KR20090100986A - 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘웨이퍼 절단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 다이싱 혹은 스크라이빙 후 칩의 강도 저하를 방지하거나, 높은 첨두 출력으로 인한 흡수율의 영향을 최소화하여 일반적인 광학계를 사용하여도 불량의 문제점을 방지할 수 있는 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법에 관한 것이다.

본 발명인 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법은,

실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 있어서,

실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 계면활성제도포단계와;

상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식하는 절단선인식단계와;

상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 다이싱하는 웨이퍼다이싱단계와;

상기 다이싱된 실리콘 웨이퍼를 세척하는 세척단계;를 포함하여 이루어져서 웨이퍼 다이싱 후 다이 강도 저하를 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 30피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생된 레이저 빔을 실리콘 웨이퍼 다이싱에 적용함으로써 칩의 강도 저하를 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

또한, 30피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생된 레이저 빔을 실리콘 웨이퍼 스크라이빙에 적용함으로써 박리 현상을 억제할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

반도체, 다이싱, 스크라이빙, 초단 펄스폭.

Description

초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법{silicon wafer cutting method using of picosec laser device.}

본 발명은 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 다이싱 혹은 스크라이빙 후 칩의 강도 저하를 방지하거나, 높은 첨두 출력으로 인한 흡수율의 영향을 최소화하여 일반적인 광학계를 사용하여도 불량의 문제점을 방지할 수 있는 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법에 관한 것이다.

반도체 제조는 경박단소화라는 추세에 힘입어 기존 blade wheel 방식의 접촉식 절단 방식으로 적용할 경우에 칩핑(chipping), 크랙(crack) 등과 같은 많은 불량이 발생하고 있으며, 또한 웨이퍼의 두께가 얇아질수록 가공 속도가 현저하게 감소되는 문제점을 갖고 있었다.

실리콘 웨이퍼의 레이저 적용시 두께가 얇아질수록 가공 속도가 빨라지고 접 촉하지 않는 방식으로 chipping과 같은 결함을 발생시키지 않아 지금까지 많은 레이저 업체들과 반도체 장치 업체들이 레이저를 이용한 웨이퍼 절단 장치 및 표면 패턴 제거용 스크라이빙 장치를 개발하기 위해 노력하고 있는 중이다.

레이저의 적용은 크게 절단부의 실리콘 또는 패턴 물질을 어블레이션시켜 분리시키는 일반적인 레이저 절단법과 기타 웨터젯과 레이저를 하이브리드화한 기법, 웨이퍼 중간층에 레이저를 이용한 마이크로 크랙 형성후 익스팬팅시켜 분리시키는 방식 등 다양하게 개발되고 있다.

그러나 전통적인 어블레이션을 통한 절단방식은 실리콘의 흡수율을 고려한 UV 개통의 레이저가 많이 사용되고 있으나, 레이저 조사시 발생되는 열적 변화(HAZ)에 따른 칩의 강도가 저하되는 문제점을 해결하지 못하고 있으며, 이를 해결하기 위한 다양한 방식이 거론되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로,

본 발명의 목적은 30피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생된 레이저 빔을 실리콘 웨이퍼 다이싱에 적용함으로써 칩의 강도 저하를 방지할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 다른 목적은 30피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생된 레이저 빔을 실리콘 웨이퍼 스크라이빙에 적용함으로써 박리 현상을 억제할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,

본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법은,

실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 있어서,

실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 계면활성제도포단계와;

상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식하는 절단선인식단계와;

상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 다이싱하는 웨이퍼다이싱단계와;

상기 다이싱된 실리콘 웨이퍼를 세척하는 세척단계;를 포함하여 이루어져서 웨이퍼 다이싱 후 다이 강도 저하를 방지하는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법은 30피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생된 레이저 빔을 실리콘 웨이퍼 다이싱에 적용함으로써 칩의 강도 저하를 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

