KR20140004017A - 레이저 다이싱 방법 - Google Patents

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쇼오이치 사토오
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도시바 기카이 가부시키가이샤
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Abstract

표면에 금속막을 구비하는 피가공 기판의 레이저 다이싱 방법이며, 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 제1 직선을 따라 조사하여, 금속막을 박리하는 제1 금속막 박리 스텝과, 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 따라 조사하여, 금속막을 박리하는 제2 금속막 박리 스텝과, 피가공 기판의 금속막이 박리된 영역에 펄스 레이저 빔을 조사하여, 피가공 기판에 크랙을 형성하는 크랙 형성 스텝을 갖고, 제1 직선과 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 제1 금속막 박리 스텝 또는 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이싱 방법.

Description

레이저 다이싱 방법 {LASER DICING METHOD}
본 출원은 2012년 6월 29일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-147728호에 기초하며 그로부터 우선권을 주장하고, 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로서 포함되어 있다.
본 발명은, 펄스 레이저 빔을 사용하는 레이저 다이싱 방법에 관한 것이다.
반도체 기판의 다이싱에 펄스 레이저 빔을 사용하는 방법이 일본 특허 제3867107호 공보에 개시되어 있다. 이 방법은, 펄스 레이저 빔에 의해 발생하는 광학적 손상에 의해 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성한다. 그리고, 이 개질 영역을 기점으로 하여 가공 대상물을 절단한다.
종래의 기술에서는, 펄스 레이저 빔의 에너지, 스폿 직경, 펄스 레이저 빔과 가공 대상물의 상대 이동 속도 등을 파라미터로 하여 개질 영역의 형성을 제어하고 있다.
그리고, 예를 들어 반사층을 구비하는 LED(Light Emitting Diode)와 같이, 피가공 기판의 표면에 구리 등의 금속막이 형성되어 있는 경우가 있다. 이러한 피가공 기판을, 레이저를 사용하여 다이싱하는 경우, 예를 들어 금속막과 기초의 반도체나 절연체의 기판을 동시에 어브레이전 가공하는 방법이 있다. 그러나, 어브레이전 가공에서는 비산물이 발생하거나, 다이싱 후의 할단면에서 LED의 휘도의 손실이 커지는 등의 특성 열화의 문제가 있다.
다른 방법으로서, 피가공 기판이 금속막을 구비하는 경우, 이 금속막 제거만을 위해, 에칭 등의 별도의 공정에서 박리하고, 그 후 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하여 가공 대상물을 절단하는 방법이 있다. 이 경우, 다이싱을 위한 공정이 증대된다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 일 형태의 레이저 다이싱 방법은, 표면에 금속막을 구비하는 피가공 기판의 레이저 다이싱 방법이며, 상기 피가공 기판을 스테이지에 적재하는 스텝과, 상기 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 제1 직선을 따라 조사하여, 상기 금속막을 박리하는 제1 금속막 박리 스텝과, 상기 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 상기 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 따라 조사하여, 상기 금속막을 박리하는 제2 금속막 박리 스텝과, 상기 피가공 기판의 상기 금속막이 박리된 영역에 펄스 레이저 빔을 조사하여, 상기 피가공 기판에 크랙을 형성하는 크랙 형성 스텝을 갖고, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 상기 제1 금속막 박리 스텝 또는 상기 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것을 특징으로 한다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 피가공 기판이, LED가 형성된 기판인 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속막 박리 스텝에 있어서, 클록 신호를 발생하고, 상기 클록 신호에 동기시킨 펄스 레이저 빔을 출사하고, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 상기 피가공 기판에의 상기 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 상기 클록 신호에 동기시켜, 펄스 피커를 사용하여 상기 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광 펄스 단위로 전환하고, 상기 금속막을 박리하고, 상기 크랙 형성 스텝에 있어서, 피가공 기판을 스테이지에 적재하고, 클록 신호를 발생하고, 상기 클록 신호에 동기시킨 펄스 레이저 빔을 출사하고, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 상기 피가공 기판에의 상기 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 상기 클록 신호에 동기시켜, 펄스 피커를 사용하여 상기 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광 펄스 단위로 전환하고, 상기 피가공 기판의 기판 표면에 도달하는 크랙을, 상기 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 상기 펄스 레이저 빔의 가공점 깊이 및 상기 펄스 레이저 빔의 조사 영역 및 비조사 영역의 길이를 제어함으로써, 상기 크랙이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 연속되도록 형성하는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 제1 또는 제2 금속막 박리 스텝에 있어서, 펄스 레이저 빔의 조사의 중단 개소의 정보를 구비하는 조사 제어 신호를 발생하고, 상기 조사 제어 신호를 이용하여, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서의 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 크랙이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 대략 직선적으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 피가공 기판의 위치와 상기 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기되는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 피가공 기판이 사파이어 기판, 수정 기판, 또는 글래스 기판을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속막 박리 스텝과 상기 크랙 형성 스텝이, 동일한 레이저 다이싱 장치에 의해 동일한 스테이지에 적재된 상태에서 연속해서 실행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 레이저 다이싱 방법은, 피가공 기판을 스테이지에 적재하고, 클록 신호를 발생하고, 상기 클록 신호에 동기시킨 펄스 레이저 빔을 출사하고, 상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 상기 피가공 기판에의 상기 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 상기 클록 신호에 동기시켜, 펄스 피커를 사용하여 상기 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광 펄스 단위로 전환하고, 상기 피가공 기판의 기판 표면에 도달하는 크랙을, 상기 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 상기 펄스 레이저 빔의 가공점 깊이 및 상기 펄스 레이저 빔의 조사 영역 및 비조사 영역의 길이를 제어함으로써, 상기 크랙이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 연속되도록 형성하는 레이저 다이싱 방법이며, 상기 피가공 기판에 대해 펄스 레이저 빔을 제1 직선을 따라 조사하는 제1 크랙 형성 스텝과, 상기 피가공 기판에 대해 펄스 레이저 빔을 상기 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 따라 조사하는 제2 크랙 형성 스텝을 갖고, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 상기 제1 크랙 형성 스텝 또는 상기 제2 크랙 형성 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것을 특징으로 한다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 피가공 기판이, LED가 형성된 기판인 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 제1 또는 제2 크랙 형성 스텝에 있어서, 펄스 레이저 빔의 조사의 중단 개소의 정보를 구비하는 조사 제어 신호를 발생하고, 상기 조사 제어 신호를 이용하여, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서의 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 크랙이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 대략 직선적으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 피가공 기판의 위치와 상기 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기되는 것이 바람직하다.
상기 형태의 방법에 있어서, 상기 피가공 기판이 사파이어 기판, 수정 기판, 또는 글래스 기판을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 펄스 레이저 빔의 조사 조건을 최적화함으로써, 표면에 금속막이 형성되는 피가공 기판에 대해, 우수한 할단 특성을 실현하는 레이저 다이싱 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법에서 사용되는 레이저 다이싱 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도.
도 2는 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 공정 흐름도.
도 3은 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 설명도.
도 4는 제1 실시 형태의 LED의 일례를 나타내는 단면도.
도 5는 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 설명도.
도 6a, 도 6b는 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 설명도.
도 7은 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 타이밍 제어를 설명하는 도면.
도 8은 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 펄스 피커 동작과 변조 펄스 레이저 빔(PL2)의 타이밍을 나타내는 도면.
도 9는 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 조사 패턴의 설명도.
도 10a∼도 10c는 제1 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 금속막 박리 스텝의 효과를 나타내는 도면.
도 11은 제1 실시 형태의 크랙 형성 스텝에 있어서의 사파이어 기판 상에 조사되는 조사 패턴을 나타내는 상면도.
도 12는 도 11의 AA 단면도.
도 13a∼도 13d는 제1 실시 형태의 작용의 설명도.
도 14는 제1 실시 형태의 스테이지 이동과 다이싱 가공의 관계를 설명하는 도면.
도 15a, 도 15b는 제1 실시 형태의 다른 가공점 깊이의 펄스 레이저 빔을, 복수회 기판의 동일 주사선 상을 주사하여 크랙을 형성하는 경우의 설명도.
도 16a, 도 16b는 도 15의 조건으로 할단한 경우의 할단면의 광학 사진.
도 17a, 도 17b는 제1 실시 형태의 변형예의 레이저 다이싱 방법의 설명도.
도 18은 실시예 1의 조사 패턴을 도시하는 도면.
도 19a∼도 19e는 실시예 1∼4, 비교예 1의 레이저 다이싱의 결과를 나타내는 도면.
도 20은 실시예 1의 크랙의 방향에 수직한 기판의 단면 SEM 사진.
도 21a∼도 21f는 실시예 5∼10의 레이저 다이싱의 결과를 나타내는 도면.
도 22a∼도 22e는 실시예 11∼15의 레이저 다이싱의 결과를 나타내는 도면.
도 23a∼도 23f는 실시예 16∼21의 레이저 다이싱의 결과를 나타내는 도면.
도 24a∼도 24c는 실시예 22∼24의 레이저 다이싱의 결과를 나타내는 도면.
도 25a 및 도 25b는 실시예 25의 레이저 다이싱의 결과를 나타내는 도면.
