예를 들면 1ns 이하가 바람직하고, 1 ps 이하가 더욱 바람직하다. 다광자 흡수에 의한 굴절율 변화 영역의 형성은, 예를 들면, 제42회 레이저 열가공 연구회 논문집(1997년.11월)의 제105페이지 ~ 제111페이지의 「펨토(femto)초 레이저 조사에 의한 유리 내부로의 광 야기 구조 형성」에 기재되어 있다.
이상, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서 (1) ~ (4)의 경우를 설명하였으나, 웨이퍼 모양의 가공 대상물의 결정 구조나 그 벽개성(劈開性) 등을 고려하여 절단 기점 영역을 다음과 같이 형성하면, 그 절단 기점 영역을 기점으로서, 보다 한층 작은 힘으로, 게다가 정밀도 좋게 가공 대상물을 절단하는 것이 가능하게 된다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정 반도체로 이루어지는 기판의 경우는 (111)면(제1 벽개면)이나 (110)면(제2 벽개면)에 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또, GaAs 등의 섬아연광(閃亞鉛鑛)형 구조의 III-V족 화합물 반도체로 이루어지는 기판의 경우는 (110)면에 따른 방향으로 절단 기 점 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어(Al2O3) 등의 육방정계의 결정 구조를 가지는 기판의 경우는 (0001)면(C면)을 주면(主面)으로 하여 (1120)면(A면) 혹은 (1100)면(M면)에 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 절단 기점 영역을 형성해야 하는 방향(예를 들면, 단결정 실리콘 기판에 있어서의 (111)면에 따른 방향), 혹은 절단 기점 영역을 형성해야 하는 방향에 직교하는 방향에 따라서 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이션 플랫을 기준으로 하는 것으로, 절단 기점 영역을 형성해야 하는 방향에 따른 절단 기점 영역을 용이하고 또한 정확하게 기판에 형성하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다. 도 17은 본 실시 형태의 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이고, 도 18은 도 17에 나타내는 가공 대상물의 XVIII-XVIII선에 따른 부분 단면도이다.
도 17 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)은 실리콘으로 이루어지는 두께 300㎛의 기판(4)과, 복수의 기능 소자(15)를 포함하여 기판(4)의 표면(3)에 형성된 적층부(16)를 구비하고 있다. 기능 소자(15)는 기판(4)의 표면(3)에 적층된 층간 절연막(17a)과, 층간 절연막(17a) 위에 배치된 배선층(19a)과, 배선층(19a)을 덮도록 층간 절연막(17a) 위에 적층된 층간 절연막(17b)과, 층간 절연막(17b) 위에 배치된 배선층(19b)을 가지고 있다. 배선층(19a)과 기판(4)은 층간 절연막(17a)을 관통하는 도전성 플러그(20a)에 의해서 전기적으로 접속되고, 배선 층(19b)과 배선층(19a)은 층간 절연막(17b)을 관통하는 도전성 플러그(20b)에 의해서 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 기판(4)은 유효부(41)(도 17에 있어서 일점 쇄선의 안쪽 부분)와 유효부(41)를 포위하는 외연부(42)(도 17에 있어서 일점 쇄선의 외측의 부분)를 가지고 있고, 유효부(41) 및 외연부(42)는 실리콘(반도체 재료)에 의해 일체적으로 형성되어 있다. 기능 소자(15)는 유효부(41)의 표면(3)에 기판(4)의 오리엔테이션 플랫(6)에 평행한 방향 및 수직인 방향으로 매트릭스 모양으로 다수 형성되어 있지만, 층간 절연막(17a, 17b)은 기판(4)의 표면(3) 전체를 덮도록 인접하는 기능 소자(15, 15) 사이에 걸쳐 형성되어 있다.
이상과 같이 구성된 가공 대상물(1)을 이하와 같이 하여 기능 소자(15)마다 절단한다. 우선, 도 19(a)에 나타내는 바와 같이, 적층부(16)를 덮도록 가공 대상물(1)에 보호 테이프(22)를 붙인다. 이어서, 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 이면(21)을 위쪽으로 향하여 가공 대상물(1)을 레이저 가공 장치의 실어 놓음대(도시하지 않음) 위에 고정한다. 이때, 적층부(16)가 실어 놓음대에 직접 접촉하는 것이 보호 테이프(22)에 의해서 피할 수 있기 때문에, 각 기능 소자(15)를 보호할 수 있다.