또한, 30피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생된 레이저 빔을 실리콘 웨이퍼 스크라이빙에 적용함으로써 박리 현상을 억제할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법은,

실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 있어서,

실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 계면활성 제도포단계와;

상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식하는 절단선인식단계와;

상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 다이싱하는 웨이퍼다이싱단계와;

상기 다이싱된 실리콘 웨이퍼를 세척하는 세척단계;를 포함하여 이루어져서 웨이퍼 다이싱 후 다이 강도 저하를 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법은,

실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 있어서,

실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 계면활성제도포단계와;

상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식하는 절단선인식단계와;

상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 스크라이빙하는 웨이퍼스크라이빙단계와;

상기 스크라이빙된 실리콘 웨이퍼를 세척하는 세척단계;를 포함하여 이루어져서 웨이퍼 스크라이빙 후 박리 현상을 억제하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 웨이퍼다이싱단계에서 사용되는 레이저 장치는 30 피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 웨이퍼스크라이빙단계에서 사용되는 레이저 장치는 30 피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 종래의 레이저 장치를 이용하였을 경우에 발생되는 실리콘 웨이퍼의 열영향부를 나타낸 사진이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법에 의해 발생되는 실리콘 웨이퍼의 열영향부를 나타낸 사진이다.

도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 전통적인 어블레이션을 통한 절단 방식은 실리콘의 흡수율을 고려한 UV 계통의 레이저 장치를 주로 사용하고 있으나, 도 1과 같이 레이저 조사시 발생되는 열적 변화(HAZ)에 따른 칩의 강도 저하 문제점을 해결할 수 없었으나, 도 2와 같이 본 발명을 통해 종래의 칩의 강도 저하를 방지하기 위하여 30피코섹(ps) 이하의 레이저 빔을 실리콘 웨이퍼의 다이싱 혹은 스크라이빙시 적용하게 되면 열적인 전달이 방지될 수 있으며, 열적 영향부가 없다는 것을 절단면 분석(FIB)을 통해 확인할 수 있었다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법 및 종래의 레이저 장치를 이용한 절단 방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 강도를 비교한 비교도이다.

도 3에 도시한 바와 같이 종래의 레이저 장치 및 30 피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용하여 실리콘 웨이퍼를 절단한 후 강도를 UTM을 이용하여 비교한 결과 30 피코섹 이하의 펄스폭을 갖는 레이저로 절단한 칩은 300% 이상의 강도 증가를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

도 4는 종래의 UV 레이저 장치를 이용하였을 경우에 발생되는 표면 박리현상을 나타낸 사진이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법에 의해 발생되는 표면 박리현상을 나타낸 사진이다.

도 4 내지 도 5에 나타난 바와 같이, 일반적으로는 반도체 웨이퍼의 패턴 물질 중 상부의 SiO2 층과 같은 레이저 흡수가 매우 낮은 물질과 흡수율이 높은 물질의 상호 상이한 흡수관계로 인한 불량을 방지하기 위해 특별한 광학계를 사용하여야 했으나, 30피코섹 이하에서는 높은 첨두출력으로 인해 흡수율의 영향을 최소화되어 일반적인 광학계를 사용하여도 표면물질의 박리 현상을 억제할 수 있었다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법은,

실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 있어서,

실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 계면활성제도포단계(S110)와;

상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식하는 절단선인식단계(S120)와;

상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 다이싱하는 웨이퍼다이싱단계(S130)와;

상기 다이싱된 실리콘 웨이퍼를 세척하는 세척단계(S140);를 포함하여 이루어져서 웨이퍼 다이싱 후 다이 강도 저하를 방지하는 것을 특징으로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법은,

실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 있어서,

실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 계면활성제도포단계(S110)와;

상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식하는 절단선인식단계(S220)와;

상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 스크라이빙하는 웨이퍼스크라이빙단계(S230)와;

상기 스크라이빙된 실리콘 웨이퍼를 세척하는 세척단계(S240);를 포함하여 이루어져서 웨이퍼 스크라이빙 후 박리 현상을 억제하는 것을 특징으로 한다.

