KR102527031B1

KR102527031B1 - 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR102527031B1
Application number: KR1020180091060A
Authority: KR
Inventors: 마사루 나카무라
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2023-04-27
Also published as: JP6998149B2; TWI782059B; KR20190016445A; JP2019033162A; CN109382591A; TW201910038A; CN109382591B

Abstract

본 발명의 해결해야 할 과제는, 레이저 가공의 실시를 행하기 전에, 그 가공 조건으로 내부에 개질층을 형성할 수 있는 피가공물인지 여부를 용이하게 판정할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 광선 조사 수단(24)의 집광기(241)를 파워미터(36)에 대치시켜 레이저 광선(LB)을 조사(照射)하고 제1 파워(P1)를 검출하는 제1 검출 단계(S1)와, 상기 집광기(241)와 상기 파워미터(36) 사이에 피가공물(100, 110)을 위치시켜 레이저 광선(LB)을 조사하고 제2 파워(P2)를 검출하는 제2 검출 단계(S2)와, 상기 제1 파워(P1)와 상기 제2 파워(P2)로부터 피가공물의 투과율(R)을 나타내는 지표를 산출하는 투과율 산출 단계(S3)와, 상기 투과율(R)을 나타내는 지표로부터 피가공물의 내부에 개질층을 형성할 수 있는지 여부를 판정하는 개질층 형성 판정 단계(S4)와, 상기 개질층 형성 판정 단계(S4)에 의해 개질층을 형성할 수 있다고 판정된 피가공물에 대하여 레이저 광선(LB')의 집광점을 내부에 위치시켜 조사하고 개질층(120)을 형성하는 개질층 형성 단계(S5)로 적어도 구성되어 있는 것에 의해, 피가공물이 개질층을 형성할 수 있는 것인지를 용이하게 판정하고, 개질층이 확실하게 형성되는 레이저 가공을 실시할 수 있다.

Description

레이저 가공 방법{LASER MACHINING METHOD}

피가공물에 대하여 확실하게 개질층을 형성할 수 있는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 다이싱 장치, 레이저 가공 장치 등에 의해 개개의 디바이스로 분할되어 휴대전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기기기에 이용된다.

레이저 가공 장치는, 피가공부에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시켜 조사(照射)하고 개질층을 형성하여 내부 가공을 행하는 타입(예컨대, 특허문헌 1을 참조)과, 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 상면에 위치시켜 조사하여 어블레이션 가공을 행하는 타입(예컨대 특허문헌 2를 참조)으로 크게 나뉘어져 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 제3408805호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제10-305420호 공보

상기한 피가공부에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고 조사하여 개질층을 형성하여 내부 가공을 행하는 타입의 레이저 가공에서는, 예컨대 실리콘(Si) 웨이퍼를 피가공물로 하여 레이저 가공이 행해진다. 그러나, 실리콘 웨이퍼는, 실리콘 웨이퍼를 형성할 때, 결정의 물성을 변화시키기 위해 소량의 불순물을 첨가하는 이른바 도핑이 행해지고 있다. 이 실리콘 웨이퍼의 기판을 형성하는 제조자에 따라, 또는, 실리콘 웨이퍼에 형성되는 디바이스의 종류에 따라 도핑되는 물질의 종류, 혹은 도핑되는 물질의 양이 다르고, 실리콘에 대하여 투과성을 갖는 파장으로서 설정된 레이저 광선을 이용하여도, 조사된 레이저 광선이 충분히 피가공물을 투과하지 않아, 미리 설정된 대로의 가공 조건으로 레이저 가공을 행했다고 해도 가공 불량이 되는 경우가 있다.

또한, 상기한 도핑의 차이로 인해 투과성의 정도에 변화가 생기는 경우뿐만 아니라, 예컨대 실리콘 웨이퍼가 제조되고 나서 시간이 경과한 경우에도, 표면에 산화막 등이 형성되는 등 투과율에 변화가 생겨 동일한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제는, 실리콘 웨이퍼뿐만 아니라, 다른 재질로 구성되는 피가공물에 있어서도 발생할 수 있는 문제이다.

