KR20110138225A - 유리 기판 위에 칩 스케일 패키지를 레이저 싱귤레이션하는 방법 - Google Patents

유리 기판 위에 칩 스케일 패키지를 레이저 싱귤레이션하는 방법 Download PDF

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KR20110138225A
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피터 피로고브스키
제프리 알베로
제임스 오브리엔
야수 오사코
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일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
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Abstract

화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 개선된 방법이 제시된다. 화합물 전자 디바이스는 복수의 디바이스(12)를 포함하는 조립체(10)에 2개 이상의 기판(84,90)을 조합하여 제조된다. 레이저 처리(80)를 사용하여 화합물 전자 디바이스(12)의 싱귤레이션을 위한 방법이 제시된다. 본 방법은 커프(142)의 폭을 최소화하고 시스템 처리량을 유지하면서 기판(36,50)의 크랙(58)이나 칩(39)의 발생과 같은 결함을 더 적게 제공한다.

Description

유리 기판 위에 칩 스케일 패키지를 레이저 싱귤레이션하는 방법{METHOD FOR LASER SINGULATION OF CHIP SCALE PACKAGES ON GLASS SUBSTRATES}
본 발명은 전자 디바이스를 싱귤레이션(singulation)하는 것에 관한 것이다. 특히 본 발명은 상이할 수 있는 기판들의 층들을 조립하여 구성된 화합물 전자 디바이스를 싱귤레이션하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광학적으로 투명한 보호 기판, 종종 유리 또는 사파이어와 결합된 능동 회로 요소들을 구비하는 기판 또는 웨이퍼, 종종 실리콘을 포함하는 이미지 센서 화합물 반도체 디바이스를 싱귤레이션하는 것에 관한 것이다.
반도체 및 다른 전자 디바이스들은 일반적으로 기판 위에 디바이스의 복수의 복제물을 함께 생성하고 디바이스들을 싱귤레이션하는 것에 의해 제조된다. 기판은 실리콘, 사파이어, 세라믹, 유리 또는 유리 같은 물질로 구성될 수 있다. 싱귤레이션은 개별 디바이스를 형성하기 위해 디바이스들 사이에 절단 또는 파괴를 생성하여 기판 위에 제조된 복수의 디바이스들을 서로 분리시키는 동작이다. 싱귤레이션은 많은 방법으로 수행될 수 있다. 스크라이빙(scribing)이라고 불리우는 방법은 기판을 통해 절단하지 않고 기판의 표면에 또는 기판의 표면에 부착된 물질에 절단부나 트렌치를 먼저 기계 가공하여 달성된다. 이것 이후에 기판을 기계적으로 파괴하거나 클리빙(cleaving)하여 다이(die)를 분리하는 동작이 수행된다. 이 절단부나 트렌치는 기계적인 톱질, 화학적인 에칭, 레이저 복사 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 기판을 싱귤레이션하는 다른 방법은 다이싱(dicing)이라고 불리우며, 여기서 원하는 분리의 전체 깊이는 기계적인 톱질, 화학적 에칭 또는 레이저 복사 또는 이들의 조합에 의하여 기계적인 클리빙 없이 수행된다.
반도체 디바이스들은 일반적으로 기판 위에 행과 열로 배열되고 이들 디바이스들 사이에 중요한 성분이 없는 자유 영역이 존재한다. 이들 자유 영역은 소위 "스트리트(streets)"라고 불리우며 일반적으로 싱귤레이팅될 때 직사각형 디바이스를 양산하기 위하여 서로 수직으로 배열된 2개의 직선 라인의 세트를 형성한다. 도 1은 참조 번호 12로 지시된 화합물 디바이스와, 참조 번호 14로 지시된 스트리트로 구성된 일반적인 반도체 웨이퍼(10)를 도시한다. 또한 참조 번호 16으로 지시된 상부면 금속이 도시된다.
반도체 디바이스들은 점점 더 작은 패키지에 더 많은 기능을 위한 소비자의 요구에 따라 제조사들이 더 작은 볼륨 내에 더 많은 회로를 넣게 조장하고 있어 점점 더 복잡해지고 있다. 이러한 패키지 밀도의 증가로부터 3개의 트렌드가 나타난다. 첫째, 기판이 점점 더 얇아져서 이들 기판에 크랙이나 칩이 발생하는 손상을 더 잘 받을 수 있게 된다. 둘째, 회로 밀도가 점점 커져 가고 기판 공간이 보다 값비싸게 되므로 스트리트에 전용되는 영역을 최소화하는 것이 요구된다. 마지막으로, 전자 디바이스들이 복수의 기판이 웨이퍼 스케일 집적에 내재하는 병행을 이용하여 더 작은 볼륨에 더 많은 성능을 패키징하거나 하부 성분을 보호하기 위하여 싱귤레이션 전에 조립된 화합물 디바이스로 점점 더 많이 패키징된다.
화합물 반도체 디바이스들은 단일 기능 디바이스로 조립된 복수의 반도체 디바이스를 포함할 수 있는 복수의 기판으로 이루어질 수 있다. 이들 화합물 디바이스는 종종 디바이스 싱귤레이션 전에 조립되고 일반적인 싱귤레이션 방법을 위한 문제를 나타낼 수 있다. 도 2는 예시적인 화합물 디바이스, 이 경우에, 능동 회로 요소(미도시)를 포함하는 실리콘 웨이퍼(20)와, 참조 번호 22로 지시된 솔더 범프와, 참조 번호 24로 지시된 상부면 금속을 보여주는 상보 금속-산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서의 측면도를 도시한다. 웨이퍼(20)는 참조 번호 28로 지시된 심(shim)에 의해 유리 커버 판(26)으로부터 분리된다. 스트리트들 중 하나는 인접한 점선들 사이의 영역으로서 참조 번호 30으로 지시된다. 이 디바이스에서 이미지 센서는 유리 커버 판(26)을 향하는 실리콘 웨이퍼(20)의 표면 상에 있다. 투명한 커버 판은 광이 센서에 도달하게 하면서 센서를 보호한다.
반도체 디바이스를 싱귤레이션하는 하나의 종래 기술의 방법은 예를 들어 DISCO DAD3350(DISCO사, 도쿄, 일본)의 기계적인 톱을 사용하여 웨이퍼를 절단하는 것이다. 기계적인 톱의 단점들 중 하나는 이들 톱들이 이들이 생성하는 커프(kerf)나 절단부(cut)를 따라 칩과 크랙의 발생을 야기할 수 있다는 것이다. 이들 칩과 크랙은 기판을 약화시키고 종국적으로 반도체 디바이스에 문제를 야기할 수 있다. 칩과 크랙의 발생으로 인한 기판의 이러한 약화는 기판이 더 얇아짐에 따라 더 악화된다. 기계적인 톱은 또한 이 톱의 최소 사이즈에 기초하여 최소 커프 사이즈를 구비한다. 이것은 스트리트 사이즈를 감소시키고 기판의 사용가능한 영역을 개선하려는 제조사의 능력을 제한한다. 이 크랙 발생 문제에 대한 하나의 가능한 해법은 톱이 기판을 통해 이동하는 속도를 저하시키는 것이다. 이 크랙의 발생을 회피하기 위해 물질을 통한 톱의 절단 압력과 속도를 주의 깊게 조절하는 것이 요구되며, 이것은 더 작은 압력이 기계적인 톱을 가지고 더 많은 패스(pass)를 해야 하는 것을 의미하고 더 느린 속도는 패스당 더 많은 횟수를 이동해야 하는 것을 요구하기 때문에 처리량의 감소를 야기한다. 이것이 크랙과 칩의 발생 문제를 감소시킬 수 있으나, 이것은 싱귤레이션 공정을 허용불가능하게 속도 저하시킬 수 있다.
