KR20100093041A - 가공대상물 절단방법 - Google Patents

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Abstract

가공대상물을 정밀도 좋게 절단할 수 있는 가공대상물 절단방법을 제공한다. 가공대상물(1)에 집광점(集光点)을 맞추어 레이저광을 조사함으로써, 가공대상물(1)의 외연(外緣)(E)으로부터 소정의 거리 내측으로 외연에 따라 설정된 개질(改質)영역 형성라인(15)을 따라서 가공대상물(1)에 개질영역을 형성하고, 절단예정라인(5)을 따라서 가공대상물(1)에 절단용 개질영역을 형성하며, 절단용 개질영역을 기점으로 하여 절단예정라인(5)을 따라서 가공대상물(1)을 절단한다. 이와 같이, 가공대상물(1)의 외연(E)으로부터 소정의 거리 내측에 설정된 개질영역 형성라인(15)을 따라서 가공대상물(1)에 개질영역을 형성함으로써, 가공대상물(1)을 절단할 때, 가공대상물(1)에 절단응력이 가해져도 형성된 개질영역 또는 개질영역으로부터 연장하는 균열에 의해서, 가공대상물(1)의 외연부(25)에서 생긴 균열이 내측으로 신장하는 것을 억제할 수 있다.

Description

가공대상물 절단방법{WORKING OBJECT CUTTING METHOD}
본 발명은 가공대상물을 절단예정라인을 따라서 절단하기 위한 가공대상물 절단방법에 관한 것이다.
종래의 가공대상물 절단방법으로서는 절단예정라인을 따라서 가공대상물에 절단기점(起点)영역을 형성하는 공정과, 절단기점영역을 기점으로 하여 절단예정라인을 따라서 가공대상물을 절단하는 공정을 포함하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌1]일본국특개2007-235069호공보
그렇지만, 상술한 바와 같은 가공대상물 절단방법에서는 가공대상물을 절단할 때, 절단을 위해서 가해지는 응력(이하, 「절단응력」이라고 함)에 의해서, 가공대상물의 외연부(外緣部)에서 생긴 갈라짐이 내측으로 신장해 버린다고 하는 문제가 있다. 가공대상물의 두께가 얇은 경우에는 가공대상물의 외연부에 칩핑(chipping)(결함)이 생기기 쉽기 때문에, 이러한 문제는 현저하게 된다.
그래서, 본 발명은 가공대상물을 정밀도 좋게 절단할 수 있는 가공대상물 절단방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관한 가공대상물 절단방법은 판상(板狀)의 가공대상물을 절단예정라인을 따라서 절단하기 위한 가공대상물 절단방법으로서, 가공대상물에 집광점(集光点)을 맞추어 레이저광을 조사함으로써, 가공대상물의 외연으로부터 소정의 거리 내측으로 외연에 따라 설정된 개질(改質)영역 형성라인을 따라서 가공대상물에 개질영역을 형성하는 공정과, 절단예정라인을 따라서 가공대상물에 절단기점영역을 형성하는 공정과, 절단기점영역을 기점으로 하여 절단예정라인을 따라서 가공대상물을 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 가공대상물 절단방법에 의하면, 가공대상물의 외연으로부터 소정의 거리 내측으로 외연에 따라 설정된 개질영역 형성라인을 따라서 가공대상물에 개질영역이 형성되어 있다. 그 때문에, 가공대상물을 절단할 때, 가공대상물에 절단응력이 가해져도 형성된 개질영역 또는 개질영역으로부터 연장하는 갈라짐에 의해서, 가공대상물의 외연부에서 생긴 갈라짐이 내측으로 신장하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 가공대상물을 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 「갈라짐」에는 균열, 틈 및 금 등을 포함하고 있다.
또, 절단기점영역의 단부는 가공대상물에서 개질영역의 외측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 가공대상물을 절단할 때, 절단응력을 가공대상물에 균등하게 가할 수 있어 가공대상물을 용이하게 절단할 수 있다.
또, 절단기점영역의 단부는 가공대상물에서 개질영역상 또는 개질영역의 내측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 필요하게 되는 절단응력이 커지기 때문에, 예를 들면 개질영역 및 절단기점영역이 형성된 절단 전의 가공대상물을 반송할 때, 가공대상물이 의도하지 않게 절단되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 가공대상물의 핸들링성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또, 가공대상물은 외연부와 이 외연부의 내측의 유효영역을 가지고 있고, 개질영역은 가공대상물에서 외연부와 유효영역과의 경계의 외측에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 유효영역을 충분히 활용할 수 있다. 또한, 유효영역이란, 예를 들면 회로나 수광(受光)소자 등의 기능소자를 형성하기 위한 영역을 의미한다.
또, 가공대상물은 외연부와 이 외연부의 내측의 유효영역을 가지고 있고, 개질영역은 가공대상물에서 외연부와 유효영역과의 경계 또는 이 경계의 내측에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 가공대상물에서는, 통상, 외연부의 두께가 유효영역의 두께보다 얇게 되어 있기 때문에 연삭(硏削)공정시에 외연부에 칩핑이나 결함, 갈라짐이 생기기 쉽다. 따라서, 가공대상물에서 외연부와 유효영역과의 경계 또는 이 경계의 내측에 개질영역을 형성함으로써, 갈라짐이 내측으로 신장하는 것을 확실히 억제할 수 있다.
