KR101283294B1 - 레이저 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단할 때에, 특히 적층부를 고정밀도로 절단할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공한다.
적층부(16)의 표면(16a)에 보호 테이프(22)를 붙인 상태에서, 기판(4)의 이면(4b)을 레이저광 입사면으로 하여 레이저광 L을 조사함으로써, 절단 예정 라인을 따라 개질 영역(7)을 기판(4)의 내부에 형성하고, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시킨다. 그리고, 이와 같은 균열(24)이 발생하고 있는 상태에서, 익스팬드 테이프를 기판(4)의 이면(4b)에 붙여 확장시키면, 기판(4)뿐만 아니라, 절단 예정 라인 상의 적층부(16), 즉, 층간 절연막(17a, 17b)을 절단 예정 라인을 따라 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
Figure 112007042177653-pct00001
기판, 기능 소자, 적층부, 레이저, 레이저광 입사면, 개질 영역, 절단 예정 라인

Description

레이저 가공 방법{LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은 기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 절단하는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
종래에 있어서의 이런 종류의 기술로서, 복수의 기능 소자를 포함한 적층부가 형성된 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사함으로써, 절단 예정 라인을 따라 개질(改質) 영역을 기판의 내부에 형성하고, 그 개질 영역을 기점으로 하여 기판 및 적층부를 절단하는 레이저 가공 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본특개 2003-334812호 공보
발명이 해결하고자 하는 과제
상술한 바와 같은 레이저 가공 방법은, 기판 및 적층부를 고정밀도로 절단할 수 있는 점에서 유효한 기술이다. 이와 같은 기술에 관련하여, 복수의 기능 소자를 포함하는 적층부가 형성된 기판의 내부에 절단 예정 라인을 따라 개질 영역을 형성했을 경우에, 그 개질 영역을 기점으로 하여, 특히, 적층부의 보다 높은 정밀한 절단을 가능하게 하는 기술이 요구되고 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단할 때에, 특히, 적층부를 고정밀도로 절단할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 레이저 가공 방법은, 기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 절단하는 레이저 가공 방법으로서, 적층부의 표면에 보호 부재를 장착하는 공정과, 보호 부재를 장착한 후에 기판의 이면(裏面)을 레이저광 입사면으로 하여 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사함으로써, 기판의 절단 예정 라인을 따라 절단의 기점이 되는 개질(改質) 영역을 기판의 내부에 형성하고, 개질 영역의 표면측 단부로부터 적어도 기판의 표면에 이르는 균열을 발생시키는 공정과, 균열을 발생시킨 후에, 기판의 이면에 확장 가능 부재를 장착하는 공정과, 확장 가능 부재를 장착한 후에 확장 가능 부재를 확장시킴으로써 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공 방법에서는, 적층부의 표면에 보호 부재를 장착한 상태에서, 기판의 이면을 레이저광 입사면으로 하여 레이저광을 조사함으로써, 절단 예정 라인을 따라 개질 영역을 기판의 내부에 형성하고, 개질 영역의 표면측 단부로부터 적어도 기판의 표면에 이르는 균열을 일으키게 한다. 그리고, 이와 같은 균열이 발생하고 있는 상태에서, 확장 가능 부재를 기판의 이면에 장착하여 확장시키면, 기판뿐만 아니라, 특히, 적층부를 절단 예정 라인을 따라 정밀도 좋게 절단할 수 있다. 따라서, 이 레이저 가공 방법에 의하면, 기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단할 때에, 특히 적층부를 고정밀도로 절단할 수 있다.
또한, 기능 소자란, 예를 들면, 결정 성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 포토다이오드 등의 수광 소자, 레이저다이오드 등의 발광 소자, 회로로서 형성된 회로 소자 등을 의미한다. 또, 개질 영역은, 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사하여, 다광자(多光子) 흡수 혹은 그것과 동등의 광흡수를 기판의 내부에서 발생시킴으로써 형성된다.
또, 상기 레이저 가공 방법에 있어서는, 개질 영역의 표면측 단부로부터 적층부의 내부에 이르는 균열을 일으키게 해도 되고, 개질 영역의 표면측 단부로부터 적층부의 표면에 이르는 균열을 일으키게 해도 된다.
또, 기판의 두께 방향에 있어서, 개질 영역의 중심이 기판의 중심보다 기판의 표면측에 위치하도록 개질 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 개질 영역을 형성함으로써, 개질 영역의 표면측 단부로부터 적어도 기판의 표면에 이르는 균열을 일으키기 쉽게 할 수 있다.
여기서, 기판은 반도체 기판이며, 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 경우가 있다. 이 용융 처리 영역은 상술한 개질 영역의 일례이기 때문에, 이 경우에도, 기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단할 때에, 특히 적층부를 고정밀도로 절단할 수 있다.
또, 기판은 반도체 기판이며, 개질 영역은 용융 처리 영역과 그 용융 처리 영역에 대해 기판의 표면측에 위치하는 미소 공동(微小空洞)을 포함하는 경우가 있다. 이 용융 처리 영역 및 미소 공동은 상술한 개질 영역의 일례이기 때문에, 이 경우에도, 기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단할 때에, 특히 적층부를 고정밀도로 절단할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 레이저 가공 방법은, 적층부가 저유전율막을 포함하는 경우에 특히 유효하다. 저유전율막은 기계적 강도가 낮고, 다른 재료와 융합되기 어려운 성질을 일반적으로 가지고 있기 때문에, 당겨서 찢어지거나 막 박리를 일으키기 쉬우나, 본 발명에 관한 레이저 가공 방법에 의하면, 당겨서 찢어지거나 막 박리를 방지하고, 기판과 함께 저유전율막을 고정밀도로 절단할 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단할 때에, 특히 적층부를 고정밀도로 절단할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 의한 레이저 가공중의 가공 대상물의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 가공 대상물의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 의한 레이저 가공후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 가공 대상물의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 가공 대상물의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따른 단면도이다.
도 6은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 절단된 가공 대상물의 평면도이다.
도 7은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서의 전기장(電界) 강도와 크랙 스폿의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법의 제 1 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 9는 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법의 제 2 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 10은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법의 제 3 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 11은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법의 제 4 공정에 있어서의 가공 대상물의 단면도이다.
도 12는 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서의 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미 소 공동(空洞)이 형성된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.
도 15는 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미소 공동이 형성되는 원리를 설명하기 위한 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.
도 16은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 의해 용융 처리 영역 및 미소 공동이 형성된 실리콘 웨이퍼의 절단면의 사진을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 실시형태의 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 18은 도 17에 나타낸 가공 대상물의 XVIII-XVIII 선을 따른 부분 단면도이다.
도 19는 본 실시형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도로서, (a)는 가공 대상물에 보호 테이프를 붙인 상태, (b)는 가공 대상물에 레이저광을 조사하고 있는 상태이다.