반도체 디바이스를 싱귤레이션하는 다른 방법은 절단부를 형성하기 위해 화학적 또는 플라즈마 에칭을 사용하는 것이다. 이의 일례는 OMM(OMM사, 샌디에고, 캘리포니아)에 양도된 미국 특허 US6,573,156호에 기술된다. 이 방법에서 트렌치는 웨이퍼의 일측에서 에칭되고, 임시 유지 물질이 그 측에 적용된 후, 반대쪽 측이 에칭된다. 이후 개별 반도체 디바이스들이 분리되게 하기 위해 임시 유지 물질이 제거된다. 이 방법은 제조 공정에 추가되는 여러 추가적인 단계와 추가적인 장비를 요구하여 제조 비용과 제조 시간을 증가시키는 단점을 가지고 있다.
절단부를 형성하는 다른 일반적인 방법은 레이저 빔을 사용하는 것이다. 레이저 빔은 또한 디바이스 아웃라인이나 스트리트가 직선이나 수직이 아닌 경우에 비직선 절단을 할 수 있다. 싱귤레이션은 레이저 빔을 사용하여 기판을 완전히 관통하게 기계 가공하여 관통 절단부를 형성하여 디바이스들을 분리시키는(다이싱) 것에 의해 또는 기판에 스크라이브(scribe) 또는 부분적인 절단을 형성한 후, 기판의 반대쪽 면에 스크라이브의 바닥으로부터 기계적으로 클리브하거나 파쇄(fractured)하는(스크라이빙) 것에 의해 달성될 수 있다. 레이저 빔으로 반도체 디바이스를 싱귤레이션하는 것은 레이저 빔이 최소 톱 블레이드보다 더 작은 커프를 기계 가공할 수 있어서 스트리트에 전용된 기판 영역을 감소시킬 수 있다. 레이저 빔은 실리콘 웨이퍼와 유리 커버 판과 같은 화합물 반도체 디바이스를 일반적으로 구성하는 물질에 스크라이브를 형성하거나 커프를 절단할 수 있다. 이들 커프나 스크라이브는 기계적인 톱에 의해 일반적으로 만들어지는 100마이크론보다 더 작을 수 있다. 도 3은 나노초 레이저 빔 펄스로 스크라이빙된 후의 유리 기판을 도시한다. 이 경우에 펄스 주파수 배가된 Nd:YAG 레이저가 스크라이브를 형성하기 위해 유리 기판으로 레이저 펄스를 조사하는데 사용된다. 이 레이저는 532㎚에서 동작하며, 약 30나노초(ns)의 시간 펄스 폭, 펄스당 약 1밀리줄(mJ)의 에너지, 약 15마이크론의 가우시안 스폿 사이즈, 및 약 10KHz의 펄스 반복 속도를 가지는 펄스를 방출한다. 도 3은 참조 번호 38로 지시된 레이저 가공된 스크라이브를 가지는 유리 기판(36)의 사진을 도시한다. 이 스크라이브는 스크라이브의 에지를 따라 강한 칩(39)의 발생을 보여준다는 것을 주목해야 한다. 이 칩의 발생은 이 칩이 유리를 약화시키고 이에 이 유리를 패키징 후에 손상될 수 있게 하기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 칩의 발생은 스크라이빙과 다이싱시에 모두 발생할 수 있다.
나노초 스케일 레이저 펄스로 유리를 스크라이빙하거나 절단하는 다른 문제는 크랙의 생성이다. 도 4는 도 3에 있는 스크라이브와 동일한 레이저 파라미터로 스크라이브된 유리 기판(50)에 있는 레이저 스크라이브의 단면도를 도시한다. 이 이미지는 스크라이브(54)를 둘러싸는 열 영향받은 영역(HAZ)(52)을 명확히 도시한다. 나아가, 보이드(void)(56)와 응력 파쇄(stress fractures)(58)가 스크라이브(54) 바닥 부근에 도시된다. 나노초 길이의 레이저 펄스로부터 열적 영향에 의해 야기될 수 있는 이들 결함은 도 5에 도시된 바와 같이 스크라이빙 이후에 유리 기판이 클리빙될 때 크랙을 유발할 수 있다. 도 5는 클리빙 이후에 도 4로부터 기판(50)의 측면도를 도시하며 여기서 스크라이브(54)는 우측에 있고 대표적인 크랙(60)은 이 스크라이브(54) 영역으로부터 전파하는 것으로 도시된다. 이들 크랙(60)은 도 4에 예시된 보이드와 응력 파쇄(56,58)의 존재에서 기판(50)을 클리빙한 결과이다. 패키징 이후, 이들과 같은 크랙은 잠재적으로 전파할 수 있어 디바이스 결함을 야기할 수 있다. 기계적인 톱은 또한 이런 유형의 크랙을 형성할 수 있다.
이런 칩과 크랙 발생을 해소하게 설계된 방법은 기계적인 톱의 효과를 제거하기 위하여 에지를 "용융"하게 형성된 화학적 또는 플라스마를 사용하는 것이다. 이의 일례는 미국 특허 출원 US2006/0249480호(Laser Machining Using an Active Assist Gas)에 기술되어 있다. 이 출원에서, 기판을 레이저 가공하는 것으로부터 초래되는 칩과 크랙의 발생을 감소시키기 위해 할로겐 보조 가스를 사용하는 공정이 도시된다. 이 출원은 칩과 크랙의 발생을 감소시키는 것에 의해 다이 강도를 증가시키는 것을 제시하지만, 여기에는 부식 가스를 작업 영역으로 안전하게 전달하고 이 작업 영역으로부터 부식 가스를 안전하게 배출하는데 필요한 추가적인 장비를 사용해야 하는 비용을 들여야 한다.