그리고, 인접하는 기능 소자(15, 15) 사이를 통과하도록, 가공 대상물(1)에 대해서 절단 예정 라인(5)을 격자 모양으로 설정하고(도 17의 파선 참조), 이면(21)을 레이저 광 입사면으로 하여 기판(4)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저 광 L을 다광자 흡수가 생기는 조건에서 조사하면서, 실어 놓음대의 이동에 의해 절 단 예정 라인(5)에 따라서 집광점 P를 스캔한다.
이 절단 예정 라인(5)에 따른 집광점 P의 스캔을 1개의 절단 예정 라인(5)에 대해서 6회 실시하지만, 집광점 P를 맞추는 위치의 이면(21)으로부터의 거리를 각 회마다 바꾸는 것으로, 표면(3) 측으로부터 순서대로 1열의 품질 개질 영역(71), 3열의 분단 개질 영역(72) 및 2열의 HC(하프 컷) 개질 영역(73)을 절단 예정 라인(5)에 따라서 기판(4)의 내부에 1열씩 형성한다. 또한, 기판(4)은 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판이기 때문에, 각 개질 영역(71, 72, 73)은 용융 처리 영역이다.
이와 같이, 각 개질 영역(71, 72, 73)을 기판(4)의 이면(21)으로부터 먼 순서로 일렬씩 형성하는 것으로, 각 개질 영역(71, 72, 73)을 형성할 때, 레이저 광 입사면인 이면(21)과 레이저 광 L의 집광점 P 사이에는 개질 영역이 존재하지 않기 때문에, 이미 형성된 개질 영역에 의한 레이저 광 L의 산란, 흡수 등이 일어나지 않는다. 따라서, 각 개질 영역(71, 72, 73)을 절단 예정 라인(5)에 따라서 기판(4)의 내부에 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 또, 기판(4)의 이면(21)을 레이저 광 입사면으로 하는 것으로, 적층부(16)의 절단 예정 라인(5) 위에 레이저 광 L을 반사하는 부재(예를 들면, TEG)가 존재해도, 각 개질 영역(71, 72, 73)을 절단 예정 라인(5)에 따라서 기판(4)의 내부에 확실히 형성할 수 있다.
여기서, 품질 개질 영역(71)의 형성에서는, 도 22에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 표면(3)과 품질 개질 영역(71)의 표면 측 단부(71a)와의 거리가 5㎛ ~ 20㎛가 되는 위치에, 혹은 기판(4)의 표면(3)과 품질 개질 영역(71)의 이면 측 단 부(71b)와의 거리가 [5 ＋ (기판(4)의 두께) × 0.1]㎛ ~ [20 ＋ (기판(4)의 두께) × 0.1]㎛가 되는 위치에 품질 개질 영역(71)을 1열 형성한다. 또, 분단 개질 영역(72)의 형성에서는 기판(4)의 두께 방향에 있어서 이어지게 되도록 분단 개질 영역(72)을 3열 형성한다. 또한, HC 개질 영역(73)의 형성에서는, 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, HC 개질 영역(73)을 2열 형성하는 것으로, 절단 예정 라인(5)에 따른 갈라짐(24)을 HC 개질 영역(73)으로부터 기판(4)의 이면(21)에 발생시킨다. 또한, 형성 조건에 따라서는 인접하는 분단 개질 영역(72)과 HC 개질 영역(73) 사이에도 갈라짐(24)이 생기는 경우가 있다.
각 개질 영역(71, 72, 73)을 형성한 후, 도 20(a)에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 기판(4)의 이면(21)에 확장 테이프(23)를 부착한다. 이어서, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 보호 테이프(22)에 자외선을 조사하여, 그 점착력을 저하시켜, 도 21(a)에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 적층부(16)로부터 보호 테이프(22)를 벗긴다.
보호 테이프(22)를 벗긴 후, 도 21(b)에 나타내는 바와 같이, 확장 테이프(23)를 확장시켜서, 각 개질 영역(71, 72, 73)을 기점으로 하여 갈라짐을 일으키고, 기판(4) 및 적층부(16)를 절단 예정 라인(5)에 따라서 절단함과 동시에, 절단 되어 얻어진 각 반도체칩(25)을 서로 이간시킨다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 레이저 가공 방법에 있어서는 절단(갈라짐)의 기점이 되는 품질 개질 영역(71), 분단 개질 영역(72) 및 HC 개질 영역(73)을 절단 예정 라인(5)에 따라서 기판(4)의 내부에 형성하고 있다. 따라서, 상기 레이저 가 공 방법은 복수의 기능 소자(15)를 포함한 적층부(16)가 형성된 기판(4)의 두께가 300㎛와 같이 두꺼운 경우라도, 기판(4) 및 적층부(16)의 고정밀도 절단을 가능하게 한다.