또, 절단기점영역은, 구체적으로는, 가공대상물에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사함으로써 형성된 절단용 개질영역인 경우를 들 수 있다. 이 때, 절단용 개질영역은 가공대상물의 표면 및 이면(裏面)으로 노출하고 있지 않은 것이 바람직하고, 이것에 의해, 절단용 개질영역으로부터의 발진(發塵)을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가공대상물을 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
도 1은 개질영역의 형성에 이용되는 레이저 가공장치의 개략 구성도이다.
도 2는 개질영역의 형성의 대상이 되는 가공대상물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가공대상물의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이다.
도 4는 레이저가공 후의 가공대상물의 평면도이다.
도 5는 도 4의 가공대상물의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 가공대상물의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도이다.
도 7은 레이저가공 후의 실리콘 웨이퍼의 절단면의 사진을 나타낸 도면이다.
도 8은 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 레이저광의 피크파워밀도와 크랫스폿의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 제1 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법의 대상이 되는 가공대상물을 나타내는 도면이다.
도 11은 제1 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법을 설명하기 위한 도 10의 Xb-Xb선에 따르는 개략 단면도이다.
도 12는 도 11의 후속(後續)의 도면이다.
도 13은 절단 후의 가공대상물을 나타내는 도면이다.
도 14는 제1 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법의 다른 예를 설명하기 위한 도 11에 대응하는 개략 단면도이다.
도 15는 제1 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도 11에 대응하는 개략 단면도이다.
도 16은 제2 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법의 대상이 되는 가공대상물을 나타내는 평면도이다.
도 17은 제3 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법의 대상이 되는 가공대상물을 나타내는 평면도이다.
도 18은 제4 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법의 대상이 되는 가공대상물을 나타내는 평면도이다.
도 19는 제5 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법의 대상이 되는 가공대상물을 나타내는 평면도이다.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당 요소에는 동일한 부호를 부여하여 중복하는 설명을 생략한다.
본 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법에서는 판상의 가공대상물에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사함으로써, 개질영역 형성라인 및 절단예정라인을 따라서 가공대상물에 개질영역 및 절단용 개질영역을 형성한다. 그래서, 우선, 절단예정라인에 따른 개질영역(절단용 개질영역)을 형성하는 경우를 예시하여, 개질영역에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공장치(100)는 레이저광(제1 레이저광)(L)을 펄스발진 등을 하는 레이저광원(101)과, 레이저광(L)의 광축의 방향이 90° 바뀌도록 배치된 다이클로익(dichroic) 미러(103)와, 레이저광(L)을 집광하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또, 레이저 가공장치(100)는 집광용 렌즈(105)에서 집광된 레이저광(L)이 조사되는 가공대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 X, Y, Z축 방향 및 Z축 회전 θ방향(이하, 간단히 「θ방향」이라 함)으로 이동시키기 위한 스테이지(111)와, 레이저광(L)의 출력이나 펄스폭 등을 조절하기 위해서 레이저광원(101)을 제어하는 레이저광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.
이 레이저 가공장치(100)에서는 레이저광원(101)으로부터 출사된 레이저광(L)은 다이클로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90° 바뀌게 되고, 지지대(107)상에 놓인 가공대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이와 함께, 스테이지(111)가 이동하게 되어 가공대상물(1)이 레이저광(L)에 대해서 절단예정라인(5)을 따라서 상대이동하게 된다. 이것에 의해, 절단예정라인(5)을 따라서 절단의 기점이 되는 개질영역이 가공대상물(1)에 형성되게 된다. 이하, 이 개질영역에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 판상의 가공대상물(1)에는 가공대상물(1)을 절단하기 위한 절단예정라인(5)이 설정되어 있다. 절단예정라인(5)은 직선상으로 연장한 가상선이다. 가공대상물(1)의 내부에 개질영역을 형성하는 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춘 상태에서 레이저광(L)을 절단예정라인(5)을 따라서(즉, 도 2의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4 ~ 도 6에 나타내는 바와 같이, 개질영역(7)이 절단예정라인(5)을 따라서 가공대상물(1)의 내부에 형성되고, 절단예정라인(5)을 따라서 형성된 개질영역(7)이 절단기점영역(8)이 된다.
또한, 집광점(P)이란, 레이저광(L)이 집광하는 개소이다. 또, 절단예정라인(5)은 직선상에 한정하지 않고 곡선상이라도 되고, 가상선에 한정하지 않고 가공대상물(1)의 표면(3)에 실제로 그은 선이라도 된다. 이것에 대해서는, 개질영역 형성라인도 마찬가지이다. 또, 개질영역(7)은 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 또, 개질영역(7)은 적어도 가공대상물(1)의 내부에 형성되어 있으면 된다. 또, 개질영역(7)을 기점에 균열이 형성되는 경우가 있으며, 균열 및 개질영역(7)은 가공대상물(1)의 외표면(표면, 이면 혹은 외주면)으로 노출하고 있어도 된다.
