KR101348496B1 - 레이저 가공방법 - Google Patents

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Abstract

레이저 가공시에 있어서의 가공대상물의 휨을 억제한다. 웨이퍼(11)의 내부에 개질영역(M2)을 형성하고, 웨이퍼(11)의 두께방향으로 평행함과 아울러 라인(5)을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 갈라짐(a2, b2)을 개질영역(M2)로부터 발생시킨다. 웨이퍼(11)의 내부에 개질영역(M3)을 형성하고, 갈라짐(b2)과 연결하도록 웨이퍼(11)의 두께방향으로 평행함과 아울러 라인(5)을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 갈라짐(a3)을 개질영역(M3)으로부터 발생시킨다. 즉, 갈라짐(a2, a3, b2)을 연결하도록 발생시킨다. 따라서, 레이저 가공시에 이러한 갈라짐에 의해, 웨이퍼(11)에 있어서의 절단예정라인(5)을 사이에 둔 양측의 부분이 각각 치합하고, 따라서, 개질영역이 형성되는 것으로 발생하는 웨이퍼(11)의 두께방향으로 평행함과 아울러 라인(5)을 포함하는 면에 대해서 수직인 방향으로 생기는 내부응력을 저감시킬 수 있다.

Description

레이저 가공방법{LASER WORKING METHOD}
본 발명은 판 모양의 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 절단하기 위한 레이저 가공방법에 관한 것이다.
종래의 레이저 가공방법으로서 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광점(集光点)을 맞추어 레이저광을 조사하는 것에 의해, 가공대상물의 절단예정라인에 따라서, 절단의 기점(起点)이 되는 개질영역을 가공대상물의 내부에 형성하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본국 특개2005-129851호 공보
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그렇지만, 상술한 바와 같은 레이저 가공방법에 있어서는 가공대상물의 내부에 개질영역이 형성되는 것에 의해, 이하의 문제가 레이저 가공시에 발생할 수 있다. 즉, 가공대상물의 내부에 개질영역이 형성되면, 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 수직인 방향으로 내부응력이 발생해 가공대상물에 휨이 생기는 일이 있다. 이 가공대상물의 휨의 정도는, 예를 들면 디스크리트 디바이스(discreet device) 등의 극소 칩을 제조하는 경우나, 1개의 절단예정라인에 대해서 복수열의 개질영역을 형성하는 경우에 특히 현저하게 된다. 그 결과, 가공대상물의 표면의 변위가 레이저 가공장치에 탑재되어 레이저광의 집광점 위치를 제어하는 오토 포커스 기능의 추종가능역(追從可能域)으로부터 빗나가 버리거나 가공대상물이 의도에 반하여 절단되어 버리거나 할 우려가 있다.
그래서, 본 발명은 레이저 가공시에 있어서의 가공대상물의 휨을 억제할 수 있는 레이저 가공방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 레이저 가공장치는 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하는 것에 의해, 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 절단의 기점이 되는 개질영역을 가공대상물의 내부에 형성하는 레이저 가공방법으로서, 제1 개질영역을 가공대상물의 내부에 형성하고, 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제1 갈라짐을 제1 개질영역으로부터 발생시키는 공정과, 제2 개질영역을 가공대상물의 내부에 형성하고, 제1 갈라짐과 연결하도록 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제2 갈라짐을 제2 개질영역으로부터 발생시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공방법에서는 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하고, 가공대상물의 절단예정라인에 따라서, 절단의 기점이 되는 제1 개질영역 및 제2 개질영역을 가공대상물의 내부에 형성한다. 이것에 의해, 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 제1 개질영역으로부터 연장하는 제1 갈라짐이 발생되게 함과 동시에, 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 제2 개질영역으로부터 연장하는 제2 갈라짐이 발생되게 하여 제1 갈라짐과 제2 갈라짐이 연결하게 된다. 즉, 레이저 가공시에 가공대상물에 있어서의 절단예정라인을 사이에 둔 양측의 부분이 각각 치합(齒合)하고, 따라서, 개질영역이 형성되는 것으로 발생하는 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 수직인 방향의 내부응력을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 레이저 가공시에 있어서의 가공대상물의 휨을 억제할 수 있다.
여기서, 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하는 것에 의해, 절단예정라인에 따라서, 절단의 기점이 되는 제3 개질영역을 가공대상물의 내부에 형성하고, 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제3 갈라짐을 제3 개질영역으로부터 발생시키는 공정을 포함하고, 제2 개질영역을 형성함과 동시에 제2 갈라짐을 발생시키는 공정에서는 제3 갈라짐과 연결하도록 제2 갈라짐을 제2 개질영역으로부터 발생시키는 것이 바람직하다.
이 경우, 레이저 가공시에 있어서, 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제3 갈라짐이 제3 개질영역으로부터 발생되게 하여 제2 갈라짐과 제3 갈라짐이 연결하게 된다. 즉, 레이저 가공시에 있어서, 제 제1 갈라짐 , 제2 갈라짐 및 제3 갈라짐에 의해, 가공대상물의 절단예정라인을 사이에 둔 양측의 부분이 각각 치합하고, 따라서, 개질영역이 형성되는 것으로 발생하는 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 수직인 방향의 내부응력을 보다 한층 저감시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 레이저 가공시에 있어서의 가공대상물의 휨을 보다 한층 억제할 수 있다. 또한, 제1 개질영역을 형성함과 동시에 제1 갈라짐을 발생시키는 공정과 제3 개질영역을 형성함과 동시에 제3 갈라짐을 발생시키는 공정은 순서가 꼭 정해진 것은 아니다.
