KR101325200B1

KR101325200B1 - 판 형상체 절단방법 및 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR101325200B1
Application number: KR1020060037533A
Authority: KR
Inventors: 테츠미 스미요시; 토모히로 이마호코
Original assignee: 사이버 레이저 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2013-11-04
Also published as: KR20060113454A; CN100553853C; TW200711775A; CN1853840A; JP4838531B2; TWI387503B; JP2006305586A

Abstract

반도체 웨이퍼 등의 판 형상체에 레이저 빔을 조사하여 판 형상체를 절단하는 방법에 있어, 절단속도를 올려 분할에 의해 제조되는 전자부품의 처리량을 향상시킨다.

판 형상체에 대해 흡수성을 가지는 제 1 파장의 레이저 빔과, 판 형상체에 대해 투과성을 가지는 제 2 파장의 레이저 빔을 동시에 집광하여 판 형상체에 조사한다. 집광 광학계를 조정하여 제 1 파장의 레이저 빔의 집광점을 판 형상체 표면부에 형성시켜, 제 2 파장의 레이저 빔의 집광점을 판 형상체 내부에 형성시킨다. 표면부는 선형 흡수에 의해 분해 또는 조성의 변질을 발생시키고, 내부는 다광자 흡수에 의해 조성의 변질을 발생시켜 각각 응력 발생영역이 형성된다. 분할선을 따라 레이저 빔을 조사한 후, 기계적 충격력을 가해 레이저 빔의 주사 궤적을 따라 판 형상체를 분할한다.

Description

판 형상체 절단방법 및 레이저 가공장치{CUTTING METHOD OF PLATE-LIKE BODY AND LASER PROCESSING MACHINE}

도 1은 판 형상체 반도체인 실리콘 웨이퍼의 분할 공정을 나타내는 설명도.

도 2는 본 발명에 의한 절단방법에 이용되는 레이저 빔 발생장치의 구성 일 례를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 의한 절단방법에 이용되는 레이저 빔 발생장치 구성의 다른 예를 나타내는 도면.

도 4는 레이저 절단장치에 의한 웨이퍼 절단방법을 나타내는 개략도.

* 주요 부호의 설명 *

1: 반도체 웨이퍼 2: 집광 광학계

3,4: 레이저 빔 5,6: 수속 빔

7,8: 집광점 9: 표면 근방 가공영역

10: 개질영역 21: 모드 동기 광파이버 레이저 발진기

23: 광파이버 25: 재생 증폭기

27: YAG 레이저 장치 28: 펄스 압축기

30: 광 파라메트릭 증폭기 41: 펨토초 레이저 발진기

43,50: 색선별 미러 46,49: 미러

47: 백색광 발생기 51: 광 파라메트릭 증폭기

101: 반도체 웨이퍼 102: 회로부

103: 집광 광학계 104: 광축

105: 레이저 빔 106: 수속 빔

107,108: 집광점

본 발명은 소정의 스트리트(절단 라인)를 따라 레이저 빔을 조사함으로써 판 형상체를 절단하는 판 형상체의 절단방법 및 당해 절단방법에 사용되는 레이저 빔 발생장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼를 분할하여 반도체 칩을 제조할 때 반도체 웨이퍼의 절단방법 및 당해 방법에 사용되는 레이저 빔 발생장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조공정에 있어, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼가 그 표면상에 격자상으로 배열된 스트리트에 의해 복수의 영역으로 구획된다. 이 구획된 영역에는 각각 IC, LSI 등의 회로가 형성되고, 스트리트를 따라 반도체 웨이퍼를 절단함으로써, 회로가 형성된 영역을 각각 분리하여 반도체 칩을 제조한다. 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단하는 것은 통상 다이서(dicer) 라고 불리는 절삭장치를 이용한다. 이 절삭장치는 피가공물인 반도체 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 당해 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼를 절삭하기 위한 절단수단과, 척 테이블과 절단수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하여 구성되어 있다. 절단수단은 고속회전하는 회전 스핀들과 당해 스핀들에 장착된 절삭 블레이드를 구비한다. 절삭 블레이드는 원반형상의 베이스와 당해 베이스의 측면 외주부에 장착된 환상의 컷팅날로 이루어진다. 컷팅날은 예를 들어 입경 3㎛ 정도의 다이아몬드 연마용 그레인을 전주(電鑄)에 의해 베이스에 고정하고 두께 15㎛ 정도로 형성된다.