도 26은 실시예 26∼28, 비교예 2, 3의 레이저 다이싱의 결과를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 중, 가공점이라 함은, 펄스 레이저 빔의 피가공 기판 내에서의 집광 위치(초점 위치) 근방의 점으로, 피가공 기판의 개질 정도가 깊이 방향으로 최대로 되는 점을 의미한다. 그리고, 가공점 깊이라 함은, 펄스 레이저 빔의 가공점의 피가공 기판 표면으로부터의 깊이를 의미하는 것으로 한다.
또한, 본 명세서 중, 금속막에 대해 디포커스한다고 하는 것은, 펄스 레이저 빔의 초점 위치가, 금속막 중에 존재하지 않도록 하는 것을 의미한다.
(제1 실시 형태)
본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법은, 표면에 금속막을 구비하는 피가공 기판의 레이저 다이싱 방법이다. 피가공 기판을 스테이지에 적재하는 스텝과, 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 제1 직선을 따라 조사하여, 금속막을 박리하는 제1 금속막 박리 스텝을 구비한다. 그리고, 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 따라 조사하여, 금속막을 박리하는 제2 금속막 박리 스텝을 구비한다. 또한, 피가공 기판의 금속막이 박리된 영역에 펄스 레이저 빔을 조사하여, 피가공 기판에 크랙을 형성하는 크랙 형성 스텝을 구비한다. 그리고, 제1 직선과 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 제1 금속막 박리 스텝 또는 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단한다.
상기 구성에 의해, 금속막이 표면에 형성되는 피가공 기판에 대해, 우수한 할단 특성을 실현하는 레이저 다이싱 방법을 제공하는 것이 가능해진다. 여기서, 우수한 할단 특성이라 함은, (1) 금속막 박리를 포함하는 다이싱시에 비산물이 적은 것, (2) 공정이 간략한 것, (3)할단부가 직선성 좋게 할단되는 것, (4) 다이싱한 소자의 수율이 향상되도록 작은 할단력으로 할단할 수 있는 것, (5) 금속막 박리나, 크랙 형성시에 조사하는 레이저의 영향에 의해 피가공 기판에 설치되는 소자, 예를 들어 기판 상에 에피택셜층으로 형성되는 LED 소자의 열화가 발생하지 않는 것 등을 들 수 있다.
그리고, 피가공 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙을 형성함으로써, 특히 사파이어 기판과 같이 경질인 기판의 다이싱이 용이해진다. 또한, 좁은 다이싱 폭으로의 다이싱이 실현된다.
또한, 상기 금속막 박리 스텝에 있어서, 클록 신호를 발생하고, 클록 신호에 동기시킨 펄스 레이저 빔을 출사하고, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 피가공 기판에의 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 클록 신호에 동기시켜, 펄스 피커를 사용하여 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광 펄스 단위로 전환하고, 금속막을 박리하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속막의 박리를 균일하게 안정적으로 고정밀도로 행할 수 있기 때문이다.
상기 레이저 다이싱 방법을 실현하는 본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치는, 피가공 기판을 적재 가능한 스테이지와, 클록 신호를 발생하는 기준 클록 발진 회로와, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 펄스 레이저 빔을 클록 신호에 동기시키는 레이저 발진기 제어부와, 레이저 발진기와 스테이지 사이의 광로에 설치되고, 펄스 레이저 빔의 피가공 기판에의 조사와 비조사를 전환하는 펄스 피커와, 클록 신호에 동기시켜, 광 펄스 단위로 펄스 레이저 빔의 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하는 펄스 피커 제어부를 구비한다.
도 1은 본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 레이저 다이싱 장치(10)는, 그 주요한 구성으로서, 레이저 발진기(12), 펄스 피커(14), 빔 정형기(16), 집광 렌즈(18), XYZ 스테이지부(20), 레이저 발진기 제어부(22), 펄스 피커 제어부(24), 조사 제어부(25) 및 가공 제어부(26)를 구비하고 있다. 가공 제어부(26)에는 원하는 클록 신호(S1)를 발생하는 기준 클록 발진 회로(28) 및 가공 테이블부(30)가 구비되어 있다.
레이저 발진기(12)는, 기준 클록 발진 회로(28)에서 발생하는 클록 신호(S1)에 동기시킨 주기 Tc의 펄스 레이저 빔(PL1)을 출사하도록 구성되어 있다. 조사 펄스 광의 강도는 가우시안 분포를 나타낸다. 클록 신호(S1)는, 레이저 다이싱 가공의 제어에 이용되는 가공 제어용 클록 신호이다.
여기서 레이저 발진기(12)로부터 출사되는 레이저 파장은 피가공 기판에 대해 투과성의 파장을 사용한다. 레이저로서는, Nd:YAG 레이저, Nd:YVO4 레이저, Nd:YLF 레이저 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 피가공 기판이 금속막이 구비된 사파이어 기판인 경우에는, 파장 532㎚의, Nd:YVO4 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.
펄스 피커(14)는, 레이저 발진기(12)와 집광 렌즈(18) 사이의 광로에 설치된다. 그리고, 클록 신호(S1)에 동기시켜 펄스 레이저 빔(PL1)의 통과와 차단(온/오프)을 전환함으로써 피가공 기판에의 펄스 레이저 빔(PL1)의 조사와 비조사를, 광 펄스수 단위로 전환하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 펄스 피커(14)의 동작에 의해 펄스 레이저 빔(PL1)은, 피가공 기판의 가공을 위해 온/오프가 제어되어, 변조된 변조 펄스 레이저 빔(PL2)으로 된다.
펄스 피커(14)는, 예를 들어 음향 광학 소자(AOM)로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 라만 회절형의 전기 광학 소자(EOM)를 사용해도 상관없다.
빔 정형기(16)는, 입사한 펄스 레이저 빔(PL2)을 원하는 형상으로 정형된 펄스 레이저 빔(PL3)으로 한다. 예를 들어, 빔 직경을 일정한 배율로 확대하는 빔 익스팬더이다. 또한, 예를 들어 빔 단면의 광 강도 분포를 균일하게 하는 호모지나이저와 같은 광학 소자가 구비되어 있어도 된다. 또한, 예를 들어 빔 단면을 원형으로 하는 소자나, 빔을 원편광으로 하는 광학 소자가 구비되어 있어도 상관없다.
집광 렌즈(18)는, 빔 정형기(16)에 의해 정형된 펄스 레이저 빔(PL3)을 집광하여, XYZ 스테이지부(20) 상에 적재되는 피가공 기판(W), 예를 들어 LED가 형성되는 사파이어 기판에 펄스 레이저 빔(PL4)을 조사하도록 구성되어 있다.
XYZ 스테이지부(20)는, 피가공 기판(W)을 적재 가능하고, XYZ 방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 XYZ 스테이지(이후, 단순히 스테이지라고도 함), 그 구동 기구부, 스테이지의 위치를 계측하는, 예를 들어 레이저 간섭계를 가진 위치 센서 등을 구비하고 있다. 여기서, XYZ 스테이지는, 그 위치 결정 정밀도 및 이동 오차가 서브 마이크론의 범위의 고정밀도로 되도록 구성되어 있다. 그리고, Z 방향으로 이동시킴으로써 펄스 레이저 빔의 초점 위치를 피가공 기판(W)에 대해 조정하여, 가공점 깊이를 제어하는 것이 가능하다.
가공 제어부(26)는 레이저 다이싱 장치(10)에 의한 가공을 전체적으로 제어한다. 기준 클록 발진 회로(28)는, 원하는 클록 신호(S1)를 발생한다. 또한, 가공 테이블부(30)에는, 다이싱 가공 데이터를 펄스 레이저 빔의 광 펄스수로 기술한 가공 테이블이 기억된다.
조사 제어부(25)는, 금속막 가공 혹은 크랙 형성시에 펄스 레이저 빔의 조사가 중복될 수 있는 개소에 있어서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하기 위해, 중단 개소의 정보를 기억한다. 그리고, 기억된 정보에 기초하여 펄스 레이저 빔의 조사의 중단 개소의 정보를 구비하는 조사 제어 신호(S6)를 생성하여, 펄스 피커 제어부(24)에 전달하는 기능을 구비한다. 중단 개소의 정보는, 예를 들어 다이싱 라인의 교점, 혹은 교점을 포함하는 소정의 범위를 특정하는 XY 좌표이다.
다음에, 상기 레이저 다이싱 장치(10)를 사용한 레이저 다이싱 방법에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 2는 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 공정 흐름도이다. 도 3은 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 설명도이다.
우선, 피가공 기판(W)을 레이저 다이싱 장치(10)의 XYZ 스테이지부(20) 상에 적재하는 스텝을 행한다(Step 1). 피가공 기판(W)은, 예를 들어 사파이어 기판 상의 에피택셜 반도체층을 이용하여 복수의 LED(100)가 형성된 웨이퍼이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 피가공 기판(W)에는, 복수의 LED(100)가 형성되어 있다. LED(100)의 사이는, LED(100)를 개별적으로 분할하기 위해 소정의 폭을 구비하는 영역, 이른바 다이싱 라인으로 되어 있다.
도 4는 LED(100)의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, LED(100)는, 예를 들어 사파이어 기판(101)과, 사파이어 기판(101) 상에 예를 들어 에피택셜 성장에 의해 형성된 GaN계의 반도체층(102)을 구비한다. 반도체층(102)은, 발광층(102a)을 구비한다. 또한, 반도체층(102)에 통전하기 위한 제1 전극(103) 및 제2 전극(104)을 구비하고 있다. 그리고, 발광층(102a)에서 발생하는 광을 반사하는 금속막의 반사층(105)을 구비하고 있다. 금속막은, 예를 들어 구리나 금으로 형성된다.
