KR20100108047A - 레이저를 이용하는 다중 절단방법 - Google Patents

레이저를 이용하는 다중 절단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 가공 시 발생하는 열이나 잔류물에 의하여 가공 영역 외부의 손상을 방지할 수 있는 레이저를 이용한 다중 절단방법을 제공한다. 본 발명은, 레이저 발진기, 빔 스플릿터 및 스테이지를 포함하는 레이저 장치를 이용하여 절단하는 방법에 있어서, 상기 스테이지 상에 절단대상물을 제공하는 단계; 상기 레이저 발진기로부터 발진된 초기 발진 레이저 빔을 상기 빔 스플릿터를 이용하여 복수의 분할 레이저 빔으로 분할하는 단계; 및 상기 복수의 분할 레이저 빔들이 각각 상기 절단대상물 상의 절단선을 따라 이동하면서 순차적으로 조사하여 상기 절단대상물을 절단하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 분할 레이저 빔들 중 상기 절단대상물에 마지막 순서로 조사되는 최후 분할 레이저 빔에 의하여 절단이 수행되도록, 상기 초기 발진 레이저 빔 및 상기 복수의 분할 레이저 빔들의 강도들이 제어된다.
레이저, 다중 절단방법, 다이싱, 레이저빔 분할, 기판

Description

레이저를 이용하는 다중 절단방법{Method of multiple cutting using beam split laser}
본 발명은 레이저를 이용하는 절단방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 레이저 광을 절단 대상물에 복수 회 조사하여 절단하는 레이저를 이용하는 다중 절단방법에 관한 것이다.
반도체 기술의 발달함에 따라, 집적도가 증가하며, 반도체 기판의 두께는 점점 얇아지고 있다. 반도체 기판 상에 칩을 형성한 후, 개개의 다이(die)로 분리하는 다이싱(dicing) 공정은 일반적으로 블레이드 쏘우(blade saw)를 이용하는 물리적 접촉에 의한 기계적 절단방법으로 수행한다. 이러한 기계적 절단방법은 우수한 절단면의 품질을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 블레이드 쏘우의 폭을 감소하기 어려우므로 스크라이빙(scribing) 폭의 감소에 한계가 있으며, 쏘우의 마모로 인하여 균일한 품질 유지가 어렵다. 또한, 가공 중에 칩핑(chipping) 이나 크랙(crack)이 발생하는 문제점이 있으며, 특히 얇은 두께의 기판의 경우 쏘우의 하중 및 회전력에 의하여 기판에 균열이나 깨짐이 발생하기 쉬워져, 가공 속도를 높이기가 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 레이저를 이용한 다이싱 방법이 제안되었다. 레이저를 이용한 기판 절단은 비접촉식이므로 기판에 물리적 및 기계적인 손상을 주지는 않는 장점이 있다. 그러나, 레이저는 높은 밀도의 에너지를 사용하는 가공이므로, 가공영역 밖의 인접 영역, 예를 들어 반도체 소자가 형성된 영역에 열이 전달되어 소자를 파괴할 우려가 있다.
도 1과 도 2는 종래의 레이저를 이용한 다이싱 공정에서 발생하는 문제점을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(10) 상에는 제조가 완성된 다이(die, 12)가 형성되어 있다. 기판(10) 상의 다이(12) 사이의 영역인 스크라이빙 영역(14)에 레이저(20)가 조사된다. 레이저(20)의 조사에 의하여 스크라이빙 영역(14)에 열이 발생하여 고온 영역(16)을 형성하고, 열은 기판(10)의 내부로 방사형으로 화살표와 같이 열전달된다. 고온 영역(16)의 물질들은 용융되거나 증기화되어, 기판(10)의 외부로 배출된다.
