KR20210095792A

KR20210095792A - 웨이퍼 가공 방법, 및 웨이퍼 가공 장치

Info

Publication number: KR20210095792A
Application number: KR1020200174925A
Authority: KR
Inventors: 케이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-08-03
Also published as: TW202129730A; CN113178415A; JP7370881B2; US20210233814A1; US11721584B2; JP2021118238A

Abstract

(과제) 분할해야 할 영역의 상면 높이를 검출하지 않고, 효율적으로 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할할 수 있는 웨이퍼 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 웨이퍼 가공 방법으로서, 척 테이블에 유지된 웨이퍼의 상면으로부터 웨이퍼에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할해야 할 영역에 조사하여 열 응력파를 생성하고, 상기 열 응력파를 분할해야 할 영역의 내부에 전파시키는 열 응력파 생성 공정과, 상기 열 응력파 생성 공정에 있어서 생성된 열 응력파가 웨이퍼의 재질에 따른 음속으로 내부에 전파하고 분할 기점을 생성해야 할 깊이 위치에 이르는 시간에 맞춰서, 웨이퍼에 대해서 투과성을 가지는 파장의 레이저 광선을 웨이퍼의 상면으로부터 조사하여 상기 열 응력파의 인장 응력으로 밴드 갭이 좁아진 영역에서 상기 투과성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선의 흡수를 발생시켜 분할 기점이 되는 파쇄층을 형성하는 파쇄층 형성 공정을 포함한다.

Description

웨이퍼 가공 방법, 및 웨이퍼 가공 장치{WAFER MACHINING METHOD AND MACHINING APPARATUS}

본 발명은, 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 웨이퍼 가공 방법, 및 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 분할 기점을 형성하는 웨이퍼 가공 장치에 관한 것이다.

IC, LSI, LED 등의 복수의 디바이스가 교차하는 복수의 분할 예정 라인에 의해서 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 레이저 가공 장치에 의해서 개개의 디바이스 칩으로 분할되어서, 분할된 디바이스 칩은 휴대 전화, 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.

레이저 가공 장치는, 피가공물(웨이퍼)을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 이송 기구와, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 가공 이송하는 Y축 이송 기구를 포함하여 구성되고, 웨이퍼의 분할 예정 라인에 집광점을 위치시켜서 조사하여 어브레이션 가공을 행하여서 분할 예정 라인에 분할 홈을 형성하여 개개의 디바이스 칩으로 분할한다(예컨대 특허 문헌 1을 참조).

또한, 레이저 가공 장치는, 피가공물(웨이퍼)을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 대해서 투과성을 가지는 파장의 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 이송 기구와, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 가공 이송하는 Y축 이송 기구를 포함하여 구성되고, 웨이퍼의 분할 예정 라인의 내부에 레이저 광선의 집광점을 위치시켜서 조사하고, 분할 예정 라인의 내부에 분할의 기점이 되는 개질층을 형성하여 개개의 디바이스 칩으로 분할한다(예컨대 특허 문헌 2를 참조).

일본 공개 특허 공보 평10-305420호 공보 일본 공개 특허 공보 2012-2604호 공보

그러나, 레이저 광선의 집광점을, 웨이퍼의 분할해야 할 영역에 있어서의 적정한 깊이에 위치시키기 위해서는, 미리 분할해야 할 영역의 상면 높이를 검출하여 기억하여 두지 않으면 안되고, 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 분할해야 할 영역의 상면 높이를 검출하지 않고, 효율적으로 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할할 수 있는 웨이퍼 가공 방법, 및 웨이퍼 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 반도체 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 반도체 웨이퍼 가공 방법으로서, 척 테이블에 반도체 웨이퍼를 유지하는 유지 공정과, 상기 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼의 상면으로부터 반도체 웨이퍼에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할해야 할 영역에 조사하여 열 응력파를 생성하고, 상기 열 응력파를 분할해야 할 영역의 내부에 전파시키는 열 응력파 생성 공정과, 상기 열 응력파 생성 공정에 있어서 생성된 열 응력파가 반도체 웨이퍼의 재질에 따른 음속으로 내부에 전파하고 분할 기점을 생성해야 할 깊이 위치에 이르는 시간에 맞춰서, 반도체 웨이퍼에 대해서 투과성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 반도체 웨이퍼의 상면으로부터 조사하여 상기 열 응력파의 인장 응력으로 밴드 갭이 좁아진 영역에서 상기 투과성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선의 흡수를 발생시켜서 분할 기점이 되는 파쇄층을 형성하는 파쇄층 형성 공정과, 상기 파쇄층을 분할의 기점으로 하여 반도체 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 분할 공정을 포함하는 반도체 웨이퍼 가공 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 반도체 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 분할 기점을 형성하는 반도체 웨이퍼 가공 장치로서, 반도체 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼의 상면으로부터 반도체 웨이퍼에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할해야 할 영역에 조사하여 열 응력파를 생성하고, 상기 열 응력파를 분할해야 할 영역의 내부에 전파시키는 열 응력파 생성 수단과, 상기 열 응력파 생성 수단에 의해서 생성된 열 응력파가 반도체 웨이퍼의 재질에 따른 음속으로 분할해야 할 영역의 내부에 전파하고 분할 기점을 생성해야 할 깊이 위치에 이르는 시간에 맞춰서, 반도체 웨이퍼에 대해서 투과성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 반도체 웨이퍼의 상면으로부터 조사하여 상기 열 응력파의 인장 응력으로 밴드 갭이 좁아진 영역에서 상기 투과성을 가지는 파장의 펄스레이저 광선의 흡수를 발생시켜서 분할 기점이 되는 파쇄층을 형성하는 파쇄층 형성 수단을 포함하는 반도체 웨이퍼 가공 장치가 제공된다.

