KR20140008500A - 레이저 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 20 kHz 이상으로 설정하여도 크랙이 발생하지 않고, 피가공물을 형성하는 재료의 흡수단보다 긴 파장의 펄스 레이저 광선이어도 애블레이션 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
반복 주파수가 20 kHz 이상인 펄스 레이저 광선을 피가공물에 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물의 흡수단의 파장을 기준으로 하여 레이저 광선의 파장과 크랙을 발생시키지 않는 펄스폭의 관계를 실험에 의해 구하여 가공 조건을 설정한다. 그리고, 펄스 레이저 광선의 파장을 종축에 취하고 펄스폭을 횡축에 취하여, 각 파장과 펄스폭의 한계점의 관계를 플롯한 그래프를 작성하며, 각 파장에서의 펄스폭의 한계점을 연결한 곡선의 하측 영역의 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시한다.

Description

레이저 가공 방법{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에서는, 대략 원판형상인 실리콘 기판의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 회로를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단하는 것에 의해 회로가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 디바이스를 제조하고 있다. 또한 사파이어 기판, 탄화규소 기판, 리튬 탄탈레이트 기판, 리튬 나이오베이트 기판의 표면에 질화갈륨계 화합물 반도체 등이 적층된 광디바이스 웨이퍼도 스트리트를 따라 절단하는 것에 의해 개개의 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광디바이스로 분할되어, 전기 기기에 널리 이용되고 있다.
최근, 반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼를 스트리트를 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 형성된 스트리트를 따라 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장(예컨대 532 ㎚, 355 ㎚, 266 ㎚)의 펄스 레이저 광선을 조사하여 애블레이션 가공하는 것에 의해 레이저 가공홈을 형성하고, 이 레이저 가공홈을 따라 웨이퍼를 파단하는 방법이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-353935호 공보
펄스 레이저 광선을 조사하여 애블레이션 가공하는 것에 의해 레이저 가공홈을 형성할 때에, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 높이는 것에 의해 생산성을 높일 수 있다. 그런데, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 20 kHz 이상으로 설정하면, 열의 축적에 의해 크랙이 발생하여 디바이스의 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 있다.
또한, 애블레이션 가공을 행하기 위해서는, 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 이용하는 것이 가공 효율을 향상시키는 데에 있어서 바람직하고, 흡수단 근방보다 짧은 파장의 펄스 레이저 광선을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 그런데, 사파이어와 같이 흡수단이 155 ㎚로 짧은 흡수단을 갖는 재료로 피가공물이 형성되어 있는 경우에는, 흡수단 근방보다 짧은 파장의 펄스 레이저 광선을 이용하는 것은 곤란하다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 20 kHz 이상으로 설정하여도 크랙이 발생하지 않고, 피가공물을 형성하는 재료의 흡수단보다 긴 파장의 펄스 레이저 광선이어도 애블레이션 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 반복 주파수가 20 kHz 이상의 펄스 레이저 광선을 피가공물에 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물의 흡수단과 동일한 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 10 ps 이하로 설정하고, 피가공물의 흡수단의 9/10의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 100 ps 이하로 설정하며, 피가공물의 흡수단의 8/10의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 1 ns 이하로 설정하고, 피가공물의 흡수단의 7/10의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 10 ns 이하로 설정하며, 피가공물의 흡수단의 6/10의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 100 ns 이하로 설정하고, 피가공물의 흡수단의 2배의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 100 fs 이하로 설정하며, 피가공물의 흡수단의 4배의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 10 fs 이하로 설정하고, 펄스 레이저 광선의 파장을 종축에 취하고 펄스폭을 횡축에 취하여, 상기 각 파장과 펄스폭의 관계를 플롯한 그래프에서, 이 각 파장에서의 펄스폭의 한계점을 연결한 곡선의 하측 영역의 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법이 제공된다.
본 발명의 레이저 가공 방법에 의하면, 반복 주파수가 20 kHz 이상의 펄스 레이저 광선을 조사하여 피가공물에 애블레이션 가공을 실시할 때에, 크랙이 발생하지 않는 파장과 펄스폭의 조건을, 피가공물 재료의 흡수단을 기준으로 하여 실험에 의해 구하여 설정했기 때문에, 반복 주파수를 20 kHz 이상으로 설정하여도 열의 축적이 억제되어 크랙을 발생시키지 않고 높은 가공 효율로 피가공물을 애블레이션 가공할 수 있다.
