KR102250212B1 - 사파이어 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

사파이어 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사파이어 웨이퍼의 결정 결함의 차이에 상관없이 형질층을 양호하게 형성하는 것을 과제로 한다.
사파이어 웨이퍼의 가공 방법이, 척 테이블 상의 사파이어 웨이퍼에 대하여 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 레이저 광선을 외주 잉여 영역에 조사하여 개질층을 테스트 가공하는 단계와, 사파이어 웨이퍼의 외주 잉여 영역의 개질층의 촬상 화상으로부터 개질층 형성률을 산출하여, 관계 데이터로부터 미리 정해진 가공 조건에서의 레이저 가공시의 개질층 형성률에 대응시킨 최적 레이저 가공 조건을 선정하는 단계와, 최적 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼의 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사하여, 분할 예정 라인을 따라 개질층을 형성하는 단계를 갖는 구성으로 하였다.

Description

사파이어 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치{PROCESSING METHOD OF SAPPHIRE WAFER AND LASER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 사파이어 웨이퍼를 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 사파이어 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
사파이어 웨이퍼는, 사파이어 기판의 표면에 발광 소자 등의 광 디바이스를 마련하여 형성되어 있다. 이 종류의 사파이어 웨이퍼의 분할 방법으로서, 스트리트를 따라 레이저 광선을 조사하여 내부에 개질층을 형성한 후에, 개질층을 기점으로 사파이어 웨이퍼를 분할하는 방법이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 개질층은 레이저 광선의 집광으로 생기는 다광자 흡수(多光子吸收)를 이용하여 형성되어, 개질층의 형성 부분이 기판 내의 다른 영역과 비교하여 취약해져 있다. 이 강도가 저하된 개질층의 근방에 외력이 부여됨으로써, 스트리트를 따라 사파이어 웨이퍼가 개개의 디바이스 칩으로 분할된다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2013-105847호 공보
그런데, 사파이어 웨이퍼의 순도 표기는 결정 결함의 비율(산소 결함 비율)에 반드시 대응하고 있는 것은 아니다. 사파이어 웨이퍼의 공급원이 상이하면, 사파이어 웨이퍼의 순도 표기가 동일하여도 결정 결함의 비율이 상이하여, 사파이어 웨이퍼의 산소의 결핍 부분에서 개질층이 형성되기 어렵다. 이 때문에, 상이한 공급원으로부터의 사파이어 웨이퍼가 혼재하고 있는 경우에는, 동일한 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼에 대하여 레이저 가공을 실시하여도, 개질층의 형성 상태에 차이가 생겨 사파이어 웨이퍼를 양호하게 분할할 수 없었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 사파이어 웨이퍼의 결정 결함의 차이에 상관없이 형질층을 양호하게 형성할 수 있는 사파이어 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 사파이어 웨이퍼의 가공 방법은, 표면에 복수의 디바이스 및 복수의 분할 예정 라인이 형성된 디바이스 영역 및 그 디바이스 영역을 둘러싸는 외주 잉여 영역을 갖는 사파이어 웨이퍼를 가공하는 사파이어 웨이퍼의 가공 방법으로서, 사파이어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 종류가 상이한 복수의 사파이어 웨이퍼의 내부에 위치 부여하여 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 조사하여 사파이어 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하며, 촬상한 그 개질층의 형성 상태를 화상 처리로 수치화한 개질층 형성률과 최적 레이저 가공 조건을 사파이어 웨이퍼의 종류마다 대응시킨 관계 데이터를 준비하는 관계 데이터 준비 단계와, 상기 관계 데이터 준비 단계를 실시한 후에, 레이저 가공 장치의 척 테이블 상면에 유지된 사파이어 웨이퍼에, 사파이어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 내부에 위치 부여하여 상기 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 외주 잉여 영역에 조사하여, 상기 사파이어 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하는 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계와, 상기 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계를 실시한 후에, 형성된 개질층을 촬상 수단으로 촬상하여 화상 처리로 개질층 형성률을 산출하여, 상기 관계 데이터에 기초하여 상기 사파이어 웨이퍼의 종류 및 최적 레이저 가공 조건을 선정하는 최적 레이저 가공 조건 선정 단계와, 선정된 상기 최적 레이저 가공 조건으로 상기 사파이어 웨이퍼의 상기 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사하여, 상기 분할 예정 라인을 따라 개질층을 형성하는 레이저 광선 조사 단계와, 상기 레이저 광선 조사 단계를 실시한 후에, 상기 사파이어 웨이퍼에 외력을 부여하여 상기 개질층을 기점으로 하여 상기 분할 예정 라인을 따라 분할하는 분할 단계를 포함한다.