레이저(20)를 이용한 절단에는 열전달과 물질 이동이 수반되므로, 기판(10)의 하부(17)에 형성되는 하부 절단폭(Db)은 레이저(20)의 빔폭(D1)에 비하여 작게 형성된다. 반면, 상술한 바와 같이 방사형의 열전달에 의하여 기판(10)의 상부(18)에 형성되는 상부 절단폭(Dt)은 레이저(20)의 빔폭(D1)에 비하여 크게 형성된다. 또한, 레이저(20)에 의하여 증기화된 물질은 열적으로 이온화되어 일종의 플라즈마(30)를 형성하기도 한다. 이러한 플라즈마(30)는 레이저(20) 입사에너지를 흡수하여 레이저(20)가 기판에 입사되는 것을 방해하는 한편, 기판(10)으로부터 배출되는 물질과 열을 차단하는 역할을 한다. 이에 따라, 물질과 열은 기판(10)의 상부(18)의 측방향으로 전달되게 되어, 결과적으로 상부 절단폭(Dt)을 더욱 확대시킬 수 있다. 따라서, 기판(10)의 상부(18)에 형성된 다이(12)의 일부를 용융할 수 있고, 또는 기판(10)의 상부에 레이저 조사에 의하여 기화된 물질이 다시 응고되어 축적된 잔류물 영역(40)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 다이(12)가 손상될 우려가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 레이저 가공 시 발생하는 열이나 잔류물에 의하여 가공 영역 외부의 손상을 방지할 수 있는 레이저를 이용한 다중 절단방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 다중 절단방법은, 레이저 발진기, 빔 스플릿터(beam splitter) 및 스테이지를 포함하는 레이저 장치를 이용하여 절단하는 방법에 있어서, 상기 스테이지 상에 절단대상물을 제공하는 단계; 상기 레이저 발진기로부터 발진된 초기 발진 레이저 빔을 상기 빔 스플릿터를 이용하여 복수의 분할 레이저 빔으로 분할하는 단계; 및 상기 복수의 분할 레이저 빔들이 각각 상기 절단대상물 상의 절단선을 따라 이동하면 서 순차적으로 조사하여 상기 절단대상물을 절단하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 분할 레이저 빔들 중 상기 절단대상물에 마지막 순서로 조사되는 최후 분할 레이저 빔에 의하여 절단이 수행되도록, 상기 초기 발진 레이저 빔 및 상기 복수의 분할 레이저 빔들의 강도들이 제어된다. 상기 복수의 분할된 레이저 빔은 서로 동일한 강도를 가질 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 다중 절단방법은, 레이저 발진기 및 스테이지를 포함하는 레이저 장치를 이용하여 절단하는 방법에 있어서, 상기 스테이지 상에 절단대상물을 제공하는 단계; 및 상기 레이저 발진기로부터 발진된 초기 발진 레이저 빔이 상기 절연대상물 상의 절단선을 반복하여 복수회 조사하면서 상기 절단선을 따라 이동하면서 조사하여 상기 절단대상물을 절단하는 단계를 포함하고, 상기 반복하여 조사되는 초기 발진 레이저 빔들 중 상기 절단대상물에 마지막 순서로 조사되는 레이저 빔에 의하여 절단이 수행되도록, 상기 초기 발진 레이저 빔의 강도가 제어된다. 상기 레이저 빔은 상기 절연 대상물 상의 절단선의 전체를 일정하게 구분한 영역들을 순차적으로 각각 반복하여 복수 회 조사할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 레이저 빔을 상기 절단대상물에 조사하는 단계 이전에, 상기 절단대상물의 더미(dummy) 영역에 상기 초기 발진 레이저 빔을 조사하여, 상기 초기 발진 레이저 빔의 1회 조사에 의하여 상기 절단대상물을 절단 할 수 있는 상기 레이저 빔의 강도를 측정하는 단계, 및 상기 측정된 초기 발진 레이저 빔의 강도를 기준으로 상기 절단 대상물의 절단을 위한 상기 초기 발진 레이저 빔의 강도를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 절단대상물은 반도체 기판, 유리 기판, 및 플라스틱 기판 중에 하나일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 레이저는 헬륨-네온 레이저, 아르곤 이온 레이저, 크립톤 이온 레이저, 헬륨-카드뮴 이온 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑시머 레이저, ND:YAG 레이저, ND:유리 레이저, ND:YLF 레이저, 반도체 레이저, 다이오드 펌프 레이저, 유기 색소 레이저, 화학 레이저, 자유 전자 레이저, X-선 레이저, 및 가변 파장 레이저로 이루어진 군에서 선택된 하나의 레이저 소스를 포함할 수 있다.