여기서는, 레이저광(L)이 가공대상물(1)을 투과하고, 아울러, 특히 가공대상물(1)의 내부의 집광점 근방에서 흡수되며, 이것에 의해, 가공대상물(1)에 개질영역(7)이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저가공). 따라서, 가공대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광(L)이 대부분 흡수되지 않으므로, 가공대상물(1)의 표면(3)이 용융하지 않는다. 일반적으로, 표면(3)으로부터 용융되어 제거되어 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성되는(표면 흡수형 레이저가공) 경우, 가공영역은 표면(3) 측으로부터 서서히 이면 측으로 진행한다.
그런데, 본 실시형태에서 형성되는 개질영역은 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태가 된 영역을 말한다. 예를 들면, (1) 용융처리영역, (2) 크랙영역, 절연파괴영역, (3) 굴절률 변화영역 등이 있고, 이들이 혼재한 영역도 있다.
본 실시형태에서의 개질영역은 레이저광의 국소적인 흡수나 다광자 흡수라고 하는 현상에 의해 형성된다. 다광자 흡수란, 재료의 흡수의 밴드 갭(EG)보다도 광자의 에너지(hν)가 작으면 광학적으로 투명하게 되기 때문에, 재료에 흡수가 생기는 조건은 hν > EG이지만, 광학적으로 투명해도 레이저광(L)의 강도를 매우 크게 하면 nhν > EG의 조건(n = 2, 3, 4, …)에서 재료에 흡수가 생기는 현상을 말한다. 다광자 흡수에 의한 용융처리영역의 형성은, 예를 들면, 용접학회 전국대회강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제72페이지 ~ 제73페이지의 「피코(pico)초 펄스레이저에 의한 실리콘의 가공특성평가」에 기재되어 있다.
또, D.Du, X.Liu, G.Korn, J.Squier, and G.Mourou, "Laser Induced Breakdown by Impact Ionizationin SiO2 with Pulse Widths from 7ns to 150fs", Appl Phys Lett64(23), Jun.6,1994에 기재되어 있는 바와 같이, 펄스폭이 수(數)피코초로부터 펨토(femto)초의 초단(超短) 펄스 레이저광을 이용함으로써 형성되는 개질영역을 이용해도 된다.
(1) 개질영역이 용융처리영역을 포함하는 경우
가공대상물(예를 들면 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이며, 또한 펄스폭이 1㎲ 이하인 조건에서 레이저광(L)을 조사한다. 이것에 의해, 집광점 근방에서 레이저광(L)이 흡수되어 가공대상물의 내부가 국소적으로 가열되고, 이 가열에 의해 가공대상물의 내부에 용융처리영역이 형성된다.
용융처리영역이란, 일단 용융 후 재고화한 영역이나, 완전한 용융상태의 영역이나, 용융상태로부터 재고화하는 상태의 영역이며, 상변화(相變化)한 영역이나 결정구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융처리영역은 단결정구조, 비정질구조, 다결정구조에서, 어느 구조가 다른 구조로 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 단결정구조로부터 비정질구조로 변화한 영역, 단결정구조로부터 다결정구조로 변화한 영역, 단결정구조로부터 비정질구조 및 다결정구조를 포함하는 구조로 변화한 영역을 의미한다. 가공대상물이 실리콘 단결정구조인 경우, 용융처리영역은 예를 들면 비정질 실리콘 구조이다.
도 7은 레이저광이 조사된 실리콘 웨이퍼(반도체 기판)의 일부에서의 단면의 사진을 나타낸 도면이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(11)의 내부에 용융처리영역(13)이 형성되어 있다.
입사하는 레이저광의 파장에 대해서 투과성의 재료의 내부에 용융처리영역(13)이 형성된 것을 설명한다. 도 8은 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 다만, 실리콘 기판의 표면 측과 이면 측 각각의 반사성분을 제거하고, 내부의 투과율만을 나타내고 있다. 실리콘 기판의 두께(t)가 50㎛, 100㎛, 200㎛, 500㎛, 1000㎛의 각각에 대해 상기 관계를 나타냈다.
예를 들면, Nd : YAG 레이저의 파장인 1064㎚에서 실리콘 기판의 두께가 500㎛ 이하인 경우, 실리콘 기판의 내부에서는 레이저광(L)이 80％ 이상 투과하는 것을 알 수 있다. 도 7에 나타내는 반도체 기판(11)의 두께는 350㎛이므로, 용융처리영역(13)은 반도체 기판(11)의 중심 부근, 즉 표면으로부터 175㎛의 부분에 형성된다. 이 경우의 투과율은 두께 200㎛의 실리콘 웨이퍼를 참고로 하면, 90％ 이상이므로, 레이저광(L)이 반도체 기판(11)의 내부에서 흡수되는 것은 거의 없고, 대부분이 투과한다. 그러나, 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎲ 이하인 조건에서 레이저광(L)을 실리콘 웨이퍼 내부에 집광함으로써, 집광점과 그 근방에서 국소적으로 레이저광이 흡수되어 용융처리영역(13)이 반도체 기판(11)의 내부에 형성된다.