본 발명의 레이저 가공 장치는, 표면에 복수의 디바이스 및 복수의 분할 예정 라인이 형성된 디바이스 영역 및 그 디바이스 영역을 둘러싸는 외주 잉여 영역을 갖는 사파이어 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 사파이어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 사파이어 웨이퍼의 내부에 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블에 유지된 사파이어 웨이퍼의 표면을 촬상하는 촬상 수단과, 제어 수단을 구비한 레이저 가공 장치로서, 종류가 상이한 복수의 사파이어 웨이퍼에 대하여 상기 레이저 광선을 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼의 내부에 위치 부여하여 조사하여 개질층을 형성하며, 상기 개질층을 촬상하여 개질층의 형성 상태를 화상 인식으로 수치화한 개질층 형성률과 최적 레이저 가공 조건을 사파이어 웨이퍼의 종류마다 대응시킨 관계 데이터를 기억하는 기억 수단을 구비하고, 상기 척 테이블에 사파이어 웨이퍼가 유지되면, 상기 레이저 광선 조사 수단은, 사파이어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 사파이어 웨이퍼의 내부에 위치 부여하여 상기 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 상기 외주 잉여 영역에 조사하여 사파이어 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하며, 상기 촬상 수단은, 형성된 개질층 형성 영역을 촬상하고, 상기 제어 수단은, 촬상된 화상 정보로부터 개질층 형성률을 산출하여, 상기 관계 데이터에 기초하여 최적 레이저 가공 조건을 선정하며, 상기 레이저 광선 조사 수단은, 선정된 상기 최적 레이저 가공 조건으로, 사파이어 웨이퍼의 상기 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사하는 것을 특징으로 한다.
이들 구성에 따르면, 미리 정해진 레이저 가공 조건에서의 개질층 형성률과 최적 레이저 가공 조건이 사파이어 웨이퍼의 종류마다 대응되어, 관계 데이터로서 사전에 기억되어 있다. 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼의 외주 잉여 영역에 개질층이 테스트 가공되어, 이 사파이어 웨이퍼에 대한 미리 정해진 레이저 가공 조건에서의 개질층 형성률이 산출된다. 관계 데이터를 참조하여 개질층 형성률로부터 사파이어 웨이퍼의 종류와 최적 레이저 가공 조건이 선정되어, 최적 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼의 분할 예정 라인을 따라 레이저 가공된다. 사파이어 웨이퍼의 결정 결함의 차이에 따른 최적 레이저 가공 조건이 선정되기 때문에, 사파이어 웨이퍼의 결정 결함의 차이에 상관없이 개질층을 양호하게 형성하여 개개의 디바이스 칩으로 분할할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사파이어 웨이퍼의 종류마다 개질층 형성률과 최적 레이저 가공 조건이 대응되어 기억되어 있다. 이 때문에, 사파이어 웨이퍼에 대하여 개질층을 테스트 가공함으로써, 사파이어 웨이퍼의 종류와 최적 레이저 가공 조건을 선정하여, 사파이어 웨이퍼의 결정 결함의 차이에 상관없이 개질층을 양호하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 본 실시형태의 레이저 가공 조건의 선정 방법의 설명도이다.
도 3은 본 실시형태의 관계 데이터 준비 단계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시형태의 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 실시형태의 최적 레이저 가공 조건 선정 단계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 실시형태의 레이저 광선 조사 단계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 실시형태의 분할 단계의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 실시형태의 레이저 가공 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 레이저 가공 장치의 사시도이다. 또한, 이하에 나타내는 레이저 가공 장치는 일례를 나타내는 것이며, 이 구성에 한정되지 않는다. 레이저 가공 장치는, 본 실시형태의 사파이어 웨이퍼의 가공 방법을 적용 가능하면, 적절하게 변경되어도 좋다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(40)과 사파이어 웨이퍼(W)를 유지한 척 테이블(20)을 상대 이동시켜, 사파이어 웨이퍼(W)를 레이저 가공하도록 구성되어 있다. 사파이어 웨이퍼(W)의 표면에는, 복수의 분할 예정 라인(L)이 격자형으로 배열되고, 분할 예정 라인(L)에 의해 구획된 각 영역에는 LED(Light Emitting Diode) 등의 복수의 디바이스(도시되지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 사파이어 웨이퍼(W)의 표면은, 복수의 디바이스가 형성된 디바이스 영역(A1)과 디바이스 영역(A1)을 둘러싸는 외주 잉여 영역(A2)으로 나뉘어져 있다.