화합물 디바이스는 현존하는 방법들에 의해 싱귤레이션될 때 추가적인 문제를 나타낸다. 기계적인 톱의 경우에 이 톱은 실리콘 웨이퍼(20)와 유리 커버판(26)을 통해 도 2에 있는 점선들 사이에 스트리트(30)를 통해 절단해야 한다. 화합물 디바이스에 있는 특정 문제는 커프의 품질이다. 하나의 물질에서 유효한 톱니 파라미터들이 다른 물질에서는 최적이 아닐 수 있다. 화합물 디바이스, 특히 이미지 센서들이 상이한 물질의 기판으로 만들어지기 때문에, 특정 절단 속도, 톱 회전 속도 또는 압력과 같은 하나의 톱 파라미터 세트 또는 펄스 에너지 또는 반복 속도와 같은 하나의 레이저 파라미터 세트는 하나의 기판 물질에서는 유효하지만 다른 기판에서는 유효하지 않을 수 있다. 일반적으로 실리콘 웨이퍼보다 더 취성인 유리는 톱으로 절단되거나 레이저 처리될 때 커프를 따라 칩이나 크랙을 발생하는 경향이 있다. 칩과 크랙의 발생을 방지하기 위해, 유리 기판을 톱질하면서 다이아몬드 톱이 진행하는 속도는 실리콘 만을 톱질할 때보다 훨씬 더 느려야 한다. 이것은 레이저 처리할 때에도 또한 그러하다. 이것은 시스템 처리량에 악영향을 미친다. 나아가, 기계적인 톱은 기계적인 요인에 의해 최소 폭을 가지고 있어 이에 의해 기계적인 톱에 의해 톱질할 때 형성된 커프를 포함해야 하는 스트리트에 대해 최소 폭을 설정한다. 기계적인 톱의 커프에 대한 일반적인 최소 폭은 약 100마이크론이다. 스트리트는 능동 디바이스 요소들에 사용될 수 있는 기판에 낭비되는 공간을 나타내므로, 스트리트에 전용되는 공간을 최소화하고 능동 디바이스 요소들에 이용가능한 공간을 증가시키는 것이 요구된다.
그러므로, 전술된 내용에 따라, 디바이스에 칩이나 크랙에 의한 손상을 방지하고 싱귤레이션 공정에 추가적인 화학종, 장비 및 제조 단계를 추가하는 것을 피하며 종래 기술의 방법에 비해 시스템 처리량을 유지할 수 있는 화합물 반도체 디바이스를 싱귤레이션하는 방법에 대한 지속적인 요구가 존재한다.
본 발명의 일 목적은 화합물 전자 디바이스들을 싱귤레이션하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 허용가능한 절단 속도를 유지하면서 크랙이나 칩의 발생을 회피하는 화합물 전자 디바이스를 싱귤레이션하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 더 다른 목적은 스트리트의 사이즈를 최소화하는 화합물 전자 디바이스를 싱귤레이션하는 방법을 제공하는 것이다. 화합물 전자 디바이스는 싱귤레이션을 수행하기 위해 동시 분리를 요구하는 2개 이상의 기판을 가지는 구성으로 인해 싱귤레이션을 수행하는 것이 특히 곤란하다. 특히, 이미지 센서 디바이스는 일반적으로 실리콘과 같은 능동 전자 디바이스 기판과, 일반적으로 상이한 두께를 가지는 유리나 유리 같은 물질로 만들어진 투명한 보호 기판을 포함한다. 본 명세서에 개시된 본 발명의 일 실시예는 화합물 반도체 디바이스에 있는 상이한 층들에 대해 상이한 분리 기술을 사용한다. 특히, 적어도 하나의 기판이 다이싱되거나 레이저 가공되어 관통 절단 커프를 형성하는 반면, 적어도 하나의 다른 층이 스크라이빙되고 이후 기계적으로 클리빙된다.
본 발명의 일 실시예에서, 레이저 파라미터들이 허용가능한 처리량 속도를 유지하면서 레이저 처리 이후 기판의 품질을 개선하게 미리 결정된다. 레이저 파라미터들은 상이한 물질에 대해 절단 속도와 깊이를 결정하고 또한 레이저 처리 결과 생성된 바람직하지 않는 칩과 크랙의 발생 량을 결정하게 조절될 수 있다. 조절될 수 있는 파라미터들 중 일부는 파장, 빔 품질, 시간 펄스 폭, 시간 펄스 형상, 공간 펄스 폭, 공간 펄스 형상, 펄스 반복 주파수, 편광, 펄스 에너지, 레이저 스폿 사이즈, 레이저 스폿 위치 및 레이저 빔 축 방향을 포함한다. 복수의 레이저 빔이 또한 화합물 전자 디바이스를 싱귤레이션하는데 유리하게 사용될 수 있다. 이들 복수의 빔은 하나의 단일 레이저 소스로부터 유도되거나 또는 동일하거나 상이한 파장을 사용하는 2개 이상의 레이저 소스로부터 유도될 수 있다.
도 6a, 도 6b, 도 6c는 화합물 전자 디바이스를 싱귤레이션하는 본 발명의 일 실시예가 시작하는 방법을 단면도로 개략적으로 도시한다. 도 6a에서, 제 1 미리 결정된 값으로 설정된 레이저 파라미터를 가지는 펄스 레이저 빔(80)이 제 1 기판(82)의 표면 근처에 포커싱된다. 이 예에서, 제 1 기판(82)은 웨이퍼의 전방면(84) 위에 이미지 센서 전자회로(85)와, 이후 상호 연결 및 패키징을 가능하게 하기 위해 참조 번호 86으로 지시된 웨이퍼 범프를 가지는 실리콘 웨이퍼이다. 제 1 기판(82)은 제 2 기판(90)에 참조번호 88로 지시된 스페이서에 의하여 연결되며, 이 스페이서(88)는 제 1 기판(82)으로부터 제 2 기판(90)을 이격시키며 제 1 기판(82)의 전방면(84)의 회로(85)에 오염물질이 도달하는 것을 방지하는 밀봉부를 형성한다. 스페이서(88)는 제 1 기판(82)의 참조 번호 92로 지시된 스트리트를 따라 배열되어 전술된 밀봉부를 유지하면서 싱귤레이션을 가능하게 한다. 레이저 빔(80)이 스트리트(92) 바로 위에 포커싱된다는 것을 주목해야 한다. 도 6b에서, 레이저 빔(80)은 제 1 기판(82)에 커프(94)를 형성하기 시작하는 동안 이 커프(94)로부터 데브리스(debris)(96)가 방출된다. 도 6c에서, 레이저 빔(80)은 제 1 기판(82)을 완전히 관통하게 기계 가공하여 관통 절단부(98)를 형성한다. 기계 가공 공정에 의해 생성된 데브리스(96)는 스트리트(92)를 포함하는 스페이서(88)들 사이의 영역으로 포집되어 이에 의해 기판의 전방면(84) 위 회로(85)에 오염물질이 도달하는 것이 방지된다. 레이저 빔(80)은 레이저 처리 시스템(미도시)에 의하여 커프의 원하는 방향을 따라 이동되어 이에 의해 스트리트(92) 영역을 따라 제 1 기판(82)에 관통 절단부를 형성한다.
도 7a 및 도 7b는 펄스 레이저 빔을 사용하여 화합물 전자 디바이스 싱귤레이션의 제 2 단계의 개략도를 도시한다. 도 7a에서, 제 2 미리 결정된 값으로 설정된 레이저 파라미터를 가지는 펄스 레이저 빔(104)은 제 1 기판(82)에 기계 가공된 커프(98)를 통해 조사되어 제 2 기판(90)에 도달하여 스크라이브(100)를 형성한다. 이 기계 가공 단계로부터 데브리스(102)는 상기와 같이 스트리트(92)의 영역에 있는 스페이서(88)에 의하여 포집된다는 것을 주목해야 한다. 도 7b는 제 2 기판(90)에서 완료된 스크라이브(100)를 도시한다. 제 2 기판(90)의 표면 위에 레이저 초점 스폿을 설정하고 이 스폿을 제 1 기판(82)에서 기계 가공된 커프(98)를 통해 조사하는 것은 이 커프에 수직한 방향으로 레이저 빔(104)의 공간 에너지 분포에서 피크를 생성하며, 이 피크는 제 2 기판(90)에 날카로운 스크라이브(100)를 형성하는 경향이 있다. 레이저 빔(104)이 레이저 처리 시스템(미도시)에 의해 기계 가공된 커프(98)에 의해 형성된 경로를 따라 이동함에 따라, 제 2 기판(90)에서 스크라이브(100)는 스트리트(92)의 영역을 따라 연장하며 이에 의해 제 2 기판(90)을 스크라이빙한다.