또한, 실리콘 웨이퍼에는 용융처리영역을 기점으로 하여 균열이 발생하는 경우가 있다. 또, 용융처리영역에 균열이 내포되어 형성되는 경우가 있으며, 이 경우에는 그 균열이 용융처리영역에서의 전체면에 걸쳐 형성되어 있거나, 일부분만이나 복수 부분에 형성되어 있거나 하는 경우가 있다. 또한, 이 균열은 자연히 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가됨으로써 성장하는 경우도 있다. 용융처리영역으로부터 균열이 자연히 성장하는 경우에는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 성장하는 경우와, 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 재고화할 때에 성장하는 경우 모두 있다. 다만, 어느 쪽의 경우도 용융처리영역은 실리콘 웨이퍼의 내부에 형성되며, 절단면에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 내부에 용융처리영역이 형성되어 있다.
(2) 개질영역이 크랙영역을 포함하는 경우
가공대상물(예를 들면 유리나 LiTaO3로 이루어진 압전(壓電)재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이며, 또한 펄스폭이 1㎲ 이하인 조건에서 레이저광(L)을 조사한다. 이 펄스폭의 크기는 가공대상물의 내부에 레이저광(L)이 흡수되어 크랙영역이 형성되는 조건이다. 이것에 의해, 가공대상물의 내부에는 광학적 손상이라고 하는 현상이 발생한다. 이 광학적 손상에 의해 가공대상물의 내부에 열변형이 야기되고, 이것에 의해 가공대상물의 내부에 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 크랙영역이 형성된다. 크랙영역은 절연파괴영역이라고도 말할 수 있다.
도 9는 전계강도와 크랙의 크기와의 관계의 실험결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 피크파워밀도이고, 레이저광(L)이 펄스 레이저광이므로 전계강도는 피크파워밀도로 나타낸다. 세로축은 1펄스의 레이저광(L)에 의해 가공대상물의 내부에 형성된 크랙 부분(크랫스폿)의 크기를 나타내고 있다. 크랫스폿이 모여 크랙영역이 된다. 크랫스폿의 크기는 크랫스폿의 형상 가운데, 최대의 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 검은 점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 100배, 개구수(NA)가 0.80인 경우이다. 한편, 그래프 중의 흰 점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 50배, 개구수(NA)가 0.55인 경우이다. 피크파워밀도가 1011(W/㎠) 정도부터 가공대상물의 내부에 크랫스폿이 발생하며, 피크파워밀도가 커짐에 따라 크랫스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
(3) 개질영역이 굴절률 변화영역을 포함하는 경우
가공대상물(예를 들면 유리)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이며, 또한 펄스폭이 1㎱ 이하인 조건에서 레이저광(L)을 조사한다. 이와 같이, 펄스폭이 지극히 짧은 상태에서 가공대상물의 내부에 레이저광(L)이 흡수되면, 그 에너지가 열에너지로 전화(轉化)하지 않고, 가공대상물의 내부에는 이온가수(價數)변화, 결정화 또는 분극배향(分極配向) 등의 영속적인 구조변화가 야기되어 굴절률 변화영역이 형성된다.
또한, 개질영역이란, 용융처리영역, 절연파괴영역, 굴절률 변화영역 등이나 그들이 혼재한 영역을 포함하며, 그 재료에 있어서 개질영역의 밀도가 비개질영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이거나, 격자(格子)결함이 형성된 영역이다. 이들을 합하여 고밀도 전이(轉移)영역이라고 할 수도 있다.
또, 용융처리영역이나 굴절률 변화영역, 개질영역의 밀도가 비개질영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 격자결함이 형성된 영역은 그들 영역의 내부나 개질영역과 비개질영역과의 계면(界面)에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 더 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은 개질영역의 전체면에 걸치는 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다.
덧붙여서, 가공대상물의 결정구조나 그 벽개성(劈開性) 등을 고려하여, 개질영역을 다음과 같이 형성하면, 정밀도 좋게 가공대상물을 절단하는 것이 가능하게 된다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정 반도체로 이루어진 기판인 경우는, (111)면(제1 벽개면(劈開面))이나 (110)면(제2 벽개면)에 따른 방향으로 개질영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또, GaAs 등의 섬(閃)아연광형 구조의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 이루어진 기판인 경우는 (110)면에 따른 방향으로 개질영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어(Al2O3) 등의 육방정계(六方晶系)의 결정구조를 가지는 기판인 경우는 (0001)면(C면)을 주면(主面)으로 하여 (1120)면(A면) 혹은 (1100)면(M면)에 따른 방향으로 개질영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또, 상술한 개질영역을 형성해야 하는 방향(예를 들면, 단결정 실리콘 기판에서의 (111)면에 따른 방향) 혹은 개질영역을 형성해야 하는 방향에 직교하는 방향을 따라서 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이션 플랫을 기준으로 함으로써, 개질영역을 용이하고 또한 정확하게 기판에 형성하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법에 대해 설명한다.
본 실시형태의 가공대상물 절단방법은, 예를 들면 두께가 15㎛ ~ 25㎛의 지극히 얇은 반도체 기판을 절단하여, 지극히 얇은 반도체 칩을 형성하는 것이다. 도 10의 (a)는 본 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법의 대상이 되는 가공대상물의 평면도, 도 10의 (b)은 도 10의 (a)의 Xb-Xb선에 따른 단면도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 대상이 되는 가공대상물(1)은, 예를 들면 실리콘으로 이루어진 원판 모양을 나타내고 있다. 여기서는, 원통 모양의 실리콘 잉곳(ingot)을 단면이 둥글게 절단하고, 그 이면(21)을 연삭하여 박화함으로써, 가공대상물(1)을 형성하고 있다. 또한, 이 가공대상물(1)에서는 설명의 편의상 오리엔테이션 플랫을 생략한다.
