KR20160088808A - 웨이퍼의 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제]기판의 표면에 적층된 기능층에 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼에서의 기능층을 박리시키지 않음과 함께 기판에 보이드나 크랙 등이 생성되지 않고, 분할 예정 라인을 따라서 분할할 수 있는 웨이퍼의 가공 방법을 제공한다.
[해결수단]기판의 표면에 적층된 기능층에 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼의 가공 방법으로서, 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 미리 정해진 간격을 두고 레이저 광선을 조사하고, 기능층을 분할 예정 라인을 따라서 융기시킴으로써 2개의 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정과, 볼록부 형성 공정이 실시된 웨이퍼를 2개의 볼록부 사이에 끼워진 영역을 따라서 분할하는 분할 공정을 포함한다.

Description

웨이퍼의 가공 방법{WAFER PROCESSING METHOD}
본 발명은, 실리콘 등의 기판의 표면에 적층된 기능층에 의해 디바이스가 형성된 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라서 분할하는 웨이퍼의 가공 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 공정에 있어서는, 대략 원판형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라서 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 디바이스를 제조하고 있다.
최근에는, IC, LSI 등의 반도체칩의 처리 능력을 향상시키기 위해, 실리콘 등의 기판의 표면에 SiO2, SiOF, BSG(SiOB) 등의 무기물계의 막이나 폴리이미드계, 파릴렌계 등의 폴리머막인 유기물계의 막으로 이루어진 저유전률 절연체 피막(Low-k막)이 적층된 기능층에 의해 반도체 디바이스를 형성시킨 형태의 반도체 웨이퍼가 실용화되어 있다.
이와 같은 반도체 웨이퍼의 분할 예정 라인을 따른 분할은, 통상 다이서라고 부르고 있는 절삭 장치에 의해 행해지고 있다. 이 절삭 장치는, 피가공물인 반도체 웨이퍼를 유지하는 척테이블과, 상기 척테이블에 유지된 반도체 웨이퍼를 절삭하기 위한 절삭 수단과, 척테이블과 절삭 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하고 있다. 절삭 수단은, 고속 회전되는 회전 스핀들과 상기 스핀들에 장착된 절삭 블레이드를 포함하고 있다. 절삭 블레이드는 원반형상의 베이스와 상기 베이스의 측면 외주부에 장착된 고리형의 절삭날을 포함하고 있고, 절삭날은 예컨대 입경 3 ㎛ 정도의 다이아몬드 지립(砥粒)을 전기 주조에 의해 고정하여 형성되어 있다.
그런데, 전술한 Low-k막은, 절삭 블레이드에 의해 절삭하는 것이 어렵다. 즉, Low-k막은 운모와 같이 매우 취약하기 때문에, 절삭 블레이드에 의해 분할 예정 라인을 따라서 절삭하면 Low-k막이 박리되고, 이 박리가 회로에까지 도달하여 디바이스에 치명적인 손상을 준다고 하는 문제가 있다.
상기 문제를 해소하기 위해, 반도체 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 기능층에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사함으로써, 분할 예정 라인을 따라서 레이저 가공홈을 형성하여 기능층을 제거하고, 이 레이저 가공홈에 절삭 블레이드를 위치 부여하여 절삭 블레이드와 반도체 웨이퍼를 상대 이동시킴으로써, 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라서 절단하는 웨이퍼의 분할 방법이 하기 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2009-21476호 공보
그런데, 기능층에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사함으로써, 분할 예정 라인을 따라서 레이저 가공홈을 형성하여 기능층을 제거하면, 기능층을 제거한 레이저 광선이 실리콘 기판이나 질화갈륨 기판 등의 반도체 기판에 조사되고, 파단의 기점이 되는 보이드나 크랙 등이 반도체 기판에 생성되어 디바이스의 항절 강도를 저하시킨다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주요 기술 과제는, 기판의 표면에 적층된 기능층에 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼에서의 기능층을 박리시키지 않음과 함께 기판에 보이드나 크랙 등이 생성되지 않고, 분할 예정 라인을 따라서 분할할 수 있는 웨이퍼의 가공 방법을 제공하는 것이다.
상기 주요 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 기판의 표면에 적층된 기능층에 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼의 가공 방법으로서,
웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 미리 정해진 간격을 두고 레이저 광선을 조사하고, 기능층을 분할 예정 라인을 따라서 융기시킴으로써 2개의 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정과,
상기 볼록부 형성 공정이 실시된 웨이퍼를 2개의 볼록부 사이에 끼워진 영역을 따라서 분할하는 분할 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법이 제공된다.