도 20은 본 실시형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도로서, (a)는 가공 대상물에 익스팬드 테이프(expand tape)를 붙인 상태, (b)는 보호 테이프에 자외선을 조사하고 있는 상태이다.
도 21은 본 실시형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도로서, (a)는 가공 대상물로부터 보호 테이프를 벗긴 상태, (b)는 익스팬드 테이프를 확장시킨 상태이다.
도 22는 개질 영역의 표면측 단부로부터 적층부의 내부에 이르는 균열이 발생한 가공 대상물의 부분 단면도이다.
도 23은 개질 영역의 표면측 단부로부터 적층부의 표면에 이르는 균열이 발생한 가공 대상물의 부분 단면도이다.
도 24는 개질 영역의 표면측 단부로부터 기판의 표면에 이르는 균열을 발생시킨 경우에 저유전율막을 고정밀도로 절단할 수 있는 제 1의 이유를 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도이다.
도 25는 개질 영역의 표면측 단부로부터 기판의 표면에 이르는 균열을 발생시킨 경우에 저유전율막을 고정밀도로 절단할 수 있는 제 2의 이유를 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도이다.
도 26은 개질 영역의 표면측 단부로부터 저유전율막의 표면에 이르는 균열을 발생시킨 경우에 저유전율막을 고정밀도로 절단할 수 있는 이유를 설명하기 위한 가공 대상물의 부분 단면도이다.
도 27은 기판의 표면에 균열이 도달해 있었을 경우, 및 저유전율막의 표면에 균열이 도달해 있었을 경우의 가공 대상물의 절단 결과를 나타내는 사진을 나타낸 도면이다.
도 28은 두께 30 ㎛의 기판에 대한 「개질 영역의 표면측 단부의 위치와 기판의 표면과의 거리와, 기판 상태와의 관계」를 나타내는 도면이다.
도 29는 두께 50 ㎛의 기판에 대한 「개질 영역의 표면측 단부의 위치와 기판의 표면과의 거리와, 기판 상태와의 관계」를 나타내는 도면이다.
도 30은 두께 100 ㎛의 기판에 대한 「개질 영역의 표면측 단부의 위치와 기판의 표면과의 거리와, 기판 상태와의 관계」를 나타내는 도면이다.
도 31은 두께 150 ㎛의 기판에 대한 「개질 영역의 표면측 단부의 위치와 기판의 표면과의 거리와, 기판 상태와의 관계」를 나타내는 도면이다.
도 32는 개질 영역의 표면측 단부가 기판의 표면에 줄 모양으로 연장되도록 개질 영역이 형성된 기판의 절단면의 사진을 나타낸 도면이다.
부호의 설명
1…가공 대상물, 4…기판, 4a…기판의 표면, 4b…기판의 이면(裏面), 4c…기판의 측면, 5…절단 예정 라인, 7…개질 영역, 7a…개질 영역의 표면측 단부, 13…용융 처리 영역, 14…미소 공동, 15…기능 소자, 16…적층부, 16a…적층부의 표면, 22… 보호 테이프(보호 부재), 23…익스팬드 테이프(확장 가능 부재), 24…균열, 25…반도체 칩, 26…저유전율막, L…레이저광, P…집광점
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태의 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하기 위해 다광자 흡수라고 하는 현상을 이용한다. 따라서, 맨 먼저, 다광자 흡수에 의해 개질 영역을 형성하기 위한 레이저 가공 방법에 대하여 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭 EG보다 광자의 에너지 hν가 작으면 광학적으로 투명해진다. 따라서, 재료에 흡수가 발생하는 조건은 hν>EG이다. 그러나, 광학적으로 투명해도, 레이저광의 강도를 너무 크게 하면 nhν>EG의 조건(n=2, 3, 4, ·…)에서 재료에 흡수가 발생한다. 이 현상을 다광자 흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이 저광의 강도는 레이저광의 집광점의 피크 파워 밀도(W/㎠)로 결정되고, 예를 들면 피크 파워 밀도가 1× 108(W/㎠) 이상의 조건에서 다광자 흡수가 발생한다. 피크 파워 밀도는, (집광점에 있어서의 레이저광의 1 펄스당의 에너지) ÷ (레이저광의 빔 스폿 단면적× 펄스폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 전기장 강도(W/㎠)로 결정된다.
이와 같은 다광자 흡수를 이용하는 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법의 원리에 대하여, 도 1~도 6을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 판 형상의 가공 대상물(1)의 표면(3)에는, 가공 대상물(1)을 절단하기 위한 절단 예정 라인(5)이 있다. 절단 예정 라인(5)은 직선 모양으로 연장된 가상선이다. 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 다광자 흡수가 발생하는 조건에서 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저광 L을 조사하여 개질 영역(7)을 형성한다. 또한, 집광점 P란, 레이저광 L이 집광하는 개소이다. 또, 절단 예정 라인(5)은, 직선 모양에 한정되지 않고 곡선 모양이어도 되며, 가상선에 한정되지 않고 가공 대상물(1)에 실제로 그어진 선이어도 된다.
그리고, 레이저광 L을 절단 예정 라인(5)을 따라(즉, 도 1의 화살표 A 방향으로) 상대적으로 이동시킴으로써, 집광점 P를 절단 예정 라인(5)을 따라 이동시킨다. 이에 의해, 도 3~도 5에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)을 따라 가공 대상물(1)의 내부에 형성되며, 이 개질 영역(7)이 절단 기점 영역(8)이 된다. 여기서, 절단 기점 영역(8)이란, 가공 대상물(1)이 절단될 때에 절 단(갈라짐)의 기점이 되는 영역을 의미한다. 이 절단 기점 영역(8)은, 개질 영역(7)이 연속적으로 형성됨으로써 형성되는 경우도 있고, 개질 영역(7)이 단속적(斷續的)으로 형성됨으로써 형성되는 경우도 있다.
본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법은, 가공 대상물(1)이 레이저광 L을 흡수함으로써 가공 대상물(1)을 발열시켜 개질 영역(7)을 형성하는 것이 아니다. 가공 대상물(1)에 레이저광 L을 투과시켜 가공 대상물(1)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜 개질 영역(7)을 형성하고 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광 L이 거의 흡수되지 않기 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융되는 일은 없다.
가공 대상물(1)의 내부에 절단 기점 영역(8)을 형성하면, 이 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 갈라짐이 발생하기 쉬워지기 때문에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 비교적 작은 힘으로 가공 대상물(1)을 절단할 수 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 불필요한 갈라짐을 발생시키지 않고, 가공 대상물(1)을 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다.
