KR100567040B1 - 기판 가공 방법 및 기판 가공 장치 - Google Patents

기판 가공 방법 및 기판 가공 장치 Download PDF

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Abstract

기판을 가공하기 위한 기판 가공 방법에 있어서, 원반형 날을 회전시켜 상기 기판을 상기 기판의 한쪽 표면으로부터 절단하고 상기 기판의 다른 쪽 표면에 가깝게 위치한 상기 기판의 절단 표면에 레이저를 조사(照射)하는 기판 가공 방법과, 상기 기판 가공 방법을 실시하는 기판 가공 장치를 제공한다. 상기 레이저를 상기 기판의 상기 절단 표면의 전체에 조사할 수 있다. 상기 레이저는 YAG 레이저 또는 CO2 레이저일 수 있다. 나아가, 다이싱 테이프가 상기 기판의 상기 다른 쪽 표면에 부착될 수 있고, 상기 기판만을 절단하고 다이싱 테이프를 신장시킨 후에 레이저광을 조사할 수 있다. 레이저광을 조사함으로써 변형된 다이스가 형성되어, 다이스의 조립 공정에서 다이스가 파손되는 것이 방지된다.
기판, 웨이퍼, 반도체, 레이저, 다이스, 다이싱 테이프

Description

기판 가공 방법 및 기판 가공 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MACHINING SUBSTRATE}
도 1a는 본 발명에 따른 기판 가공 방법의 절단 공정을 나타내는 개략도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 기판 가공 방법의 절단 공정을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 기판 가공 방법의 레이저광의 조사(照射) 공정을 나타내는 개략도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 기판 가공 방법의 레이저광의 조사(照射) 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 가공 방법을 나타내는 개략도이다.
도 4는 종래 기술에서 다이싱 후 기판의 확대 단면도이다.
도 5는 종래 기술에서 다이싱 후 기판의 부분 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 반도체 소자
20: 웨이퍼
21, 22: 절단 표면
28: 이면(裏面)
29: 패턴형성 표면
30: 다이싱 테이프
40: 원반형 날
50, 51, 52, 53, 54: 스트리트(street)
60: 레이저광 조사부
61: 레이저광
71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78: 개질층
81, 82: 취성 파쇄층
91, 92: 치핑(chipping)
본 발명은 예를 들어 반도체 웨이퍼와 같은 기판 가공 방법 및 기판 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 분야에서, 예를 들어 복수 개의 반도체 소자가 형성되는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판을 육면체 형상으로 절단하는, 즉 기판을 다이싱하는, 다이싱 공정이 필요하다. 다이싱을 하기 위한 기판 가공 장치는 원반 형상의 날(blade)을 포함한다. 다이싱 공정에 앞서 점착성이 있는 다이싱 테이프(dicing tape)가 웨이퍼에 부착된다. 다음에, 절삭수(cutting water)를 웨이퍼에 공급하면서 날을 회전시켜 다이싱 테이프가 부착되지 않은 표면으로부터 웨이퍼를 절단한다. 날을 전진시켜 스트리트(street)를 형성한다. 통상, 다이싱 테이프가 완전히 절단되지 않은 채 웨이퍼만이 절단된다. 스트리트를 웨이퍼 상에 종횡 방향으로 형성함으로써 복수 개의 육면체 형상인 다이스(dice)가 다이싱 테이프 상에 형성된다. 이러한 공정은 예를 들어 일본 공개 특허 공보 제 2002-75919에 개시되어 있다.
