KR20190062182A - 웨이퍼의 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 웨이퍼의 내부에서 반사, 산란된 레이저 빔에 의한 디바이스의 파괴를 방지할 수 있는 새로운 웨이퍼의 가공 방법을 제공한다.
(해결 수단) 웨이퍼의 가공 방법으로서, 분할 예정 라인을 따른 개질층을 웨이퍼의 내부에 형성하는 개질층 형성 스텝과, 웨이퍼에 힘을 부여하여 개질층을 기점으로 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 분할하는 분할 스텝을 포함하고, 개질층 형성 스텝은, 왕로 개질층 형성 스텝과, 복로 개질층 형성 스텝과, 왕로 개질층 형성 스텝의 후이면서 복로 개질층 형성 스텝의 전, 또는 복로 개질층 형성 스텝의 후이면서 왕로 개질층 형성 스텝의 전에, 웨이퍼에 조사되는 그 레이저 빔의 위상의 분포가 X 축 방향에 있어서 반전하도록 그 위상 시프트 마스크를 반전시키는 위상 시프트 마스크 반전 스텝을 포함한다.

Description

웨이퍼의 가공 방법{METHOD FOR PROCESSING WAFER}
본 발명은, 웨이퍼의 내부를 투과성의 레이저 빔으로 개질하는 웨이퍼의 가공 방법에 관한 것이다.
휴대 전화기나 퍼스널 컴퓨터로 대표되는 전자 기기에서는, 집적 회로 등의 디바이스를 포함하는 디바이스 칩이 필수 구성 요소로 되어 있다. 디바이스 칩은, 예를 들어, 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 웨이퍼의 표면측을 복수의 분할 예정 라인 (스트리트) 으로 구획하고, 각 영역에 디바이스를 형성한 후, 이 분할 예정 라인을 따라 웨이퍼를 분할함으로써 얻어진다.
웨이퍼를 분할하는 방법의 하나로서, 웨이퍼의 이면측으로부터 투과성의 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼의 내부에 집광시킴으로써, 이 웨이퍼의 내부를 개질하여, 다른 영역에 비해 무른 개질층 (개질 영역) 을 형성하는 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 분할 예정 라인을 따라 개질층을 형성한 후에 웨이퍼에 힘을 가하면, 이 개질층을 기점으로 웨이퍼를 복수의 디바이스 칩으로 분할할 수 있다.
일본 공개특허공보 2002-192370호
상기 서술한 방법에서는, 웨이퍼를 투과하는 파장의 레이저 빔을 사용하므로, 웨이퍼의 이면측으로부터 조사된 레이저 빔의 일부가 흡수되지 않고 웨이퍼의 표면측에까지 도달한다. 따라서, 예를 들어, 미세한 크랙이 개질층으로부터 불규칙하게 신전되어 있는 경우에는, 이 크랙에 의해 반사, 산란된 레이저 빔이 표면측의 디바이스에 도달하여, 디바이스를 파괴해 버리는 경우가 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 웨이퍼의 내부에서 반사, 산란된 레이저 빔에 의한 디바이스의 파괴를 방지할 수 있는 새로운 웨이퍼의 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 웨이퍼를 유지하는 유지 수단과, 그 유지 수단에 유지된 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 빔 조사 수단과, 그 유지 수단과 그 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 X 축 방향으로 이동시키는 가공 이송 수단을 구비한 레이저 가공 장치를 사용하여, 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 표면측의 각 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼의 가공 방법으로서, 그 레이저 빔 조사 수단은, 그 레이저 빔을 펄스 발진하는 발진기와, 그 발진기가 발진하는 그 레이저 빔을 집광하여 웨이퍼에 조사하는 집광기와, 그 발진기와 그 집광기 사이에 배치되고, 그 웨이퍼에 조사되는 그 레이저 빔의 강도 분포가 X 축 방향에서 분리된 2 개의 피크를 갖도록, 그 집광기로 유도되는 그 레이저 빔의 일부와 나머지 일부 사이에 180 도의 위상차를 형성하는 위상 시프트 마스크를 포함하고, 그 레이저 빔을 웨이퍼의 내부에 집광시키는 조건으로 웨이퍼의 이면측으로부터 웨이퍼의 그 분할 예정 라인에 대응하는 영역에 그 레이저 빔을 조사하면서, 그 유지 수단과 그 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 X 축 방향으로 이동시켜, 그 분할 예정 라인을 따른 개질층을 웨이퍼의 내부에 형성하는 개질층 형성 스텝과, 그 개질층 형성 스텝을 실시한 후에, 웨이퍼에 힘을 부여하여 그 개질층을 기점으로 웨이퍼를 그 분할 예정 라인을 따라 분할하는 분할 스텝을 구비하고, 그 개질층 형성 스텝은, 그 유지 수단에 대하여 그 레이저 빔 조사 수단을 그 X 축 방향의 일방측으로 상대적으로 이동시키면서 웨이퍼에 그 레이저 빔을 조사하는 왕로 개질층 형성 스텝과, 그 유지 수단에 대하여 그 레이저 빔 조사 수단을 그 X 축 방향의 타방측으로 상대적으로 이동시키면서 웨이퍼에 그 레이저 빔을 조사하는 복로 개질층 형성 스텝과, 왕로 개질층 형성 스텝의 후이면서 복로 개질층 형성 스텝의 전, 또는 복로 개질층 형성 스텝의 후이면서 왕로 개질층 형성 스텝의 전에, 그 웨이퍼에 조사되는 그 레이저 빔의 위상의 분포가 X 축 방향에 있어서 반전하도록 그 위상 시프트 마스크를 반전시키는 위상 시프트 마스크 반전 스텝을 포함하는 웨이퍼의 가공 방법이 제공된다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 그 왕로 개질층 형성 스텝에서는, 그 위상 시프트 마스크에 의해, 그 X 축 방향의 타방측의 그 피크를 형성하는 그 레이저 빔의 위상을, 그 X 축 방향의 일방측의 그 피크를 형성하는 그 레이저 빔의 위상에 대하여 180 도 지연시키고, 그 복로 개질층 형성 스텝에서는, 그 위상 시프트 마스크에 의해, 그 X 축 방향의 일방측의 그 피크를 형성하는 그 레이저 빔의 위상을, 그 X 축 방향의 타방측의 그 피크를 형성하는 그 레이저 빔의 위상에 대하여 180 도 지연시켜도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 있어서, 그 발진기가 발진하는 그 레이저 빔의 파장은 1300 ㎚ 이상 1400 ㎚ 이하여도 된다.