이 절단 기점 영역(8)을 기점으로 한 가공 대상물(1)의 절단에는, 다음의 2가지 방법을 생각할 수 있다. 하나는, 절단 기점 영역(8) 형성후, 가공 대상물(1)에 인위적인 힘이 인가됨으로써, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 가공 대상물(1)이 갈라져서 가공 대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공 대상물(1)의 두께가 큰 경우의 절단이다. 인위적인 힘이 인가된다는 것은, 예를 들면, 가공 대상물(1)의 절단 기점 영역(8)을 따라 가공 대상물(1)에 휨 응력이나 전단 응력을 가하거나, 가공 대상물(1)에 온도차를 부여함으로써 열응력을 발생시키거나 하는 것이다. 다른 하나는, 절단 기점 영역(8)을 형성함으로써, 절단 기점 영역(8)을 기점으로 하여 가공 대상물(1)의 단면 방향(두께 방향)을 향하여 자연스럽게 갈라져, 결과적으로 가공 대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공 대상물(1)의 두께가 작은 경우에는, 1열의 개질 영역(7)에 의해 절단 기점 영역(8)이 형성됨으로써 가능해지고, 가공 대상물(1)의 두께가 큰 경우에는, 두께 방향으로 복수열 형성된 개질 영역(7)에 의해 절단 기점 영역(8)이 형성됨으로써 가능해진다. 또한, 이 자연스럽게 갈라지는 경우도, 절단하는 개소에 있어서, 절단 기점 영역(8)이 형성되어 있지 않은 부위에 대응하는 부분의 표면(3) 위에까지 갈라짐이 앞서 발생하는 일이 없고, 절단 기점 영역(8)을 형성한 부위에 대응하는 부분만을 할단할 수 있으므로 할단(割斷)을 잘 제어할 수 있다. 근년, 실리콘 웨이퍼 등의 가공 대상물(1)의 두께는 얇아지는 경향에 있으므로, 이와 같은 제어성이 좋은 할단 방법은 매우 유효하다.
그런데, 본 실시형태에 관한 레이저 가공 방법에 있어서, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서는, 다음의 (1)~(4)의 경우가 있다.
(1) 개질 영역이 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 크랙 영역의 경우
가공 대상물(예를 들면 유리나 LiTaO3로 이루어진 압전 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전기장 강도가 1× 108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스폭이 1 μs 이하인 조건으로 레이저광을 조사한다. 이 펄스폭의 크기는, 다광자 흡수를 발생시키면서 가공 대상물의 표면에 불필요한 손상을 주지 않고, 가공 대상물의 내부에만 크랙 영역을 형성할 수 있는 조건이다. 이에 의해, 가공 대상물의 내부에는 다광자 흡수에 의한 광학적 손상이라고 하는 현상이 발생한다. 이 광학적 손상에 의해 가공 대상물의 내부에 열 변형이 야기되고, 이로써 가공 대상물의 내부에 크랙 영역이 형성된다. 전기장 강도의 상한치로서는, 예를 들면 1× 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은, 예를 들면 1 ㎱~200 ㎱가 바람직하다. 또한, 다광자 흡수에 의한 크랙 영역의 형성은, 예를 들면, 제45회 레이저열 가공연구회 논문집(1998년. 12월)의 제23페이지~제28페이지의 「고체 레이저 고조파(高調波)에 의한 유리 기판의 내부 마킹」에 기재되어 있다.
본 발명자는, 전기장 강도와 크랙의 크기와의 관계를 실험에 의해 구하였다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물 : 파이렉스(등록상표) 유리(두께 700 ㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd:YAG 레이저
파장 : 1064 ㎚
레이저광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8㎠
발진 형태 : Q 스위치 펄스
반복 주파수 : 100 ㎑
펄스폭 : 30 ㎱
출력 : 출력<1mJ/펄스
레이저광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
레이저광 파장에 대한 투과율 : 60 퍼센트
(D) 가공 대상물이 실어 놓여지는 재치대의 이동 속도 : 100 ㎜/초
또한, 레이저광 품질이 TEM00란, 집광성이 높고 레이저광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 피크 파워 밀도이며, 레이저광이 펄스레이저광이므로 전기장 강도는 피크 파워 밀도로 나타난다. 세로축은 1펄스의 레이저광에 의해 가공 대상물의 내부에 형성된 크랙 부분(크랙 스폿)의 크기를 나타내고 있다. 크랙 스폿이 모여 크랙 영역이 된다. 크랙 스폿의 크기는, 크랙 스폿의 형상 중 최대의 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 검은 동그라미로 나타낸 데이터는 집광용 렌즈 (C)의 배율이 100배, 개구수(NA)가 0.80인 경우이다. 한편, 그래프 중의 하얀 동그라미로 나타낸 데이터는 집광용 렌즈 (C)의 배율이 50배, 개구수(NA)가 0.55인 경우이다. 피크 파워 밀도가 1011(W/㎠) 정도부터 가공 대상물의 내부에 크랙 스폿이 발생하고, 피크 파워 밀도가 커짐에 따라 크랙 스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
다음으로, 크랙 영역 형성에 의한 가공 대상물의 절단 메커니즘에 대해, 도 8~도 11을 참조하여 설명한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 다광자 흡수가 발생하는 조건으로 가공 대상물(1)의 내부에 집광점 P를 맞추고 레이저광 L을 조사하여 절단 예정 라인을 따라 내부에 크랙 영역(9)을 형성한다. 크랙 영역(9)은 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 영역이다. 이와 같이 형성된 크랙 영역(9)이 절단 기점 영역이 된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 크랙 영역(9)을 기점으로 하여(즉, 절단 기점 영역을 기점으로 하여) 크랙이 더욱 성장시키고, 도 10에 나타낸 바와 같이, 크랙이 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 가공 대상물(1)이 갈라짐으로써 가공 대상물(1)이 절단된다. 가공 대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하는 크랙은 자연히 성장하는 경우도 있고, 가공 대상물(1)에 힘이 인가됨으로써 성장하는 경우도 있다.
(2) 개질 영역이 용융 처리 영역인 경우
가공 대상물(예를 들면, 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전기장 강도가 1× 108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스폭이 1 μs 이하인 조건에서 레이저광을 조사한다. 이에 의해 가공 대상물의 내부는 다광자 흡수에 의해 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역이 형성된다. 용융 처리 영역이란 일단 용융후 재고화(再固化)한 영역이나, 확실히 용융 상태인 영역이나, 용융 상태로부터 재고화하는 상태의 영역이며, 상변화한 영역이나 결정 구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융 처리 영역이란 단결정 구조, 비정질 구조, 다결정 구조에 있어서, 어느 구조가 다른 구 조로 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 단결정 구조로부터 비정질 구조로 변화한 영역, 단결정 구조로부터 다결정 구조로 변화한 영역, 단결정 구조로부터 비정질 구조 및 다결정 구조를 포함하는 구조로 변화한 영역을 의미한다. 가공 대상물이 실리콘 단결정 구조인 경우, 용융 처리 영역은 예를 들면 비정질 실리콘 구조이다. 전기장 강도의 상한치로서는, 예를 들면 1× 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1 ㎱~200 ㎱가 바람직하다.