이 가공대상물(1)은 외연부(25)와 이 외연부(25)의 내측의 유효영역(26)을 가지고 있다. 외연부(25)는 가공대상물(1)에서의 곡면 모양으로 돌출하는 측면을 포함하여 구성된 부분이다. 이 외연부(25)는 측면에서 보아 단면이 반궁(半弓, 활의 반쪽) 형상을 나타내고 있고, 그 두께가 외측으로 감에 따라 얇아지고 있다. 유효영역(26)은 회로나 수광소자 등의 기능소자를 형성하기 위한 영역이다. 또한, 이 외연부(25)는 그 두께가 외측으로 감에 따라 얇아지는 스트레이트한 테이퍼 모양인 경우도 있다.
또, 가공대상물(1)의 표면(3)의 유효영역(26)상에는 복수의 기능소자(22)가 형성되어 있다. 기능소자(22)는, 예를 들면, 결정 성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 포토 다이오드 등의 수광소자, 레이저 다이오드 등의 발광소자 또는 회로로서 형성된 회로소자 등이며, 한 방향 및 이 한 방향과 수직인 다른 방향으로 매트릭스 모양으로 다수 형성되어 있다.
또, 가공대상물(1)에서는 그 외연(E)으로부터 소정의 거리 내측에 개질영역(17)(도 11의 (b) 참조)을 형성하기 위한 개질영역 형성라인(15)이 설정되어 있다. 여기서의 개질영역 형성라인(15)은 가공대상물(1)의 외연(E)을 따라서 환상을 나타내고 있으며, 가공대상물(1)에서 외연부(25)와 유효영역(26)과의 경계(35)의 외측에 설정되어 있다.
이 가공대상물(1)에는 서로 인접하는 기능소자 사이를 통과하도록 복수의 절단예정라인(5)이 격자모양으로 설정되어 있다. 절단예정라인(5)의 단부(36)는 가공대상물(1)에서 개질영역 형성라인(15)의 외측에 위치하고 있다. 환언하면, 절단예정라인(5)은 개질영역 형성라인(15)을 통과하도록 개질영역 형성라인(15)과 교차하고 있다.
이상에 설명한 가공대상물(1)을 절단하는 경우, 우선, 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)의 이면(21)에 테이프(31)를 부착하여 스테이지(도시생략)상에 얹어 놓는다. 이 상태에서, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)에 집광점을 맞추어 가공대상물(1)의 표면(3) 측으로부터 레이저광(L)을 조사하면서, 레이저광(L)에 대해 스테이지를 θ방향(도면 중의 화살표 R방향)으로 상대 회전시킨다. 이것에 의해, 도 11의 (c)에 나타내는 바와 같이, 외주연의 개질영역 형성라인(15)을 따라서 가공대상물(1)의 내부에 개질영역(17)을 형성하고, 개질영역(17)의 상단부 및 하단부로부터 두께 방향을 따라서 연장하는 균열(갈라짐)(C)을 일으키게 한다. 또한, 균열(C)은 일으키지 않아도 좋지만, 균열(C)이 있음으로써 테이프(31)를 확장할 때에 가공대상물(1)에 응력을 가하기 쉬워져, 가공대상물(1)의 절단이 용이하게 되고, 아울러, 외연부(25)의 절단도 용이하게 된다.
이어서, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)에 집광점을 맞추어 가공대상물(1)의 표면(3) 측으로부터 레이저광(L)을 조사하면서, 레이저광(L)에 대해 스테이지를 절단예정라인(5)을 따라서 상대 이동시킨다. 이것에 의해, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 절단예정라인(5)을 따라서 절단의 기점이 되는 절단기점영역으로서의 절단용 개질영역(7)을 가공대상물(1)에 형성한다. 이 절단용 개질영역(7)은 가공대상물(1)의 측면에 도달하고, 아울러, 표면(3) 및 이면(21)으로 노출하지 않도록 되어 있다. 또한, 개질영역(7, 17)에는 그 내부에 균열이 포함되어도 된다.
그리고, 도 12의 (c)에 나타내는 바와 같이, 테이프(31)를 확장함으로써 가공대상물(1)에 인장의 절단응력을 가하고, 절단용 개질영역(7)을 기점으로 하여 가공대상물(1)이 절단예정라인(5)을 따라서 절단(분단)한다. 덧붙여서, 여기서의 가공대상물(1)에서는 테이프(31) 확장시 또는 자연히, 개질영역(17)을 기점으로 하여 개질영역 형성라인(15)을 따라서 분단된다.
여기서, 가공대상물(1)을 절단할 때, 가공대상물(1)의 외연부(25)에서 생긴 균열(28)이 절단응력에 의해서 내측으로 신장해 버리는 경우가 있다. 이 점, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 가공대상물(1)의 외연(E)으로부터 소정의 거리 내측에 설정된 개질영역 형성라인(15)을 따라서 개질영역(17)이 형성되어 있다. 그 때문에, 가공대상물(1)을 절단할 때, 가공대상물(1)에 절단응력이 가해져도 개질영역(17) 또는 개질영역(17)으로부터 연장하는 균열(C)에 의해서, 외연부(25)에서 생긴 균열(28)이 내측으로 신장하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 가공대상물(1)을 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다. 가공대상물(1)의 두께가 지극히 얇은 본 실시형태에서는 특히 외연부(25)에 칩핑(결함)이 생기기 쉽기 때문에, 이러한 효과는 현저하게 된다.
