KR101426598B1 - 레이저 다이싱 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 피가공 기판을 스테이지에 적재하여, 클록 신호를 발생하고, 클록 신호에 동기한 펄스 레이저 빔을 출사하여, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 피가공 기판에의 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 클록 신호에 동기하여, 펄스 피커를 사용해서 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광펄스 단위로 전환하고, 피가공 기판에, 기판 표면에 도달하는 균열을 형성하는 레이저 다이싱 방법이며, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 펄스 레이저 빔의 가공 점 깊이 및, 펄스 레이저 빔의 조사 비조사의 간격을 제어함으로써, 균열이 피가공 기판 표면에 있어서 연속하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이싱 방법이다.

Description

레이저 다이싱 방법{LASER DICING METHOD}
<관련 출원>
본 출원은 2011년 7월 27일 출원된 일본 특허 출원 번호 제2011-164043호 및 2011년 9월 8일 출원된 일본 특허 출원 번호 제2011-195562호에 기초한 것으로 그 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 원용된다.
본 발명은 펄스 레이저 빔을 사용하는 레이저 다이싱 방법에 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 개질 영역을 형성한다. 그리고, 이 개질 영역을 기점으로 해서 가공 대상물을 절단한다.
종래의 기술에서는, 펄스 레이저 빔의 에너지, 스폿 직경, 펄스 레이저 빔과 가공 대상물의 상대 이동 속도 등을 파라미터로 하여 개질 영역의 형성을 제어하고 있다.
본 발명의 일 형태인 레이저 다이싱 방법은, 피가공 기판을 스테이지에 적재하여, 클록 신호를 발생하고, 상기 클록 신호에 동기한 펄스 레이저 빔을 출사하여, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 상기 피가공 기판에의 상기 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 상기 클록 신호에 동기하여, 펄스 피커를 사용해서 상기 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광펄스 단위로 전환하고, 상기 피가공 기판에 내부 개질 영역과 기판 표면에 도달하는 균열을 형성하는 레이저 다이싱 방법이며, 상기 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 상기 펄스 레이저 빔의 가공 점 깊이 및, 상기 펄스 레이저 빔의 조사 영역 및 비조사 영역의 길이를 제어함으로써, 상기 균열이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 연속하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 균열이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 대략 직선적으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 피가공 기판의 위치와 상기 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기하는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 피가공 기판이 사파이어 기판, 수정 기판 또는 유리 기판인 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 스테이지를 상기 클록 신호에 동기시켜서 이동함으로써, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키는 것이 바람직하다.
도 1은, 실시 형태의 레이저 다이싱 방법에서 사용되는 레이저 다이싱 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도다.
도 2는, 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 타이밍 제어를 설명하는 도면이다.
도 3은, 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 펄스 피커 동작과 변조 펄스 레이저 빔의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 4는, 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 조사 패턴의 설명도다.
도 5는, 사파이어 기판 상에 조사되는 조사 패턴을 도시하는 상면도다.
도 6은, 도 5의 AA 단면도다.
도 7은, 스테이지 이동과 다이싱 가공과의 관계를 설명하는 도면이다.
도 8은, 실시예 1의 조사 패턴을 도시하는 도면이다.
도 9a 내지 도9e는, 실시예 1 내지 4, 비교예 1의 레이저 다이싱의 결과를 도시하는 도면이다.
도 10은, 실시예 1의 레이저 다이싱의 결과를 도시하는 단면도다.
도 11a 내지 도 11f는, 실시예 5 내지 10의 레이저 다이싱의 결과를 도시하는 도면이다.
도 12a 내지 도 12e는, 실시예 11 내지 15의 레이저 다이싱의 결과를 도시하는 도면이다.
도 13a 내지 도 13f는, 실시예 16 내지 21의 레이저 다이싱의 결과를 도시하는 도면이다.
도 14a, 도 14b는, 상이한 가공 점 깊이의 펄스 레이저 빔을 복수회 기판의 동일 주사선 상을 주사해서 균열을 형성하는 경우의 설명도다.
도 15a, 도 15b는, 도 14a, 도 14b의 조건으로 할단했을 경우의 할단면의 광학 사진이다.
도 16a 내지 도 16c는, 실시예 22 내지 24의 레이저 다이싱의 결과를 도시하는 도면이다.
도 17a 내지 도 17d는, 실시 형태의 작용의 설명도다.
도 18a, 도 18b는, 실시예 25의 레이저 다이싱의 결과를 도시하는 도면이다.
도 19는, 실시예 26 내지 28, 비교예 2, 3의 레이저 다이싱의 결과를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 중, 가공 점이란, 펄스 레이저 빔의 피가공 기판 내에서의 집광 위치(초점 위치) 근방의 점이며, 피가공 기판의 개질 정도가 깊이 방향에서 최대가 되는 점을 의미한다. 그리고, 가공 점 깊이란, 펄스 레이저 빔의 가공 점의 피가공 기판 표면으로부터의 깊이를 의미하는 것으로 한다.
본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법은, 피가공 기판을 스테이지에 적재하여, 클록 신호를 발생하고, 이 클록 신호에 동기한 펄스 레이저 빔을 출사하여, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 피가공 기판에의 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 클록 신호에 동기해서 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광펄스 단위로 전환하고, 피가공 기판에 내부 개질 영역(내부 개질층)을 형성하여, 기판 표면에 도달하는 균열을 형성하는 레이저 다이싱 방법이다. 그리고, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 펄스 레이저 빔의 가공 점 깊이 및, 펄스 레이저 빔의 조사 비조사의 간격을 제어함으로써, 균열이 피가공 기판 표면에 있어서 대략 직선상에 연속하도록 형성한다.
