KR101369567B1 - 레이저 가공방법 및 반도체 칩 - Google Patents

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Abstract

기판(4)과, 기판(4)의 표면(3)에 형성된 복수의 기능소자(15)를 구비하는 가공대상물(1)의 기판(4)의 내부에 집광점(集光点)(P)을 맞추어 레이저 광(L)을 조사하는 것에 의해, 1개의 절단예정라인(5)에 대해서 적어도 1열(列)의 분단개질(改質)영역(72), 분단개질영역(72)과 기판(4)의 표면(3)과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 품질개질영역(71) 및 분단개질영역(72)과 기판(4)의 이면(21)과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 HC개질영역(73)을 형성한다. 이때, 절단예정라인에 따른 방향에 있어서, 분단개질영역(72)의 형성밀도를 품질개질영역(71)의 형성밀도 및 HC개질영역(73)의 형성밀도보다 낮게 한다.

Description

레이저 가공방법 및 반도체 칩{LASER BEAM MACHINING METHOD AND SEMICONDUCTOR CHIP}
본 발명은 기판과, 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 절단하기 위해서 사용되는 레이저 가공방법 및 그러한 레이저 가공방법의 사용에 의해 절단된 반도체 칩에 관한 것이다.
종래에 있어서의 이런 종류의 기술로서 웨이퍼 모양의 가공대상물의 내부에 집광점(集光点)을 맞추어 레이저 광을 조사하는 것으로 절단예정라인에 따른 개질(改質)영역을 가공대상물의 내부에 복수 열(列) 형성하고, 그 개질영역을 절단의 기점(起点)으로 한다고 하는 레이저 가공방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 일본국 특개2002-205180호 공보
<발명이 해결하고자 하는 과제>
상술한 바와 같은 레이저 가공방법은 가공대상물이 두꺼운 경우에 특히 유효하게 되는 기술이다. 그것은 가공대상물이 두꺼운 경우에서도 절단예정라인에 따른 개질영역의 열 수를 늘리는 것에 의해서, 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있기 때문이다. 그리고, 이와 같은 기술에 관해서는 절단품질을 유지한 다음, 가공시간의 단시간화가 바람직하고 있다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기판과, 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물을 그 기판이 두꺼운 경우에 있어서도 절단예정라인에 따라서 단시간에 정밀도 좋게 절단하는 것을 가능하게 하는 레이저 가공방법 및 그러한 레이저 가공방법의 사용에 의해 절단된 반도체 칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 레이저 가공방법은 기판과, 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물의 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 절단의 기점이 되는 개질영역을 기판의 내부에 형성하는 레이저 가공방법으로서, 1개의 절단예정라인에 대해서 적어도 1열의 제1 개질영역, 제1 개질영역과 기판의 표면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제2 개질영역 및 제1 개질영역과 기판의 이면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제3 개질영역을 형성하는 공정을 포함하고, 절단예정라인에 따른 방향에 있어서의 제1 개질영역의 형성밀도는 절단예정라인에 따른 방향에 있어서의 제2 개질영역의 형성밀도 및 제3 개질영역의 형성밀도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공방법에서는 절단예정라인에 따른 방향에 있어서의 제1 개질영역의 형성밀도를 절단예정라인에 따른 방향에 있어서의 제2 개질영역의 형성밀도 및 제3 개질영역의 형성밀도보다 낮게 한다. 그 때문에 해당 제1 개질영역의 형성밀도를 해당 제2 개질영역의 형성밀도 및 해당 제3 개질영역의 형성밀도와 동등하게 하는 경우에 비해, 제1, 제2 및 제3 개질영역의 형성 시간의 단시간화를 도모할 수 있다. 그런데, 제1 개질영역과 기판의 표면과의 사이에 위치하는 제2 개질영역 및 제1 개질영역과 기판의 이면과의 사이에 위치하는 제3 개질영역은 제1 개질영역에 비해, 가공대상물의 절단품질에 큰 영향을 준다. 그렇지만, 절단예정라인에 따른 방향에 있어서의 제2 개질영역의 형성밀도 및 제3 개질영역의 형성밀도를 절단예정라인에 따른 방향에 있어서의 제1 개질영역의 형성밀도보다 높게 하기 때문에 가공대상물의 절단품질의 열화(劣化)를 방지할 수 있다. 이상(以上)에 의해, 이 레이저 가공방법은 기판과, 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물을 그 기판이 두꺼운 경우에 있어서도 절단예정라인에 따라서 단시간에 정밀도 좋게 절단하는 것을 가능하게 한다.
여기서, 기능소자란, 예를 들면, 결정(結晶)성장에 의해 형성된 반도체 동작층, 포토 다이오드 등의 수광(受光)소자, 레이저 다이오드 등의 발광소자, 회로로서 형성된 회로소자 등을 의미한다. 또, 절단예정라인에 따른 방향에 있어서의 개질영역의 형성밀도(이하, 단지 「개질영역의 형성밀도」라고 한다)란, 절단예정라인에 따른 방향의 단위길이에 분포하는 개질영역의 비율을 의미한다.
또한, 제1, 제2 및 제3 개질영역의 각각을 형성하는 순서는 무순서이다. 또, 제1, 제2 및 제3 개질영역은 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하여 기판의 내부에서 다광자 흡수 혹은 다른 광 흡수를 일으키게 하는 것에 의해 형성된다.
또, 상기 레이저 가공방법에 있어서는 기판의 이면을 레이저 광 입사면으로 하여 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 경우에는 제2 개질영역의 표면 측 단부와 기판의 표면과의 거리가 5㎛ ~ 20㎛가 되도록 제2 개질영역을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제2 개질영역이 형성되어 있으면, 예를 들면, 기판의 표면의 절단예정라인 위에 적층부가 형성되어 있어도 그 적층부를 기판과 함께 절단예정라인에 따라서 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다.