본 발명의 일 양태에 관련된 웨이퍼의 가공 방법에서는, 위상 시프트 마스크를 포함하는 레이저 빔 조사 수단을 사용하여, X 축 방향에서 분리된 2 개의 피크를 갖는 강도 분포의 레이저 빔을 웨이퍼에 조사한다. 이로써, 웨이퍼의 내부에서 반사, 산란된 레이저 빔에 의한 디바이스의 파괴를 방지할 수 있다.
레이저 빔의 2 개의 피크에 의해 크랙이 신전되는 방향을 제어함으로써, 개질층으로부터 불규칙한 방향으로 크랙이 신전될 가능성을 낮게 억제하고, 이 불규칙한 크랙에 의한 레이저 빔의 반사, 산란을 억제하여, 디바이스의 파괴를 방지할 수 있는 것이다.
또, 본 발명의 일 양태에 관련된 웨이퍼의 가공 방법에서는, 왕로 개질층 형성 스텝의 후이면서 복로 개질층 형성 스텝의 전, 또는 복로 개질층 형성 스텝의 후이면서 왕로 개질층 형성 스텝의 전에, 웨이퍼에 조사되는 레이저 빔의 위상의 분포가 X 축 방향에 있어서 반전하도록 위상 시프트 마스크를 반전시킨다. 이로써, 유지 수단과 레이저 빔 조사 수단의 상대적인 이동의 방향이 바뀌어도, 웨이퍼를 일정한 가공 조건으로 양호한 정밀도로 가공할 수 있다.
도 1 은, 레이저 가공 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 레이저 빔 조사 유닛의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3(A) 는, 위상 시프트 마스크의 구성예를 모식적으로 나타내는 평면도이고, 도 3(B) 는, 위상 시프트 마스크의 구성예를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 4 는, 위상 시프트 마스크 등을 통과하는 레이저 빔의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는, 웨이퍼 등의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 6(A) 및 도 6(B) 는, 왕로 개질층 형성 스텝에서 웨이퍼의 내부에 개질층이 형성되는 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 7 은, 왕로 개질층 형성 스텝에서 형성되는 개질층의 배치 등을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 8 은, 위상 시프트 마스크 반전 스텝에서 위상 시프트 마스크가 반전된 후의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9(A) 및 도 9(B) 는, 복로 개질층 형성 스텝에서 웨이퍼의 내부에 개질층이 형성되는 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 양태에 관련된 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관련된 웨이퍼의 가공 방법은, 개질층 형성 스텝과, 분할 스텝을 포함한다. 개질층 형성 스텝에서는, X 축 방향에서 분리된 2 개의 피크를 갖는 강도 분포의 레이저 빔을 웨이퍼에 조사하여, 분할 예정 라인을 따른 개질층 (개질 영역) 을 웨이퍼의 내부에 형성한다. 분할 스텝에서는, 이 개질층을 기점으로 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 분할한다. 이하, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼의 가공 방법에 대해 상세히 서술한다.
도 1 은, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼의 가공 방법에 사용되는 레이저 가공 장치 (2) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치 (2) 는, 각 구성 요소가 탑재되는 기대 (基臺) (4) 를 구비하고 있다. 기대 (4) 의 상면에는, 웨이퍼 (11) (도 5 등 참조) 를 흡인, 유지하는 척 테이블 (유지 수단) (6) 을 X 축 방향 (가공 이송 방향) 및 Y 축 방향 (산출 이송 방향) 으로 이동시키는 수평 이동 기구 (가공 이송 수단, 산출 이송 수단) (8) 가 형성되어 있다.