본 발명은, 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술 과제는, 레이저 가공을 실시에 행하기 전에, 그 가공 조건으로 내부에 개질층을 형성할 수 있는 피가공물인지 여부를 용이하게 판정할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 데 있다.

상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고 조사하여 개질층을 형성하는 집광기를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 적어도 구비한 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법으로서, 상기 레이저 광선 조사 수단의 집광기를 파워미터에 대치시켜 레이저 광선을 조사하고 제1 파워를 검출하는 제1 검출 단계와, 상기 집광기와 상기 파워미터 사이에 피가공물을 위치시켜 레이저 광선을 조사하고 제2 파워를 검출하는 제2 검출 단계와, 상기 제1 파워와 상기 제2 파워로부터 피가공물의 투과율을 나타내는 지표를 산출하는 투과율 산출 단계와, 상기 투과율을 나타내는 지표로부터 피가공물의 내부에 개질층을 형성할 수 있는지 여부를 판정하는 개질층 형성 판정 단계와, 상기 개질층 형성 판정 단계에 의해 개질층을 형성할 수 있다고 판정된 피가공물에 대하여 레이저 광선의 집광점을 내부에 위치시키고 조사하여 개질층을 형성하는 개질층 형성 단계로 적어도 구성되는 레이저 가공 방법이 제공된다.

상기 파워미터는, 상기 유지 수단에 포함되는 척 테이블에 인접하여 배치되어 있고, 상기 집광기와 상기 유지 수단을 상대적으로 이동시켜 상기 제1 검출 단계를 실시할 수 있다.

상기 유지 수단의 척 테이블로부터 밀려나와 상기 파워미터에 이르도록 피가공물을 상기 척 테이블에 유지하고, 상기 제2 검출 단계를 실시하도록 하여도 좋다. 또한, 피가공물은 실리콘 웨이퍼이며, 레이저 광선의 파장은 근적외선으로 할 수 있다.

본 발명의 레이저 가공 방법은, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고 조사하여 개질층을 형성하는 집광기를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 적어도 구비한 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법으로서, 상기 레이저 광선 조사 수단의 집광기를 파워미터에 대치시켜 레이저 광선을 조사하고 제1 파워를 검출하는 제1 검출 단계와, 상기 집광기와 상기 파워미터 사이에 피가공물을 위치시켜 레이저 광선을 조사하고 제2 파워를 검출하는 제2 검출 단계와, 상기 제1 파워와 상기 제2 파워로부터 피가공물의 투과율을 나타내는 지표를 산출하는 투과율 산출 단계와, 상기 투과율을 나타내는 지표로부터 피가공물의 내부에 개질층을 형성할 수 있는지 여부를 판정하는 개질층 형성 판정 단계와, 상기 개질층 형성 판정 단계에 의해 개질층을 형성할 수 있다고 판정된 피가공물에 대하여 레이저 광선의 집광점을 내부에 위치시키고 조사하여 개질층을 형성하는 개질층 형성 단계로 적어도 구성되어 있는 것에 의해, 피가공물이 개질층을 형성할 수 있는 것인지를 용이하게 판정하고, 개질층이 확실하게 형성되는 레이저 가공을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시에 사용되는 레이저 가공 장치의 전체를 나타낸 사시도 및 피가공물의 실리콘 웨이퍼를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 검출 단계의 동작을 설명한 개략도 (a), 제2 검출 단계의 동작을 설명한 개략도 (b).
도 3은 본 발명에 기초하여 실시되는 레이저 가공 방법의 절차를 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명의 개질층 형성 단계를 설명하기 위한 개략도.

이하, 본 발명에 기초하여 구성된 레이저 가공 방법에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서, 상세히 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 기초하여 구성되는 레이저 가공 방법을 실시하기 위한 레이저 가공 장치(2)의 전체 사시도, 및 피가공물로서의 실리콘 웨이퍼(100, 110)의 사시도가 도시되어 있다. 또한, 본 발명에 의해 투과율이 검출되는 피가공물은, 표면에 디바이스 등이 형성되기 전의 실리콘 웨이퍼(100)(도면 중 (a)를 참조, 이하 「더미 웨이퍼」라고 함)라도 좋고, 상기 더미 웨이퍼(100)의 표면(110a) 상의 분할 예정 라인(112)에 의해 구획된 영역에 디바이스(114)가 형성된 실리콘 웨이퍼(110)(도면 중 (b))라도 좋다.