또한, 최근에 있어, IC, LSI 등의 회로를 보다 미세하게 형성하기 위해 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼의 본체 표면상에 저유전율 절연체를 적층한 형태를 가지는 반도체 웨이퍼가 제조되고, 실용화되고 있다. 저유전율 절연체로서 SiO₂ 막(유전율 k = 약 4.1)보다도 유전율이 낮은(예를 들어, k = 2.5 내지 3.6 정도)재료가 사용된다. 이러한 저유전율 절연체로서 예를 들어 SiOF, BSG(SiOB), H 함유 폴리실록산(HSQ) 등의 무기물계열의 막, 폴리이미드 계열, 파릴렌 계열, 폴리테트라플루오로에틸렌 계열 등의 폴리머 막인 유기물 계열의 막, 및 메틸 함유 폴리실록산 등의 포러스실리카 막을 들 수 있다.

상기와 같은 저유전율 절연체를 표면부에 적층한 반도체 웨이퍼를 상술한 다이서를 이용하여 절단하면, 저유전율 절연체가 현저하게 깨지지 쉽다는 것에 기인하여 스트리트 근방 영역에 있어 표면층인 저유전율 절연체층이 반도체 웨이퍼 본체로부터 박리되는 일이 있다. 또한, 반도체 웨이퍼는 박판화 경향이 있으며, 기계 강도가 저하함으로써 웨이퍼 본체가 다이서에 의한 절단으로 파손되는 일이 있다. 이러한 반도체 웨이퍼에 대해 다이서를 대신하여 레이저 빔을 조사함으로써 반도체 웨이퍼를 절단하는 레이저 절단장치를 사용하는 것이 바람직하다.

도 4는 레이저 절단장치에 의한 웨이퍼 절단방법을 나타내는 개략도이다. 도 4(a)에서는 흡수성 파장을 가지는 레이저 빔을 조사하여 반도체 웨이퍼를 절단한다. 레이저 빔의 집광점을 반도체 웨이퍼(101)의 표면부에 설정하면 반도체 웨이퍼(101)의 표면부가 주로 레이저 빔에 의한 선형 흡수를 일으키고, 당해 부분이 제거되어 천공부가 형성된다. 필요하다면 집광광학계(103)를 수직방향 하방으로 이동시킴으로써 집광점을 하방으로 이동시키고 부재의 제거에 의해 형성된 천공부를 하방으로 연장한다. 레이저 빔을 스트리트를 따라 주사하면 천공부가 스트리트를 따라 연신(延伸)되고, 웨이퍼 표면상에 스트리트를 따른 홈부가 형성된다. 이 홈부가 형성된 후, 구부림이나 인장 등의 기계적 충격력을 가하면 홈부를 기점으로 하여 크랙이 발생하여, 반도체 웨이퍼를 분할하는 것이 가능하게 된다. 이러한 흡수성 파장을 가지는 레이저 빔을 이용한 반도체 웨이퍼의 절단은 예를 들어 일본특개소 56-129340호 공보에 기재되어 있다.

도 4(b)에는 투과성 파장을 가지는 레이저 빔을 조사하여 반도체 웨이퍼를 절단한다. 레이저 빔의 집광점을 반도체 웨이퍼(101)의 내부에 설정하면, 반도체 웨이퍼(101)의 내부 영역이 주로 레이저 빔에 의한 다광자 흡수를 일으키고, 당해 부분의 재료 조성이 변질된다. 필요하다면, 집광광학계(103)를 수직방향 상방 또는 하방으로 이동시킴으로써 집광점을 상방 또는 하방으로 이동시키고, 다광자 흡수에 의해 생기는 개질(改質)영역을 수직방향을 따라 연장한다. 레이저 빔을 스트리트를 따라 주사하면, 개질 영역이 스트리트를 따라 연신되고 웨이퍼 내부에 스트리트를 따른 대략 선 형상 또는 대략 띠 형상의 개질 영역이 형성된다. 이 개질 영역이 형성된 후, 구부림이나 인장 등의 기계적 충격력을 가하면, 열응력이 생기는 개질영역 근방을 기점으로 하여 크랙이 발생하여 반도체 웨이퍼를 분할하는 것이 가능하다. 이러한 투과성 파장을 가지는 레이저 빔을 이용한 반도체 웨이퍼의 절단은 예를 들어, 일본 공개특허공보 제2002-205180호에 기재되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 소56-129340
[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 제2005-28438
[특허문헌 3] 일본 공개특허공보 제2002-192367
[특허문헌 4] 일본 공개특허공보 제2002-205180
[특허문헌 5] 일본 공개특허공보 제2003-88973
[특허문헌 6] 일본 공개특허공보 제2003-88978
[특허문헌 7] 일본 공개특허공보 제2003-88979
[특허문헌 8] 일본 공개특허공보 제2004-188475