본 발명의 웨이퍼 가공 방법에 의하면, 웨이퍼의 상면의 높이를 일일이 검출할 필요가 없고, 웨이퍼를 구성하는 재질에 따른 음속에 기초하여 산출되는 전파 시간에 의해서 분할의 기점이 되는 파쇄층을 형성하는 위치를 제어할 수 있고, 생산성이 향상된다.

본 발명의 웨이퍼 가공 장치에 의하면, 웨이퍼의 가공 방법과 마찬가지로, 웨이퍼의 상면의 높이를 일일이 검출하는 구성을 구비할 필요가 없고, 웨이퍼를 구성하는 재질에 따른 음속에 기초하여 산출되는 전파 시간에 의해서 분할의 기점이 되는 파쇄층을 형성하는 위치를 제어할 수 있고, 생산성이 향상한다.

도 1은 본 실시형태의 웨이퍼 가공 장치의 전체 사시도이다.
도 2(a)는 도 1에 나타내는 웨이퍼 가공 장치에 배치된 레이저 광선 조사 유닛의 광학계를 나타내는 블럭도, (b) 열 응력파 생성 공정 및 파쇄층 형성 공정이 실시될 때의 웨이퍼의 일부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 분할 공정의 실시형태에서 사용하는 분할 장치의 측면도이다.

이하, 본 발명 실시형태의 웨이퍼 가공 방법, 및 상기 웨이퍼 가공 방법을 실시하는데 적합한 웨이퍼 가공 장치에 대해 첨부 도면을 참조하면서, 상세하게 설명한다.

도 1에는, 본 실시형태인 웨이퍼 가공 장치(2)의 전체 사시도가 나타나 있다. 웨이퍼 가공 장치(2)는, 베이스(3)와, 피가공물을 유지하는 유지 유닛(4)과, 추가로 상술하는 열 응력파 생성 수단 및 파쇄층 형성 수단을 포함하여 구성되는 레이저 광선 조사 유닛(6)과, 촬상 유닛(7)과, 유지 유닛(4)을 이동시키는 이동 기구(30)와, 제어 유닛(도시는 생략함)을 구비한다.

유지 유닛(4)은, 도면 중에 화살표(X)로 나타내는 X축 방향에서 이동 가능하게 베이스(3)에 재치되는 직사각형 형상의 X축 방향 가동판(21)과, 도면 중에 화살표(Y)로 나타내는 Y축 방향에서 이동 가능하도록 X축 방향 가동판(21)에 재치되는 직사각형 형상의 Y축 방향 가동판(22)과, Y축 방향 가동판(22)의 상면에 고정된 원통형의 지주(23)와, 지주(23)의 상단에 고정된 직사각형 형상의 커버판(26)을 포함한다. 커버판(26)에는 긴 구멍을 지나 상방으로 연장되는 원형의 척 테이블(25)이 배치되어 있고, 척 테이블(25)은, 도시하지 않는 회전 구동 수단에 의해 회전 가능하도록 구성되어 있다. 척 테이블(25)의 상면을 구성하는 X축 좌표, 및 Y축 좌표에 의해 규정되는 유지면(25a)은, 다공질 재료로 형성되어 통기성을 가지고, 지주(23)의 내부를 지나는 유로에 의해서 도시하지 않는 흡인 수단에 접속되어 있다. 척 테이블(25)에는, 보호 테이프(T)를 통해 피가공물을 지지하는 환형의 프레임(F)을 고정하기 위한 클램프(27)도 배치된다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 피가공물은, 예컨대, 도 1에 나타내는 웨이퍼(10)이다. 웨이퍼(10)는, 두께가 1.0 mm 이고, 실리콘 기판 상에 디바이스(12)가 분할 예정 라인(14)에 의해서 구획되어 표면(10a)에 형성되어 있다. 웨이퍼(10)는, 표면(10a)을 상방으로 향하고, 이면(10b) 측을 하방을 향해서 보호 테이프(T)에 점착되어서, 보호 테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)에 의해서 유지된다.