또, 가공대상물은 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따른 벽개면을 가지는 결정(結晶)구조체인 것이 바람직하다. 이 가공대상물은 그 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따라서 갈라지기 쉽기 때문에, 개질영역을 형성하여 해당 방향으로 갈라짐을 확실히 발생시킬 수 있다.
또, 가공대상물이 반도체 기판을 구비하고, 개질영역이 용융처리영역을 포함한 경우가 있다.
또, 개질영역을 절단의 기점으로 하여 절단예정라인에 따라서 가공대상물을 절단하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 레이저 가공시에 있어서의 가공대상물의 휨을 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치에 의한 레이저 가공 중의 가공대상물의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 가공대상물의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치에 의한 레이저 가공 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 실시형태에 관한 레이저 가공장치에 의해 절단된 가공대상물의 평면도이다.
도 7은 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치에 있어서의 전계강도와 크랙 스폿(crack spot)의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치의 제1 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 9는 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치의 제2 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 10은 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치의 제3 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 11은 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치의 제4 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 12는 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타내는 도이다.
도 13은 본 실시형태에 관한 레이저 가공장치에 있어서의 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 레이저 가공방법의 대상이 되는 가공대상물을 나타내는 정면도이다.
도 15는 도 14중의 XV-XV선에 따른 부분 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도이다.
도 17은 도 16에 나타내는 레이저 가공방법의 작용을 설명하기 위한 도이다.
도 18은 도 16에 나타내는 레이저 가공방법에 의해 절단한 가공대상물의 절단면 상태를 나타내는 단면도이다.
도 19은 도 16에 나타내는 레이저 가공방법의 다른 예를 설명하기 위한 도이다.
도 20은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도이다.
도 22는 도 21에 나타내는 레이저 가공방법의 계속을 설명하기 위한 도이다.
<부호의 설명>
1, 5O, 60 … 가공대상물, 5 … 절단예정라인, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a8, a9, a1O, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b8, b9, b1O … 갈라짐, M1, M2, M3, M5, M6, M8, M9, M1O … 개질영역, P … 집광점.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태의 레이저 가공방법에서는 가공대상물의 내부에 개질영역을 형성하기 위해서 다광자 흡수라고 하는 현상을 이용한다. 그래서, 최초로 다광자 흡수에 의해 개질영역을 형성하기 위한 레이저 가공방법에 대해 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭(EG)보다 광자의 에너지(hν)가 작으면 광학적으로 투명하게 된다. 따라서, 재료에 흡수가 생기는 조건은 hν > EG이다. 그러나, 광학적으로 투명하여도 레이저광의 강도를 매우 크게 하면 nhν > EG의 조건(n = 2, 3, 4, …)으로 재료에 흡수가 생긴다. 이 현상을 다광자 흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 피크파워밀도(W/㎠)로 정해지며, 예를 들면 피크파워밀도가 1 × 108(W/㎠) 이상의 조건에서 다광자 흡수가 생긴다. 피크파워밀도는 (집광점에 있어서의 레이저광의 1펄스당의 에너지) ÷ (레이저광의 빔 스폿 단면적 × 펄스 폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 전계강도(W/㎠)로 정해진다.
이와 같은 다광자 흡수를 이용하는 본 실시형태에 관한 레이저 가공방법의 원리에 대해서, 도 1 ~ 도 6을 참조해 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 모양(판상)의 가공대상물(1)의 표면(3)에는 가공대상물(1)을 절단하기 위한 절단예정라인(5)이 있다. 절단예정라인(5)은 직선 모양으로 연장한 가상선이다. 본 실시형태에 관한 레이저 가공방법에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건에서 가공대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞추어 레이저광(L)을 조사하여 개질영역(7)을 형성한다. 또한, 집광점(P)은 레이저광(L)이 집광하는 개소이다. 또, 절단예정라인(5)은 직선 모양으로 한정하지 않고 곡선 모양으로 하여도 좋고, 가상선으로 한정하지 않고 가공대상물(1)에 실제로 그은 선으로 하여도 좋다.
그리고, 레이저광(L)을 절단예정라인(5)에 따라서(즉, 도 1의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 집광점(P)을 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(갈라짐)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 실시형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서는 가공대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광(L)이 거의 흡수되지 않기 때문에 가공대상물(1)의 표면(3)이 용융되지 않는다.
가공대상물(1)의 내부에 절단기점영역(8)을 형성하면, 이 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 갈라짐이 발생하기 쉬워지기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교적 작은 힘으로 가공대상물(1)을 절단할 수 있다. 따라서, 가공대상물(1)의 표면(3)에 불필요한 갈라짐을 발생시키지 않고, 가공대상물(1)을 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다.
이 절단기점영역(8)을 기점으로 한 가공대상물(1)의 절단에는 다음의 2가지 방법을 생각할 수 있다. 하나는 절단기점영역(8) 형성 후, 가공대상물(1)에 인위적인 힘이 인가되는 것에 의해, 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 가공대상물(1)이 갈라져 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 단면방향(두께방향)을 향하여 자연히 갈라져, 결과적으로 가공대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공대상물(1)의 두께가 작은 경우에는 1열의 개질영역(7)에 의해 절단기점영역(8)이 형성되는 것으로 가능하게 되고, 가공대상물(1)의 두께가 큰 경우에는 두께방향으로 복수열 형성된 개질영역(7)에 의해 절단기점영역(8)이 형성되는 것으로 가능하게 된다. 또한, 이 자연히 갈라지는 경우도 절단하는 개소에 있어서, 절단기점영역(8)이 형성되어 있지 않은 부위에 대응하는 부분의 표면(3) 위까지 갈라짐이 앞지르지 않고, 절단기 점영역(8)을 형성한 부위에 대응하는 부분만을 할단(割斷)할 수 있으므로, 할단제어를 잘 할 수 있다. 최근, 실리콘 웨이퍼 등의 가공대상물(1)의 두께는 얇아지는 경향이 있으므로, 이와 같은 제어성이 좋은 할단방법은 대단히 유효하다.