또, 상기 레이저 가공방법에 있어서는 절단예정라인에 따른 나뉨이 제3 개질영역으로부터 기판의 이면에 생기도록 제3 개질영역을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제3 개질영역이 형성되어 있으면, 예를 들면, 확장 테이프를 기판의 이면에 부착하여 확장시킨 경우에 제3 개질영역으로부터 기판의 이면에 생기고 있던 나뉨이 제1 및 제2 개질영역을 통하여 기판의 표면으로 향하여 부드럽게 진행하게 되어, 그 결과, 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다.
또, 상기 레이저 가공방법에 있어서는 기판은 반도체기판이고, 제1, 제2 및 제3 개질영역은 용융처리영역을 포함한 경우가 있다. 기판이 반도체기판이면, 제1, 제2 및 제3 개질영역으로서 용융처리영역을 포함한 개질영역이 형성되는 경우가 있다.
또, 상기 레이저 가공방법은 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 기능소자마다 절단하는 공정을 더 포함하여도 좋다. 상술한 이유로부터, 기판이 두꺼운 경우에 있어서도 절단예정라인에 따라서 단시간에 정밀도 좋게 가공대상물을 기능소자마다 절단할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 레이저 가공방법은 기판과, 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물의 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 절단의 기점이 되는 개질영역을 기판의 내부에 형성하는 레이저 가공방법으로서, 1개의 절단예정라인에 대해서 적어도 1열의 제1 개질영역, 제1 개질영역과 기판의 표면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제2 개질영역 및 제1 개질영역과 기판의 이면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제3 개질영역을 형성하는 공정을 포함하고, 제1 개질영역을 형성할 때에 절단예정라인에 따라서 레이저 광을 가공대상물에 대해서 상대 이동시키는 속도는 제2 개질영역을 형성할 때 및 제3 개질영역을 형성할 때에 절단예정라인에 따라서 레이저 광을 가공대상물에 대해서 상대 이동시키는 속도보다 빠른 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공방법에 의하면, 제1 개질영역의 형성밀도를 제2 개질영역의 형성밀도 및 제3 개질영역의 형성밀도보다 낮게 할 수 있다. 따라서, 이 레이저 가공방법은 상기 레이저 가공방법과 마찬갖로, 기판과, 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물을 그 기판이 두꺼운 경우에 있어서도 절단예정라인에 따라서 단시간에 정밀도 좋게 절단하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 관한 반도체 칩은 기판과, 기판의 표면에 형성된 기능소자를 구비하는 반도체 칩으로서, 기판의 측면에는 적어도 1열의 제1 개질영역, 제1 개질영역과 기판의 표면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제2 개질영역 및 제1 개질영역과 기판의 이면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제3 개질영역이 형성되어 있고, 기판의 두께 방향과 직교하는 방향에 있어서의 제1 개질영역의 형성밀도는 기판의 두께 방향과 직교하는 방향에 있어서의 제2 개질영역의 형성밀도 및 제3 개질영역의 형성밀도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
이 반도체 칩은 상기 레이저 가공방법의 사용에 의해 절단된 것이라고 할 수 있기 때문에, 제1, 제2 및 제3 개질영역이 형성된 기판의 측면은 요철(凹凸)이 억제된 고정밀의 절단면으로 되어 있다.
<발명의 효과>
본 발명은 기판과, 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물을 그 기판이 두꺼운 경우에 있어서도 절단예정라인에 따라서 단시간에 정밀도 좋게 절단하는 것을 가능하게 한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의한 레이저 가공 중의 가공대상물의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 가공대상물의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의한 레이저 가공 후의 가공대상물의 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 가공대상물의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 가공대상물의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의해 절단된 가공대상물의 평면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서의 전계강도와 크랙 스폿의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 제1 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 제2 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 10은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 제3 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 11은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 제4 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도이다.
도 13은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서의 레이저 광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의해 용융처리영역 및 미소공동(微小空洞)이 형성된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.
도 15는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의해 용융처리영역 및 미소공동이 형성되는 원리를 설명하기 위한 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.
도 16은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 의해 용융처리영역 및 미소공동이 형성된 실리콘 웨이퍼의 절단면의 사진을 나타낸 도이다.
도 17은 제1 실시 형태의 레이저 가공방법에 있어서의 가공대상물의 평면도이다.
도 18은 도 17에 나타내는 가공대상물의 XVⅢ-XVⅢ선에 따른 부분 단면도이다.
도 19는 제1 실시 형태의 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도로서, (a)는 가공대상물에 보호 테이프를 부착한 상태, (b)는 가공대상물에 레이저 광을 조사하고 있는 상태이다.
도 20은 제1 실시 형태의 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도로서, (a)는 가공대상물에 확장 테이프를 부착한 상태, (b)는 보호 테이프에 자외선을 조사하고 있는 상태이다.
도 21은 제1 실시 형태의 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도로서, (a)는 가공대상물로부터 보호 테이프를 벗긴 상태, (b)는 확장 테이프를 확장시킨 상태이다.
도 22는 도 19(b)에 나타내는 가공대상물의 XXⅡ-XXⅡ선에 따른 부분 단면도이다.
도 23은 제2 실시 형태의 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도로서, (a)는 가공대상물에 확장 테이프를 부착한 상태, (b)는 가공대상물에 레이저 광을 조사하고 있는 상태이다.
도 24는 제2 실시 형태의 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도로서, (a)는 확장 테이프를 확장시킨 상태, (b)는 가공대상물에 나이프 엣지(knife edge)를 눌러 붙이고 있는 상태이다.
도 25는 제2 실시 형태의 레이저 가공방법을 설명하기 위한 도로서, 가공대상물이 반도체 칩에 절단된 상태이다.
도 26은 도 23(b)에 나타내는 가공대상물의 XXⅥ-XXⅥ선에 따른 부분 단면도이다.