도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 종래의 레이저 빔을 이용한 절단장치에서는 크랙을 발생시키는 기점이 되기에 충분한 크기의 천공부 또는 개질영역을 형성하기 때문에 스트리트 상의 대략 동일한 부위에 있어 상당 회수 이상의 펄스 수의 단 펄스 레이저를 조사할 필요가 있고, 레이저 빔 주사시에 스트리트 상의 대략 동일 부위에 정류(停留)하는 시간이 길어진다. 즉, 반도체 웨이퍼를 분할하기 위해 반도체 웨이퍼 표면상에 홈부를 형성하거나 또는 반도체 웨이퍼 내부에 개질영역을 형성하면, 펄스 폭에 의존한 열변성층이 조사 부위 주변에 발생하고, 절단면의 물성이 훼손된다는 과제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 펨토(femto)초 레이저 펄스를 이용하여 절단면의 물성을 훼손시키는 일 없이 반도체 웨이퍼 등의 판 형상체의 분할을 고속으로 실현할 수 있는 절단 방법 및 당해 절단방법에 사용되는 레이저 빔 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본원발명을 따르면 판 형상체의 상방으로부터 조사되는 복수 파장의 단 펄스 레이저의 레이저 빔을 판 형상체의 표면부 및 내부에 집광한다. 특히, 표면상에 격자상으로 배열된 스트리트에 의해 구획되는 각 영역마다 회로가 형성되는 반도체 웨이퍼에서는 반도체 웨이퍼의 상방으로부터 조사되는 복수 파장의 레이저 빔을 스트리트 상에 집광하고, 스트리트를 따라 스크라이빙(scribing)을 행함으로써 반도체 웨이퍼를 분할한다.

판 형상체에 레이저 빔을 조사할 때, 판 형상체의 흡수영역에 있는 파장과, 투과영역에 있는 파장을 적어도 동시에 이용하여, 판 형상체의 표면부와 내부에 있어 레이저 빔에 의한 가공작용을 동시에 진행시킨다.

또한, 본 발명을 따르면, 판 형상체의 내부에 빔을 도달시켜 집광영역 근방의 재료조성의 개질을 고속으로 진행시키도록 투과성 파장에서도 다광자 흡수 등에 의해 흡수율의 향상이 예측되는 고 파워 집광밀도상태를 발생시킨다. 한편, 표면부에서는 파워 집광밀도를 내부보다 낮은 조건으로 설정하여, 열적인 흡수를 도모한다. 판 형상체의 표면부에 흡수성 파장의 단 펄스 레이저로 주로 선형 흡수를 발생시켜 분해에 의한 천공부 또는 변질작용에 의한 개질부를 형성하도록 가공하는 동시에, 판 형상체의 내부에 투과성 파장의 단 펄스 레이저로 주로 다광자 흡수를 발생시켜 개질영역을 형성한다. 판 형상체에 있어, 레이저 빔이 집광된 부위에는 압축응력이 작용하는 동시에 그 주변 영역에는 인장응력이 작용하고 열응력이 작용하여 잔류응력이 발생하기 때문에, 판 형상체의 표면부에 형성된 표면 근방 가공영역을 기점으로 하여 잔류응력에 기인하여 크랙이 개질영역으로 용이하게 전파(傳播)된다. 레이저 빔을 판 형상체 상에서 소정의 방향으로 주사하면 그 궤적을 따라 판 형상체 내에 크랙이 진행된다. 판 형상체가 얇으면 이 크랙의 형성만으로 판 형상체를 분할할 수 있다. 또한, 판 형상체가 두꺼우면 레이저 빔의 주사가 완료된 후 구부림이나 인장 등의 기계적 충격력을 반도체 웨이퍼로 가함으로써 판 형상체를 분할할 수 있다.