또한, 사파이어와 같이 흡수단이 150 ㎚로 비교적 짧은 흡수단을 갖는 재료로 웨이퍼가 형성되어 있어도, 흡수단보다 긴 파장의 레이저 광선을 사용하여 애블레이션 가공을 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 레이저 가공 방법을 실시하기 위한 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 구성을 간략히 도시하는 블록도.
도 3은 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 레이저 가공 방법에 의해 가공되는 피가공물로서의 웨이퍼의 사시도.
도 5는 도 4에 도시하는 웨이퍼를 환형의 프레임에 장착된 다이싱 테이프에 접착한 상태를 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 레이저 가공 방법에서의 레이저 가공홈 형성 공정의 설명도.
도 7은 사파이어(Al2O3), 리튬 탄탈레이트(LT), 탄화규소(SiC), 실리콘(Si) 기판에 조사하는 펄스 레이저 광선의 파장과 펄스폭의 관계를 도시하는 그래프.
이하, 본 발명에 의한 웨이퍼의 레이저 가공 방법의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여, 더 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 의한 레이저 가공 방법을 실시하기 위한 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되고 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 이 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2)상에 X축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31)상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32)상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 이 제2 슬라이딩 블록(33)상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있고, 흡착 척(361)상에 피가공물인 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34)내에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전한다. 또한 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.
상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합하는 것에 의해, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 이 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 돌출하여 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 구동하는 것에 의해, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 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 감합하는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322과 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 이 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 돌출하여 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 구동하는 것에 의해, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동한다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2)상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41)상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41)상에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 이 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함하고 있다. 장착부(422)는, 한쪽 측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 이 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 돌출하여 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 구동하는 것에 의해, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동한다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 감합하는 한 쌍의 피안내홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합하는 것에 의해, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(53)을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시 생략)와, 이 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동하는 것에 의해, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 본 실시형태에서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동하는 것에 의해 레이저 광선 조사 수단(52)을 위쪽으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동하는 것에 의해 레이저 광선 조사 수단(52)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.
상기 레이저 광선 조사 수단(52)에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도시한 레이저 광선 조사 수단(52)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되고 실질상 수평으로 연장되는 원통형상의 케이싱(521)과, 이 케이싱(521)내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)과, 이 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선(LB)의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(523)과, 이 출력 조정 수단(523)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(524)를 구비하고 있다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)은, YAG 레이저 발진기 또는 YVO4 레이저 발진기를 포함하는 펄스 레이저 광선 발진기(522a)와, 펄스 레이저 광선 발진기(522a)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 파장을 조정하는 파장 조정 수단(522b)과, 펄스 레이저 광선 발진기(522a)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하는 반복 주파수 설정 수단(522c)과, 펄스 레이저 광선 발진기(522a)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 조정하는 펄스폭 조정 수단(522d)으로 구성되어 있다. 상기 출력 조정 수단(523)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)의 출력을 정해진 출력으로 조정한다. 이들 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)의 펄스 레이저 광선 발진기(522a)와 파장 조정 수단(522b)과 반복 주파수 설정 수단(522c)과 펄스폭 조정 수단(522d) 및 출력 조정 수단(523)은, 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다.
상기 집광기(524)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진되어 출력 조정 수단(523)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)을 척 테이블(36)의 유지면을 향해 방향 변환하는 방향 변환 미러(524a)와, 이 방향 변환 미러(524a)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(524b)를 구비하고 있다. 이와 같이 구성된 집광기(524)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 케이싱(521)의 선단에 장착된다.
도 1을 다시 참조하여 설명을 계속하면, 상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 선단부에는, 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해 레이저 가공해야 하는 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(6)은, 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 이 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.
레이저 가공 장치(1)는, 도 3에 도시하는 제어 수단(8)을 구비하고 있다. 제어 수단(8)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(81)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(82)와, 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)와, 입력 인터페이스(84) 및 출력 인터페이스(85)를 구비하고 있다. 제어 수단(8)의 입력 인터페이스(84)에는, 상기 촬상 수단(6)이나 입력 수단(80) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(8)의 출력 인터페이스(85)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)의 펄스 레이저 광선 발진기(522a), 파장 조정 수단(522b), 반복 주파수 설정 수단(522c), 펄스폭 조정 수단(522d), 출력 조정 수단(523) 등에 제어 신호를 출력한다.
레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 설명한다. 도 4에는, 본 발명에 의한 레이저 가공 방법에 따라 가공되는 피가공물로서의 웨이퍼의 사시도가 도시되어 있다. 도 4에 도시하는 웨이퍼(10)는, 예컨대 두께가 100 ㎛인 기판 표면(10a)에 격자형으로 형성된 복수의 스트리트(101)에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스(102)가 형성되어 있다. 이하, 전술한 레이저 가공 장치(1)를 이용하여 웨이퍼(10)에 스트리트(101)를 따라 레이저 가공홈을 형성하는 레이저 가공 방법에 대해서 설명한다.