도 1에 도시된 레이저 가공 장치(2)는, 피가공물을 유지하는 유지 수단(22)과, 정지 베이스(2a) 상에 배치되어 유지 수단(22)을 이동시키는 이동 수단(23)과, 유지 수단(22)에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(24)과, 정지 베이스(2a) 상의 이동 수단(23)의 측방에 화살표 Z로 나타낸 Z 방향으로 세워져 설치되는 수직 벽부(51), 및 수직 벽부(51)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 벽부(52)로 이루어진 프레임(50)을 구비하고 있다. 프레임(50)의 수평 벽부(52) 내부에는, 본 발명의 레이저 가공 장치(2)의 주요부를 구성하는 레이저 광선 조사 수단(24)의 광학계가 내장되어 있고, 수평 벽부(52)의 선단부 하면측에는, 레이저 광선 조사 수단(24)을 구성하는 집광기(241)가 배치됨과 더불어, 집광기(241)에 대하여 도면 중 화살표 X로 나타낸 방향으로 인접한 위치에 촬상 수단(26)이 배치된다. 상기 촬상 수단(26)은, 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD)와, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조사 수단과, 적외선 조사 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계가 포착한 적외선에 대응하는 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD)를 포함한다.

유지 수단(22)은, 도면 중에 화살표 X로 나타낸 X 방향에 있어서 이동 가능하게 베이스(2a)에 탑재된 직사각 형상의 X 방향 가동판(30)과, 도면 중에 화살표 Y로 나타낸 Y 방향에 있어서 이동 가능하게 X 방향 가동판(30)에 탑재된 직사각 형상의 Y 방향 가동판(31)과, Y 방향 가동판(31)의 상면에 고정된 원통형의 지주(32)와, 지주(32)의 상단에 고정된 직사각 형상의 커버판(33)을 포함한다. 커버판(33)에는 상기 커버판(33) 상에 형성된 긴 구멍을 통해 위쪽으로 연장되는 원 형상의 피가공물을 유지하고, 도시하지 않은 회전 구동 수단에 의해 회전 가능하게 구성된 척 테이블(34)이 배치되어 있다. 척 테이블(34)의 상면에는, 다공질 재료로 형성되어 실질적으로 수평으로 연장되는 원 형상의 흡착척(35)으로 이루어진 흡인 유지 수단이 배치되어 있다. 흡착척(35)은, 지주(32)를 통과하는 유로에 의해 도시하지 않은 흡인 수단에 접속되어 있다. 커버판(33)에 있어서 척 테이블(34)의 X 방향에 인접한 위치에, 레이저 광선 조사 수단(24)으로부터 조사되는 레이저 광선의 파워(출력)를 검출하는 파워미터(36)가 배치되어 있다. 파워미터(36)는, 후술하는 제어 장치(20)에 도시하지 않은 케이블에 의해 접속되어 있고, 측정해야 할 레이저 광선의 전체 광량을 수광할 수 있는 면적에 배치된 복수의 수광 소자로 구성되며, 수광한 레이저 광선의 파워를 제어 장치(20)에 출력한다. 또한, X 방향은 도 1에 화살표 X로 나타낸 방향이며, Y 방향은 화살표 Y로 나타낸 방향으로서 X 방향에 직교하는 방향이다. X 방향, Y 방향으로 규정되는 평면은 실질적으로 수평이다.

제어 장치(20)는, 컴퓨터에 의해 구성되며, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 연산 처리 장치(CPU)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)와, 검출한 검출치, 연산 결과 등을 일시적으로 저장하기 위한 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)와, 입력 인터페이스, 및 출력 인터페이스를 구비하고 있다(상세에 관한 도시는 생략).