도 8a 및 도 8b는 제 1 기판에 만들어진 절단부를 통해 레이저 빔을 조사하는 효과를 도시한다. 레이저 빔은 도 6c와 같은 설정을 사용하여 측정되며, 여기서 레이저 빔(80)은 제 1 기판(82)에 있는 절단부(98)를 통해 패스(pass)한다. 레이저 빔 프로파일은 이것이 제 2 기판(90)에 도달한 것처럼 측정된다. 레이저 빔(80)은 532㎚의 파장, 1.0의 M2의 빔, 제 2 기판(90) 위 400㎛에 포커싱된 10㎛의 초점 스폿을 구비한다. 이 실시예에서, 제 1 기판(82)은 제 1 기판(82)과 제 2 기판(90) 사이에 15㎛의 갭을 가지고 70 내지 180㎛의 두께이다. 도 8a는 전술된 바와 같이 제 1 기판(82)을 통해 조사될 때 제 2 기판(90)의 표면에 나타난 것처럼 레이저 빔(116)의 프로파일을 시뮬레이팅하는 그래프(110)를 도시하며 이는 Watt/mm2 단위의 광도(irradiance)(112) 대 제 1 기판(82)에 있는 절단부(98)에 수직한 방향으로 측정된 mm 단위의 광축으로부터 거리(114)를 도시한다. 도 8a에 있는 프로파일은 이 분포에서 날카로운 피크(118)를 도시한다. 이 날카로운 피크(118)는 제 1 기판(82)에 있는 절단부(98)를 통해 패스할 때 레이저 빔이 회절하고 반사한 결과로 형성된다. 도 8b는 절단부(98)의 방향에 평행하게 측정된 것을 제외하고는 동일한 레이저 빔(90)을 시뮬레이팅한 그래프(120)를 도시한다. 이 그래프는 Watt/mm2 단위의 광도(irradiance)(122) 대 mm 단위의 레이저 빔의 광축으로부터의 변위(124)를 도시한다. 이 레이저 빔 광도의 이 분포(126)는 참조 번호 116으로 도시된 스파이크 분포와는 대조적으로 가우시안 분포를 따른다는 것을 주목해야 한다. 절단부 방향에 수직한 방향으로 펄스 공간 분포에 있는 날카로운 피크는 유리에 형성된 스크라이브를 더 좁게 하고 이에 스크라이브의 에지에 인접한 곳에 증가된 용융으로 인해 크랙이나 칩 발생 없이 더 클리빙 가능하게 한다. 나아가, 제 1 기판을 통과하여 패스하는 디포커싱 빔은 커프의 에지에 있는 낮은-k 유전체와 같은 데브리스와 취성 물질을 용융할 수 있게 하여 커프를 더 강하고 크랙에 더 저항성이 있게 한다.
본 발명의 일 실시예는 레이저 처리에 의해 야기된 응력 파쇄와 크랙을 감소시키는 것에 의해 시스템 처리량을 유지하면서 화합물 디바이스 싱귤레이션의 품질을 개선시키기 위해 높은 반복 속도의 피초코(ps) 또는 더 짧은 레이저 펄스를 사용한다. 도 10은 피코초 펄스로 스크라이빙한 후의 유리 기판(140)을 도시한다. 이 스크라이브(142)는 도 3(종래 기술)에 도시된 바와 같은 칩과 크랙의 발생이 거의 없다는 것을 주목해야 한다. 도 11은 클리빙 하기 전에 스크라이브(152)를 도시하는 유리 기판(150)의 단면도를 도시한다. 도 4(종래 기술)에 보이는 보이드(56) 또는 파쇄(58)가 전혀 없는 것을 도시하는 상대적으로 피처없는 열 영향 받은 영역(154)임을 주목해야 한다. 도 12는 피코초 펄스로 스크라이빙하고 기판(160)의 우측에 도시된 스크라이브(162)로 클리빙한 후의 기판(160)의 측면도를 도시한다. 도 5(종래 기술)에 도시된 유사한 도면에 있는 명백한 크랙(60)과는 대조적으로 유리 기판(160)에 크랙이 없다는 것을 주목해야 한다. 이 단면도에 칩이나 크랙이 없는 것은 피코초와 더 짧은 펄스들이 유리를 스크라이빙할 수 있고 크랙 없는 클리브 면을 제공할 수 있다는 것을 보여준다.
본 발명의 일 실시예는 기계 가공 할 때 기판의 칩과 크랙의 발생 량을 감소시키기 위해 선택된 에너지 레벨의 피코초 또는 펨토초 지속기간 레이저 펄스를 사용한다. 도 5는 피코초 레이저 펄스로 스크라이빙한 후의 기판(70)을 도시한다. 종래 기술의 나노초 펄스 스크라이빙과 연관된 칩이나 크랙의 발생이 거의 없다는 것을 보여주는 스크라이브(72)의 평활한 에지를 주목해야 한다. 이들 짧은 지속기간 펄스는 펄스 지속기간이 레이저 스폿의 위치로부터 주변의 물질로 공정에 의해 생성된 열이 전이하여 이에 의해 열 영향받은 영역(HAZ)을 형성하는데 필요한 시간의 양보다 더 짧으므로 칩이나 크랙의 발생을 야기함이 없이 작업물로부터 물질을 식각하거나 제거한다. 나아가, 펄스당 에너지의 양은 물질을 식각하기 시작하는데 필요한 최소 에너지의 양, 소위 식각 임계값이라고 하는 값의 1배 내지 10배 범위 내에 있게 주의 깊게 설정된다. 주어진 물질에 대해 식각 임계값보다 1배 미만의 에너지는 물론 이 물질을 식각할 수 없다. 이 식각 임계값보다 10배를 초과하는 에너지는 물질을 삭각할 수 있는데 더하여 주변 물질에 에너지를 전달하여 크랙과 칩을 포함하는 HAZ를 생성할 수 있다. 특정 물질의 식각 임계값의 1배 내지 10배 사이의 펄스당 에너지로 펨토초 또는 피코초 지속기간의 레이저 펄스는 주변 물질에 최소 열 영향을 가지고 레이저 빔의 초점 스폿 내에 있는 물질을 제거할 수 있다.
