KR20110093614A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스 레이저 광선을 복수의 집광점에서 조사함으로써 복수의 변질층을 형성할 때에 변질층을 기점으로 하여 전파되는 균열이 변질층 사이에 유도되도록 한 레이저 가공 장치를 제공한다.
피가공물을 유지하는 척 테이블과, 척 테이블에 유지된 피가공물에 이 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 척 테이블과 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 구비하고, 레이저 광선 조사 수단이 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 펄스 레이저 광선 발진 수단이 발진하는 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 포함하는 레이저 가공 장치로서, 집광기는 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께 방향으로 변위시킨 복수개의 집광점에 집광시키도록 구성되어 있고, 펄스 레이저 광선 발진 수단은 발진하는 펄스 레이저 광선의 펄스 폭이 복수개의 집광점에 의해 형성하는 변질층의 생성 시간보다 짧게 설정되어 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하여, 피가공물의 내부에 변질층을 형성하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 공정에서는, 실리콘 기판, 사파이어 기판, 탄화규소 기판, 리튬탄탈레이트 기판, 유리 기판 혹은 석영 기판과 같은 적절한 기판을 포함하는 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(기능 소자)를 형성한다. 그리고, 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 각각의 디바이스를 제조하고 있다.

전술한 웨이퍼를 스트리트를 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 이용하고, 분할할 영역의 내부에 집광점을 맞추어 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법이 시도되어 있다. 이 레이저 가공 방법을 이용한 분할 방법은, 웨이퍼의 한쪽의 면측으로부터 내부에 집광점을 맞추어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는, 예컨대 파장이 1064 ㎚인 펄스 레이저 광선을 조사하여, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 변질층을 연속적으로 형성하고, 이 변질층이 형성됨으로써 강도가 저하된 스트리트를 따라 외력을 부가하여, 웨이퍼를 분할하는 것이다.

그런데, 전술한 레이저 가공에 있어서 웨이퍼에 형성되는 변질층의 두께는 펄스 레이저 광선의 집광점 근방에서 50 ㎛ 전후이기 때문에, 변질층의 두께를 증대시키기 위해서는 펄스 레이저 광선의 집광점의 위치를 웨이퍼의 두께 방향으로 변위시켜, 펄스 레이저 광선과 웨이퍼를 스트리트를 따하 반복하여 상대적으로 이동시키 것이 필요하다. 따라서, 특히 웨이퍼의 두께가 두꺼운 경우, 정해진 두께의 변질층을 형성하기 위해 긴 시간이 필요하다.

전술한 문제를 해결하기 위해, 펄스 레이저 광선을 광축 방향으로 변위되게 한 2개의 집광점에 집광시키도록 구성한 레이저 가공 장치가 하기 특허문헌 1에 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 제4354376호

웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 내부에 광축 방향으로 2개의 집광점을 맞추어 조사함으로써 변질층을 형성하면, 2개의 집광점에서 형성되는 2층의 변질층을 기점으로 하여 전파되는 미세한 균열이 발생한다. 2개의 집광점에 의해 2층의 변질층을 형성하는 경우, 이 변질층을 기점으로 하여 전파되는 균열은 2층의 변질층 사이에 전파되지 않고 펄스 레이저 광선이 입사된 측으로 변질층 사이를 벗어나 불규칙한 방향으로 형성되는 경우가 많다. 이 결과, 웨이퍼가 변질층을 따라 파단된 디바이스는, 파단된 외주면이 균일하게 되지 않고 굴절 강도가 저하한다고 하는 문제가 있다. 특히, 사파이어 기판의 표면에 n형 질화물 반도체층 및 p형 질화물 반도체층으로 이루어지는 광디바이스층이 형성된 광디바이스 웨이퍼에 있어서는, 분할된 광디바이스의 휘도가 저하한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 펄스 레이저 광선을 광축 방향으로 복수의 집광점에서 조사함으로써 복수의 변질층을 형성할 때에 변질층을 기점으로 하여 전파되는 균열이 변질층 사이로 유도되도록 한 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 이 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 구비하고,