상기 구성에 의해 우수한 할단 특성을 실현하는 레이저 다이싱 방법을 제공하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 우수한 할단 특성이란, (1) 할단부가 직선성 좋게 할단되는 것, (2) 다이싱한 소자의 수율이 향상하도록 작은 할단력으로 할단할 수 있는 것, (3) 내부 개질 영역 및 균열 형성 시에 조사하는 레이저의 영향으로 기판 상에 설치되는 소자, 예를 들어 기판 상의 에피택셜층에서 형성되는 LED 소자의 열화가 발생하지 않는 것 등을 들 수 있다.
그리고, 피가공 기판 표면에 있어서 연속하는 균열을 형성함으로써, 특히 사파이어 기판과 같이 경질한 기판의 다이싱이 용이해진다. 또한, 좁은 다이싱 폭에서의 다이싱이 실현된다.
상기 레이저 다이싱 방법을 실현하는 본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치는, 피가공 기판을 적재 가능한 스테이지와, 클록 신호를 발생하는 기준 클록 발진 회로와, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 펄스 레이저 빔을 클록 신호에 동기시키는 레이저 발진기 제어부와, 레이저 발진기와 스테이지와의 사이의 광로에 설치되고, 펄스 레이저 빔의 피가공 기판에의 조사와 비조사를 전환하는 펄스 피커와, 클록 신호에 동기하여, 광펄스 단위로 펄스 레이저 빔의 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하는 펄스 피커 제어부를 구비한다.
도 1은 본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도다. 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 클록 신호(S1)를 발생하는 기준 클록 발진 회로(28) 및 가공 테이블부(30)가 구비되어 있다.
레이저 발진기(12)는, 기준 클록 발진 회로(28)에서 발생하는 클록 신호(S1)에 동기한 주기(Tc)의 펄스 레이저 빔(PL1)을 출사하도록 구성되어 있다. 조사 펄스 광의 강도는 가우스 분포를 나타낸다. 클록 신호(S1)는, 레이저 다이싱 가공의 제어에 사용되는 가공 제어용 클록 신호다.
여기서 레이저 발진기(12)로부터 출사되는 레이저 파장은 피가공 기판에 대하여 투과성의 파장을 사용한다. 레이저로서는, Nd: YAG 레이저, Nd: YVO4 레이저, Nd: YLF 레이저 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 피가공 기판이 사파이어 기판일 경우에는, 파장 532㎚인 Nd: YVO4 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.
펄스 피커(14)는, 레이저 발진기(12)와 집광 렌즈(18) 사이의 광로에 설치된다. 그리고, 클록 신호(S1)에 동기해서 펄스 레이저 빔(PL1)의 통과와 차단(온/오프)을 전환함으로써 피가공 기판에의 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 위해서 온/오프가 제어되고, 변조된 변조 펄스 레이저 빔(PL2)이 된다.
펄스 피커(14)는, 예를 들어 음향 광학 소자(AOM)로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 라만 회절형인 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 확대한 빔 익스팬더다. 또한, 예를 들어 빔 단면의 광강도 분포를 균일하게 하는 균질기와 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 집광하고, 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 자유자재로 이동할 수 있는 XYZ 스테이지(이후, 간단히 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 서브마이크로미터 범위의 고정밀도가 되도록 구성되어 있다. 그리고, Z 방향으로 이동시킴으로써 펄스 레이저 빔의 초점 위치를 피가공 기판(W)에 대하여 조정하고, 가공 점 깊이를 제어하는 것이 가능하다.
가공 제어부(26)는 레이저 다이싱 장치(10)에 의한 가공을 전체적으로 제어한다. 기준 클록 발진 회로(28)는, 원하는 클록 신호(S1)를 발생한다. 또한, 가공 테이블부(30)에는, 다이싱 가공 데이터를 펄스 레이저 빔의 광펄스수로 기술한 가공 테이블이 기억된다.
이어서, 상기 레이저 다이싱 장치(10)를 사용한 레이저 다이싱 방법에 대해서, 도 1 내지 도 7을 사용해서 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 웨이퍼다. 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 클록 발진 회로(28)에 있어서, 주기(Tc)의 클록 신호(S1)가 생성된다. 레이저 발진기 제어부(22)는, 레이저 발진기(12)가 클록 신호(S1)에 동기한 주기(Tc)의 펄스 레이저 빔(PL1)을 출사하도록 제어한다. 이때, 클록 신호(S1)의 상승과 펄스 레이저 빔의 상승에는, 지연 시간(t1)이 발생한다.
레이저광은, 피가공 기판에 대하여 투과성을 갖는 파장인 것을 사용한다. 여기서, 피가공 기판 재료의 흡수의 밴드 갭(Eg)보다, 조사하는 레이저광의 광자의에너지(hν)가 큰 레이저광을 사용하는 것이 바람직하다. 에너지(hν)가 밴드갭(Eg) 보다 매우 크면, 레이저광의 흡수가 발생한다. 이것을 다광자 흡수라고 하고, 레이저광의 펄스 폭을 매우 짧게 해서, 다광자 흡수를 피가공 기판의 내부에 일어나게 하면, 다광자 흡수 에너지가 열에너지로 전화하지 않고, 이온 가수 변화, 결정화, 비정질화, 분극 배향 또는 미소 균열 형성 등의 영속적인 구조 변화가 유기되어서 컬러 센터가 형성된다.
이 레이저광(펄스 레이저 빔)의 조사 에너지(조사 파워)는, 피가공 기판 표면에 연속적인 균열을 형성하는 데 있어서 최적의 조건을 선택한다.