제 1 및 제 2 기판을 레이저 가공한 후, 도 9a 및 도 9b는 절단과 스크라이빙을 한 후 기판을 클리빙하는 2개의 방법을 개략적으로 도시한다. 도 9a는 제 1 기판(82)을 절단하여 커프(98)를 형성하고 제 2 기판(90)을 스크라이브하여 스크라이브(100)를 형성한 후의 도 6 및 도 7로부터의 화합물 전자 디바이스를 도시한다. 디바이스를 포함하는 기판은 다이싱 테이프(130)에 부착되고, 이는 기판보다 더 큰 개구를 가지는 금속 링에 일반적으로 장착된 접착 테이프이다. 다이싱 테이프(130)는 스크라이브(100)에 수직한 방향(132)으로 신장되고 이에 의해 제 2 기판이 스크라이브(100)로 시작하여 클리브되게 한다(134). 도 9b에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 이 테이프가 클리브(134)의 형성을 보조하기 위해 제 2 기판(90)에 수직하게 또한 신장(132)될 때 스크라이브(100) 바로 아래에 있는 제 2 기판(90)의 바닥에서 압력(135)을 위쪽으로 가하는 디바이스(미도시)를 사용한다. 도 10은 본 발명에 따라 스크라이빙(142)되고 클리브된 기판(140)의 측면도를 도시한다. 도 5에 도시된 종래 기술의 측면도와 대조적으로 크랙과 칩의 발생이 없다는 것을 주목해야 한다.
본 발명은, 디바이스에 칩이나 크랙에 의한 손상을 방지하고 싱귤레이션 공정에 추가적인 화학종, 장비 및 제조 단계를 추가하는 것을 피하며 종래 기술의 방법에 비해 시스템 처리량을 유지할 수 있는 화합물 반도체 디바이스를 싱귤레이션할 수 있는 등의 효과를 제공한다.
도 1은 반도체 웨이퍼의 개략 평면도.
도 2는 기판 위에 있는 화합물 전자 디바이스의 측면도.
도 3은 나노초 펄스에 의해 형성된 스크라이브의 사진.
도 4는 나노초 펄스에 의해 유리 기판에 형성된 스크라이브의 단면 사진.
도 5는 나노초 펄스에 의해 스크라이빙되고 클리빙된 후의 유리 기판의 측면 사진.
도 6a, 도 6b, 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션 방법의 단계를 보여주는 개략도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱귤레이션 방법의 다른 단계를 보여주는 개략도.
도 8a 및 도 8b는 레이저 펄스를 위한 공간 광도 분포를 보여주는 그래프.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 기판 클리빙을 보여주는 개략도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 펄스에 의해 유리 기판에 형성된 스크라이브의 사진.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 스크라이빙 후의 유리 기판 스크라이브의 단면 사진.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 스크라이빙되고 클리빙된 후의 유리 기판의 측면 사진.
본 발명의 하나의 목적은 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 허용가능한 절단 속도를 유지하면서 크랙이나 칩의 발생을 회피하는 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 스트리트(street)의 사이즈를 최소화하는 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법을 제공하는 것이다. 화합물 전자 디바이스는 싱귤레이션을 수행하기 위해 동시 분리를 요구하는 2개 이상의 기판을 가지는 구성으로 인해 싱귤레이션을 수행하는 것이 특히 곤란하다. 특히, 이미지 센서 디바이스는 일반적으로 실리콘과 같은 능동 전자 디바이스 기판과, 상이한 두께를 일반적으로 가지는 유리나 유리 같은 물질로 만들어진 투명한 보호 기판을 모두 포함한다. 본 명세서에 개시된 본 발명의 하나의 실시예는 화합물 반도체 디바이스에 있는 상이한 층들에 대해 상이한 분리 기술을 사용한다. 특히, 적어도 하나의 기판은 적어도 하나의 다른 층이 스크라이빙되고 이후 기계적으로 클리빙되는 동안 관통 절단 커프를 형성하도록 다이싱되거나 레이저 가공된다. 본 발명에 의해 개시된 방법을 수행하도록 사용될 수 있는 예시적인 시스템은 오레곤, 포틀랜드, 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사(Electro Scientific Industries, Inc.)에 의해 제조된 Cygnus 7000 웨이퍼 싱귤레이션 시스템이 있다. 이 시스템은 일반적으로 20와트의 평균 전력을 가지고 532㎚의 파장에서 동작하는 Time Bandwidth AB사(스위스, 제네바)에 의해 제조된 광섬유 레이저를 사용한다. 다른 레이저들이 또한 이들이 본 발명에 의해 특정된 파라미터 범위 내에서 동작하도록 조절될 수 있는 한 싱귤레이션을 수행하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 레이저 파라미터들은 허용가능한 처리량 속도를 유지하는 동안 레이저 처리 이후 기판의 품질을 개선시키게 미리 결정된다. 레이저 파라미터들은 상이한 물질을 위한 절단 속도와 깊이를 결정하고 또한 레이저 처리 결과로 발생된 바람직하지 않은 크랙과 칩의 발생 량을 결정하도록 조절될 수 있다. 조절될 수 있는 파라미터들 중 일부는 파장, 빔 품질, 시간 펄스 폭, 시간 펄스 형상, 공간 펄스 폭, 공간 펄스 형상, 펄스 반복 주파수, 편광, 펄스 에너지, 레이저 스폿 사이즈, 레이저 스폿 위치 및 레이저 빔 축 방향을 포함한다. 복수의 레이저 빔이 또한 화합물 전자 디바이스를 싱귤레이션하는데 유리하게 사용될 수 있다. 이들 복수의 빔은 하나의 단일 레이저 소스로부터 유도되거나 또는 동일하거나 상이한 파장을 사용하는 2개 이상의 레이저 소스로부터 유도될 수 있다. 레이저 처리 적용을 위해 레이저 빔을 유리하게 결합하는 방법은 본 발명의 양도인에게 양도된 미국 특허 출원 번호 US2006/0261051호 (Synthetic Pulse Repetition Rate Processing for Dual-Headed Laser Processing systems (Unrath 등)에 기술되어 있다.
본 발명에 의해 개시된 방법에 의해 싱귤레이션될 수 있는 화합물 전자 디바이스의 일례는 부품 번호 MT9M001C12STM과 같이 Aptina Imaging사에 의해 제조되는 상보 금속 산화물 반도체 이미지 센서이다. 이 센서는 유리 보호 커버를 가지는 능동 센서 디바이스를 포함하며 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 개략적으로 제시될 수 있다. 도 6a, 도 6b, 도 6c는 본 발명의 일 실시예가 화합물 전자 디바이스를 싱귤레이션하기 시작하는 방법을 단면도로 개략적으로 도시한다. 도 6a에서, 제 1 미리 결정된 값으로 설정된 레이저 파라미터를 가지는 펄스 레이저 빔(80)은 제 1 기판(82)의 표면 근처에 포커싱된다. 이 예에서, 제 1 기판(82)은 웨이퍼의 전방 면(84) 위에 이미지 센서 전자회로(85)와, 이후 상호 연결과 패키징을 가능하게 하기 위해 참조 번호 86으로 지시된 웨이퍼 범프를 가지는 실리콘 웨이퍼이다. 제 1 기판(82)은 참조 번호 88로 지시된 스페이서에 의해 제 2 기판(90)에 연결되며, 이 스페이서(88)는 기판(82)으로부터 제 2 기판(90)을 이격시키며 제 1 기판(82)의 전방면(84)에 있는 회로(85)에 오염물질이 도달하는 것을 방지하는 밀봉부를 형성한다. 스페이서(88)는 전술된 밀봉부를 유지하는 동안 싱귤레이션을 가능하게 하기 위해 제 1 기판(82)의 참조번호 92로 지시된 스트리트를 따라 배열된다. 레이저 빔(80)은 스트리트(92) 바로 위에 포커싱된다는 것을 주목해야 한다. 이 실시예에서, 레이저 빔은 기판의 표면에 수직하게 조사되지만, 원하는 경우 다르게 형성된 커프를 생성하게 다른 각도가 유리하게 사용될 수도 있다.