Step 1에서는, LED(100)의 금속막의 반사층(105)이 상면에 오도록 피가공 기판(W)을 XYZ 스테이지부(20) 상에 적재한다. 여기서, LED(100)의 배치의 X 방향의 피치를 「a」, Y 방향의 피치를 「b」로 한다.
다음에, 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 제1 직선(L1)을 따라 조사하여, 금속막을 박리하는 제1 금속막 박리 스텝을 행한다(Step 2). 여기서, 제1 직선(L1)이라 함은, 피가공 기판의 X 방향에 수직인 다이싱 라인을 따른 직선을 의미한다. 즉, XY 좌표상에서, X＝x0＋(n－1)a로 나타내어지는 직선이다. 또한, 도 3에서는 n＝1∼7로 되어 있다.
다음에, 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 제1 직선(L1)에 직교하는 제2 직선(L2)을 따라 조사하여, 금속막을 박리하는 제2 금속막 박리 스텝을 행한다(Step 3). 여기서, 제2 직선(L2)이라 함은, 피가공 기판의 Y 방향에 수직인 다이싱 라인을 따른 직선을 의미한다. 즉, XY 좌표상에서, Y＝y0＋(k－1)b로 나타내어지는 직선이다. 또한, 도 3에서는 k＝1∼6으로 되어 있다.
여기서, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 영역에 있어서, 제1 금속막 박리 스텝 또는 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하도록 펄스 레이저 빔의 조사를 제어한다.
도 5 및 도 6a, 도 6b는, 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 설명도이다. 도 5는 도 3에 있어서의 점선의 원으로 둘러싸인 영역의 확대도이다. X＝x0＋2a로 나타내어지는 제1 직선(L1)과, Y＝y0＋(k－1)b로 나타내어지는 제2 직선(L2)이 교차하는 영역을 나타내고 있다.
도 5에 있어서 각 원은, 디포커스된 펄스 레이저 빔이 금속막 표면[피가공 기판(W) 표면]에 조사되는 범위를 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 위치에서는, 사선으로 해칭한 원의 부분에서, 펄스 레이저 빔이 중복되어 조사될 수 있다.
가령, 펄스 레이저 빔이 중복되어 조사되면, 1회째의 조사에서 이미 금속막이 박리되어 있으므로, 2회째의 조사의 펄스 레이저 빔의 에너지는, 금속막에서 흡수되는 일 없이, 모두 하층의 사파이어 기판(101)이나 반도체층(102)에 흡수되게 된다. 이로 인해, 반도체층(102)에 부여되는 손상이 커져, LED(100)의 발광 특성이 열화될 우려가 발생한다.
본 실시 형태에 있어서는, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 영역에 있어서, 제1 금속막 박리 스텝 또는 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하도록 펄스 레이저 빔의 조사를 제어한다. 즉, 펄스 레이저 빔의 중복을 억제한다.
예를 들어, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 제1 금속막 박리 스텝에 있어서는, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 영역, 즉, 다이싱 라인의 교점에 있어서도 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 일 없이, 동일한 패턴으로 펄스 레이저 빔을 조사한다. 이에 대해, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제2 금속막 박리 스텝에 있어서는, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 영역에 있어서, 펄스 레이저 빔의 조사가 겹치지 않도록, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단한다. 이에 의해, 펄스 레이저 빔이 반도체층(102)에 부여하는 손상을 저감한다. 따라서, LED(100)의 발광 특성의 열화를 억제하는 것이 가능해진다.
그 후, 피가공 기판(W)의 금속막이 박리된 영역에 펄스 레이저 빔을 조사하여, 피가공 기판(W)에 크랙을 형성하는 크랙 형성 스텝을 행한다(Step 4). 이 스텝 후, 예를 들어 피가공 기판(W)에 외력을 인가하여, 피가공 기판(W)을 할단함으로써 LED(100)를 개별화한다.
다음에, 제1 및 제2 금속막 박리 스텝(Step 2, 3) 및 크랙 형성 스텝(Step 4)의 상세에 대해 설명한다. 제1 및 제2 금속막 박리 스텝(Step 2, 3) 및 크랙 형성 스텝(Step 4)은, 각각 금속막 박리와 크랙 형성에 대해 조사 조건 등이 최적화되는 것 이외에는, 마찬가지의 레이저 다이싱 장치를 사용하여, 마찬가지의 제어 방법으로 실행하는 것이 가능하다.
우선, 피가공 기판(W), 예를 들어 구리막이 구비된 사파이어 기판에 LED(100)가 형성된 기판을 XYZ 스테이지부(20)에 적재한다. 이 피가공 기판(W)은, 예를 들어 사파이어 기판의 하면에 에피택셜 성장된 GaN층을 갖고, 이 GaN층에 복수의 LED가 패턴 형성되어 있는 웨이퍼이다. 웨이퍼에 형성되는 노치 또는 오리엔테이션 플랫을 기준으로 XYZ 스테이지에 대한 웨이퍼의 위치 정렬이 행해진다.
도 7은 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 타이밍 제어를 설명하는 도면이다. 가공 제어부(26) 내의 기준 클록 발진 회로(28)에 있어서, 주기 Tc의 클록 신호(S1)가 생성된다. 레이저 발진기 제어부(22)는, 레이저 발진기(12)가 클록 신호(S1)에 동기시킨 주기 Tc의 펄스 레이저 빔(PL1)을 출사하도록 제어한다. 이때, 클록 신호(S1)의 상승과 펄스 레이저 빔의 상승에는, 지연 시간 t1이 발생한다.
레이저 광은, 피가공 기판에 대해 투과성을 갖는 파장의 것을 사용한다. 크랙 형성 스텝에 있어서는, 피가공 기판 재료의 흡수의 밴드 갭 Eg보다, 조사하는 레이저 광의 광자의 에너지 hν가 큰 레이저 광을 사용하는 것이 바람직하다. 에너지 hν가 밴드 갭 Eg보다 매우 크면, 레이저 광의 흡수가 발생한다. 이것을 다광자 흡수라 하고, 레이저 광의 펄스폭을 극히 짧게 하여, 다광자 흡수를 피가공 기판의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수의 에너지가 열에너지로 전화되지 않고, 이온 가수 변화, 결정화, 비정질화, 분극 배향 또는 미소 크랙 형성 등의 영속적인 구조 변화가 유기되어 컬러 센터가 형성된다.
이 레이저 광(펄스 레이저 빔)의 조사 에너지(조사 파워)는, 제1 및 제2 금속막 박리 스텝에 있어서는, 금속막을 박리하는 데 있어서의 최적의 조건을 선택하고, 크랙 형성 스텝에 있어서는, 피가공 기판 표면에 연속적인 크랙을 형성하는 데 있어서의 최적의 조건을 선택하는 것이 바람직하다.
그리고, 크랙 형성 스텝에 있어서 피가공 기판 재료에 대해, 투과성을 갖는 파장을 사용하면, 기판 내부의 초점 부근에 레이저 광을 도광, 집광이 가능해진다. 따라서, 국소적으로 컬러 센터를 형성하는 것이 가능해진다. 이 컬러 센터를, 이후, 개질 영역이라고도 칭한다.
펄스 피커 제어부(24)는, 가공 제어부(26)로부터 출력되는 가공 패턴 신호(S2)를 참조하여, 클록 신호(S1)에 동기시킨 펄스 피커 구동 신호(S3)를 생성한다. 가공 패턴 신호(S2)는, 가공 테이블부(30)에 기억되고, 조사 패턴의 정보를 광 펄스 단위로 광 펄스수로 기술하는 가공 테이블을 참조하여 생성된다. 펄스 피커(14)는, 펄스 피커 구동 신호(S3)에 기초하여, 클록 신호(S1)에 동기시켜 펄스 레이저 빔(PL1)의 통과와 차단(온/오프)을 전환하는 동작을 행한다.
이 펄스 피커(14)의 동작에 의해, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)이 생성된다. 또한, 클록 신호(S1)의 상승과 펄스 레이저 빔의 상승, 하강에는, 지연 시간 t2, t3이 발생한다. 또한, 펄스 레이저 빔의 상승, 하강과, 펄스 피커 동작에는, 지연 시간 t4, t5가 발생한다.
피가공 기판의 가공시에는, 지연 시간 t1∼t5를 고려하여, 펄스 피커 구동 신호(S3) 등의 생성 타이밍이나, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔의 상대 이동 타이밍이 결정된다.
도 8은 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 펄스 피커 동작과 변조 펄스 레이저 빔(PL2)의 타이밍을 나타내는 도면이다. 펄스 피커 동작은, 클록 신호(S1)에 동기되어 광 펄스 단위로 전환된다. 이와 같이, 펄스 레이저 빔의 발진과 펄스 피커의 동작을, 동일한 클록 신호(S1)에 동기시킴으로써, 광 펄스 단위의 조사 패턴을 실현할 수 있다.
구체적으로는, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사가, 광 펄스수로 규정되는 소정의 조건에 기초하여 행해진다. 즉, 조사 광 펄스수(P1)와, 비조사 광 펄스수(P2)를 기초로 펄스 피커 동작이 실행되어, 피가공 기판에의 조사와 비조사가 전환된다. 펄스 레이저 빔의 조사 패턴을 규정하는 P1값이나 P2값은, 예를 들어 가공 테이블에 조사 영역 레지스터 설정, 비조사 영역 레지스터 설정으로서 규정된다. P1값이나 P2값은, 금속막이나 피가공 기판의 재질, 레이저 빔의 조건 등에 의해, 금속막 박리 스텝의 금속막 박리, 크랙 형성 스텝의 크랙 형성을 최적화하는 소정의 조건으로 설정된다.