그리고, 피가공 기판 재료에 대하여, 투과성을 갖는 파장을 사용하면, 기판 내부의 초점 부근에 레이저광을 도광, 집광이 가능하게 된다. 따라서, 국소적으로 컬러 센터를 만드는 것이 가능하게 된다. 이 컬러 센터를, 이후, 개질 영역이라고 칭한다.
펄스 피커 제어부(24)는, 가공 제어부(26)로부터 출력되는 가공 패턴 신호(S2)를 참조하여, 클록 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 광펄스 수로 기술하는 가공 테이블을 참조하여 생성된다. 펄스 피커(14)는 펄스 피커 구동 신호(S3)에 기초하여, 클록 신호(S1)에 동기해서 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, 클록 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 빔과의 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, 클록 신호(S1)에 동기해서 광펄스 단위로 전환된다. 이와 같이, 펄스 레이저 빔의 발진과 펄스 피커의 동작을, 동일한 클록 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 기판에의 조사와 비조사가 전환된다. 펄스 레이저 빔의 조사 패턴을 규정하는 P1값이나 P2값은, 예를 들어 가공 테이블에 조사 영역 레지스터 설정, 비조사 영역 레지스터 설정으로서 규정된다. P1값이나 P2값은, 피가공 기판의 재질, 레이저 빔의 조건 등에 의해, 다이싱 시의 개질 영역 및 균열 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)로 집광되어 원하는 빔 직경을 갖는 펄스 레이저 빔(PL4)이 되고, 피가공 기판인 웨이퍼 상에 조사된다.
웨이퍼를 X축 방향 및 Y축 방향으로 다이싱할 경우, 우선, 예를 들어 XYZ 스테이지를 X축 방향으로 일정 속도로 이동시키고, 펄스 레이저 빔(PL4)을 주사한다. 그리고, 원하는 X축 방향의 다이싱이 종료한 후, XYZ 스테이지를 Y축 방향으로 일정 속도로 이동시키고, 펄스 레이저 빔(PL4)을 주사한다. 이에 의해, Y축 방향의 다이싱을 행한다.
상기의 조사광 펄스수(P1)와, 비조사광 펄스수(P2) 및 스테이지의 속도로, 펄스 레이저 빔의 조사 비조사의 간격이 제어된다.
Z축 방향(높이 방향)에 대해서는, 집광 렌즈의 집광 위치(초점 위치)가 웨이퍼 내의 소정 깊이에 위치하도록 조정한다. 이 소정 깊이는, 다이싱 시에 개질 영역(개질층)이 형성되어, 균열이 피가공 기판 표면에 원하는 형상으로 형성되도록 설정된다.
이때,
피가공 기판의 굴성율: n
피가공 기판 표면으로부터의 가공 위치: L
Z축 이동 거리: Lz
라고 하면,
Lz=L/n
이 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 된다.
도 4는, 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 조사 패턴의 설명도다. 도면과 같이, 클록 신호(S1)에 동기해서 펄스 레이저 빔(PL1)이 생성된다. 그리고, 클록 신호(S1)에 동기해서 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)이 생성된다.
그리고, 스테이지의 가로 방향(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 하여, 조사광 펄스(가우스 광)가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하는 조건이 설정되어 있다.
여기서,
빔 스폿 직경: D (㎛)
반복 주파수: F (KHz)
의 조건으로 가공을 행한다고 하면, 조사광 펄스가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하기 위한 스테이지 이동 속도 V(m/sec)는,
V=D×10-6×F×103
이 된다.
예를 들어,
빔 스폿 직경: D=2㎛
반복 주파수: F=50KHz
의 가공 조건으로 행한다고 하면,
스테이지 이동 속도: V=100㎜/sec
가 된다.
또한, 조사광의 파워를 P(와트)라고 하면, 펄스당 조사 펄스 에너지 P/F의 광펄스가 웨이퍼에 조사되게 된다.
펄스 레이저 빔의 조사 에너지(조사광의 파워), 펄스 레이저 빔의 가공 점 깊이 및, 펄스 레이저 빔의 조사 비조사 간격의 파라미터가, 균열이 피가공 기판 표면에 있어서 연속해서 형성되도록 결정된다.
도 5는, 사파이어 기판 상에 조사되는 조사 패턴을 도시하는 상면도다. 조사면 상에서 보아, 조사광 펄스수 (P1)=2, 비조사광 펄스수 (P2)=1이고, 조사 스폿 직경의 피치에서 조사 스폿이 형성된다. 도 6은, 도 5의 AA 단면도다. 도면에 도시한 바와 같이 사파이어 기판 내부에 개질 영역이 형성된다. 그리고, 이 개질 영역으로부터, 광펄스의 주사선 상을 따라 기판 표면에 도달하는 균열(또는 홈)이 형성된다. 그리고, 이 균열이 피가공 기판 표면에 있어서 연속해서 형성된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 균열은 기판 표면측에만 노출되도록 형성되고, 기판 이면측에까지는 도달하고 있지 않다.
도 17은, 본 실시 형태의 작용의 설명도다. 예를 들어, 설정할 수 있는 최대의 펄스 레이저 빔의 레이저 주파수로, 또한 설정할 수 있는 최고속의 스테이지 속도로, 펄스 레이저를 조사하는 경우의 펄스 조사 가능 위치를 도 17a의 점선 원으로 나타낸다. 도 17b는, 조사/비조사=1/2인 경우의 조사 패턴이다. 실선 원이 조사 위치이고, 점선 원이 비조사 위치다.