이 단계를 위한 레이저 파라미터는 약 100fs 내지 1ns, 특히 약 1ps 내지 1ns, 보다 특히 약 100ps의 펄스 폭을 포함한다. 레이저 파장은 약 255㎛ 내지 10㎛, 특히 약 255㎛ 내지 1.0㎛, 보다 특히 약 532㎛이다. 레이저 빔은 약 1㎛ 내지 100㎛, 특히 약 1㎛ 내지 20㎛, 보다 특히 약 10㎛의 제 1 기판(82)의 전방면(84)이나 그 부근의 초점 스폿을 형성하게 포커싱된다. 이 단계를 위한 펄스 반복 주파수는 약 100kHz 내지 10MHz, 특히 약 100kHZ 내지 1MHz, 보다 특히 약 100kHz이다. 펄스 에너지는 바람직하게는 1나노줄(nanoJoule) 내지 1밀리줄(milliJoule), 특히 약 1나노줄 내지 1마이크로줄, 보다 특히 약 100나노줄이다. 이 단계를 위한 빔 품질은 약 1.0 내지 1.5의 M2, 보다 특히 약 1.0의 M2이다.
이 단계를 위한 공간 펄스 형상은 대략적으로 가우시안 형상이나, 다른 형상이 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 애퍼처와 필터와 같은 광학 성분의 결합에 의해 형성된 스퀘어 공간 분포는 공정을 느리게 하지 않거나 또는 칩이나 크랙을 발생시키지 않으면서 커프 벽의 형상을 변경시키기 위해 사용될 수 있다. 이것은 또한 편광에서 그러하다. 원형 편광은 레이저 빔의 중심 축으로부터 모든 방향으로 균일하게 일어나게 기계 가공을 하지만 선형 편광된 레이저 빔은 바람직하게는 편광과 평행한 방향을 따라 물질을 식각한다. 방사 편광은 주어진 파장에 대해 더 작은 스폿 사이즈를 초래할 수 있다. 시간 펄스 형상은 대략 가우시안 형상이지만 다른 형상이 사용될 수 있다. 레이저 공진기로부터 방출되는 펄스는 일반적으로 가우시안 시간 프로파일을 가지지만 이들 프로파일은 스퀘어로부터 더 많은 복잡한 맞춤 형상에 이르는 펄스를 가지게 이용가능한 광학 수단에 의해 수정될 수 있다. 맞춤 펄스를 제조하는 것은 특히 본 명세서에 포함되고 본 발명의 양도인에게 양도된 미국 특허 US7,126,746호(Generating Sets of Tailored Pulses)(Sun 등)에 기술된다. 레이저 스폿 형상은 또한 다른 형상을 생성하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 공간 분포는 애퍼처와 렌즈와 같은 표준 광학 성분을 사용하여 타원형이거나 직사각형으로 만들어질 수 있다. 나아가, 홀로그래픽 광학 소자들이 "탑햇(top hat)" 구성, "링" 구성 또는 다른 형상을 포함하는 여러 유리한 형상으로 빔을 형성하는데 사용될 수 있다. 레이저 마이크로 가공 적용에 사용되는 홀로그래픽 또는 회절 광학 소자들에 대한 설명은 본 명세서에 포함되고 본 발명의 양도인에 양도된 US 특허 US6,433,301호(Beam Shaping and Projection Imaging with Solid State UV Gaussian Beam to Form Vias)(Dunsky 등)와 미국 특허 US6,791,060호(Beam Shaping and Projection Imaging with Solid State UV Gaussian Beam to Form Vias)(Dunsky 등)에서 찾아볼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기판에 형성된 커프 또는 스크라이브는 일반적으로 직선 라인이나, 곡선과 다른 형상이 일부 경우에 유리하게 사용될 수 있다. 나아가, 레이저 빔은 한번의 패스(pass)로 기판을 다이싱하거나 관통 절단할 수 있는 속도로 펄스를 전달하는 방식으로 작업물에 대하여 이동하게 조사될 수 있고, 즉 레이저 빔은 그 다음 위치로 이동하기 전에 기판을 완전히 관통하게 기계 가공하기 위해 레이저 펄스에 따라 한번을 초과하여 동일한 포인트를 기계 가공하거나 역방향 진행 없이 하나의 포인트로부터 다른 포인트로 기판 위 경로를 따라 이동한다. 보다 일반적으로, 레이저 빔은 한번을 초과하는 패스로 작업물을 기계 가공하게 조사되며, 여기서 레이저 빔은 각 포인트로 커프 또는 스크라이브를 따라 한번을 초과하는 횟수로 조사되고, 각 패스는 원하는 깊이나 관통 절단이 달성될 때까지 더 많은 물질을 깊이 제거한다.
도 6b에서 레이저 빔(80)은 데브리스(96)가 커프(94)로부터 방출되는 동안 제 1 기판(82)에 커프(94)를 형성하기 시작한다. 도 6c에서, 레이저 빔(80)은 제 1 기판(82)을 완전히 관통하게 기계 가공하여 관통 절단부(98)를 형성한다. 기계 가공 공정에 의해 발생된 데브리스(96)는 스트리트(92)를 포함하는 스페이서(88)들 사이의 영역에 포집되어 이에 의해 기판의 전방면(84)에 있는 회로(85)에 오염물질이 도달하는 것을 방지한다는 것을 주목해야 한다. 레이저 빔(80)은 레이저 처리 시스템(미도시)에 의해 커프의 원하는 방향을 따라 이동되어 이에 의해 스트리트(92)의 영역을 따라 제 1 기판(82)에 관통 절단부를 형성한다.
도 7a 및 도 7b는 펄스 레이저 빔을 사용하여 화합물 전자 디바이스 싱귤레이션의 제 2 단계의 개략도를 도시한다. 도 7a에서, 제 2 미리 결정된 값으로 설정된 레이저 파라미터를 가지는 펄스 레이저 빔(104)은 제 1 기판(82)에 기계 가공된 커프(98)를 통해 조사되어 제 2 기판(90)에 도달하여 스크라이브(100)를 형성한다. 이 기계 가공 단계로부터 데브리스(102)는 상기와 같이 스트리트(92)의 영역에 있는 스페이서(88)에 의해 포집된다는 것을 주목해야 한다. 도 7b는 제 2 기판(90)에서 완료된 스크라이브(100)를 도시한다. 제 2 기판(90)의 표면 위에 레이저 초점 스폿을 설정하고 이 스폿을 제 1 기판(82)에 기계 가공된 커프(98)를 통해 조사하는 것은 이 커프에 수직한 방향으로 레이저 빔(104)의 공간 에너지 분포에 피크를 생성하며, 이 피크는 제 2 기판(90)에 날카로운 스크라이브(100)를 형성하는 경향이 있다. 레이저 빔(104)이 레이저 처리 시스템(미도시)에 의해 기계 가공된 커프(98)에 의해 형성된 경로를 따라 이동됨에 따라, 제 2 기판(90)에 있는 스크라이브(100)는 스트리트(92)의 영역을 따라 연장되며, 이에 의해 제 2 기판(90)을 스크라이빙한다.