구체적으로는, 상기 레이저 가공 방법에 있어서는 기판(4)의 이면(21)에 가장 가까운 분단 개질 영역(72)과 이면(21)과의 사이의 위치에 HC 개질 영역(73)을 2열 형성하는 것으로, 절단 예정 라인(5)에 따른 갈라짐(24)을 HC 개질 영역(73)으로부터 기판(4)의 이면(21)에 발생시키고 있다. 이것에 의해, 확장 테이프(23)를 기판(4)의 이면(21)에 붙여 확장시키면, 두께 방향에 있어서 이어지도록 3열 형성된 분단 개질 영역(72)을 통하여 기판(4)으로부터 적층부(16)로 부드럽게 갈라짐이 진행하게 되고, 그 결과, 기판(4) 및 적층부(16)를 절단 예정 라인(5)에 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
또한, 기판(4)으로부터 적층부(16)로 부드럽게 갈라짐을 진행시킬 수 있으면, 분단 개질 영역(72)은 3열로 한정되지 않는다. 일반적으로는 기판(4)이 얇아지면 분단 개질 영역(72)의 열수를 감소시키고, 기판(4)이 두꺼워지면 분단 개질 영역(72)의 열수를 증가시키게 된다. 또, 기판(4)으로부터 적층부(16)로 부드럽게 갈라짐을 진행시킬 수 있으면, 분단 개질 영역(72)은 서로 이간하고 있어도 좋다. 또한, HC 개질 영역(73)으로부터 기판(4)의 이면(21)에 갈라짐(24)을 확실히 생기게 할 수 있으면, HC 개질 영역(73)은 1열이라도 좋다.
또, 상기 레이저 가공 방법에 있어서는 기판(4)의 표면(3)과 품질 개질 영역(71)의 표면 측 단부(71a)와의 거리가 5㎛ ~ 20㎛가 되는 위치에, 혹은 기판(4) 의 표면(3)과 품질 개질 영역(71)의 이면 측 단부(71b)와의 거리가 [5 ＋ (기판(4)의 두께) × 0.1]㎛ ~ [20 ＋ (기판(4)의 두께) × 0.1]㎛가 되는 위치에 품질 개질 영역(71)을 형성하고 있다. 이와 같은 위치에 품질 개질 영역(71)을 형성하면, 기판(4)의 표면(3)에 형성된 적층부(16)(여기서는, 층간 절연막(17a, 17b))도 절단 예정 라인(5)에 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
이상과 같은 레이저 가공 방법의 사용에 의해 절단된 반도체칩(25)에 있어서는, 도 21(b)에 나타내는 바와 같이, 각 개질 영역(71, 72, 73)이 형성된 기판(4)의 절단면(측면)(4a), 및 적층부(16)의 절단면(측면)(16a)은 요철이 억제된 고정밀도 절단면이 된다.
여기서, 상술한 각 개질 영역(71, 72, 73)을 형성하기 위한 레이저 가공 방법으로 대해서, 도 23을 참조해 보다 상세하게 설명한다. 도 23은, 도 17에 나타내는 가공 대상물에 있어서의 절단 예정 라인에 따른 부분의 단면도이다. 또한, 동일한 도면에 나타내는 바와 같이, 유효부(41)와 외연부(42)의 경계를 경계면(43)으로 한다.
우선, 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로 하여, 연속 발진시킨 레이저 광 L을 기판(4)의 외부로부터 품질 개질 영역(71)의 형성 예정 라인 Z1에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 그리고, 점 α1(형성 예정 라인 Z1과 기판(4)의 외면의 교점)과 점 β1(형성 예정 라인 Z1와 경계면(43)의 교점) 사이에 위치하는 점 γ1에 있어서, 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로부터 펄스 발진으로 전환하여, 펄스 발진시킨 레이저 광 L을 점 γ1으로부터 형성 예정 라인 Z1에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 그리고, 점 ρ1(형성 예정 라인 Z1과 경계면(43)의 교점)과 점 σ1(형성 예정 라인 Z1와 기판(4)의 외면의 교점) 사이에 위치하는 점 τ1에 있어서, 레이저 광 L의 발진을 펄스 발진으로부터 연속 발진으로 전환하여, 연속 발진시킨 레이저 광 L을 점 τ1으로부터 기판(4)의 외부까지 형성 예정 라인 Z1에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 또한, 레이저 광 L의 연속 발진과 펄스 발진의 전환은, 예를 들면, 레이저 광 L을 제어하는 전원 콘트롤러에 의해서 용이하고 또한 간편하게 실시할 수 있다.