그런데, 본 실시형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서, 개질영역으로서는 다음의 (1) ~ (3)의 경우가 있다.
(1) 개질영역이 1개 또는 복수의 크랙을 포함한 크랙영역인 경우
가공대상물(예를 들면 유리나 LiTaO3으로 이루어진 압전(壓電)재료)의 내부에 집광점을 맞추어, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎲ 이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 이 펄스폭의 크기는 다광자 흡수를 일으키게 하면서 가공대상물의 표면에 불필요한 데미지를 주지 않고, 가공대상물의 내부에만 크랙영역을 형성할 수 있는 조건이다. 이것에 의해, 가공대상물의 내부에는 다광자 흡수에 의한 광학적 손상이라고 하는 현상이 발생한다. 이 광학적 손상에 의해 가공대상물의 내부에 열변형이 야기되고, 이것에 의해 가공대상물의 내부에 크랙영역이 형성된다. 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다. 또한, 다광자 흡수를 기인으로 한 크랙영역의 형성은, 예를 들면, 제45회 레이저열가공 연구회 논문집(1998년.12월)의 제23페이지 ~ 제28페이지의 「고체 레이저 고주파에 의한 유리기판의 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 : 1064㎚
　　　　　레이저광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8㎠
　　　　　발진 형태 : Q스위치 펄스
　　　　　반복 주파수 : 100㎑
　　　　　펄스폭 : 30㎱
　　　　　출력 : 출력 < 1mJ/펄스
　　　　　레이저광 품질 : TEM00
　　　　　편광특성 : 직선편광
　　(C) 집광용 렌즈
　　　　　레이저광 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
　　(D) 가공대상물이 실어 놓이는 재치대의 이동 속도 : 100㎜/초
또한, 레이저광 품질이 TEM00은 집광성이 높고 레이저광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 피크파워밀도이고, 레이저광이 펄스 레이저광이므로 전계강도는 피크파워밀도로 나타낸다. 세로축 은 1펄스의 레이저광에 의해 가공대상물의 내부에 형성된 크랙 부분(크랙 스폿)의 크기를 나타내고 있다. 크랙 스폿이 모여 크랙영역이 된다. 크랙 스폿의 크기는 크랙 스폿의 형상 중 최대의 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프중의 검은 점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 100배, 개구수(NA)가 0.80의 경우이다. 한편, 그래프중의 흰 점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 50배, 개구수(NA)가 0.55의 경우이다. 피크파워밀도가 1011(W/㎠) 정도로부터 가공대상물의 내부에 크랙 스폿이 발생하고, 피크파워밀도가 커짐에 따라 크랙 스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
다음에, 크랙영역 형성에 의한 가공대상물의 절단의 메카니즘에 대해서, 도 8 ~ 도 11을 참조하여 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건에서 가공대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞추어 레이저광(L)을 조사하여 절단예정라인에 따라서 내부에 크랙영역(9)을 형성한다. 크랙영역(9)은 1개 또는 복수의 크랙을 포함한 영역이다. 이와 같이 형성된 크랙영역(9)이 절단기점영역이 된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 크랙영역(9)을 기점으로 하여(즉, 절단기점영역을 기점으로 하여) 크랙이 더욱 성장하고, 도 10에 나타내는 바와 같이, 크랙이 가공대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하며, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)이 갈라지는 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/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎲이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 이것에 의해 가공대상물의 내부는 다광자 흡수를 기인으로 하여 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공대상물의 내부에 용융처리영역이 형성된다. 용융처리영역은 일단 용융후 재고화한 영역이나, 확실히 용융상태인 영역이나, 용융상태로부터 재고화하는 상태의 영역이고, 상변화한 영역이나 결정구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융처리영역은 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 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다.
본 발명자는 실리콘 웨이퍼(반도체기판)의 내부에서 용융처리영역이 형성되는 것을 실험에 의해 확인했다. 실험조건은 다음과 같다.
　　(A) 가공대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 350㎛, 외경 4인치)
　　(B) 레이저
　　　　　광원 : 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
　　　　　파장 : 1064㎚
　　　　　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 레이저 가공에 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 두께방향의 크기는 100㎛정도이다.
용융처리영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 설명한다. 도 13은 레 이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 다만, 실리콘 기판의 표면 측과 이면 측 각각의 반사(反射)성분을 제거하고, 내부의 투과율만을 나타내고 있다. 실리콘 기판의 두께 t가 50㎛, 100㎛, 200㎛, 500㎛, 1000㎛의 각각에 대해 상기 관계를 나타냈다.