이 실시예의 제 2 단계를 위한 레이저 파라미터는 스크라이빙될 표면 위에 레이저 스폿이 포커싱되는 것을 제외하고는 제 1 단계와 동일한 것일 수 있다. 레이저 스폿은 상기 표면 위 약 100㎛에서부터 상기 표면 위 약 1000㎛ 사이의 포인트에 포커싱된다. 보다 구체적으로, 스폿은 스크라이빙될 표면 위 약 400㎛에 포커싱된다. 이것은 작업물의 표면에 레이저 빔을 디포커싱하는 효과를 가지며, 이에 의해 표면 위 임의의 주어진 포인트에서의 레이저 광도를 감소시키고 과도한 에너지로 인해 물질에 크랙이 생기는 경향을 감소시킨다. 나아가, 디포커싱 빔은 표면에 있는 데브리스를 용융시키는 경향이 있어 이에 의해 바람직하지 않는 유리된 물질이나 날카로운 에지의 발생을 감소시킨다. 나아가, 제 1 기판(82)에서 이전에 기계 가공된 커프를 통해 레이저 빔을 포커싱하는 것은 이 빔이 형성되고 유리하게 재 포커싱되게 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 기판은 제 1 단계에서 완전히 관통 절단되지 않는다. 대신, 제 1 기판(82)은 공정의 그 다음 단계 동안 일부 구조적 안정성을 유지하기 위해 커프의 바닥부에 수 마이크론의 물질을 남기고 거의 관통 절단된다. 이것은 도 6b에서 이 공정을 중단하는 것에 대응한다. 이후 제 2 단계는 레이터가 사용되는 레이저 복사선의 파장에 투명하므로 거의 관통 절단을 통해 도 7a에서 레이저(104)를 포커싱할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 제 1 기판에 만들어진 절단부를 통해 레이저 빔을 조사하는 효과를 가진다. 레이저 빔은 도 6c와 같은 설정을 사용하여 측정되며, 여기서 레이저 빔(80)은 제 1 기판(82)에 있는 절단부(98)를 통해 패스된다. 레이저 빔 프로파일은 제 2 기판(90)에 도달하는 것처럼 측정된다. 레이저 빔(80)은 532㎚의 파장, 1.0의 빔 M2, 제 2 기판(90) 위 400㎚에 포커싱된 10㎛의 초점 스폿을 가진다. 이 실시예에서, 제 1 기판(82)은 제 1 기판(82)과 제 2 기판(90) 사이에 15㎛의 갭을 가지는 70 내지 180㎛ 두께이다. 도 8a는 전술된 바와 같은 제 1 기판(82)을 통해 조사될 때 제 2 기판(90)의 표면 위에 나타난 것처럼 레이저 빔(116)의 프로파일을 시뮬레이팅한 그래프(110)를 도시하며, 이는 Watt/mm2 단위의 광도(irradiance)(112) 대 제 1 기판(82)에 있는 절단부(98)에 수직한 방향으로 측정된 mm 단위의 광축으로부터의 거리(114)를 도시한다. 도 8a의 프로파일은 이 분포에 날카로운 피크(118)를 도시한다. 이 날카로운 피크(118)는 제 1 기판(82)에 있는 절단부(98)를 통해 패스할 때 레이저 빔이 회절하고 반사한 결과로 형성된다. 도 8b는 절단부(98)의 방향과 평행하게 측정된 것을 제외하고는 동일한 레이저 빔(90)을 시뮬레이팅한 그래프(120)를 도시한다. 이 그래프는 Watt/mm2 단위의 광도(irradiance)(122) 대 mm 단위의 레이저 빔의 광축으로부터의 변위(124)를 도시한다. 이 레이저 빔 광도의 이 분포(126)는 참조 번호 116에 도시된 스파이크 분포와는 대조적으로 가우시안 분포를 따른다는 것을 주목해야 한다. 절단부의 방향에 수직한 방향으로 펄스 공간 분포에 있는 날카로운 피크는 유리에 형성된 스크라이브를 더 좁게 하고 스크라이브의 에지에 가깝게 증가된 용융으로 인한 크랙이나 칩의 발생 없이 클리빙될 수 있게 한다. 나아가, 제 1 기판을 통과하여 패스하는 디포커싱 빔은 커프의 에지에 있는 낮은-k 유전체와 같은 데브리스와 취성 물질을 용융시켜서 이에 의해 커프를 더 강하게 하고 크랙에 더 저항성이 있게 한다.
본 발명의 일 실시예는 레이저 처리에 의해 야기된 응력 파쇄와 크랙을 감소시키는 것에 의해 시스템 처리량을 유지하면서 화합물 디바이스 싱귤레이션의 품질을 개선시키기 위해 높은 반복 속도의 피코초 또는 더 짧은 레이저 펄스를 사용한다. 도 10은 피코초 펄스로 스크라이빙한 후의 유리 기판(140)을 도시한다. 이 스크라이브(142)는 도 3(종래 기술)에 도시된 바와 같은 칩과 크랙의 발생이 거의 없다는 것을 주목해야 한다. 도 11은 클리빙 하기 전에 스크라이브(152)를 보여주는 유리 기판(150)의 단면도를 도시한다. 도 4(종래 기술)에 보이는 보이드(56) 또는 파쇄(58)가 전혀 없는 상대적으로 피처 없는 열 영향받은 영역(154)임을 주목해야 한다. 도 12는 피코초 펄스로 스크라이빙하고 기판(160)의 우측에 도시된 스크라이브(162)로 클리빙한 후의 기판(160)의 측면도를 도시한다. 도 5(종래 기술)에 도시된 유사한 도면에 명백한 크랙(60)과는 대조적으로 유리 기판(160)에 크랙이 없다는 것을 주목해야 한다. 이 단면에서 칩이나 크랙이 없다는 것은 피코초와 더 짧은 펄스가 유리를 스크라이빙하여 크랙 없는 클리브 면을 제공할 수 있다는 것을 보여준다.
특히, 본 발명의 일 실시예는 처리되는 기판에 칩과 크랙의 발생을 최소화하기 위해 피코초나 펨토초 범위의 시간 펄스 폭을 가지는 레이저 펄스를 사용한다. 도 5는 피코초 레이저 펄스로 스크라이빙 한 후의 기판(70)을 도시한다. 종래 기술의 나노초 펄스 스크라이빙과 연관된 칩이나 크랙이 전혀 없는 것을 보여주는 스크라이브(72)의 평활한 에지를 주목해야 한다. 이들 짧은 지속기간 펄스는 펄스의 지속기간이 레이저 스폿 위치로부터 주변 물질로 공정에 의해 발생된 열이 전이하여 이에 의해 열 영향받는 영역(HAZ)을 형성하는데 필요한 시간보다 더 짧아 칩이나 크랙을 형성함이 없이 작업물로부터 물질을 식각 또는 제거할 수 있다. 나아가, 펄스당 에너지 양은 주의 깊게 식각 임계값이라고도 불리우는 물질을 식각하기 시작하는데 필요한 최소 에너지 양의 1배 내지 10배의 범위 내에 있게 설정된다. 주어진 물질에 대한 식각 임계값의 1배 미만의 에너지는 물론 이 물질을 식각할 수 없다. 식각 임계값의 10배를 초과하는 에너지는 이 물질을 식각할 수 있는데 더하여 주변 물질로 에너지를 전달하여 크랙과 칩을 포함하는 HAZ를 형성할 수 있다. 특정 물질의 식각 임계값의 1배 내지 10배 사이의 펄스당 에너지로 펨토초 또는 피코초 지속기간의 레이저 펄스는 주변 물질에 최소 열 영향을 가지고 레이저 빔의 초점 스폿 내에 있는 물질을 제거할 수 있다.
