KR20130026810A

KR20130026810A - 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR20130026810A
Application number: KR1020110090209A
Authority: KR
Inventors: 김환; 박상영
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-14

Abstract

개시된 레이저 가공 방법은, 웨이퍼를 제1방향으로 복수의 레이저 유닛에 각각 대응되는 복수의 영역으로 구분하는 단계와, 복수의 레이저 유닛으로부터 집광점이 웨이퍼의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 웨이퍼의 복수의 영역에 조사하여 웨이퍼의 내부에 미세 크랙을 형성하는 단계와, 복수의 레이저 유닛 각각을 제1방향으로, 스테이지를 제2방향으로 이동시켜, 미세 크랙에 의하여 웨이퍼를 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 분리 면을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

레이저 가공 방법{Laser machining method}

본 발명은 레이저 가공방법에 관한 것으로서, 상세하게는 가공 대상물을 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분할하기 위한 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

예를 들어 발광 다이오드(LED: light emitting diode)등의 반도체 소자는 웨이퍼 상에 반도체 물질층 및 전극물질층을 형성함으로써 제조된다. 제조된 반도체 소자는 패키징 공정을 거치게 되는데, 이 공정에는 기판으로 사용되는 웨이퍼의 두께를 줄이기 위하여 이면을 연마하는 연마 공정이 포함된다. 이 연마 공정을 백-랩(back lap) 공정 또는 백-그라인드(back-grind) 공정이라 한다.

연마 공정은 웨이퍼의 이면에 고체 파우더 형태의 연마제를 도포하고, 고속 회전되는 연마기를 이용하여 연마하는 기계적 연마방식이 채용될 수 있다. 기계적 연마는 고속 회전되는 연마기와 웨이퍼와의 마찰에 의한 발열을 수반하며, 이 열에 의하여 웨이퍼가 휘어지거나 표면에 형성된 반도체 소자를 손상시킬 수 있다. 기계적 연마 과정에서 발생되는 파편은 반도체 소자의 전기적, 물리적 손상을 유발할 수 있다. 또한, 연마제는 재활용이 되지 않고 버려지는 경우가 대부분이라 경제적, 환경적인 문제를 야기할 있다.

근래에는 이러한 기계적 연마의 문제점을 해결하기 위하여 레이저 빔을 웨이퍼의 내부에 집광시켜 분리 면을 형성하여 웨이퍼를 두께 방향으로 분리하는 방안이 연구되고 있다.

본 발명은 기계적 연마 대신에 레이저 빔을 이용하여 가공 대상물을 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 방법은, 집광점이 가공 대상물의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 상기 가공 대상물에 조사하여 상기 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하는 단계; 상기 레이저 빔을 제1방향으로 상기 가공 대상물을 상기 제1방향가 교차되는 제2방향으로 이동시켜, 상기 가공 대상물의 내부에 상기 개질 영역에 의하여 상기 가공 대상물을 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 분리 면을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 레이저 빔과 상기 가공 대상물을 이동시키는 단계는, 상기 가공 대상물을 상기 제1방향으로 n개의 영역으로 구분하는 단계; 상기 n개의 영역에 대응되는 n개의 상기 레이저 빔을 상기 제1방향으로 이동시키는 단계;를 포함한다.

상기 n개의 영역 중 상기 제1방향으로 가장 외측에 위치되는 영역에서는, 해당되는 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 외측으로부터 내측으로 이동시킬 수 있다.

상기 레이저 빔은 상기 가공 대상물에 대하여 투과성을 갖는 펄스폭 1㎲ 이하의 레이저 빔일 수 있다.

상기 n개의 레이저 빔 각각은 상기 제1방향으로 배열되는 복수의 레이저 빔을 포함할 수 있다. 상기 n개의 레이저 빔 각각을 광분리기에 의하여 상기 복수의 레이저 빔으로 분리할 수 있다. 상기 광분리기는 회절광학소자를 포함할 수 있다.

상기 n은 2 또는 3일 수 있다.

상기 가공 방법은, 상기 가공 대상물을 상기 분리 면을 경계로 하여 상기 두께 방향과 교차되는 방향으로 분할하는 단계를 더 구비할 수 있다.

상기 분할하는 단계는, 상기 가공 대상물의 테두리를 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 테두리를 제거하는 단계는, 상기 가공 대상물의 가장자리로부터 소정거리 이격된 절단예정선을 따라 집광점이 상기 가공 대상물의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 조사하여 상기 가공 대상물의 내부에 개질영역에 의한 절단라인을 형성하고, 상기 절단라인을 따라 상기 가공 대상물을 상기 두께 방향으로 절단할 수 있다.