상기 볼록부 형성 공정에 있어서는, 레이저 광선의 출력이 기능층만을 팽창시키는 출력으로 설정되어 있다.
상기 볼록부 형성 공정에서의 레이저 광선의 출력은, 레이저 광선의 1펄스당 에너지가 4∼10 nJ로 설정되어 있다.
또한, 상기 볼록부 형성 공정에서의 레이저 광선의 스폿과 스폿의 간격은, 4∼8 nm로 설정되어 있다.
상기 분할 공정은, 2개의 볼록부 사이에 끼워진 영역에 절삭 블레이드를 위치 부여하여 분할 예정 라인을 따라서 웨이퍼를 절단한다.
또한, 상기 분할 공정은, 2개의 볼록부 사이에 끼워진 영역에 레이저 광선을 조사하여 분할 예정 라인을 따라서 웨이퍼를 절단한다.
본 발명에 의한 웨이퍼의 가공 방법은, 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 미리 정해진 간격을 두고 레이저 광선을 조사하고, 기능층을 분할 예정 라인을 따라서 융기시킴으로써 2개의 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정과, 상기 볼록부 형성 공정이 실시된 웨이퍼를 2개의 볼록부 사이에 끼워진 영역을 따라서 분할하는 분할 공정을 포함하고 있기 때문에, 분할 공정을 실시할 때에는, 볼록부 형성 공정을 실시함으로써 웨이퍼를 구성하는 기능층에는 분할 예정 라인을 따라서 2개의 볼록부가 형성되어 있기 때문에, 2개의 볼록부에 의해 절삭 블레이드나 레이저 광선의 조사에 의한 파괴력이 디바이스측에 이르지 않도록 억제되어, 디바이스를 구성하는 적층된 기능층은 박리되지 않고, 디바이스의 품질을 저하시키지 않는다.
도 1은 본 발명에 의한 웨이퍼의 가공 방법에 의해 가공되는 웨이퍼로서의 반도체 웨이퍼의 사시도 및 주요부 확대 단면도.
도 2는 도 1에 나타내는 반도체 웨이퍼를 고리형의 프레임에 장착된 다이싱 테이프의 표면에 접착한 상태를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 웨이퍼의 가공 방법에서의 볼록부 형성 공정을 실시하기 위한 레이저 가공 장치의 주요부 사시도.
도 4는 도 3에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 웨이퍼의 가공 방법에서의 볼록부 형성 공정의 설명도.
도 6은 도 3에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 집광기의 다른 실시형태를 나타내는 블록 구성도.
도 7은 본 발명에 의한 웨이퍼의 가공 방법에서의 분할 공정으로서의 절삭 공정을 실시하기 위한 절삭 장치의 주요부 사시도.
도 8은 본 발명에 의한 웨이퍼의 가공 방법에서의 분할 공정으로서의 절삭 공정의 설명도.
도 9는 본 발명에 의한 웨이퍼의 가공 방법에서의 분할 공정으로서의 레이저 가공홈 형성 공정의 설명도.
이하, 본 발명에 의한 웨이퍼의 가공 방법의 바람직한 실시형태에 관해, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1의 (a) 및 (b)에는, 웨이퍼로서의 반도체 웨이퍼의 사시도 및 주요부 확대 단면도가 도시되어 있다. 도 1의 (a) 및 (b)에 나타내는 반도체 웨이퍼(2)는, 두께가 예컨대 100 ㎛인 실리콘 등의 기판(20)의 표면(20a)에 절연막과 회로를 형성하는 기능막이 적층된 기능층(21)이 형성되어 있고, 이 기능층(21)에 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인(211)에 의해 구획된 복수의 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(212)가 형성되어 있다. 또, 도시한 실시형태에 있어서는, 기능층(21)을 형성하는 절연막은, SiO2막 또는 SiOF, BSG(SiOB) 등의 무기물계의 막이나 폴리이미드계, 파릴렌계 등의 폴리머막인 유기물계의 막으로 이루어진 저유전률 절연체 피막(Low-k막)으로 이루어져 있고, 두께가 10 ㎛로 설정되어 있다. 또한, 분할 예정 라인(211)의 폭은, 도시한 실시형태에 있어서는 50 ㎛로 설정되어 있다.