본 발명의 레이저를 이용하는 다중 절단방법은, 기판을 1회의 레이저 조사에 의하여 절단하지 않고, 분할된 복수의 레이저 빔들을 이용하여 순차적으로 기판에 조사하거나, 그 강도를 감쇄한 레이저 빔을 반복하여 기판에 조사하여 기판을 절단함으로서, 기판의 손상을 감소할 수 있는 레이저를 이용한 다중 절단방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 레이저를 이용하는 다중 절단방법은, 종래의 블레이드 쏘우를 이용한 다이싱 방법에 비하여, 레이저를 이용하여 다이싱을 하므로, 비접촉 가공이므로 쏘우의 마모나 손상이 없고, 절단 시 열손실이 상대적으로 적다. 또한, 간단한 설비로서 구현할 수 있고, 낮은 발진비용으로 절단이 가능하므로 공정 비용을 줄일 수 있으며, 시간당 처리량을 증가할 수 있다. 또한, 다양한 재료의 가공 물에 응용할 수 있다.
본 발명은, 레이저 빔이 분할하여 조사되거나 반복하여 조사되어, 종래의 기술에서 형성되는 플라즈마의 형성을 방지하거나 또는 최소한 그 지속 시간을 감소할 수 있으며, 이에 따라 열전달에 의하거나 또는 이나 기판으로부터 제거된 물질로 인한 다이의 손상을 줄일 수 있다. 또한, 레이저에 의한 국소적인 가열로 절단할 수 있어, 다이의 손상을 최소화하면서 스크라이빙 라인의 폭을 감소할 수 있으므로, 이에 따라 웨이퍼 당 다이의 수율을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 절단대상물과 직접 접촉하지 않고, 냉각 용제를 사용하지 않으므로 오염의 우려가 적다. 또한 본 발명은 레이저를 사용하므로, 설비가 상대적으로 복잡하지 않으며 조작이 쉬우며, 또한 절단 공정을 자동화하기가 용이하다..
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판등과 같은 하나의 구성요소가 또 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 직접 접촉하거나 중간에 개재되는 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 다중 절단방법을 수행하기 위해 사용되는 레이저 장치(1)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 장치(1)는 기판(100)이 탑재되는 스테이지(110), 초기 발진 레이저 빔(L)을 발진하는 레이저 발진기(120), 초기 발진 레이저 빔(L)를 분할하여 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)을 형성하는 빔 스플릿터(beam splitter, 132)와 제2 분할 레이저 빔(L2)이 기판(100)으로 조사되도록 반사하는 미러(mirror, 134)를 포함하는 미러부(130), 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)의 크기를 기판(100)의 가공에 적절하도록 조절하는 빔 익스펜더(beam expender, 140), 분할 레이저 빔(L2, L3)을 기판(100)으로 전달하는 갈바노 스캐너(galvano scanner, 150), 분할 레이저 빔(L2, L3)의 강도를 균일하게 하는 에프-세타 렌즈(F-theta, 160), 및 스테이지(110)의 위치 제어를 포함하여 상술한 구성요소들, 즉, 스테이지(110), 레이저 발진기(120), 미러부(130), 빔 익스펜더(140), 갈바노 스캐너(150), 에프-세타 렌즈(160)의 동작을 제어하는 제어 부(170)를 포함한다. 선택적으로 레이저 장치(1)는 제어부(170)의 제어 조건 또는 기판의 성질에 따른 공정 조건 등을 저장하는 저장부(180)를 더 포함할 수 있다. 또한, 레이저 발진기(120)는 헬륨-네온 레이저, 아르곤 이온 레이저, 크립톤 이온 레이저, 헬륨-카드뮴 이온 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑시머 레이저, ND:YAG 레이저, ND:유리 레이저, ND:YLF 레이저, 반도체 레이저, 다이오드 펌프 레이저, 유기 색소 레이저, 화학 레이저, 자유 전자 레이저, X-선 레이저, 및 가변 파장 레이저로 이루어진 군에서 선택된 하나의 레이저 소스를 포함할 수 있다. 레이저는 절단대상물, 예를 들어 기판의 종류, 두께, 재질 또는 표면 상태 등에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 또한 레이저는 연속 레이저 또는 펄스 레이저일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 다중 절단방법(S100)을 도시한 흐름도이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 스테이지(110) 상에 절단 대상물, 예를 들어 기판(100)을 제공한다(S110). 기판(100)은 실리콘, 실리콘-게르마늄, 갈륨-비소와 같은 반도체 기판, 유리 기판, 및 플라스틱 기판 중에 하나일 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 스테이지(110)는 구동부(미도시)에 의하여 2차원적으로 이동이 가능할 수 있고, 이에 따라 기판(100)이 이동이 가능하다.