제 1 및 제 2 기판의 레이저 가공 후에, 도 9a 및 도 9b는 절단하고 스크라이빙한 후 기판을 클리빙하는 2가지 방법을 개략적으로 도시한다. 도 9a는 제 1 기판(82)을 절단하여 커프(98)를 형성하고 제 2 기판(90)을 스크라이빙하여 스크라이브(100)를 형성한 후의 도 6 및 도 7로부터의 화합물 전자 디바이스를 도시한다. 디바이스를 포함하는 기판은 다이싱 테이프(130)에 부착되며, 이는 기판보다 더 큰 개구를 가지는 금속 링에 일반적으로 장착된 접착 테이프이다. 다이싱 테이프(130)는 스크라이브(100)에 수직한 방향(132)으로 신장되며 이에 의해 제 2 기판이 스크라이브(100)로 시작하여 클리빙(134)되게 한다. 도 9b에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 이 테이프가 클리브(134)의 형성을 보조하기 위해 제 2 기판(90)에 수직하게 또한 신장(132)될 때 스크라이브(100) 바로 아래에 있는 제 2 기판(90)의 바닥에서 위쪽으로 압력(135)을 가하는 디바이스(미도시)를 사용한다. 도 10은 본 발명에 따라 스크라이브되고(142) 클리빙되는 기판(140)의 측면도를 도시한다. 도 5에 도시된 종래 기술의 측면도와는 대조적으로 크랙과 칩의 발생이 없다는 것을 주목해야 한다.
이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라라면 많은 변경이 본 발명의 기본 원리를 벗어남이 없이 본 발명의 전술된 실시예의 상세사항에 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 이하 특허청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.
10 : 반도체 웨이퍼 12 : 화합물 디바이스
14 : 스트리트 16 :상부면 금속
20 : 실리콘 웨이퍼 22 : 솔더 범프
24 : 상부면 금속 26 : 유리 커버판
28 : 심(shim) 30 : 스트리트
36 :유리 커버판 39 : 칩 발생
50 : 유리 기판 52 : 열 영향 받은 영역(HAZ)
54 : 스크라이브 56 : 보이드(void)
58 : 응력 파쇄(stress fracture) 60 : 크랙
80 : 펄스 레이저 빔 82 : 제 1 기판
84 : 전방면 85 : 회로
86 : 웨이퍼 범프 88 : 스페이서
90 : 제 2 기판 92 : 스트리트
94 : 커프(kerf) 96 : 데브리스(debris)
98 : 기계 가공된 커프 100 : 스크라이브
102 : 데브리스 104 : 레이저 빔
130 : 다이싱 테이프 132 : 스크라이브(100)에 수직한 방향
134 : 클리브 135 : 위쪽 압력
140 : 유리 기판 142 : 스크라이브
150 : 유리 기판 152 : 스크라이브
154 : 열 영향 받은 영역 160 : 기판
162 : 스크라이브

Claims (9)

  1. 레이저 처리 시스템을 사용하여 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 개선된 방법으로서,
    복수의 상기 화합물 전자 디바이스는 층으로 배열된 제 1 기판과 제 2 기판을 포함하는 조립체로 제조되고, 상기 복수의 상기 화합물 전자 디바이스는 상기 화합물 전자 디바이스들 사이에 스트리트를 제공하게 배열되며, 상기 레이저 처리 시스템은 초점 스폿, 속도, 파장, 에너지, 스폿 사이즈, 스폿 형상, 펄스 폭, 펄스 형상 및 펄스 반복 속도를 포함하는 파라미터를 포함하는 레이저 빔을 가지며, 상기 레이저 빔은 상기 조립체를 레이저 가공하게 동작하는, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 개선된 방법에 있어서,
    제 1 미리 결정된 레이저 파라미터 값을 가지는 상기 레이저 빔으로 상기 제 1 기판에, 상기 화합물 전자 디바이스들 사이에 상기 스트리트들 중 하나와 일치하게 관통 절단부를 레이저 가공하는 단계와;
    제 2 미리 결정된 레이저 파라미터 값을 가지는 상기 레이저 빔으로 상기 제 2 기판에, 상기 제 1 기판에 있는 상기 관통 절단부와 정렬되게 스크라이브를 레이저 가공하는 단계와;
    상기 스크라이브를 따라 상기 제 2 기판을 기계적으로 클리빙하여 상기 화합물 전자 디바이스를 싱귤레이션하는 단계
    를 포함하는, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판의 상기 레이저 가공을 수행하는데 사용되는 상기 레이저 파라미터는 약 266nm 내지 1064nm의 파장, 약 4W 내지 12W의 총 전력, 약 10마이크론 내지 50마이크론의 스폿 사이즈, 약 100kHz 내지 1MHz의 펄스 반복 속도, 약 1펨토초 내지 1나노초의 펄스 폭을 포함하는, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판의 상기 레이저 가공을 수행하는데 사용되는 상기 레이저 파라미터는 약 266nm 내지 1064nm의 파장, 약 4W 내지 12W의 총 전력, 약 10마이크론 내지 50마이크론의 스폿 사이즈, 약 100kHz 내지 1MHz의 펄스 반복 속도, 약 1펨토초 내지 1나노초의 펄스 폭을 포함하는, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔의 상기 초점 스폿은 상기 제 1 기판에 있는 상기 관통 절단부의 상기 레이저 가공을 수행하기 위해 상기 제 1 기판의 약 상기 상부면에 포커싱되는, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔의 상기 초점 스폿은 상기 제 2 기판에 있는 상기 스크라이브의 상기 레이저 가공을 수행하기 위해 상기 제 1 기판의 상기 상부면 위 약 100마이크론 내지 1000마이크론에서 포커싱되는, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판에 있는 상기 관통 절단부는 상기 제 1 기판 상에 상기 레이저 빔의 2개의 패스 내지 10개의 패스를 형성하는 것에 의해 레이저 가공되는, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔의 진행 속도는 상기 제 1 기판의 상기 레이저 가공을 수행하는 동안 약 100mm/s 내지 500mm/s인, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판에 있는 상기 관통 절단부는 상기 제 2 기판 상에 상기 레이저 빔의 2개의 패스 내지 10개의 패스를 형성하는 것에 의해 레이저 가공되는, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔의 진행 속도는 상기 제 2 기판의 상기 레이저 가공을 수행하는 동안 약 200mm/s 내지 600mm/s인, 화합물 전자 디바이스의 싱귤레이션을 위한 방법.
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