변조 펄스 레이저 빔(PL2)은, 빔 정형기(16)에 의해 원하는 형상으로 정형된 펄스 레이저 빔(PL3)으로 한다. 또한, 정형된 펄스 레이저 빔(PL3)은, 집광 렌즈(18)에서 집광되어 원하는 빔 직경을 갖는 펄스 레이저 빔(PL4)으로 되어, 피가공 기판인 웨이퍼 상에 조사된다.
웨이퍼를 X축 방향 및 Y축 방향으로 다이싱하는 경우, 우선, 예를 들어 XYZ 스테이지를 Y축 방향으로 일정 속도로 이동시켜, 펄스 레이저 빔(PL4)을 주사한다. 그리고, 원하는 Y축 방향의 다이싱이 종료된 후, XYZ 스테이지를 X축 방향으로 일정 속도로 이동시켜, 펄스 레이저 빔(PL4)을 주사한다. 이에 의해, X축 방향의 다이싱을 행한다.
상기한 조사 광 펄스수(P1)와, 비조사 광 펄스수(P2) 및 스테이지의 속도로, 펄스 레이저 빔의 조사 비조사의 간격이 제어된다.
Z축 방향(높이 방향)에 대해서는, 집광 렌즈의 집광 위치(초점 위치)가 웨이퍼 내외의 소정 깊이에 위치하도록 조정한다. 이 소정 깊이는, 금속막 박리 스텝, 크랙 형성 스텝시에, 금속막이 원하는 상태로 박리되어, 크랙이 피가공 기판 표면에 원하는 형상으로 형성되도록 각각 설정된다.
이때,
피가공 기판의 굴성률 : n
피가공 기판 표면으로부터의 가공 위치 : L
Z축 이동 거리 : Lz
로 하면,
Lz＝L/n
으로 된다. 즉, 집광 렌즈에 의한 집광 위치를 피가공 기판의 표면을 Z축 초기 위치로 하였을 때, 기판 표면으로부터 깊이 「L」의 위치로 가공하는 경우, Z축을 「Lz」 이동시키면 된다.
도 9는 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 조사 패턴의 설명도이다. 도면과 같이, 클록 신호(S1)에 동기되어 펄스 레이저 빔(PL1)이 생성된다. 그리고, 클록 신호(S1)에 동기시켜 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)이 생성된다.
그리고, 스테이지의 횡방향(X축 방향 또는 Y축 방향)의 이동에 의해, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)의 조사 광 펄스가 웨이퍼 상에 조사 스폿으로서 형성된다. 이와 같이, 변조 펄스 레이저 빔(PL2)을 생성함으로써, 웨이퍼 상에 조사 스폿이 광 펄스 단위로 제어되어 단속적으로 조사된다. 도 9의 경우는, 조사 광 펄스수(P1)＝2, 비조사 광 펄스수(P2)＝1로 하고, 조사 광 펄스(가우시안 광)가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하는 조건이 설정되어 있다.
여기서,
빔 스폿 직경 : D(㎛)
반복 주파수 : F(KHz)
의 조건으로 가공을 행하는 것으로 하면, 조사 광 펄스가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하기 위한 스테이지 이동 속도 V(m/sec)는,
V＝D×10-6×F×103
으로 된다.
예를 들어,
빔 스폿 직경 : D＝2㎛
반복 주파수 : F＝50KHz
의 가공 조건으로 행하는 것으로 하면,
스테이지 이동 속도 : V＝100㎜/sec
로 된다.
또한, 조사 광의 파워를 P(와트)로 하면, 펄스당 조사 펄스 에너지 P/F의 광 펄스가 웨이퍼에 조사되게 된다.
펄스 레이저 빔의 조사 에너지(조사 광의 파워), 펄스 레이저 빔의 가공점 깊이 및 펄스 레이저 빔의 조사 비조사의 간격의 파라미터가, 금속막 박리 스텝에서는 금속막이 박리되고, 크랙 형성 스텝에서는, 크랙이 피가공 기판 표면에 있어서 연속해서 형성되도록 결정된다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법은 제1 및 제2 금속막 박리 스텝과, 크랙 형성 스텝의 3개의 스텝에서 금속막이 구비된 피가공 기판에 크랙을 형성하여, 피가공 기판을 할단한다. 이때, 제1 및 제2 금속막 박리 스텝과 크랙 형성 스텝이, 동일한 레이저 다이싱 장치에 의해, 동일한 스테이지에 적재된 상태에서 연속해서 실행되는 것이, 다이싱 공정 간략화의 관점에서 바람직하다.
제1 및 제2 금속막 박리 스텝에 있어서는, 상술한 레이저 다이싱 장치를 사용하여, 피가공 기판을 스테이지에 적재하고, 예를 들어 구리나 금 등의 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 조사하여, 금속막을 박리한다.
도 10a∼도 10c는 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법의 금속막 박리 스텝의 효과를 나타내는 도면이다. 도 10a는 레이저 조사 후의 피가공 기판 상면의 광학 사진, 도 10b는 펄스 레이저 빔의 초점 위치와 금속막의 박리 폭을 나타내는 표, 도 10c는 도 10b를 그래프화한 도면이다.
도 10a∼도 10c에 나타내는 금속막 박리는 이하의 레이저 가공 조건으로 행해진다.
피가공 기판 : 금속막(구리)이 구비된 사파이어 기판
레이저 광원 : Nd:YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사 에너지 : 100mW
레이저 주파수 : 100KHz
조사 광 펄스수(P1) : 1
비조사 광 펄스수(P2) : 1
스테이지 속도 : 5㎜/sec
초점 위치 : -5㎛∼55㎛(5㎛ 간격)
또한, 초점 위치는, 금속막과 기초의 사파이어의 계면을 0으로 하고, 부의 값이 피가공 기판 내부 방향, 정의 값이 피가공 기판으로부터 이격되는 방향이다.
도 10a∼도 10c로부터 명백한 바와 같이, 특히, 펄스 레이저 빔을 금속막에 대해 디포커스하여 조사함으로써 금속막이 박리된다. 도 10에서는, 금속막과 사파이어의 계면으로부터 사파이어와는 반대 방향으로 25㎛의 위치에 초점 위치를 설정함으로써, 가장 폭 넓게 금속막이 박리되는 것을 알 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 금속막과 사파이어 등의 기초 기판과의 에너지 흡수율의 차를 이용하여, 기초 기판에 대한 손상을 최소한으로 억제하여, 금속막만을 박리하는 것이 가능해진다.
기초 기판에 펄스 레이저 빔의 초점 위치가 오는 것에 의한, 기초 기판의 손상을 방지하는 관점에서, 초점 위치가 피가공 기판 외부에 오도록 디포커스하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 영역에 있어서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하기 위해서는, 예를 들어 이하의 방법에 의한 것이 가능하다.
미리, 조사 제어부(25)에, 제1 또는 제2 금속막 박리 공정에 있어서 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 범위를 XY 좌표에서 지정한 정보를 기억시킨다. 이 정보는, 예를 들어 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)의 교점의 XY 좌표 또는, 교점을 포함하는 XY 좌표 범위이다. 이 정보는, 조사 제어 신호(S6)로서, 펄스 피커 제어부(24)에 전달된다.
펄스 피커 제어부(24)에서는, 가공 패턴 신호(S2)와 조사 제어 신호(S6)의 양쪽에 기초하여 펄스 레이저 빔의 조사를 제어한다. 그리고, 제1 또는 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 영역에 있어서는, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단한다.
금속막을 박리한 후, 피가공 기판의 금속막이 박리된 영역에 펄스 레이저 빔을 조사하여, 피가공 기판에 크랙을 형성하는 크랙 형성 스텝을 행한다.
도 11은 크랙 형성 스텝에 있어서의 사파이어 기판 상에 조사되는 조사 패턴을 도시하는 상면도이다. 조사면 상에서 보아, 조사 광 펄스수(P1)＝2, 비조사 광 펄스수(P2)＝1로, 조사 스폿 직경의 피치로 조사 스폿이 형성된다.
도 12는 도 11의 AA 단면도이다. 도면에 도시하는 바와 같이 사파이어 기판 내부에 개질 영역이 형성된다. 그리고, 이 개질 영역으로부터, 광 펄스의 주사선 상을 따라 기판 표면에 도달하는 크랙(또는 홈)이 형성된다. 그리고, 이 크랙이 피가공 기판 표면에 있어서 연속해서 형성된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 크랙은 기판 표면측에만 노출되도록 형성되고, 기판 이면측에까지는 도달되어 있지 않다.
도 13a∼도 13d는 본 실시 형태의 작용의 설명도이다. 예를 들어, 설정할 수 있는 최대의 펄스 레이저 빔의 레이저 주파수이며, 또한 설정할 수 있는 최고속의 스테이지 속도로, 펄스 레이저를 조사하는 경우의 펄스 조사 가능 위치를, 도 13a의 점선 원으로 나타낸다. 도 13b는 조사/비조사＝1/2인 경우의 조사 패턴이다. 실선 원이 조사 위치이고, 점선 원이 비조사 위치이다.