<부호의 설명>
1 … 가공대상물, 3 … 표면, 4 … 기판, 4a … 절단면(측면), 5 … 절단예정라인, 15 … 기능소자, 21 … 이면, 24 … 나뉨, 25 … 반도체 칩, 71 … 품질개질영역, 71a … 표면 측 단부, 72 … 분단개질영역, 73 … HC개질영역, 73a … 표면 측 단부, 74 … 보조 HC개질영역, L … 레이저 광, P … 집광점.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태의 레이저 가공방법에서는 가공대상물의 내부에 개질영역을 형성하기 위해서 다광자 흡수라고 하는 현상을 이용한다. 그래서, 최초로 다광자 흡수에 의해 개질영역을 형성하기 위한 레이저 가공방법에 대해 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭 EG보다 광자의 에너지 hυ가 작으면 광학적으로 투명 하게 된다. 따라서, 재료에 흡수가 생기는 조건은 hυ > EG이다. 그러나, 광학적으로 투명해도 레이저 광의 강도를 매우 크게 하면 nhυ > EG의 조건(n = 2, 3, 4, …)으로 재료에 흡수가 생긴다. 이 현상을 다광자 흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이저 광의 강도는 레이저 광의 집광점의 피크 파워 밀도(W/㎠)로 정해지고, 예를 들면 피크 파워 밀도가 1 × 108(W/㎠) 이상의 조건에서 다광자 흡수가 생긴다. 피크 파워 밀도는 (집광점에 있어서의 레이저 광의 1펄스 당의 에너지) ÷ (레이저 광의 빔 스폿 단면적 × 펄스 폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저 광의 강도는 레이저 광의 집광점의 전계강도(W/㎠)로 정해진다.
이와 같은 다광자 흡수를 이용하는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 원리에 대해서, 도 1 ~ 도 6을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 판 모양의 가공대상물(1)의 표면(3)에는 가공대상물(1)을 절단하기 위한 절단예정라인(5)이 있다. 절단예정라인(5)은 직선 모양으로 연장한 가상선이다. 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건에서 가공대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞추어 레이저 광(L)을 조사하여 개질영역(7)을 형성한다. 또한, 집광점(P)은 레이저 광(L)이 집광하는 개소이다. 또, 절단예정라인(5)은 직선 모양에 한정하지 않고 곡선 모양이어도 좋고, 가상선에 한정하지 않고 가공대상물(1)에 실제로 그은 선이어도 좋다.
그리고, 레이저 광(L)을 절단예정라인(5)에 따라서(즉, 도 1의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 집광점(P)을 절단예정라인(5)에 따라서 이동시킨다. 이것에 의해, 도 3 ~ 도 5에 나타내는 바와 같이, 개질영역(7)이 절단예정라인(5)에 따라서 가공대상물(1)의 내부에 형성되고, 이 개질영역(7)이 절단기점영역(8)이 된다. 여기서, 절단기점영역(8)이란, 가공대상물(1)이 절단될 때에 절단(나뉨)의 기점이 되는 영역을 의미한다. 이 절단기점영역(8)은 개질영역(7)이 연속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있고, 개질영역(7)이 단속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있다.
본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법은 가공대상물(1)이 레이저 광(L)을 흡수하는 것에 의해 가공대상물(1)을 발열시켜 개질영역(7)을 형성하는 것은 아니다. 가공대상물(1)에 레이저 광(L)을 투과시켜 가공대상물(1)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜 개질영역(7)을 형성하고 있다. 따라서, 가공대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저 광(L)이 거의 흡수되지 않기 때문에 가공대상물(1)의 표면(3)이 용융하지 않는다.
가공대상물(1)의 내부에 절단기점영역(8)을 형성하면, 이 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 나뉨이 발생하기 쉬워지기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교적 작은 힘으로 가공대상물(1)을 절단할 수 있다. 따라서, 가공대상물(1)의 표면(3)에 불필요한 나뉨을 발생시키지 않고, 가공대상물(1)을 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다.
이 절단기점영역(8)을 기점으로 한 가공대상물(1)의 절단에는 다음의 2가지 방법이 고려된다. 하나는 절단기점영역(8) 형성 후, 가공대상물(1)에 인위적인 힘이 인가되는 것에 의해, 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 가공대상물(1)이 나뉘어 가공대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공대상물(1)의 두께가 큰 경우의 절단이다. 인위적인 힘이 인가된다는 것은, 예를 들면, 가공대상물(1)의 절단기점영역(8)에 따라서 가공대상물(1)에 굽힘응력이나 전단응력을 더하거나, 가공대상물(1)에 온도차를 주는 것으로 열응력을 발생시키거나 하는 것이다. 다른 하나는 절단기점영역(8)을 형성하는 것에 의해, 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 가공대상물(1)의 단면방향(두께 방향)을 향하여 자연히 나뉘어 결과적으로 가공대상물(1)이 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 가공대상물(1)의 두께가 작은 경우에는 1열의 개질영역(7)에 의해 절단기점영역(8)이 형성되는 것으로 가능하게 되고, 가공대상물(1)의 두께가 큰 경우에는 두께 방향으로 복수 열 형성된 개질영역(7)에 의해 절단기점영역(8)이 형성되는 것으로 가능하게 된다. 또한, 이 자연히 나뉘는 경우도 절단하는 개소에 있어서, 절단기점영역(8)이 형성되어 있지 않은 부위에 대응하는 부분의 표면(3) 위까지 나뉨이 앞지르지 않고, 절단기점영역(8)을 형성한 부위에 대응하는 부분만을 할단(割斷)할 수 있으므로, 할단제어를 잘할 수 있다. 최근, 실리콘 웨이퍼 등의 가공대상물(1)의 두께는 얇아지는 경향에 있으므로, 이와 같은 제어성이 좋은 할단방법은 매우 유효하다.
그런데, 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질영역으로서는 다음의 (1) ~ (4)의 경우가 있다.