본 발명자는, 실리콘 웨이퍼의 내부에서 용융 처리 영역이 형성되는 것을 실험에 의해 확인하였다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 350 ㎛, 외경 4 인치)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd:YAG 레이저
파장 : 1064 ㎚
레이저광 스폿 단면적 : 3.14× 10-8㎠
발진 형태 : Q 스위치 펄스
반복 주파수 : 100 ㎑
펄스폭 : 30 ㎱
출력 : 20 μJ/펄스
레이저광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
배율 : 50 배
N.A. : 0.55
레이저광 파장에 대한 투과율 : 60 퍼센트
(D) 가공 대상물이 실어 놓여지는 재치대의 이동 속도 : 100 ㎜/초
도 12는, 상기 조건에서의 레이저 가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도면이다. 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 용융 처리 영역(13)이 형성되어 있다. 또한, 상기 조건에 의해 형성된 용융 처리 영역(13)의 두께 방향의 크기는 100 ㎛ 정도이다.
용융 처리 영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 설명한다. 도 13은, 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 단, 실리콘 기판의 표면측과 이면측 각각의 반사 성분을 제거하여, 내부만의 투과율을 나타내고 있다. 실리콘 기판의 두께 t가 50 ㎛, 100 ㎛, 200 ㎛, 500 ㎛, 1000 ㎛의 각각에 대해 상기 관계를 나타내었다.
예를 들면, Nd:YAG 레이저의 파장인 1064 ㎚에 있어서, 실리콘 기판의 두께가 500 ㎛ 이하인 경우, 실리콘 기판의 내부에서는 레이저광이 80 % 이상 투과하는 것을 알 수 있다. 도 12에 나타낸 실리콘 웨이퍼(11)의 두께는 350 ㎛이므로, 다광자 흡수에 의한 용융 처리 영역(13)은 실리콘 웨이퍼(11)의 중심 부근, 즉 표면으로부터 175 ㎛인 부분에 형성된다. 이 경우의 투과율은, 두께 200 ㎛의 실리콘 웨이퍼를 참고로 하면, 90 % 이상이므로, 레이저광이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 서 흡수되는 것은 불과 얼마 안 되고, 대부분이 투과한다. 이것은, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 레이저광이 흡수되고, 용융 처리 영역(13)이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 형성(즉, 레이저광에 의한 통상의 가열로 용융 처리 영역이 형성)된 것이 아니라, 용융 처리 영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 의미한다. 다광자 흡수에 의한 용융 처리 영역의 형성은, 예를 들면, 용접학회 전국대회강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제72페이지~제73페이지의 「피코초(pico second) 펄스 레이저에 의한 실리콘의 가공 특성 평가」에 기재되어 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼는, 용융 처리 영역에 의해 형성되는 절단 기점 영역을 기점으로 하여 단면 방향을 향하여 갈라짐을 발생시키고, 그 갈라짐이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달함으로써, 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 이 갈라짐은 자연히 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가됨으로써 성장하는 경우도 있다. 그리고, 절단 기점 영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 갈라짐이 자연스럽게 성장하는 경우에는, 절단 기점 영역을 형성하는 용융 처리 영역이 용융하고 있는 상태로부터 갈라짐이 성장하는 경우와, 절단 기점 영역을 형성하는 용융 처리 영역이 용융하고 있는 상태로부터 재고화할 때에 갈라짐이 성장하는 경우 모두 있다. 단, 어느 경우도 용융 처리 영역은 실리콘 웨이퍼의 내부에만 형성되고, 절단후의 절단면에는, 도 12와 같이 내부에만 용융 처리 영역이 형성되어 있다. 이와 같이, 가공 대상물의 내부에 용융 처리 영역에 의해 절단 기점 영역을 형성하면, 할단(割斷)시, 절단 기점 영역 라인으로부터 이탈한 불필요한 갈라짐이 발생하기 어려우므로, 할단 제어가 용이해진다.
(3) 개질 영역이 용융 처리 영역 및 미소 공동(空洞)인 경우
가공 대상물(예를 들면, 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전기장 강도가 1× 108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스폭이 1 ㎲ 이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 이에 의해, 가공 대상물의 내부에는 용융 처리 영역과 미소 공동이 형성되는 경우가 있다. 또한, 전기장 강도의 상한치로서는, 예를 들면 1× 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1 ㎱~200 ㎱가 바람직하다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3) 측으로부터 레이저광 L을 입사시켰을 경우, 미소 공동(14)은 용융 처리 영역(13)에 대하여 이면(21)측에 형성된다. 도 14에서는, 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)이 떨어져서 형성되어 있으나, 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)이 연속해서 형성되는 경우도 있다. 즉, 다광자 흡수에 의해서 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 쌍이 되어 형성되는 경우, 미소 공동(14)은 용융 처리 영역(13)에 대해 실리콘 웨이퍼(11)에 있어서의 레이저광 입사면의 반대측에 형성되게 된다.
이와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)에 레이저광 L을 투과시켜 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜 용융 처리 영역(13)을 형성했을 경우에, 각각의 용융 처리 영역(13)에 대응한 미소 공동(14)이 형성되는 원리에 대해서는 반드시 명확하지 않다. 여기에서는, 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 쌍으로 된 상태에서 형성되는 원리에 관하여 본 발명자들이 상정하는 2개의 가설을 설명한다.
본 발명자들이 상정하는 제 1 가설은 다음과 같다. 즉, 도 15에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부의 집광점 P에 초점을 맞추고 레이저광 L을 조사하면, 집광점 P의 근방에 용융 처리 영역(13)이 형성된다. 종래는, 이 레이저광 L로서, 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저광 L의 중심부분의 빛(도 15 중, L4 및 L5에 상당하는 부분의 빛)을 사용하는 것으로 하고 있었다. 이것은, 레이저광 L의 가우시안 분포의 중심 부분을 사용하기 때문이다.
본 발명자들은 레이저광 L이 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3)에 주는 영향을 막기 위해 레이저광 L을 넓히기로 하였다. 그 한 방법으로서, 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저광 L을 소정의 광학계로 익스팬드하여 가우시안 분포의 저변을 넓혀, 레이저광 L의 주변 부분의 빛(도 15 중, L1~L3 및 L6~L8에 상당하는 부분의 빛)의 레이저 강도를 상대적으로 상승시키는 것으로 하였다. 이와 같이 확장한 레이저광 L을 실리콘 웨이퍼(11)에 투과시키면, 이미 설명한 바와 같이 집광점 P의 근방에서는 용융 처리 영역(13)이 형성되고, 그 용융 처리 영역(13)에 대응한 부분에 미소 공동(14)이 형성된다. 즉, 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)은 레이저광 L의 광축(도 15 중의 일점쇄선)을 따른 위치에 형성된다. 미소 공동(14)이 형성되는 위치는, 레이저광 L의 주변 부분의 빛(도 15 중, L1~L3 및 L6~L8에 상당하는 부분의 빛)이 이론상 집광되는 부분에 상당한다.