전술한 반도체 웨이퍼(2)를 분할 예정 라인(211)을 따라서 분할하기 위해서는, 우선, 반도체 웨이퍼(2)를 구성하는 기판(20)의 이면에 다이싱 테이프를 접착하고 상기 다이싱 테이프의 외주부를 고리형의 프레임에 의해 지지하는 웨이퍼 지지 공정을 실시한다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 고리형 프레임(F)의 내측 개구부를 덮도록 외주부가 장착된 다이싱 테이프(T)의 표면에 반도체 웨이퍼(2)를 구성하는 기판(20)의 이면(20b)을 접착한다. 따라서, 다이싱 테이프(T)의 표면에 접착된 반도체 웨이퍼(2)는, 기능층(21)의 표면(21a)이 상측이 된다.
전술한 웨이퍼 지지 공정을 실시했다면, 반도체 웨이퍼(2)에 형성된 분할 예정 라인(211)을 따라서 미리 정해진 간격을 두고 레이저 광선을 조사하고, 기능층(21)을 분할 예정 라인(211)을 따라서 융기시킴으로써 2개의 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정을 실시한다. 이 볼록부 형성 공정은, 도 3에 나타내는 레이저 가공 장치(3)를 이용하여 실시한다. 도 3에 나타내는 레이저 가공 장치(3)는, 피가공물을 유지하는 척테이블(31)과, 상기 척테이블(31) 상에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(32)과, 척테이블(31) 상에 유지된 피가공물을 촬상하는 촬상 수단(33)을 구비하고 있다. 척테이블(31)은, 피가공물을 흡인 유지하도록 구성되어 있고, 도시하지 않은 가공 이송 수단에 의해 도 3에 있어서 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동됨과 함께, 도시하지 않은 인덱싱 이송 수단에 의해 도 3에 있어서 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동되도록 되어 있다.
상기 레이저 광선 조사 수단(32)은, 실질적으로 수평으로 연장되는 원통형상의 케이싱(321)을 포함하고 있다. 이 레이저 광선 조사 수단(32)에 관해, 도 4를 참조하여 설명한다.
도시한 레이저 광선 조사 수단(32)은, 상기 케이싱(321) 내에 설치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(322)과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(322)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선(LB)의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(323)과, 상기 출력 조정 수단(323)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 상기 척테이블(31)의 유지면에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(324)를 구비하고 있다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(322)은, 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진기(322a)와, 펄스 레이저 광선 발진기(322a)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하는 반복 주파수 설정 수단(322b)으로 구성되어 있다. 또, 펄스 레이저 광선 발진기(322a)는, 도시한 실시형태에 있어서는 파장이 355 nm인 펄스 레이저 광선(LB)을 발진한다.
상기 출력 조정 수단(323)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(322)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 미리 정해진 출력으로 조정한다. 이들 펄스 레이저 광선 발진 수단(322)의 펄스 레이저 광선 발진기(322a), 반복 주파수 설정 수단(322b) 및 출력 조정 수단(323)은, 도시하지 않은 제어 수단에 의해 제어된다.
상기 집광기(324)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(322)으로부터 발진되고 출력 조정 수단(323)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 척테이블(31)의 유지면을 향해서 방향 변환하는 방향 변환 미러(324a)와, 상기 방향 변환 미러(324a)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척테이블(31)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(324b)를 구비하고 있다. 이와 같이 구성된 집광기(324)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 케이싱(321)의 선단에 장착된다.
도 3으로 되돌아가 설명을 계속하면, 상기 촬상 수단(33)은 레이저 광선 조사 수단(32)을 구성하는 케이싱(321)의 선단부에 장착되어 있다. 이 촬상 수단(33)은, 현미경 등의 광학계와 촬상 소자(CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않은 제어 수단에 보낸다.
전술한 레이저 가공 장치(3)를 이용하여, 반도체 웨이퍼(2)에 형성된 분할 예정 라인(211)을 따라서 미리 정해진 간격을 두고 레이저 광선을 조사하고, 기능층(21)을 분할 예정 라인(211)을 따라서 융기시킴으로써 2개의 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정에 관해, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
우선, 전술한 웨이퍼 지지 공정이 실시되고 반도체 웨이퍼(2)의 다이싱 테이프(T)측을 척테이블(31) 상에 얹어 놓는다. 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써, 다이싱 테이프(T)를 통해 반도체 웨이퍼(2)를 척테이블(31) 상에 흡인 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척테이블(31)에 유지된 반도체 웨이퍼(2)는, 기능층(21)의 표면(21a)이 상측이 된다. 또, 도 3에 있어서는 다이싱 테이프(T)가 장착된 고리형의 프레임(F)을 생략하여 나타내고 있지만, 고리형의 프레임(F)은 척테이블(31)에 설치된 적절한 프레임 유지 수단에 유지된다. 이와 같이 하여, 반도체 웨이퍼(2)를 흡인 유지한 척테이블(31)은, 도시하지 않은 가공 이송 수단에 의해 촬상 수단(33)의 바로 아래에 위치 부여된다.