이하, 본 발명에 따라 구성된 반도체 웨이퍼의 분할 가공방법의 가장 적합한 실시형태를 첨부도면을 참조하여, 더 상세하게 설명한다.

[실시 예 1]

도 1은 판 형상 반도체인 실리콘 웨이퍼의 분할 공정을 나타내는 설명도이다. 도 1(a)는 레이저 빔에 의한 반도체 웨이퍼의 가공상태를 나타내고 도 1(b)는 가공된 반도체 웨이퍼의 스트리트를 따른 단면을 나타내고 있다. 반도체 웨이퍼(1)는 통상 XY 테이블상에 탑재된 도시되지 않은 웨이퍼 테이블 상에 진공 척으로 흡인된다. 레이저 광원으로부터 대략 평행하게 입사되는 레이저 빔은 집광 광학계(2)에 의해 집광되고, 웨이퍼를 향해 조사된다. 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 빔은 판 형상체인 웨이퍼에 대해 흡수영역에 있는 제 1 파장의 레이저 빔(3)과 투과영역에 있는 제 2 파장의 레이저 빔(4)을 포함하고 있다. 제 1 파장의 레이저 빔(3)은 집광 광학계(2)에 의해 집광되어 수속(收束)빔(5)이 되고 반도체 웨이퍼(1)의 표면부에 집광점(7)을 형성한다. 제 2 파장의 레이저 빔(4)은 집광 광학계에 의해 집광되고 수속 빔(6)으로 되고, 반도체 웨이퍼(1)의 내부에 집광점(8)을 형성한다. 이 실시예에서는 두 종류의 레이저 빔을 조사하지만 가공속도를 고속화하기 위해 예를 들어 투광영역에 있는 두 종류 이상의 파장을 가지는 레이저 빔을 이용하여, 합쳐서 세 종류 이상의 파장을 가지는 레이저 빔을 반도체 웨이퍼에 대해 조사하도록 하여도 무방하다.

두 종류의 파장을 가지는 레이저 빔은 레이저 발진의 기본파를 기초로 하여 비선형 광학결정을 이용한 파장변환을 실시함으로써 생성된다. 여기서 실리콘 웨이퍼를 예로 들면, 흡수영역에 있는 제 1 파장으로서는 가시광역에 있는 파장인 400nm ~ 1.1㎛ 파장영역의 파장을 이용한다. 또한, 투과영역에 있는 제 2 파장으로서는 1.3㎛ ~ 1.7㎛의 파장 영역의 파장을 이용한다. 특히, 제 1 파장으로서 흡수성이 대체로 최대가 되는 780nm 의 파장을 이용함과 동시에, 제 2 파장으로서 제 1의 파장을 2배로 한 1560nm 파장을 이용하는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같이 두 종류의 파장을 가지는 레이저 빔을 예를 들어 볼록 렌즈 등으로서 부여된 집광 광학계(2)를 이용하여 집광하면, 색수차에 기인하여 각각의 파장의 레이저 빔이 광축방향을 따라 다른 위치에 집광점을 가지게 된다. 도 1에 도시한 바와 같이 흡수영역에 있는 제 1 파장의 빔을 반도체 웨이퍼의 표면부에 집광하면, 투과영역에 있는 제 2 파장의 레이저 빔은 반도체 웨이퍼의 내부에 집광된다. 제 1 파장의 레이저 빔이 집광되는 반도체 웨이퍼의 표면부에서는 주로 레이저 빔의 선형 흡수에 의해, 표면 근방 가공영역(9)이 형성된다. 흡수된 광 에너지가 열로 변화하기 전에 펄스 시간이 종료하고 있는 단 펄스 레이저라면 이 표면 근방 가공영역(9)에는 반도체 웨이퍼가 융해되지 않고 홈이 형성되거나 또는 재료조성의 변질에 의한 개질영역이 형성된다.