이동 수단(23)은, 제어 장치(20)에 의해 제어되는 것으로서, X 방향 이동 수단(40)과, Y 방향 이동 수단(42)을 포함한다. X 방향 이동 수단(40)은, 모터의 회전 운동을, 볼나사를 통해 직선 운동으로 변환하여 X 방향 가동판(30)에 전달하고, 베이스(2a) 상의 안내 레일을 따라 X 방향 가동판(30)을 X 방향에 있어서 진퇴시킨다. Y 방향 이동 수단(42)은, 모터의 회전 운동을, 볼나사를 통해 직선 운동으로 변환하여, Y 방향 가동판(31)에 전달하고, X 방향 가동판(30) 상의 안내 레일을 따라 Y 방향 가동판(31)을 Y 방향에 있어서 진퇴시킨다. 또한, 도시는 생략하지만, X 방향 이동 수단(40), Y 방향 이동 수단(42)에는 각각 위치 검출 수단이 배치되어 있고, 척 테이블(34)의 X 방향의 위치, Y 방향의 위치, 둘레 방향의 회전 위치가 정확히 검출되며, 제어 장치(20)로부터 지시되는 신호에 기초하여 X 방향 이동 수단(40), Y 방향 이동 수단(42), 및 도시하지 않은 회전 구동 수단이 구동되고, 임의의 위치 및 각도에 척 테이블(34)을 정확히 위치시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 상기한 레이저 가공 장치(2) 전체, 및 이동 수단(23) 등은, 통상의 가공 상태에서는, 설명의 형편상 생략된 도시하지 않은 커버, 벨로우즈 등에 의해 덮여 있고, 내부에 분진이나 먼지 등이 들어가지 않도록 구성된다.

본 발명을 실시하는 레이저 가공 장치(2)는, 대략 이상과 같이 구성되어 있고, 이하에, 본 발명의 레이저 가공 방법에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명에 의해 실시되는 레이저 가공 방법의 절차를 흐름도로 나타낸 것이다. 이 흐름도를 참조하면서 본 발명의 레이저 가공 방법에 대해서 설명한다.

(제1 검출 단계)

본 발명의 레이저 가공 방법을 실시함에 있어서, 우선 제1 검출 단계(S1)를 실시한다. 제1 검출 단계를 실시하기 위해서는, 처음에 커버판(33) 상에 배치된 파워미터(36)와 레이저 광선 조사 수단(24)의 집광기(241)와의 위치 맞춤을 행한다. 이 위치 맞춤은 유지 수단(22)을 X 방향, Y 방향으로 이동시키는 X 방향 이동 수단(40), Y 방향 이동 수단(42)을 제어함으로써, 촬상 수단(26)에 의해 파워미터(36)의 중심 위치를 촬상하여 그 위치를 검출하고, 집광기(241)와 파워미터(36)를 상대적으로 이동시킴으로써 집광기(241)를 파워미터에 대치시킨다. 또한, 집광기(241)와 파워미터(36)와의 위치 맞춤은, 반드시 촬상 수단(26)을 사용하여 실시하는 것에 한정되지 않고, 집광기(241)로부터 조사되는 레이저 광선의 조사 위치를 오퍼레이터가 육안으로 확인하면서 행하여도 좋다.

집광기(241)와 파워미터(36)와의 위치 맞춤을 실시하였다면, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 레이저 광선 조사 수단(24)의 도시하지 않은 레이저 발진기로부터 레이저 광선(LB)을 발진하고, 집광기(241)로부터 파워미터(36)에 대하여 조사하여, 레이저 광선(LB)의 파워를 제어 장치(20)에 출력한다. 이때, 레이저 광선(LB)의 집광 위치(P)는, 파워미터(36)의 수광 소자의 높이에 맞추는 것이 아니라, 미리 정해진 거리만큼 위쪽에 위치시킨다(디포커스). 이에 따라, 파워미터(36)에 있어서 계측되는 집광 스폿의 파워 밀도가 지나치게 커지지 않도록 하여, 파워미터(36)의 열화를 억제한다. 또한, 레이저 광선(LB)의 상기 디포커스량은, 파워미터(36)에 조사되는 레이저 광선(LB)의 전체 광량이 파워미터(36)로써 수광되도록 한다. 또한, 이 때에 조사되는 레이저 광선(LB)의 파워는, 실제로 피가공물에 가공을 행할 때의 파워에 비하여 낮게 하는 것이 바람직하다.