또한, 사파이어 웨이퍼(W)에는 유지 테이프(T)의 중앙 부분이 점착되어 있고, 유지 테이프(T)의 외주 부분에는 링형의 프레임(F)이 점착되어 있다. 사파이어 웨이퍼(W)는, 유지 테이프(T)를 통해 프레임(F)에 지지된 상태로 레이저 가공 장치(1)에 반입된다.
레이저 가공 장치(1)의 베이스(10) 상에는, 척 테이블(20)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키는 척 테이블 이동 기구(30)가 마련되어 있다. 척 테이블 이동 기구(30)는, 베이스(10) 상에 배치된 X축 방향으로 평행한 한쌍의 가이드 레일(31)과, 한쌍의 가이드 레일(31)에 슬라이드 가능하게 설치된 모터 구동의 X축 테이블(33)을 가지고 있다. 또한, 척 테이블 이동 기구(30)는, X축 테이블(33)의 상면에 배치되어 Y축 방향으로 평행한 한쌍의 가이드 레일(32)과, 한쌍의 가이드 레일(32)에 슬라이드 가능하게 설치된 모터 구동의 Y축 테이블(34)을 가지고 있다.
X축 테이블(33) 및 Y축 테이블(34)의 배면측에는, 각각 도시하지 않은 너트부가 형성되어 있고, 이들 너트부에 볼 나사(35, 36)가 나사 결합되어 있다. 그리고, 볼 나사(35, 36)의 일단부에 연결된 구동 모터(37, 38)가 회전 구동됨으로써, 척 테이블(20)이 가이드 레일(31, 32)을 따라 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동된다. 또한, Y축 테이블(34) 상에는, 사파이어 웨이퍼(W)를 유지하는 척 테이블(20)이 마련되어 있다. 척 테이블(20)의 상면에는 유지면(21)이 형성되고, 척 테이블(20)의 주위에는 사파이어 웨이퍼(W)의 주위의 프레임(F)을 협지 고정하는 클램프부(22)가 마련되어 있다.
척 테이블(20)의 후방의 수직벽부(11)에는 아암부(12)가 돌출 설치되어 있고, 아암부(12)의 선단에는 척 테이블(20)에 상하 방향에서 대향하도록 레이저 광선 조사 수단(40)이 마련되어 있다. 레이저 광선 조사 수단(40)의 가공 헤드(41)에서는, 도시하지 않은 발진기로부터 발진된 레이저 광선(펄스 레이저)이, 척 테이블(20)에 유지된 사파이어 웨이퍼(W)를 향하여 조사된다. 레이저 광선은 사파이어 웨이퍼(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장이며, 사파이어 웨이퍼(W)의 내부에서 레이저 광선이 집광됨으로써 펄스 자국이 형성된다.
이 펄스 자국이 분할 예정 라인(L)을 따라 연속적으로 형성됨으로써, 사파이어 웨이퍼(W)에 분할 기점이 되는 개질층(55)(도 3 참조)이 형성된다. 또한, 펄스 자국이란, 레이저 스폿으로부터 신장한 균열을 말한다. 또한, 개질층(55)이란, 레이저 광선의 조사에 의해 사파이어 웨이퍼(W)의 내부의 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와 상이한 상태가 되어, 주위보다 강도가 저하하는 영역을 말한다. 개질층(55)은, 예컨대, 용융 처리 영역, 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역이며, 이들이 혼재한 영역이어도 좋다.