이어서, 절단대상물인 기판(100)의 더미 영역, 즉 다이(die, 미도시)가 형성되지 않고 다이(미도시)가 초기 발진 레이저 빔(L1)에 의하여 손상되지 않는 충분한 이격거리를 가지는 더미 영역(미도시)에, 레이저 발진기(120)로부터 발진한 초 기 발진 레이저 빔(L)을 조사하여, 초기 발진 레이저 빔(L)의 1회 조사에 의하여 기판(100)을 절단할 수 있는 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도를 측정한다(S120).
이와 같이 측정된 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도를 기준으로 기판(100)의 절단을 위한 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도를 결정한다(S130).
이러한 측정단계(S120)과 결정단계(S130)는 선택적이다. 다시 말하면, 저장부(180)에 기판(100)의 절단에 필요한 초기 발진 레이저 빔(L) 및 하기에 설명하는 제1 및 제2 분할 레이저 빔(L1, L2)의 강도에 대한 데이터 베이스가 마련된 경우에는, 측정단계(S120)과 결정단계(S130)는 수행하지 않고, 상기 데이터 베이스를 이용하여 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도를 결정할 수 있다.
이와 같이 결정된 초기 발진 레이저 빔(L)을 레이저 발진기(120)로부터 발진시키고, 초기 발진 레이저 빔(L)을 미러부(130) 내의 빔 스플릿터(132)를 이용하여 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)로 분할한다(S140). 제1 분할 레이저 빔(L1)은 빔 스플릿터(132)에 의하여 반사되어 기판(100)을 향하여 진행하고(굵은 점선으로 도시됨), 제2 분할 레이저 빔(L2)은 빔 스플릿터(132)을 지나서 미러(mirror, 134)에 의하여 반사되어 기판(100)을 향하여 진행한다(얇은 점선으로 도시됨). 제1 및 제2 분할 레이저 빔(L1, L2)은 서로 동일한 강도를 가질 수도 있고, 또는 서로 다른 강도를 가질 수도 있다. 또한, 본 명세서에서는 초기 발진 레이저 빔(L)이 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L2, L3)과 같이 두 개의 분할 레이저 빔들로 분리되는 경우를 설명하나, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 초기 발진 레이저 빔(L)은 3개 또는 그 이상의 수의 분할 레이저 빔들로 분할 될 수 있다. 이러한 경우에는 2개 이상의 빔 스플릿터(132)가 요구된다.
이어서, 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)이 기판(100) 상의 절단선(1050, 도 5 참조)을 따라 이동하면서 순차적으로 조사하고, 이에 따라 기판(100)이 절단된다(S150). 하기에 설명하는 바와 같이, 복수의 분할 레이저 빔들 중 상기 절단대상물에 마지막 순서로 조사되는 최후 분할 레이저 빔, 예를 들어 본 실시예에서는 제2 분할 레이저 빔(L2)에 의하여 절단이 수행되도록, 초기 발진 레이저 빔(L) 및 복수의 분할 레이저 빔들의 강도들이 제어된다.
제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)의 이동은 실질적으로는 구동부(미도시)에 의한 스테이지(110) 및 기판(100)의 이동에 의하여 구현될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)은 각각 제1 및 제2 빔 익스펜더(142, 144), 제1 및 제2 갈바노 스캐너(152, 154), 제1 및 제2 F-theta 렌즈(162, 164)를 지나면서 기판(100)의 절단에 적절하도록 크기와 초점이 조절된다.
상술한 바와 같은 절단 공정을 2차원적으로 마련된 절단선들을 따라 수행하여 다이싱 공정을 완료한다.
