KR20050032957A - 계면활성제 도포 방법을 이용한 실리콘 웨이퍼 레이저절단 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 레이저 빔을 이용하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 관한 것이다. 종래에는 다이아몬드 블레이드 다이싱(dicing) 또는 스크라이빙(scribing)한 후 브레이킹(breaking)하는 방법 등 다양한 기계적인 방법이 행하여 왔으나, 많은 문제점으로 인해 비 접촉 가공이 가능한 레이저의 적용이 활발히 진행 중이다. 그러나 레이저를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단가공 시 발생되어 웨이퍼 표면에 융착된 분진(debris)과, 레이저 빔 조사시 발생되는 열 영향이 해결해야 할 문제점으로 남아있다. 본 고안은 200nm에 서 550nm 파장대역 사이의 단파장 레이저 빔이 사용되며, 바람직하게 는 355nm인 자외선 레이저가 사용된다. 또한 실리콘 웨이퍼 상층에 수용성 계면활성제를 도포하여 절단 시 생성되는 분진이 실리콘 웨이퍼에 융착되는 현상과 절단부 주변에 발생되는 열 영향을 방지하여 절단면의 품질을 향상시켰다.

Description

계면활성제 도포 방법을 이용한 실리콘 웨이퍼 레이저 절단 방법 및 장치{The method and apparatus for Silicon wafer laser dicing with surfactant coating}
종래에는 다이아몬드 블레이드 다이싱 또는 스크라이빙(scribing)한 후 브레이킹(breaking)하는 방법 등의 기계적인 방법과 레이저 다이싱이 일반적으로 행해 지고 있다. 스크라이빙은 완전히 절단하는 것이 아니라 절단홈을 형성하여 그후 개별 칩으로 절단하는 브레이킹 공정이 추가되어 생산성을 저하시키며, 실리콘 웨이퍼가 두껍거나 너무 얇은 경우 불가능해지는 문제점을 갖고 있다. 또한 다이아몬드 블레이드의 경우 톱날의 마모로 인한 품질 유지, 치핑 또는 크랙의 발생, 직선 절단 가공만 가능한 한계 등 많은 문제점을 앉고 있으며, 특히 얇은 웨이퍼(50~150㎛ 두께)의 경우 다이아몬드 톱날의 하중에 의한 균열 및 깨짐 현상이 심해 매우 저속으로 가공할 수 없다. 그러나 레이저 빔을 이용한 레이저 다이싱의 경우 가공물과 접촉하지 않아 물리적 하중에 의한 균열 등의 문제를 유발하지 않으며, 레이저 빔의 자유로운 조사가 가능하여 엇갈린 절단선의 가공이 가능하며, 또한 절단폭이 작아 웨이퍼 한 장당 수율을 높일 수 있다. 그러나 레이저에 의한 실리콘 웨이퍼 가공시 발생되는 분진과 오염, 레이저 빔의 열적 반응에 의한 가공부 주변 열영향 등의 문제점이 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 방법의 연구가 진행중이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 종래 기계적인 절단 방법의 문제점과, 레이저 빔을 이용한 절단 방법에서 발생되는 모든 문제를 해결하며, 레이저 빔을 이용한 가공 장점을 그대로 활용하여 취성이 강한 실리콘 웨이퍼를 레이저 빔으로 절단하는 반도체 제조에 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 절단하는 방법을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
(a) 실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 단계와,
(b) 상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인, 인식하는 단계와,
(c) 상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼를 스케너나 직교 로봇을 이용해 레이저 빔을 자유롭게 조사하여 절단하는 단계와,
(d) 상기 절단된 실리콘 웨이퍼 상층에 도포된 계면활성제와 절단시 발생된 분진을 제거하기위한 세척 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 절단용 레이저 빔으로는 그 파장이 200nm 내지 550nm인 레이저빔, 바람직하게는 파장이 355nm인 자외선 레이저 빔이 사용된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 레이저 절단시 분진에 의한 오염과 열적 현상에 의한 변형을 최소화하여 보다 용이하게 절단할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 따른 실리콘 웨이퍼의 레이저 절단 장치와 원리를 상세히 설명한다.