상기한 제1 검출 단계에서 조사되는 레이저 광선의 조사 조건은, 예컨대, 이하와 같이 설정할 수 있다.

파장 : 1342 ㎚

반복 주파수 : 90 kHz

평균 출력 : 1000 mW

도 3의 (a)로부터 이해되는 바와 같이, 제1 검출 단계에서 검출되는 레이저 광선의 파워는, 레이저 광선 조사 수단(24)으로부터 조사되는 레이저 광선(LB)의 파워이며, 본 실시형태에서는, 1000 mW(1W)가 검출된다. 검출된 파워는, 제어 장치(20)의 메모리에 「제1 파워(P1)」로서 기억된다. 또한, 레이저 광선 조사 수단(24)에 탑재된 도시하지 않은 레이저 발진기의 파워는, 경년 변화 등에 의해 저하되거나, 레이저 발진기의 품질 편차 등에 의해 변화되거나 하는 경우가 있어, 이 제1 검출 단계를 실시함으로써 정확히 레이저 광선(LB)의 제1 파워(P1)가 검출된다.

(제2 검출 단계)

상기한 바와 같이, 제1 검출 단계가 실시되어 제1 파워(P1)를 제어 장치(20)의 메모리에 기억하였다면, 도 2에 도시된 제2 검출 단계(S2)를 실시한다. 구체적으로는, 도 1에 도시된 더미 웨이퍼(100)를 준비하고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 더미 웨이퍼(100)가, 파워미터(36)의 수광 소자를 덮도록 위치시킨다. 이 때, 척 테이블(34)로부터 밀려나와 파워미터(36)에 이르도록 더미 웨이퍼(100)를 배치하고, 흡착척(35)에 접속된 도시하지 않은 흡인 수단을 작동하여 더미 웨이퍼(100)가 어긋나지 않도록 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같이 더미 웨이퍼(100)를 위치시켰다면, 상기한 제1 검출 단계와 동일한 조사 조건으로 레이저 광선(LB)을 파워미터(36)에 조사한다. 또한, 상기한 더미 웨이퍼(100)는, 피가공물로서 가공되는 실리콘 웨이퍼(110)의 기판이 되는 것으로서, 실리콘 웨이퍼(110)의 기판과 동일한 잉곳으로부터, 동일한 제조 과정을 거쳐 생산되는 것이다. 따라서 더미 웨이퍼(100)의 투과율을 앎으로써 실리콘 웨이퍼(110)의 기판의 투과율을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 더미 웨이퍼(100)를 유지한 상태에서 파워미터(36)를 향해 레이저 광선(LB)이 조사되면, 더미 웨이퍼(100)에 흡수되지 않고서 투과한 레이저 광선(LB)이 파워미터(36)로써 수광된다. 본 실시형태에서는, 600 mW가 검출되고, 검출된 파워는, 제어 장치(20)의 메모리에 「제2 파워(P2)」로서 기억된다.

(투과율 산출 단계)

상기한 바와 같이, 제1 검출 단계(S1), 제2 검출 단계(S2)가 실행되었다면, 도 2에 도시된 투과율 산출 단계(S3)가 실시된다. 이 투과율 산출 단계(S3)에서는, 제어 장치(20)에 기억된 제1 파워(P1=1000 mW)와 제2 파워(P2=600 mW)로부터, 피가공물의 투과율을 나타내는 지표를 산출한다. 구체적으로는 이하와 같은 연산을 실시한다.