도 5은 도 3의 장치와 도 4의 방법에 따라, 기판(100)에 제1 및 제2 분할 레이저 빔(L1, L2)이 조사되는 경우를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 5를 참조하면, 기판(100)을 조사하는 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)이 도시되어 있다. 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)은 기판(100)을 순차적으로 조사하면서, 기판(100)의 절단선(1050)을 따라 화살표 방향으로 이동한다. 이러한 제1 및 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)의 이동은 상술한 바와 같이 기판(100)의 이동에 의하여 구현될 수 있다. 제1 및/또는 제2 분할 레이저 빔들(L1, L2)의 조사에 의하여 결과적으로 제거되는 제1 영역(1060)의 폭은 기판(100)의 스크라이빙 영역, 즉 다이(102)들 사이의 영역보다 작은 것이 바람직하다.
제1 분할 레이저 빔(L1)이 제1 영역(1060)을 조사하면서 이동하면, 기판(100)의 표면으로부터 깊이 방향으로 기판(100)을 형성하는 물질이 제거되고, 이에 따라 제1 깊이(t1, 도 6 참조)의 제1 홈(103, 도 6 참조)을 포함하는 제2 영역(1070)이 형성된다.
이어서, 제2 분할 레이저 빔(L2)이 제2 영역(1070)을 조사하면서 이동하면, 제1 홈(103, 도 6 참조)의 바닥으로부터 깊이 방향으로 기판(100)을 형성하는 물질이 제거되고, 이에 따라 제1 홈(103, 도 6 참조)에 연장되고 제2 깊이(t2, 도 7 참조)를 가지는 제2 홈(104, 도7 참조)을 포함하는 제3 영역(1080)이 형성된다. 실질적으로 제3 영역(1080)은 기판(100)이 절단된 영역이다. 제1 및 제2 분할 레이저 빔(L1, L2)에 의하여 기판(100)이 절단되는 경우에는, 제2 홈(104, 도7 참조)이 기판(100)을 관통하는 관통 홀이 될 수 있으며, 이러한 제2 홈(104, 도7 참조)이 절단선(1050)을 따라 연장됨에 따라 기판(100)은 절단된다.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 기판(100)에 제1 및 제2 분할 레이저 빔(L1, L2)이 조사되는 경우를 각각 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 기판(100)의 표면(101)에 제1 분할 레이저 빔(L1)이 조사되어 기판(100)을 형성하는 물질을 제거하고, 이에 따라 제1 홈(103)이 형성된다. 제1 분할 레이저 빔(L1)의 제1 폭(W1)은 다이(102)를 손상하지 않도록 적절한 크기를 가져야 한다. 제1 분할 레이저 빔(L1)으로부터 측방향으로 전달되는 열 에너지의한 용융에 의하여 제1 홈(103)은 표면(101)과 접하는 제1 상측 영역(103a)이 제1 분할 레이저 빔(L1)의 제1 폭(W1)보다 넓게 형성될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 제1 상측 영역(103a)이 다이(102)가 형성된 영역을 침범하지 않도록, 즉 다이(102)가 손상되지 않도록 제1 분할 레이저 빔(L1)의 주사 강도와 주사 시간이 제어되는 것이 바람직하다.
이와 같이 다이(102)가 손상되지 않는 수준의 주사 강도와 주사 시간으로 제1 분할 레이저 빔(L1)을 기판(100)에 주사하면, 제1 홈(103)은 제1 깊이(t1)를 가지게 된다. 이러한 주사 강도와 주사 시간은 상술한 바와 같이 기판(100)의 더미 영역에 초기 발진 레이저 빔(L)을 주사하여 기판(100)이 절단되는데 필요한 주사 강 도와 주사 시간을 측정하여 제1 및 제2 분할 레이저 빔(L1, L2)의 주사 강도와 주사 시간을 결정할 수 있다. 또는, 저장부(180)의 데이터 베이스를 사용하여 주사 강도와 주사 시간을 결정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 홈(103) 내에 제2 분할 레이저 빔(L2)이 조사되어 기판(100)을 형성하는 물질을 제거하고, 이에 따라 제1 홈(103)에 연장되고 제2 깊이(t2)를 가지는 제2 홈(104)이 형성된다. 제2 분할 레이저 빔(L2)의 제2 폭(W2)은 다이(102)를 손상하지 않는 크기를 가져야 하며, 제1 분할 레이저 빔(L1)의 제1 폭(W1)에 비하여 작을 수 있다. 제1 및 제2 분할 레이저 빔(L1, L2)은 서로 동일한 강도를 가질 수도 있고, 또는 서로 다른 강도를 가질 수도 있다.