예를 들면, Nd : YAG 레이저의 파장인 1064㎚에 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, 다광자 흡수에 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 약간에 불과하고, 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 것이지 않고, 용융처리영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 의미한다. 다광자 흡수에 의한 용융처리영역의 형성은, 예를 들면, 용접학회 전국대회강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제72페이지 ~ 제73페이지의 「피코(pico)초 펄스 레이저에 의한 실리콘의 가공특성평가」에 기재되어 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼는 용융처리영역에 의해서 형성되는 절단기점영역을 기점으로 하여 단면방향을 향하여 갈라짐을 발생시키고, 그 갈라짐이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 것에 의해, 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표 면과 이면에 도달하는 이 갈라짐은 자연히 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다. 그리고, 절단기점영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 갈라짐이 자연히 성장하는 경우에는 절단기점영역을 형성하는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 갈라짐이 성장하는 경우와, 절단기점영역을 형성하는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 재고화할 때에 갈라짐이 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 라인으로부터 어긋난 불필요한 갈라짐이 생기기 어렵기 때문에, 할단제어가 용이하게 된다. 덧붙여서, 용융처리영역의 형성은 다광자 흡수가 원인의 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/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎱이하인 조건에서 레이저광을 조사한다. 펄스폭을 아주 짧게 하여, 다광자 흡수를 가공대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수에 의한 에너지가 열에너지로 전화(轉化)하지 않고 , 가공대상물의 내부에는 이온가수변화, 결정화 또는 분극배향 등의 영속적인 구조변화가 야기 되어 굴절률 변화영역이 형성된다. 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱이하가 바람직하고, 1ps이하가 더욱 바람직하다. 다광자 흡수를 기인으로 한 굴절률 변화영역의 형성은, 예를 들면, 제42회 레이저열가공 연구회 논문집(1997년.11월)의 제105페이지 ~ 제111페이지의 「펨토(femto)초 초레이저 조사에 의한 유리 내부로의 광야기구조형성」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 보다 한층 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 섬(閃)아연광형 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 방향에 직교하는 방향을 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 실시형태에 대해 설명한다.
[제1 실시형태]
도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)은 직경 6인치, 두께 132㎛의 실리콘 웨이퍼(11)와, 복수의 기능소자(15)를 포함하고, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(11a)에 형성된 기능소자층(16)을 구비하고 있다. 실리콘 웨이퍼(11)는 그 두께방향 t(이하, 간단히 「두께방향」이라고 한다.)와 다른 방향으로 갈라짐이 연장하기 쉬운 결정방위를 가지는 것이다. 구체적으로는, 실리콘 웨이퍼(11)는 그 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인(5)을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따른 벽개면을 가지는 결정구조체이고, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(11a)이 (111)면으로 되어 있다.
기능소자(15)는, 예를 들면, 결정성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 포토 다이오드 등의 수광소자, 레이저 다이오드 등의 발광소자 혹은 회로로서 형성된 회로 소자 등이며, 실리콘 웨이퍼(11)의 오리엔테이션 플랫(6)에 평행한 방향 및 수직인 방향으로 매트릭스 모양으로 다수 형성되어 있다. 이와 같은 가공대상물(1)은 인접하는 기능소자 사이를 통과하도록 격자모양으로 설정된 절단예정라인(5)(도 14의 파선 참조)에 따라서, 레이저 가공에 의해 절단되어, 미소 칩인 디스크리트 디바이스 등이 되는 것이다.
이 가공대상물(1)을 절단하는 경우의 일례에 대해 설명한다. 우선, 가공대상 물(1)의 이면(21)에, 예를 들면 확장 테이프를 부착한다. 이어서, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3)을 레이저광 조사면으로서 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하고, 각 절단예정라인(5)에 따라서 개질영역을 형성한다(레이저 가공). 그리고, 확장 테이프를 확장시킨다. 이것에 의해, 개질영역을 절단의 기점으로 하여 가공대상물(1)이 절단예정라인(5)에 따라서 절단되고, 복수의 반도체 칩이 서로 이간하게 된다. 또한, 개질영역은 용융처리영역 외에 크랙 영역 등을 포함한 경우가 있다.
여기서, 상술한 레이저 가공방법에 있어서, 절단예정라인(5)에 따른 스캔을 예로 하여 보다 상세하게 설명한다.
우선, 도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 있어서의 이면(21) 근방에 집광점을 맞추어 레이저광 출력 0.92W로 레이저광을 가공대상물(1)에 조사하고, 이면(21)으로부터 두께방향으로 4㎛ ~ 32㎛의 위치에 개질영역(M1)을 형성한다. 그리고, 예를 들면 가공속도 300㎜/sec로 집광점을 절단예정라인(5)에 따라서 스캔하여, 개질영역(M1)을 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 일렬 형성한다. 이것에 의해, 실리콘 웨이퍼(11)의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인(5)을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따라 연장하는 갈라짐(a1, b1)을 개질영역(M1)의 상단 및 하단으로부터 각각 발생시킨다.
이 때, 실리콘 웨이퍼(11)는 상술과 같은 벽개면을 가지는 결정구조체이기 때문에, 그 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인(5)을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따라서 갈라지기 쉽다. 따라서, 개질영역(M1)을 형성할 때에 해당 방향으로 갈라짐(a1, b1)이 바람직하게 발생된다. 여기서는, 갈라짐(a1)은 실리콘 웨이퍼(11)의 제1 벽개방향으로 연장하는 것이며, 구체적으로는 54.7°의 각도를 가지는 방향으로 연장하고 있다. 또, 갈라짐(b1)은 실리콘 웨이퍼(11)의 제2 벽개방향으로 연장하는 것이며, 구체적으로는 19.5°의 각도를 가지는 방향으로 연장하고 있다.