레이저 광선 조사 수단(40)의 측방에는, 사파이어 웨이퍼(W)의 표면을 촬상하는 촬상 수단(42)이 마련되어 있다. 촬상 수단(42)의 촬상 화상에 기초하여, 가공 헤드(41)와 사파이어 웨이퍼(W)가 얼라인먼트된다. 또한, 레이저 가공 장치(1)에는, 장치 각 부를 통괄 제어하는 제어 수단(45)과, 후술하는 관계 데이터를 기억하는 기억 수단(46)이 마련되어 있다. 제어 수단(45) 및 기억 수단(46)은, 각종 처리를 실행하는 프로세서나 메모리 등에 의해 구성된다. 메모리는, 용도에 따라 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등의 하나 또는 복수의 기억 매체로 구성된다.
그런데, 사파이어 웨이퍼(W)에는 순도가 표기되어 있지만, 동일한 순도 표기라도 공급원의 메이커마다(종류마다) 사파이어 웨이퍼(W)의 결정 결함, 즉 펄스 자국이 형성되기 어려운 산소 결핍 부분의 비율이 상이하다. 이 때문에, 동일한 순도 표기의 사파이어 웨이퍼(W)에 동일한 레이저 가공 조건으로 레이저 가공하여도, 사파이어 웨이퍼(W)의 내부에서의 개질층(55)(도 3 참조)의 형성 상태가 동일하다고는 한정되지 않는다. 사파이어 웨이퍼(W)에 적절한 레이저 가공 조건을 선정할 필요가 있지만, 사파이어 웨이퍼(W)의 순도 표기로는 최적 레이저 가공 조건을 선정할 수 없다.
그래서, 본 실시형태의 레이저 가공 장치(1)에서는, 레이저 가공 조건을 선정하기 위한 참조 데이터로서, 개질층 형성률과 최적 레이저 가공 조건이 사파이어 웨이퍼(W)의 종류마다 대응된 관계 데이터를 사전에 준비하고 있다. 그리고, 사파이어 웨이퍼(W)에 개질층(55)(도 3 참조)을 테스트 가공하여, 테스트 가공 시의 개질층 형성률로부터 관계 데이터를 참조하여, 실생산 시의 사파이어 웨이퍼(W)의 종류와 최적 레이저 가공 조건을 선정하도록 하고 있다. 따라서, 사파이어 웨이퍼의 종류가 랜덤으로 결정 결함의 비율이 상이하여도, 최적의 레이저 가공 조건으로 개질층(55)을 양호하게 형성하는 것이 가능하게 되어 있다.
여기서, 레이저 가공 조건의 선정 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 도 2는 본 실시형태의 레이저 가공 조건의 선정 방법의 설명도이다. 도 2의 (a)는 개질층 형성 영역의 촬상 화상의 일례를 나타내고, 도 2의 (b)는 관계 데이터의 일례를 나타내고 있다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 사파이어 웨이퍼(W)의 개질층 형성 영역을 촬상한 촬상 화상에는, 1열로 배열된 복수의 펄스 자국(M)이 표시되어 있다. 복수의 펄스 자국(M)은, 분할 예정 라인(L)(도 1 참조)을 따라 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 형성된 개질층(55)에 촬상 수단(42)(도 1 참조)의 초점이 맞추어짐으로써 촬상된다. 사파이어 웨이퍼(W) 내의 각 펄스 자국(M)은 광이 산란하여 어둡게 표시되기 때문에, 촬상 화상에 대하여 2치화 처리 등의 화상 처리가 실시됨으로써 펄스 자국(M)이 흑 피크 셀로서 표시된다. 이 촬상 화상 내의 흑 피크 셀의 표시 상태 등으로부터 사파이어 웨이퍼(W)에 대한 개질층 형성률(펄스 자국 발생률)이 산출된다.
또한, 사파이어 웨이퍼(W)의 산소 결핍 부분에서는 펄스 자국(M)이 형성되지 않기 때문에, 결정 결함의 비율에 따라 개질층 형성률이 변화한다. 예컨대, 결정 결함이 거의 없는 사파이어 웨이퍼(WA)에서는, 레이저 광선의 조사 부분의 전부에 펄스 자국(M)이 형성되어 개질층 형성률이 100％가 된다. 또한, 결정 결함의 비율이 작은 사파이어 웨이퍼(WB)에서는, 레이저 광선의 조사 부분의 일부에 펄스 자국(M)의 누락이 생겨 개질층 형성률이 80％가 된다. 또한, 결정 결함의 비율이 큰 사파이어 웨이퍼(WC)에서는, 레이저 광선의 조사 부분의 대부분에 펄스 자국(M)의 누락이 생겨 개질층 형성률이 40％가 된다.