상기 분할하는 단계는, 상기 가공 대상물에 물리적인 충격을 가하여 상기 개질영역에 의한 크랙을 상기 분리 면을 따라 전파시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전파시키는 단계는, 워터 제트법, 에어로졸 제트법, 레이저 조사법, 블레이드법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 방법은, 제1방향으로 이동되는 복수의 레이저 유닛과 상기 제1방향과 교차되는 방향으로 이동되는 스테이지를 준비하고, 표면에 전자소자가 형성된 웨이퍼를 이면이 상기 복수의 레이저 유닛을 향하도록 상기 스테이지에 장착하는 단계; 상기 웨이퍼를 상기 제1방향으로 상기 복수의 레이저 유닛에 각각 대응되는 복수의 영역으로 구분하는 단계; 상기 복수의 레이저 유닛으로부터 집광점이 상기 웨이퍼의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 상기 웨이퍼의 복수의 영역에 조사하여 상기 웨이퍼의 내부에 미세 크랙을 형성하는 단계; 상기 복수의 레이저 유닛 각각을 상기 제1방향으로, 상기 스테이지를 상기 제2방향으로 이동시켜, 상기 미세 크랙에 의하여 상기 웨이퍼를 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 분리 면을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 복수의 영역 중 상기 제1방향으로 가장 외측에 위치되는 두 영역에서는, 해당되는 레이저 유닛을 상기 웨이퍼의 외측으로부터 내측으로 이동시킬 수 있다.

상기 복수의 레이저 유닛은 상기 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 펄스폭 1㎲ 이하의 레이저 빔을 조사할 수 있다.

상기 복수의 레이저 유닛 각각은 레이저 발생기에서 발생된 레이저 광을 회절광학소자를 이용하여 복수의 레이저 빔으로 분할하여 상기 웨이퍼에 조사할 수 있다.

상기 복수의 영역은 2개 또는 3개의 영역일 수 있다.

상기 가공 방법은, 상기 가공 대상물의 테두리를 제거하는 단계; 상기 가공 대상물에 물리적인 충격을 가하여 상기 미세 크랙을 상기 분리 면을 따라 전파시키는 단계; 상기 가공 대상물을 상기 분리 면을 경계로 하여 상기 두께 방향과 교차되는 방향으로 분할하는 단계;를 더 구비할 수 있다.

상기 테두리를 제거하는 단계는, 상기 가공 대상물의 가장자리로부터 소정거리 이격된 절단예정선을 따라 집광점이 상기 가공 대상물의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 조사하여 상기 가공 대상물의 내부에 개질영역에 의한 절단라인을 형성하고, 상기 절단라인을 따라 상기 가공 대상물을 상기 두께 방향으로 절단할 수 있다. 상기 전파시키는 단계는, 워터 제트법, 에어로졸 제트법, 레이저 조사법, 블레이드법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 레이저 빔을 이용하여 가공 대상물을 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리함으로써 분리과정에서 열영향과 파편의 발생을 줄일 수 있다.

둘째, 가공 대상물로서 반도체 소자 등의 전자 소자가 형성된 웨이퍼를 분리는 경우에 분리 시에 발생되는 미세 파편 등의 이물질에 의한 전자 소자의 불량을 줄일 수 있다.

셋째, 가공 대상물을 복수의 영역으로 구분하여 가공함으로써 열축적 및 휨에 의한 가공 불량을 방지할 수 있으며, 전체적으로 균일한 품질의 분리면을 형성할 수 있다.

넷째, 복수의 영역 중 최외측 영역은 외측으로부터 내측으로 가공함으로써 열축적에 의한 가공 불량을 더욱 줄일 수 있다.