우선, 웨이퍼(10)의 이면(10b)을 환형의 프레임에 장착된 다이싱 테이프의 표면에 접착하는 웨이퍼 지지 공정을 실시한다. 즉, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 환형의 프레임(F)의 내측 개구부를 덮도록 외주부가 장착된 다이싱 테이프(T)의 표면에 상기 웨이퍼(10)의 이면(10b)을 접착한다.
전술한 웨이퍼 지지 공정을 실시했다면, 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36)상에 웨이퍼(10)의 다이싱 테이프(T)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동하는 것에 의해, 다이싱 테이프(T)를 통해 웨이퍼(10)를 척 테이블(36)상에 흡인 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척 테이블(36)에 유지된 웨이퍼(10)는, 표면(10a)이 상측이 된다. 또한 다이싱 테이프(T)가 장착되어 있는 환형의 프레임(F)은, 척 테이블(36)에 배치된 클램프(362)에 의해 고정된다.
전술한 바와 같이 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치한다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(6) 바로 아래에 위치하면, 촬상 수단(6) 및 도시하지 않는 제어 수단에 의해 웨이퍼(10)의 레이저 가공해야 하는 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(6) 및 제어 수단(8)은, 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성되어 있는 스트리트(101)와, 스트리트(101)를 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)를 정렬시키기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트를 수행한다. 또한, 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 상기 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 스트리트(101)에 대해서도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 수행된다.
이상과 같이 하여 척 테이블(36)상에 유지된 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 스트리트(101)를 검출하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 행해졌다면, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이 척 테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시키고, 정해진 스트리트(101)의 일단[도 6의 (a)에서 좌단]을 집광기(524)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 집광기(524)를 통해 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 웨이퍼(10)의 표면(10a)(상면) 부근에 위치시킨다.
다음에, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 집광기(524)를 통해 펄스 레이저 광선을 조사하고, 척 테이블(36)을 도 6의 (a)에서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 또한 레이저 광선 조사 수단(52)의 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진하는 펄스 레이저 광선(LB)의 반복 주파수, 파장, 펄스폭은, 웨이퍼(10)를 구성하는 재료에 따라 후술하는 바와 같이 설정되고, 출력과 함께 입력 수단(80)으로부터 입력되어 있다. 따라서, 제어 수단은, 입력 수단(80)으로부터 입력된 지시에 따라 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)의 펄스 레이저 광선 발진기(522a), 파장 조정 수단(522b), 반복 주파수 설정 수단(522c), 펄스폭 조정 수단(522d) 및 출력 조정 수단(523)을 제어한다. 그리고, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)의 조사 위치가 스트리트(101)의 타단[도 6의 (b)에서 우단]의 위치에 도달했다면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고 척 테이블(36)의 이동을 정지한다(레이저 가공홈 형성 공정). 이 결과, 웨이퍼(10)에는 도 6의 (b) 및 (c)에 도시하는 바와 같이 스트리트(101)를 따라 레이저 가공홈(110)이 형성된다.
이상과 같이 하여, 웨이퍼(10)의 제1 방향으로 연장되는 모든 스트리트(101)를 따라 상기 레이저 가공홈 형성 공정을 실시했다면, 척 테이블(36)을 90도 회동시켜, 상기 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로 형성된 각 스트리트(101)를 따라 상기 레이저 가공홈 형성 공정을 실시한다.
여기서, 상기 레이저 가공홈 형성 공정에서 조사하는 펄스 레이저 광선에 대해서 설명한다. 본 발명자는, 피가공물의 재료로서의 사파이어(Al2O3), 리튬 탄탈레이트(LT), 탄화규소(SiC), 실리콘(Si)에 대해서, 조사하는 펄스 레이저 광선의 파장과 펄스폭의 관계를 실험에 의해 조사하였다. 본 발명자에 의한 실험에서는 반복 주파수를 20 kHz로 설정하고, 피가공물의 재료의 흡수단의 파장[사파이어(Al2O3): 155 ㎚, 리튬 탄탈레이트(LT): 246 ㎚, 탄화규소(SiC): 433 ㎚, 실리콘(Si): 1033 ㎚]을 갖는 펄스 레이저 광선을 조사하면, 펄스폭이 10 ps 이하에서는 크랙이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 펄스폭이 10 ps 이하에서는 반복 주파수를 50 kHz로 설정하여도 크랙이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 이 지견에 기초하여, 이하의 수순으로 실험을 행하였다.