척테이블(31)이 촬상 수단(33)의 바로 아래에 위치 부여되면, 촬상 수단(33) 및 도시하지 않은 제어 수단에 의해 반도체 웨이퍼(2)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(33) 및 도시하지 않은 제어 수단은, 반도체 웨이퍼(2)의 미리 정해진 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(211)과, 상기 분할 예정 라인(211)을 따라서 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(32)의 집광기(324)의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트를 수행한다(얼라이먼트 공정). 또한, 반도체 웨이퍼(2)에 상기 미리 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성된 분할 예정 라인(211)에 대해서도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 수행된다.
전술한 얼라이먼트 공정을 실시했다면, 도 3에 나타낸 바와 같이 척테이블(31)을 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(32)의 집광기(324)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(2)에 형성된 미리 정해진 분할 예정 라인(211)의 일단(도 5의 (a)에 있어서 좌단)이 집광기(324)의 바로 아래에 위치하도록 위치 부여한다. 이 때, 분할 예정 라인(211)의 폭방향 중앙으로부터 일방측으로 예컨대 20 ㎛의 위치가 집광기(324)의 바로 아래에 위치하도록 위치 부여한다. 그리고, 집광기(324)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선(LB)의 집광점(P)을 분할 예정 라인(211)에서의 기능층(21)의 표면(상면) 부근에 위치 부여한다. 다음으로, 레이저 광선 조사 수단(32)의 집광기(324)로부터 기능층(21)만을 팽창시키는 출력으로 설정된 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척테이블(31)을 도 5의 (a)에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 분할 예정 라인(211)의 타단(도 5의 (b)에 있어서 우단)이 집광기(324)의 바로 아래 위치에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지함과 함께 척테이블(31)의 이동을 정지한다.
다음으로, 척테이블(31)을 지면에 수직인 방향(인덱싱 이송 방향)으로 예컨대 40 ㎛ 이동시킨다. 그 결과, 분할 예정 라인(211)의 폭방향 중앙으로부터 타방측으로 20 ㎛의 위치가 집광기(324)의 바로 아래에 위치 부여되게 된다. 그리고, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(32)의 집광기(324)로부터 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척테이블(31)을 화살표 X2로 나타내는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시켜, 도 5의 (a)에 나타내는 위치에 도달하면 펄스 레이저 광선의 조사를 정지함과 함께 척테이블(31)의 이동을 정지한다.
전술한 볼록부 형성 공정을 실시함으로써, 반도체 웨이퍼(2)의 기능층(21)에는 도 5의 (d)에 나타낸 바와 같이 분할 예정 라인(211)을 따라서 융기된 2개의 볼록부(24, 24)가 형성된다. 그리고, 전술한 볼록부 형성 공정을 반도체 웨이퍼(2)에 형성된 모든 분할 예정 라인(211)을 따라서 실시한다.
또, 상기 볼록부 형성 공정은, 예컨대 이하의 가공 조건으로 행해진다.
레이저 광선의 파장 : 355 nm
반복 주파수 : 80 MHz
평균 출력 : 0.5 W
집광 스폿 직경 : φ10 ㎛
가공 이송 속도 : 450 mm/초
다음으로, 상기 볼록부 형성 공정을 실시하는 레이저 가공 장치(3)의 레이저 광선 조사 수단(32)을 구성하는 집광기(324)의 다른 실시형태에 관해, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에 나타내는 집광기(324)는, 방향 변환 미러(324a)와 집광 렌즈(324b) 사이에 방향 변환 미러(324a)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 Y축 방향으로 분기하는 월라스톤 프리즘(Wollaston Prism) 등의 분기 수단(324c)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 집광기(324)는, 분기 수단(324c)에 의해 분기한 펄스 레이저 광선 LB1과 LB2를 Y축 방향으로 미리 정해진 간격을 두고 조사한다. 따라서, 도 6에 나타내는 집광기(324)를 이용함으로써, 분할 예정 라인을 따라서 융기된 2개의 볼록부를 동시에 형성할 수 있다. 또, 도 6에 나타내는 집광기(324)를 이용하면, 분기 수단(324c)에 의해 분기된 펄스 레이저 광선 LB1과 LB2의 출력은 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(322)으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선(LB)의 출력의 1/2이 되기 때문에, 상기 볼록부 형성 공정에 있어서 펄스 레이저 광선 발진 수단(322)으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선(LB)의 평균 출력을 1.0 W로 설정한다.