다섯째, 분리 면을 형성한 후에 가공 대상물의 가장자리를 포함하는 테두리를 제거함으로써 용이한 분리가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 수행하기 위한 레이저 가공 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도.
도 2는 가공 대상물의 일 예로서 표면에 전자 소자가 형성된 웨이퍼를 도시한 단면도.
도 3은 가공 대상물의 내부의 집광점 부근에 미세 크랙이 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 레이저 빔과 가공 대상물을 상대 이동시킴으로써 미세 크랙에 의한 분리 면이 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 가공 대상물과 레이저 빔의 상대적인 이동 방향을 보여주는 평면도.
도 6은 가공 대상물을 두 개의 영역으로 구분하여 가공하는 방법을 보여주는 평면도.
도 7은 도 6에 도시된 가공 방법이 적용되는 레이저 가공 장치의 일 실시예의 구성도.
도 8은 가공 대상물을 세 개의 영역으로 구분하여 가공하는 방법을 보여주는 평면도.
도 9는 블레이드를 이용하여 기계적 충격을 가함으로써 분리 면을 따라 가공 대상물을 분리하는 모습을 보여주는 도면.
도 10은 가공 대상물의 테두리를 제거하는 모습을 보여주는 도면.
도 11은 레이저 빔을 이용하여 가공 대상물의 테두리를 제거하기 위한 절단 라인을 형성하는 과정을 보여주는 도면.
도 12와 도 13은 가공 대상물의 테두리를 제거하기 위하여 가공 대상물의 두께 방향으로 서로 이격된 복수의 절단 라인을 형성하는 과정을 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 가공 방법의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 레이저 빔을 가공 대상물의 내부에 집광시키고, 다광자 흡수 또는 이에 준하는 물리광학적 현상에 의하여 가공 대상물의 내부에 물성이 변화된 개질영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의하여 가공 대상물의 내부에 분리의 기준이 되는 내부 분리 면을 형성하는 것을 특징으로 한다. 레이저 빔은 가공 대상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 대역을 가진다. 레이저 빔은 그 펄스 폭이 1 ㎲ 이하, 바람직하게는 피코초 오더 또는 펨토초 오더의 펄스 폭을 가지는 초단 펄스 레이저 빔일 수 있다. 레이저 빔의 피크 파워 밀도는 1×10⁸ (W/㎠) 이상일 수 있다. 이러한 레이저 빔은 매우 높은 집광성을 가지며, 회절 한계에까지 집광이 가능하다. 이러한 레이저 빔을 가공 대상물의 내부에 집광시키면 집광점 부근에서 시간적, 공간적으로 압축되어 국소적으로 매우 높은 피크 파워가 밀집된 상태를 형성한다. 그러면, 가공 대상물에 대하여 투과성을 가진 레이저 빔이 다광자흡수 또는 이에 준하는 비선형 흡수 효과에 의하여 국소적으로 매우 높은 흡수 특성을 나타낸다. 이에 의하여 가공 대상물의 내부에는 재료의 물성이 변화된 개질영역이 형성되며, 이 개질영역에 의하여 내부 분리 면을 형성할 수 있다. 내부 분리 면을 형성한 후에 가공 대상물에 외부로부터 물리적 충격, 예를 들어 기계적, 열적 응력을 가하거나 또는 자연스런 분열에 의하여 내부 분리 면을 따라 가공 대상물을 분리하여, 가공 대상물의 두께를 줄이는 연마의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 가공 대상물 내부의 집광점 내부의 초점 부근에서만 극소적인 비선형 흡수 효과를 보이기 때문에 가공 대상물의 표면 또는 이면으로의 열영향을 줄일 수 있다.

도 1은 레이저 가공 장치의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 레이저 유닛(200)과 스테이지(400)가 도시되어 있다. 레이저 유닛(200)은 레이저 빔(L)을 가공 대상물(300)에 조사하기 위한 광학적 구성을 갖는다. 레이저 발생기(210)는 레이저 빔(L)을 발생시킨다. 레이저 빔(L)은 미러(220)에 의하여 반사되어 집광렌즈(230)로 입사된다. 집광렌즈(230)는 레이저 빔(L)을 가공 대상물(300)의 내부의 원하는 위치에 집광시킨다. 집광렌즈(230)는 예를 들어 개구수(N.A.) 0.1 이상의 광학적 성능을 가질 수 있다. 개구수가 높을수록 레이저 빔(L)의 에너지가 가공 대상물(300)의 표면에서 흡수되는 것을 방지할 수 있으며, 높은 효율로 레이저 빔(L)을 가공 대상물(300)의 내부에 집광시킬 수 있다. 도시되지 않은 이동수단에 의하여 레이저 유닛(200)은 제1방향(A)으로 이동될 수 있다. 물론, 레이저 발생기(210)는 고정된 위치에 위치되고 미러(220)를 포함하는 광학계만이 제1방향(A)으로 이동되는 것이 일반적이나 이에 한정되지는 않는다. 스테이지(400)에는 가공 대상물(300)이 탑재된다. 스테이지(400)에는 가공 대상물(300)을 고정할 수 있는 고정수단(미도시)이 마련된다. 고정수단은 예를 들어 진공 척(chuck)일 수 있다. 스테이지(400)는 도시되지 않은 이동수단에 의하여 적어도 제1방향(A)과 교차되는 제2방향(B)으로 이동될 수 있다. 레이저 유닛(200)과 스테이지(400)를 이동시키는 이동수단은 XY테이블 등 당업계에서 통용되는 다양한 구도가 채용될 수 있다. 물론 레이저 유닛(200)이 전체적으로 이동되는 대신에 미러(220)가 회동가능한 미러인 경우에 미러를 회동시킴으로써 레이저 빔(L)을 제1방향(A)으로 스캔할 수도 있다. 집광렌즈(230)는 소정 각도 범위 이내의 레이저 빔(L)을 가공 대상물(300)에 수직으로 입사시킬 수 있는 텔레센트릭 렌즈일 수 있다.