(1) 개질영역이 1개 또는 복수의 크랙을 포함한 크랙영역의 경우
가공대상물(예를 들면 유리나 LiTaO3로 이루어진 압전재료)의 내부에 집광점 을 맞추어, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고, 또한 펄스 폭이 1㎲이하의 조건에서 레이저 광을 조사한다. 이 펄스 폭의 크기는 다광자 흡수를 일으키게 하면서 가공대상물의 표면에 불필요한 데미지를 주지 않고, 가공대상물의 내부에만 크랙영역을 형성할 수 있는 조건이다. 이것에 의해, 가공대상물의 내부에는 다광자 흡수에 의한 광학적 손상이라고 하는 현상이 발생한다. 이 광학적 손상에 의해 가공대상물의 내부에 열변형이 야기되고, 이것에 의해 가공대상물의 내부에 크랙영역이 형성된다. 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스 폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다. 또한, 다광자 흡수에 의한 크랙영역의 형성은, 예를 들면, 제45회 레이저열가공 연구회 논문집(1998년.12월)의 제23페이지 ~ 제28페이지의 「고체 레이저 고주파에 의한 유리기판의 내부마킹」에 기재되어 있다.
본 발명자는 전계강도와 크랙의 크기와의 관계를 실험에 의해 구했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공대상물 : 파이렉스(등록상표) 유리(두께 700㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기(勵起) Nd : YAG 레이저
파장 : 1064㎚
레이저 광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8
발진 형태 : Q스위치 펄스
반복 주파수 : 100㎑
펄스 폭 : 30㎱
출력 : 출력 < 1mJ/펄스
레이저 광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
레이저 광 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
(D) 가공대상물이 실어 놓이는 재치대(載置臺)의 이동 속도 : 100㎜/초
또한, 레이저 광 품질이 TEM00란, 집광성이 높고 레이저 광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 피크 파워 밀도로서, 레이저 광이 펄스 레이저 광이므로 전계강도는 피크 파워 밀도로 나타낸다. 세로축은 1펄스의 레이저 광에 의해 가공대상물의 내부에 형성된 크랙 부분(크랙 스폿)의 크기를 나타내고 있다. 크랙 스폿이 모여 크랙영역이 된다. 크랙 스폿의 크기는 크랙 스폿의 형상 중 최대의 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 검은 점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 100배, 개구 수(NA)가 0.80인 경우이다. 한편, 그래프 중의 흰 점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 50배, 개구 수(NA)가 0.55인 경우이다. 피크 파워 밀도가 1011(W/㎠) 정도로부터 가공대상물의 내부에 크랙 스폿이 발생하여 피크 파워 밀도가 커짐에 따라 크 랙 스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
다음에, 크랙영역 형성에 의한 가공대상물의 절단의 메카니즘에 대해서, 도 8 ~ 도 11을 참조하여 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건에서 가공대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞추어 레이저 광(L)을 조사하여 절단예정라인에 따라서 내부에 크랙영역(9)을 형성한다. 크랙영역(9)은 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 영역이다. 이와 같이 형성된 크랙영역(9)이 절단기점영역이 된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 크랙영역(9)을 기점으로 하여(즉, 절단기점영역을 기점으로 하여) 크랙이 더욱 성장하고, 도 10에 나타내는 바와 같이, 크랙이 가공대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하며, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)이 나눠지는 것에 의해 가공대상물(1)이 절단된다. 가공대상물(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하는 크랙은 자연히 성장하는 경우도 있고, 가공대상물(1)에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다.
(2) 개질영역이 용융처리영역인 경우
가공대상물(예를 들면 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스 폭이 1㎲이하인 조건에서 레이저 광을 조사한다. 이것에 의해 가공대상물의 내부는 다광자 흡수에 의해서 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공대상물의 내부에 용융처리영역이 형성된다. 용융처리영역이란 일단 용융 후 재고화한 영역이나, 확실히 용융 상태의 영역이나, 용융 상태로부터 재고화하는 상태의 영역으로서, 상변화한 영역 이나 결정구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융처리영역은 단결정구조, 비정질구조, 다결정구조에 있어서, 어느 구조가 다른 구조로 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 단결정구조로부터 비정질구조로 변화한 영역, 단결정구조로부터 다결정구조로 변화한 영역, 단결정구조로부터 비정질구조 및 다결정구조를 포함한 구조로 변화한 영역을 의미한다. 가공대상물이 실리콘 단결정구조인 경우, 용융처리영역은 예를 들면 비정질 실리콘 구조이다. 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스 폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다.
본 발명자는 실리콘 웨이퍼의 내부에서 용융처리영역이 형성되는 것을 실험에 의해 확인했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 350㎛, 외경 4인치)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
파장 : 1064㎚
레이저 광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8
발진 형태 : Q스위치 펄스
반복 주파수 : 100㎑
펄스 폭 : 30㎱
출력 : 20μJ/펄스
레이저 광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
배율 : 50배
N.A. : 0.55
레이저 광 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
(D) 가공대상물이 실어 놓이는 재치대의 이동 속도 : 100㎜/초
도 12는 상기 조건에서의 레이저 가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도이다. 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 용융처리영역(13)이 형성되어 있다. 또한, 상기 조건에 의해 형성된 용융처리영역(13)의 두께 방향의 크기는 100㎛ 정도이다.
용융처리영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 설명한다. 도 13은 레이저 광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 다만, 실리콘 기판의 표면 측과 이면 측 각각의 반사 성분을 제거하고, 내부만의 투과율을 나타내고 있다. 실리콘 기판의 두께 t가 50㎛, 100㎛, 200㎛, 500㎛, 1000㎛의 각각에 대해 상기 관계를 나타냈다.