이동 기구(30)는, 베이스(3) 상에 배치되고, 유지 유닛(4)을 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 방향 이송 유닛(31)과, Y축 가동판(22)을 Y축 방향으로 인덱싱 이송하는 Y축 방향 이송 유닛(32)을 구비하고 있다. X축 방향 이송 유닛(31)은, 펄스 모터(33)의 회전 운동을, 볼 나사(34)를 통해 직선 운동으로 변환하여 X축 방향 가동판(21)에 전달하고, 베이스(3) 상의 안내 레일(3a, 3a)을 따라서 X축 방향 가동판(21)을 X축 방향에서 진퇴시킨다. Y축 방향 이송 유닛(32)은, 펄스 모터(35)의 회전 운동을, 볼 나사(36)를 통해 직선 운동으로 변환하여 Y축 방향 가동판(22)에 전달하고, X축 방향 가동판(21) 상의 안내 레일(21a, 21a)을 따라서 Y축 방향 가동판(22)을 Y축 방향에 있어서 진퇴시킨다. 또한, 도시는 생략하지만, X축 방향 이송 유닛(31), Y축 방향 이송 유닛(32), 및 척 테이블(25)에는, 위치 검출 수단이 배치되어 있고, 척 테이블(25)의 X축 좌표, Y축 좌표, 원주 방향의 회전 위치가 정확하게 검출되어서, 그 위치 정보는, 도시하지 않는 제어 유닛에 보내진다. 그리고, 그 위치 정보에 기초하여 상기 제어 유닛으로부터 지시되는 지시 신호에 의해, X축 방향 이송 유닛(31), Y축 방향 이송 유닛(32), 및 도시하지 않는 척 테이블(25)의 회전 구동 수단이 구동되어서, 베이스(3) 상의 원하는 위치에 척 테이블(25)을 위치시킬 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 이동 기구(30)의 측방에는, 프레임(37)이 입설된다. 프레임(37)은, 베이스(3) 상에 배치되는 수직벽부(37a), 및 수직벽부(37a)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평벽부(37b)를 구비하고 있다. 프레임(37)의 수평벽부(37b)의 내부에는, 레이저 광선 조사 유닛(6)의 광학계가 수용되어 있고, 상기 광학계의 일부를 구성하는 집광기(67)가 수평벽부(37b)의 선단부 하면에 배치되어 있다.

촬상 유닛(7)은, 수평벽부(37b)의 선단 하면이고, 레이저 광선 조사 유닛(6)의 집광기(67)와 X축 방향으로 간격을 둔 위치에 배치되어 있다. 촬상 유닛(7)에는, 필요에 따라서, 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD), 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조사 수단, 적외선 조사 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계, 상기 광학계가 포착한 적외선에 대응하는 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등이 포함된다. 촬상 유닛(7)에 의해서 촬상된 화상은, 상기 제어 유닛에 보내지고, 적절하게 표시 유닛(도시는 생략함)에 표시된다.

상기 제어 유닛은, 컴퓨터로 구성되고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)와, 연산 결과 등을 저장하는 판독 기록 가능한 램 액세스 메모리(RAM)를 포함한다. 그리고 제어 유닛은, 레이저 광선 조사 유닛(6), 촬상 유닛(7), 이동 기구(30) 등에 전기적으로 접속되고, 각 유닛의 작동을 제어한다.

도 2(a)를 참조하면서, 웨이퍼 가공 장치(2)의 수평벽부(37b)에 수용되는 레이저 광선 조사 유닛(6)의 광학계에 관해서 설명한다.

도 2(a)에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛(6)의 광학계는, 피가공물인 웨이퍼(10)에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 제1 펄스 레이저 광선(PL1)을 생성하는 제1 레이저 광선 생성부(6A)와, 웨이퍼(10)에 대해서 투과성을 가지는 파장의 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 생성하는 제2 레이저 광선 생성부(6B)와, 제1 레이저 광선 생성부(6A)에 의해서 생성된 제1 펄스 레이저 광선(PL1), 및 제2 레이저 광선 생성부(6B)에 의해서 생성된 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을, 유지 유닛(4)의 척 테이블(25)에 유지된 웨이퍼(10)의 상면(표면(10a))에 유도하고 조사하는 레이저 광선 도입부(6C)를 구비하고 있다. 또한, 도 2(a)에서는, 설명의 편의상, 웨이퍼(10)에 점착된 보호 테이프(T), 및 프레임(F)은 생략되어 있다.