또한, 제 2 파장의 레이저 빔이 집광되는 반도체 웨이퍼의 내부에는 주로 레이저 빔의 다광자 흡수에 의해 재료 조성이 변질하여 개질 영역(10)이 형성된다. 레이저 빔이 집광된 부위에는 압축응력이 작용함과 동시에 그 주변영역에는 인장응력이 작용하기 때문에 표면 근방 가공영역(9) 및 그 주변영역 또는 개질영역(10) 및 그 주변영역에는 잔류응력이 발생한다. 반도체 웨이퍼에 조사하는 레이저 빔으로서 단 펄스 레이저를 사용하고 있기 때문에 다광자 흡수를 발생시키는 제 2 파장의 레이저 빔의 펄스 폭을 제어하여 보다 높은 파워 집광밀도로 설정할 수 있다. 또한, 집광 광학계(2)를 반도체 웨이퍼(1)의 표면에 대해 수직방향으로 이동시킴으로써 집광점(7) 및 집광점(8)을 하방으로 이동시켜, 표면 근방 가공 영역(9) 또는 개질영역(10)을 수직방향으로 연장하도록 가공할 수 있다. 더욱이 제 1 파장의 레이저 빔의 에너지와 제 2 파장의 레이저 빔의 에너지와의 비율을 임의로 변경할 수 있는 구성으로 해두는 것이 바람직하고, 이로써 가공대상의 판 형상체의 재질에 따른 최적의 가공조건을 설정할 수 있다.

상기와 같이, 반도체 웨이퍼의 표면부에 있어서 선형 흡수와 내부에 있어서의 다광자 흡수에 의해 천공부 또는 개질영역이 형성됨으로써 스트리트를 따라 반도체 웨이퍼의 표면에 대해 수직방향으로 연장되는 면 방향으로 잔류응력 발생영역이 형성된다. 스트리트를 따른 레이저 빔의 주사 완료 후에, 반도체 웨이퍼에 대해 구부림에 의한 기계적 충격력을 가하는 브레이킹 공정을 실시하면, 표면 근방 가공영역(9)을 기점으로 하여, 내부에 형성된 잔류응력 발생영역에 크랙이 전파되어 스트리트를 따라 반도체 웨이퍼를 용이하게 분할할 수 있다. 이 경우, 가공 홈만을 형성한 후에 분할하는 종래의 방법과 비교하면, 표면 근방 가공영역(9)에 조사하는 레이저 빔의 파워 집광밀도를 낮게 설정할 수 있기 때문에, 부스러기의 발생량을 큰 폭으로 낮출 수 있는 동시에, 표면 근방 가공영역(9)의 가공 폭을 좁게 할 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼가 얇은 경우에는 기계적 충격력을 가할 필요없이 레이저 빔을 주사하는 것만으로 반도체 웨이퍼를 분할하는 것도 가능하다.

또한, 판 형상체의 두께가 작은 경우, 제 2 파장의 레이저 빔의 집광점이 판 형상체의 이면 근방에 형성되고, 판 형상체의 이면 근방을 가공하는 것이 이 발명의 실시에 의해 가능하게 된다. 또한 사용하는 두 종류의 파장의 레이저 빔이 동일한 기본파의 레이저 빔으로부터 생성되어도 각각의 광로길이가 다른 경우가 있다. 이러한 경우에는, 반도체 웨이퍼에 대해 투과영역에 있는 제 2 파장의 레이저 빔의 광로길이를 흡수영역에 있는 제 1 파장의 레이저 빔의 광로길이보다 단축하여 제 2 파장의 레이저 빔이 시간적으로 먼저 도착하도록 하는 구성을 채용할 수 있다. 이 경우, 표면부의 가공에 방해되지 않기 때문에 내부에 제 2 파장의 레이저 빔을 입사시키는 것이 가능하게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 절단방법에 이용되는 레이저 빔 발생장치의 구성의 예를 도시하는 도면이다. 모드 동기 광파이버 레이저 발진기(21)는 초단 펄스 발진광(22)을 출력한다. 광파이버(23)는 입력한 초단 펄스 발진광(22)에 대해 파장 분산작용에 의한 펄스 폭의 스트레칭을 행함으로써 펄스 폭을 증대시키고, 피크 출력이 저하된 비교적 긴 펄스의 레이저 빔(24)을 출력한다.