다음에, 도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 있어서의 표면(11a) 근방에 집광점을 맞추어 레이저광 출력 0.40W로 레이저광을 가공대상물(1)에 조사하고, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(11a)으로부터 두께방향으로 16㎛ ~ 34㎛의 위치에 개질영역(M2)을 형성한다. 그리고, 예를 들면 가공속도 300㎜/sec로 집광점을 절단예정라인(5)에 따라서 스캔하여, 개질영역(M2)을 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 일렬 형성한다. 이것에 의해, 실리콘 웨이퍼(11)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a2) 및 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b2)을 개질영역(M2)의 상단 및 하단으로부터 각각 발생시킨다. 또한, 여기서는 개질영역(M2)의 상단으로부터 연장하는 갈라짐(a2)이 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3)까지 이르도록, 환언하면 갈라짐(a2)이 표면(3)의 절단예정라인(5)에 따라서 노출(이른바, 하프 컷)하도록 개질영역(M2)을 형성하고 있다. 이것에 의해, 예를 들면 확장 테이프를 확장시켜 가공대상물(1)을 복수의 반도체 칩으로 절단할 때에 절단예정라인(5)에 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
다음에, 도 16(c)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 있어서의 개질영역(M1)과 개질영역(M2)과의 사이에 집광점을 맞추어 레이저광 출력 0.80W로 레이저광을 가공대상물(1)에 조사하고, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(11a)으로부터 두께방향으로 59㎛ ~ 69㎛의 위치에 개질영역(M3)을 형성한다. 그리고, 예를 들면 가공속도 300㎜/sec로 집광점을 절단예정라인(5)에 따라서 스캔하여, 개질영역(M2)을 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 일렬 형성한다. 이것에 의해, 개질영역(M2)의 하단으로부터 연장하는 갈라짐(b2)과 연결하도록 실리콘 웨이퍼(11)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a3)을 개질영역(M3)의 상단으로부터 발생시키고, 또한, 개질영역(M1)의 상단으로부터 연장하는 갈라짐(a1)과 연결하도록 실리콘 웨이퍼(11)의 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b3)을 개질영역(M3)의 하단으로부터 발생시킨다. 또한, 개질영역(M3)을 형성할 때에 레이저광이 입사하는 표면(3)과 레이저광의 집광점과의 사이에 개질영역(M2)이 존재하기 때문에, 이미 형성된 개질영역(M2)에 의한 레이저광의 산란이나 흡수 등의 우려가 있지만, 본 실시형태에서는 상술한 바와 같이 하여, 절단예정라인(5)에 따라서 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 확실히 개질영역(M3)을 형성하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 개질영역(M1, M2, M3)을 형성하는 것에 의해, 실리콘 웨이퍼(11)가 가지는 적어도 2방향의 벽개방향을 이용하면서, 갈라짐이 이미 발생한 갈라짐의 방향으로 연장하기 쉬운 것을 이용하여, 갈라짐(a3, b3)을 갈라짐(a1, a2, b1, b2)과 연결하도록 개질영역(M3)으로부터 발생시키고 있다. 즉 실리콘 웨이퍼(11)가 가지는 벽개방향으로 갈라짐을 유도시키고, 이러한 갈라짐에 의해, 해당 갈라짐에 따른 요철 모양의 면을 형성시키고 있다.
또한, 개질영역(M1)을 제1 개질영역이라고 파악하면, 개질영역(M3)이 제2 개 질영역에 상당하고, 개질영역(M2)이 제3 개질영역에 상당한다. 이 경우에는 갈라짐(a1, b1)이 제1 갈라짐에 상당하고, 갈라짐(a3, b3)이 제2 갈라짐에 상당하며, 갈라짐(a2, b2)이 제3 갈라짐에 상당한다. 한편, 개질영역(M2)을 제1 개질영역이라고 파악하면, 개질영역(M3)이 제2 개질영역에 상당하고, 개질영역(M1)이 제3 개질영역에 상당한다. 이 경우에는, 갈라짐(a2, b2)이 제1 갈라짐에 상당하고, 갈라짐(a3, b3)이 제2 갈라짐에 상당하며, 갈라짐(a1, b1)이 제3 갈라짐에 상당한다.
여기서, 레이저 가공시에 있어서는, 도 17(a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 가공대상물(1)에 조사하고, 그 내부에 개질영역을 형성하는 것에 의해, 실리콘 웨이퍼(11)의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 수직인 방향 H에 내부응력이 발생하고, 가공대상물(1)에 휨이 생기는 일이 있다. 그 때문에, 종래의 레이저 가공방법에서는, 도 17(b)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 레이저광의 집광점을 절단예정라인(5)에 따라서 스캔하고 있을 때, 가공대상물(1)이 의도에 반하여 절단되어 버리는 경우가 있다.
그래서, 본 실시형태의 레이저 가공방법에서는 상술한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 집광점을 맞추어 가공대상물(1)에 레이저광을 조사하고, 절단예정라인(5)에 따라서, 절단의 기점이 되는 개질영역(M1, M2, M3)을 가공대상물의 내부에 형성하며, 실리콘 웨이퍼(11)의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인(5)을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 갈라짐(a1, a2, a3, b1, b2, b3)이 연결하도록 발생시키게 된다. 따라서, 도 17(c)에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공시에, 이러한 갈라짐에 의해, 실리콘 웨이퍼(11)에 있어서의 절단예정라인(5)을 사이에 둔 양측의 부분이 각각 치합해 개질영역(M1, M2, M3)이 형성되는 것으로 생기는 내부응력을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 환언하면, 갈라짐(a1, a2, a3, b1, b2, b3)에 의해 갈라짐에 따른 요철 모양의 면을 실리콘 웨이퍼(11)에 형성시키고 있어 해당 면에 작용하는 전단력을 가지고 내부응력을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 레이저 가공시에 있어서, 가공대상물(1)의 휨을 억제함과 동시에 가공대상물(1)이 의도에 반하여 절단해 버리는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 레이저 가공장치에 탑재되어 있는 레이저광의 집광점 위치를 제어하는 오토 포커스 기능도 가공대상물(1)의 표면을 확실히 추종할 수 있고, 따라서, 정밀도 좋게 가공대상물(1)을 레이저 가공하는 것이 가능하게 된다.