이와 같이, 사파이어 웨이퍼(W)의 종류마다 결정 결함의 비율이 상이하여, 결정 결함의 비율에 따라 개질층 형성률에 차이가 생기며, 사파이어 웨이퍼(W)의 종류마다 최적의 레이저 가공 조건이 상이하다. 이 때문에, 레이저 가공 장치(1)의 기억 수단(46)(도 1 참조)에는, 개질층 형성률로부터 사파이어 웨이퍼(W)의 종류와 최적 레이저 가공 조건을 선정할 수 있는 관계 데이터가 기억되어 있다.
도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 관계 데이터는, 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 가공한 경우의 개질층 형성률과, 이 개질층 형성률에 대하여 최적의 레이저 가공 조건이, 사파이어 웨이퍼(W)의 종류마다 대응된 것이다. 예컨대, 개질층 형성률이 95％ 이상, 개질층 형성률이 80％ 이상 95％ 미만, 개질층 형성률이 40％ 이상 80％ 미만, 개질층 형성률이 40％ 미만에, 각각 사파이어 웨이퍼(W)의 종류 WA-WD와 최적 레이저 가공 조건 A-D가 대응되어 있다. 또한, 사파이어 웨이퍼(W)의 종류란, 공급원의 메이커의 차이뿐만 아니라, 사파이어 웨이퍼의 두께, 실제의 순도, 제조법 등의 차이를 포함하고 있어도 좋다.
또한, 최적 레이저 가공 조건이란, 실제로 복수 종류의 사파이어 웨이퍼(W)를 레이저 가공하여, 개질층 형성률이 100％가 되는 레이저 가공 조건이다. 레이저 가공 조건은, 예컨대, 레이저 가공 조건 A를 기준로 하여, 개질층 형성률이 작아지는 것에 따라, 레이저 출력이 크고, 가공 이송 속도가 늦어지도록 설정되어 있다. 관계 데이터를 참조함으로써, 임의의 사파이어 웨이퍼(W)에 개질층(55)을 미리 정해진 가공 조건으로 테스트 가공하여 구한 개질층 형성률로부터, 임의의 사파이어 웨이퍼(W)에 대한 최적 레이저 가공 조건을 선정하는 것이 가능하게 되어 있다.
도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 실시형태의 사파이어 웨이퍼의 가공 방법에 대해서 설명한다. 도 3은 관계 데이터 준비 단계의 일례이고, 도 4는 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계의 일례이며, 도 5는 최적 레이저 가공 조건 선정 단계의 일례이고, 도 6은 레이저 광선 조사 단계의 일례이며, 도 7은 분할 단계의 일례를 각각 나타내고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 사파이어 웨이퍼의 가공 전에 관계 데이터 준비 단계가 실시된다. 관계 데이터 준비 단계에서는, 종류가 상이한 복수의 사파이어 웨이퍼(W)가 준비되고, 각 사파이어 웨이퍼(W)의 내부에 레이저 광선이 위치 부여되어 조사되어, 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼(W)의 내부에 개질층(55)이 형성된다. 그리고, 촬상 수단(42)에 의해 각 사파이어 웨이퍼(W)의 개질층 형성 영역이 촬상되어, 제어 수단(45)에 의해 촬상 화상 내의 개질층(55)의 형성 상태를 화상 처리로 수치화한 개질층 형성률이 구해진다. 개질층 형성률은, 각 사파이어 웨이퍼(W)의 종류에 대응시켜 기억 수단(46)에 기억된다.