본 실시형태의 제1 레이저 광선 생성부(6A)는, 제1 레이저 광선 생성 수단(61)과, 제1 레이저 광선 생성 수단(61)으로부터 출사된 제1 펄스 레이저 광선(PL1)의 광로를 변경하는 반사 미러(62)를 구비하고 있다. 제1 레이저 광선 생성 수단(61)은, 웨이퍼(10)를 구성하는 재질(Si)에 대해서 흡수성을 가지는, 예컨대 파장이 355 nm 의 제1 펄스 레이저 광선(PL1)을 출사하는 제1 레이저 발진기(611)와, 제1 레이저 발진기(611)로부터 출사된 제1 펄스 레이저 광선(PL1)의 출력을 원하는 출력으로 조정하여 상기 반사 미러(62)를 향해서 출사하는 제1 어테뉴에이터(612)를 구비하고 있다.

제2 레이저 광선 생성부(6B)는, 제2 레이저 광선 생성 수단(63)과, 제2 레이저 광선 생성 수단(63)으로부터 출사된 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을, 원하는 시간만큼 지연시키는 지연 수단(64)을 구비하고 있다. 제2 레이저 광선 생성 수단(63)은, 웨이퍼(10)를 구성하는 재질(Si)에 대해서 투과성을 가지는, 예컨대 파장이 1064 nm 의 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 출사하는 제2 레이저 발진기(631)와, 제2 레이저 발진기(631)로부터 출사된 제2 펄스 레이저 광선(PL2)의 출력을 조정하는 제2 어테뉴에이터(632)를 구비하고 있다. 제2 레이저 발진기(631)는, 상기한 제1 레이저 발진기(611)와 동일한 반복 주파수로 작동하도록 설정되고, 제1 펄스 레이저 광선(PL1)과 동기하는 타이밍에 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 출사한다. 제2 레이저 발진기(631)로부터 출사된 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 지연시키는 지연 수단(64)은, 예컨대, 지연시키는 시간에 대응하는 길이의 광 파이버(도시는 생략한다)를 경유하여 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 출력함으로써 실현된다.

레이저 광선 도입부(6C)는, 제1 레이저 광선 생성부(6A)의 반사 미러(62)에서 반사된 제1 펄스 레이저 광선(PL1)을 반사하고, 제2 레이저 광선 생성부(6B)로부터 유도된 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 투과하는 다이크로익 미러(65)와, 다이크로익 미러(65)로부터 출사된 광의 광로를 변경하는 반사 미러(66)와, 반사 미러(66)에서 반사된 광을 척 테이블(25)에 유지된 웨이퍼(10)의 표면(10a)의 분할 예정 라인(14)의 위치에 집광하여 조사하는 fθ 렌즈(671)를 포함하는 집광기(67)를 구비하고 있다. 상기한 다이크로익 미러(65)에 유도된 제1 펄스 레이저 광선(PL1), 및 제2 펄스 레이저 광선(PL2)은, 척 테이블(25) 상의 동일한 영역에 조사된다.

상기한 제1 레이저 광선 생성부(6A)와, 레이저 광선 도입부(6C)에 의해, 본 발명의 열 응력파 생성 수단(H1)이 형성된다. 열 응력파 생성 수단(H1)은, 유지 유닛(4)에 유지된 웨이퍼(10)의 상면에 위치된 표면(10a)에 웨이퍼(10)에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선(PL1)을 조사하여 열 응력파를 생성하고, 상기 열 응력파를 웨이퍼(10)의 내부에 전파시키는 수단이다.

또한, 상기한 제2 레이저 광선 생성부(6B)와, 레이저 광선 도입부(6C)에 의해, 본 발명의 파쇄층 형성 수단(H2)이 형성된다. 파쇄층 형성 수단(H2)은, 열 응력파 생성 수단(H1)에 의해서 웨이퍼(10)의 표면(10a)에서 생성된 열 응력파가, 웨이퍼(10)의 재질에 따른 음속으로 웨이퍼(10)의 내부에서 전파하고, 웨이퍼(10)의 표면(10a)으로부터 분할 기점을 형성해야 할 깊이 위치(예컨대 웨이퍼(10)의 표면(10a)으로부터 0.5 mm 의 깊이)에 이르는 미리 정해진 시간에 맞춰서, 웨이퍼(10)에 대해서 투과성을 가지는 파장의 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 웨이퍼(10)의 표면(10a)으로부터 조사하여, 상기 열 응력파의 인장 응력으로 밴드 갭이 좁아진 영역에서 제2 펄스 레이저 광선(PL2)의 흡수를 발생시켜 파쇄층을 형성하는 수단이다.

상기한 웨이퍼 가공 장치(2)를 사용하여 실시 가능한 웨이퍼(10)로부터 웨이퍼(W)를 생성하는 웨이퍼 생성 방법의 실시형태에 대해서, 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면서, 보다 구체적으로 설명한다.

웨이퍼(10)를 개개의 칩으로 분할할 때에, 우선, 유지 유닛(4)에 웨이퍼(10)를 유지시킨다(유지 공정). 보다 구체적으로는, 보호 테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)에 지지된 웨이퍼(10)를 준비하고(도 1 참조), 보호 테이프(T) 측을 척 테이블(25)의 유지면(25) 상에 재치하여, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동시켜서, 척 테이블(25)에 흡인 유지된 상태로 한다.