그런데, 실리콘 웨이퍼(11)는, 상술한 바와 같이, 그 표면(3)의 결정방위가 (111)면이고, 그 두께방향과 다른 방향으로 갈라짐이 연장하기 쉬운, 즉 두께방향과 다른 방향으로 벽개방향을 가지는 결정구조체이다. 따라서, 이와 같은 결정구조체에 레이저 가공을 할 때, 종래의 레이저 가공방법에서는 가공대상물(1)을 그 벽개방향에 의하지 않고 정밀도 좋게 절단하기 위해서, 하나의 절단예정라인에 따라서 개질영역이 두께방향으로 서로 겹치도록 스캔하는 경우가 있다. 그러나, 이 경우, 스캔 갯수가 증가해 버리고, 또, 벽개방향과 절단면이 다르기 때문에, 가공대상물(1)을 복수의 반도체 칩으로 절단하기 위한 절단력이 커져 버려 제조할 수 있는 칩 사이즈가 한정되어 버린다.
또한, 이와 같은 결정구조체에 레이저 가공을 할 때, 종래의 레이저 가공방 법에서는 개질영역을 실리콘 웨이퍼의 표면 근방 또는 이면 근방에 형성하고 외력을 더해 절단하는 경우가 있다. 이 경우, 스캔 회수를 저감시킬 수 있지만, 적어도 2방향의 벽개방향을 이용하고 있지 않기 때문에, 환언하면 두께방향과 다른 1개의 벽개방향에 따라서만 절단되어 버리기 때문에, 절단했을 때에 갈라짐이 이 1개의 벽개방향으로 크게 성장해 절단면이 두께방향에 대해 크게 경사진 것이 되어 버린다.
이것에 관하여, 본 실시형태의 레이저 가공방법에서는 실리콘 웨이퍼(11)가 가지는 적어도 2방향의 벽개방향을 이용하여, 절단의 기점이 되는 개질영역(M1, M2, M3)을 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 형성할 때에 그 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인(5)을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 갈라짐(a1, a2, a3, b1, b2, b3)이 연결하도록 발생시키고 있다. 따라서, 절단면을 벽개방향과 일치시켜 비교적 작은 외력에 의해 가공대상물(1)을 절단할 수 있어 그 절단면의 품질도 양호한 것으로 하는 것이 가능하다.
도 18은 본 실시형태의 레이저 가공방법에 의해 절단한 가공대상물(1)의 절단면 상태를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태에 의하면, 가공대상물(1)을 절단 했을 때, 그 절단면을 요철 모양으로 할 수 있고, 또한, 이 절단면에 있어서의 최대 오목부 깊이로부터 최대 볼록부 높이까지는 12 ~ 13㎛가 되며, 예를 들면 일반적인 디스크리트 디바이스의 규격치인 20㎛이하를 충분히 만족하는 것이 가능하게 된다.
도 19는 본 실시형태의 레이저 가공방법에 따르는 임의의 하나의 절단예정라 인(5)에 따른 스캔의 다른 예이다. 이 외의 예가, 도 16에 나타낸 상기의 예와 다른 점은 개질영역(M2)을 형성했을 때에 그 하단으로부터 실리콘 웨이퍼(11)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a4)을 발생시키고, 개질영역(M3)을 형성했을 때에 그 상단으로부터 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b4)을 발생시켜 갈라짐(a1, a2, a4, b1, b2, b4)이 연결하고 있는 점이다.
이 외의 예에 있어서도 실리콘 웨이퍼(11)의 벽개방향으로 갈라짐을 유도시키고, 이러한 갈라짐에 의해 갈라짐에 따른 요철 모양의 면을 형성하고 있어 레이저 가공시에, 실리콘 웨이퍼(11)에 있어서의 절단예정라인(5)을 사이에 둔 양측의 부분을 각각 치합시켜, 가공대상물(1)의 휨을 억제함과 동시에 가공대상물(1)이 의도에 반하여 절단해 버리는 것을 방지한다고 하는 상기와 같은 효과를 나타낸다. 이와 같이, 갈라짐의 방향은, 도 16에 나타낸 예로 한정되는 것이 아니고, 실리콘 웨이퍼(11)의 제1 벽개방향 및 제2 벽개방향 중 어느 한 방향으로 연장하여도 좋다. 또한, 갈라짐의 방향은 실리콘 웨이퍼(11)가 가지는 그 외의 벽개방향(즉, 제1 벽개방향 및 제2 벽개방향과 다른 방향으로서, 실리콘 웨이퍼(11)의 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인(5)을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따른 방향)으로 연장하는 것이라도 물론 좋다. 덧붙여서, 이 갈라짐의 방향에 대해서는, 후술의 갈라짐에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 개질영역(M1)을 제1 개질영역이라고 파악하면, 개질영역(M3)이 제2 개질영역에 상당하고, 개질영역(M2)이 제3 개질영역에 상당한다. 이 경우에는, 갈라짐(a1, b1)이 제1 갈라짐에 상당하고, 갈라짐(b3, b4)이 제2 갈라짐에 상당하고, 갈라짐(a2, a4)이 제3 갈라짐에 상당한다. 한편, 개질영역(M2)을 제1 개질영역이라고 파악하면, 개질영역(M3)이 제2 개질영역에 상당하고, 개질영역(M1)이 제3 개질영역에 상당한다. 이 경우에는, 갈라짐(a2, a4)이 제1 갈라짐에 상당하고, 갈라짐(b3, b4)이 제2 갈라짐에 상당하며, 갈라짐(a1, b1)이 제3 갈라짐에 상당한다.