예를 들면, Nd : YAG 레이저의 파장인 1064㎚에 있어서, 실리콘 기판의 두께가 500㎛ 이하인 경우, 실리콘 기판의 내부에서는 레이저 광이 80%이상 투과하는 것을 알 수 있다. 도 12에 나타내는 실리콘 웨이퍼(11)의 두께는 350㎛이므로, 다 광자 흡수에 의한 용융처리영역(13)은 실리콘 웨이퍼(11)의 중심 부근, 즉 표면으로부터 175㎛의 부분에 형성된다. 이 경우의 투과율은 두께 200㎛의 실리콘 웨이퍼를 참고로 하면, 90%이상이므로, 레이저 광이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 흡수되는 것은 거의 없고 대부분이 투과한다. 이것은 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 레이저 광이 흡수되어, 용융처리영역(13)이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 형성(즉 레이저 광에 의한 통상의 가열로 용융처리영역이 형성)된 것이 아니고, 용융처리영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 의미한다. 다광자 흡수에 의한 용융처리영역의 형성은, 예를 들면, 용접학회 전국대회강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제72페이지 ~ 제73페이지의 「피코초 펄스 레이저에 의한 실리콘의 가공특성평가」에 기재되어 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼는 용융처리영역에 의해서 형성되는 절단기점영역을 기점으로 하여 단면방향을 향하여 나뉨을 발생시키고, 그 나뉨이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 것에 의해, 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 이 나뉨은 자연히 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다. 그리고, 절단기점영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 나뉨이 자연히 성장하는 경우에는 절단기점영역을 형성하는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 나뉨이 성장하는 경우와, 절단기점영역을 형성하는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 재고화할 때에 나뉨이 성장하는 경우 모두 있다. 다만, 어느 쪽의 경우도 용융처리영역은 실리콘 웨이퍼의 내부에만 형성되고, 절단 후의 절단면에는 도 12와 같이 내부에만 용융처리영역이 형성되고 있다. 이와 같이, 가공대상물의 내부에 용융처리영역에 의해서 절단기점영역을 형성하면, 할단시, 절단기점영역 라인으로부터 어긋난 불필요한 나뉨이 생기기 어렵기 때문에 할단제어가 용이하게 된다.
(3) 개질영역이 용융처리영역 및 미소공동인 경우
가공대상물(예를 들면 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스 폭이 1㎲이하인 조건에서 레이저 광을 조사한다. 이것에 의해, 가공대상물의 내부에는 용융처리영역과 미소공동이 형성되는 경우가 있다. 또한, 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스 폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3) 측으로부터 레이저 광(L)을 입사시켰을 경우, 미소공동(14)은 용융처리영역(13)에 대해서 이면(21) 측에 형성된다. 도 14에서는 용융처리영역(13)과 미소공동(14)이 떨어져 형성되어 있지만, 용융처리영역(13)과 미소공동(14)이 연속하여 형성되는 경우도 있다. 즉, 다광자 흡수에 의해서 용융처리영역(13) 및 미소공동(14)이 쌍으로 되어 형성되는 경우, 미소공동(14)은 용융처리영역(13)에 대해서 실리콘 웨이퍼(11)에 있어서의 레이저 광 입사면의 반대 측에 형성되게 된다.
이와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)에 레이저 광(L)을 투과시켜 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 다광자 흡수를 발생시켜 용융처리영역(13)을 형성한 경우에 각각의 용융처리영역(13)에 대응한 미소공동(14)이 형성되는 원리에 대해서는 반드시 분명하지 않다. 여기에서는 용융처리영역(13) 및 미소공동(14)이 쌍으로 된 상태로 형성되는 원리에 관해서 본 발명자들이 상정하는 2개의 가설을 설명한다.
본 발명자들이 상정하는 제1 가설은 다음과 같다. 즉, 도 15에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부의 집광점(P)에 초점을 맞추어 레이저 광(L)을 조사하면, 집광점(P)의 근방에 용융처리영역(13)이 형성된다. 종래는 이 레이저 광(L)으로서 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 광(L)의 중심부분의 광(도 15 중, L4 및 L5에 상당하는 부분의 광)을 사용하는 것으로 하고 있었다. 이것은 레이저 광(L)의 가우시안(Gaussian) 분포의 중심부분을 사용하기 때문이다.
본 발명자들은 레이저 광(L)이 실리콘 웨이퍼(11)의 표면(3)에 주는 영향을 억누르기 위해서 레이저 광(L)을 넓게 하는 것으로 했다. 그 한 방법으로서 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 광(L)을 소정의 광학계로 확장하여 가우시안 분포의 완만한 경사면을 넓게 하여, 레이저 광(L)의 주변 부분의 광(도 15 중, L1 ~ L3 및 L6 ~ L8에 상당하는 부분의 광)의 레이저 강도를 상대적으로 상승시키는 것으로 했다. 이와 같이 확장한 레이저 광(L)을 실리콘 웨이퍼(11)에 투과시키면, 이미 설명한 바와 같이 집광점(P)의 근방에서는 용융처리영역(13)이 형성되고, 그 용융처리영역(13)에 대응한 부분에 미소공동(14)이 형성된다. 즉, 용융처리영역(13)과 미소공동(14)은 레이저 광(L)의 광축(도 15 중의 일점쇄선)에 따른 위치에 형성된다. 미소공동(14)이 형성되는 위치는 레이저 광(L)의 주변 부분의 광(도 15 중, L1 ~ L3 및 L6 ~ L8에 상당하는 부분의 광)이 이론상 집광되는 부분에 상당한다.
이와 같이 레이저 광(L)의 중심부분의 광(도 15 중, L4 및 L5에 상당하는 부 분의 광)과, 레이저 광(L)의 주변 부분의 광(도 15 중, L1 ~ L3 및 L6 ~ L8에 상당하는 부분의 광)이 각각 집광되는 부분이 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향에서 다른 것은 레이저 광(L)을 집광하는 렌즈의 구면수차(球面收差)에 의하는 것이라고 생각된다. 본 발명자들이 상정하는 제1 가설은 이 집광위치의 차이가 어떠한 영향을 미치고 있는 것은 아닌가라고 하는 것이다.
본 발명자들이 상정하는 제2 가설은 레이저 광(L)의 주변 부분의 광(도 15중, L1 ~ L3 및 L6 ~ L8에 상당하는 부분의 광)이 집광되는 부분은 이론상의 레이저 집광점이기 때문에, 이 부분의 광 강도가 높고 미세 구조 변화가 일어나고 있기 위해서 그 주위가 실질적으로 결정구조가 변화하고 있지 않은 미소공동(14)이 형성되고, 용융처리영역(13)이 형성되어 있는 부분은 열적인 영향이 크고 단순하게 용해하여 재고화한다는 것이다.