다음으로, 광대역 이득을 가지는 이득매체인 예를 들어 첨가의 사파이어 결 정을 이용한 재생 증폭기(25)에 레이저 빔(24)을 입사시켜, 펄스 에너지를 광대역 증폭한 레이저 빔 출력(26)을 얻는다. 이 재생 증폭기(25)는 Nd:YAG 레이저의 제 2 고주파 파장변환의 레이저 출력을 얻도록 예를 들어 SHG-Nd:YAG 레이저장치(27)를 이용하여 광 여기된다.

회절격자쌍을 이용한 주지의 펄스 압축기(28)는 증폭된 레이저 빔(26)을 입력하여 펄스 압축을 실시한다. 이로써 스트레칭 전에 가까운 펄스 폭까지 펄스 폭이 압축되고, 재차 단 펄스로 돌아온다. 즉, 재생 증폭기(25)에 의해 펄스 스트레칭된 긴 펄스의 레이저 빔이 긴 펄스의 상태로 증폭된 펄스 에너지를 시간적으로 압축함으로써 고 피크출력 값을 가지는 단 펄스 빔(29)이 된다.

다음으로, 이 고 피크 출력 값을 가지는 단 펄스 빔(29)을 파라메트릭(parametric) 증폭용의 비선형 광학 결정을 가지는 광 파라메트릭 증폭기(30)에 입사시키고, 비선형 광학결정을 광여기한다. 이로써, 비선형 광학결정으로부터 광 파라메트릭 증폭파장인 신호 광주파수 성분(ωs)과 아이들러(idler)광의 주파수 성분(ωi)으로 이루어지는 적어도 두 종류의 주파수를 포함하는 레이저 빔을 파장변환하여 취출한다. 광 파라메트릭은 원리적으로는 주지의 기술이고, 여기광의 주파수를 ω로 하면, 광 파라메트릭 증폭에 의한 발진 출력으로서 얻어지는 신호 광 주파수(ωs) 및 아이들러 광의 주파수(ωi)와의 사이에는 ω = ωs + ωi 의 관계가 성립한다. ωs = ωi 일 때, 축퇴(縮退)한 두 배의 파장의 펄스 출력을 얻는다. 광 파라메트릭 증폭기(30)는 광 파라메트릭 증폭의 원리에 근거하여 제 1 파장을 가지는 레이저 빔(31)과 제 2 파장을 가지는 레이저 빔(32)을 출력한다. 이와 같이 생 성된 제 1 파장의 레이저 빔 및 제 2 파장의 레이저 빔은 도 1에 도시된 집광 광학계(2)를 통해 반도체 웨이퍼(1)에 조사되고, 각각 반도체 웨이퍼(1)의 표면부 및 내부에 집광점을 형성한다.

[실시 예 2]

도 3은 본 발명에 의한 절단방법에 이용되는 레이저 빔 발생장치의 다른 구성의 예를 도시하는 도면이다. 주지의 펨토초 레이저 발진기(41)로부터 출력되는 단 펄스의 레이저 발진기본파 빔(42)을 빔 분할기(43)에서 두 개의 빔(44, 45)으로 분할한다. 백색광 발생기(47)는 레이저 빔(44)을 입력하여 백색 스펙트럼을 가지는 가간섭성 광(48)을 출력한다. 이 가간섭성 광(48)은 미러(49) 및 색선별 미러(dichroic mirror)(50)에 의해 반사되고, 종광(種光)으로서 광 파라메트릭 발진기(51)에 입사된다. 또한 기본파 주파수를 가지는 레이저 빔(45)은 색선별 미러(50)를 통과하여, 광 파라메트릭 증폭기(51)에 입사한다. 광 파라메트릭 증폭기(51)는 기본파 주파수의 파워로 비선형 광학결정을 여기하고, 이 결정내에 동시에 유도된 종광 빔(48) 내에 포함되는 신호광 중에서 주파수(ωs)의 성분과 주파수(ωi)의 성분을 선택적으로 증폭한다. 이로써, 기본파 주파수(ω)를 가지는 레이저 광선을 주파수(ωs)를 가지는 레이저 광선(52)과 주파수(ωi)를 가지는 레이저 광선(53)으로 변환한다. 이와 같이 생성된 제 1 파장의 레이저 빔 및 제 2 파장의 레이저 빔은 도 1에 도시된 집광 광학계(2)를 통해 반도체 웨이퍼(1)에 조사되고, 각각 반도체 웨이퍼(1)의 표면부 및 내부에 집광점을 형성한다.