상술한 바와 같이, 제2 분할 레이저 빔(L2)으로부터 측방향으로 전달되는 열 에너지의 영향으로 미리 형성된 제1 홈(103)의 표면(101)과 접하는 제1 상측영역(103a)이 확장되어 제2 상측영역(103b)이 될 수 있다. 그러나, 제2 상측 영역(103b)이 다이(102)가 형성된 영역을 침범하지 않도록, 즉 다이(102)가 손상되지 않도록 제2 분할 레이저 빔(L2)의 주사 강도와 주사 시간이 제어되는 것이 바람직하며, 이러한 주사 강도와 주사 시간의 제어는 상술한 바와 같다. 제1 분할 레이저 빔(L1)의 제1 폭(W1)에 비하여 제2 분할 레이저 빔(L2)의 제2 폭(W2)이 작은 경우에는 제2 상측영역(103b)의 크기를 용이하게 감소시킬 수 있으므로 효과적일 수 있다.
도 7에서는 제2 홈(104)은 기판(100)의 배면(106)에까지 연장된 관통 홀의 형상으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 초기 발진 레이저 빔(L)이 두 개 이상의 레이저 빔으로 분할 되는 경우에는 제2 홈(104)은 기판(100) 내에 트렌치의 형상을 가지게 되며, 최후로 조사되는 레이저 빔에 의하여 관통홀이 형성된다. 또한, 제2 홈(104)이 기판(100)을 관통하는 경우, 제2 홈(104)의 하측 부분(105)의 제3 폭(W3)은 상기 제1 및 제2 폭들(W1, W2)에 비하여 작을 수 있다.
이와 같이 기판(100)을 한번의 레이저 조사에 의하여 절단하지 않고, 강도를 분할 레이저 빔을 이용하여 조사하는 경우에는, 종래기술에서 도 2를 참조하여 상술한 바와 같은 플라즈마(30, 도 2 참조)의 형성을 방지하거나 또는 최소한 그 지속 시간을 감소할 수 있으며, 이에 따라 열전달에 의하여 또는 기판(100)으로부터 제거된 물질로 인한 다이(102)의 손상을 줄일 수 있다.
도 8 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 다중 절단방법(S200)을 도시한 흐름도이다. 이하에서는 본 발명의 간명한 설명을 위하여 상술한 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3과 도 8을 참조하면, 스테이지(110) 상에 절단 대상물, 예를 들어 기판(100)을 제공한다(S210).이어서, 절단대상물인 기판(100)의 더미 영역(미도시)에, 레이저 발진기(120)로부터 발진한 초기 발진 레이저 빔(L)을 조사하여, 초기 발진 레이저 빔(L)의 1회 조사에 의하여 기판(100)을 절단할 수 있는 초기 발진 레 이저 빔(L)의 강도를 측정한다(S220).
이와 같이 측정된 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도를 기준으로 기판(100)의 절단을 위한 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도를 결정한다(S230). 하기에 설명하는 바와 같이, 초기 발진 레이저 빔(L)을 반복하여 기판(100) 상에 조사하여 절단하므로, 반복되는 횟수를 고려하여 마지막 순서로 조사되는 레이저 빔에 의하여 기판(100)이 절단되도록 초기 발진 레이저 빔(L)의 각각의 강도를 결정한다. 이와 같이 결정된 강도는 1회 조사에 의하여 기판(100)을 절단할 수 있는 레이저 빔의 강도에 비하여 작은 값이 된다.
이러한 측정단계(S220)과 결정단계(S230)는 선택적이다. 다시 말하면, 저장부(180)에 기판(100)의 절단에 필요한 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도에 대한 데이터 베이스가 마련된 경우에는, 측정단계(S220)과 결정단계(S230)는 수행하지 않고, 상기 데이터 베이스를 이용하여 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도를 결정할 수 있다.
이와 같이 결정된 초기 발진 레이저 빔(L)이 레이저 발진기(120)로부터 발진되고, 미러부(130)에 의하여 반사되어 기판(100)을 향하여 진행한다. 상술한 실시예와의 차이는 빔 스플릿터(132)가 사용되지 않거나, 빔 스플릿터(132)가 미러의 역할을 수행할 수 있다는 것이다.