도2는 일반적인 실리콘 웨이퍼 절단과 고안된 계면활성제를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단의 차이를 설명한 모식도로 도2의 (a)는 실리콘 웨이퍼의 레이저 절단시 발생되는 현상과 문제점을 나타내었다. 실리콘 웨이퍼에 레이저를 조사하여 절단을 실시하였을 경우 고밀도에 에너지는 국부적인 영역에 밀집되어 실리콘 웨이퍼는 액화 또는 기화되어 불특정 방향으로 비산되고, 재응고되어 가공부 주위에 분진이 형성되게 된다. 이때 생성된 분진은 대상물 표면에 융착되어 단순한 세척 공정을 이용하여 제거하기 힘든다. 또한 고밀도의 빛 에너지가 실리콘 웨이퍼와 반응하며 형성되는 열적 현상으로 가공부 주위에 열 변형부가 형성되게 된다. 이러한 문제점은 도2의 (b)와 같이 실리콘 웨이퍼 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포한 후 레이저 빔 조사해 절단함으로서 해결할 수 있다. 액상의 계면활성제는 레이저 조사시 발생되는 열적 현상을 현저히 감소시키고 절단부의 열변형 현상을 최소화 할 수 있으며, 절단시 발생되는 분진을 웨이퍼 표면에 도달하기 전 냉각시켜 융착현상을 방지하며 계면활성제가 갖는 점성이 실리콘 웨이퍼의 보호막 작용을 하여 분진에 의한 오염을 방지할 수 있다. 또한 수용성으로 반도체 공정중 필수공정인 세척공정에서 도포된 계면활성제 층은 가공시 발생된 분진과 함께 쉽게 제거될 수 있다.
도3은 레이저 빔을 이용한 실리콘 웨이퍼의 절단부에 적용된 결과를 나타내는 현미경 사진이다. 도3의 (a)는 실리콘 웨이퍼에 레이저 빔을 직접 조사하여 절단한 후 세척한 그림으로 절단부 주위에 많은 분진이 융착된 것과, 열에 의한 변색과 같은 변형을 있음을 설명한다. 도3의 (b)는 계면활성제 층을 도포한 후 레이저 빔을 조사하여 절단한 후 세척한 그림으로 계면활성제 층이 절단부의 분진의 융착, 열적 변형을 방지한 것을 설명한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명으로 레이저 빔을 이용한 실리콘 웨이퍼 절단시 발생되는 분진에 의한 오염과 가공부의 열영향을 최소화시키므로 종래의 실리콘 웨이퍼를 절단하기 위해 사용되던 기계적방법과 레이저를 이용한 방법에 비해 향상된 절단 품질과 우수한 절단 능력으로 반도체 생산에서 가공 시간 단축과 불량률 감소, 실리콘 웨이퍼 장당 수율을 향상으로 생산성을 증대시키는 효과가 있다.
도 1: 계면활성제를 도포한 실리콘 웨이퍼의 절단 공정도.
(a) 수용성 액상 계면활성제 도포 공정
(b) 비젼 시스템을 이용한 절단부 인식 공정
(c) 스케너나 직교 로봇을 이용한 레이저 빔 조사와 절단 공정
(d) 세척 공정
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.
1; 계면활성제 2; 실리콘 웨이퍼
3; 고배율 CCD 카메라 4; 레이저 발생장치
5; 레이저 빔 집속장치 6; 레이저 빔
7; 세척수
도2: 본 발명의 계면활성제 도포에 의한 실리콘 웨이퍼 절단 방법을 설명하기 위한 모식도.
(a) 기존의 레이저 빔의 조사에 의한 실리콘 웨이퍼의 절단 현상
(b) 계면활성제를 도포 후 레이저 빔의 조사에 의한 실리콘 웨이퍼의 절단 현상
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명,
8; 실리콘 웨이퍼 9; 열영향부
10; 분진 11; 플라즈마
12; 레이저 빔 13; 계면활성제 도포층
도3: 본 발명의 계면활성제 도포에 의한 실리콘 웨이퍼의 절단 특성을 설명하기 위한 현미경 사진.
(a) 기존의 레이저 빔의 조사에 의한 실리콘 웨이퍼의 절단부 현미경 사진
(b) 계면활성제를 도포 후 레이저 빔의 조사에 의한 실리콘 웨이퍼의 절단부 현미경 사진
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.
14; 열영향부 15; 융착된 분진
16; 절단부

Claims (5)

  1. 실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 절단하는 방법에 있어서;
    (가) 실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 단계;
    (나) 상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인, 인식하는 단계;
    (다) 상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼를 스케너나 직교로봇을 이용하여 UV(200nm-500nm) 레이저 빔을 자유롭게 조사하여 절단하는 단계와;
    (라) 상기 절단된 실리콘 웨이퍼를 세척는 단계;를 포함하며,
    상기 레이저 절단시 발생되는 분진과 열변형을 방지하는 레이저 절단 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구조를 기본으로 하는 자외선 레이저 특히 355nm 파장의 자외선 레이저를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법.
  3. 제 1항에 있어서
    수용성 계면 활성제를 대상물 상층에 도포시키고 절단후 세척하여 레이저 가공시 생기는 분진을 제거하고 대상물에 생기는 열 현상을 최소화 하는 방법
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 여타 화학적 또는 천연 도료를 대상물 상층에 도포시키고 절단 후 이것을 세척하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 레이저 절단 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 공정을 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 장치.
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