[제2 실시형태]
제2 실시형태의 레이저 가공방법은 가공대상물로서 도 14 및 도 15에 나타낸 실리콘 웨이퍼(11)의 두께를 96㎛로 한 실리콘 웨이퍼(51)를 구비한 가공대상물(50)로 하고 있다. 그리고, 실리콘 웨이퍼의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하고, 절단예정라인에 따라서 개질영역을 형성할 때에, 도 16(c)에 나타낸 개질영역(M3)을 실리콘 웨이퍼의 내부에 있어서의 개질영역(M1)과 개질영역(M2)과의 사이에 형성하지 않는 점에서 제1 실시형태의 레이저 가공방법과 차이가 있다.
즉, 도 20(a)에 나타내는 바와 같이, 개질영역(M5)을 실리콘 웨이퍼(51)의 내부에 있어서의 이면(51b) 근방에 형성하고, 실리콘 웨이퍼(51)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a5) 및 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b5)을 개질영역(M5)의 상단 및 하단으로부터 각각 발생시킨다. 그리고, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 개질영역(M6)을 실리콘 웨이퍼(51)의 내부에 있어서의 표면(51a) 근방에 형성하고, 실리콘 웨이퍼(51)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a6)을 개질영역(M6)의 상단으로부터 발생시킴과 동시에, 갈라짐(a5)와 연결하도록 실리콘 웨이퍼(51)의 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b6)을 개질영역(M6)의 하단으로부터 발생시킨다. 이것에 의해, 갈라짐(a5, a6, b5, b6)이 연결되게 되고, 이러한 갈라짐에 따 른 요철 모양의 면이 형성된다.
이 제2 실시형태의 레이저 가공방법에 의해서도, 레이저 가공시에 실리콘 웨이퍼(51)에 있어서의 절단예정라인(5)을 사이에 둔 양측의 부분을 각각 치합시켜, 가공대상물(1)의 휨을 억제함과 동시에 가공대상물(50)이 의도에 반하여 절단해 버리는 것을 방지한다고 하는 상기와 같은 효과를 나타낸다.
또한, 개질영역(M5)이 제1 개질영역에 상당하고, 개질영역(M6)이 제2 개질영역에 상당한다. 갈라짐(a5, b5)이 제1 갈라짐에 상당하고, 갈라짐(a6, b6)이 제2 갈라짐에 상당한다.
[제3 실시형태]
제3 실시형태의 레이저 가공방법은 가공대상물로서 도 14 및 도 15에 나타낸 실리콘 웨이퍼(11)의 두께를 169㎛로 한 실리콘 웨이퍼(61)를 구비한 가공대상물(60)로 하고 있다. 그리고, 실리콘 웨이퍼의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하고, 절단예정라인에 따라서 개질영역을 형성할 때, 도 16(c)에 나타낸 개질영역(M3)을 실리콘 웨이퍼의 내부에 있어서의 개질영역(M1)과 개질영역(M2)과의 사이에 형성한 후, 실리콘 웨이퍼의 내부에 있어서의 개질영역(M2)과 개질영역(M3)과의 사이에 개질영역을 더 형성한 점에서 제1 실시형태의 레이저 가공방법과 차이가 있다.
즉, 도 21(a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(61)의 내부에 있어서의 이면(61b) 근방에 개질영역(M7)을 형성하고, 실리콘 웨이퍼(61)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a7) 및 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b7)을 개질영역(M7) 의 상단 및 하단으로부터 각각 발생시킨다. 이어서, 도 21(b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(61)의 내부에 있어서의 전면(前面)(61a) 근방에 개질영역(M8)을 형성하고, 실리콘 웨이퍼(61)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a8) 및 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b8)을 개질영역(M8)의 상단 및 하단으로부터 각각 발생시킨다.
다음에, 도 21(c)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(61)의 내부에 있어서의 개질영역(M7)과 개질영역(M8)과의 사이의 개질영역(M7) 측에 개질영역(M9)을 형성하고, 실리콘 웨이퍼(61)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a9)을 개질영역(M9)의 상단으로부터 발생시키며, 또한, 개질영역(M7)의 상단으로부터 연장하는 갈라짐(a7)과 연결하도록 실리콘 웨이퍼(61)의 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b9)을 개질영역(M9)의 하단으로부터 발생시킨다.
이어서, 도 21(d)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(61)의 내부에 있어서의 개질영역(M7)과 개질영역(M8)과의 사이의 개질영역(M8) 측에, 환언하면, 개질영역(M8)과 개질영역(M9)과의 사이에 개질영역(M10)을 형성하고, 개질영역(M8)의 하단으로부터 연장하는 갈라짐(b8)과 연결하도록 실리콘 웨이퍼(61)의 제1 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(a10)을 개질영역(M10)의 상단으로부터 발생시키며, 또한, 개질영역(M9)의 상단으로부터 연장하는 갈라짐(a9)과 연결하도록 실리콘 웨이퍼(61)의 제2 벽개방향으로 연장하는 갈라짐(b10)을 개질영역(M10)의 하단으로부터 발생시킨다. 이상에 의해, 갈라짐(a7, a8, a9, a10, b7, b8, b9, b10)이 연결되게 되고, 이러한 갈라짐에 따른 요철 모양의 면이 형성된다.