여기서, 용융처리영역(13)은 상기(2)에서 서술한 대로이지만, 미소공동(14)은 그 주위가 실질적으로 결정구조가 변화하고 있지 않은 것이다. 실리콘 웨이퍼(11)가 실리콘 단결정구조인 경우에는 미소공동(14)의 주위는 실리콘 단결정구조 그대로인 부분이 많다.
본 발명자들은 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 용융처리영역(13) 및 미소공동(14)이 형성되는 것을 실험에 의해 확인했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 100㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
파장 : 1064㎚
반복 주파수 : 40㎑
펄스 폭 : 30㎱
펄스 피치 : 7㎛
가공 깊이 : 8㎛
펄스 에너지 : 50μJ/펄스
(C) 집광용 렌즈
NA : 0.55
(D) 가공대상물이 실어 놓이는 재치대의 이동 속도 : 280㎜/초
도 16은 상기 조건에서의 레이저 가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼(11)의 절단면의 사진을 나타낸 도이다. 도 16에 있어서 (a)와 (b)는 동일한 절단면의 사진을 다른 축척으로 나타낸 것이다. 동일한 도에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에는 1펄스의 레이저 광(L)의 조사에 의해 형성된 용융처리영역(13) 및 미소공동(14)의 쌍이 절단면을 따라서(즉, 절단예정라인에 따라서) 소정의 피치로 형성되어 있다.
또한, 도 16에 나타내는 절단면의 용융처리영역(13)은 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향(도중의 상하 방향)의 폭이 13㎛ 정도에서 레이저 광(L)을 이동하는 방향(도중의 좌우 방향)의 폭이 3㎛ 정도이다. 또, 미소공동(14)은 실리콘 웨이퍼(11)의 두께 방향의 폭이 7㎛ 정도에서 레이저 광(L)을 이동하는 방향의 폭이 1.3㎛ 정도이다. 용융처리영역(13)과 미소공동(14)의 간격은 1.2㎛ 정도이다.
(4) 개질영역이 굴절률 변화영역인 경우
가공대상물(예를 들면 유리)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스 폭이 1㎱이하의 조건에서 레이저 광을 조사한다. 펄스 폭을 지극히 짧게 하여, 다광자 흡수를 가공대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수에 의한 에너지가 열에너지로 바뀌지 않고, 가공대상물의 내부에는 이온 가수 변화, 결정화 또는 분극 배향 등의 영속적인 구조 변화가 야기 되어 굴절률 변화영역이 형성된다. 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스 폭은 예를 들면 1㎱이하가 바람직하고, 1㎰이하가 더욱 바람직하다. 다광자 흡수에 의한 굴절률 변화영역의 형성은, 예를 들면, 제42회 레이저열가공 연구회 논문집(1997년.11월)의 제105페이지 ~ 제111페이지의 「펨토초 레이저 조사에 의한 유리 내부에의 광 야기 구조 형성」에 기재되어 있다.
이상, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질영역으로서 (1) ~ (4)의 경우를 설명했지만, 웨이퍼 모양의 가공대상물의 결정구조나 그 벽개성 등을 고려하여 절단기점영역을 다음과 같이 형성하면, 그 절단기점영역을 기점으로 하여 보다 한층 작은 힘으로, 게다가 정밀도 좋게 가공대상물을 절단하는 것이 가능하게 된다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정반도체로 이루어진 기판의 경우는 (111)면(제1 벽개면)이나 (110)면(제2 벽개면)에 따른 방향으로 절단기점영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또, GaAs 등의 섬(閃)아연광형 구조의 Ⅲ-V족 화합물 반도체로 이루어진 기판의 경우는 (110)면에 따른 방향으로 절단기점영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어(Al2O3) 등의 육방정계의 결정구조를 가지는 기판의 경우는 (0001)면(C면)을 주면(主面)으로 하여 (1120)면(A면) 혹은 (1100)면(M면)에 따른 방향으로 절단기점영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 절단기점영역을 형성해야 하는 방향(예를 들면, 단결정 실리콘 기판에 있어서의 (111)면에 따른 방향) 혹은 절단기점영역을 형성해야 하는 방향에 직교하는 방향을 따라서 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이션 플랫을 기준으로 하는 것으로 절단기점영역을 형성해야 하는 방향에 따른 절단기점영역을 용이하고 또한 정확하게 기판에 형성하는 것이 가능하게 된다.
[제1 실시 형태]
다음으로, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도 17은 본 실시 형태의 레이저 가공방법에 있어서의 가공대상물의 평면도이고, 도 18은 도 17에 나타내는 가공대상물의 XVⅢ-XVⅢ선에 따른 부분 단면도이다.
도 17 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)은 실리콘으로 이루어진 두께 300㎛, 외경 6인치의 기판(4)과, 복수의 기능소자(15)를 포함하고 기판(4)의 표면(3)에 형성된 적층부(16)를 구비하고 있다. 기능소자(15)는 기판(4)의 표면(3)에 적층된 층간 절연막(17a)과, 층간 절연막(17a) 위에 배치된 배선(配線)층(19a)과, 배선층(19a)을 덮도록 층간 절연막(17a) 위에 적층된 층간 절연막(17b)과, 층간 절연막(17b) 위에 배치된 배선층(19b)을 가지고 있다. 배선층(19a)과 기판(4)은 층간 절연막(17a)을 관통하는 도전성 플러그(20a)에 의해서 전기적으로 접 속되고, 배선층(19b)과 배선층(19a)은 층간 절연막(17b)을 관통하는 도전성 플러그(20b)에 의해서 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 기능소자(15)는 기판(4)의 오리엔테이션 플랫(6)에 평행한 방향 및 수직한 방향으로 매트릭스 모양으로 다수 형성되어 있지만, 층간 절연막(17a, 17b)은 기판(4)의 표면(3) 전체를 덮도록 인접하는 기능소자(15, 15) 사이에 걸쳐 형성되어 있다.