여기서, 조사 스폿의 간격(비조사 영역의 길이)을 보다 짧게 한 쪽이, 할단성이 좋다고 가정한다. 이 경우는, 도 13c에 도시하는 바와 같이, 스테이지 속도를 변경하지 않고 조사/비조사＝1/1로 함으로써 대응이 가능하다. 가령, 본 실시 형태와 같이, 펄스 피커를 사용하지 않으면, 마찬가지의 조건을 현출시키기 위해서는 스테이지 속도를 저하시키는 것이 필요해져, 다이싱 가공의 처리량이 저하된다고 하는 문제가 발생한다.
여기서, 조사 스폿을 연속시켜 조사 영역의 길이를 보다 길게 한 쪽이, 할단성이 좋다고 가정한다. 이 경우는, 도 13d에 도시하는 바와 같이, 스테이지 속도를 변경하지 않고 조사/비조사＝2/1로 함으로써 대응이 가능하다. 가령, 본 실시 형태와 같이, 펄스 피커를 사용하지 않으면, 마찬가지의 조건을 현출시키기 위해서는 스테이지 속도를 저하시키고, 또한 스테이지 속도를 변동시키는 것이 필요해져, 다이싱 가공의 처리량이 저하되는 동시에 제어가 극히 곤란해진다고 하는 문제가 발생한다.
혹은, 펄스 피커를 사용하지 않는 경우, 도 13b의 조사 패턴으로 조사 에너지를 올림으로써, 도 13d에 가까운 조건으로 하는 것도 생각되지만, 이 경우, 1점에 집중되는 레이저 파워가 커져, 크랙 폭의 증대나 크랙의 직선성의 열화가 우려된다. 또한, 사파이어 기판에 LED 소자가 형성되어 있는 피가공 기판을 가공하는 경우에는, 크랙과 반대측의 LED 영역에 도달하는 레이저량이 증대되어, LED 소자의 열화가 발생한다고 하는 우려도 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 예를 들어 펄스 레이저 빔의 조건이나 스테이지 속도 조건을 변화시키지 않아도 다양한 할단 조건을 실현하는 것이 가능해, 생산성이나 소자 특성을 열화시키는 일 없이 최적의 할단 조건을 발견하는 것이 가능해진다.
또한, 본 명세서 중, 「조사 영역의 길이」 「비조사 영역의 길이」라 함은, 도 13d에 나타내는 길이로 한다.
도 14는 스테이지 이동과 다이싱 가공의 관계를 설명하는 도면이다. XYZ 스테이지에는, X축, Y축 방향으로 이동 위치를 검출하는 위치 센서가 설치되어 있다. 예를 들어, 스테이지의 X축 또는 Y축 방향으로의 이동 개시 후, 스테이지 속도가 속도 안정 영역으로 들어가는 위치를 미리 동기 위치로서 설정해 둔다. 그리고, 위치 센서에 있어서 동기 위치를 검출하였을 때, 예를 들어 이동 위치 검출 신호(S4)(도 1)가 펄스 피커 제어부(24)로 보내짐으로써 펄스 피커 동작이 허가되어, 펄스 피커 구동 신호(S3)에 의해 펄스 피커를 동작시키도록 한다. 동기 위치를, 예를 들어 피가공 기판의 단부면으로 하여, 이 단부면을 위치 센서에 의해 검출하는 구성으로 해도 된다.
이와 같이,
SL : 동기 위치로부터 기판까지의 거리
WL : 가공 길이
W1 : 기판 단부로부터 조사 개시 위치까지의 거리
W2 : 가공 범위
W3 : 조사 종료 위치로부터 기판 단부까지의 거리
가 관리된다.
이와 같이 하여, 스테이지의 위치 및 그것에 적재되는 피가공 기판의 위치와, 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기된다. 즉, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사와, 스테이지의 위치의 동기가 취해진다. 그로 인해, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사시, 스테이지가 일정 속도로 이동하는(속도 안정 영역에 있는) 것이 담보된다. 따라서, 조사 스폿 위치의 규칙성이 담보되어, 안정된 크랙의 형성이 실현된다.
여기서, 두꺼운 기판을 가공하는 경우에, 다른 가공점 깊이의 펄스 레이저 빔을 복수회(복수층) 기판의 동일 주사선 상을 주사하여 크랙을 형성함으로써, 할단 특성을 향상시키는 것이 생각된다. 이러한 경우, 스테이지 위치와 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기됨으로써, 다른 깊이의 주사에 있어서, 펄스 조사 위치의 관계를 임의로 고정밀도로 제어하는 것이 가능해져, 다이싱 조건의 최적화가 가능해진다.
도 15a, 도 15b는, 다른 가공점 깊이의 펄스 레이저 빔을, 복수회 기판의 동일 주사선 상을 주사하여 크랙을 형성하는 경우의 설명도이다. 기판 단면에 있어서의 조사 패턴의 모식도이다. ON(유색)이 조사, OFF(백색)가 비조사 영역이다. 도 15a는 조사의 주사의 1층째와 2층째가 동상(同相)인 경우, 즉, 1층째와 2층째에서 조사 펄스 위치의 상하 관계가 일치되어 있는 경우이다. 도 15b는 조사의 주사의 1층째와 2층째가 이상(異相)인 경우, 즉, 1층째와 2층째에서 조사 펄스 위치의 상하 관계가 어긋나 있는 경우이다.
도 16a, 도 16b는 도 15의 조건으로 할단한 경우의 할단면의 광학 사진이다. 도 16a가 동상, 도 16b가 이상인 경우이다. 각각 상측의 사진이 저배율, 하측의 사진이 고배율로 되어 있다. 이와 같이, 스테이지 위치와 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기됨으로써, 조사의 주사의 1층째와 2층째의 관계를 고정밀도로 제어하는 것이 가능해진다.
또한, 도 16a, 도 16b에 나타낸 피가공 기판은 두께 150㎛의 사파이어 기판이다. 이 경우, 할단에 필요로 한 할단력은 동상인 경우가 0.31N, 이상인 경우가 0.38N으로, 동상의 쪽이 할단 특성이 우수하였다.
또한, 여기서는 조사/비조사의 펄스수를, 1층째와 2층째에서 동일한 것으로 하는 경우를 예로 나타냈지만, 1층째와 2층째에서 다른 조사/비조사의 펄스수로 하여 최적의 조건을 발견하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들어 스테이지의 이동을 클록 신호에 동기시키는 것이, 조사 스폿 위치의 정밀도를 한층 향상시키므로 바람직하다. 이것은, 예를 들어 가공 제어부(26)로부터 XYZ 스테이지부(20)로 보내지는 스테이지 이동 신호(S5)(도 1)를 클록 신호(S1)에 동기시킴으로써 실현 가능하다.
본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법과 같이, 기판 표면에까지 도달하고, 또한 피가공 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙을 형성함으로써, 이후의 기판의 할단이 용이해진다. 예를 들어, 사파이어 기판과 같이 경질인 기판이라도, 기판 표면에까지 도달하는 크랙을 할단 또는 절단의 기점으로 하여, 인위적으로 힘을 인가함으로써 할단이 용이해져, 우수한 할단 특성을 실현하는 것이 가능해진다. 따라서, 다이싱의 생산성이 향상된다.
크랙 형성 스텝에 있어서, 펄스 레이저 빔을 연속적으로 기판에 조사하는 방법에서는, 가령, 스테이지 이동 속도, 집광 렌즈의 개구수, 조사 광 파워 등을 최적화하였다고 해도, 기판 표면에 연속해서 형성하는 크랙을 원하는 형상으로 제어하는 것은 곤란하였다. 본 실시 형태와 같이, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 광 펄스 단위로 단속적으로 전환하여 조사 패턴을 최적화함으로써, 기판 표면에 도달하는 크랙의 발생이 제어되어, 우수한 할단 특성을 구비한 레이저 다이싱 방법이 실현된다.
즉, 예를 들어, 기판 표면에 레이저의 주사선을 따른 대략 직선적으로 연속되는 폭이 좁은 크랙의 형성이 가능해진다. 이러한 대략 직선적인 연속되는 크랙을 형성함으로써, 다이싱시에, 기판에 형성되는 LED 등의 디바이스에 미치는 크랙의 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 예를 들어 직선적인 크랙의 형성이 가능해지므로, 기판 표면에 크랙이 형성되는 영역의 폭을 좁게 할 수 있다. 이로 인해, 설계상의 다이싱 폭을 좁히는 것이 가능하다. 따라서, 동일 기판 혹은 웨이퍼 상에 형성되는 디바이스의 칩 수를 증대시키는 것이 가능해져, 디바이스의 제조 비용 삭감에도 기여한다.
또한, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 영역에 있어서의 펄스 레이저 빔의 조사의 중단은, 제1 금속막 박리 스텝 또는 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서 행해지면 된다.
또한, 펄스 레이저 빔의 조사의 중단 방법은, 상기한 바와 같이, 조사 제어부(25)를 사용하면, 가공 테이블부(30)에 기억되는 가공 테이블과는 독립적으로, 조사 패턴을 제어할 수 있다. 따라서, 예를 들어 LED(100)의 배치의 피치 「a」, 「b」가 변화된 경우라도 용이하게 조사 패턴을 변경할 수 있다고 하는 이점이 있다.
물론, 예를 들어 레이저 다이싱 장치의 구성을 간편화하기 위해, 미리 가공 테이블부(30)에 기억되는 가공 테이블부에 펄스 레이저 빔의 조사의 중단 개소를 기술함으로써, 조사의 중단을 행하여도 상관없다.