도 2를 참조하면, 가공 대상물(300)은 예를 들어 그 표면(303)에 전자 소자(302)가 형성된 웨이퍼(301)일 수 있다. 전자 소자(302)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 일련의 반도체 제조 공정에 의하여 기판(substrate)이 되는 웨이퍼에 형성될 수 있는 발광다이오드, 레이저 다이오드 등일 수 있다. 레이저 빔(L)은 웨이퍼(301)의 이면(304) 쪽에서 입사될 수 있다.

가공 대상물(300)에 입사된 레이저 빔(L)은 집광렌즈(230)에 의하여 그 집광점(1)이 가공 대상물(300)의 내부, 즉 입사면인 이면(304)으로부터 두께 방향(C)으로 소정 거리 떨어진 위치에 위치된다. 레이저 빔(L)은 가공 대상물(300)에 대하여 투과성을 가지므로 가공 대상물(300)의 이면(304)에서 흡수되지 않고 투과되나, 집광점(1) 부근에서는 다광자 흡수 또는 이에 준하는 비선형 흡수 효과에 의하여 국부적으로 가공 대상물(300)의 물성이 변화되어 개질 영역(2)이 형성된다. 즉, 집광점(1) 부근에서 레이저 빔(L)의 에너지가 가공 대상물(10)에 흡수되어 순간적으로 용융이 일어나며, 레이저 빔(L)이 통과되고 난 후에는 냉각되면서 수축 및 응고가 일어난다. 또한 용융, 냉각 과정 동안에 집광점(1) 부근에서 가공 대상물(300)을 구성하는 물질이 팽창, 수축되는데, 이 팽창, 수축에 의하여 도 3에 도시된 바와 같이 미세한 크랙(3)이 형성될 수 있다. 미세한 크랙(3)은 가공 대상물(300)의 두께방향 및 이에 직교하는 방향으로 형성될 수 있다. 개질 영역(2)은 미세한 크랙(3)을 포함하는 영역일 수 있다.

레이저 유닛(200)을 제1방향(A)으로 이동시키고 스테이지(400)를 제2방향(B)으로 이동시킴으로써 레이저 빔(L)을 가공 대상물(300) 내부의 복수의 위치에 집광시킴으로써 도 4에 도시된 바와 같이 가공 대상물(300)의 내부에 복수의 미세 크랙(3)에 의한 분리 면(5)을 형성할 수 있다. 미세 크랙(3)의 간격은 가공 대상물(300)의 재료의 종류, 물성, 레이저 빔(L)의 강도 등을 고려하여 적절히 선정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 하나의 레이저 빔(L)을 제1방향(A)으로 이동시키면서 가공 대상물(300)을 제2방향(B)으로 이동시키는 방식을 채용하는 경우, 즉 도면의 좌측에서 우측으로 순차로 레이저 빔(L)을 이동시키면서 가공 대상물(300)을 도면의 상하방향으로 이동시켜 가공을 수행하는 경우에, 도면의 우측으로 갈수록 가공 대상물(300)의 내부에는 레이저 빔(L)에 의한 열 영향에 의하여 열응력이 축적될 수 있다. 즉 도면의 좌측에서 가공이 시작될 때에는 가장자리에서 가까운 영역에서 가공되므로 열이 외부로 빠르게 소산될 수 있으나, 내측으로 갈수록 열소산량이 줄어들고 이에 의하여 가공 대상물(300)의 내부에 열응력이 축적될 수 있다. 열응력의 축적은 가공 대상물(300)의 휨을 유발할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 가공 중에도 가공 대상물(300)이 그 가장자리로부터 분리 면(5)을 따라 자연분리되면서 휘어질 수 있다. 이 휨에 의하여 레이저 빔(L)이 가공 대상물(300) 내부로 입사될 때에 광경로의 교란이 발생될 수 있으며, 이는 개질 영역(2)의 균일성을 저하시켜 분리 면(5)의 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 가급적 빠른 시간 내에 가공을 수행할 필요가 있다. 또한, 자연분리에 의한 휨이 미치는 영향을 최소화하기 위하여는 레이저 빔(L)의 제1방향(A)으로의 가공 거리를 가급적 줄일 필요가 있다.