수평 이동 기구 (8) 는, 기대 (4) 의 상면에 고정되고 X 축 방향과 대체로 평행한 1 쌍의 X 축 가이드 레일 (10) 을 구비하고 있다. X 축 가이드 레일 (10) 에는, X 축 이동 테이블 (12) 이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. X 축 이동 테이블 (12) 의 이면측 (하면측) 에는, 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 너트부에는, X 축 가이드 레일 (10) 과 대체로 평행한 X 축 볼 나사 (14) 가 나사 결합되어 있다.
X 축 볼 나사 (14) 의 일단부에는, X 축 펄스 모터 (16) 가 연결되어 있다. X 축 펄스 모터 (16) 에 의해 X 축 볼 나사 (14) 를 회전시킴으로써, X 축 이동 테이블 (12) 은, X 축 가이드 레일 (10) 을 따라 X 축 방향으로 이동한다. X 축 가이드 레일 (10) 에 인접하는 위치에는, X 축 방향에 있어서 X 축 이동 테이블 (12) 의 위치를 검출하는 X 축 위치 검출 센서 (도시 생략) 가 형성되어 있다.
X 축 이동 테이블 (12) 의 표면 (상면) 에는, Y 축 방향과 대체로 평행한 1 쌍의 Y 축 가이드 레일 (18) 이 고정되어 있다. Y 축 가이드 레일 (18) 에는, Y 축 이동 테이블 (20) 이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. Y 축 이동 테이블 (20) 의 이면측 (하면측) 에는, 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 너트부에는, Y 축 가이드 레일 (18) 과 대체로 평행한 Y 축 볼 나사 (22) 가 나사 결합되어 있다.
Y 축 볼 나사 (22) 의 일단부에는, Y 축 펄스 모터 (24) 가 연결되어 있다. Y 축 펄스 모터 (24) 에 의해 Y 축 볼 나사 (22) 를 회전시킴으로써, Y 축 이동 테이블 (20) 은 Y 축 가이드 레일 (18) 을 따라 Y 축 방향으로 이동한다. Y 축 가이드 레일 (18) 에 인접하는 위치에는, Y 축 방향에 있어서 Y 축 이동 테이블 (20) 의 위치를 검출하는 Y 축 위치 검출 센서 (도시 생략) 가 형성되어 있다.
Y 축 이동 테이블 (20) 의 표면측 (상면측) 에는, 테이블 마운트 (26) 가 형성되어 있고, 이 테이블 마운트 (26) 의 상부에는, 커버 (28) 를 개재하여 척 테이블 (6) 이 배치되어 있다. 척 테이블 (6) 의 상면의 일부는, 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) (도 5 등 참조) 측을 흡인, 유지하는 유지면 (6a) 으로 되어 있다.
유지면 (6a) 은, 척 테이블 (6) 의 내부에 형성된 흡인로 (도시 생략) 등을 통해 이젝터 등의 흡인원 (도시 생략) 에 접속되어 있다. 또, 유지면 (6a) 의 주위에는, 웨이퍼 (11) 를 지지하는 환상의 프레임 (19) (도 5 등 참조) 을 사방으로부터 고정시키기 위한 4 개의 클램프 (6b) 가 형성되어 있다. 테이블 마운트 (26) 에는, 회전 구동원 (도시 생략) 이 연결되어 있고, 척 테이블 (6) 은, 이 회전 구동원에 의해 Z 축 방향 (연직 방향) 과 대체로 평행한 회전축의 둘레로 회전한다.
수평 이동 기구 (8) 의 후방에는, 지지 구조 (30) 가 형성되어 있다. 지지 구조 (30) 는, 기둥상의 기둥부 (30a) 와, 기둥부 (30a) 의 상단으로부터 Y 축 방향의 수평 이동 기구 (8) 측으로 돌출된 아암부 (30b) 를 포함한다. 예를 들어, 이 아암부 (30b) 의 선단측에는, 레이저 빔을 펄스 발진하여 척 테이블 (6) 상의 웨이퍼 (11) 에 조사하는 레이저 빔 조사 유닛 (레이저 빔 조사 수단) (32) 이 형성되어 있다.
레이저 빔 조사 유닛 (32) 에 인접하는 위치에는, 척 테이블 (6) 에 유지된 웨이퍼 (11) 등을 촬상하는 카메라 (34) 가 형성되어 있다. 카메라 (34) 로 웨이퍼 (11) 등을 촬상하여 형성된 화상은, 예를 들어, 웨이퍼 (11) 와 레이저 빔 조사 유닛 (32) 의 위치 등을 조정할 때에 사용된다.
척 테이블 (6), 수평 이동 기구 (8) (특히, X 축 펄스 모터 (16) 및 Y 축 펄스 모터 (24)), 레이저 빔 조사 유닛 (32), 카메라 (34) 등의 구성 요소는, 제어 유닛 (도시 생략) 에 접속되어 있다. 제어 유닛은, 웨이퍼 (11) 가 적절히 가공되도록, 각 구성 요소의 동작을 제어한다.
도 2 는, 레이저 빔 조사 유닛 (32) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 레이저 빔 조사 유닛 (32) 은, 웨이퍼 (11) 에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔 (L) 을 펄스 발진하는 발진기 (36) 를 포함한다. 발진기 (36) 에 인접하는 위치에는, 발진기 (36) 에서 발진된 레이저 빔 (L) 의 광량을 조정하는 조정기 (38) 가 배치되어 있다.