이상과 같이 구성된 가공대상물(1)을 이하와 같이 하여 기능소자(15)마다 절단한다(여기서는, 평면에서 볼 때 5㎜ × 5㎜의 정방형(正方形) 박판 모양의 칩으로 절단한다). 우선, 도 19(a)에 나타내는 바와 같이, 적층부(16)를 덮도록 가공대상물(1)에 보호 테이프(22)를 부착한다. 이어서, 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 이면(21)을 위쪽으로 향하여 가공대상물(1)을 레이저 가공 장치의 재치대(도시하지 않음) 위에 고정한다. 이때, 적층부(16)가 재치대에 직접 접촉하는 것이 보호 테이프(22)에 의해서 회피할 수 있기 때문에, 각 기능소자(15)를 보호할 수 있다.
그리고, 인접하는 기능소자(15, 15) 사이를 통과하도록 절단예정라인(5)을 5㎜간격으로 격자모양으로 설정하고(도 17의 파선 참조), 이면(21)을 레이저 광 입사면으로 하여 기판(4)의 내부에 집광점(P)을 맞추어 레이저 광(L)을 다광자 흡수가 생기는 조건으로 조사한다. 동시에, 재치대의 이동에 의해, 절단예정라인(5)에 따라서 레이저 광(L)을 가공대상물(1)에 대해서 상대 이동시킨다.
이 절단예정라인(5)에 따라서 레이저 광(L)의 상대 이동을 1개의 절단예정라 인(5)에 대해서 6회 실시하지만, 집광점(P)을 맞추는 위치의 이면(21)으로부터의 거리를 매회 바꾸는 것으로, 표면(3) 측으로부터 순서대로 1열의 품질개질영역(제2 개질영역)(71), 3열의 분단개질영역(제1 개질영역)(72) 및 2열의 HC(하프 컷)개질영역(제3 개질영역)(73)을 절단예정라인(5)에 따라서 기판(4)의 내부에 1열씩 형성한다. 또한, 기판(4)은 실리콘으로 이루어진 반도체기판이기 때문에, 각 개질영역(71, 72, 73)은 용융처리영역이지만, 크랙을 포함한 경우도 있다.
여기서, 품질개질영역(71)의 형성 및 HC개질영역(73)의 형성에 있어서는 절단예정라인(5)에 따라서 레이저 광(L)을 가공대상물(1)에 대해서 상대 이동시키는 속도(이하, 단지 「레이저 광(L)의 이동 속도」라고 한다)를 300㎜/초로 했다. 이것에 대해, 분단개질영역(72)의 형성에 있어서는 레이저 광(L)의 이동 속도를 600㎜/초로 했다. 또한, 레이저 광(L)의 광원의 반복 주파수에 대해서는 80㎑로 일정하게 했다.
이것에 의해, 도 22에 나타내는 바와 같이, 1펄스의 레이저 광(L)의 조사에 의해 형성되는 분단개질영역(72)의 형성 간격은 1펄스의 레이저 광(L)의 조사에 의해 형성되는 품질개질영역(71)의 형성 간격 및 HC개질영역(73)의 형성 간격보다 크게 됐다. 즉, 분단개질영역(72)의 형성밀도는 품질개질영역(71)의 형성밀도 및 HC개질영역(73)의 형성밀도보다 낮게 됐다.
또한, 품질개질영역(71)의 형성에 있어서는 기판(4)의 표면(3)과 품질개질영역(71)의 표면 측 단부(71a)와의 거리가 5㎛ ~ 20㎛가 되도록 품질개질영역(71)을 1열 형성했다. 또, 분단개질영역(72)의 형성에 있어서는 기판(4)의 두께 방향에 있 어서 이어지도록 분단개질영역(72)을 3열 형성했다. 또한, HC개질영역(73)의 형성에 있어서는, 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, HC개질영역(73)을 2열 형성하는 것으로, 절단예정라인(5)에 따른 나뉨(24)을 HC개질영역(73)으로부터 기판(4)의 이면(21)에 생기게 했다(형성 조건에 따라서는 인접하는 분단개질영역(72)과 HC개질영역(73)과의 사이에도 나뉨(24)이 생기는 경우가 있다).
각 개질영역(71, 72, 73)을 형성한 후, 도 20(a)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)의 기판(4)의 이면(21)에 확장 테이프(23)를 부착한다. 이어서, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 보호 테이프(22)에 자외선을 조사하여 그 점착력을 저하시키고, 도 21(a)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)의 적층부(16)로부터 보호 테이프(22)를 벗긴다.
보호 테이프(22)를 벗긴 후, 도 21(b)에 나타내는 바와 같이, 확장 테이프(23)를 확장시켜, 각 개질영역(71, 72, 73)을 기점으로 하여 나뉨을 일으키게 하고, 가공대상물(1)을 절단예정라인(5)에 따라서 기능소자(15)마다 절단함과 동시에 절단되어 얻어진 각 반도체 칩(25)을 서로 이간시킨다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 레이저 가공방법에서는 분단개질영역(72)을 형성할 때의 레이저 광(L)의 이동 속도(600㎜/초)를 품질개질영역(71) 및 HC개질영역(73)을 형성할 때의 레이저 광(L)의 이동 속도(300㎜/초)보다 빠르게 하고 있다. 그리고, 분단개질영역(72)의 형성밀도를 품질개질영역(71)의 형성밀도 및 HC개질영역(73)의 형성밀도보다 낮게 하고 있다. 그 때문에, 분단개질영역(72)의 형성밀도를 품질개질영역(71)의 형성밀도 및 HC개질영역(73)의 형성밀도와 동등하게 하는 경우에 비해, 1개의 절단예정라인(5)에 대해서 모든 개질영역(71, 72, 73)을 형성하는 시간을 짧게 할 수 있다.
구체적으로는 레이저 광(L)의 이동 속도를 300㎜/초로서 1개의 절단예정라인(5)에 대해서 모든 개질영역(71, 72, 73)을 형성하는 데에는 약 1.0초를 필요로 했지만, 상기 레이저 가공방법에 의하면 약 0.5초에 끝났다. 또, 레이저 광(L)의 이동 속도를 300㎜/초로 하여 기판(4)의 내부에 모든 개질영역(71, 72, 73)을 형성하는 데에는 약 342초를 필요로 했지만, 상기 레이저 가공방법에 의하면 약 256.5초에 끝났다.