또한, 펄스 폭이 극도로 좁은 경우, 광로(44-48)와 광로(45)와의 광로 길이 가 다름으로써 광 파라메트릭 증폭기(51)에 동시에 펄스가 도달하지 않는 경우가 있다. 이 경우, 적절하게, 광로(45)를 연장하여 광로(44-48)의 광로길이와 일치시켜, 종광(48)과 여기광(45)을 시간적으로 동일 공간에 존재시키도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 적용 예로서 실리콘 웨이퍼의 절단에 한정하지 않고 반도체 기판의 레이저 정밀가공에 넓게 적용될 수 있다. 본 발명을 이용함으로써 전자부품 제조의 처리량이 향상되고 또 가공제거물을 낮출 수 있어 제품 수율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 판 형상체 표면에 대해 수직방향으로 표면 근방 가공영역과 개질영역이 동시에 형성되고, 레이저 빔의 집광에 의해 발생하는 잔류응력에 기인하여 표면 근방 가공영역을 기점으로 하여 개질영역을 향해 크랙이 용이하게 전달되기 때문에, 레이저 빔을 판 형상체 상에서 소정의 방향으로 주사하는 것만으로 또는 주사한 후 기계적 외력을 가함으로써 고속으로 판 형상체를 분할하는 것이 가능하게 된다. 반도체 웨이퍼를 분할하는 경우에는 반도체 웨이퍼를 고속으로 분할할 수 있기 때문에 반도체 칩 제조의 처리량이 향상된다.

본 발명에 의하면, 판 형상체의 표면부에서의 단 펄스 레이저의 파워 집광밀도를 비교적 낮은 레벨로 억누름으로써 판 형상체의 표면부에 있어서의 가공물 제거량을 줄일 수 있다. 반도체 웨이퍼에서는 레이저 빔을 조사함으로써 부스러기(증발물제거물)가 발생하지만, 본 발명에 의하면 부스러기의 발생량을 줄임으로써 반도체칩에 형성된 본딩 패드 등에 부스러기가 부착하는 것을 상당 정도 방지할 수 있다. 또한 표면부 근방에는 융해재응고가 거의 없는 분해작용에 의해 홈이 형성되고 부스러기의 발생량을 줄일 수 있기 때문에 반도체 소자의 신뢰성 저하를 초래하는 마이크로 크랙의 발생을 상당 정도 방지할 수 있다. 부스러기의 부착 방지, 마이크로 크랙의 발생 방지 등을 실현함으로써 반도체 칩의 수율을 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 판 형상체의 표면부에 있어 단 펄스 레이저의 파워 집광밀도를 비교적 낮은 레벨로 억누름으로써 스트리트를 따른 가공폭을 좁게 할 수 있고 반도체 웨이퍼 상에 점하는 반도체 칩의 면적을 넓게 할 수 있다. 또한 반도체 웨이퍼의 분할에 단 펄스 레이저를 이용함으로써 반도체 웨이퍼 표면 근방의 성막층의 열손상을 방지할 수 있다.

또한, 주로 선형 흡수되는 흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 에너지와 주로 다광자 흡수되는 투과영역에 속하는 파장을 가지는 하나 또는 복수의 레이저 빔의 각각의 에너지와의 비율을 임의로 변경할 수 있도록 구성하였기 때문에 가공대상의 판 형상체의 재질에 따른 최적의 가공조건을 설정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 판 형상체에 대해 주로 선형 흡수되는 흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 펄스를 판 형상체에 대해 주로 다광자 흡수되는 투과영역에 속하는 파장을 가지는 하나 또는 복수의 레이저 빔의 펄스보다도 소정의 시간만큼 지연시켜 판 형상체에 조사할 수 있도록 구성하였기 때문에 표면부의 가공상태에 영향을 받는 일 없이 투과영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔을 판 형상체 내부에 도달시킬 수 있어, 가공효율을 향상키는 것이 가능하다.

또한, 레이저 빔 발생장치의 집광 광학계를 레이저 빔의 광축 방향으로 이동가능하도록 함으로써 표면 근방 가공영역 및 개질 영역을, 판 형상체 표면에 대해 수직방향으로 연장할 수 있어, 다양한 두께를 가지는 판 형상체의 절단에 대응할 수 있다.