그렇지만, 일본 공개 특허 공보 제 2002-75919에 개시된 기판 가공 방법에 있어서, 웨이퍼의 절단 표면에 문제가 발생할 수 있다. 도 4는 종래 기술에 있어서 다이싱 후 기판의 확대 단면도이다. 도 5는 종래 기술에 있어서 다이싱 후 기판의 부분 사시도이다. 도 4에 도시된 것처럼, 다이싱 공정 후에 절단 표면들(210, 220)의 하단 부근에, 즉 다이싱 테이프(300) 부근에 치핑(chipping)(910, 920)이 웨이퍼(200)의 절단 표면(210, 220)에 각각 형성된다. 도 4에 도시된 것처럼, 치핑(910, 920)은 다이싱 테이프(300)에 가까운 웨이퍼 부분, 즉 웨이퍼(200)의 바닥에도 형성된다. 도 5에 도시된 것처럼, 치핑(900)은 칩 또는 다이스가 형성되는 곳의 측면에 존재한다. 따라서, 칩 또는 다이스를 픽업(pick-up)하거나 조립하는 공정에서 응력이 가해지면 칩 또는 다이스의 바닥에서 크랙이 성장하여, 칩 또는 다이스가 파손되거나 그 조립이 곤란한 경우가 있다. 가공 파쇄층(crushed layers) 즉 취성 파쇄층(brittle fracture layers)(810, 820)이 웨이퍼(200)의 두께 방향을 따라 절단 표면(210, 220)에 형성된다. 마찬가지로, 칩 또는 다이스를 픽업하거나 조립하는 공정에서 응력이 가해지면, 절단 표면(210, 220)의 취성 파쇄층(810, 820)에서 크랙이 성장하여 칩 또는 다이스가 파손될 수 있다.
상기와 같은 문제에 대해, 본 발명은 다이스를 픽업하고 조립하는 공정에서 칩과 다이스가 파손되지 않도록 하는 기판 가공 장치 및 기판 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 원반형 날을 회전시켜 기판의 한쪽 표면으로부터 기판을 절단하고, 기판의 다른 쪽 표면에 인접한 기판 절단 표면의 가장자리에 레이저를 조사(照射)하는 기판 가공 방법이 제공된다.
즉, 제 1 실시예에 따르면, 절단표면에 형성되는 치핑이 용융되어 예를 들어 산화층과 같은 개질층(modified layer)이 형성되기 때문에 절단 표면의 강도가 증가한다. 그러므로 다이스를 픽업하고 조립하는 공정에서 칩 또는 다이스가 파손되지 않는다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해서 설명한다. 도면에 있어서 동일한 부재에는 동일한 도면 부호가 사용된다. 이해가 쉽도록 도면의 척도는 적절히 변경된다.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 기판 가공 방법의 절단 공정을 나타내는 개략도이다. 도 1에 도시한 것처럼, 반도체 기판 예를 들어 실리콘 웨이퍼(20) 위에 반도체 소자(10)가 형성된다. 보통, 반도체 소자(10)는 웨이퍼(20) 위에 육면체 형태로 형성된다. 그렇지만, 이해가 쉽도록 도 1a와 도 1b에는 두 개의 반도체 소자 만을 나타낸다. 도 1a와 도 1b에서 볼 수 있듯이, 반도체 소자(10)가 형성되어 있는 웨이퍼(20)의 패턴형성 표면(patterned surface)(29)은 다이싱 테이프(30) 또는 보호막(30)으로 피복되어 있다.
본 발명에 따른 기판 가공 장치는 원반형 날(40)을 포함한다. 원반형 날(40)의 외주에는 연마 입자가 부착되어 있다. 원반형 날(40)은 날에 연결된 적절한 모터(도시 안됨)에 의해 제어될 수 있도록 구동된다. 도 1에 도시한 것처럼, 원반형 날(40)에 의해 웨이퍼(20)의 이면(裏面)(28)으로부터 웨이퍼(20)가 절단된다. 상기 절단 공정에서, 다이싱 테이프(30)의 일부만이 제거된다. 그러므로, 도 1b에 도시한 것처럼, 원반형 날(40)에 의해 절단 표면(21, 22) 사이에 스트리트(50)가 형성된다. 회전하는 원반형 날(40)은 웨이퍼(20)를 가로질러 이동하기 때문에, 스트리트(50)는 도 1이 도시된 지면에 수직한 방향으로 형성된다.
전술한 것처럼, 절단 표면(21, 22)의 하부 가장자리, 즉 패턴형성 표면(29)에 인접한 가장자리에 각각 치핑(91, 92)이 형성된다. 마찬가지로, 가공 파쇄층, 즉 취성 파쇄층(81, 82)이 절단 표면(21, 22)에 각각 형성된다. 가공 파쇄층, 즉 취성 파쇄층(81, 82)과 치핑(91, 92)은 스트리트(50)를 따라 불연속적으로 형성된다(도 1이 도시된 지면에 수직한 방향으로).