이러한 점을 감안하여, 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 빔(L)을 복수의 레이저 빔으로 분할하는 광분리기(240)가 채용될 수 있다. 광분리기(240)는 예를 들어 복수의 반투과미러를 채용하고 반투과미러의 투과율을 적절히 선정함으로서 구현될 수 있다. 또한, 광분리기(240)는 회절오더를 갖는 회절광학소자에 의하여 구현될 수도 있다. 예를 들어, 3차 이상의 회절 오더를 갖는 회절광학소자를 채용함으로써 레이저 빔(L)을 세 개 이상으로 분리할 수 있다. 광분리기(240)를 채용함으로써 일 회의 스캔에 의하여 복수의 집광점(1)을 가공 대상물(300)의 내부에 형성할 수 있기 때문에 가공 시간을 단축하여 열영향을 줄일 수 있다. 또한, 레이저 빔(L)의 조사시간을 줄이고 집광점(1)에서의 에너지 밀도를 향상시키기 위하여 광분리기(240) 이전 단계에서 빔 익스팬더(beam expander)(250)를 설치할 수도 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(300)의 제1방향(A), 즉 레이저 빔(L)의 이동방향으로 두 개의 영역(W1)(W2)으로 구분하여 두 영역(W1)(W2)에 대하여 각각 레이저 빔(L)을 조사할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 두 개의 레이저 유닛(200)(200a)이 채용될 수 있다. 도 7에는 레이저 유닛(200)(200a)의 형태가 매우 간략하게 개시되어 있으나, 레이저 유닛(200)(200a)의 광학적 구성으로서 도 1에 도시된 바와 같이 광분리기(240), 빔 익스팬더(250)가 채용된 구성이 적용될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여 가공 시간을 단축하여 열영향에 의한 분리 면(5)의 품질 저하를 방지할 수 있다. 또한 가공 거리를 단축하여 자연 분리에 기인하는 휨의 영향을 줄일 수 있다.

도 6에서는 가공 대상물(300)을 두 개의 영역(W1)(W2)으로 나누어 가공하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(300)을 제1방향(A)으로 3개의 영역(W1)(W2)(W3)으로 구분할 수 있다. 이 경우에, 3개의 영역(W1)(W2)(W3)에 각각 대응되는 3개의 레이저 유닛(200)이 채용될 수 있다.

가공 대상물(300)의 몇 개의 영역으로 구분할 것인지는 가공 대상물(300)의 크기에 따라 결정될 수 있다. 나누어지는 영역의 갯수만큼의 레이저 유닛(200)이 필요하므로 장비의 가격과, 반도체 공정에서 통상 사용되는 웨이퍼의 크기 등을 고려하여 적절한 수의 영역으로 구분할 수 있다. 통상적인 반도체 공정이라면 2개 또는 3개의 영역으로 구분할 수 있을 것이다.

다시 도 6을 참조하면, 영역(W1)(W1)에 레이저 빔(L)을 조사할 때에, 레이저 빔(L)은 가공 대상물(300)의 외측으로부터 내측으로 이동될 수 있다. 즉, 가공 대상물(300)의 가장자리 쪽에서 안쪽으로 가공을 진행할 수 있다. 전술한 바와 같이 가공 대상물(300)의 가장자리의 경우에 열이 외부로 쉽게 소산될 수 있다. 따라서, 가장자리로부터 먼저 가공을 시작하여 가공 대상물(300)에 가해지는 열에너지를 외부로 소산함으로써 가공 대상물(300)에의 열축적을 줄여 더욱 균일한 품질의 분리 면(5)을 형성할 수 있다.

도 8의 경우에, 영역(W1)(W2)(W3) 중에서 제1방향(A)으로 가장 외측에 위치되는 영역(W1)(W2)에서는 레이저 빔(L)이 가공 대상물(300)의 외측으로부터 내측으로 이동될 수 있다. 가운데 위치되는 영역(W3)의 가공 방향은 어느 방향이라도 무방하다.