여기서, 조사 스폿의 간격(비조사 영역의 길이)을 보다 짧게 한 쪽이, 할단성이 좋다고 가정한다. 이 경우에는, 도 17c에 도시한 바와 같이, 스테이지 속도를 변경하지 않고 조사/비조사=1/1로 함으로써 대응이 가능하다. 가령 본 실시 형태와 같이, 펄스 피커를 사용하지 않으면, 마찬가지의 조건을 현출시키기 위해서는 스테이지 속도를 저하시키는 것이 필요해져, 다이싱 가공의 스루풋이 저하한다는 문제가 발생한다.
여기서, 조사 스폿을 연속시켜서 조사 영역의 길이를 보다 길게 한 쪽이 할단성이 좋다고 가정한다. 이 경우에는, 도 17d에 도시한 바와 같이, 스테이지 속도를 변경하지 않고 조사/비조사=2/1로 함으로써 대응이 가능하다. 가령 본 실시 형태와 같이, 펄스 피커를 사용하지 않으면, 마찬가지의 조건을 현출시키기 위해서는 스테이지 속도를 저하시키고, 또한 스테이지 속도를 변동시키는 것이 필요해져, 다이싱 가공의 스루풋이 저하함과 함께 제어가 지극히 곤란해진다는 문제가 발생한다.
혹은, 펄스 피커를 사용하지 않을 경우, 도 17b의 조사 패턴에서 조사 에너지를 올림으로써, 도 17d에 가까운 조건으로 하는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우, 1점에 집중하는 레이저 파워가 커지고, 균열 폭의 증대나 균열의 직선성의 열화가 우려된다. 또한, 사파이어 기판에 LED 소자가 형성되어 있는 것과 같은 피가공 기판을 가공하는 경우에는, 균열과 반대측의 LED 영역에 도달하는 레이저량이 증대하고, LED 소자의 열화가 발생한다는 우려도 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 예를 들어 펄스 레이저 빔의 조건이나 스테이지 속도 조건을 변화시키지 않더라도 다양한 할단 조건을 실현하는 것이 가능하고, 생산성이나 소자 특성을 열화시키지 않고 최적의 할단 조건을 발견하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 명세서 중, 「조사 영역의 길이」 「비조사 영역의 길이」란 도 17d에 도시하는 길이로 한다.
도 7은, 스테이지 이동과 다이싱 가공과의 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 영역에 들어가는 위치를 미리 동기 위치로서 설정해 둔다. 그리고, 위치 센서에서 동기 위치를 검출했을 때, 예를 들어 이동 위치 검출 신호(S4)(도 1)가 펄스 피커 제어부(24)에 보내짐으로써 펄스 피커 동작이 허가되어, 펄스 피커 구동 신호(S3)에 의해 펄스 피커를 동작시키도록 한다. 동기 위치를, 예를 들어 피가공 기판의 단부면으로서, 이 단부면을 위치 센서로 검출하는 구성으로 해도 좋다.
이와 같이,
SL: 동기 위치부터 기판까지의 거리
WL: 가공 길이
W1: 기판 단부부터 조사 개시 위치까지의 거리
W2: 가공 범위
W3: 조사 종료 위치부터 기판 단부까지의 거리
가 관리된다.
이와 같이 하여, 스테이지의 위치 및 그것에 적재되는 피가공 기판의 위치와, 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기한다. 즉, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사와, 스테이지의 위치와의 동기가 취해진다. 그로 인해, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사 시, 스테이지가 일정 속도로 이동하는(속도 안정 영역에 있는) 것이 담보된다. 따라서, 조사 스폿 위치의 규칙성이 담보되어, 안정된 균열의 형성이 실현된다.
여기서, 두꺼운 기판을 가공하는 경우에, 상이한 가공 점 깊이의 펄스 레이저 빔을 복수회(복수층) 기판의 동일 주사선 상을 주사해서 균열을 형성함으로써, 할단 특성을 향상시키는 것을 생각할 수 있다. 이러한 경우, 스테이지 위치와 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기함으로써, 상이한 깊이의 주사에 있어서, 펄스 조사 위치의 관계를 임의로 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 되고, 다이싱 조건의 최적화가 가능하게 된다.
도 14는, 상이한 가공 점 깊이의 펄스 레이저 빔을, 복수회 기판의 동일 주사선 상을 주사해서 균열을 형성하는 경우의 설명도다. 기판 단면에 있어서의 조사 패턴의 모식도다. ON(착색)이 조사, OFF(백색)가 비조사 영역이다. 도 14a는, 조사된 주사의 1층째와 2층째가 같은 모양인 경우, 즉, 1층째와 2층째에 조사 펄스 위치의 상하 관계가 정렬되어 있는 경우다. 도 14b는, 조사된 주사의 1층째와 2층째가 다른 모양인 경우, 즉, 1층째와 2층째에서 조사 펄스 위치의 상하 관계가 어긋나 있는 경우다.
도 15는, 도 14의 조건으로 할단했을 경우의 할단면의 광학 사진이다. 도 15a가 같은 모양, 도 15b가 다른 모양인 경우다. 각각 상측의 사진이 저배율, 하측의 사진이 고배율이 되어 있다. 이와 같이, 스테이지 위치와 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기함으로써, 조사된 주사의 1층째와 2층째의 관계를 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 15a, 도 15b에 도시한 피가공 기판은 두께 150㎛의 사파이어 기판이다. 이 경우, 할단에 필요로 하는 할단력은 같은 모양인 경우가 0.31N, 다른 모양인 경우가 0.38N이며, 같은 모양 쪽이 할단 특성이 우수했다.