상기 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단이 발진하는 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 포함하는 레이저 가공 장치로서,

집광기는, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께 방향으로 변위시킨 복수개의 집광점에 집광시키도록 구성되어 있고,

상기 펄스 레이저 광선 발진 수단은, 발진하는 펄스 레이저 광선의 펄스 폭이 복수개의 집광점에 의해 형성하는 변질층의 생성 시간보다 짧게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에 있어서, 레이저 광선 조사 수단의 집광기는 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께 방향으로 변위시킨 복수개의 집광점에 집광시키도록 구성되어 있고, 펄스 레이저 광선 발진 수단이 발진하는 펄스 레이저 광선의 펄스 폭이 복수개의 집광점에 의해 형성하는 복수개의 변질층의 생성 시간보다 짧게 설정되어 있기 때문에, 복수개의 변질층을 기점으로 하여 전파되는 균열이 변질층 사이에 유도되어, 균열이 펄스 레이저 광선이 입사된 측으로 변질층 사이를 벗어나 불규칙한 방향으로 전파되어 형성되는 경우가 없다. 따라서, 변질층이 형성된 웨이퍼가 스트리트를 따라 분할된 디바이스는, 외주면이 균일하게 되고 항절 강도가 저하하는 경우가 없으며, 특히 웨이퍼가 광디바이스 웨이퍼인 경우에는 분할된 광디바이스의 휘도가 저하하는 경우도 없다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치에 있어서는, 레이저 광선 조사 수단의 집광기는 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께 방향으로 변위하여 복수개의 집광점을 형성하기 때문에 펄스 레이저 광선의 에너지가 집광점의 수에 따라 분산되고, 피가공물로서의 웨이퍼의 이면측으로부터 조사된 펄스 레이저 광선은 집광점으로부터 원추형으로 확대되어 디바이스가 형성된 표면으로 동심원형으로 분산되어 빠져 나가기 때문에 디바이스층을 손상시키는 경우가 없다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 일실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 도 1의 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 다른 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 피가공물로서의 광디바이스 웨이퍼의 사시도 및 주요부 확대 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 광디바이스 웨이퍼의 표면에 보호 테이프를 점착하는 보호 부재 점착 공정을 나타내는 설명도이다.
도 6은 도 1의 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 변질층 형성 공정의 설명도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 변질층 형성 공정을 실시할 때에 조사하는 펄스 레이저 광선의 펄스 폭을 나타내는 설명도이다.
도 8은 도 6에 나타내는 변질층 형성 공정이 실시된 웨이퍼에 형성되는 변질층 및 균열의 설명도이다.
도 9는 도 6에 나타내는 변질층 형성 공정에 있어서의 펄스 레이저 광선의 상태를 나타내는 설명도이다.

이상, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치는, 정지 베이스(2)와, 상기 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동 가능하게 배치되며 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 화살표 X로 나타내는 방향과 직각인 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 방향으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 초점 위치 조정 방향으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.

상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 위에 화살표 X로 나타내는 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31)에 화살표 X로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 상기 제1 슬라이딩 블록(32) 위에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 상기 제2 슬라이딩 블록(33) 위에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성되며 피가공물 유지면(361)을 구비하고 있고, 척 테이블(36) 위에 피가공물로서의 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 또한, 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전한다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(321, 321)이 마련되어 있으며, 그 상면에 화살표 Y로 나타내는 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내 홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 끼워 맞추어짐으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 화살표 X로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 화살표 X로 나타내는 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31과 31)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 상기 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는, 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동한다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(331, 331)이 마련되어 있고, 이 피안내 홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춰짐으로써, 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322과 322)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(381)는, 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동한다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 위에 화살표 Y로 나타내는 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 상기 안내 레일(41, 41) 위에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 위에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는, 일측면에 화살표 Z로 나타내는 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시한 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 상기 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않는 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동한다.