또한, 상세한 것은 도시하지 않지만, 레이저 가공 조건을 바꾸면서 레이저 가공을 반복하여, 각 사파이어 웨이퍼(W)의 종류에 대한 최적 레이저 가공 조건이 결정된다. 최적 레이저 가공 조건은, 개질층 형성률과 함께, 각 사파이어 웨이퍼(W)의 종류에 대응시켜 기억 수단(46)에 기억된다. 이와 같이 하여, 개질층 형성률과 레이저 가공 조건을 사파이어 웨이퍼(W)의 종류마다 대응시킨 관계 데이터(도 2의 (b) 참조)가 기억 수단(46)에 기억된다. 또한, 개질층 형성률은, 촬상 화상의 화상 처리에 의해 산출되면 좋으며, 2치화(２値化) 처리를 이용하는 방법에 한정되지 않고, 예컨대, 촬상 화상과 개질층 형성률 100％의 기준 화상과의 매칭 처리로 산출된 상관값으로부터 산출되어도 좋다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 관계 데이터 준비 단계의 후에는 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계가 실시된다. 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계에서는, 레이저 가공 장치(1)(도 1 참조)의 척 테이블(20)(도 5 참조)의 상면에 사파이어 웨이퍼(W)가 유지되고, 사파이어 웨이퍼(W)의 주위의 프레임(F)이 클램프부(22)에 유지된다. 또한, 가공 헤드(41)의 조사구가 사파이어 웨이퍼(W)의 외주 잉여 영역(A2)에 위치 부여되어, 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 외주 잉여 영역(A2)에 레이저 광선이 조사된다. 그리고, 사파이어 웨이퍼(W)에 대하여 가공 헤드(41)가 상대 이동됨으로써, 사파이어 웨이퍼(W)의 내부에 개질층(55)이 테스트 가공된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 외주 잉여 영역 형성 단계 후에는 최적 레이저 가공 조건 선정 단계가 실시된다. 최적 레이저 가공 조건 선정 단계에서는, 테스트 가공 후의 사파이어 웨이퍼(W)의 외주 잉여 영역(A2)의 바로 위에 촬상 수단(42)이 위치 부여되어, 촬상 수단(42)의 초점을 사파이어 웨이퍼(W) 내의 개질층 형성 영역까지 내려 촬상된다. 제어 수단(45)에 의해 외주 잉여 영역(A2)의 촬상 화상에 대하여 화상 처리 등이 실시되어, 사파이어 웨이퍼(W)의 개질층 형성률이 산출된다. 그리고, 제어 수단(45)에 의해 상기 관계 데이터(도 2의 (b) 참조)에 기초하여, 개질층 형성률에 대응된 사파이어 웨이퍼(W)의 종류와 최적 레이저 가공 조건이 선정된다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 최적 레이저 가공 조건 선정 단계 후에는 레이저 광선 조사 단계가 실시된다. 레이저 광선 조사 단계에서는, 가공 헤드(41)의 조사구가 사파이어 웨이퍼(W)의 분할 예정 라인(L)(도 4 참조)에 위치 부여되어, 최적 레이저 가공 조건으로 분할 예정 라인(L)을 따라 레이저 광선이 조사된다. 그리고, 사파이어 웨이퍼(W)에 대하여 가공 헤드(41)가 상대 이동됨으로써, 분할 예정 라인(L)을 따라 개질층(55)이 형성된다. 이 가공 이송이 반복됨으로써, 사파이어 웨이퍼(W)의 모든 분할 예정 라인(L)을 따라 개질층(55)이 형성된다. 이와 같이, 사파이어 웨이퍼(W)의 종류에 따른 최적 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼(W)에 개질층(55)이 양호하게 형성된다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 단계의 후에는 분할 단계가 실시된다. 분할 단계에서는, 익스팬드 장치(도시하지 않음)의 확장 드럼(51) 상에 웨이퍼(W)가 배치되고, 사파이어 웨이퍼(W)의 주위의 프레임(F)이 프레임 유지부(52)에 유지된다. 이때, 확장 드럼(51)은 사파이어 웨이퍼(W)보다 대직경이며, 사파이어 웨이퍼(W)와 프레임(F) 사이의 유지 테이프(T)에 대하여 확장 드럼(51)의 외주 엣지가 하측으로부터 접촉하고 있다. 그리고, 프레임 유지부(52)가 하강 방향으로 이동됨으로써, 확장 드럼(51)이 상대적으로 밀어 올려진다.