도 13의 (a)는 본 실시형태의 가공대상물 절단방법에 따른 절단 후의 가공대상물을 나타내는 평면도, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)의 XⅢb-XⅢb선에 따른 단면 확대도이다. 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)의 외연부(25)에서는 칩핑(27)이 생기고 있다. 또, 칩핑(27) 및 외연부(25)로부터는 균열(28)이 연장하고 있다. 여기서, 개질영역(17) 및 균열(C)에 의해 절단된 절단부(17a)에서 균열(28)의 내측으로의 신장이 멈추어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 개질영역(17) 및 균열(C)이 균열(28)을 내측으로 신장시키지 않는 스토퍼로서 기능하고, 균열(28)이 외연부(25)로부터 유효영역(26)으로 연장하는 것을 막는 예방선이 되고 있다. 또, 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 표면(3)에서 보아, 절단부(17a)가 연장해 있는 원주 방향으로 균열(28)이 연장하기 쉽게 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 개질영역(17) 및 균열(C)은 그 원주 방향으로 균열(28)을 적극적으로 신장시키고 있다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 절단예정라인(5)의 단부(36)가 개질영역 형성라인(15)의 외측에 위치되고, 따라서, 절단용 개질영역(7)의 단부가 개질영역(17)의 외측에 위치되어 있다. 그 때문에, 가공대상물(1)을 절단할 때, 절단응력이 가공대상물(1)에 균등하게 가해지기 쉬워져, 가공대상물(1)을 용이하게 절단할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 개질영역 형성라인(15)이 외연부(25)와 유효영역(26)과의 경계의 외측에 설정되며, 따라서, 개질영역(17)이 외연부(25)와 유효영역(26)과의 경계의 외측에 형성되어 있다. 이것에 의해, 유효영역(26)을 충분히 활용하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 절단용 개질영역(7)이 가공대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)으로 노출하고 있지 않기 때문에, 절단용 개질영역(7)으로부터의 발진을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 외연부(25)의 단면이 반궁 형상의 가공대상물(1)에 절단용 개질영역(7)을 측면에 도달하도록 형성했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 14의 (a)에 나타내는 바와 같이, 외연부(25)의 단면이 직사각형 모양의 가공대상물(1b)에 절단용 개질영역(7)을 측면에 도달하도록 형성해도 된다. 이 때, 외연부(25)의 각부(角部)는 모따기된 것처럼 테이퍼 모양을 나타내고 있는 경우가 있다. 또, 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 외연부(25)의 단면이 활 형상의 가공대상물(1c)에 절단용 개질영역(7)을 측면에 도달하도록 형성해도 된다. 또한, 절단용 개질영역(7)을 측면에 도달하도록 형성하지 않아도, 도 15의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)의 측면에 도달하지 않도록 절단용 개질영역(7)을 형성해도 된다. 또, 도 15의 (b)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1b)의 측면에 도달하지 않도록 절단용 개질영역(7)을 형성하거나, 도 15의 (c)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1c)의 측면에 도달하지 않도록 절단용 개질영역(7)을 형성하거나 해도 된다. 더욱이 또, 가공대상물(1)의 표면(3) 측으로부터 레이저광(L)을 조사했지만, 이면(21) 측으로부터 레이저광(L)을 조사해도 된다. 이들에 대해서는 이하의 실시형태에서도 마찬가지이다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법에 대해 설명한다.
본 실시형태의 가공대상물 절단방법이 상기 제1 실시형태와 다른 점은 복수의 절단예정라인(5)(도 10 참조)에 대신하여, 도 16에 나타내는 바와 같이, 복수의 절단예정라인(5d)을 가공대상물(1)에 설정한 점이다. 절단예정라인(5d)의 단부(36d)는 가공대상물(1)에서 개질영역 형성라인상에 위치하고 있다. 환언하면, 절단예정라인(5d)은 개질영역 형성라인(15)을 통과하지 않도록 개질영역 형성라인(15)과 교차하고 있다.
본 실시형태에서도, 상기 효과와 같은 효과, 즉, 가공대상물(1)을 정밀도 좋게 절단하는 효과를 나타낸다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 절단예정라인(5d)의 단부(36d)가 개질영역 형성라인(15)상에 위치되고, 따라서, 절단용 개질영역(7)의 단부가 개질영역(17)상에 위치되어 있다. 그 때문에, 필요하게 되는 절단응력이 커져, 예를 들면 개질영역(17) 및 절단용 개질영역(7)이 형성된 절단 전의 가공대상물(1)을 반송할 때, 가공대상물(1)이 의도하지 않고 분단되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 절단된 가공대상물(1)이 서로 접촉하여 칩핑이 생기는 것을 방지할 수 있고, 아울러, 가공대상물(1)의 핸들링성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법에 대해 설명한다.