전술한 볼록부 형성 공정을 실시했다면, 반도체 웨이퍼(2)를 2개의 볼록부(24, 24) 사이에 끼워진 영역을 따라서 분할하는 분할 공정을 실시한다. 이 분할 공정의 제1 실시형태는, 도시한 실시형태에 있어서는 도 7에 나타내는 절삭 장치(4)를 이용하여 실시한다. 도 7에 나타내는 절삭 장치(4)는, 피가공물을 유지하는 척테이블(41)과, 상기 척테이블(41)에 유지된 피가공물을 절삭하는 절삭 수단(42)과, 상기 척테이블(41)에 유지된 피가공물을 촬상하는 촬상 수단(43)을 구비하고 있다. 척테이블(41)은, 피가공물을 흡인 유지하도록 구성되어 있고, 도시하지 않은 가공 이송 수단에 의해 도 7에 있어서 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동됨과 함께, 도시하지 않은 인덱싱 이송 수단에 의해 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동되도록 되어 있다.
상기 절삭 수단(42)은, 실질적으로 수평으로 배치된 스핀들 하우징(421)과, 상기 스핀들 하우징(421)에 회전 가능하게 지지된 회전 스핀들(422)과, 상기 회전 스핀들(422)의 선단부에 장착된 절삭 블레이드(423)를 포함하고 있고, 회전 스핀들(422)이 스핀들 하우징(421) 내에 설치된 도시하지 않은 서보 모터에 의해 화살표 423a로 나타내는 방향으로 회전되도록 되어 있다. 절삭 블레이드(423)는, 알루미늄 등의 금속재에 의해 형성된 원반형상의 베이스(424)와, 상기 베이스(424)의 측면 외주부에 장착된 고리형의 절삭날(425)을 포함하고 있다. 고리형의 절삭날(425)은, 베이스(424)의 측면 외주부에 입경이 3∼4 ㎛인 다이아몬드 지립을 니켈 도금으로 굳힌 전기 주조 블레이드로 이루어져 있고, 도시한 실시형태에 있어서는 두께가 30 ㎛이고 외경이 50 mm로 형성되어 있다.
상기 촬상 수단(43)은, 스핀들 하우징(421)의 선단부에 장착되어 있고, 피가공물을 조명하는 조명 수단과, 상기 조명 수단에 의해 조명된 영역을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 이미지를 촬상하는 촬상 소자(CCD) 등을 구비하고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않은 제어 수단에 보낸다.
전술한 절삭 장치(4)를 이용하여 분할 공정을 실시하기 위해서는, 도 7에 나타낸 바와 같이 척테이블(41) 상에 상기 볼록부 형성 공정이 실시된 반도체 웨이퍼(2)가 접착된 다이싱 테이프(T)측을 얹어 놓는다. 그리고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써, 다이싱 테이프(T)를 통해 반도체 웨이퍼(2)를 척테이블(41) 상에 흡인 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척테이블(41)에 유지된 반도체 웨이퍼(2)는, 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)가 상측이 된다. 또, 도 7에 있어서는 다이싱 테이프(T)가 장착된 고리형의 프레임(F)을 생략하여 나타내고 있지만, 고리형의 프레임(F)은 척테이블(41)에 설치된 적절한 프레임 유지 수단에 유지된다. 이와 같이 하여, 반도체 웨이퍼(2)를 흡인 유지한 척테이블(41)은, 도시하지 않은 가공 이송 수단에 의해 촬상 수단(43)의 바로 아래에 위치 부여된다.
척테이블(41)이 촬상 수단(43)의 바로 아래에 위치 부여되면, 촬상 수단(43) 및 도시하지 않은 제어 수단에 의해 반도체 웨이퍼(2)의 절삭해야 할 영역을 검출하는 얼라이먼트 공정을 실시한다. 이 얼라이먼트 공정에 있어서는, 상기 볼록부 형성 공정에 의해 반도체 웨이퍼(2)의 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)를 촬상 수단(43)에 의해 촬상하여 실행한다. 즉, 촬상 수단(43) 및 도시하지 않은 제어 수단은, 반도체 웨이퍼(2)의 미리 정해진 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)가 가공 이송 방향(X축 방향)과 평행한지 아닌지의 얼라이먼트를 수행한다(얼라이먼트 공정). 만약에 반도체 웨이퍼(2)의 미리 정해진 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)가 가공 이송 방향(X축 방향)과 평행하지 않은 경우에는, 척테이블(41)을 회동시켜 2개의 볼록부(24, 24)가 가공 이송 방향(X축 방향)과 평행해지도록 조정한다. 또한, 반도체 웨이퍼(2)에 상기 미리 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성된 2개의 볼록부(24, 24)에 대해서도, 마찬가지로 절삭 블레이드(423)에 의해 절삭하는 절삭 영역의 얼라이먼트가 수행된다.