도 17a, 도 17b는 본 실시 형태의 변형예의 레이저 다이싱 방법의 설명도이다. 제1 및 제2 금속막 박리 스텝에 대해, 각각의 조사를 1열의 펄스 레이저 빔의 조사로 행하는 경우를 예로 설명하였지만, 금속막의 박리 특성을 향상시키기 위해, 도 17a, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 제1 직선(L1) 또는 제2 직선(L2)을 따라, 평행한 복수 열(도 17a, 도 17b에서는 3열인 경우를 예시)의 펄스 레이저 빔의 조사를 행하여도 상관없다. 이때, 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2)이 교차하는 영역에 있어서의 펄스 레이저 빔의 조사를 중단한다. 도 17a, 도 17b에서는, 제2 직선(L2)을 따른 펄스 레이저 빔의 조사를 행하는 제2 금속막 박리 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 경우를 예시하고 있다.
또한, 크랙 형성 스텝에 대해서도, 크랙 형성 특성을 향상시키기 위해, 제1 직선(L1) 또는 제2 직선(L2)을 따라, 평행한 복수 열의 펄스 레이저 빔의 조사를 행하여도 상관없다.
(제2 실시 형태)
본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법은, 피가공 기판을 스테이지에 적재하고, 클록 신호를 발생하고, 클록 신호에 동기시킨 펄스 레이저 빔을 출사하고, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고, 피가공 기판에의 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 클록 신호에 동기시켜, 펄스 피커를 사용하여 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광 펄스 단위로 전환하고, 피가공 기판의 기판 표면에 도달하는 크랙을, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 펄스 레이저 빔의 가공점 깊이 및 펄스 레이저 빔의 조사 영역 및 비조사 영역의 길이를 제어함으로써, 크랙이 피가공 기판 표면에 있어서 연속되도록 형성하는 레이저 다이싱 방법이다. 그리고, 피가공 기판에 대해 펄스 레이저 빔을 제1 직선을 따라 조사하는 제1 크랙 형성 스텝과, 피가공 기판에 대해 펄스 레이저 빔을 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 따라 조사하는 제2 크랙 형성 스텝을 갖는다. 제1 직선과 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 제1 크랙 형성 스텝 또는 제2 크랙 형성 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단한다.
제1 실시 형태는, 펄스 레이저 빔을 조사하여 금속막을 제거할 때에, 제1 직선과 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 제1 금속막 박리 스텝 또는 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 방법이었다. 본 실시 형태는, 펄스 레이저 빔을 조사하여 크랙을 형성할 때에, 제1 실시 형태와 마찬가지의 방법을 도입하는 것이다. 즉, 제1 직선과 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 제1 크랙 형성 스텝 또는 제2 크랙 형성 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단한다. 따라서, 제1 실시 형태의 제1 및 제2 금속막 박리 스텝을, 제1 및 제2 크랙 형성 스텝으로 치환함으로써, 본 실시 형태의 레이저 다이싱 방법으로 된다. 따라서, 제1 실시 형태와 중복되는 내용에 대해서는 기술을 생략한다.
또한, 본 실시 형태의 경우, 피가공 기판(W)은 반드시 금속막을 구비하지 않아도 된다.
상기 구성에 의해, 다이싱 라인의 교점에 있어서, 크랙 형성을 위한 펄스 레이저 빔의 중복되는 조사를 회피할 수 있다. 따라서, 예를 들어 반도체층(102)(도 4)에 과도한 손상을 부여하여, LED(100)의 발광 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 금속막을 구비하는 피가공 기판(W)의 다이싱에 있어서, 제1 실시 형태와 본 실시 형태의 양쪽을 채용한 레이저 다이싱 방법을 행함으로써, 반도체층(102)에 대한 손상이 한층 억제되어, LED(100)의 발광 특성의 열화를 한층 억제하는 것이 가능해진다.
이상, 구체예를 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 실시 형태에 있어서는, 레이저 다이싱 방법, 레이저 다이싱 장치 등에서, 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않는 부분에 대해서는 기재를 생략하였지만, 필요로 하는 레이저 다이싱 방법, 레이저 다이싱 장치 등에 관계되는 요소를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절하게 설계 변경할 수 있는 모든 레이저 다이싱 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 범위는, 특허청구범위 및 그 균등물의 범위에 의해 정의되는 것이다.
예를 들어, 실시 형태에서는, 피가공 기판으로서, 사파이어 기판 상에 LED가 형성되는 기판을 예로 설명하였다. 사파이어 기판과 같이 경질이고 벽개성이 부족하여 할단이 곤란한 기판을 포함하는 경우에 본 발명은 유용하지만, 피가공 기판은, 그 밖에, SiC(탄화 규소) 기판 등의 반도체 재료 기판, 압전 재료 기판, 수정 기판, 석영 글래스 등의 글래스 기판을 포함하는 기판이라도 상관없다.
또한, 실시 형태에서는, 스테이지를 이동시킴으로써, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키는 경우를 예로 설명하였다. 그러나, 예를 들어 레이저 빔 스캐너 등을 사용함으로써, 펄스 레이저 빔을 주사함으로써, 피가공 기판과 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키는 방법이라도 상관없다.
또한, 실시 형태에 있어서는, 크랙 형성 스텝에 있어서, 조사 광 펄스수(P1)＝2, 비조사 광 펄스수(P2)＝1로 하는 경우를 예로 설명하였지만, P1과 P2의 값은, 최적 조건으로 하기 위해 임의의 값을 취하는 것이 가능하다. 또한, 실시 형태에 있어서는, 조사 광 펄스가 스폿 직경의 피치로 조사와 비조사를 반복하는 경우를 예로 설명하였지만, 펄스 주파수 혹은 스테이지 이동 속도를 바꿈으로써, 조사와 비조사의 피치를 바꾸어 최적 조건을 발견하는 것도 가능하다. 예를 들어, 조사와 비조사의 피치를 스폿 직경의 1/n이나 n배로 하는 것도 가능하다.
특히, 피가공 기판이 사파이어 기판인 경우에는 조사 에너지를 30mW 이상 150mW 이하로 하고, 펄스 레이저 빔의 통과를 1∼4 광 펄스 단위, 차단을 1∼4 광 펄스 단위로 함으로써 조사의 간격을 1∼6㎛로 함으로써, 피가공 기판 표면에 있어서 연속성 및 직선성이 양호한 크랙을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 금속막 박리나 다이싱 가공의 패턴에 대해서는, 예를 들어 조사 영역 레지스터, 비조사 영역 레지스터를 복수 설치하거나, 리얼타임으로 조사 영역 레지스터, 비조사 영역 레지스터 값을 원하는 타이밍에, 원하는 값으로 변경하거나 함으로써 다양한 다이싱 가공 패턴에의 대응이 가능해진다.
또한, 레이저 다이싱 장치로서, 금속막 박리 데이터나 다이싱 가공 데이터를 펄스 레이저 빔의 광 펄스수로 기술한 가공 테이블을 기억하는 가공 테이블부를 구비하는 장치를 예로 설명하였다. 그러나, 반드시 이러한 가공 테이블부를 구비하지 않아도, 광 펄스 단위로 펄스 레이저 빔의 펄스 피커에 있어서의 통과와 차단을 제어하는 구성을 갖는 장치이면 된다.
또한, 할단 특성을 더욱 향상시키기 위해, 기판 표면에 연속되는 크랙을 형성한 후, 또한 예를 들어 레이저를 조사함으로써 표면에 대해 용융 가공 또는 어브레이전 가공을 추가하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
[실시예]
이하, 본 발명의 크랙 형성 스텝에 대한 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판 : 사파이어 기판, 기판 두께 100㎛
레이저 광원 : Nd:YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사 에너지 : 50mW
레이저 주파수 : 20KHz
조사 광 펄스수(P1) : 1
비조사 광 펄스수(P2) : 2
스테이지 속도 : 25㎜/sec
가공점 깊이 : 피가공 기판 표면으로부터 약 25.2㎛
도 18은 실시예 1의 조사 패턴을 도시하는 도면이다. 도면에 도시하는 바와 같이, 광 펄스를 1회 조사한 후, 광 펄스 단위로 2 펄스분을 비조사로 한다. 이 조건을 이후, 조사/비조사＝1/2이라고 하는 형식으로 기술한다. 또한, 여기서는 조사ㆍ비조사의 피치는 스폿 직경과 동등하게 되어 있다.
실시예 1의 경우, 스폿 직경은 약 1.2㎛였다. 따라서, 조사의 간격은 약 3.6㎛로 되어 있었다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 19a에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞추어 촬영하고 있다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 크랙에 초점을 맞추어 촬영하고 있다. 또한, 도 20은 크랙의 방향에 수직인 기판의 단면 SEM 사진이다.
피가공 기판은 폭 약 5㎜의 스트립 형상으로, 스트립의 신장 방향에 수직으로 펄스 레이저 빔을 조사하여, 크랙을 형성하였다. 크랙을 형성한 후, 브레이커를 사용하여 할단에 필요로 하는 할단력을 평가하였다.
(실시예 2)
조사/비조사＝1/1로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 19b에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
(실시예 3)
조사/비조사＝2/2로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 19c에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
(실시예 4)
조사/비조사＝2/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 19e에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
(비교예 1)
조사/비조사＝1/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 19d에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
실시예 1∼4에서는, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 가공점 깊이 및 조사 비조사의 간격을 상기한 바와 같이 설정함으로써, 도 19a∼도 19e 및 도 20에 나타내어지는 바와 같이, 피가공 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙을 형성할 수 있었다.