도 6 및 도 8에는 스테이지(400)의 이동방향으로 레이저 빔(L)의 스캔 방향이 아래쪽으로만 표시되어 있으나, 스테이지(400)이 왕복이동되면서 레이저 빔(L) 또한 도면의 상측에서 하측으로 또 하측에서 상측으로 번갈아 스캔될 수도 있다.

상기한 바와 같이, 레이저 빔(L)의 이동 방향을 가공 대상물(300)의 외측으로부터 내측으로 함으로써, 가공 대상물(300) 전체에 걸쳐 더욱 균일한 품질의 내부 분리 면(5)을 형성할 수 있다.

분리 면(5)은 가공 대상물(300)을 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 기준이 되는 면이다. 분리 면(5) 내에서 인접하는 미세 크랙(3)들은 서로 연결되거나 또는 미소한 간격으로 이격되어 있어서, 도 9에 도시된 바와 같이 가공 대상물(300)은 자연스럽게 분리 면(5)을 기준으로 하여 상부편(310)과 전자 소자(302)가 형성된 하부편(320)으로 분리될 수 있어, 두께가 얇은, 연마의 효과를 가진 하부편(320)을 얻을 수 있다.

자연스럽게 분리되지 않는 경우에는 미세 크랙(3)이 분리 면(5)을 따라 전파될 수 있도록 가공 대상물(300)에 물리적인 충격을 가할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 블레이드(500)를 사용하여 분리 면(5)을 따라 기계적 힘을 가하여 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파함으로써 상부편(310)과 하부편(320)으로 분리할 수 있다. 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파시키는 방법으로는 블레이드(500)를 이용하는 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 워터 제트(미도시)를 가공 대상물(300)에 쏘는 워터 제트법, 압축 공기를 가공 대상물(300)에 쏘는 에어로졸 제트법 등에 의하여 가공 대상물(300)에 기계적 충격을 가함으로서 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파시키는 것도 가능하다. 또한, 레이저 빔을 가공 대상물(300)에 조사하여 열적 충격을 가함으로써 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파시킬 수도 있다. 이 경우 레이저 빔은 분리 면(5)을 형성하는 레이저 빔(L)과 다를 수 있다. 즉, 이 경우의 레이저 빔은 가공 대상물(300)을 적절히 가열하였다가 냉각되는 과정에서 미세 크랙(3)에 충격을 가하여 분리 면(5)을 따라 전파되도록 할 수 있는 적절한 에너지를 가지면 되며, 따라서 그 파장 대역은 가공 대상물(300)에 흡수될 수 있는 대역으로 선정될 수 있다.

상술한 바와 같이 분리 면(5)이 형성된 가공 대상물(300)에 기계적, 열적 충격을 가함으로써 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파시켜 가공 대상물(300)을 분리 면(5)을 기준으로 하여 상부편(310)과 하부편(320)으로 분리할 수 있다.

도 10을 참조하면, 가공 대상물(300)의 가장자리에는 곡률이 있을 수 있다. 특히, 반도체 공정에 사용되는 웨이퍼는 그 제조 과정에서 가장자리에 자연스럽게 곡률을 가지는 만곡부(305)가 생긴다. 이 부분에는 분리 면(5)을 형성하는 과정에서 레이저 빔(L)의 집광점(1)이 원하는 위치에 형성되지 않을 수 있다. 즉, 레이저 빔(L)이 만곡부(305)에 입사되면 만곡부(305)의 곡률로 인하여 레이저 빔(L)이 제대로 가공 대상물(300) 내부에 집광되지 않을 수 있다. 따라서, 분리 면(5)이 가공 대상물(300)의 가장자리에까지 연장되지 못하여 가공 대상물(300)을 분리하기가 어려워질 수 있다.

이 경우, 분리 면(5)을 형성한 후에 가공 대상물(300)을 분리하는 공정이 수행되기 전에 가공 대상물(300)의 가장자리에 인접한 테두리 부분(306)을 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 테두리(306)를 제거하는 공정은 예를 들어 다이아몬드 휠을 사용하는 기계적 절단 공정에 의하여 수행될 수 있으나, 기계적 절단 공정에서 발생되는 파편으로 인하여 예를 들어 표면(303)에 형성된 전자 소자(302)가 손상될 위험이 있고, 또 절단 시간이 오래 걸리는 것은 물론, 블레이드의 교체 등으로 인한 비용이 소요된다. 이러한 점을 감안하여, 기계적 절단 공정 대신에 레이저 빔을 이용하는 절단 공정이 채용될 수 있다.