이상과 같이 하여 척테이블(41) 상에 유지되어 있는 반도체 웨이퍼(2)의 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)를 검출하고, 절삭 영역의 얼라이먼트가 행해졌다면, 반도체 웨이퍼(2)를 유지한 척테이블(41)을 절삭 영역의 절삭 개시 위치로 이동시킨다. 이 때, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(2)는 절삭해야 할 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부의 일단(도 8의 (a)에 있어서 좌단)이 절삭 블레이드(423)의 바로 아래보다 미리 정해진 양만큼 우측에 위치하도록 위치 부여된다.
이와 같이 하여 절삭 장치(4)의 척테이블(41) 상에 유지된 반도체 웨이퍼(2)가 절삭 가공 영역의 절삭 개시 위치에 위치 부여되었다면, 절삭 블레이드(423)를 도 8의 (a)에 있어서 이점쇄선으로 나타내는 대기 위치로부터 화살표 Z1로 나타낸 바와 같이 아래쪽으로 절입 이송하여, 도 8의 (a)에 있어서 실선으로 나타낸 바와 같이 미리 정해진 절입 이송 위치에 위치 부여한다. 이 절입 이송 위치는, 도 8의 (a) 및 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이 절삭 블레이드(423)의 하단이 반도체 웨이퍼(2)의 이면에 접착된 다이싱 테이프(T)에 도달하는 위치로 설정되어 있다.
다음으로, 절삭 블레이드(423)를 도 8의 (a)에 있어서 화살표 423a로 나타내는 방향으로 미리 정해진 회전 속도로 회전시키고, 척테이블(41)을 도 8의 (a)에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 미리 정해진 절삭 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 척테이블(8)이 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부의 타단(도 8의 (b)에 있어서 우단)이 절삭 블레이드(423)의 바로 아래보다 미리 정해진 양만큼 좌측에 위치할 때까지 도달했다면, 척테이블(41)의 이동을 정지한다. 이와 같이 척테이블(41)을 절삭 이송함으로써, 도 8의 (d)에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(2)의 기판(20)은 분할 예정 라인(211)에 형성된 2개의 볼록부(24, 24)에 끼워진 영역의 이면에 도달하는 절삭홈(25)이 형성되어 절단된다(절삭 공정).
다음으로, 절삭 블레이드(423)를 도 8의 (b)에 있어서 화살표 Z2로 나타낸 바와 같이 상승시켜 이점쇄선으로 나타내는 대기 위치에 위치 부여하고, 척테이블(41)을 도 8의 (b)에 있어서 화살표 X2로 나타내는 방향으로 이동시켜, 도 8의 (a)에 나타내는 위치로 복귀시킨다. 그리고, 척테이블(41)을 지면에 수직인 방향(인덱싱 이송 방향)으로 분할 예정 라인(211)의 간격에 해당하는 양만큼 인덱싱 이송하고, 다음에 절삭해야 할 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부를 절삭 블레이드(423)와 대응하는 위치에 위치 부여한다. 이와 같이 하여, 다음 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부를 절삭 블레이드(423)와 대응하는 위치에 위치 부여했다면, 전술한 절삭 공정을 실시한다.
또, 상기 절삭 공정은, 예컨대 이하의 가공 조건으로 행해진다.
절삭 블레이드 : 외경 50 mm, 두께 30 ㎛
절삭 블레이드의 회전 속도 : 20000 rpm
절삭 이송 속도 : 50 mm/초
전술한 절삭 공정을 반도체 웨이퍼(2)에 형성된 모든 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부에 실시한다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(2)의 기판(20)은 2개의 볼록부(24, 24)가 형성된 분할 예정 라인(211)을 따라서 절단되어, 개개의 디바이스(212)로 분할된다(분할 공정). 이와 같이 분할 공정을 실시할 때에는, 상기 볼록부 형성 공정을 실시함으로써 반도체 웨이퍼(2)를 구성하는 기능층(21)에는 분할 예정 라인(211)을 따라서 2개의 볼록부(24, 24)가 형성되어 있기 때문에, 2개의 볼록부(24, 24)에 의해 절삭 블레이드(423)에 의한 파괴력이 디바이스(212)측에 이르지 않도록 억제되어, 디바이스를 구성하는 적층된 기능층(21)은 박리되지 않고, 디바이스의 품질을 저하시키지 않는다.
