KR20020076774A - 엑시머 레이져를 이용한 웨이퍼 절단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 절단 방법에 관한 것이다. 종래 기술에 따른 Nd-YAG 레이져를 이용하여 웨이퍼를 절단하는 경우, 웨이퍼 상에는 열에 의해 발생되는 용출물과 변형 및 칩핑(chipping) 불량이 발생되었다.
따라서, 본 발명은 Nd-YAG 레이져보다 작은 파장을 갖는 자외선 영역의 엑시머 레이져(excimer LASER)를 이용하여 웨이퍼를 절단함으로써, 절단 시 발생되는 웨이퍼의 칩핑 불량이나 열에 의한 변형을 감소시킬 수 있다.

Description

엑시머 레이져를 이용한 웨이퍼 절단 방법 {Method for scribing wafer using excimer LASER}
본 발명은 웨이퍼 절단 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 웨이퍼를 절단하는 절단 수단으로써 엑시머 레이져(excimer LASER)를 이용한 웨이퍼 절단 방법에 관한 것이다.
레이져(LASER; Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)는 그 풀이말에서 해석되는 바와 같이 유도 방출 과정에 의해 증폭된 빛을 의미하며,태양 광선과 같은 광선과는 달리 접속성(collimation), 단색성(monochromatic), 직진성(directional), 간섭성(coherent) 등의 특성을 지니고 있다.
레이져 장치는 크게 공진기, 광증폭기, 펌프로 구성된다. 펌프로부터 제공된 에너지에 의해 광증폭기로부터 빛이 유도 방출되고, 이러한 빛은 공진기에 의해 광증폭기로 반사되어 증폭됨으로써 고밀도의 레이져가 방출되도록 한다. 일반적으로 레이져의 종류는 광증폭기의 매질에 따라 분류되며, 사용되는 매질로는 기체 매질, 액체 매질, 고체 매질, 반도체 매질 등이 있다.
이중에서 기체 매질을 이용한 레이져의 매질로써 CO2, He-Ne, Ar, Kr, CO, HF, H, N 등이 있다. 특히 Ar과 HF 혼합가스 또는 Kr과 HF 혼합가스의 원적외선 스펙트럼에서 나오는 방출광을 엑시머 레이져라고 하며, 1975년 J. J. Ewing과 C. Brau에 의해 개발되었다. ArF 엑시머 레이져의 파장은 약 193㎚이고, KrF 엑시머 레이져의 파장은 약 248㎚이다.
또한 고체 매질을 이용한 레이져는 불순물이 미량 첨가된 단결정 또는 비정질 물질을 사용하며, 그 예로는 Nd-YAG 레이져, Nd-YLF 레이져 등이 있다. Nd-YAG 레이져는 파장이 약 1.064㎛이며, 레이져 매질로 사용된 YAG(Yttrium Aluminum Garnet)에 희토류 물질인 Nd가 첨가된 것이다.
이러한 레이져는 절단, 형상가공, 용접, 표면경화, 마킹, 드릴링 등의 일반 산업분야와 외과수술용, 피부과, 치과용 등의 의료기기, 광통신, 컴퓨터 산업 등에 널리 사용되고 있다. 특히 레이져를 이용한 재료가공은 레이져를 열원으로 사용하여 다른 방법에 비해 매우 높은 에너지 밀도를 갖는 레이져를 재료에 공급할 수 있는 특징이 있다. 따라서 레이져를 이용하면, 재료 가공을 정확하고, 공정을 단순화 할 수 있을 뿐 아니라 출력제어가 용이하여 반사체를 이용한 원거리 전송이 가능하다는 장점이 있다.
반도체 산업의 경우, 웨이퍼를 개개의 반도체 칩으로 절단하는 쏘잉 장치에 레이져를 이용할 수 있다. 종래 기술에 따른 레이져를 이용한 쏘잉 장치에는 Nd-YAG 레이져를 이용함으로써, 고속으로 회전하는 블레이드(blade)를 사용하여 웨이퍼를 절단할 때보다 칩핑(chipping) 등의 불량을 감소시킬 수 있었다. 칩핑은 반도체 칩의 모서리가 깨어지는 불량으로써 웨이퍼의 두께가 얇아질수록 반도체 칩의 신뢰도 저하에 큰 영향을 준다.
그러나 Nd-YAG 레이져를 웨이퍼 절삭 시 사용하는 경우, 레이져의 열에 의한 용출물이 남아있고, 열에 의한 변형 등이 발생되며, 칩핑 불량이 여전히 발생되므로 미세 가공 또는 박형 웨이퍼의 가공 시 부적합한 문제점이 있다.
본 발명에서는 Nd-YAG 레이져보다 파장이 짧은 자외선(ultra violet; UV) 영역의 레이져인 엑시머 레이져를 이용하여, 문제점을 해결하고자 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 엑시머 레이져를 이용하여 웨이퍼를 절단하는 방법을 제공함으로써, 레이져의 열에 의해 발생되는 용출물과 열에 의한 변형 및 칩핑 불량을 감소시키는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엑시머 레이져를 이용한 절단장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