이와 같이 레이저광 L의 중심 부분의 빛(도 15 중, L4 및 L5에 상당하는 부분의 빛)과, 레이저광 L의 주변 부분의 빛(도 15 중, L1~L3 및 L6~L8에 상당하는 부분의 빛)이 각각 집광되는 부분이 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향에 있어서 다른 것은, 레이저광 L을 집광하는 렌즈의 구면(球面) 수차에 의한 것으로 생각된다. 본 발명자들이 상정하는 제 1 가설은, 이 집광 위치의 차이가 어떠한 영향을 미치고 있는 것이 아닐까하는 것이다.
본 발명자들이 상정하는 제 2 가설은, 레이저광 L의 주변 부분의 빛(도 15 중, L1~L3 및 L6~L8에 상당하는 부분의 빛)이 집광되는 부분은 이론상의 레이저 집광점이기 때문에, 이 부분의 빛 강도가 높고 미세 구조 변화가 일어나고 있기 때문에 그 주위가 실질적으로 결정 구조가 변화하고 있지 않는 미소 공동(14)이 형성되고, 용융 처리 영역(13)이 형성되어 있는 부분은 열적인 영향이 크며 단순히 용해하여 재고화했다는 것이다.
여기서, 용융 처리 영역(13)은 상기 (2)에서 기술한 바와 같은 것이나, 미소 공동(14)은, 그 주위가 실질적으로 결정 구조가 변화하지 않은 것이다. 실리콘 웨이퍼(11)가 실리콘 단결정 구조인 경우에는, 미소 공동(14)의 주위는 실리콘 단결정 구조인 채의 부분이 많다.
본 발명자들은, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)이 형성되는 것을 실험에 의해 확인하였다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공 대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 100 ㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd:YAG 레이저
파장 : 1064 ㎚
반복 주파수 : 40 ㎑
펄스폭 : 30 ㎱
펄스 피치 : 7 ㎛
가공 깊이 : 8 ㎛
펄스 에너지 : 50 μJ/펄스
(C) 집광용 렌즈
NA : 0.55
(D) 가공 대상물이 실어 놓여지는 재치대의 이동 속도 : 280 mm/초
도 16은, 상기 조건에서의 레이저 가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼(11)의 절단면의 사진을 나타낸 도면이다. 도 16에 있어서 (a)와 (b)는 동일한 절단면의 사진을 다른 축척으로 나타낸 것이다. 동도면에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에는, 1펄스의 레이저광 L의 조사에 의해 형성된 용융 처리 영역(13) 및 미소 공동(14)의 쌍이, 절단면을 따라(즉, 절단 예정 라인을 따라) 소정의 피치로 형성되어 있다.
또한, 도 16에 나타낸 절단면의 용융 처리 영역(13)은 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향(도면 중의 상하 방향)의 폭이 13 ㎛ 정도이며, 레이저광 L을 이동할 방향(도면 중의 좌우 방향)의 폭이 3 ㎛ 정도이다. 또, 미소 공동(14)은, 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향의 폭이 7 ㎛ 정도이며, 레이저광 L을 이동할 방향의 폭이 1.3 ㎛ 정도이다. 용융 처리 영역(13)과 미소 공동(14)과의 간격은 1.2 ㎛ 정도이다.
(4) 개질(改質) 영역이 굴절률 변화 영역인 경우
가공 대상물(예를 들면, 유리)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전기장 강도가 1× 108(W/㎠) 이상이며 또한 펄스폭이 l ㎱ 이하인 조건으로 레이저광을 조사한다. 펄스폭을 매우 짧게 하여, 다광자 흡수를 가공 대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수에 의한 에너지가 열에너지로 바뀌지 않고, 가공 대상물의 내부에는 이온 가수(價數) 변화, 결정화 또는 분극 배향 등의 영속적인 구조 변화가 야기되어 굴절률 변화 영역이 형성된다. 전기장 강도의 상한치로서는, 예를 들면 1× 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1 ㎱ 이하가 바람직하고, 1 ps 이하가 더욱 바람직하다. 다광자 흡수에 의한 굴절률 변화 영역의 형성은, 예를 들면, 제42회 레이저 열가공 연구회 논문집(1997년. 11월)의 제105페이지~제111페이지의 「펨토초 레이저 조사에 의한 유리 내부에의 광야기 구조 형성」에 기재되어 있다.
이상, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질 영역으로서 (1)~(4)의 경우를 설명하였으나, 웨이퍼 형상의 가공 대상물의 결정 구조나 그 벽개성(劈開性) 등을 고려하여 절단 기점 영역을 다음과 같이 형성하면, 그 절단 기점 영역을 기점으로 하여 보다 한층 작은 힘으로, 게다가 정밀도 좋게 가공 대상물을 절단 하는 것이 가능해진다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정 반도체로 이루어진 기판의 경우는, (111)면(제 1 벽개면)이나 (110)면(제 2 벽개면)을 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또, GaAs 등의 섬아연광형 구조의 Ⅲ-Ⅴ족 화 합물 반도체로 이루어진 기판의 경우는, (110)면을 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어(Al2O3) 등의 육방정계의 결정 구조를 갖는 기판의 경우는, (0001)면(C면)을 메인 면으로 하여 (1120)면(A면) 혹은 (1100)면(M면)을 따른 방향으로 절단 기점 영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향(예를 들면, 단결정 실리콘 기판에 있어서의 (111)면에 따른 방향), 혹은 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향으로 직교하는 방향을 따라 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이션 플랫을 기준으로 함으로써, 절단 기점 영역을 형성해야 할 방향을 따른 절단 기점 영역을 용이 또한 정확하게 기판에 형성하는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다. 도 17은 본 실시형태의 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이며, 도 18은 도 17에 나타낸 가공 대상물의 XVIII-XVIII 선을 따른 부분 단면도이다. 도 17을 참조하면, 웨이퍼인 가공 대상물(1)은 평판 모양이며 대략 원반 형상을 나타내고 있다. 이 가공 대상물(1)의 표면에는, 종횡으로 교차하는 복수의 절단 예정 라인(5)이 설정되어 있다(격자 모양의 절단 예정 라인). 절단 예정 라인(5)은, 가공 대상물(1)을 복수의 칩 형상의 부분으로 절단하기 위해 상정(想定)되는 가상선이다.