그 다음에, 열 응력파 생성 공정, 및 파쇄층 형성 공정을 실시한다. 이 때, 이동 기구(30)를 작동시켜서, 웨이퍼(10)를 촬상 유닛(7)의 하방에 위치시키고, 촬상 유닛(7)에 의해서, 웨이퍼(10)의 표면(10a)을 촬상하는 것에 의해, 분할해야 할 영역인 분할 예정 라인(14)의 위치를 검출하여 적절하게 제어 유닛에 기억한다(얼라인먼트 공정).

상기 얼라인먼트 공정을 실시했다면, 웨이퍼(10)를 집광기(67)의 하방으로 이동하여, 얼라인먼트 공정에 있어서 검출된 정보에 기초하여, 분할 예정 라인(14)을 X축 방향을 따르는 방향으로 하고 분할 예정 라인(14)에 있어서 가공을 개시해야 할 위치를, 집광기(67)의 바로 아래에 위치시킨다.

그 다음에, 열 응력파 생성 수단(H1)을 작동시켜서, 웨이퍼(10)의 재질(Si : 실리콘)에 대해서 흡수성을 가지는 파장 355 nm 의 제1 펄스 레이저 광선(PL1)을 생성하고, 레이저 광선 도입부(6C)를 통해, 웨이퍼(10)의 표면(10a)으로부터 분할해야 할 영역, 즉 분할 예정 라인(14)에 조사한다(열 응력파 생성 공정).

상기한 열 응력파 생성 공정에 있어서 실시되는 레이저 광선 조사 조건은, 예컨대, 이하에 도시된 바와 같다. 또한, 열 응력파 생성 공정에 있어서, 열 응력파 생성 수단(H1)의 제1 어테뉴에이터(612)에 의해서 조정되는 제1 펄스 레이저 광선(PL1)의 평균 출력은, 제1 펄스 레이저 광선(PL1)이 웨이퍼(10)에 대해서 흡수성을 가지는 레이저 광선이고, 또한 웨이퍼(10)의 표면(10a)에 있어서 어브레이션이 생기지 않는 정도로 낮은 출력으로 조정되어 있다.

파장 : 355 nm

반복 주파수 : 50 kHz

평균 출력 : 1 W

펄스 폭 : 100 ps 이하

상기한 열 응력파 생성 공정에 의해서, 웨이퍼(10)의 표면(10a)에 제1 펄스 레이저 광선(PL1)이 조사되면, 웨이퍼(10)의 표면(10a)이 열 여기되고, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 상기 열 여기에 의해서 발생한 열 응력파가, 도면 중 N1 → N2로 나타낸 바와 같이 웨이퍼(10)의 내부에서 전파한다. 이 열 응력파 N1 → N2 와 같이 전파하는 속도는, 웨이퍼(10)를 구성하는 재질(Si)에 따른 음속(9620 m/s)이다. 이와 같이 실리콘 등의 반도체를 전파하는 열 응력파는, 단(短) 펄스의 인장 응력파이고, 인장 응력이 걸리는 위치에서는, 통상보다 밴드 갭이 좁아진다. 즉, 밴드 갭이 좁은 영역이 표면(10a)으로부터 이면(10b)을 향해서 전파하여 나가게 된다. 그리고, 상기한 열 응력파 생성 공정과 함께 실시되는 파쇄층 형성 공정은, 이하와 같이 실시된다.

파쇄층 형성 공정을 실시할 때에는, 파쇄층 형성 수단(H2)을 작동하여, 제2 레이저 발진기(631)에 의해서 웨이퍼(10)를 구성하는 재질(Si : 실리콘)에 대해서 투과성을 가지는 파장(1064 nm)의 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을, 제1 레이저 발진기(611)와 동기하여, 동일한 반복 주파수(50 kHz)로 출사한다. 그 다음에, 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 제2 어테뉴에이터(632)에 의해서 미리 정해진 출력으로 조정하고, 지연 수단(64)에 의해서 제1 펄스 레이저 광선(PL1)에 대해서 미리 정해진 시간만큼 지연시켜 출력한다. 제2 레이저 광선 생성부(6B)의 지연 수단(64)에 의해서 지연되는 상기 미리 정해진 시간이란, 상기한 열 응력파 생성 공정에 있어서, 웨이퍼(10)의 표면(10a)에서 생성된 열 응력파가, 웨이퍼(10)의 내부에서 전파하는 음속(9620 m/s)으로, 분할 기점을 형성해야 할 웨이퍼(10)의 깊이 위치(0.5 mm)에 이르는 시간이고, 본 실시형태에서는, 52 ns 이다. 이 제2 펄스 레이저 광선(PL2)은, 레이저 광선 도입부(6C)를 통해 웨이퍼(10)의 표면(10a)의 분할 예정 라인(14) 상에 있어서 제1 펄스 레이저 광선(PL1)이 조사된 영역에 조사된다.