또, 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로 하여 연속 발진시킨 레이저 광 L을 기판(4)의 외부로부터 표면(3) 측의 분단 개질 영역(72)의 형성 예정 라인 Z2에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 그리고, 점 α2와 점 β2 사이에 위치하는 점 γ2에 있어서, 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로부터 펄스 발진으로 전환하여, 펄스 발진시킨 레이저 광 L을 점 γ2로부터 형성 예정 라인 Z2에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 그리고, 점 ρ2와 점 σ2 사이에 위치하는 점 τ2에 있어서, 레이저 광 L의 발진을 펄스 발진으로부터 연속 발진으로 전환하여, 연속 발진시킨 레이저 광 L을 점 τ2로부터 기판(4)의 외부까지 형성 예정 라인 Z2에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 중앙의 분단 개질 영역(72)의 형성 예정 라인 Z3 및 이면(21) 측의 분단 개질 영역(72)의 형성 예정 라인 Z4에 따라서도 마찬가지로 레이저 광 L을 스캔한다.
또한, 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로 하여, 연속 발진시킨 레이저 광 L을 기판(4)의 외부로부터 표면(3) 측의 HC 개질 영역(73)의 형성 예정 라인 Z5에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 그리고, 점 α5와 점 β5 사이에 위치하는 점 γ5에 있어서, 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로부터 펄스 발진으로 전환하여, 펄스 발진시킨 레이저 광 L을 점 γ5로부터 형성 예정 라인 Z5에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 그리고, 점 ρ5와 점 σ5 사이에 위치하는 점 τ5에 있어서, 레이저 광 L의 발진을 펄스 발진으로부터 연속 발진으로 전환하여, 연속 발진시킨 레이저 광 L을 점 τ5로부터 기판(4)의 외부까지 형성 예정 라인 Z5에 따라서 화살표 A방향으로 스캔한다. 이면(21) 측의 HC 개질 영역(73)의 형성 예정 라인 Z6에 따라서도 마찬가지로 레이저 광 L을 스캔한다.
이상 설명한 바와 같이, 각 개질 영역(71, 72, 73)을 형성하기 위한 레이저 가공 방법에서는 가공 대상물(1)에 있어서의 절단 예정 라인(5)에 따른 부분(50)에 있어서, 유효부(41)를 포함한 중간 부분(51)에서는 레이저 광 L을 펄스 발진시키고, 중간 부분(51)의 양측의 일단 부분(52) 및 타단 부분(53)에서는 레이저 광 L을 연속 발진시킨다. 연속 발진시킨 경우의 레이저 광 L의 강도는 펄스 발진시킨 경우의 레이저 광 L의 강도에 비해 낮게 되기 때문에, 중간 부분(51)에는 각 개질 영 역(71, 72, 73)을 형성하고, 일단 부분(52) 및 타단 부분(53)에는 각 개질 영역(71, 72, 73)을 형성하지 않도록 할 수 있다. 이것에 의해, 각 개질 영역(71, 72, 73)은 기판(4)의 외면에 이르지 않기 때문에, 기판(4)이 그 분단 공정 이외의 공정에서 소편화 되지 않으며, 소편화 된다고 하여도 절단면끼리의 마찰에 의한 칩핑의 발생을 방지하는 것이 가능하게 된다. 그 한편, 외연부(42)에 포위된 유효부(41)에는 각 개질 영역(71, 72, 73)이 확실히 형성되기 때문에, 각 개질 영역(71, 72, 73)을 절단의 기점으로 하여 유효부(41)를 절단 예정 라인(5)에 따라서 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 24에 나타내는 바와 같이, 소정의 절단 예정 라인(5)에 따라서 레이저 광 L의 스캔으로부터, 그 소정의 절단 예정 라인(5)과 인접하는 절단 예정 라인(5)에 따라서 레이저 광 L의 스캔에의 이행에 있어서는, 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로부터 펄스 발진으로 일단 전환한 후, 펄스 발진으로부터 연속 발진으로 다시 전환하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 해당 이행에 있어서 레이저 광 L을 연속 발진시키는 시간을 짧게 할 수 있기 때문에, 그 소정의 절단 예정 라인(5)과 인접하는 절단 예정 라인(5)에 