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 기판 가공 방법의 레이저 조사 공정을 나타내는 개념도이다. 도 2a에 도시한 것처럼, 레이저광 조사부(60)는 이면(28)의 위쪽에 놓여져 절단 표면(21, 22) 사이에 위치된다. 그 다음, 레이저광(61)이 레이저광 조사부(60)로부터 조사된다. 그러므로, 웨이퍼(20)의 절단 표면(21, 22), 특히 치핑(91, 92)이 가열되어 용융된다. 그 다음, 레이저광 조사부(60)로부터 레이저광(61)의 조사가 정지된다. 이에 따라, 치핑(91, 92)의 용융 부분은 냉각되어 경화됨으로써, 치핑(91, 92)의 표면에 개질층(73, 74)이 각각 형성된다. 개질층(73, 74)은 전술한 레이저광의 조사에 의해 산화된 산화층이기 때문에 개질층의 강도는 웨이퍼(20) 자체의 강도보다 크다. 그 다음, 웨이퍼(20) 위에 종횡 방향으로 스트리트가 형성되어, 육면체 형상인 복수 개의 칩 또는 다이스(도시 안됨)가 다이싱 테이프(30) 상에 배치되게 된다. 그러므로, 웨이퍼(20)의 절단 표면은 칩 또는 다이스의 측면에 해당한다. 그 다음, 각각 한 개의 반도체 소자(10)를 포함하는 한 개의 다이스가 픽업되어 조립된다. 본 발명에 있어서는, 다이스 측면의 강도가 증가되기 때문에 다이스를 픽업하고 조립하는 공정에서 다이스가 파손되지 않는다.
마찬가지로, 다이싱 공정 실행 중에 절단 표면(21, 22)에 형성되는 취성 파쇄층(81, 82)은 레이저광을 조사함으로써 개질층(71, 72)이 된다. 즉, 취성 파쇄층(81, 82)이 용융된 후 경화되기 때문에 절단 표면(21, 22)의 강도가 증가된다. 그러므로, 다이스를 픽업하고 조립하는 공정에서 다이스가 파손되지 않는다.
통상적으로, 다이싱 공정을 실행할 때에는 절단수가 절단 부위에 공급된다. 그러므로 레이저광 조사부(60)에서 조사되는 레이저광(61)은 CO2 레이저광 또는 YAG 레이저광인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절단수의 영향을 받지 않고 레이저광의 조사가 적절히 실행될 수 있다. 즉, 절단수가 스트리트(50)에 남아 있는 때에도 취성 파쇄층(81, 82)과 치핑(91, 92)을 레이저로 적절히 조사할 수 있다. 당연한 사실로서, 스트리트(50)에 있는 절단수를 공기 흐름에 의해 제거하거나 절단수를 건조시킨 후에 레이저광(61)이 조사될 수도 있다. 이 경우에는, CO2 레이저광 또는 YAG 레이저광보다도 출력이 작은 레이저, 예를 들면 엑시머 레이저광이 채택될 수 있다. 레이저광(61)의 초점을 이동시킴으로써, 절단 표면(21, 22)의 특정 부위, 예를 들면 치핑 또는 취성 파쇄층에 레이저광을 선택적으로 조사할 수 있다. 당연한 사실로서, 마주보는 절단 표면 양쪽 전체에 레이저를 조사할 수도 있고, 또는 절단 표면 한쪽의 일부에만 레이저를 조사할 수도 있다.
웨이퍼(20)를 원반형 날(40)로 절단한 후 다이싱 테이프(30)를, 예를 들면 도면의 좌우 방향으로, 신장(伸張)시킨 후에 레이저를 조사할 수 있다. 이 경우, 이러한 신장에 의해 절단 표면(21, 22) 사이의 거리가 증가되기 때문에 큰 직경의 레이저광으로 웨이퍼(20)를 용이하게 가공할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 가공 방법의 개략도이다. 도 3에서, 스트리트들(52, 53, 54)이 원반형 날(40)에 의해 이미 형성되었고, 원반형 날(40)은 하나의 스트리트(51)를 형성하고 있는 중이다. 스트리트(53, 54)에는 이미 레이저광이 조사되어서 각각 개질층(75, 76)과 개질층(77, 78)이 형성되어 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명에 있어서, 원반형 날(40)에 의해 스트리트(51)가 형성되는 동안, 레이저광 조사부(60)에 의해 다른 스트리트 예를 들어 스트리트(52)가 레이저광으로 조사될 수 있다. 이와 같이, 스트리트(52)에 있는 절단 표면(25, 26)에 개질층이 형성된다. 이 경우, 기판 가공 장치에서 통상의 다이싱 공정이 실행되는 동안 레이저광의 조사 공정이 실행될 수 있기 때문에, 공정 시간에 영향을 주지 않고 웨이퍼를 가공할 수 있다.
원반형 날(40)이 스트리트를 형성하는 동안, 레이저광 조사부(60)는 원반형 날(40)을 쫓아가도록 이동될 수 있다. 이 경우, 원반형 날(40)에 의해 형성되고 있는 스트리트를 따라서 레이저광 조사부(60)가 이동된다. 이에 따라, 공정 시간에 영향을 주지 않고 웨이퍼를 가공할 수 있다.
당연한 사실로서, 본 발명에 따른 기판 가공 방법 및 기판 가공 장치는 실리콘 웨이퍼 이외의 기판, 예를 들면 유리 기판에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 절단 표면에 형성되는 치핑을 용융시켜 개질층을 형성하여서 절단 표면의 강도가 증가되기 때문에, 다이스를 픽업하고 조립하는 공정에서 칩과 다이스가 파손되지 않도록 하는 공통의 효과가 발휘된다.