상기한 파쇄층 형성 공정에 있어서 실시되는 레이저 광선 조사 조건은, 예컨대, 이하에 도시된 바와 같다.

파장 : 1064 nm

반복 주파수 : 50 kHz

평균 출력 : 10 W

펄스 폭 : 10 ns

상기한 열 응력파 생성 공정과, 파쇄층 형성 공정을 실시할 때, 파쇄층 형성 수단(H2)에 의해서 조사되는 제2 펄스 레이저 광선(PL2)이, 제1 펄스 레이저 광선(PL1)에 대해서 미리 정해진 시간(52 ns)만큼 지연시켜지고 있다. 이에 따라, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 제1 펄스 레이저 광선(PL1)이 웨이퍼(10)의 표면(10a)에 조사되어서 열 응력파(N1 ~ N2)가 형성되어서 웨이퍼(10)를 구성하는 Si 에 따른 음속(전파 속도)으로 전파되고, 표면(10a)으로부터 분할 기점을 형성해야 할 영역의 깊이 위치가 되는 0.5 mm 의 위치(P)에 밴드 갭이 좁아지고 있는 영역이 형성되고, 그 위치(P)에서 제2 펄스 레이저 광선(PL2)이 흡수된다. 이 결과, 웨이퍼(10)의 내부의 위치(P)에 파괴적 응력이 가해져서 국소적으로 웨이퍼(10)의 내부를 파쇄하여 파쇄층(S)을 형성한다.

상기한 열 응력파 생성 공정 및 파쇄층 형성 공정을 실시할 때에는, 이동 기구(30)도 동시에 작동시켜서, 척 테이블(25)을 X축 방향으로 가공 이송하여, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, X축 방향을 따라서 위치된 분할 예정 라인(14)을 따라서 미리 정해진 깊이(0.5 mm)의 위치에 파쇄층(S)을 형성한다. 이와 같이 하여 파쇄층(S)을 형성했다면, 이동 기구(30)의 Y축 방향 이송 유닛을 작동시켜서 웨이퍼(10)를 인덱스 이송하여, 인접하는 미가공의 분할 예정 라인(14)을 집광기(67)의 바로 아래에 위치시켜서, 상기한 열 응력파 생성 공정 및 파쇄층 형성 공정을 실시하고 X축 방향 이송 유닛(31)을 작동시켜서, 분할 예정 라인(14)의 내부에 상기와 같은 파쇄층(S)을 형성한다. 이와 같이 하여 미리 정해진 방향을 따르는 모든 분할 예정 라인(14)의 내부에 파쇄층(S)을 형성했다면, 척 테이블(25)을 회전시키는 도시하지 않는 회전 구동 수단을 제어하여 척 테이블(25)을 90 도 회전시켜서, 먼저 파쇄층(S)을 형성한 분할 예정 라인(14)과 직교하는 방향으로 형성된 모든 분할 예정 라인(14)의 내부에 파쇄층(S)을 형성한다. 이상에 의해, 웨이퍼(10)를 개개의 칩으로 분할하는 기점이 되는 파쇄층(S)이, 모든 분할 예정 라인(14)을 따라서 형성된다.

상기한 실시형태에 의하면, 웨이퍼(10)의 상면을 형성하는 표면(10a)에, 웨이퍼(10)에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 제1 펄스 레이저 광선(PL1)을 조사하여 열 응력파를 생성하여 전파시키고, 상기 열 응력파가 분할의 기점을 생성해야 할 깊이 위치에 이르는 전파 시간만큼 지연시킨 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 조사하는 것만으로, 웨이퍼(10)의 상면(표면(10a))의 높이를 검출하지 않고, 파쇄층(S)을 형성하는 위치를 제어할 수 있다.

상기한 바와 같이 열 응력파 생성 공정 및 파쇄층 형성 공정이 완료되었다면, 파쇄층(S)을 기점으로 하여 웨이퍼(10)를 개개의 디바이스 칩(12')으로 분할할 수 있도록, 분할 공정을 실시한다. 상기 분할 공정은, 공지의 수단을 채용할 수 있지만, 예컨대, 도 3에 나타내는 분할 장치(70)를 사용하여 실시할 수 있다.