확장 드럼(51)과 프레임 유지부(52)가 이격됨으로써, 유지 테이프(T)가 방사 방향으로 확장되어, 유지 테이프(T)를 통해 사파이어 웨이퍼(W)의 개질층(55)에 외력이 부여된다. 이에 의해, 사파이어 웨이퍼(W)는, 강도가 저하한 개질층(55)을 분할 기점으로 하여 개개의 디바이스 칩(C)으로 분할된다. 이와 같이, 결정 결함의 비율이 상이한 사파이어 웨이퍼(W)가 혼재하는 경우라도, 개개의 사파이어 웨이퍼(W)에 대하여 최적 레이저 가공 조건으로 개질층(55)을 형성하여, 개개의 디바이스 칩(C)으로 양호하게 분할할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 사파이어 웨이퍼의 가공 방법에서는, 미리 정해진 레이저 가공 조건에서의 개질층 형성률과 최적 레이저 가공 조건이 사파이어 웨이퍼(W)의 종류마다 대응되어 관계 데이터로서 사전에 기억되어 있다. 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼(W)의 외주 잉여 영역(A2)에 개질층(55)이 테스트 가공되어, 이 사파이어 웨이퍼(W)에 대한 미리 정해진 레이저 가공 조건에서의 개질층 형성률이 산출된다. 관계 데이터를 참조하여 개질층 형성률로부터 사파이어 웨이퍼(W)의 종류와 최적 레이저 가공 조건이 선정되고, 최적 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼(W)의 분할 예정 라인(L)을 따라 레이저 가공된다. 사파이어 웨이퍼(W)의 결정 결함의 차이에 따른 최적 레이저 가공 조건이 선정되기 때문에, 사파이어 웨이퍼(W)의 결정 결함의 차이에 상관없이 개질층(55)을 양호하게 형성하여 개개의 디바이스 칩으로 분할할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 상기 실시형태에 있어서, 첨부 도면에 도시되어 있는 크기나 형상 등에 대해서는, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에서 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 그 외에, 본 발명의 원하는 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
예컨대, 상기한 실시형태에 있어서, 분할 단계에서는, 유지 테이프의 익스팬드에 의해 사파이어 웨이퍼(W)를 분할하는 구성으로 하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 분할 단계는, 사파이어 웨이퍼(W)에 외력을 부여하여 개질층(55)을 기점으로 하여 분할 예정 라인(L)을 따라 분할 가능하면 좋다. 예컨대, 브레이킹에 의해 사파이어 웨이퍼(W)를 분할하여도 좋고, 개질층 형성 후의 사파이어 웨이퍼(W)에 연삭 부하를 가하는 SDBG(Stealth Dicing Before Grinding)에 의해 사파이어 웨이퍼(W)를 분할하여도 좋다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 최적 레이저 가공 조건 선정 단계를 레이저 가공 장치(1)가 자동적으로 실시하는 구성으로 하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 최적 레이저 가공 조건 선정 단계는, 관계 데이터를 오퍼레이터가 참조하여, 오퍼레이터가 최적 레이저 가공 조건을 선정하여도 좋다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 관계 데이터는, 개질층 형성률, 최적 레이저 가공 조건, 사파이어 웨이퍼(W)의 종류가 대응되는 구성으로 하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 관련 데이터는, 적어도 개질층 형성률과 최적 레이저 가공 조건이 대응되어 있으면 좋고, 다른 파라미터가 대응되어 있어도 좋다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 사파이어 웨이퍼(W)의 가공 방법을 순도 표기가 대략 동일한 사파이어 웨이퍼(W)에 대해서 적용하는 구성으로 하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 사파이어 웨이퍼(W)의 가공 방법은, 분명히 순도 표기가 상이한 사파이어 웨이퍼에 대해서도 적용 가능하다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 최적 레이저 가공 조건을 개질층 형성률이 100％가 되는 레이저 가공 조건으로서 설명하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 최적 레이저 가공 조건은, 사파이어 웨이퍼를 분할 가능한 개질층 형성률이면 좋고, 예컨대, 개질층 형성률이 90％ 이상이 되는 레이저 가공 조건이어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 사파이어 웨이퍼의 결정 결함의 차이에 상관없이 형질층을 양호하게 형성할 수 있다고 하는 효과를 가지고, 특히, 공급원의 메이커가 상이한 사파이어 웨이퍼를 레이저 가공하는 사파이어 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 유용하다.