조정기 (38) 에 의해 광량이 조정된 레이저 빔 (L) 은, 예를 들어, 미러 (40) 에 의해 반사된 후에, 위상 시프트 마스크 (42) 에 입사된다. 도 3(A) 는, 위상 시프트 마스크 (42) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 평면도이고, 도 3(B) 는, 위상 시프트 마스크 (42) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 3(A) 및 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 위상 시프트 마스크 (42) 는, 예를 들어, 소정 두께의 제 1 영역 (44) 과, 제 1 영역 (44) 보다 두꺼운 제 2 영역 (46) 을 포함하는 원반상으로 형성된 레벤슨 마스크이다. 제 1 영역 (44) 과 제 2 영역 (46) 의 경계 (42a) 는, 예를 들어, 위상 시프트 마스크 (42) 의 직경 방향으로 설정되어 있다.
제 1 영역 (44) 과 제 2 영역 (46) 의 두께의 차 (Δ) 는, 제 1 영역 (44) 을 통과하는 레이저 빔 (L) 과, 제 2 영역 (46) 을 통과하는 레이저 빔 (L) 사이에 180 도 (π) 의 위상차를 형성할 수 있도록 조정된다. 여기서, 공기의 굴절률을 n1, 위상 시프트 마스크 (42) 를 구성하는 재료의 굴절률을 n2, 진공 중에서의 광의 파장을 λ 라고 하면, 광의 위상이 180 도 (π) 엇갈리는 조건은, n1Δ－n2Δ = (2m－1)·λ·π/2π (단, m 은 양의 정수) 로 나타낸다.
따라서, 예를 들어, 레이저 빔 (L) 의 파장이 1064 ㎚ 이고, 위상 시프트 마스크 (42) 를 구성하는 재료가 석영 유리인 경우, 20 ℃, 1 기압, 1064 ㎚ 의 파장에 있어서, 공기의 굴절률이 약 1.00, 석영 유리의 굴절률이 약 1.45 인 것을 고려하면, 두께의 차 (Δ) 는, 약 1180(2m－1) (㎚) 가 된다. 즉, Δ 는, 약 1.18 ㎛, 약 3.54 ㎛, 약 5.90 ㎛ 등이다.
마찬가지로, 예를 들어, 레이저 빔 (L) 의 파장이 1342 ㎚ 이고, 위상 시프트 마스크 (42) 를 구성하는 재료가 석영 유리인 경우, 20 ℃, 1 기압, 1342 ㎚ 의 파장에 있어서, 공기의 굴절률이 약 1.00, 석영 유리의 굴절률이 약 1.45 인 것을 고려하면, 두께의 차 (Δ) 는, 약 1490(2m－1) (㎚) 가 된다. 즉, Δ 는, 약 1.49 ㎛, 약 4.47 ㎛, 약 7.45 ㎛ 등이다.
도 4 는, 위상 시프트 마스크 (42) 등을 통과하는 레이저 빔 (L) 의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔 (L) 은, 위상 시프트 마스크 (42) 를 통과함으로써, 180 도 (π) 의 위상차가 있는 제 1 레이저 빔 (L1) 과 제 2 레이저 빔 (L2) 으로 나누어진다. 보다 상세하게는, 두꺼운 제 2 영역 (46) 을 통과한 제 2 레이저 빔 (L2) 의 위상이, 얇은 제 1 영역 (44) 을 통과한 제 1 레이저 빔 (L1) 의 위상에 대하여 180 도 (π) 지연된 상태가 된다.
위상 시프트 마스크 (42) 를 통과한 레이저 빔 (L) (제 1 레이저 빔 (L1) 및 제 2 레이저 빔 (L2)) 은, 각각, 렌즈 (48) 에 의해 집광된다. 제 1 레이저 빔 (L1) 과 제 2 레이저 빔 (L2) 사이에는, 180 도 (π) 의 위상차가 있으므로, 제 1 레이저 빔 (L1) 및 제 2 레이저 빔 (L2) 은, 위상 시프트 마스크 (42) 의 경계 (42a) 에 대응하는 영역 (제 1 레이저 빔 (L1) 과 제 2 레이저 빔 (L2) 의 경계 부근) 에서 서로 약화시킨다.
그 결과, 제 1 레이저 빔 (L1) 및 제 2 레이저 빔 (L2) 은, 렌즈 (48) 에 의해 2 개의 피크 (P1, P2) 를 갖도록 집광된다. 즉, 렌즈 (48) 에 의해 집광되는 레이저 빔 (L) 의 강도 분포는, 서로 분리된 2 개의 피크 (P1, P2) 를 갖게 된다. 본 실시형태의 레이저 가공 장치 (2) 에서는, 이 2 개의 피크 (P1, P2) 가 X 축 방향을 따라 배열되도록 위상 시프트 마스크 (42) 의 방향 등이 조정된다.