또한, 여기에서는 조사/비조사의 펄스수를, 1층째와 2층째에서 동일하게 하는 경우를 예로 나타냈지만, 1층째와 2층째에서 상이한 조사/비조사의 펄스수로 하여 최적인 조건을 발견하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들어 스테이지의 이동을 클록 신호에 동기시키는 것이, 조사 스폿 위치의 정밀도를 한층 향상시키기 때문에 바람직하다. 이것은, 예를 들어 가공 제어부(26)로부터 XYZ 스테이지부(20)에 보내지는 스테이지 이동 신호(S5)(도 1)를 클록 신호(S1)에 동기시킴으로써 실현 가능하다.
본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법과 같이, 개질 영역의 형성에 의해, 기판 표면에까지 도달하고, 또한 피가공 기판 표면에 있어서 연속하는 균열을 형성함으로써, 이후 기판의 할단이 용이해진다. 예를 들어, 사파이어 기판과 같이 경질한 기판이어도, 기판 표면에까지 도달하는 균열을 할단 또는 절단의 기점으로 하여, 인위적으로 힘을 인가함으로써 할단이 용이해져, 우수한 할단 특성을 실현할 수 있게 된다. 따라서, 다이싱의 생산성이 향상된다.
종래와 같이, 펄스 레이저 빔을 연속적으로 기판에 조사하는 방법으로는, 설령 스테이지 이동 속도, 집광 렌즈의 개구 수, 조사광 파워 등을 최적화했다고 하더라도, 기판 표면에 연속해서 형성하는 균열을 원하는 형상으로 제어하는 것은 곤란하였다. 본 실시 형태와 같이, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 광펄스 단위로 단속적으로 전환해서 조사 패턴을 최적화함으로써, 개질 영역의 형성 및 기판 표면에 도달하는 균열의 발생이 제어되어, 우수한 할단 특성을 구비한 레이저 다이싱 방법이 실현된다.
즉, 예를 들어 기판 표면에 레이저의 주사선에 따른 대략 직선적으로 연속하는 폭이 좁은 균열의 형성이 가능하게 된다. 이러한 대략 직선적으로 연속하는 균열을 형성함으로써, 다이싱 시에, 기판에 형성되는 LED 등의 디바이스에 미치는 균열의 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 예를 들어 직선적인 균열의 형성이 가능해지므로, 기판 표면에 균열이 형성되는 영역의 폭을 좁게 할 수 있다. 이로 인해, 설계상의 다이싱 폭을 좁히는 것이 가능하다. 따라서, 동일 기판 혹은 웨이퍼 상에 형성되는 디바이스의 칩 수를 증대시킬 수 있게 되고, 디바이스의 제조 비용 삭감에도 기여한다.
이상, 구체예를 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 실시 형태에 있어서는, 레이저 다이싱 방법, 레이저 다이싱 장치 등에서, 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않는 부분에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요한 레이저 다이싱 방법, 레이저 다이싱 장치 등에 관계되는 요소를 적절히 선택해서 사용할 수 있다.
그 외, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 레이저 다이싱 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 범위는, 특허 청구 범위 및 그 균등물의 범위에 의해 정의되는 것이다.
예를 들어, 실시 형태에서는 피가공 기판으로서 LED가 형성되는 사파이어 기판을 예로 들어 설명하였다. 사파이어 기판과 같이 경질이고 벽개성이 부족하며 할단이 곤란한 기판에 본 발명은 유용한데, 피가공 기판은, 그 외 SiC(탄화 규소) 기판 등의 반도체 재료 기판, 압전 재료 기판, 수정 기판, 석영 유리 등의 유리 기판이어도 상관없다.
또한, 실시 형태에서는, 스테이지를 이동시킴으로써, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 예를 들어 레이저 빔 스캐너 등을 사용하여 펄스 레이저 빔을 주사함으로써, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키는 방법이어도 상관없다.
또한, 실시 형태에 있어서는, 조사광 펄스수(P1)=2, 비조사광 펄스수(P2)=1로 하는 경우를 예로 들어 설명했지만, P1과 P2의 값은, 최적 조건으로 하기 위해 임의의 값을 취하는 것도 가능하다. 또한, 실시 형태에 있어서는, 조사광 펄스가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 펄스 주파수 혹은 스테이지 이동 속도를 바꿈으로써, 조사와 비조사의 피치를 바꾸어서 최적 조건을 발견하는 것도 가능하다. 예를 들어, 조사와 비조사의 피치를 스폿 직경의 1/n이나 n배로 하는 것도 가능하다.
특히, 피가공 기판이 사파이어 기판인 경우에는 조사 에너지를 30㎽ 이상 150㎽ 이하로 하고, 펄스 레이저 빔의 통과를 1 내지 4광펄스 단위, 차단을 1 내지 4광펄스 단위로 함으로써 조사의 간격을 1 내지 6㎛로 하여 피가공 기판 표면에 있어서 연속성 및 직선성이 양호한 균열을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 다이싱 가공의 패턴에 대해서는, 예를 들어 조사 영역 레지스터, 비조사 영역 레지스터를 복수 설치하거나, 실시간으로 조사 영역 레지스터, 비조사 영역 레지스터 값을 원하는 타이밍에, 원하는 값으로 변경하거나 함으로써 다양한 다이싱 가공 패턴에 대한 대응이 가능하게 된다.
또한, 레이저 다이싱 장치로서, 다이싱 가공 데이터를 펄스 레이저 빔의 광펄스수로 기술한 가공 테이블을 기억하는 가공 테이블부를 구비하는 장치를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 반드시 이러한 가공 테이블부를 구비하지 않고서도, 광펄스 단위로 펄스 레이저 빔의 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하는 구성을 갖는 장치이면 된다.