(1) 반복 주파수를 50 kHz, 펄스폭을 10 ns로 설정하고, 피가공물의 재료의 흡수단[사파이어(Al2O3): 155 ㎚, 리튬 탄탈레이트(LT): 246 ㎚, 탄화규소(SiC): 433 ㎚, 실리콘(Si): 1033 ㎚]에 가까운 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하여 크랙을 발생시키지 않고 애블레이션 가공을 할 수 있는 출력을 구하였다.
(2) 펄스 레이저 광선의 파장을 상기 4종류의 재료(Al2O3, LT, SiC 및 Si)의 흡수단의 파장의 9/10, 8/10, 7/10, 6/10으로 변화시키고, 펄스폭을 100 ps, 1 ns, 10 ns, 100 ns로 변화시켜 애블레이션 가공시에 크랙이 발생하지 않는 한계점을 구하였다.
(3) 펄스 레이저 광선의 파장을 상기 4종류의 재료의 흡수단의 파장의 2배, 4배로 변화시키고, 펄스폭을 100 fs, 10 fs로 변화시켜 애블레이션 가공이 일어나고 크랙이 발생하지 않는 한계점을 구하였다.
전술한 실험에 의해 구한 사파이어(Al2O3), 리튬 탄탈레이트(LT), 탄화규소(SiC), 실리콘(Si)에 대해서 전술한 각 파장에서의 펄스폭의 한계점을 곡선으로 연결한 그래프를 도 7에 도시한다. 도 7에서, 종축은 펄스 레이저 광선의 파장, 횡축은 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 도시하고 있다. 도 7에 도시하는 그래프로부터, 피가공물의 재료의 종류에 관계없이 펄스 레이저 광선의 파장과 펄스폭 사이에 일정한 관계가 있는 것을 알 수 있다. 즉, 도 7에 도시하는 그래프에서, 각 재료의 흡수단의 파장을 기준으로 조사하는 펄스 레이저 광선의 파장을 단파측 및 장파측으로 변화시키고 펄스폭을 단계적으로 변화시켜 레이저 가공을 실시했을 때의, 펄스폭의 한계점을 연결한 곡선의 하측 영역의 펄스 레이저 광선을 조사하는 것에 의해, 반복 주파수를 50 kHz로 설정한 경우에, 크랙을 발생시키지 않고 피가공물을 애블레이션 가공할 수 있는 것이 판명되었다. 따라서, 반복 주파수를 20 kHz 이상 50 kHz 이하로 설정하면, 열의 축적이 억제되어 크랙을 발생시키지 않고 높은 가공 효율로 피가공물을 애블레이션 가공할 수 있다. 또한, 사파이어와 같이 흡수단의 파장이 150 ㎚로 비교적 짧은 흡수단을 갖는 재료로부터 웨이퍼가 형성되어 있어도, 흡수단보다 긴 파장의 레이저 광선을 사용하여 크랙을 발생시키지 않고 애블레이션 가공을 실시할 수 있는 것을 발견하였다.
1: 레이저 가공 장치, 2: 정지 베이스, 3: 척 테이블 기구, 36: 척 테이블, 37: 가공 이송 수단, 38: 제1 인덱싱 이송 수단, 4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구, 43: 제2 인덱싱 이송 수단, 5: 레이저 광선 조사 유닛, 52: 레이저 광선 조사 수단, 522: 펄스 레이저 광선 발진 수단, 523: 출력 조정 수단, 524: 집광기, 6: 촬상 수단, 8: 제어 수단, 10: 웨이퍼, F: 환형의 프레임, T: 다이싱 테이프

Claims (1)

  1. 반복 주파수가 20 kHz 이상인 펄스 레이저 광선을 피가공물에 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서,
    피가공물의 흡수단과 동일한 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 10 ps 이하로 설정하고,
    피가공물의 흡수단의 9/10의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 100 ps 이하로 설정하며,
    피가공물의 흡수단의 8/10의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 1 ns 이하로 설정하고,
    피가공물의 흡수단의 7/10의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 10 ns 이하로 설정하며,
    피가공물의 흡수단의 6/10의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 100 ns 이하로 설정하고,
    피가공물의 흡수단의 2배의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 100 fs 이하로 설정하며,
    피가공물의 흡수단의 4배의 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 10 fs 이하로 설정하고,
    펄스 레이저 광선의 파장을 종축에 취하고 펄스폭을 횡축에 취하여, 상기 각 파장과 펄스폭의 관계를 플롯한 그래프에서, 이 각 파장에서의 펄스폭의 한계점을 연결한 곡선의 하측 영역의 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
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