도 5 는, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼의 가공 방법으로 가공되는 웨이퍼 (11) 등의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 웨이퍼 (11) 는, 예를 들어, 실리콘 등의 반도체 재료로 원반상으로 형성되어 있다. 이 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 측은, 교차하는 복수의 분할 예정 라인 (스트리트) (13) 에 의해 복수의 영역으로 구획되어 있고, 각 영역에는, IC (Integrated Circuit) 등의 디바이스 (15) 가 형성되어 있다.
또, 이 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 측에는, 웨이퍼 (11) 보다 직경이 큰 점착 테이프 (다이싱 테이프) (17) 가 첩부되어 있다. 점착 테이프 (17) 의 외주 부분에는, 환상의 프레임 (19) 이 고정되어 있고, 웨이퍼 (11) 의 이면 (11b) 측이 노출되어 있다. 요컨대, 웨이퍼 (11) 는, 점착 테이프 (17) 를 통해 프레임 (19) 에 지지되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 원반상의 웨이퍼 (11) 를 사용하지만, 웨이퍼 (11) 의 재질, 형상, 구조, 크기 등에 제한은 없다. 예를 들어, 다른 반도체, 세라믹스, 수지, 금속 등의 재료로 이루어지는 기판을 웨이퍼 (11) 로 할 수도 있다. 또, 디바이스 (15) 의 종류, 수량, 형상, 구조, 크기, 배치 등에도 제한은 없다.
본 실시형태에 관련된 웨이퍼의 가공 방법에서는, 먼저, 상기 서술한 웨이퍼 (11) 의 내부에 개질층 (개질 영역) 을 형성하는 개질층 형성 스텝을 실시한다. 이 개질층 형성 스텝은, 유지 스텝과, 왕로 개질층 형성 스텝과, 위상 시프트 마스크 반전 스텝과, 복로 개질층 형성 스텝을 포함하고 있다.
유지 스텝에서는, 상기 서술한 레이저 가공 장치 (2) 의 척 테이블 (6) 에 의해 웨이퍼 (11) 를 흡인, 유지한다. 구체적으로는, 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 측에 첩부되어 있는 점착 테이프 (17) 를 척 테이블 (6) 의 유지면 (6a) 에 접촉시키고, 흡인원의 부압을 작용시킨다. 아울러, 척 테이블 (6) 의 클램프 (6b) 에 의해 프레임 (19) 을 고정시킨다. 이로써, 웨이퍼 (11) 는, 이면 (11b) 측이 상방으로 노출된 상태로 척 테이블 (6) 에 흡인, 유지된다.
유지 스텝 후에는, 예를 들어, 왕로 개질층 형성 스텝을 실시한다. 도 6(A) 및 도 6(B) 는, 왕로 개질층 형성 스텝에서 웨이퍼 (11) 의 내부에 개질층 (21) 이 형성되는 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이고, 도 7 은, 개질층 (21) 의 배치 등을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 왕로 개질층 형성 스텝에서는, 먼저, 척 테이블 (6) 을 회전시켜, 예를 들어, 대상이 되는 분할 예정 라인 (13) 을 X 축 방향에 대하여 평행하게 한다.
다음으로, 척 테이블 (6) 을 이동시켜, 가공의 대상이 되는 분할 예정 라인 (13) 의 연장선 상에 레이저 빔 조사 유닛 (32) 의 사출구의 위치를 맞춘다. 그리고, 도 6(A) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔 조사 유닛 (32) 으로부터 웨이퍼 (11) 에 레이저 빔 (L) (제 1 레이저 빔 (L1) 및 제 2 레이저 빔 (L2)) 을 조사하면서, 척 테이블 (6) 을 X＋ 측 (X 축 방향의 타방측) 으로 이동시킨다.
바꾸어 말하면, 레이저 빔 조사 유닛 (32) 으로부터 웨이퍼 (11) 에 레이저 빔 (L) 을 조사하면서, 척 테이블 (6) 에 대하여 레이저 빔 조사 유닛 (32) 을 X－ 측 (X 축 방향의 일방측) 으로 상대적으로 이동시킨다.
또, 레이저 빔 (L) 이 웨이퍼 (11) 의 내부에 집광되도록, 레이저 빔 조사 유닛 (32) 을 조정, 제어해 둔다. 이와 같이, 웨이퍼 (11) 에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔 (L) 을 웨이퍼 (11) 의 내부에 집광시킴으로써, 레이저 빔 (L) 이 집광된 영역 (즉, 피크 (P1, P2)) 및 그 근방에서 웨이퍼 (11) 를 다광자 흡수에 의해 개질하여, 분할의 기점이 되는 개질층 (21) (개질층 (21a, 21b)) 을 형성할 수 있다.
구체적인 가공 조건은, 예를 들어, 다음과 같다.
레이저 빔 (L) 의 파장 : 1064 ㎚ 또는 1342 ㎚
반복 주파수 : 90 ㎑
척 테이블 (6) 의 이송 속도 (가공 이송 속도) : 500 ㎜/s
렌즈 (48) 의 개구수 (NA) : 0.7
1 펄스당 레이저 빔 (L) 의 에너지 : 12 μJ
피크 (P1) 와 피크 (P2) 의 간격 : 1 ㎛ ∼ 2 ㎛
단, 가공 조건에 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 실리콘 등의 반도체 재료로 형성된 웨이퍼 (11) 를 가공하는 경우에는, 900 ㎚ 이상 1500 ㎚ 이하, 바람직하게는 1000 ㎚ 이상 1100 ㎚ 이하 또는 1300 ㎚ 이상 1400 ㎚ 이하의 다른 파장의 레이저 빔 (L) 을 사용할 수도 있다. 도 6(B) 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 가공의 대상이 되는 분할 예정 라인 (13) 을 따라 개질층 (21) 이 형성되면, 왕로 개질층 형성 스텝은 종료한다.