도시한 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 상기 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(6)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 이동 가능하게 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(511, 511)이 마련되어 있고, 이 피안내 홈(511, 511)은 상기 안내 레일(423, 423)에 끼워 맞춰짐으로써, 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 지지된다.

도시한 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(53)을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423)의 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 또는 역회전 구동함으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시한 실시형태에 있어서는, 펄스 모터(532)를 정회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 상측으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 하측으로 이동시키도록 되어 있다.

도시한 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되며 실질적으로 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(61)을 포함하고 있다. 이 레이저 광선 조사 수단(6)에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에 나타내는 레이저 광선 조사 수단(6)은, 케이싱(61) 내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)과, 이 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진하는 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하게 하는 집광기(63)를 포함하고 있다. 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)은, 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장(예컨대 1064 ㎚)의 펄스 레이저 광선을 발진한다.

도 2를 참조하여 설명을 계속하면, 레이저 광선 조사 수단(6)을 구성하는 집광기(63)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 도 2에서 하측, 즉 척 테이블(36)을 향하여 방향 변환하는 방향 변환 미러(631)와, 상기 방향 변환 미러(631)에 의해 방향 변환되는 펄스 레이저 광선의 광축 상에 배치된 복굴절 렌즈(632) 및 집광 렌즈(633)로 이루어져 있다. 복굴절 렌즈(632)는, YV04(632a)와 S-LAH79(632b)로 이루어져 있다. 이 복굴절 렌즈(632) 및 집광 렌즈(633)는, 방향 변환 미러(631)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)의 두께 방향으로 변위시킨 2개의 집광점(Pa, Pb)에 집광시킨다.

다음에, 집광기(63)의 다른 실시형태에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3에 나타내는 집광기(63)는, 2개의 복굴절 렌즈(632-1, 632-2)를 구비하고 있는 것 외에는 상기 도 2에 나타내는 집광기(63)와 실질적으로 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙여 그 설명은 생략한다. 도 3에 나타내는 집광기(63)는 2개의 복굴절 렌즈(632-1, 632-2)를 구비하고 있기 때문에, 방향 변환 미러(631)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 4개의 집광점(Pa, Pb, Pc, Pd)에 집광시킬 수 있다.

도 1로 되돌아가서 설명을 계속하면, 상기 레이저 광선 조사 수단(6)을 구성하는 케이싱(61)의 전단부에는, 상기 레이저 광선 조사 수단(6)에 의해 레이저 가공할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(7)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(7)은, 도시한 실시형태에 있어서는 가시 광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 상기 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않는 제어 수단에 전송한다.

도시한 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하에 그 작용에 대해서 설명한다.

도 4의 (a) 및 (b)에는, 상기 레이저 가공 장치에 의해 가공되는 피가공물인 웨이퍼로서의 광디바이스 웨이퍼의 사시도 및 주요부를 확대하여 나타내는 단면도가 나타나 있다. 도 4의 (a) 및 (b)에 나타내는 광디바이스 웨이퍼(10)는, 예컨대 두께가 150 ㎛인 사파이어 기판(100)의 표면(100a)에 n형 질화물 반도체층(111) 및 p형 질화물 반도체층(112)으로 이루어지는 광디바이스층(에피택셜층)(110)이 예컨대 10 ㎛의 두께로 적층되어 있다. 그리고, 광디바이스층(에피택셜층)(110)이 격자형으로 형성된 복수의 스트리트(120)에 의해 구획된 복수의 영역에 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광디바이스(130)가 형성되어 있다. 이하, 이 광디바이스 웨이퍼(10)의 내부에 스트리트(120)를 따라 변질층을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.