또한, 할단 특성을 더욱 향상시키기 위해서, 개질 영역, 기판 표면에 연속하는 균열을 형성한 후, 또한 예를 들어 레이저를 조사함으로써 표면에 대하여 용융 가공 또는 애브레이션 가공을 추가하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판: 사파이어 기판, 기판 두께 100㎛
레이저 광원: Nd: YVO4 레이저
파장: 532㎚
조사 에너지: 50㎽
레이저 주파수: 20KHz
조사광 펄스수(P1): 1
비조사광 펄스수(P2): 2
스테이지 속도: 25㎜/sec
가공 점 깊이: 피가공 기판 표면으로부터 약 25.2㎛
도 8은, 실시예 1의 조사 패턴을 도시하는 도면이다. 도면에 도시한 바와 같이, 광펄스를 1회 조사한 후, 광펄스 단위로 2펄스 분을 비조사로 한다. 이 조건을 이후, 조사/비조사=1/2이라는 형식으로 기술한다. 또한, 여기에서는 조사·비조사의 피치는 스폿 직경과 동등하게 되어 있다.
실시예 1의 경우, 스폿 직경은 약 1.2㎛이었다. 따라서, 조사의 간격은 약 3.6㎛로 되어 있었다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 9a에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 또한, 도 10은 균열 방향에 수직인 기판의 단면 SEM 사진이다.
피가공 기판은 폭 약 5㎜인 직사각형이며, 직사각의 신장 방향에 수직으로 펄스 레이저 빔을 조사하여, 균열을 형성하였다. 균열을 형성한 후, 브레이커를 사용해서 할단에 필요로 하는 할단력을 평가하였다.
(실시예 2)
조사/비조사=1/1로 하는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 9b에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
(실시예 3)
조사/비조사=2/2로 하는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 9c에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
(실시예 4)
조사/비조사=2/3로 하는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 9e에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
(비교예 1)
조사/비조사=1/3로 하는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 9d에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
실시예 1 내지 4에서는, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 가공 점 깊이 및, 조사 비조사의 간격을 상기와 같이 설정함으로써, 도 9 및 도 10에서 도시된 바와 같이, 피가공 기판 표면에 있어서 연속하는 균열을 형성할 수 있었다.
특히, 실시예 1의 조건에서는, 매우 직선적인 균열이 피가공 기판 표면에 형성되어 있었다. 이로 인해, 할단 후의 할단부의 직선성도 우수했다. 그리고, 실시예 1의 조건이 가장 작은 할단력으로 기판을 할단하는 것이 가능했다. 따라서, 피가공 기판이 사파이어 기판일 경우에는, 각 조건의 제어성도 고려하면, 조사 에너지를 50±5㎽로 하고, 가공 점 깊이를 25.0±2.5㎛로 하며, 펄스 레이저 빔의 통과를 1광펄스 단위, 차단을 2광펄스 단위로 함으로써 조사의 간격을 3.6±0.4㎛로 하는 것이 바람직하다.
한편, 실시예 3과 같이, 개질 영역이 접근하고, 개질 영역 간의 기판 내부에 균열이 형성되면 표면의 균열이 사행되고, 균열이 발생하는 영역의 폭이 넓어지는 경향이 보여졌다. 이것은, 좁은 영역에 집중하는 레이저광의 파워가 너무 크기 때문이라고 생각된다.
비교예 1에서는, 조건이 최적화되어 있지 않고, 기판 표면에 있어서 연속하는 균열은 형성되지 않았다. 따라서, 할단력의 평가도 불가능하였다.
(실시예 5)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판: 사파이어 기판, 기판 두께 100㎛
레이저 광원: Nd: YVO4 레이저
파장: 532㎚
조사 에너지: 90㎽
레이저 주파수: 20KHz
조사광 펄스수(P1): 1
비조사광 펄스수(P2): 1
스테이지 속도: 25㎜/sec
가공 점 깊이: 피가공 기판 표면으로부터 약 25.2㎛
레이저 다이싱의 결과를, 도 11a에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
(실시예 6)
조사/비조사=1/2로 하는 것 이외는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 11b에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
(실시예 7)
조사/비조사=2/2로 하는 것 이외는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 11c에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
(실시예 8)
조사/비조사=1/3으로 하는 것 이외는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 11d에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
(실시예 9)
조사/비조사=2/3으로 하는 것 이외는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 11e에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
(실시예 10)
조사/비조사=2/3으로 하는 것 이외는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 11f에 도시하였다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 균열에 초점을 맞춰서 촬영하였다.
실시예 5 내지 10에서는, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 가공 점 깊이 및, 조사 비조사의 간격을 상기와 같이 설정함으로써, 도 11에서 도시된 바와 같이, 피가공 기판 표면에 있어서 연속하는 균열을 형성할 수 있었다.
특히, 실시예 8의 조건에서는, 비교적 직선적인 균열이 피가공 기판 표면에 형성되어 있었다. 또한, 실시예 8의 조건은 할단력도 작았다. 무엇보다 실시예 1 내지 4의 조사 에너지가 50㎽인 경우에 비해, 표면의 균열이 사행되고, 균열이 발생하는 영역의 폭이 넓어지는 경향이 보여졌다. 이로 인해, 할단부의 직선성도 50㎽인 경우 쪽이 우수했다. 이것은, 90㎽인 경우에는, 50㎽에 비해서 좁은 영역에 집중하는 레이저광의 파워가 너무 크기 때문이라 생각된다.