1 : 테이블
2 : 웨이퍼
10a : 엑시머 레이져 빔 발사부
10b : 엑시머 레이져 몸체
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 엑시머 레이져를 이용한 웨이퍼 절단 방법은, 패브리케이션 공정이 완료되어 미세 회로가 형성된 웨이퍼를 준비하는 단계;와 웨이퍼를 테이블에 안착하는 단계; 및 웨이퍼 전면에 엑시머 레이져를 조사하여 복수개의 개별 반도체 칩으로 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 엑시머 레이져를 이용한 절단장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
먼저, 패브리케이션(fabrication; FAB) 공정이 완료되어 미세 회로가 형성된 웨이퍼(2)를 준비하는 단계를 거친다.
이어, 웨이퍼(2)를 엑시머 레이져 절단장치의 테이블(1)에 안착시킨다.
이어, 웨이퍼(1) 전면에 엑시머 레이져를 조사하여 복수개의 개별 반도체 칩으로 절단함으로써 절단공정은 완료된다. 엑시머 레이져 몸체(10b)에서 형성된 엑시머 레이져는 엑시머 레이져 빔 발사부(10a)에서 소정의 스팟 사이즈(spot size)로 조절되어 웨이퍼(2)에 조사된다. 이때 스팟 사이즈는 웨이퍼(2)에 형성된 개별 반도체 칩간의 거리 이내로 조절되어 적합한 크기의 반도체 칩으로 절단되도록 한다. 또한 테이블(1)은 X축 또는 Y축으로 이동함으로써 웨이퍼(2)의 스크라이브 라인을 따라 절단되도록 조절된다.
본 발명에 따른 엑시머 레이져를 이용하여 웨이퍼(2)를 절단한 경우, Nd-YAG레이져를 이용하여 절단한 경우보다 칩핑이나 열에 의한 변형이 감소되는 것으로 나타났다.
엑시머 레이져와 Nd-YAG 레이져를 이용하여 웨이퍼를 절단한 경우, 칩핑이 발생된 부분의 치수, 즉 칩핑 사이즈를 측정하여 비교하면, 최대 칩핑 사이즈는 엑시머 레이져를 사용한 경우 약 9㎛이고 Nd-YAG 레이져를 사용한 경우 약 24㎛인 것으로 나타났다.
또한 열에 의해 변형된 부분의 크기는 엑시머 레이져를 사용한 경우 약 2-3㎛이고, Nd-YAG 레이져를 사용한 경우 약 24㎛인 것으로 나타났다.
파장(λ)과 에너지(E)와의 관계식에서 나타난 바와 같이 파장이 짧을수록 높은 에너지를 갖는다(여기서, h는 프랭클린 상수로 6.626176×10-34J s 이고, c는 광속으로 3×10-8m/s임). 상술한 바와 같이 엑시머 레이져는 CO2레이져와 Nd-YAG 레이져보다 파장이 짧으므로 에너지가 더 크다.
웨이퍼의 절단은 웨이퍼를 이루고 있는 분자간의 결합의 분해를 의미하므로, 높은 에너지를 가질수록 분자 결합을 끊는 것이 용이하다. 엑시머 레이져는 CO2레이져(λ=10.6㎛)나 Nd-YAG 레이져보다 높은 에너지를 갖고 있으므로 단시간 내에 고효율의 절단이 가능하다. 따라서 레이져에 의한 열 흡수가 비교적 낮은 편이므로, 용융(melting), 흐름(flowing), 재 형성(debris formatiom) 등의 열에 따른 문제가 감소된다.
또한 엑시머 레이져는 스팟 사이즈가 작으면서 고 에너지인 레이져 빔이 조사되어 웨이퍼 절단 시 미세 간격으로의 절단이 가능하다.
더불어 일반적으로 인체에 해로운 영역의 파장은 300㎚이하이고, 엑시머 레이져의 경우 인체에 해롭지 않은 영역의 레이져이므로 레이져의 단파장으로 인한 문제점이 발생되지 않는다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 엑시머 레이져를 이용하여 웨이퍼를 절단하면, 웨이퍼의 칩핑 불량이나 열에 의한 변형이 감소될 수 있다.

Claims (1)

  1. 패브리케이션 공정이 완료되어 미세 회로가 형성된 웨이퍼를 준비하는 단계;와
    상기 웨이퍼를 테이블에 안착하는 단계; 및
    상기 웨이퍼 전면에 엑시머 레이져를 조사하여 복수개의 개별 반도체 칩으로 절단하는 단계;를 포함하는 엑시머 레이져를 이용한 웨이퍼 절단 방법.
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KR100681390B1 (ko) * 2005-03-18 2007-02-09 (주)한빛레이저 레이저빔의 초점위치를 임의의 3차원으로 고속이동 시킬 수 있는 광집속장치와 광편향장치를 이용한 반도체웨이퍼의 레이저 다이싱 및 스크라이빙 방법

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