우선, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 표면(100a)에 형성된 광디바이스(130)를 보호하기 위해, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 광디바이스층(에피택셜층)(110)의 표면(110a)에 보호 부재를 점착하는 보호 부재 점착 공정을 실시한다. 즉, 도 5에 나타내는 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 광디바이스층(에피택셜층)(110)의 표면(110a)에 보호 부재로서의 보호 테이프(T)를 점착한다. 또한, 보호 테이프(T)는, 도시한 실시형태에 있어서는 두께가 100 ㎛인 폴리염화비닐(PVC)로 이루어지는 시트 기재의 표면에 아크릴 수지계의 풀이 두께 5 ㎛ 정도 도포되어 있다.

전술한 보호 부재 점착 공정을 실시하였으면, 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 위에 광디바이스 웨이퍼(10)의 보호 테이프(T)측을 배치하고, 상기 척 테이블(36) 위에 반도체 웨이퍼(10)를 흡착 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척 테이블(36) 위에 유지된 광디바이스 웨이퍼(10)는, 사파이어 기판(100)의 이면(100b)이 상측이 된다.

전술한 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치 결정된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치 결정되면, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않는 제어 수단에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공할 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않는 제어 수단은, 광디바이스 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성되어 있는 스트리트(120)와, 스트리트(120)를 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(63)를 정렬시키기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트를 수행한다. 또한, 광디바이스 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 상기 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 스트리트(120)에 대해서도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 수행된다. 이때, 광디바이스 웨이퍼(10)의 스트리트(120)가 형성되어 있는 표면(110a)은 하측에 위치하고 있지만, 촬상 수단(7)이 전술한 바와 같이 적외선 조명 수단과 적외선을 포착하는 광학계 및 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성된 촬상 수단을 구비하고 있기 때문에, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 이면(100b)으로부터 투과하여 스트리트(120)를 촬상할 수 있다. 또한, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 웨이퍼는 가시광을 투과하기 때문에, 반드시 적외선 CCD를 이용할 필요는 없다.

이상과 같이 하여 척 테이블(36) 위에 유지된 광디바이스 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 스트리트(120)를 검출하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 행해졌다면, 도 6의 (a)에서 나타내는 바와 같이 척 테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(63)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동하고, 정해진 스트리트(120)를 집광기(63)의 바로 아래에 위치 결정한다. 그리고, 집광기(63)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(Pa, Pb)을 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 내부에 위치 결정한다.

다음에, 레이저 광선 조사 수단(6)을 작동하여 집광기(63)로부터 펄스 레이저 광선을 조사하며, 가공 이송 수단(37)을 작동하여 척 테이블(36)을, 도 6의 (a)에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 정해진 가공 이송 속도로 이동하게 한다(변질층 형성 공정). 그리고, 도 6의 (b)에서 나타내는 바와 같이 집광기(63)의 조사 위치가 스트리트(120)의 타단[도 6의 (b)에서 우단]에 달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하며, 척 테이블(36)의 이동을 정지한다. 이 결과, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 내부에는, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 정해진 스트리트(120)를 따라 두께(T1 및 T2)를 갖는 2개의 변질층(W1 및 W2)이 동시에 형성된다.

또한, 상기 변질층 형성 공정의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.