특히, 실시예 1의 조건에서는, 극히 직선적인 크랙이 피가공 기판 표면에 형성되어 있었다. 이로 인해, 할단 후의 할단부의 직선성도 우수하였다. 그리고, 실시예 1의 조건이 가장 작은 할단력으로 기판을 할단하는 것이 가능했다. 따라서, 피가공 기판이 사파이어 기판인 경우에는, 각 조건의 제어성도 고려하면, 조사 에너지를 50±5mW로 하고, 가공점 깊이를 25.0±2.5㎛로 하고, 펄스 레이저 빔의 통과를 1 광 펄스 단위, 차단을 2 광 펄스 단위로 함으로써 조사의 간격을 3.6±0.4㎛로 하는 것이 바람직하다.
한편, 실시예 3과 같이, 개질 영역이 접근하여, 개질 영역 사이의 기판 내부에 크랙이 형성되면 표면의 크랙이 사행(蛇行)하여, 크랙이 발생하는 영역의 폭이 넓어지는 경향이 보였다. 이것은, 좁은 영역에 집중되는 레이저 광의 파워가 지나치게 크기 때문이라고 생각된다.
비교예 1에서는, 조건이 최적화되어 있지 않아, 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙은 형성되지 않았다. 따라서, 할단력의 평가도 불가능했다.
(실시예 5)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판 : 사파이어 기판, 기판 두께 100㎛
레이저 광원 : Nd:YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사 에너지 : 90mW
레이저 주파수 : 20KHz
조사 광 펄스수(P1) : 1
비조사 광 펄스수(P2) : 1
스테이지 속도 : 25㎜/sec
레이저 다이싱의 결과를, 도 21a에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다. 상측의 광학 사진은, 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞추어 촬영하고 있다. 하측의 광학 사진은, 기판 표면의 크랙에 초점을 맞추어 촬영하고 있다.
(실시예 6)
조사/비조사＝1/2로 하는 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 21b에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
(실시예 7)
조사/비조사＝2/2로 하는 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 21c에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
(실시예 8)
조사/비조사＝1/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 21d에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
(실시예 9)
조사/비조사＝2/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 21e에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
(실시예 10)
조사/비조사＝3/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 21f에 나타낸다. 상측이 기판 상면의 광학 사진, 하측이 상측보다 저배율의 기판 상면의 광학 사진이다.
실시예 5∼10에서는, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 가공점 깊이 및 조사 비조사의 간격을 상기한 바와 같이 설정함으로써, 도 21a∼도 21f에 나타내어지는 바와 같이, 피가공 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙을 형성할 수 있었다.
특히, 실시예 8의 조건에서는, 비교적 직선적인 크랙이 피가공 기판 표면에 형성되어 있었다. 또한, 실시예 8의 조건은 할단력도 작았다. 물론, 실시예 1∼4의 조사 에너지가 50mW인 경우에 비해, 표면의 크랙이 사행하여, 크랙이 발생하는 영역의 폭이 넓어지는 경향이 보였다. 이로 인해, 할단부의 직선성도 50mW인 경우의 쪽이 우수하였다. 이것은, 90mW인 경우는, 50mW에 비해 좁은 영역에 집중되는 레이저 광의 파워가 지나치게 크기 때문이라고 생각된다.
(실시예 11)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판 : 사파이어 기판, 기판 두께 100㎛
레이저 광원 : Nd:YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사 에너지 : 50mW
레이저 주파수 : 20KHz
조사 광 펄스수(P1) : 1
비조사 광 펄스수(P2) : 2
스테이지 속도 : 25㎜/sec
가공점 깊이 : 피가공 기판 표면으로부터 약 15.2㎛
실시예 1보다 가공점 깊이가 10㎛ 얕은 조건, 즉, 실시예 1보다도 펄스 레이저 빔의 집광 위치가 보다 피가공 기판 표면에 가까운 조건에서 다이싱 가공을 행하였다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 22a에 나타낸다. 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞추어 촬영하고 있다. 사진에 있어서, 우측의 선(+10㎛)이 실시예 11의 조건이다. 비교를 위해, 가공점 깊이만 다른 실시예 1의 조건(0)이 좌측에 나타내어져 있다.
(실시예 12)
조사/비조사＝1/1로 하는 것 이외에는, 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 22b에 나타낸다.
(실시예 13)
조사/비조사＝2/2로 하는 것 이외에는, 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 22c에 나타낸다.
(실시예 14)
조사/비조사＝1/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 22d에 나타낸다.
(실시예 15)
조사/비조사＝2/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 11과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 22e에 나타낸다.
실시예 11∼15에서는, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 가공점 깊이 및 조사 비조사의 간격을 상기한 바와 같이 설정함으로써, 도 22a∼도 22e에 나타내어지는 바와 같이, 피가공 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙을 형성할 수 있었다.
물론, 실시예 1∼4의 경우에 비해, 표면에 개질 영역의 큰 균열이 노출되었다. 그리고, 표면의 크랙이 사행하여, 크랙이 발생하는 영역의 폭이 넓어지는 경향이 보였다.
(실시예 16)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판 : 사파이어 기판
레이저 광원 : Nd:YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사 에너지 : 90mW
레이저 주파수 : 20KHz
조사 광 펄스수(P1) : 1
비조사 광 펄스수(P2) : 1
스테이지 속도 : 25㎜/sec
실시예 5보다 가공점 깊이가 10㎛ 얕은 조건, 즉, 실시예 5보다도 펄스 레이저 빔의 집광 위치가 보다 피가공 기판 표면에 가까운 조건에서 다이싱 가공을 행하였다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 23a에 나타낸다. 기판 내부의 개질 영역에 초점을 맞추어 촬영하고 있다. 사진에 있어서, 우측의 선(+10㎛)이 실시예 16의 조건이다. 비교를 위해, 가공점 깊이만 다른 실시예 5의 조건(0)이 좌측에 나타내어져 있다.
(실시예 17)
조사/비조사＝1/2로 하는 것 이외에는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 23b에 나타낸다.
(실시예 18)
조사/비조사＝2/2로 하는 것 이외에는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 23c에 나타낸다.
(실시예 19)
조사/비조사＝1/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 23d에 나타낸다.
(실시예 20)
조사/비조사＝2/3으로 하는 것 이외에는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 23e에 나타낸다.
(실시예 21)
조사/비조사＝1/4로 하는 것 이외에는, 실시예 16과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 23f에 나타낸다.
실시예 16∼21에서는, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 가공점 깊이 및 조사 비조사의 간격을 상기한 바와 같이 설정함으로써, 도 23에 나타내어지는 바와 같이, 피가공 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙을 형성할 수 있었다.
물론, 실시예 5∼10의 경우에 비해, 표면에 개질 영역의 큰 균열이 노출되었다. 그리고, 표면의 크랙이 사행하여, 크랙이 발생하는 영역의 폭이 넓어지는 경향이 보였다. 따라서, 할단 후의 할단부도 사행이 보였다.
이상, 실시예 1∼21, 비교예 1의 평가로부터, 피가공 기판의 두께가 100㎛인 경우에는, 크랙의 직선성이 우수하므로 할단부의 직선성도 우수하고, 할단력도 작은 실시예 1의 조건이 최적인 것이 명백해졌다.
(실시예 22)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판 : 사파이어 기판, 기판 두께 150㎛
레이저 광원 : Nd:YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사 에너지 : 200mW
레이저 주파수 : 200KHz
조사 광 펄스수(P1) : 1
비조사 광 펄스수(P2) : 2
스테이지 속도 : 5㎜/sec
가공점 깊이 : 피가공 기판 표면으로부터 약 23.4㎛
실시예 1∼21이 피가공 기판 두께가 100㎛인 사파이어 기판이었던 것에 반해, 본 실시예는 피가공 기판 두께가 150㎛인 사파이어 기판이다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 24a에 나타낸다. 상측이 기판의 할단면의 광학 사진, 하측이 기판 단면에 있어서의 조사 패턴의 모식도이다. ON(유색)이 조사, OFF(백색)가 비조사 영역이다.
피가공 기판은 폭 약 5㎜의 스트립 형상이며, 스트립의 신장 방향에 수직으로 펄스 레이저 빔을 조사하여, 크랙을 형성하였다. 크랙을 형성한 후, 브레이커를 사용하여 할단에 필요로 하는 할단력을 평가하였다.
(실시예 23)
조사/비조사＝2/4로 하는 것 이외에는, 실시예 22와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 24b에 나타낸다.
(실시예 24)
조사/비조사＝3/5로 하는 것 이외에는, 실시예 22와 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 24c에 나타낸다.
크랙의 직선성은 실시예 22∼23과도 동일한 정도이고, 할단 후의 할단부의 직선성도 동일한 정도였다. 또한, 실시예 22의 할단에 필요로 하는 할단력은 2.39N∼2.51N, 실시예 23은 2.13N∼2.80N, 실시예 24는 1.09N∼1.51N이었다. 이 결과, 할단에 필요로 하는 할단력은 조사/비조사＝3/5로 한 실시예 24의 조건이 가장 적은 것을 알 수 있었다. 따라서, 피가공 기판의 두께가 150㎛인 경우에는, 실시예 24의 조건이 최적인 것이 명백해졌다.