본 실시형태의 왕로 개질층 형성 스텝에서는, 도 6(A) 에 나타내는 바와 같이, X＋ 측 (X 축 방향의 타방측) 의 피크 (P2) 를 형성하는 제 2 레이저 빔 (L2) 의 위상을, X－ 측 (X 축 방향의 일방측) 의 피크 (P1) 를 형성하는 제 1 레이저 빔 (L1) 의 위상에 대하여 180 도 (π) 지연시키도록, 위상 시프트 마스크 (42) 의 방향 등이 조정되어 있다. 이로써, 웨이퍼 (11) 의 내부에서 반사, 산란된 레이저 빔 (L) (제 1 레이저 빔 (L1) 및 제 2 레이저 빔 (L2)) 에 의한 디바이스 (15) 의 파괴를 방지할 수 있다.
레이저 빔의 2 개의 피크 (P1, P2) 에 의해 크랙이 신전되는 방향을 제어함으로써, 개질층 (21) 으로부터 불규칙한 방향으로 크랙이 신전될 가능성을 낮게 억제하고, 이 불규칙한 크랙에 의한 레이저 빔 (L) 의 반사, 산란을 억제하여, 디바이스 (15) 의 파괴를 방지할 수 있는 것이다.
왕로 개질층 형성 스텝 후에는, 웨이퍼 (11) 에 조사되는 레이저 빔 (L) 의 위상의 분포가 X 축 방향에 있어서 반전하도록 위상 시프트 마스크 (42) 를 반전시키는 위상 시프트 마스크 반전 스텝을 실시한다. 도 8 은, 위상 시프트 마스크 반전 스텝에서 위상 시프트 마스크 (42) 가 반전된 후의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이 위상 시프트 마스크 반전 스텝에서는, 예를 들어, 레이저 빔 (L) 의 진행 방향에 평행한 회전축의 둘레로 위상 시프트 마스크 (42) 를 180 도 회전시켜, 웨이퍼 (11) 에 조사되는 레이저 빔 (L) 의 위상의 분포를 X 축 방향에 있어서 반전시킨다. 그 결과, 도 8 에 나타내는 바와 같이, X－ 측 (X 축 방향의 일방측) 의 피크 (P2) 를 형성하는 제 2 레이저 빔 (L2) 의 위상이, X＋ 측 (X 축 방향의 타방측) 의 피크 (P1) 를 형성하는 제 1 레이저 빔 (L1) 의 위상에 대하여 180 도 (π) 지연되게 된다.
위상 시프트 마스크 반전 스텝 후에는, 복로 개질층 형성 스텝을 실시한다. 도 9(A) 및 도 9(B) 는, 복로 개질층 형성 스텝에서 웨이퍼 (11) 의 내부에 개질층 (21) 이 형성되는 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다. 복로 개질층 형성 스텝에서는, 먼저, 척 테이블 (6) 을 이동시켜, 가공의 대상이 되는 분할 예정 라인 (13) (예를 들어, 왕로 개질층 형성 스텝에서 가공의 대상으로 한 분할 예정 라인 (13) 에 인접하는 분할 예정 라인 (13)) 의 연장선 상에 레이저 빔 조사 유닛 (32) 의 사출구의 위치를 맞춘다.
그리고, 도 9(A) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔 조사 유닛 (32) 으로부터 웨이퍼 (11) 에 레이저 빔 (L) (제 1 레이저 빔 (L1) 및 제 2 레이저 빔 (L2)) 을 조사하면서, 척 테이블 (6) 을 X－ 측 (X 축 방향의 일방측) 으로 이동시킨다. 바꾸어 말하면, 레이저 빔 조사 유닛 (32) 으로부터 웨이퍼 (11) 에 레이저 빔 (L) 을 조사하면서, 척 테이블 (6) 에 대하여 레이저 빔 조사 유닛 (32) 을 X＋ 측 (X 축 방향의 타방측) 으로 상대적으로 이동시킨다.
또, 레이저 빔 (L) 이 웨이퍼 (11) 의 내부에 집광되도록, 레이저 빔 조사 유닛 (32) 을 조정, 제어해 둔다. 이와 같이, 웨이퍼 (11) 에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔 (L) 을 웨이퍼 (11) 의 내부에 집광시킴으로써, 레이저 빔 (L) 이 집광된 영역 (즉, 피크 (P1, P2)) 및 그 근방에서 웨이퍼 (11) 를 다광자 흡수에 의해 개질하여, 분할의 기점이 되는 개질층 (21) (개질층 (21a, 21b)) 을 형성할 수 있다.