Claims (9)

  1. 기판을 가공하기 위한 기판 가공 방법에 있어서,
    원반형 날을 회전시켜 상기 기판을 상기 기판의 한 쪽 표면으로부터 절단하는 절단 단계와,
    상기 기판의 다른 쪽 표면 부근에 위치하는 상기 기판 절단 표면의 가장자리에 레이저광을 조사(照射)하는 조사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저광을 상기 기판의 상기 절단 표면의 전체에 조사하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저는 YAG 레이저 또는 CO2 레이저인 것을 특징으로 하는 기판 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판의 다른 쪽 표면에 다이싱 테이프가 부착되고, 상기 기판만을 절단하여 상기 다이싱 테이프를 신장(伸張)시킨 후에 상기 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 원반형 날이 기판을 절단함으로써 형성되는 중인 스트리트(street)와는 별개인 이미 형성된 스트리트에 상기 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원반형 날이 기판을 절단함으로써 형성되는 중인 스트리트에 상기 원반형 날의 이동을 따라가면서 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 방법.
  7. 기판을 가공하기 위한 기판 가공 장치에 있어서,
    상기 기판을 상기 기판의 한 쪽 표면으로부터 절단하도록 회전하는 원반형 날과,
    상기 기판의 다른 쪽 표면 부근에 위치하는 상기 기판 절단 표면 부위에 레이저광을 조사하기 위한 레이저광 조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 레이저광 조사부가 상기 기판 절단 표면 전체에 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 레이저광 조사부가 YAG 레이저광 조사부 또는 CO2 레이저광 조사부인 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
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