이상, 실시예로부터, 피가공 기판의 두께가 바뀐 경우라도, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 펄스 레이저 빔의 가공점 깊이 등에 더하여, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 펄스 레이저 빔이 동기되면 동일한 가공 제어용 클록 신호에 동기시켜 제어하여 광 펄스 단위로 전환함으로써, 최적의 할단 특성을 실현할 수 있는 것이 명백해졌다.
또한, 실시예에서는 피가공 기판이 100㎛와 150㎛인 경우에 대해 예시하였지만, 더욱 두꺼운 200㎛, 250㎛인 피가공 기판에서도 최적의 할단 특성을 실현할 수 있다.
(실시예 25)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판 : 수정 기판, 기판 두께 100㎛
레이저 광원 : Nd:YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사 에너지 : 250mW
레이저 주파수 : 100KHz
조사 광 펄스수(P1) : 3
비조사 광 펄스수(P2) : 3
스테이지 속도 : 5㎜/sec
가공점 깊이 : 피가공 기판 표면으로부터 약 10㎛
피가공 기판은 폭 약 5㎜의 스트립 형상이며, 스트립의 신장 방향에 수직으로 펄스 레이저 빔을 조사하여, 크랙을 형성하였다. 크랙을 형성한 후, 브레이커를 사용하여 할단하였다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 25에 나타낸다. 도 25a가 기판 상면의 광학 사진, 도 25b가 기판 단면의 광학 사진이다. 도 25a, 도 25b에 나타내는 바와 같이 피가공 기판을 수정 기판으로 한 경우에도, 내부에 개질층이 형성되어, 피가공 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙을 형성할 수 있었다. 이로 인해, 브레이커에 의해 직선적인 할단이 가능했다.
(실시예 26)
실시 형태에 기재한 방법에 의해, 하기 조건으로 레이저 다이싱을 행하였다.
피가공 기판 : 석영 글래스 기판, 기판 두께 500㎛
레이저 광원 : Nd:YVO4 레이저
파장 : 532㎚
조사 에너지 : 150mW
레이저 주파수 : 100KHz
조사 광 펄스수(P1) : 3
비조사 광 펄스수(P2) : 3
스테이지 속도 : 5㎜/sec
가공점 깊이 : 피가공 기판 표면으로부터 약 12㎛
피가공 기판은 폭 약 5㎜의 스트립 형상이며, 스트립의 신장 방향에 수직으로 펄스 레이저 빔을 조사하여, 크랙을 형성하였다. 크랙을 형성한 후, 브레이커를 사용하여 할단하였다.
레이저 다이싱의 결과를, 도 26에 나타낸다. 도 26은 기판 상면의 광학 사진이다.
(실시예 27)
가공점 깊이를 피가공 기판 표면으로부터 약 14㎛로 하는 것 이외에는, 실시예 26과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 26에 나타낸다.
(실시예 28)
가공점 깊이를 피가공 기판 표면으로부터 약 16㎛로 하는 것 이외에는, 실시예 26과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 26에 나타낸다.
(비교예 2)
가공점 깊이를 피가공 기판 표면으로부터 약 18㎛로 하는 것 이외에는, 실시예 26과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 26에 나타낸다.
(비교예 3)
가공점 깊이를 피가공 기판 표면으로부터 약 20㎛로 하는 것 이외에는, 실시예 26과 마찬가지의 방법으로 레이저 다이싱을 행하였다. 레이저 다이싱의 결과를, 도 26에 나타낸다.
도 26에 나타내는 바와 같이 피가공 기판을 석영 글래스 기판으로 한 경우에도, 실시예 26∼실시예 28의 조건에서는, 피가공 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙을 형성할 수 있었다. 이로 인해, 브레이커에 의해 직선적인 할단이 가능했다. 특히, 실시예 27에서는, 가장 직선성이 높은 크랙을 형성할 수 있어, 직선성이 높은 할단이 가능해졌다. 비교예 2, 3에서는, 조건이 최적화되어 있지 않아, 기판 표면에 있어서 연속되는 크랙은 형성되지 않았다.
이상, 실시예 25∼28로부터, 피가공 기판이, 사파이어 기판으로부터 수정 기판이나 석영 글래스 기판으로 바뀐 경우라도, 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 펄스 레이저 빔의 가공점 깊이 등에 더하여, 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 펄스 레이저 빔이 동기되면 동일한 가공 제어용 클록 신호에 동기시켜 제어하여 광 펄스 단위로 전환함으로써, 최적의 할단 특성을 실현할 수 있는 것이 명백해졌다.

Claims (17)

  1. 표면에 금속막을 구비하는 피가공 기판의 레이저 다이싱 방법이며,
    상기 피가공 기판을 스테이지에 적재하는 스텝과,
    상기 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 제1 직선을 따라 조사하여, 상기 금속막을 박리하는 제1 금속막 박리 스텝과,
    상기 금속막에 대해 디포커스된 펄스 레이저 빔을 상기 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 따라 조사하여, 상기 금속막을 박리하는 제2 금속막 박리 스텝과,
    상기 피가공 기판의 상기 금속막이 박리된 영역에 펄스 레이저 빔을 조사하여, 상기 피가공 기판에 크랙을 형성하는 크랙 형성 스텝을 갖고,
    상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 상기 제1 금속막 박리 스텝 또는 상기 제2 금속막 박리 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피가공 기판이, LED가 형성된 기판인 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속막 박리 스텝에 있어서,
    클록 신호를 발생하고,
    상기 클록 신호에 동기시킨 펄스 레이저 빔을 출사하고,
    상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고,
    상기 피가공 기판에의 상기 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 상기 클록 신호에 동기시켜, 펄스 피커를 사용하여 상기 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광 펄스 단위로 전환하고,
    상기 금속막을 박리하고,
    상기 크랙 형성 스텝에 있어서,
    피가공 기판을 스테이지에 적재하고,
    클록 신호를 발생하고,
    상기 클록 신호에 동기시킨 펄스 레이저 빔을 출사하고,
    상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고,
    상기 피가공 기판에의 상기 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 상기 클록 신호에 동기시켜, 펄스 피커를 사용하여 상기 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광 펄스 단위로 전환하고,
    상기 피가공 기판의 기판 표면에 도달하는 크랙을, 상기 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 상기 펄스 레이저 빔의 가공점 깊이 및 상기 펄스 레이저 빔의 조사 영역 및 비조사 영역의 길이를 제어함으로써, 상기 크랙이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 연속되도록 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 금속막 박리 스텝에 있어서, 펄스 레이저 빔의 조사의 중단 개소의 정보를 구비하는 조사 제어 신호를 발생하고, 상기 조사 제어 신호를 이용하여, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서의 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 크랙이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 대략 직선적으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피가공 기판의 위치와 상기 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기되는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피가공 기판이 사파이어 기판, 수정 기판, 또는 글래스 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속막 박리 스텝과 상기 크랙 형성 스텝이, 동일한 레이저 다이싱 장치에 의해, 동일한 스테이지에 적재된 상태에서 연속해서 실행되는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 펄스 레이저 빔의 초점 위치가 상기 피가공 기판 외부에 오도록 디포커스하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속막 박리 스텝 및 제2 금속막 박리 스텝에 있어서, 평행한 복수 열의 펄스 레이저 빔의 조사를 행하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 금속막이 구리 또는 금인 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  12. 피가공 기판을 스테이지에 적재하고,
    클록 신호를 발생하고,
    상기 클록 신호에 동기시킨 펄스 레이저 빔을 출사하고,
    상기 피가공 기판과 상기 펄스 레이저 빔을 상대적으로 이동시키고,
    상기 피가공 기판에의 상기 펄스 레이저 빔의 조사와 비조사를, 상기 클록 신호에 동기시켜, 펄스 피커를 사용하여 상기 펄스 레이저 빔의 통과와 차단을 제어함으로써, 광 펄스 단위로 전환하고,
    상기 피가공 기판의 기판 표면에 도달하는 크랙을, 상기 펄스 레이저 빔의 조사 에너지, 상기 펄스 레이저 빔의 가공점 깊이 및 상기 펄스 레이저 빔의 조사 영역 및 비조사 영역의 길이를 제어함으로써, 상기 크랙이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 연속되도록 형성하는 레이저 다이싱 방법이며,
    상기 피가공 기판에 대해 펄스 레이저 빔을 제1 직선을 따라 조사하는 제1 크랙 형성 스텝과,
    상기 피가공 기판에 대해 펄스 레이저 빔을 상기 제1 직선에 직교하는 제2 직선을 따라 조사하는 제2 크랙 형성 스텝을 갖고,
    상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서, 상기 제1 크랙 형성 스텝 또는 상기 제2 크랙 형성 스텝 중 어느 한쪽의 스텝에서, 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 피가공 기판이, LED가 형성된 기판인 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 크랙 형성 스텝에 있어서, 펄스 레이저 빔의 조사의 중단 개소의 정보를 구비하는 조사 제어 신호를 발생하고, 상기 조사 제어 신호를 이용하여, 상기 제1 직선과 상기 제2 직선이 교차하는 영역에 있어서의 펄스 레이저 빔의 조사를 중단하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 크랙이 상기 피가공 기판 표면에 있어서 대략 직선적으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 피가공 기판의 위치와 상기 펄스 피커의 동작 개시 위치가 동기되는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 피가공 기판이 사파이어 기판, 수정 기판, 또는 글래스 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 다이싱 방법.
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