본 실시형태의 가공대상물 절단방법이 상기 제1 실시형태와 다른 점은 복수의 절단예정라인(5)(도 10 참조)에 대신하여, 도 17에 나타내는 바와 같이, 복수의 절단예정라인(5e)을 가공대상물(1)에 설정한 점이다. 절단예정라인(5e)의 단부(36e)는 가공대상물(1)에서 개질영역 형성라인(15)의 내측에 위치하고 있다. 환언하면, 절단예정라인(5e)은 개질영역 형성라인(15)과 교차하지 않도록 설정되어 있다.
본 실시형태에서도, 상기 효과와 같은 효과, 즉, 가공대상물(1)을 정밀도 좋게 절단하는 효과를 나타낸다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 절단예정라인(5e)의 단부(36e)가 개질영역 형성라인(15)의 내측에 위치되며, 따라서, 절단용 개질영역(7)의 단부가 개질영역(17)의 내측에 위치되어 있다. 그 때문에, 필요하게 되는 절단응력이 커져, 상기 제2 실시형태와 마찬가지로, 가공대상물(1)이 의도하지 않게 절단되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 절단된 가공대상물(1)이 서로 접촉하여 칩핑이 생기는 것을 방지할 수 있고, 아울러, 가공대상물(1)의 핸들링성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법에 대해 설명한다.
본 실시형태의 가공대상물 절단방법이 상기 제1 실시형태와 다른 점은 복수의 절단예정라인(5)(도 10 참조)에 대신하여, 도 18에 나타내는 바와 같이, 복수의 절단예정라인(5f)을 가공대상물(1)에 설정한 점이다. 절단예정라인(5f) 중 일부의 절단예정라인(5fa)은 그 단부(36fa)가 가공대상물(1)에서 개질영역 형성라인(15)의 외측에 위치하고 있다. 이 절단예정라인(5fa)은 가공대상물(1)의 표면(3)에서 보아, 개질영역 형성라인(15)을 등분할(等分割)(여기서는, 4분할)하도록 연장해 있다. 한편, 절단예정라인(5f) 중 다른 절단예정라인(5fb)은 그 단부(36fb)가 가공대상물(1)에서 개질영역 형성라인(15)상에 위치하고 있다.
본 실시형태에서도, 상기 효과와 같은 효과, 즉, 가공대상물(1)을 정밀도 좋게 절단하는 효과를 나타낸다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 절단예정라인(5fa)의 단부(36fa)가 개질영역 형성라인(15)의 외측에 위치되며, 따라서, 이 절단예정라인(5fa)에 따른 절단용 개질영역(7)의 단부가 개질영역(17)의 외측에 위치되어 있다. 그 때문에, 가공대상물(1)을 절단할 때, 절단응력이 가공대상물(1)에 균등하게 가해지기 쉬워져, 가공대상물을 용이하게 절단할 수 있다.
한편, 절단예정라인(5fb)의 단부(36fb)가 개질영역 형성라인(15)상에 위치되며, 따라서, 이 절단예정라인(5fb)에 따른 절단용 개질영역(7)의 단부가 개질영역(17)상에 위치되어 있다. 그 때문에, 필요하게 되는 절단응력이 커져, 가공대상물(1)이 의도하지 않게 절단되는 것을 방지할 수 있으며, 절단된 가공대상물(1)이 서로 접촉하여 칩핑이 생기는 것을 방지할 수 있고, 아울러, 가공대상물(1)의 핸들링성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 가공대상물 절단방법에 대해 설명한다.
본 실시형태의 가공대상물 절단방법이 상기 제1 실시형태와 다른 점은 복수의 절단예정라인(5)(도 10 참조)에 대신하여, 도 19에 나타내는 바와 같이, 복수의 절단예정라인(5g)을 가공대상물(1)에 설정한 점이다.
절단예정라인(5g) 중 일부의 절단예정라인(5ga)은 그 단부(36ga)가 가공대상물(1)에서 개질영역 형성라인(15)의 외측에 위치하고 있다. 이 절단예정라인(5ga)은 개질영역 형성라인(15)을 등분할(여기서는, 4분할)하도록 연장해 있다. 한편, 절단예정라인(5g) 중 다른 절단예정라인(5gb)은 그 단부(36gb)가 가공대상물(1)에서 개질영역 형성라인(15)의 내측에 위치하고 있다.
본 실시형태에서도, 상기 효과와 같은 효과, 즉, 가공대상물(1)을 정밀도 좋게 절단하는 효과를 나타낸다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 절단예정라인(5ga)의 단부(36ga)가 개질영역 형성라인(15)의 외측에 위치되며, 따라서, 이 절단예정라인(5ga)에 따른 절단용 개질영역(7)의 단부가 개질영역(17)의 외측에 위치되어 있다. 그 때문에, 가공대상물(1)을 절단할 때, 절단응력이 가공대상물(1)에 균등하게 가해지기 쉬워져, 가공대상물(1)을 용이하게 절단할 수 있다.