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 힘들게 되며, 고밀도의 빛 에너지가 실리콘 웨이퍼와 반응하며 형성되는 열적 현상으로 가공부 주위에 열변형부가 형성되게 된다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인이 특허 출원하여 등록된 537494호인 계면활성제 도포 방법을 이용한 실리콘 웨이퍼의 레이저절단 방법에 의해 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 최소화할 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.

상기한 실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포(S110) 한 후, 상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식(S120)하게 되는데, 상기 절단선을 확인하고 인식하는 기술은 이미 당업자들에게 널리 알려진 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 다이싱(S130)한 후 다이싱된 실리콘 웨이퍼를 세척(S140)함으로써, 웨이퍼 다이싱 후 다이 강도 저하를 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 다른 일실시예에 따라 실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포(S210)한 후, 상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식(S220)하여 상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 스크라이빙(S230)한 후 스크라이빙된 실리콘 웨이퍼를 세척(S240)함으로써 웨이퍼 스크라이빙 후 박리 현상을 억제할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 웨이퍼다이싱단계에서 사용되는 레이저 장치는 30 피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 것을 사용하게 되며, 상기 웨이퍼스크라이빙단계에서 사용되는 레이저 장치 또한 30 피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 것을 사용하게 됨으로써 본 발명의 효과를 발생시킬 수 있게 된다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명인 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법은 30피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생된 레이저 빔을 실리콘 웨이퍼 다이싱에 적용함으로써 칩의 강도 저하를 방지할 수 있는 효과를 제공하게 되어 웨이퍼의 레이저 절단 분야에 널리 유용하게 활용될 것이다.

도 1은 종래의 레이저 장치를 이용하였을 경우에 발생되는 실리콘 웨이퍼의 열영향부를 나타낸 사진이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법에 의해 발생되는 실리콘 웨이퍼의 열영향부를 나타낸 사진이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법 및 종래의 레이저 장치를 이용한 절단 방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 강도를 비교한 비교도이다.

도 4는 종래의 UV 레이저 장치를 이용하였을 경우에 발생되는 표면 박리현상을 나타낸 사진이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법에 의해 발생되는 표면 박리현상을 나타낸 사진이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims (4)

1. 실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 있어서,

   실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 계면활성제도포단계와;

   상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식하는 절단선인식단계와;

   상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 다이싱하는 웨이퍼다이싱단계와;

   상기 다이싱된 실리콘 웨이퍼를 세척하는 세척단계;를 포함하여 이루어져서 웨이퍼 다이싱 후 다이 강도 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법.
2. 실리콘 웨이퍼의 소정의 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법에 있어서,

   실리콘 웨이퍼의 상층에 수용성 액상 계면활성제를 얇게 도포하는 계면활성제도포단계와;

   상기 계면활성제가 도포된 실리콘 웨이퍼의 절단선을 고배율의 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 확인하여 인식하는 절단선인식단계와;

   상기 절단선이 인식된 실리콘 웨이퍼에 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치에서 발생되는 레이저 빔을 조사하여 스크라이빙하는 웨이퍼스크라이빙단계와;

   상기 스크라이빙된 실리콘 웨이퍼를 세척하는 세척단계;를 포함하여 이루어져서 웨이퍼 스크라이빙 후 박리 현상을 억제하는 것을 특징으로 하는 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 웨이퍼다이싱단계에서 사용되는 레이저 장치는 30 피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 것을 특징으로 하는 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 웨이퍼스크라이빙단계에서 사용되는 레이저 장치는 30 피코섹 이하의 펄스폭을 발생시키는 것을 특징으로 하는 초단 펄스폭을 발생시키는 레이저 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 절단 방법.

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