도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이, 가공 대상물(1)은, 30 ㎛~150 ㎛의 두께를 갖는 실리콘제의 기판(4)과, 복수의 기능 소자(15)를 포함하여 기판(4)의 표면(4a)에 형성된 적층부(16)를 구비하고 있다. 기능 소자(15)는, 기판(4)의 표 면(4a)에 적층된 층간 절연막(17a)과, 층간 절연막(17a) 상에 형성된 배선층(19a)과, 배선층(19a)을 덮도록 층간 절연막(17a) 상에 적층된 층간 절연막(17b)과, 층간 절연막(17b) 상에 형성된 배선층(19b)을 가지고 있다. 배선층(19a)과 기판(4)은, 층간 절연막(17a)을 관통하는 도전성 플러그(20a)에 의해 전기적으로 접속되며, 배선층(19b)과 배선층(19a)은, 층간 절연막(17b)을 관통하는 도전성 플러그(20b)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 기능 소자(15)는, 기판(4)의 오리엔테이션 플랫(6)에 평행한 방향 및 수직인 방향으로 매트릭스 모양으로 다수 형성되어 있으나, 층간 절연막(17a, 17b)은, 기판(4)의 표면(4a) 전체를 덮도록 인접한 기능 소자(15, 15) 사이에 걸쳐 형성되어 있다.
이상과 같이 구성된 가공 대상물(1)을 이하와 같이 하여 기능 소자(15)마다 절단한다. 우선, 도 19(a)에 나타낸 바와 같이, 각 기능 소자(15)를 덮도록 적층부(16)의 표면(16a)에 보호 테이프(보호 부재)(22)를 붙인다. 계속해서, 도 19(b)에 나타낸 바와 같이, 기판(4)의 이면(4b)을 위쪽을 향하여 가공 대상물(1)을 레이저 가공 장치의 재치대(도시하지 않음) 상에 고정한다. 이 때, 적층부(16)가 재치대에 직접 접촉하는 것을 보호 테이프(22)에 의해 피할 수 있기 때문에, 각 기능 소자(15)를 보호할 수 있다.
그리고, 인접한 기능 소자(15, 15) 사이를 통과하도록 절단 예정 라인(5)을 격자 모양으로 설정하고(도 17의 파선 참조), 기판(4)의 이면(4b)을 레이저광 입사면으로 하여 기판(4)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저광 L을 다광자 흡수가 발 생하는 조건으로 조사하면서, 재치대의 이동에 의해 절단 예정 라인(5)을 따라 레이저광 L의 집광점 P를 스캔한다. 이에 의해, 절단의 기점이 되는 개질 영역(7)을, 그 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리(특별한 제한이 없는 한, 기판(4)의 두께 방향에 있어서의 거리를 의미함)가 3 ㎛~40 ㎛가 되도록 기판(4)의 내부에 형성한다. 이와 같은 조건에서 개질 영역(7)을 형성하면, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)이 발생하게 된다.
이와 같이, 가공 대상물(1)에 레이저광 L을 조사할 때에, 기판(4)의 이면(4b)을 레이저광 입사면으로 하기 때문에, 적층부(16)의 절단 예정 라인(5) 상에 레이저광 L을 반사하는 부재(예를 들면, TEG)가 존재하더라도, 개질 영역(7)을 절단 예정 라인(5)을 따라 기판(4)의 내부에 확실하게 형성할 수 있다. 또한, 기판(4)은 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이기 때문에, 개질 영역(7)은 용융 처리 영역(13)이다. 또, 여기서는, 1개의 절단 예정 라인(5)에 대해 1열의 비율로 기판(4)의 내부에 개질 영역(7)을 형성한다.
개질 영역(7)을 형성하여 균열(24)을 발생시킨 후, 도 20(a)에 나타낸 바와 같이, 기판(4)의 이면(4b)에 익스팬드 테이프(확장 가능 부재)(23)를 붙인다. 계속해서, 도 20(b)에 나타낸 바와 같이, 보호 테이프(22)에 자외선을 조사하고, 그 점착력을 저하시켜, 도 21(a)에 나타낸 바와 같이 적층부(16)의 표면(16a)으로부터 보호 테이프(22)를 벗긴다.
보호 테이프(22)를 벗긴 후, 도 21(b)에 나타낸 바와 같이, 익스팬드 테이 프(23)를 확장시켜 개질 영역(7)을 기점으로 하여 갈라짐을 발생시키고, 기판(4) 및 적층부(16)를 절단 예정 라인(5l)을 따라 절단하는 동시에, 절단되어 얻어진 각 반도체 칩(25)을 서로 이간시킨다. 이에 의해, 기판(4)과 기능 소자(15)를 포함하여 기판(4)의 표면(4a)에 형성된 적층부(16)를 구비하고, 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리가 3 ㎛~40 ㎛가 되도록 개질 영역(7)이 기판(4)의 측면(4c)에 형성된 반도체 칩(25)을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 레이저 가공 방법에 있어서는, 적층부(16)의 표면(16a)에 보호 테이프(22)를 붙인 상태에서, 기판(4)의 이면(4b)을 레이저광 입사면으로 하여 레이저광 L을 조사함으로써, 절단 예정 라인(5)을 따라 개질 영역(7)을 기판(4)의 내부에 형성하고, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시킨다. 그리고, 이와 같은 균열(24)이 발생하고 있는 상태에서, 익스팬드 테이프(23)를 기판(4)의 이면(4b)에 붙여 확장시키면, 기판(4)뿐만 아니라, 절단 예정 라인(5) 상의 적층부(16), 즉, 층간 절연막(17a, 17b)을 절단 예정 라인(5)을 따라 정밀도 좋게 절단할 수 있다. 즉, 절단되어 얻어진 반도체 칩(25)은, 도 21(b)에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)이 형성된 기판(4)의 측면(4c)에 대응하는 적층부(16)의 단부(16c)도 고정밀도로 절단된 것이 된다.
또, 상기 가공 대상물(1)에 있어서는, 기판(4)이 30 ㎛~150 ㎛의 두께를 가지나, 이와 같이 기판(4)의 두께가 30 ㎛~150 ㎛이면, 1열의 개질 영역(7)을 기점으로 하여 적층부(16)뿐만 아니라, 기판(4)도 보다 고정밀도로 절단할 수 있다.
또한, 상기 레이저 가공 방법에 있어서는, 절단 예정 라인(5)을 따라 개질 영역(7)을 기판(4)의 내부에 형성함으로써, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시켰으나, 도 22에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 적층부(16)의 내부에 이르는 균열(24)을 일으키게 해도 되고, 도 23에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 적층부(16)의 표면(16a)에 달하는 균열(24)을 발생시켜도 된다. 즉, 절단 예정 라인(5)을 따라 개질 영역(7)을 기판(4)의 내부에 형성함으로써, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 적어도 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시키면, 기판(4)과 기능 소자(15)를 포함하여 기판(4)의 표면(4a)에 형성된 적층부(16)를 구비한 가공 대상물(1)을 절단할 때에, 특히, 적층부(16)를 고정밀도로 절단할 수 있다.