한편, 절단예정라인(5gb)의 단부(36fb)가 개질영역 형성라인(15)의 내측에 위치되며, 따라서, 이 절단예정라인(5gb)에 따른 절단용 개질영역(7)의 단부가 개질영역(17)의 내측에 위치되어 있다. 그 때문에, 필요하게 되는 절단응력이 커져, 가공대상물(1)이 의도하지 않게 절단되는 것을 방지할 수 있으며, 절단된 가공대상물(1)이 서로 접촉하여 칩핑이 생기는 것을 방지할 수 있고, 아울러, 가공대상물(1)의 핸들링성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 가공대상물(1)에서 외연부(25)와 유효영역(26)과의 경계(35)의 외측에 개질영역(17)을 형성했지만, 경계(35)상 또는 경계(35)의 내측에 개질영역(17)을 형성해도 된다. 여기서, 외연부(25)의 두께가 유효영역(26)의 두께보다 얇게 되어 있기 때문에, 외연부(25)로부터 균열이 생기기 쉽다. 그 때문에, 상기와 같이 경계(35)상 또는 경계(35)의 내측에 개질영역(17)을 형성하면, 외연부(25)에서 생긴 균열(28)이 내측으로 신장하는 것을 확실히 억제할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는 개질영역(17)을 형성한 후에 절단용 개질영역(7)을 형성했지만, 절단용 개질영역(7)을 형성한 후에 개질영역(17)을 형성해도 된다. 또, 상기 실시형태에서는 기능소자(22)가 형성된 가공대상물(1)에 개질영역(17)을 형성했지만, 개질영역(7)을 형성한 후에 기능소자(22)를 형성해도 된다. 또, 가공대상물(1)을 박화하기(얇게 만들기) 전에 개질영역(17)을 형성해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는 절단기점영역으로서 절단용 개질영역(7)을 형성했지만, 레이저 어블레이션(ablation), 스크라이브(scribe) 혹은 블레이드 다이싱(blade dicing) 등으로 형성된 홈 등이라도 된다. 또, 상기 실시형태의 절단용 개질영역(7)은 가공대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)으로 노출하고 있지 않지만, 적어도 한쪽으로 노출하고 있어도 된다.
또, 상기 실시형태는 반도체 재료로 이루어진 가공대상물(1)에 용융처리영역을 포함하는 개질영역(7)을 형성했지만, 유리나 압전재료 등, 다른 재료로 이루어진 가공대상물의 내부에 크랙영역이나 굴절률 변화영역 등, 다른 개질영역을 형성해도 된다. 또, 상기 실시형태에서의 균열은 틈 및 금 등의 갈라짐이라도 된다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명에 의하면, 가공대상물을 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
1, 1b, 1c … 가공대상물, 3 … 표면,
5, 5d, 5e, 5f, 5fa, 5fb, 5g, 5ga, 5gb … 절단예정라인,
7 … 절단용 개질영역(절단기점영역), 15 … 개질영역 형성라인,
17 … 개질영역, 21 … 이면,
25 … 외연부, 26 … 유효영역,
35 … 경계, E … 외연,
L … 레이저광, P … 집광점.

Claims (11)

  1. 판상(板狀)의 가공대상물을 절단예정라인을 따라서 절단하기 위한 가공대상물 절단방법으로서,
    상기 가공대상물에 집광점(集光点)을 맞추어 레이저광을 조사함으로써, 상기 가공대상물의 외연(外緣)으로부터 소정의 거리 내측으로 상기 외연에 따라 설정된 개질(改質)영역 형성라인을 따라서 상기 가공대상물에 개질영역을 형성하는 공정과,
    상기 절단예정라인을 따라서 상기 가공대상물에 절단기점(起点)영역을 형성하는 공정과,
    상기 절단기점영역을 기점으로 하여 상기 절단예정라인을 따라서 상기 가공대상물을 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절단기점영역의 단부는 상기 가공대상물에서 상기 개질영역의 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 절단기점영역의 단부는 상기 가공대상물에서 상기 개질영역상 또는 상기 개질영역의 내측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상물은 외연부(外緣部)와 이 외연부의 내측의 유효영역을 가지고 있고,
    상기 개질영역은 상기 가공대상물에서 상기 외연부와 상기 유효영역과의 경계의 외측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 가공대상물은 외연부와 이 외연부의 내측의 유효영역을 가지고 있고,
    상기 개질영역은 상기 가공대상물에서 상기 외연부와 상기 유효영역과의 경계의 외측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 가공대상물은 외연부와 이 외연부의 내측의 유효영역을 가지고 있고,
    상기 개질영역은 상기 가공대상물에서 상기 외연부와 상기 유효영역과의 경계의 외측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상물은 외연부와 이 외연부의 내측의 유효영역을 가지고 있고,
    상기 개질영역은 상기 가공대상물에서 상기 외연부와 상기 유효영역과의 경계상 또는 이 경계의 내측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 가공대상물은 외연부와 이 외연부의 내측의 유효영역을 가지고 있고,
    상기 개질영역은 상기 가공대상물에서 상기 외연부와 상기 유효영역과의 경계상 또는 이 경계의 내측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 가공대상물은 외연부와 이 외연부의 내측의 유효영역을 가지고 있고,
    상기 개질영역은 상기 가공대상물에서 상기 외연부와 상기 유효영역과의 경계상 또는 이 경계의 내측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 절단기점영역은 상기 가공대상물에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사함으로써 형성된 절단용 개질영역인 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 절단용 개질영역은 상기 가공대상물의 표면 및 이면(裏面)으로 노출하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 가공대상물 절단방법.
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