상기한 바와 같이 열 응력파 생성 공정 및 파쇄층 형성 공정에 의해서 분할 예정 라인(14)의 내부에 파쇄층(S)이 형성된 웨이퍼(10)는, 도 3에 나타내는 분할 장치(70)에 반송된다. 분할 장치(70)는, 승강 가능하게 구성된 환형의 프레임 유지 부재(71)와, 그 상면부에 프레임(F)을 재치하여 프레임(F)을 유지하는 클램프(72)와, 클램프(72)에 의해 유지된 프레임(F)에 장착된 웨이퍼(10)의 디바이스(12)끼리의 간격을 확장하기 위한 적어도 상방이 개구된 원통 형상으로 된 확장 드럼(73)과, 확장 드럼(73)을 둘러싸도록 설치된 복수의 에어 실린더(74a) 및 에어 실린더(74a)로부터 연장되는 피스톤 로드(74b)로 구성되는 지지 수단(74)을 구비하고 있다.

확장 드럼(73)은, 프레임(F)의 내경보다 작고, 프레임(F)에 장착된 보호 테이프(T)에 점착되는 웨이퍼(10)의 외직경보다 크게 설정되어 있다. 여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 분할 장치(70)는, 프레임 유지 부재(71)를 승강시켜서, 확장 드럼(73)의 상면부가 대략 동일한 높이가 되는 위치(점선으로 나타낸다)와, 확장 드럼(73)의 상단부가, 프레임 유지 부재(71)의 상단부보다 상대적으로 높아지는 위치(실선으로 나타낸다)로 할 수 있다.

상기한 바와 같이 프레임 유지 부재(71)를 하강시켜서, 확장 드럼(73)의 상단을, 점선으로 나타내는 위치에서, 실선으로 나타내는 높은 위치가 되도록 상대적으로 변화시키면, 프레임(F)에 장착된 보호 테이프(T)는 확장 드럼(73)의 상단 가장자리에 의해서 확장된다. 여기서, 웨이퍼(10)에는, 분할 예정 라인(14)을 따라서 분할 기점이 되는 파쇄층(S)이 형성되어 있고, 보호 테이프(T)가 확장되어서 웨이퍼(10)에 방사상으로 인장력(외력)이 작용함으로써, 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(10)가, 디바이스 칩(12')으로 분할된다. 이와 같이 하여 웨이퍼(10)가 개개의 디바이스 칩(12')으로 분할되었다면, 도시하지 않는 적절한 픽업 장치에 의해서 픽업된다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 열 응력파 생성 공정 및 파쇄층 형성 공정을 실시하는 것에 의해서 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(14)을 따라서 내부에 분할 기점이 되는 파쇄층(S)을 형성하고, 도 3에 나타내는 분할 장치(70)를 사용하여 분할 공정을 실시하여 웨이퍼(10)를 개개의 디바이스 칩(12')으로 분할한 예를 나타냈지만, 웨이퍼(10)의 두께가 얇은 경우, 혹은, 파쇄층 형성 수단(H2)의 제2 펄스 레이저 광선(PL2)의 출력을 조정하는 것에 의해, 도 3에 나타내는 분할 장치(70)를 사용할 필요 없이, 열 응력파 생성 공정 및 파쇄층 형성 공정을 실시하여 분할 예정 라인(14)을 따라서 파쇄층(S)을 형성하는 것만으로, 웨이퍼(10)가 개개의 디바이스 칩(12')으로 분할된 상태로 하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 웨이퍼 가공 방법에는, 열 응력파 생성 공정 및 파쇄층 형성 공정이, 파쇄층(S)을 분할의 기점으로서 웨이퍼(10)를 개개의 디바이스 칩(12')에 분할한 상태로 하는 분할 공정을 겸하는 경우도 포함된다.

본 발명은 상기한 실시형태로 한정되지 않는다. 예컨대, 상기한 실시형태에서는, 유지 유닛(4)에 웨이퍼(10)를 유지할 때에, 디바이스(12)가 형성된 표면(10a)을 상면으로 하여 유지하고, 표면(10a) 측으로부터 제1 펄스 레이저 광선(PL1), 및 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 조사하여, 분할 예정 라인(14)을 따라서 내부에 파쇄층(S)을 형성했지만, 웨이퍼(10)의 이면(10b) 측을 상면으로 하여 유지 유닛(4)에 유지하고, 이면(10b) 측으로부터 제1 펄스 레이저 광선(PL1), 및 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 조사하여, 웨이퍼(10)의 내부에 파쇄층(S)을 형성해도 좋다. 그 경우는, 촬상 유닛(7)에 적외선 CCD를 배치하여, 이면(10b) 측으로부터 표면(10a)에 형성된 분할 예정 라인(14)의 위치를 검출하여, 가공 위치를 설정한다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 열 응력파 생성 수단(H1)과, 파쇄층 형성 수단(H2)에 있어서, 레이저 광선 도입부(6C)를 공유하고, 제1 펄스 레이저 광선(PL1)과 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 동일한 방향으로부터 조사했지만, 반드시 동일한 방향으로부터 조사할 필요는 없고, 열 응력파 생성 수단(H1), 및 파쇄층 형성 수단(H2)에 대해서 별도의 레이저 광선 도입부를 배치하고, 제1 펄스 레이저 광선(PL1)과 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 상이한 각도로부터 조사하도록 해도 좋다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 웨이퍼(10)의 표면(10a)으로부터 깊이 0.5 mm 의 위치에서 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 흡수시켜서 분할 기점이 되는 파쇄층(S)을 형성했지만, 표면(10a)의 근방, 예컨대 표면(10a)으로부터 0.1 mm 의 위치에서 제2 펄스 레이저 광선(PL2)을 흡수시켜서 파쇄층(S)을 형성함으로써, 표면(10a)에 어브레이션 가공과 같이 분할 홈을 형성할 수 있다. 또한, 상기한 실시형태에서는, 파쇄층(S)을 웨이퍼(10)의 내부에 한층 형성하는 예를 나타냈지만, 복수의 파쇄층(S)을 상하 방향으로 겹쳐서 형성해도 좋다. 그 경우는, 깊은 위치로부터 상방(표면(10a))을 향해 차례로 파쇄층(S)을 형성하면 좋다.