이어서, 초기 발진 레이저 빔(L)은 기판(100) 상의 절단선(1050, 도 9 참조)을 따라 이동하면서 반복적으로 조사하고, 이에 따라 기판(100)이 절단된다(S150). 상술한 바와 같이, 초기 발진 레이저 빔들(L) 중 상기 절단대상물에 마지막 순서로 조사되는 레이저 빔에 의하여 절단이 수행되도록, 상기 초기 발진 레이저 빔(L)의 강도가 제어된다. 상술한 바와 같은 절단 공정을 2차원적으로 마련된 절단선들을 따라 수행하여 다이싱 공정을 완료한다.
도 9는 도 3의 레이저 장치(1)와 도 8의 방법(S200)에 따라, 기판(100)에 초기 발진 레이저빔(L3)이 반복적으로 조사되는 경우를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 9를 참조하면, 기판(100)을 반복적으로 조사하는 초기 발진 레이저빔(L3)이 도시되어 있다. 기판(100)은 절단선(1050)을 따라 구분된 복수의 일정 영역들(A, B, C...)로 구분되어 있다. 초기 발진 레이저 빔(L3)은 복수의 일정 구역들(A, B, C...)을 순차적으로 조사한다. 즉, 도시된 바와 같이, 초기 발진 레이저 빔(L3)이 A 구역을 조사하는 경우에는, 상기 A 구역 내에서 순방향과 그 역방향을 따라 반복적으로 조사한다. 이러한 조사에 의하여 기판(100)의 상기 A 구역이 절단되면, 상기 A 구역과 인접한 B 구역으로 초기 발진 레이저빔(L3)이 이동하여 B 구역 내를 순방향과 그 역방향을 따라 반복적으로 조사하여 절단하고, 이어서 상기 B 구역과 인접한 C 구역으로 초기 발진 레이저빔(L3)이 이동한다. 상술한 바와 같이, 초기 발진 레이저빔(L3)의 이동은 기판(100)의 이동에 의하여 구현될 수 있다. 도 9에서, 제1 영역(1060)은 초기 발진 레이저빔(L3)이 조사되기 전의 영역으로 상기 C 영역을 포함하고, 제2 영역(1070)은 초기 발진 레이저빔(L3)이 조사되고 있는 영역 으로 상기 B 영역에 해당하고, 제3 영역(1080)은 초기 발진 레이저빔(L3)의 조사에 의하여 기판(100)이 절단된 영역으로 상기 A 영역을 포함한다.
상술한 바와 같이, 일정한 영역 내에서 초기 발진 레이저빔(L3)의 조사가 반복되는 경우, 초기 발진 레이저빔(L3)은 순방향, 또는 역방향으로 이동 시에만 기판(100)을 조사하거나 또는 순방향과 역방향 이동 시 모두 기판을 조사할 수 있다. 초기 발진 레이저빔(L3)이 순방향과 역방향 이동 시 모두 기판을 조사하는 경우에는, 반복횟수에 2배의 레이저 조사가 수행되는 것에 유의하여야 한다. 여기에서 순방향은 전제적으로 기판(100)의 가공이 시작되는 부분에서 종료하는 부분으로의 초기 발진 레이저빔(L3)이 이동하는 방향을 의미하며, 역방향은 그 반대반향을 의미한다. 이와 같이 초기 발진 레이저빔(L3)이 일정한 영역에서 반복됨으로서, 종래기술에서 도 2를 참조하여 상술한 바와 같은 플라즈마(30, 도 2 참조)의 형성을 방지하거나 또는 최소한 그 지속 시간을 감소할 수 있으며, 이에 따라 열전달에 의하여 또는 기판(100)으로부터 제거된 물질로 인한 다이(102)의 손상을 줄일 수 있다.
초기 발진 레이저빔(L3)이 반복될 때의 레이저 빔의 크기, 조사 강도나 조사 시간은 모두 동일할 수 있으나, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 초기 발진 레이저빔(L3)이 기판(100)을 일정영역으로 구분하여 조사하지 않고, 기판(100)의 직경을 따라 전체적으로 순방향으로 조사하고 다시 전체적으로 그 역방향으로 조사할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 다중 절단방법은 기판을 절단하는 방법을 예시적으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 스트립, 마킹, 펀칭(punching), 또는 트렌칭(trenching)과 같은 가공에도 적용할 수 있음은 본 기술분야의 당업자에게는 자명할 것이다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1과 도 2는 종래의 레이저를 이용한 다이싱 공정에서 발생하는 문제점을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 다중 절단방법을 수행하기 위해 사용되는 레이저 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 다중 절단방법을 도시한 흐름도이다.