1 레이저 가공 장치
20 척 테이블
40 레이저 광선 조사 수단
42 촬상 수단
45 제어 수단
46 기억 수단
55 개질층
A1 디바이스 영역
A2 외주 잉여 영역
L 분할 예정 라인
W 사파이어 웨이퍼

Claims (2)

  1. 표면에 복수의 디바이스 및 복수의 분할 예정 라인이 형성된 디바이스 영역 및 상기 디바이스 영역을 둘러싸는 외주 잉여 영역을 갖는 사파이어 웨이퍼를 가공하는 사파이어 웨이퍼의 가공 방법으로서,
    사파이어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 종류가 상이한 복수의 사파이어 웨이퍼의 내부에 위치 부여하고 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 조사하여 사파이어 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하며, 촬상한 상기 개질층의 형성 상태를 화상 처리로 수치화한 펄스 자국 발생률과 최적 레이저 가공 조건을 사파이어 웨이퍼의 종류마다 대응시킨 관계 데이터를 준비하는 관계 데이터 준비 단계와,
    상기 관계 데이터 준비 단계를 실시한 후에, 레이저 가공 장치의 척 테이블 상면에 유지된 사파이어 웨이퍼에, 사파이어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 내부에 위치 부여하고 상기 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 외주 잉여 영역에 조사하여, 상기 사파이어 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하는 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계와,
    상기 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계를 실시한 후에, 형성된 개질층을 촬상 수단으로 촬상하여 화상 처리로 펄스 자국 발생률을 산출하여, 상기 관계 데이터에 기초하여 상기 사파이어 웨이퍼의 종류 및 최적 레이저 가공 조건을 선정하는 최적 레이저 가공 조건 선정 단계와,
    선정된 상기 최적 레이저 가공 조건으로 상기 사파이어 웨이퍼의 상기 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사하여, 상기 분할 예정 라인을 따라 개질층을 형성하는 레이저 광선 조사 단계와,
    상기 레이저 광선 조사 단계를 실시한 후에, 상기 사파이어 웨이퍼에 외력을 부여하여 상기 개질층을 기점으로 하여 상기 분할 예정 라인을 따라 분할하는 분할 단계를 포함하고,
    상기 외주 잉여 영역 개질층 형성 단계에서는, 상기 외주 잉여 영역의 바로 위에 위치한 촬상 수단의 초점을 개질층 형성 영역에 위치 부여한 상태에서 형성된 개질층을 상기 촬상 수단으로 촬상하여, 일렬로 배열된 복수의 펄스 자국이 표시되는 촬상 화상을 형성하고, 형성된 상기 촬상 화상으로부터 펄스 자국 발생률을 산출하는 사파이어 웨이퍼의 가공 방법.
  2. 표면에 복수의 디바이스 및 복수의 분할 예정 라인이 형성된 디바이스 영역 및 상기 디바이스 영역을 둘러싸는 외주 잉여 영역을 갖는 사파이어 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과,
    상기 척 테이블에 유지된 사파이어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 사파이어 웨이퍼의 내부에 조사하는 레이저 광선 조사 수단과,
    상기 척 테이블에 유지된 사파이어 웨이퍼의 표면을 촬상하는 촬상 수단과, 제어 수단을 구비한 레이저 가공 장치로서,
    종류가 상이한 복수의 사파이어 웨이퍼에 대하여 상기 레이저 광선을 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 사파이어 웨이퍼의 내부에 위치 부여하고 조사하여 개질층을 형성하며, 상기 개질층을 촬상하여 개질층의 형성 상태를 화상 인식으로 수치화한 펄스 자국 발생률과 최적 레이저 가공 조건을 사파이어 웨이퍼의 종류마다 대응시킨 관계 데이터를 기억하는 기억 수단을 포함하고,
    상기 척 테이블에 사파이어 웨이퍼가 유지되면,
    상기 레이저 광선 조사 수단은, 사파이어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 사파이어 웨이퍼의 내부에 위치를 부여하고 상기 미리 정해진 레이저 가공 조건으로 상기 외주 잉여 영역에 조사하여 사파이어 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하며,
    상기 촬상 수단은, 상기 외주 잉여 영역의 바로 위에 위치함과 더불어 초점을 개질층 형성 영역에 위치 부여한 상태에서 형성된 개질층 형성 영역을 촬상하여, 일렬로 배열된 복수의 펄스 자국이 표시되는 촬상 화상을 형성하며,
    상기 제어 수단은, 촬상된 화상 정보로부터 펄스 자국 발생률을 산출하여, 상기 관계 데이터에 기초하여 최적 레이저 가공 조건을 선정하며,
    상기 레이저 광선 조사 수단은, 선정된 상기 최적 레이저 가공 조건으로, 사파이어 웨이퍼의 상기 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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