2 : 웨이퍼 가공 장치
3 : 베이스
4 : 유지 유닛
21 : X축 방향 가동판
22 : Y축 방향 가동판
25 : 척 테이블
25a : 유지면
27 : 클램프
6A : 제1 레이저 광선 생성부
61 : 제1 레이저 광선 발진 수단
611 : 제1 레이저 발진기
612 : 제1 어테뉴에이터
62 : 반사 미러
6B : 제2 레이저 광선 생성부
63 : 제2 레이저 광선 발진 수단
631 : 제2 레이저 발진기
632 : 제2 어테뉴에이터
64 : 지연 수단
6C : 레이저 광선 도입부
65 : 다이크로익 미러
66 : 반사 미러
67 : 집광기
671 : fθ 렌즈
7 : 촬상 유닛
10 : 웨이퍼
10a : 표면
10b : 이면
12 : 디바이스
12' : 디바이스 칩
14 : 분할 예정 라인
30 : 이동 기구
31 : X축 방향 이송 유닛
32 : Y축 방향 이송 유닛
37 : 프레임
37a : 수직벽부
37b : 수평벽부
70 : 분할 장치
71 : 프레임 유지 부재
72 : 클램프
73 : 확장 드럼
PL1 : 제1 펄스 레이저 광선
PL2 : 제2 펄스 레이저 광선
S : 파쇄층
H1 : 열 응력파 생성 수단
H2 : 파쇄층 형성 수단

Claims

반도체 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 반도체 웨이퍼 가공 방법으로서,
척 테이블에 반도체 웨이퍼를 유지하는 유지 공정과,
상기 척 테이블에 유지된 상기 반도체 웨이퍼의 상면으로부터 상기 반도체 웨이퍼에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할해야 할 영역에 조사하여 열 응력파를 생성하고, 상기 열 응력파를 분할해야 할 영역의 내부에 전파시키는 열 응력파 생성 공정과,
상기 열 응력파 생성 공정에 있어서 생성된 열 응력파가 상기 반도체 웨이퍼의 재질에 따른 음속으로 내부에 전파하고 분할 기점을 생성해야 할 깊이 위치에 이르는 시간에 맞춰서, 상기 반도체 웨이퍼에 대해서 투과성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 상기 반도체 웨이퍼의 상면으로부터 조사하여 상기 열 응력파의 인장 응력으로 밴드 갭이 좁아진 영역에서 상기 투과성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선의 흡수를 발생시켜 분할 기점이 되는 파쇄층을 형성하는 파쇄층 형성 공정과,
상기 파쇄층을 분할의 기점으로서 상기 반도체 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 분할 공정
을 포함하는 반도체 웨이퍼 가공 방법.
반도체 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 분할 기점을 형성하는 반도체 웨이퍼 가공 장치로서,
반도체 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과,
상기 척 테이블에 유지된 상기 반도체 웨이퍼의 상면으로부터 상기 반도체 웨이퍼에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할해야 할 영역에 조사하여 열 응력파를 생성하고, 상기 열 응력파를 분할해야 할 영역의 내부에 전파시키는 열 응력파 생성 수단과,
상기 열 응력파 생성 수단에 의해서 생성된 열 응력파가 상기 반도체 웨이퍼의 재질에 따른 음속으로 분할해야 할 영역의 내부에 전파하고 분할 기점을 생성해야 할 깊이 위치에 이르는 시간에 맞춰서, 상기 반도체 웨이퍼에 대해서 투과성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선을 상기 반도체 웨이퍼의 상면으로부터 조사하여 상기 열 응력파의 인장 응력으로 밴드 갭이 좁아진 영역에서 상기 투과성을 가지는 파장의 펄스 레이저 광선의 흡수를 발생시켜 분할 기점이 되는 파쇄층을 형성하는 파쇄층 형성 수단
을 포함하는 반도체 웨이퍼 가공 장치.