레이저 빔을 이용한 절단 공정은 분리 면(5)을 형성하는 공정과 유사하나, 그 분리의 방향이 가공 대상물(300)의 두께 방향이라는 점에서 차이가 있다. 즉, 도 11을 참조하면, 레이저 빔(L)을 조사하여 가공 대상물(300)의 내부에 집광점(1)을 형성한다. 그러면, 다광자 흡수 또는 이에 준하는 물리광학적 과정에 의하여 집광점(1) 부근에서 개질 영역이 형성된다. 개질 영역에서의 순간적인 용융, 냉각 과정에서 미세한 크랙(3)이 형성된다. 가공 대상물(300)의 가장자리로부터 소정 거리 이격된 위치에 위치된 가상의 절단 예정 라인(도 10의 참조부호 11)을 따라 가공 대상물(300) 또는 레이저 빔(L)을 이동시킴으로써 가공 대상물(300)의 내부에 개질 영역에 의한 절단라인(10)을 형성할 수 있다. 절단 라인(10)의 형성이 완료되면, 절단 라인(10)을 따라 가공 대상물(300)을 두께 방향으로 분할함으로써 테두리 부분(306)을 제거할 수 있다. 이 경우, 두께 방향으로의 분할은 자연스럽게 일어날 수 있다. 또한, 자연스럽게 분리되지 않는 경우에는 미세 크랙(3)이 절단 라인(10)을 따라 전파될 수 있도록 가공 대상물(300)에 물리적인 충격을 가할 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 블레이드(501)를 사용하여 절단 라인(10)을 따라 기계적 힘을 가하여 미세 크랙(3)을 절단 라인(10)을 따라 전파함으로써 테두리 부분(306)을 제거할 수 있다. 물론, 레이저 빔을 가공 대상물(300)에 조사하여 열적 충격을 가함으로써 미세 크랙(3)을 절단 라인(10)을 따라 전파시킬 수도 있다. 이 경우 레이저 빔은 가공 대상물(300)을 적절히 가열하였다가 냉각되는 과정에서 미세 크랙(3)에 충격을 가하여 절단 라인(10)을 따라 전파되도록 할 수 있는 적절한 에너지를 가지면 되며, 그 파장 대역은 가공 대상물(300)에 흡수될 수 있는 대역으로 선정될 수 있다.

가공 대상물(300)의 두께가 두꺼운 경우에는 도 12에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(300)의 두께 방향으로 서로 이격된 복수의 절단 라인(10-1)(10-2)을 형성할 수 있다. 이 경우에, 레이저 빔(L)의 입사면으로부터 멀리 떨어진 절단 라인(10-1)을 먼저 형성하고, 그 후에 입사면에 가까운 절단 라인(10-2)을 형성할 수 있다. 이에 의하여, 절단 라인(10-2)을 먼저 형성한 경우에 절단 라인(10-2)에 의하여 절단 라인(10-1)을 형성하기 위한 레이저 빔(L)의 광경로가 교란되는 문제를 방지할 수 있다. 물론, 절단 라인(10-1)(10-2)은 도 13에 도시된 바와 같이 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)에 의하여 동시에 형성될 수 있다. 이 경우에는 입사면으로부터 멀리 떨어진 절단 라인(10-1)이 입사면에 가까운 절단 라인(10-2)보다 먼저 형성되도록 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)의 위치를 결정할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

A, B...제1, 제2방향 L, L1, L2...레이저 빔
1...집광점 2...개질 영역
3...미세 크랙 5...분리 면
10, 10-1, 10-2...절단 라인 11...절단 예정 라인
200, 200a...레이저 유닛 210...레이저 발생기
220...미러 230...집광렌즈
240...광분리기 250...빔 익스팬더
300...가공 대상물 301...웨이퍼
302...전자 소자 303...웨이퍼의 표면
304...웨이퍼의 이면 305...만곡부
306...테두리 400...스테이지
500, 501...블레이드