광원: 고반복 단펄스 레이저

파장: 1064 ㎚

출력: 0.3 W

반복 주파수: 100 ㎑

펄스 폭: 10 ps

집광 스폿 직경: Φ1 ㎛

스폿 갯수: 2개

스폿 간격: 17 ㎛

가공 이송 속도: 400 ㎜/초

전술한 변질층 형성 공정에서는, 펄스 레이저 광선의 펄스 폭을 집광점(Pa, Pb)에 의해 형성하는 2개의 변질층(W1 및 W2)의 생성 시간보다 짧게 설정하는 것이 중요하고, 도시한 실시형태에 있어서의 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)에서는, 발진하는 펄스 레이저 광선의 펄스 폭을 도 7에 나타내는 바와 같이 10 ps로 설정하고 있다. 이와 같이 펄스 폭을 집광점(Pa, Pb)에 의해 형성하는 2개의 변질층(W1 및 W2)의 생성 시간보다 짧게 설정함으로써, 도 8에 나타내는 바와 같이 변질층(W1 및 W2)을 형성할 때에 변질층(W1 및 W2)을 기점으로 하여 전파되는 균열(C)이 변질층(W1, W2) 사이로 유도되고, 균열(C)이 펄스 레이저 광선이 입사된 측으로 변질층(W1, W2) 사이를 벗어나 불규칙한 방향으로 전파되어 형성되는 경우가 없다. 또한, 본 발명자들의 실험에 의하면, 펄스 폭이 500 ps 근방에서는 상기 효과가 보이지 않으므로, 변질층의 생성 시간은 500 ps 미만으로 생각되고, 펄스 폭은 500 ps 미만으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(63)는 척 테이블(36)에 유지된 광디바이스 웨이퍼(10)의 두께 방향으로 변위하여 2개의 집광점(Pa, Pb)을 형성하기 때문에 펄스 레이저 광선의 에너지가 분산되며, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 이면(100b)측으로부터 조사된 펄스 레이저 광선은 도 9에 나타내는 바와 같이 집광점(Pa, Pb)으로부터 원추형으로 확대되어 광디바이스층(에피택셜층)(110)의 표면(110a)에 동심원형으로 분산되어 빠져 나가기 때문에 광디바이스층(에피택셜층)(110)을 손상시키는 경우가 없다.

전술한 바와 같이, 광디바이스 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성된 모든 스트리트(120)를 따라 상기 변질층 형성 공정을 실시하였다면, 광디바이스 웨이퍼(10)를 유지한 척 테이블(36)을 90도 회전한 위치에 위치 결정한다. 그리고, 광디바이스 웨이퍼(10)의 상기 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성된 모든 스트리트(120)를 따라 상기 변질층 형성 공정을 실시한다.

이상과 같이 하여, 변질층 형성 공정이 모든 스트리트(120)를 따라 실시된 광디바이스 웨이퍼(10)는, 변질층(W1 및 W2)이 형성된 스트리트(120)를 따라 파단하는 웨이퍼 분할 공정으로 반송된다.

또한, 웨이퍼 분할 공정에서, 광디바이스 웨이퍼(10)는 변질층(W1 및 W2)이 형성된 스트리트(120)를 따라 파단되어 각각의 광디바이스(130)로 분할되지만, 전술한 바와 같이 변질층(W1 및 W2)을 형성할 때에 변질층(W1 및 W2)을 기점으로 하여 전파하는 균열(C)이 변질층(W1, W2) 사이 및 연장선 상으로 유도되고, 균열(C)이 펄스 레이저 광선이 입사된 측으로 변질층(W1, W2) 사이를 벗어나 불규칙한 방향으로 전파되어 형성되는 경우가 없기 때문에, 분할된 광디바이스(130)의 외주면이 균일하게 되어 항절 강도가 저하하는 경우는 없으며, 분할된 광디바이스(130)의 휘도가 저하하는 경우도 없다.

2: 정지 베이스
3: 척 테이블 기구
36: 척 테이블
37: 가공 이송 수단
374: 가공 이송량 검출 수단
38: 제1 인덱싱 이송 수단
4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
42: 가동 지지 베이스
43: 제2 인덱싱 이송 수단
5: 레이저 광선 조사 유닛
53: 집광점 위치 조정 수단
6: 레이저 광선 조사 수단
62: 펄스 레이저 광선 발진 수단
63: 집광기
631: 방향 변환 미러
632: 복굴절 렌즈
633: 집광 렌즈
10: 광디바이스 웨이퍼

Claims (1)

1. 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 이 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 구비하고,
   상기 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단이 발진하는 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하게 하는 집광기를 포함하는 레이저 가공 장치로서,
   집광기는, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 두께 방향으로 변위시킨 복수개의 집광점에 집광시키도록 구성되어 있고,
   상기 펄스 레이저 광선 발진 수단은, 발진하는 펄스 레이저 광선의 펄스 폭이 복수개의 집광점에 의해 형성하는 변질층의 생성 시간보다 짧게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.

Images