(실시예 11)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판: 사파이어 기판, 기판 두께 100㎛
레이저 광원: Nd: YVO4 레이저
파장: 532㎚
조사 에너지: 50㎽
레이저 주파수: 20KHz
조사광 펄스수(P1): 1
비조사광 펄스수(P2): 2
스테이지 속도: 25㎜/sec
가공 점 깊이: 피가공 기판 표면으로부터 약 15.2㎛
실시예 1 보다 가공 점 깊이가 10㎛ 얕은 조건, 즉, 실시예 1보다도 펄스 레이저 빔의 집광 위치가 보다 피가공 기판 표면에 가까운 조건으로 다이싱 가공을 행하였다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 12a에 나타내었다. 기판 표면에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 사진에 있어서, 우측의 선(+10㎛)이 실시예 11의 조건이다. 비교를 위해서, 가공 점 깊이만 상이한 실시예 1의 조건(0)이 좌측에 나타나고 있다.
(실시예 12)
조사/비조사=1/1로 하는 것 이외는, 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 12b에 도시하였다.
(실시예 13)
조사/비조사=2/2로 하는 것 이외는, 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 12c에 도시하였다.
(실시예 14)
조사/비조사=1/3으로 하는 것 이외는, 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 12d에 도시하였다.
(실시예 15)
조사/비조사=2/3으로 하는 것 이외는, 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 12e에 도시하였다.
실시예 11 내지 15에서는, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 가공 점 깊이 및, 조사 비조사의 간격을 상기와 같이 설정함으로써, 도 12에서 도시된 바와 같이, 피가공 기판 표면에 있어서 연속하는 균열을 형성할 수 있었다.
무엇보다, 실시예 1 내지 4의 경우에 비해, 표면에 개질 영역의 큰 균열이 노출되었다. 그리고, 표면의 균열이 사행되고, 균열이 발생하는 영역의 폭이 넓어지는 경향이 보여졌다.
(실시예 16)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판: 사파이어 기판
레이저 광원: Nd: YVO4 레이저
파장: 532㎚
조사 에너지: 90㎽
레이저 주파수: 20KHz
조사광 펄스수(P1): 1
비조사광 펄스수(P2): 1
스테이지 속도: 25㎜/sec
가공 점 깊이: 피가공 기판 표면으로부터 약 15.2㎛
실시예 5보다 가공 점 깊이가 10㎛ 얕은 조건, 즉, 실시예 5보다도 펄스 레이저 빔의 집광 위치가 보다 피가공 기판 표면에 가까운 조건으로 다이싱 가공을 행하였다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 13a에 도시하였다. 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞춰서 촬영하였다. 사진에 있어서, 우측의 선(+10㎛)이 실시예 16의 조건이다. 비교를 위해서, 가공 점 깊이만 상이한 실시예 5의 조건(0)이 좌측에 나타나고 있다.
(실시예 17)
조사/비조사=1/2로 하는 것 이외는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 13b에 도시하였다.
(실시예 18)
조사/비조사=2/2로 하는 것 이외는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 13c에 도시하였다.
(실시예 19)
조사/비조사=1/3으로 하는 것 이외는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 13d에 도시하였다.
(실시예 20)
조사/비조사=2/3으로 하는 것 이외는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 13e에 도시하였다.
(실시예 21)
조사/비조사=1/4로 하는 것 이외는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 13f에 도시하였다.
실시예 16 내지 21에서는, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 가공 점 깊이 및, 조사 비조사의 간격을 상기와 같이 설정함으로써, 도 13에서 도시된 바와 같이, 피가공 기판 표면에 있어서 연속하는 균열을 형성할 수 있었다.
무엇보다, 실시예 5 내지 10의 경우에 비해, 표면에 개질 영역의 큰 균열이 노출되었다. 그리고, 표면의 균열이 사행되고, 균열이 발생하는 영역의 폭이 넓어지는 경향이 보여졌다. 따라서, 할단 후의 할단부도 사행이 보였다.
이상, 실시예 1 내지 21, 비교예 1의 평가로부터, 피가공 기판의 두께가 100㎛인 경우에는, 균열의 직선성이 우수하기 때문에 할단부의 직선성도 우수하고, 할단력도 작은 실시예 1의 조건이 최적인 것이 밝혀졌다.
(실시예 22)
실시 형태에 기재된 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판: 사파이어 기판, 기판 두께 150㎛
레이저 광원: Nd: YVO4 레이저
파장: 532 ㎚
조사 에너지: 200㎽
레이저 주파수: 200KHz
조사광 펄스수(P1): 1
비조사광 펄스수(P2): 2
스테이지 속도: 5㎜/sec
가공 점 깊이: 피가공 기판 표면으로부터 약 23.4㎛
실시예 1 내지 21이 피가공 기판 두께가 100㎛의 사파이어 기판이었던 것에 반해, 본 실시예는 피가공 기판 두께가 150㎛인 사파이어 기판이다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 16a에 도시하였다. 상측이 기판의 할단면의 광학 사진, 하측이 기판 단면에 있어서의 조사 패턴의 모식도다. ON(착색)이 조사, OFF(백색)가 비조사 영역이다.
피가공 기판은 폭 약 5㎜인 직사각형이며, 직사각의 신장 방향에 수직으로 펄스 레이저 빔을 조사하여, 균열을 형성하였다. 균열을 형성한 후, 브레이커를 사용해서 할단에 필요로 하는 할단력을 평가하였다.
(실시예 23)
조사/비조사=2/4로 하는 것 이외는, 실시예 22와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 16b에 도시하였다.
(실시예 24)
조사/비조사=3/5로 하는 것 이외는, 실시예 22와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 16c에 도시하였다.
균열의 직선성은 실시예 22 내지 23과도 같은 정도이고, 할단 후의 할단부의 직선성도 같은 정도였다. 또한, 실시예 22의 할단에 필요로 하는 할단력은 2.39N 내지 2.51N, 실시예 23은 2.13N 내지 2.80N, 실시예 24는 1.09N 내지 1.51N이었다. 이 결과, 할단에 필요로 하는 할단력은 조사/비조사=3/5로 한 실시예 24의 조건이 가장 적은 것을 알았다. 따라서, 피가공 기판의 두께가 150㎛인 경우에는, 실시예 24의 조건이 최적인 것이 밝혀졌다.