Claims

펄스 압축기에 의해 펄스 에너지가 시간적으로 압축되며, 400nm ~ 1.1㎛의 범위의 흡수영역에 속하는 하나의 파장을 가지는 레이저 빔과, 펄스 압축기에 의해 펄스 에너지가 시간적으로 압축되며, 1.3㎛ ~ 1.7㎛의 범위의 투과영역에 속하는 적어도 하나의 파장을 가지는 적어도 1종류의 레이저 빔을 동시에 집광하여 판 형상체에 조사하고,

상기 판 형상체의 표면부에 흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 집광점을 형성하는 동시에, 상기 판 형상체의 내부에 투과영역에 속하는 파장을 가지는 적어도 1종류의 레이저 빔 중 적어도 하나의 집광점을 형성하며,

절단방향을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 판 형상체를 절단하는 판 형상체의 절단방법.
펄스 압축기에 의해 펄스 에너지가 시간적으로 압축되며, 400nm ~ 1.1㎛의 범위의 흡수영역에 속하는 하나의 파장을 가지는 레이저 빔과, 펄스 압축기에 의해 펄스 에너지가 시간적으로 압축되며, 1.3㎛ ~ 1.7㎛의 범위의 투과영역에 속하는 적어도 하나의 파장을 가지는 적어도 1종류의 레이저 빔을 동시에 집광하여 판 형상체에 조사하고,

상기 판 형상체의 표면부에 흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 집광점을 형성하는 동시에, 상기 판 형상체의 내부에 투과영역에 속하는 파장을 가지는 적어도 1종류의 레이저 빔 중 적어도 하나의 집광점을 형성하며,

절단방향을 따라 레이저 빔을 주사한 후,

기계적 외력을 가해 레이저 빔에 의한 가공 궤적을 따라 판 형상체를 절단하는 판 형상체의 절단방법.
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 파장이 780nm인 것을 특징으로 하는 판 형상체의 절단방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 에너지와, 투과영역에 속하는 파장을 가지는 적어도 1종류의 레이저 빔의 각각의 에너지와의 비율을 임의로 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 판 형상체의 절단방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 펄스를, 투과영역에 속하는 파장을 가지는 적어도 1종류의 레이저 빔의 펄스보다도 소정의 시간만큼 지연시켜 판 형상체에 조사하는 것을 특징으로 하는 판 형상체의 절단방법.
펄스 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기와,

입력되는 펄스 레이저 빔의 펄스 에너지를 시간적으로 압축하여, 단펄스의 레이저 빔을 출력하는 펄스 압축기와,

단펄스의 레이저 빔이 입사되는 비선형 광학 결정을 가지며, 비선형 광학 결정을 광 여기하여 파장변환함으로써, 400nm ~ 1.1㎛의 범위의 흡수영역에 속하는 하나의 파장을 가지는 단펄스의 레이저 빔과, 1.3㎛ ~ 1.7㎛의 범위의 투과영역에 속하는 적어도 하나의 파장을 가지는 적어도 1종류의 단펄스의 레이저 빔을 동일의 광축을 가지도록 동시에 출력하는 광 파라메트릭 증폭기와,

광 파라메트릭 증폭기로부터 조사되어 흡수영역에 속하는 파장을 가지는 단펄스의 레이저 빔과, 광 파라메트릭 증폭기로부터 조사되어 투과영역에 속하는 파장을 가지는 적어도 1종류의 단펄스의 레이저 빔을 동시에 집광하는 집광 광학계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 발생장치.
제 7항에 있어서,

흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 파장이 780nm인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 발생장치.
제 7항에 있어서,

집광 광학계를 레이저 빔의 광축방향으로 이동가능하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 빔 발생장치.
제 7항에 있어서,

흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 에너지와, 투과영역에 속하는 파장을 가지는 적어도 1종류의 레이저 빔의 각각의 에너지와의 비율을 임의로 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 발생장치.
제 7항에 있어서,

흡수영역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔의 펄스를, 투과영역에 속하는 파장을 가지는 적어도 1종류의 레이저 빔의 펄스보다도 소정 시간만큼 지연시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 발생장치.
제 7항에 있어서,

흡수영역에 속하는 파장으로서 Ti(티타늄) 첨가의 사파이어 레이저의 기본파 발진파장을 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 발생장치.