투과율(R)=(제2 파워(P2)/제1 파워(P1))×100

=(600(mW)/1000(mW))×100=60(%)

상기한 투과율 산출 단계(S3)가 실행됨으로써, 본 실시형태의 더미 웨이퍼(100)의 투과율(R=60%)이 산출되고, 제어 장치(20)의 메모리에 기억된다. 또한, 투과율 산출 단계(S3)에서 산출되는 투과율(R)은, 투과율을 나타내는 지표이면 좋고, 상기한 연산에 의해 산출되는 것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 더미 웨이퍼(100)에 의해 레이저 광선(LB)이 흡수되는 흡수율을 연산하는 것이어도 좋다. 흡수율을 산출하는 경우에는, 제1 파워(P1)에서 제2 파워(P2)를 뺀 값(P1-P2)을 분자로 하고, 제1 파워(P1)를 분모로 함으로써 흡수율을 산출할 수 있다. 상기 흡수율은, 투과율이 높을수록 낮고, 투과율이 낮을수록 높은 값을 나타내는 것이며, 실질적으로 투과율을 나타내는 지표로서 본 발명에 이용할 수 있다.

(개질층 형성 판정 단계)

상기한 투과율 산출 단계(S3)가 실행되었다면, 개질층 형성 가능한지 여부를 판정하는 개질층 형성 판정 단계(S4)를 실시한다. 구체적으로는, 투과율에 관한 미리 정해진 판정 기준, 예컨대, 레이저 광선 조사 수단(24)으로부터 조사되는 레이저 광선(LB)의 파장(1342 ㎚)에 대하여 투과율 30% 이상인지 여부를 판정하는 단계이며, 본 실시형태에서 계측한 투과율은, R=60%(≥30%)이기 때문에, 이 판정 기준을 만족한다. 즉 개질층 형성 판정 단계(S4)에 있어서 개질층 형성 가능(Yes)으로 판정된다. 또한, 투과율을 나타내는 지표로서 흡수율을 사용하는 경우에는, 흡수율이 70% 이하인지 여부를 판정 기준으로 하면 좋다. 또한, 이 판정 기준은, 사용하는 레이저 가공 장치의 가공 조건, 피가공물의 물성, 두께 등을 고려하여 적절하게 결정되면 좋다.

(개질층 형성 단계)

상기한 개질층 형성 판정 단계(S4)에 있어서 Yes라고 판정되었다면, 다음에 개질층 형성 단계(S5)를 실시한다. 상기한 바와 같이, 투과율(R)의 산출은, 더미 웨이퍼(100)에 기초하여 산출한 것이지만, 실제의 개질층의 형성은 디바이스(14)가 형성된 실리콘 웨이퍼(110)에 대하여 실시된다. 구체적으로는, 복수의 실리콘 웨이퍼(110)가 수용된 카세트(도시는 생략함)로부터 반송되고, 척 테이블(34)에 배치된 실리콘 웨이퍼(110)에 대하여 레이저 가공이 실시된다. 이 때에 조사되는 레이저 광선(LB')은, 제1 검출 단계(S1), 제2 검출 단계(S2)에 있어서 조사된 레이저 광선(LB)과 동일한 파장을 갖는 레이저 광선이지만, 실제로 개질층을 형성하기 위해서 투과율을 산출할 때의 레이저 광선(LB)보다도 높은 출력이 설정된다.

이 개질층 형성 단계(S5)는, 우선 전술한 도 1에 도시된 레이저 가공 장치(2)의 척 테이블(34) 상에 실리콘 웨이퍼(110)의 이면(110b) 측을 상면으로 하여 배치한다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 도시하지 않은 흡인 수단을 작용시킴으로써 척 테이블(34)의 흡착척(35) 상에 실리콘 웨이퍼(110)를 흡인 유지한다. 또한, 실리콘 웨이퍼(110)의 표면(110a) 측에 보호 테이프를 붙이고, 보호 테이프를 통해 흡착척(35) 상에 흡착시켜도 좋다. 이와 같이 하여, 실리콘 웨이퍼(110)를 흡인 유지한 척 테이블(34)은, 이동 수단(23)에 의해 촬상 수단(26)의 바로 아래에 위치된다.