도 5은 도 3의 레이저 장치와 도 4의 방법에 따라, 기판에 제1 및 제2 분할 레이저 빔이 조사되는 경우를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 기판에 제1 및 제2 분할 레이저 빔이 조사되는 경우를 각각 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 8 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 다중 절단방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 도 3의 레이저 장치와 도 8의 방법에 따라, 기판에 초기 발진 레이저 빔이 반복적으로 조사되는 경우를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 기판, 110: 스테이지, 120: 레이저 발진기, 130: 미러부,
132: 빔 스플릿터, 134: 미러, 140, 142, 144: 빔 익스펜더,
150, 152, 154: 갈바노 스캐너, 160, 162, 164: F-theta 렌즈
170: 제어부, 180: 저장부

Claims (7)

  1. 레이저 발진기, 빔 스플릿터(beam splitter) 및 스테이지를 포함하는 레이저 장치를 이용하여 절단하는 방법에 있어서,
    상기 스테이지 상에 절단대상물을 제공하는 단계;
    상기 레이저 발진기로부터 발진된 초기 발진 레이저 빔을 상기 빔 스플릿터를 이용하여 복수의 분할 레이저 빔으로 분할하는 단계; 및
    상기 복수의 분할 레이저 빔들이 각각 상기 절단대상물 상의 절단선을 따라 이동하면서 순차적으로 조사하여 상기 절단 대상물을 절단하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 분할 레이저 빔들 중 상기 절단대상물에 마지막 순서로 조사되는 최후 분할 레이저 빔에 의하여 절단이 수행되도록, 상기 초기 발진 레이저 빔 및 상기 복수의 분할 레이저 빔들의 강도들이 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 다중 절단방법.
  2. 레이저 발진기 및 스테이지를 포함하는 레이저 장치를 이용하여 절단하는 방법에 있어서,
    상기 스테이지 상에 절단대상물을 제공하는 단계; 및
    상기 레이저 발진기로부터 발진된 초기 발진 레이저 빔이 상기 절연대상물 상의 절단선을 반복하여 복수회 조사하면서 상기 절단선을 따라 이동하면서 조사하여 상기 절단대상물을 절단하는 단계를 포함하고,
    상기 반복하여 조사되는 초기 발진 레이저 빔들 중 상기 절단대상물에 마지막 순서로 조사되는 레이저 빔에 의하여 절단이 수행되도록, 상기 초기 발진 레이저 빔의 강도가 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 다중 절단방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 분할된 레이저 빔은 서로 동일한 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 다중 절단방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 절연 대상물 상의 절단선의 전체를 일정하게 구분한 영역들을 순차적으로 각각 반복하여 복수회 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 다중 절단방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 상기 절단대상물에 조사하는 단계 이전에,
    상기 절단대상물의 더미(dummy) 영역에 상기 초기 발진 레이저 빔을 조사하여, 상기 초기 발진 레이저 빔의 1회 조사에 의하여 상기 절단대상물을 절단 할 수 있는 상기 레이저 빔의 강도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 초기 발진 레이저 빔의 강도를 기준으로 상기 절단 대상물의 절단을 위한 상기 초기 발진 레이저 빔의 강도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 다중 절단방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절단대상물은 반도체 기판, 유리 기판, 및 플라스틱 기판 중에 하나인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하는 다중 절단방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저는 헬륨-네온 레이저, 아르곤 이온 레이저, 크립톤 이온 레이저, 헬륨-카드뮴 이온 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑시머 레이저, ND:YAG 레이저, ND:유리 레이저, ND:YLF 레이저, 반도체 레이저, 다이오드 펌프 레이저, 유기 색소 레이저, 화학 레이저, 자유 전자 레이저, X-선 레이저, 및 가변 파장 레이저로 이루어진 군에서 선택된 하나의 레이저 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 다중 절단방법.
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