또, 상기 레이저 가공 방법에 있어서는, 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리가 3 ㎛~40 ㎛가 되도록 개질 영역(7)을 기판(4)의 내부에 형성하였으나, 기판(4)의 두께 방향에 있어서, 개질 영역(7)의 중심이 기판(4)의 중심보다 기판(4)의 표면(4a)측에 위치하도록 개질 영역(7)을 형성해도 된다. 이와 같이 개질 영역(7)을 형성함으로써, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 적어도 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 일으키기 쉽게 할 수 있다.
다음으로, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 적어도 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시켰을 경우에 적층부(16)를 고정밀도로 절단 할 수 있는 이유에 대하여 설명한다. 또한, 여기서는, 실리콘제의 기판(4)의 표 면(4a)에 적층부(16)로서 저유전율막(low-k막)이 적층되어 있는 것으로 한다.
(1) 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시켰을 경우
도 24는, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시켰을 경우에 저유전율막(26)을 고정밀도로 절단할 수 있는 제 1의 이유를 설명하기 위한 가공 대상물(1)의 부분 단면도이다.
도 24(a)에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)의 이면측 단부(7b)로부터 기판(4)의 이면(4b)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태에서, 익스팬드 테이프(23)를 확장시키면, 매우 원활하게 균열(24)이 기판(4)의 표면(4a)측에 연장된다. 그 때문에, 개질 영역(7)의 이면측 단부(7b)로부터 기판(4)의 이면(4b)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태는, 기판(4)을 절단하기 쉬운 상태라고 할 수 있다.
한편, 도 24(b)에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태는, 개질 영역(7)의 이면측 단부(7b)로부터 기판(4)의 이면(4b)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태에 비해, 기판(4)을 절단하기 어려운 상태라고 할 수 있다.
개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태, 즉 기판(4)을 절단하기 어려운 상태에서 익스팬드 테이프(23)를 확장시키면, 익스팬드 테이프(23)의 확장에 수반하여 서서히가 아니라, 단번에 기판(4)이 절단되게 된다. 이에 의해, 저유전율막(26)은 기계적 강도가 낮고, 다른 재료와 융화되기 어려운 성질을 일반적으로 가지고 있기 때문에 당겨서 찢어지거나 막 박리를 일으키기 쉬우나, 그것들을 방지하여, 저유전율막(26)을 기판(4)과 함께 고정밀도로 절단할 수 있다고 생각된다.
도 25는, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시켰을 경우에 저유전율막(26)을 고정밀도로 절단할 수 있는 제 2의 이유를 설명하기 위한 가공 대상물(1)의 부분 단면도이다.
도 25(a)에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)의 이면측 단부(7b)로부터 기판(4)의 이면(4b)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태에서, 익스팬드 테이프(23)를 확장시키면, 익스팬드 테이트(23)의 확장에 수반하여 서서히 기판(4)이 절단된다. 그 때문에, 균열(24)이 저유전율막(26)에 이르렀을 때에는, 저유전율막(26)은 계곡 접기(valley fold) 방향으로 휘고, 그 상태에서 갈라지게 된다.
한편, 도 25(b)에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태에서 익스팬드 테이프(23)를 확장시키면, 기판(4)에 소정의 확장력이 작용한 시점에서 단번에 기판(4)이 절단된다. 그 때문에, 저유전율막(26)이 계곡접기 방향으로 휜 상태로 갈라지는 것이 방지된다.
따라서, 개질 영역(7)의 이면측 단부(7b)로부터 기판(4)의 이면(4b)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태보다, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 상태의 쪽이, 저유전율막(26)을 기판(4)과 함께 고정밀도로 절단할 수 있다고 생각된다.
(2) 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 저유전율막(26)의 표면(26a)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 경우
도 26은, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 저유전율막(26)의 표면(26a)에 이르는 균열(24)을 발생시킨 경우에 저유전율막(26)을 고정밀도로 절단할 수 있는 이유를 설명하기 위한 가공 대상물(1)의 부분 단면도이다. 동도면에 나타낸 바와 같이, 이 경우, 절단 예정 라인(5)을 따라 개질 영역(7)을 기판(4)의 내부에 형성한 시점에서, 저유전율막(26)이 절단되어 있게 된다. 따라서, 당겨서 찢어지거나 막 박리를 방지하여, 저유전율막(26)을 고정밀도로 절단할 수 있다고 생각된다.
상기 (1), (2)의 각 경우에 있어서의 절단 결과는 다음과 같다. 도 27에 나타낸 바와 같이, 기판(4)의 표면(4a)에 균열(24)이 도달해 있었을 경우, 및 저유전율막(26)의 표면(26a)에 균열(24)이 도달해 있었을 경우 모두, 저유전율막(26)을 매우 고정밀도로 절단할 수 있었다(하단의 사진 참조). 그리고, 절단 예정 라인(5) 상에 A1 패드(27)가 형성되어 있던 부분에 있어서도, 저유전율막(26)의 당겨 찢어짐을 5 ㎛ 미만으로 억제할 수 있었다(중단의 사진 참조).
또한, 개질 영역(7)의 표면측 단부 거리란, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리를 의미하고, 개질 영역(7)의 이면측 단부 거리란, 개질 영역(7)의 이면측 단부(7b)의 위치와 기판(4)의 이면(4b)과의 거리를 의미한다. 또, 개질 영역(7)의 폭이란, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)의 위치와 이면측 단부(7b)의 위치와의 거리를 의미한다. 그리고, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)의 위치란, 절단 예정 라인(5)을 따라 형성된 개질 영역(7)의 「기판(4)의 표면(4a)측의 단부」의 「기판(4)의 두께 방향에 있어서의 평균적 위치」를 의미하고, 개질 영역(7)의 이면측 단부(7b)의 위치란, 절단 예정 라인(5)을 따라 형성된 개질 영역(7)의 「기판(4)의 이면(4b)측의 단부」의 「기판(4)의 두께 방향에 있어서의 평균적 위치」를 의미한다(도 27의 상단의 사진 참조).
다음으로, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리와, 기판(4)의 상태와의 관계에 대해 설명한다.
도 28~도 31은, 각각 두께 30 ㎛, 50 ㎛, 100 ㎛, 150 ㎛의 기판(4)에 대한 「개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리와, 기판(4)의 상태와의 관계」를 나타내는 도면이다.