실리콘 웨이퍼(110)가 유지된 척 테이블(34)이 촬상 수단(26)의 바로 아래에 위치되면, 촬상 수단(26) 및 제어 장치(20)에 의해 실리콘 웨이퍼(110)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(26) 및 제어 장치(20)는, 반도체 웨이퍼(2)의 미리 정해진 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(112)과, 분할 예정 라인(112)을 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(24)의 집광기(241)와의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트를 수행한다. 또한, 실리콘 웨이퍼(110)에 형성되어 있는 상기 미리 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 분할 예정 라인(112)에 대해서도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 수행된다. 이 때, 실리콘 웨이퍼(110)의 분할 예정 라인(112)이 형성되어 있는 표면(110a)은 하측에 위치하고 있지만, 전술한 바와 같이, 촬상 수단(26)은, 적외선 조명 수단과 적외선을 포착하는 광학계 및 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있기 때문에, 이면(110b) 측에서 비추어 표면(110a) 측의 분할 예정 라인(112)을 촬상할 수 있다.

이상과 같이 하여 척 테이블(34) 상에 유지된 실리콘 웨이퍼(110)에 형성되어 있는 분할 예정 라인(112)을 검출하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 행해졌다면, 도 4에 도시된 바와 같이 척 테이블(34)을, 집광기(241)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동하고, 미리 정해진 분할 예정 라인(112)의 일단을 레이저 광선 조사 수단(24)의 집광기(241)의 바로 아래에 위치시킨다. 다음에, 집광기(241)로부터 조사되는 레이저 광선(LB')의 집광점을 반도체 웨이퍼(2)의 표면(110b)으로부터 미리 정해진 깊이 위치에 위치시킨다. 그리고, 집광기(241)로부터 실리콘 웨이퍼(110)에 대하여 제1 검출 단계(S1), 제2 검출 단계(S2)에 있어서 조사한 레이저 광선(LB)과 동일 파장이며 출력이 큰 레이저 광선(LB')을 조사하면서, 척 테이블(34)을 도 4에 있어서 화살표 X로 나타낸 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 분할 예정 라인(112)의 타단이 집광기(241)의 조사 위치에 도달하면, 레이저 광선(LB')의 조사를 정지함과 더불어 척 테이블(34)의 이동을 정지한다. 이와 같이 하여 개질층(120)을 형성하는 레이저 가공을, 이동 수단(22)에 의해 척 테이블(34)의 회전, 및 이동을 실시하면서, 실리콘 웨이퍼(110)의 내부에, 도 4에 도시된 바와 같은 개질층(120)을 형성하고, 최종적으로는, 모든 분할 예정 라인(112)을 따라 개질층(120)을 형성한다.

상기 개질층 형성 단계(S5)에 있어서 실시되는 레이저 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정된다.

파장 : 1342 ㎚의 펄스 레이저

반복 주파수 : 90 kHz

평균 출력 : 1.7 W

가공 이송 속도 : 700 ㎜/초

또한, 상기한 제1 검출 단계(S1), 제2 검출 단계(S2), 개질층 형성 단계(S5)에서는, 파장이 1342 ㎚인 레이저 광선(LB, LB')을 조사하였지만, 본 발명은, 파장이 1342 ㎚인 레이저 광선인 것에 한정되지 않고, 피가공물의 물성이나, 선택한 레이저 광선 조사 수단(24)에 따라 근적외선의 파장 영역, 예컨대, 1000 ㎚∼2500 ㎚ 파장의 레이저 광선으로부터, 임의의 파장을 선택할 수 있다.

(레이저 가공 중지 단계)

도 3으로 되돌아가 계속해서 설명하면, 개질층 형성 판정 단계(S4)에 있어서, 산출된 투과율(R)이 미리 정해진 조건(30% 이상)을 만족하지 않아, No라고 판정되었다면, 개질층 형성 단계(S5)로 진행하지 않고, 레이저 가공 중지 단계(S6)로 진행한다. 이러한 투과율(R)의 실리콘 웨이퍼(110)에서는, 투과율이 너무 낮기 때문에, 설정된 조건인 가공 조건에 기초하여 레이저 가공을 실시하여도, 실리콘 웨이퍼(110)의 내부에 양호한 개질층(120)을 형성할 수 없다고 판단된다. 따라서, 그 후에 설정된 레이저 가공을 중지한다. 또한, 이 레이저 가공 중지 단계(S6)에 의해 레이저 가공을 중지했을 경우여도, 레이저 가공 조건을 변경함으로써 대응할 수 있는 경우에는, 레이저 가공 조건의 재설정(레이저 광선의 파장, 출력의 변경 등)을 행한 후에, 개질층(120)의 형성을 행하는 개질층 형성 단계를 실행하는 것으로 하여도 좋다.