이상, 실시예로부터, 피가공 기판의 두께가 변한 경우에도, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 펄스 레이저 빔의 가공 점 깊이 등과 더불어, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를 펄스 레이저 빔이 동기하면, 같은 가공 제어용 클록 신호로 동기해서 제어하고, 광펄스 단위로 전환함으로써, 최적인 할단 특성을 실현할 수 있는 것이 밝혀졌다.
또한, 실시예에서는 피가공 기판이 100㎛와 150㎛인 경우에 대해서 예시했지만, 더욱 두꺼운 200㎛, 250㎛인 피가공 기판에서도 최적인 할단 특성을 실현할 수 있다.
(실시예 25)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판: 수정 기판, 기판 두께 100㎛
레이저 광원: Nd: YVO4 레이저
파장: 532㎚
조사 에너지: 250㎽
레이저 주파수: 100KHz
조사광 펄스수(P1): 3
비조사광 펄스수(P2): 3
스테이지 속도: 5㎜/sec
가공 점 깊이: 피가공 기판 표면으로부터 약 10㎛
피가공 기판은 폭 약 5㎜의 직사각형이며, 직사각의 신장 방향에 수직으로 펄스 레이저 빔을 조사하여, 균열을 형성하였다. 균열을 형성한 후, 브레이커를 사용해서 할단하였다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 18에 도시하였다. 도 18a가 기판 상면의 광학 사진, 도 18b가 기판 단면의 광학 사진이다. 도 18에 도시한 바와 같이 피가공 기판을 수정 기판으로 한 경우에도, 내부에 개질층이 형성되고, 피가공 기판 표면에 있어서 연속하는 균열을 형성할 수 있었다. 이로 인해, 브레이커에 의해 직선적인 할단이 가능하였다.
(실시예 26)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판: 석영 유리 기판, 기판 두께 500㎛
레이저 광원: Nd: YVO4 레이저
파장: 532㎚
조사 에너지: 150㎽
레이저 주파수: 100KHz
조사광 펄스수(P1): 3
비조사광 펄스수(P2): 3
스테이지 속도: 5㎜/sec
가공 점 깊이: 피가공 기판 표면으로부터 약 12㎛
피가공 기판은 폭 약 5㎜인 직사각형이며, 직사각의 신장 방향에 수직으로 펄스 레이저 빔을 조사하여, 균열을 형성하였다. 균열을 형성한 후, 브레이커를 사용해서 할단하였다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 19에 도시하였다. 도 19는 기판 상면의 광학 사진이다.
(실시예 27)
가공 점 깊이를 피가공 기판 표면으로부터 약 14㎛로 하는 것 이외는, 실시예 26과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 19에 도시하였다.
(실시예 28)
가공 점 깊이를 피가공 기판 표면으로부터 약 16㎛로 하는 것 이외는, 실시예 26과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 19에 도시하였다.
(비교예 2)
가공 점 깊이를 피가공 기판 표면으로부터 약 18㎛로 하는 것 이외는, 실시예 26과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 19에 도시하였다.
(비교예 3)
가공 점 깊이를 피가공 기판 표면으로부터 약 20㎛로 하는 것 이외는, 실시예 26과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 19에 도시하였다.
도 19에 도시한 바와 같이 피가공 기판을 석영 유리 기판으로 했을 경우에도, 실시예 26 내지 실시예 28의 조건에서는, 피가공 기판 표면에 있어서 연속하는 균열을 형성할 수 있었다. 이로 인해, 브레이커에 의해 직선적인 할단이 가능하였다. 특히, 실시예 27에서는, 가장 직선성이 높은 균열을 형성할 수 있고, 직선성이 높은 할단이 가능하게 되었다. 비교예 2, 3에서는, 조건이 최적화되고 있지 않아, 기판 표면에 있어서 연속하는 균열은 형성되지 않았다.
이상, 실시예 25 내지 28에 의해, 피가공 기판이 사파이어 기판으로부터 수정 기판이나 석영 유리 기판으로 변경된 경우에도, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 펄스 레이저 빔의 가공 점 깊이 등과 더불어, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 펄스 레이저 빔이 동기하는 것과 같은 가공 제어용의 클록 신호로 동기해서 제어하고, 광펄스 단위로 전환함으로써, 최적인 할단 특성을 실현할 수 있는 것이 밝혀졌다.

Claims (5)

  1. 피가공 기판을 스테이지에 적재하고,
    클록 신호를 발생하고,
    상기 클록 신호에 동기한 펄스 레이저 빔을 출사하고,
    상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고,
    상기 피가공 기판에의 상기 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 상기 클록 신호에 동기하여, 펄스 피커를 사용해서 상기 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광펄스 단위로 전환하고,
    상기 피가공 기판에 기판 표면에 도달하는 균열을 형성하는 레이저 다이싱 방법이며,
    상기 펄스 레이저 빔을 상기 기판의 동일 주사선 상을 상이한 가공 점 깊이로 복수회 주사하고, 상기 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 상기 펄스 레이저 빔의 가공 점 깊이 및, 상기 펄스 레이저 빔의 조사 영역 및 비조사 영역의 길이를 제어함으로써, 상기 균열이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 연속하도록 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 균열이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 직선적으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피가공 기판의 위치와 상기 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피가공 기판이 사파이어 기판, 수정 기판 또는 유리 기판인 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 스테이지를 상기 클록 신호에 동기시켜서 이동함으로써, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
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