구체적인 가공 조건은, 왕로 개질층 형성 스텝과 동일하면 된다. 단, 가공 조건에 특별한 제한은 없다. 도 9(B) 에 나타내는 바와 같이, 가공의 대상이 되는 분할 예정 라인 (13) 을 따라 개질층 (21) 이 형성되면, 복로 개질층 형성 스텝은 종료한다.
본 실시형태의 복로 개질층 형성 스텝에서는, 도 9(A) 에 나타내는 바와 같이, X－ 측 (X 축 방향의 일방측) 의 피크 (P2) 를 형성하는 제 2 레이저 빔 (L2) 의 위상을, X＋ 측 (X 축 방향의 타방측) 의 피크 (P1) 를 형성하는 제 1 레이저 빔 (L1) 의 위상에 대하여 180 도 (π) 지연시키도록, 위상 시프트 마스크 (42) 의 방향 등이 조정되어 있다. 이로써, 웨이퍼 (11) 의 내부에서 반사, 산란된 레이저 빔 (L) (제 1 레이저 빔 (L1) 및 제 2 레이저 빔 (L2)) 에 의한 디바이스 (15) 의 파괴를 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼의 가공 방법에서는, 왕로 개질층 형성 스텝 후, 복로 개질층 형성 스텝의 전에, 위상 시프트 마스크 반전 스텝을 실시하여, 위상 시프트 마스크 (42) 를 반전시키고 있다. 이로써, 웨이퍼 (11) 에 조사되는 레이저 빔 (L) 의 위상의 분포가 X 축 방향에 있어서 반전하므로, 척 테이블 (6) 과 레이저 빔 조사 유닛 (32) 의 상대적인 이동의 방향이 바뀌어도, 웨이퍼 (11) 를 일정한 가공 조건으로 양호한 정밀도로 가공할 수 있다.
또한, 이 복로 개질층 형성 스텝 후에는, 추가로, 위상 시프트 마스크 반전 스텝을 실시하고, 그 후, 왕로 개질층 형성 스텝, 위상 시프트 마스크 반전 스텝, 복로 개질층 형성 스텝, 위상 시프트 마스크 반전 스텝을 필요에 따라 반복해도 된다. 모든 분할 예정 라인 (13) 을 따라 개질층 (21) 이 형성되면, 개질층 형성 스텝은 종료한다.
개질층 형성 스텝 후에는, 개질층 (21) 이 형성된 분할 예정 라인 (13) 을 따라 웨이퍼 (11) 를 분할하는 분할 스텝을 실시한다. 이 분할 스텝에서는, 임의의 방법으로 웨이퍼 (11) 에 힘을 가하여, 개질층 (21) 을 기점으로 웨이퍼 (11) 를 파단, 분할한다. 또한, 웨이퍼 (11) 에 대하여 힘을 가하는 방법에 특별한 제한은 없다.
예를 들어, 점착 테이프 (17) 를 확장하는 방법으로 힘을 가하여 웨이퍼 (11) 를 분할할 수 있다. 또, 웨이퍼 (11) 의 이면 (11b) 측을 연삭하는 방법이나, 분할 예정 라인을 따라 봉상 (날 형상) 의 부재를 가압하는 방법 등으로 힘을 가하여 웨이퍼 (11) 를 분할해도 된다. 모든 분할 예정 라인 (13) 을 따라 웨이퍼 (11) 가 분할되면, 분할 스텝은 종료한다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태의 기재에 제한되지 않고 여러 가지 변경하여 실시 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (2) 에서는, 위상 시프트 마스크 (42) 로서 레벤슨 마스크를 사용하고 있지만, LCOS-SLM (Liquid Crystal on Silicon - Spatial Light Modulator) 등으로 대표되는 공간 위상 변조기를 위상 시프트 마스크로서 사용해도 된다.
또, 상기 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (2) 에서는, 레이저 빔 (L) 을 위상 시프트 마스크 (42) 에 입사시키기 전에 미러 (40) 에 의해 반사시키는 구성의 레이저 빔 조사 유닛 (레이저 빔 조사 수단) (32) 이 채용되고 있지만, 레이저 빔 조사 유닛을 구성하는 구성 요소의 배치 등에 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 위상 시프트 마스크를 통과한 레이저 빔을 미러에 의해 반사시키도록 레이저 빔 조사 유닛을 구성할 수도 있다.
또, 상기 실시형태의 왕로 개질층 형성 스텝에서는, 웨이퍼 (11) 에 레이저 빔 (L) 을 조사하면서, 척 테이블 (6) 에 대하여 레이저 빔 조사 유닛 (32) 을 X－ 측으로 상대적으로 이동시키고 있지만, 본 발명은 이 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 왕로 개질층 형성 스텝에 있어서, 웨이퍼 (11) 에 레이저 빔 (L) 을 조사하면서, 척 테이블 (6) 에 대하여 레이저 빔 조사 유닛 (32) 을 X＋ 측으로 상대적으로 이동시켜도 된다. 요컨대, X－ 와 X＋ 의 관계를 교체할 수도 있다.