본 발명은, 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한, 여러 가지 변형예를 상정할 수 있다.

예컨대, 상기한 실시형태에서는, 피가공물인 실리콘 웨이퍼(110)를 구성하는 더미 웨이퍼(100)를 이용하여 투과율을 산출하고, 실리콘 웨이퍼(110)가 개질층의 형성에 적합한지 여부를 판정하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 실리콘 웨이퍼(110)에는, 디바이스(114)가 형성되어 있지 않은 외주 영역(110c)이 있으며, 상기한 제2 검출 단계에서 더미 웨이퍼(100) 대신에 실리콘 웨이퍼(110)를 배치하고, 그 때에 외주 영역(110c)이 파워미터(36)의 수광 소자를 덮도록 배치하여, 유지한다. 그리고, 실리콘 웨이퍼(110)의 외주 영역(110c)에 레이저 광선(LB)을 조사하여 투과하는 레이저 광선을 파워미터(36)에 의해 수광하여 제2 파워를 검출함으로써 실제로 가공이 행해지는 실리콘 웨이퍼(110)의 투과율을 산출하여도 좋다. 이와 같이 하면, 실제로 디바이스(114)를 기판 상에 형성하는 과정에서 발생한 투과율의 변화도 가미한 투과율이 되어, 보다 정밀하게 투과율을 파악할 수 있어, 개질층 형성 판정에 반영시킬 수 있다.

2 : 레이저 가공 장치 20 : 제어 장치
22 : 유지 수단 23 : 이동 수단
33 : 커버판 34 : 척 테이블
35 : 흡착척 36 : 파워미터
40 : X 방향 이동 수단 42 : Y 방향 이동 수단
100 : 더미 웨이퍼 110 : 실리콘 웨이퍼
110a : 표면 110b : 이면
110c : 외주 잉여 영역 112 : 분할 예정 라인
114 : 디바이스

Claims

피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고 조사(照射)하여 개질층을 형성하는 집광기를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 적어도 구비한 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법으로서,
상기 레이저 광선 조사 수단의 집광기를 파워미터에 대치시켜 레이저 광선을 조사하고 제1 파워를 검출하는 제1 검출 단계와,
상기 집광기와 상기 파워미터 사이에 피가공물을 위치시켜 레이저 광선을 조사하고 제2 파워를 검출하는 제2 검출 단계와,
상기 제1 파워와 상기 제2 파워로부터 피가공물의 투과율을 나타내는 지표를 산출하는 투과율 산출 단계와,
상기 투과율을 나타내는 지표로부터 피가공물의 내부에 개질층을 형성할 수 있는지 여부를 판정하는 개질층 형성 판정 단계, 그리고
상기 개질층 형성 판정 단계에 의해 개질층을 형성할 수 있다고 판정된 피가공물에 대하여 레이저 광선의 집광점을 내부에 위치시키고 조사하여 개질층을 형성하는 개질층 형성 단계
를 적어도 포함하고,
상기 파워미터는, 상기 유지 수단에 배치되는 척 테이블에 인접하여 배치되어 있고, 상기 집광기와 상기 유지 수단을 상대적으로 이동시키고 상기 제1 검출 단계를 실시하고,
상기 유지 수단의 척 테이블로부터 밀려나와 상기 파워미터에 이르도록 피가공물을 상기 척 테이블에 유지하고, 상기 제2 검출 단계를 실시하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 피가공물은 실리콘 웨이퍼이며, 레이저 광선의 파장은 근적외선인 레이저 가공 방법.
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