따라서 레이저 광 L의 스캔에 있어서, 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로부터 펄스 발진으로 전환했을 때에 안정된 레이저 광 L의 강도를 얻는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서, 기판(4)에 붙인 보호 테이프(22)나 확장 테이프(23) 등의 유기(有機)계 필름과 기판(4)의 외연부(42)의 경계 부분 주변 영역(즉, 기판(4)이 붙어 있지 않은 필름 위와, 필름과 기판(4)의 외연부(42)의 경계 부와, 기판(4)의 유효부(41)의 외주까지의 영역)에서는 연속 발진 모드로서 개질 영역을 형성하지 않고, 기판(4)의 유효부(41)에서는 펄스 발진 모드로서 개질 영역을 형성하는 것으로, 주로 레이저 광 초점 위치제어(오토 포커스) 장치의 위치제어의 추종성에 기인해 기판(4)과 필름의 단차에 의한 레이저 광의 거동의 변화에 의한 소망 부위 이외의 가공에 의해 생기는 분진을 방지할 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다.
예를 들면, 상기 실시 형태의 가공 대상물(1)에 있어서는 기판(4)의 외연부(42)의 표면(3) 측의 각부와 이면(21) 측의 모서리부가 모두 라운드 모양으로 모따기 되어 있었지만, 도 25에 나타내는 바와 같이, 외연부(42)의 표면(3) 측의 모서리부와 이면(21) 측의 모서리부가 모두 라운드 모양으로 모따기 되어 있지 않아도 좋다. 또, 도 26에 나타내는 바와 같이, 외연부(42)의 표면(3) 측의 모서리부만이 라운드 모양으로 모따기 되어 있어도 좋고, 도 27에 나타내는 바와 같이, 외연부(42)의 이면(21) 측의 모서리부만이 라운드 모양으로 모따기 되어 있어도 좋다.
또, 상기 실시 형태에서는 레이저 광 L의 발진을 연속 발진으로부터 펄스 발진으로 전환하는 점 γ1 ~ γ6가 기판(4)의 두께 방향에 있어서 일치하고 있었지만, 기판(4)의 외연부(42) 내에 있으면 두께 방향에 있어서 일치하고 있지 않아도 좋다. 이것은, 레이저 광 L의 발진을 펄스 발진으로부터 연속 발진으로 전환하는 점 τ1 ~ τ6에 대해서도 마찬가지이다.
본 발명에 의하면, 개질 영역이 형성된 판상의 가공 대상물이 그 분단 공정 이외의 공정에서 소편화 되기 어렵기 때문에, 소편화 된다고 하여도 절단면끼리의 마찰에 의한 칩핑의 발생을 저감할 수 있다.

Claims (6)

  1. 판상의 가공 대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 상기 가공 대상물의 절단 예정 라인에 따라서, 절단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 가공 대상물의 내부에 형성하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 가공 대상물은 유효부와, 그 유효부를 포위하는 외연부를 구비하고,
    상기 레이저 광의 집광점을 상기 절단 예정 라인에 따라서 이동시키면서, 상기 가공 대상물에 있어서의 상기 절단 예정 라인에 따른 부분에 있어서, 상기 유효부를 포함하는 중간 부분에서는 상기 레이저 광을 펄스 발진시켜 상기 개질 영역을 형성하고, 상기 중간 부분의 양측의 일단 부분 및 타단 부분에서는 상기 레이저 광을 연속 발진시켜 상기 개질 영역을 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유효부의 표면에는 복수의 기능 소자가 매트릭스 모양으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절단 예정 라인은 인접하는 상기 기능 소자 사이를 통과하도록, 상기 가공 대상물에 대해서 격자 모양으로 설정되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유효부 및 상기 외연부는 반도체 재료에 의해 일체적으로 형성되어 있고,
    상기 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 개질 영역을 형성한 후에, 상기 가공 대상물을 상기 절단 예정 라인에 따라서 절단하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 개질 영역을 형성한 후에, 상기 가공 대상물을 상기 절단 예정 라인에 따라서 절단하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
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