또, 상기 실시형태의 개질층 형성 스텝 후, 분할 스텝의 전에, 다른 개질층 형성 스텝을 추가로 실시해도 된다. 예를 들어, 상기 실시형태의 개질층 형성 스텝에서 웨이퍼 (11) 의 제 1 깊이의 위치에 개질층 (21) 을 형성하고 나서, 다른 개질층 형성 스텝에서 웨이퍼 (11) 의 제 2 깊이의 위치에 다른 개질층을 형성할 수 있다. 이 경우, 다른 개질층 형성 스텝에서는, 반드시 위상 시프트 마스크 (42) 를 사용하지 않아도 된다.
그 밖에, 상기 실시형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
11 : 웨이퍼
11a : 표면
11b : 이면
13 : 분할 예정 라인 (스트리트)
15 : 디바이스
17 : 점착 테이프
19 : 프레임
21, 21a, 21b : 개질층
L : 레이저 빔
L1 : 제 1 레이저 빔
L2 : 제 2 레이저 빔
P1, P2 : 피크
2 : 레이저 가공 장치
4 : 기대
6 : 척 테이블 (유지 수단)
6a : 유지면
8 : 수평 이동 기구 (가공 이송 수단, 산출 이송 수단)
10 : X 축 가이드 레일
12 : X 축 이동 테이블
14 : X 축 볼 나사
16 : X 축 펄스 모터
18 : Y 축 가이드 레일
20 : Y 축 이동 테이블
22 : Y 축 볼 나사
24 : Y 축 펄스 모터
26 : 테이블 마운트
28 : 커버
30 : 지지 구조
30a : 기둥부
30b : 아암부
32 : 레이저 빔 조사 유닛 (레이저 빔 조사 수단)
34 : 카메라
36 : 발진기
38 : 조정기
40 : 미러
42 : 위상 시프트 마스크
42a : 경계
44 : 제 1 영역
46 : 제 2 영역
48 : 렌즈

Claims (3)

  1. 웨이퍼를 유지하는 유지 수단과, 그 유지 수단에 유지된 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 빔 조사 수단과, 그 유지 수단과 그 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 X 축 방향으로 이동시키는 가공 이송 수단을 구비한 레이저 가공 장치를 사용하여, 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 표면측의 각 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼의 가공 방법으로서,
    그 레이저 빔 조사 수단은,
    그 레이저 빔을 펄스 발진하는 발진기와,
    그 발진기가 발진하는 그 레이저 빔을 집광하여 웨이퍼에 조사하는 집광기와,
    그 발진기와 그 집광기 사이에 배치되고, 그 웨이퍼에 조사되는 그 레이저 빔의 강도 분포가 X 축 방향에서 분리된 2 개의 피크를 갖도록, 그 집광기로 유도되는 그 레이저 빔의 일부와 나머지 일부 사이에 180 도의 위상차를 형성하는 위상 시프트 마스크를 포함하고,
    그 레이저 빔을 웨이퍼의 내부에 집광시키는 조건으로 웨이퍼의 이면측으로부터 웨이퍼의 그 분할 예정 라인에 대응하는 영역에 그 레이저 빔을 조사하면서, 그 유지 수단과 그 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 X 축 방향으로 이동시켜, 그 분할 예정 라인을 따른 개질층을 웨이퍼의 내부에 형성하는 개질층 형성 스텝과,
    그 개질층 형성 스텝을 실시한 후에, 웨이퍼에 힘을 부여하여 그 개질층을 기점으로 웨이퍼를 그 분할 예정 라인을 따라 분할하는 분할 스텝을 구비하고,
    그 개질층 형성 스텝은,
    그 유지 수단에 대하여 그 레이저 빔 조사 수단을 그 X 축 방향의 일방측으로 상대적으로 이동시키면서 웨이퍼에 그 레이저 빔을 조사하는 왕로 개질층 형성 스텝과,
    그 유지 수단에 대하여 그 레이저 빔 조사 수단을 그 X 축 방향의 타방측으로 상대적으로 이동시키면서 웨이퍼에 그 레이저 빔을 조사하는 복로 개질층 형성 스텝과,
    왕로 개질층 형성 스텝의 후이면서 복로 개질층 형성 스텝의 전, 또는 복로 개질층 형성 스텝의 후이면서 왕로 개질층 형성 스텝의 전에, 그 웨이퍼에 조사되는 그 레이저 빔의 위상의 분포가 X 축 방향에 있어서 반전하도록 그 위상 시프트 마스크를 반전시키는 위상 시프트 마스크 반전 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 왕로 개질층 형성 스텝에서는, 그 위상 시프트 마스크에 의해, 그 X 축 방향의 타방측의 그 피크를 형성하는 그 레이저 빔의 위상을, 그 X 축 방향의 일방측의 그 피크를 형성하는 그 레이저 빔의 위상에 대하여 180 도 지연시키고,
    그 복로 개질층 형성 스텝에서는, 그 위상 시프트 마스크에 의해, 그 X 축 방향의 일방측의 그 피크를 형성하는 그 레이저 빔의 위상을, 그 X 축 방향의 타방측의 그 피크를 형성하는 그 레이저 빔의 위상에 대하여 180 도 지연시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    그 발진기가 발진하는 그 레이저 빔의 파장은 1300 ㎚ 이상 1400 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법.
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