Claims

집광점이 가공 대상물의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 상기 가공 대상물에 조사하여 상기 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하는 단계;
상기 레이저 빔을 제1방향으로 상기 가공 대상물을 상기 제1방향가 교차되는 제2방향으로 이동시켜, 상기 가공 대상물의 내부에 상기 개질 영역에 의하여 상기 가공 대상물을 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 분리 면을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 레이저 빔과 상기 가공 대상물을 이동시키는 단계는,
상기 가공 대상물을 상기 제1방향으로 n개의 영역으로 구분하는 단계;
상기 n개의 영역에 대응되는 n개의 상기 레이저 빔을 상기 제1방향으로 이동시키는 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 n개의 영역 중 상기 제1방향으로 가장 외측에 위치되는 영역에서는, 해당되는 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 외측으로부터 내측으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 가공 대상물에 대하여 투과성을 갖는 펄스폭 1㎲ 이하의 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제3항에 있어서,
상기 n개의 레이저 빔 각각은 상기 제1방향으로 배열되는 복수의 레이저 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제4항에 있어서,
상기 n개의 레이저 빔 각각을 광분리기에 의하여 상기 복수의 레이저 빔으로 분리하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제5항에 있어서,
상기 광분리기는 회절광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제3항에 있어서,
상기 n은 2인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제3항에 있어서,
상기 n은 3인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제3항에 있어서,
상기 가공 대상물을 상기 분리 면을 경계로 하여 상기 두께 방향과 교차되는 방향으로 분할하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제9항에 있어서,
상기 분할하는 단계는,
상기 가공 대상물의 테두리를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제10항에 있어서,
상기 테두리를 제거하는 단계는,
상기 가공 대상물의 가장자리로부터 소정거리 이격된 절단예정선을 따라 집광점이 상기 가공 대상물의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 조사하여 상기 가공 대상물의 내부에 개질영역에 의한 절단라인을 형성하고, 상기 절단라인을 따라 상기 가공 대상물을 상기 두께 방향으로 절단하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제9항에 있어서,
상기 분할하는 단계는,
상기 가공 대상물에 물리적인 충격을 가하여 상기 개질영역에 의한 크랙을 상기 분리 면을 따라 전파시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제12항에 있어서,
상기 전파시키는 단계는,
워터 제트법, 에어로졸 제트법, 레이저 조사법, 블레이드법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1방향으로 이동되는 복수의 레이저 유닛과 상기 제1방향과 교차되는 방향으로 이동되는 스테이지를 준비하고, 표면에 전자소자가 형성된 웨이퍼를 이면이 상기 복수의 레이저 유닛을 향하도록 상기 스테이지에 장착하는 단계;
상기 웨이퍼를 상기 제1방향으로 상기 복수의 레이저 유닛에 각각 대응되는 복수의 영역으로 구분하는 단계;
상기 복수의 레이저 유닛으로부터 집광점이 상기 웨이퍼의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 상기 웨이퍼의 복수의 영역에 조사하여 상기 웨이퍼의 내부에 미세 크랙을 형성하는 단계;
상기 복수의 레이저 유닛 각각을 상기 제1방향으로, 상기 스테이지를 상기 제2방향으로 이동시켜, 상기 미세 크랙에 의하여 상기 웨이퍼를 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 분리 면을 형성하는 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법.
제14항에 있어서,
상기 복수의 영역 중 상기 제1방향으로 가장 외측에 위치되는 두 영역에서는, 해당되는 레이저 유닛을 상기 웨이퍼의 외측으로부터 내측으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제15항에 있어서,
상기 복수의 레이저 유닛은 상기 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 펄스폭 1㎲ 이하의 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제16항에 있어서,
상기 복수의 레이저 유닛 각각은 레이저 발생기에서 발생된 레이저 광을 회절광학소자를 이용하여 복수의 레이저 빔으로 분할하여 상기 웨이퍼에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제16항에 있어서,
상기 복수의 영역은 2개 또는 3개의 영역인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제16항에 있어서,
상기 가공 대상물의 테두리를 제거하는 단계;
상기 가공 대상물에 물리적인 충격을 가하여 상기 미세 크랙을 상기 분리 면을 따라 전파시키는 단계;
상기 가공 대상물을 상기 분리 면을 경계로 하여 상기 두께 방향과 교차되는 방향으로 분할하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제19항에 있어서,
상기 테두리를 제거하는 단계는,
상기 가공 대상물의 가장자리로부터 소정거리 이격된 절단예정선을 따라 집광점이 상기 가공 대상물의 내부에 형성되도록 레이저 빔을 조사하여 상기 가공 대상물의 내부에 개질영역에 의한 절단라인을 형성하고, 상기 절단라인을 따라 상기 가공 대상물을 상기 두께 방향으로 절단하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제19항에 있어서,
상기 전파시키는 단계는,
워터 제트법, 에어로졸 제트법, 레이저 조사법, 블레이드법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.