여기서, 반도체 웨이퍼(2)를 구성하는 기능층(21)에 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성되는 2개의 볼록부(24, 24)에서의 절삭 블레이드(423)에 의한 절삭에 의해 생기는 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과에 관한 실험예에 관해 설명한다.
실험예
[실험예 : 1]
상기 볼록부 형성 공정의 가공 조건에서의 레이저 광선의 파장, 반복 주파수, 집광 스폿 직경, 가공 이송 속도를 상기와 같이 고정하고, 평균 출력을 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 W로 변화시켜 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성되는 2개의 볼록부(24, 24)를 형성했다.
평균 출력 0.1 W, 0.2 W에 있어서는, 기능층의 융기는 보이지 않고, 절삭 블레이드에 의한 분할 예정 라인(211)을 따른 절삭에 의해 생기는 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과는 없었다.
평균 출력 0.3 W에 있어서, 2 ㎛ 정도의 기능층의 융기가 보이고, 절삭 블레이드에 의한 분할 예정 라인(211)을 따른 절삭에 의해 생기는 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과가 있었다.
평균 출력 0.4 W∼0.7 W에 있어서, 3∼5 ㎛의 기능층의 융기가 보이고, 절삭 블레이드에 의한 분할 예정 라인(211)을 따른 절삭에 의해 생기는 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과가 있었다.
평균 출력 0.8 W에 있어서, 기능층의 융기가 파괴되고, 펄스 레이저 광선이 기판의 상면에 조사되어 약간의 크랙이 발생했다. 그러나, 절삭 블레이드에 의한 분할 예정 라인(211)을 따른 절삭에 의해 생기는 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과는 보이고, 디바이스의 항절 강도의 저하는 없었다.
평균 출력이 0.9 W를 초과하면, 기능층의 융기가 파괴되고, 펄스 레이저 광선이 기판의 상면에 조사되어 보이드 및 크랙이 발생했다. 그러나, 절삭 블레이드에 의한 분할 예정 라인(211)을 따른 절삭에 의해 생기는 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과는 보였지만 디바이스의 항절 강도는 저하되었다.
따라서, 펄스 레이저 광선의 1펄스당 에너지는, 0.3 W/80 MHz∼0.8 W/80 MHz, 즉, 4(3.75)∼10 nJ로 설정하는 것이 바람직하다.
[실험예 : 2]
상기 볼록부 형성 공정의 가공 조건에서의 레이저 광선의 파장, 반복 주파수, 집광 스폿 직경을 상기와 같이 고정하고, 가공 이송 속도를 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 440, 460, 480, 500, 520, 540, 560, 580, 600, 620, 640, 660, 680, 700 mm/초로 변화시켜 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성되는 2개의 볼록부(24, 24)를 형성했다.
가공 이송 속도 260∼300 mm/초에 있어서는, 2개의 볼록부(24, 24)가 부분적으로 파괴되고, 절삭 블레이드에 의한 분할 예정 라인(211)을 따른 절삭에 있어서 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과는 있었지만, 부분적으로 기판에 크랙이 생성되어 디바이스의 항절 강도가 저하되었다.
가공 이송 속도 320∼640 mm/초에 있어서는, 양호한 2개의 볼록부(24, 24)가 형성되고, 절삭 블레이드에 의한 분할 예정 라인(211)을 따른 절삭에 의해 생기는 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과가 있었다.
가공 이송 속도가 640 mm/초를 초과하면, 2개의 볼록부(24, 24)가 부분적으로 도중에 끊겨, 절삭 블레이드에 의한 분할 예정 라인(211)을 따른 절삭에 의해 생기는 기능층(21)의 박리를 억제하는 효과가 부분적으로 없었다.
상기 실험 결과에서, 집광 스폿 직경이 φ10 ㎛인 레이저 광선을 조사하는 경우, 가공 이송 속도는 320∼640 mm/초로 설정하는 것이 바람직하고, 이 때, 레이저 광선의 스폿과 스폿의 간격은 4∼8 nm이다. 따라서, 상기 볼록부 형성 공정에서의 레이저 광선의 스폿과 스폿의 간격은 4∼8 nm로 설정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 반도체 웨이퍼(2)를 2개의 볼록부(24, 24) 사이에 끼워진 영역을 따라서 분할하는 분할 공정의 제2 실시형태에 관해, 도 9를 참조하여 설명한다. 이 분할 공정의 제2 실시형태는, 상기 도 3 및 도 4에 나타내는 레이저 가공 장치(3)를 이용하여 실시한다.