따라서, 이 제3 실시형태의 레이저 가공방법에 의하면, 레이저 가공시에 실리콘 웨이퍼(61)에 있어서의 절단예정라인(5)을 사이에 둔 양측의 부분을 치합시켜, 개질영역(M7, M8, M9, M10)이 형성되는 것으로 생기는 내부응력을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시형태에서는 실리콘 웨이퍼에 있어서의 절단예정라인을 사이에 둔 양측의 부분이 치합하는 영역이 상기 실시형태보다 넓은 것으로 되어 내부응력을 보다 한층 저감시키고 있다. 그 결과, 레이저 가공시에 있어서, 가공대상물(60)의 휨을 보다 한층 억제함과 동시에 가공대상물(60)이 의도에 반하여 절단해 버리는 것을 보다 한층 방지한다.
또한, 개질영역(M8)을 제1 개질영역이라고 파악하면, 개질영역(M10)이 제2 개질영역에 상당하고, 개질영역(M9)이 제3 개질영역에 상당한다. 이 경우에는 갈라짐(a8, b8)이 제1 갈라짐에 상당하고, 갈라짐(a10, b10)이 제2 갈라짐에 상당하며, 갈라짐(a9, b9)이 제3 갈라짐에 상당한다. 한편, 개질영역(M9)을 제1 개질영역이라고 파악하면, 개질영역(M10)이 제2 개질영역에 상당하고, 개질영역(M8)이 제3 개질영역에 상당한다. 이 경우에는, 갈라짐(a9, b9)이 제1 갈라짐에 상당하고, 갈라짐(a10, b10)이 제2 갈라짐에 상당하며, 갈라짐(a8, b8)이 제3 갈라짐에 상당한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 가공대상물로서 그 표면이 (111)면인 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있지만, 두께방향으로 다른 방향으로 벽개면을 가지는 웨이퍼로 하면 좋다. 또한, 두께방향으로 평행함과 아울러 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 갈라짐을 발생시키는 경우, 두께방향으로 다른 방향으로 벽개면을 가지는 실리콘 웨이퍼가 아니어도 좋다.
또, 실리콘 웨이퍼가 아니어도, 예를 들면, 갈륨비소 등의 반도체 화합물 재료, 압전재료, 사파이아 등의 결정성을 가지는 재료로 하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 레이저 가공시에 있어서의 가공대상물의 휨을 억제할 수 있다.

Claims (11)

  1. 판 모양의 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 레이저 가공방법으로서,
    제1 개질영역을 상기 가공대상물의 내부에 형성하고, 상기 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제1 갈라짐을 상기 제1 개질영역으로부터 발생시키는 공정과,
    제2 개질영역을 상기 가공대상물의 내부에 형성하고, 상기 제1 갈라짐과 연결하도록 상기 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제2 갈라짐을 상기 제2 개질영역으로부터 발생시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하는 것에 의해, 상기 절단예정라인에 따라서 절단의 기점이 되는 제3 개질영역을 상기 가공대상물의 내부에 형성하고, 상기 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제3 갈라짐을 상기 제3 개질영역으로부터 발생시키는 공정을 더 포함하고,
    상기 제2 개질영역을 형성함과 동시에 상기 제2 갈라짐을 발생시키는 공정에서는 상기 제3 갈라짐과 연결하도록 상기 제2 갈라짐을 상기 제2 개질영역으로부터 발생시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상물은 그 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따른 벽개면을 가지는 결정구조체인 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 가공대상물은 그 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따른 벽개면을 가지는 결정구조체인 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상물은 반도체 기판을 구비하고, 상기 개질영역은 용융처리영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 개질영역을 절단의 기점으로 하여 상기 절단예정라인에 따라서 상기 가 공대상물을 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  7. 판 모양의 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 레이저 가공방법으로서,
    상기 절단예정라인에 따라서 레이저광의 집광점을 스캔하는 것에 의해, 상기 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면을 따라서 제1 개질영역을 상기 가공대상물의 내부에 형성하고, 상기 가공대상물의 두께 방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제1 갈라짐을 상기 제1 개질영역으로부터 발생시키는 공정과,
    상기 절단예정라인에 따라서 레이저광의 집광점을 스캔하는 것에 의해, 상기 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면을 따라서 제2 개질영역을 상기 가공대상물의 내부에 형성하고, 상기 제1 갈라짐과 교차하여 연결하도록 상기 가공대상물의 두께 방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제2 갈라짐을 상기 제2 개질영역으로부터 발생시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하는 것에 의해, 상기 절단예정라인에 따라서 절단의 기점이 되는 제3 개질영역을 상기 가공대상물의 내부에 형성하고, 상기 가공대상물의 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향으로 연장하는 제3 갈라짐을 상기 제3 개질영역으로부터 발생시키는 공정을 더 포함하며,
    상기 제2 개질영역을 형성함과 동시에 상기 제2 갈라짐을 발생시키는 공정에서는 상기 제3 갈라짐과 연결하도록 상기 제2 갈라짐을 상기 제2 개질영역으로부터 발생시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 가공대상물은 그 두께방향으로 평행함과 아울러 상기 절단예정라인을 포함하는 면에 대해서 경사지는 방향에 따른 벽개면을 가지는 결정구조체인 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  10. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 가공대상물은 반도체기판을 구비하고, 상기 개질영역은 용융처리영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  11. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 개질영역을 절단의 기점으로 하여 상기 절단예정라인에 따라서 상기 가공대상물을 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
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