각 도면에 있어서, (a)는 절단 예정 라인(5)을 따라 레이저광 L의 집광점 P를 1회 스캔했을 경우이며, (b)는 절단 예정 라인(5)을 따라 레이저광 L의 집광점 P를 2회 스캔했을 경우이다. 또, 기판(4)의 상태 DM은, 기판(4)의 표면(4a)에 여기저기 데미지가 나타난 상태이며, 기판(4)의 상태 FL은, 기판(4)의 표면(4a)에 균열(24)이 도달한 상태이다. 또한, 기판(4)의 상태 ST는 기판(4)의 표면(4a)에도 이면(4b)에도 아무런 변화가 나타나지 않은 상태이며, 기판(4)의 상태 HC는 기판(4)의 이면(4b)에 균열(24)이 도달한 상태이다.
또한, 「개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리와, 기판(4)의 상태와의 관계」를 검증할 때에는, 기판(4)으로서 실리콘제의 베어 웨이퍼를 사용하였다. 또, 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광 L의 조사 조건은 다음과 같다.
반복 주파수 : 80 ㎑
펄스폭 : 150 ㎱
펄스 에너지 : 15 μJ
가공 속도(기판(4)에 대한 집광점 P의 이동 속도) : 300 mm/초
도 28(a)~ 도 31(a)로 부터 밝혀진 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광 L의 조사가 1회인 경우에는, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리가 3 ㎛~35 ㎛가 되도록 개질 영역(7)을 형성하면, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 적어도 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 확실히 발생시킬 수 있다(기판(4)의 상태 FL).
또, 도 28(b)~도 31(b)로부터 밝혀진 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광 L의 조사가 2회인 경우에는, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)의 위치와 기판(4)의 표면(4a)과의 거리가 3 ㎛~40 ㎛가 되도록 개질 영역(7)을 형성하면, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 적어도 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)을 확실히 발생시킬 수 있다(기판(4)의 상태 FL).
본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 도 32에 나타낸 바와 같이, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)가 기판(4)의 표면(4a)에 줄 모양으로 연장되도록, 절단 예정 라인(5)을 따라 개질 영역(7)을 기판(4)의 내부에 형성해도 된다(도 32에 있어서 (a)와 (b)는 동일한 절단면의 사진을 다른 축척으로 나타낸 것이다). 이와 같이 개질 영역(7)을 형성하면, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)로부터 적어도 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균 열(24)이 발생하게 된다. 그리고, 이와 같은 균열(24)이 발생하고 있는 상태에서 익스팬드 테이프(23)를 기판(4)의 이면(4b)에 붙여 확장시키면, 기판(4)뿐만 아니라, 특히 적층부(16)(도 32에서는, 저유전율막(26))를 절단 예정 라인(5)을 따라 정밀도 좋게 절단할 수 있다. 또한, 적층부(16)에 있어서 절단 예정 라인(5) 상에, 레이저광 L을 반사하는 부재(예를 들면, 금속 배선이나 금속 패드 등)가 존재하고 있으면, 개질 영역(7)의 표면측 단부(7a)가 기판(4)의 표면(4a)에 줄 모양으로 연장되는 경우가 많다.
또, 상기 실시형태는, 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판의 내부에 개질 영역(7)으로서 용융 처리 영역(13)을 형성하는 경우가 있었으나, 개질 영역(7)으로서, 용융 처리 영역(13)과, 그 용융 처리 영역(13)에 대해 기판(4)의 표면(4a)측에 위치하는 미소 공동(14)을 형성해도 된다. 이와 같이, 용융 처리 영역(13)에 대해 기판(4)의 표면(4a)측에 미소 공동(14)이 형성되면, 적어도 기판(4)의 표면(4a)에 이르는 균열(24)의 직진성이 향상하고, 그 결과로서, 특히 적층부(16)를 절단 예정 라인(5)을 따라 보다 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
또, 상기 실시형태는, 기판(4)의 내부에서 다광자 흡수를 발생시켜 개질 영역(7)을 형성한 경우였으나, 기판(4)의 내부에서 다광자 흡수와 동등한 광흡수를 발생시켜 개질 영역(7)을 형성할 수 있는 경우도 있다.
또, 절단 예정 라인 상에 형성되는 적층부로서, 유기 절연막이나 무기 절연막, 그들 복합막, 저유전율막, TEG나 금속 배선이나 전극 등의 도전막 등을 생각할 수 있고, 그것들이 1층 이상 형성되어 있는 것을 포함한다.
본 발명에 의하면, 기판과, 기능 소자를 포함하여 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단할 때에, 특히 적층부를 고정밀도로 절단할 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판과, 기능 소자를 포함하여 상기 기판의 표면에 형성된 적층부를 구비한 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 절단하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 절단 예정 라인을 따라 절단해야 할 상기 적층부의 표면에 보호 부재를 장착하는 공정과,
    상기 보호 부재를 장착한 후에, 상기 기판의 이면을 레이저광 입사면으로 하여 상기 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저광을 조사함으로써, 상기 기판의 절단 예정 라인을 따라, 절단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 기판의 내부에 형성하고, 상기 개질 영역의 표면측 단부로부터 적어도 상기 기판의 표면에 이르고, 또한 상기 개질 영역의 이면측 단부로부터 상기 기판의 이면에 도달하지 않는 균열을 발생시키는 공정과,
    상기 균열을 발생시킨 후에, 상기 균열이 도달하지 않는 상기 기판의 이면에 확장 가능 부재를 장착하는 공정과,
    상기 확장 가능 부재를 장착한 후에, 상기 확장 가능 부재를 확장시킴으로써 상기 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개질 영역의 표면측 단부로부터 상기 적층부의 내부에 이르는 상기 균열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개질 영역의 표면측 단부로부터 상기 적층부의 표면에 이르는 상기 균열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판의 두께 방향에 있어서, 상기 개질 영역의 중심이 상기 기판의 중심보다 상기 기판의 표면측에 위치하도록 상기 개질 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판은 반도체 기판이며, 상기 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판은 반도체 기판이며, 상기 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  7. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판은 반도체 기판이며, 상기 개질 영역은 용융 처리 영역과, 그 용융 처리 영역에 대해 상기 기판의 표면측에 위치하는 미소 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판은 반도체 기판이며, 상기 개질 영역은 용융 처리 영역과, 그 용융 처리 영역에 대해 상기 기판의 표면측에 위치하는 미소 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 기판은 반도체 기판이며, 상기 개질 영역은 용융 처리 영역과, 그 용융 처리 영역에 대해 상기 기판의 표면측에 위치하는 미소 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  10. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 적층부는 상기 절단 예정 라인을 따라 절단해야 할 저유전율막을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 적층부는 상기 절단 예정 라인을 따라 절단해야 할 저유전율막을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 적층부는 상기 절단 예정 라인을 따라 절단해야 할 저유전율막을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 적층부는 상기 절단 예정 라인을 따라 절단해야 할 저유전율막을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  14. 삭제
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