레이저 가공 장치(3)를 이용하여 분할 공정을 실시하기 위해서는, 상기 볼록부 형성 공정을 실시한 상태로부터, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이 척테이블(31)을 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(32)의 집광기(324)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 반도체 웨이퍼(2)에 형성된 미리 정해진 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부의 일단(도 9의 (a)에 있어서 좌단)이 집광기(324)의 바로 아래에 위치하도록 위치 부여한다. 다음으로, 레이저 광선 조사 수단(32)의 집광기(324)로부터 반도체 웨이퍼(2)를 구성하는 기판(20)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척테이블(31)을 도 9의 (a)에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부의 타단(도 9의 (b)에 있어서 우단)이 집광기(324)의 바로 아래 위치에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지함과 함께 척테이블(61)의 이동을 정지한다.
전술한 레이저 가공 공정을 실시함으로써, 반도체 웨이퍼(2)를 구성하는 기판(20)은 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부를 따라서 형성되는 레이저 가공홈(26)에 의해 절단된다(레이저 가공홈 형성 공정).
또, 상기 레이저 가공홈 형성 공정은, 예컨대 이하의 가공 조건으로 행해진다.
레이저 광선의 파장 : 355 nm
반복 주파수 : 50 MHz
평균 출력 : 3 W
집광 스폿 직경 : φ10 ㎛
가공 이송 속도 : 100 mm/초
전술한 레이저 가공홈 형성 공정을 반도체 웨이퍼(2)에 형성된 모든 분할 예정 라인(211)을 따라서 형성된 2개의 볼록부(24, 24)의 중간부를 따라서 실시함으로써, 반도체 웨이퍼(2)는 분할 예정 라인(211)을 따라서 절단되어 개개의 디바이스(212)로 분할된다(분할 공정). 이와 같이 분할 공정을 실시할 때에는, 상기 볼록부 형성 공정을 실시함으로써 반도체 웨이퍼(2)를 구성하는 기능층(21)에는 분할 예정 라인(211)을 따라서 2개의 볼록부(24, 24)가 형성되어 있기 때문에, 2개의 볼록부(24, 24)에 의해 레이저 광선에 의한 파괴력이 디바이스(212)측에 이르지 않도록 억제되어, 디바이스를 구성하는 적층된 기능층(21)은 박리되지 않고, 디바이스의 품질을 저하시키지 않는다.
2 : 반도체 웨이퍼
3 : 레이저 가공 장치
31 : 레이저 가공 장치의 척테이블
32 : 레이저 광선 조사 수단
324 : 집광기
33 : 촬상 수단
4 : 절삭 장치
41 : 절삭 장치의 척테이블
42 : 절삭 수단
423 : 절삭 블레이드
43 : 촬상 수단
F : 고리형의 프레임
T : 다이싱 테이프

Claims (6)

  1. 기판의 표면에 적층된 기능층에 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼의 가공 방법에 있어서,
    웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 미리 정해진 간격을 두고 레이저 광선을 조사하고, 기능층을 분할 예정 라인을 따라서 융기시킴으로써 2개의 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정과,
    상기 볼록부 형성 공정이 실시된 웨이퍼를 2개의 볼록부 사이에 끼워진 영역을 따라서 분할하는 분할 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 볼록부 형성 공정에 있어서는, 레이저 광선의 출력이 기능층만을 팽창시키는 출력으로 설정되어 있는 것인 웨이퍼의 가공 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 볼록부 형성 공정에서의 레이저 광선의 출력은, 레이저 광선의 1펄스당 에너지가 4∼10 nJ로 설정되어 있는 것인 웨이퍼의 가공 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 볼록부 형성 공정에서의 레이저 광선의 스폿과 스폿의 간격은, 4∼8 nm로 설정되어 있는 것인 웨이퍼의 가공 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분할 공정은, 2개의 볼록부 사이에 끼워진 영역에 절삭 블레이드를 위치 부여하여 분할 예정 라인을 따라서 웨이퍼를 절단하는 것인 웨이퍼의 가공 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분할 공정은, 2개의 볼록부 사이에 끼워진 영역에 레이저 광선을 조사하여 분할 예정 라인을 따라서 웨이퍼를 절단하는 것인 웨이퍼의 가공 방법.
KR1020160003576A 2015-01-16 2016-01-12 웨이퍼의 가공 방법 KR102367001B1 (ko)

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