그런데, 품질개질영역(71) 및 HC개질영역(73)은 분단개질영역(72)에 비해, 가공대상물(1)의 절단품질에 큰 영향을 준다. 예를 들면, 품질개질영역(71)의 표면 측 단부(71a)와 기판(4)의 표면(3)과의 거리가 5㎛ ~ 20㎛가 되도록 품질개질영역(71)이 형성되어 있으면, 기판(4)의 표면(3)에 형성된 적층부(16)를 기판(4)과 함께 절단예정라인(5)에 따라서 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다. 또, 절단예정라인(5)에 따른 나뉨(24)이 HC개질영역(73)으로부터 기판(4)의 이면(21)에 생기도록 HC개질영역(73)이 형성되어 있으면, 확장 테이프(23)를 확장시켰을 때에 나뉨(24)이 분단개질영역(72) 및 품질개질영역(71)을 통하여 기판(4)의 표면(3)으로 향하여 부드럽게 진행하게 되고, 그 결과, 가공대상물(1)을 절단예정라인(5)에 따라서 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능하게 된다.
상기 레이저 가공방법에서는 가공대상물(1)의 절단품질에 큰 영향을 주는 품질개질영역(71) 및 HC개질영역(73)의 형성밀도를 분단개질영역(72)의 형성밀도보다 높게 하고 있기 때문에, 가공대상물(1)의 절단품질의 열화를 방지할 수 있다.
또, 상기 레이저 가공방법에서는 각 개질영역(71, 72, 73)을 기판(4)의 이면(21)으로부터 먼 순서로 1열씩 형성하므로, 각 개질영역(71, 72, 73)을 형성할 때에 레이저 광 입사면인 이면(21)과 레이저 광(L)의 집광점(P)과의 사이에는 개질영역이 존재하지 않는다. 그 때문에, 이미 형성된 개질영역에 의한 레이저 광(L)의 산란, 흡수 등이 일어나지 않는다. 따라서, 각 개질영역(71, 72, 73)을 절단예정라인(5)에 따라서 기판(4)의 내부에 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또한, 상기 레이저 가공방법에서는 기판(4)의 이면(21)을 레이저 광 입사면으로 하기 때문에, 적층부(16)의 절단예정라인(5) 위에 레이저 광(L)을 반사하는 부재(예를 들면, TEG)가 존재하여도 각 개질영역(71, 72, 73)을 절단예정라인(5)에 따라서 기판(4)의 내부에 확실히 형성할 수 있다.
그리고, 이상과 같은 레이저 가공방법의 사용에 의해 절단된 반도체 칩(25)에 있어서는, 도 21(b)에 나타내는 바와 같이, 각 개질영역(71, 72, 73)이 형성된 기판(4)의 절단면(측면)(4a) 및 적층부(16)의 절단면(16a)은 요철이 억제된 고정밀의 절단면이 된다.
[제2 실시 형태]
다음에 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 레이저 가공방법은 기판(4)의 표면(3)을 레이저 광 입사면으로 하는 점에서 기판(4)의 이면(21)을 레이저 광 입사면으로 하는 제1 실시 형태의 레이저 가공방법과 다르다.
즉, 도 23(a)에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 이면(21)에 확장 테이프(23) 를 부착한다. 이어서, 도 23(b)에 나타내는 바와 같이, 적층부(16)를 위쪽으로 향하여 가공대상물(1)을 레이저 가공 장치의 재치대(도시하지 않음) 위에 고정한다.
그리고, 인접하는 기능소자(15, 15) 사이를 통과하도록 절단예정라인(5)을 격자모양으로 설정하고(도 17의 파선 참조), 표면(3)을 레이저 광 입사면으로 하여 기판(4)의 내부에 집광점(P)을 맞추어 적층부(16) 측으로부터 레이저 광(L)을 다광자 흡수가 생기는 조건으로 조사한다. 동시에, 재치대의 이동에 의해, 절단예정라인(5)에 따라서 레이저 광(L)을 가공대상물(1)에 대해서 상대 이동시킨다.
이 절단예정라인(5)에 따라서 레이저 광(L)의 상대 이동을 1개의 절단예정라인(5)에 대해서 6회 실시하지만, 집광점(P)을 맞추는 위치의 표면(3)으로부터의 거리를 매회 바꾸는 것으로 이면(21) 측으로부터 순서대로 4열의 분단개질영역(제3 개질영역)(72), 1열의 보조 HC개질영역(제1 개질영역)(74) 및 1열의 HC개질영역(제2 개질영역)(73)을 절단예정라인(5)에 따라서 기판(4)의 내부에 1열씩 형성한다.
여기서, 분단개질영역(72)의 형성 및 HC개질영역(73)의 형성에 있어서는 레이저 광(L)의 이동 속도를 300㎜/초로 했다. 이것에 대해, 보조 HC개질영역(74)의 형성에 있어서는 레이저 광(L)의 이동 속도를 600㎜/초로 했다.
이것에 의해, 도 26에 나타내는 바와 같이, 1펄스의 레이저 광(L)의 조사에 의해 형성되는 보조 HC개질영역(74)의 형성 간격은 1펄스의 레이저 광(L)의 조사에 의해 형성되는 분단개질영역(72)의 형성 간격 및 HC개질영역(73)의 형성 간격보다 크게 됐다. 즉, 보조 HC개질영역(74)의 형성밀도는 분단개질영역(72)의 형성밀도 및 HC개질영역(73)의 형성밀도보다 낮게 됐다.
또한, HC개질영역(73)의 형성에 있어서는 기판(4)의 표면(3)과 HC개질영역(73)의 표면 측 단부(73a)와의 거리가 30㎛ ~ 80㎛가 되도록 HC개질영역(73)을 1열 형성했다. 또, HC개질영역(73)의 형성에 있어서는, 도 23(b)에 나타내는 바와 같이, 보조 HC개질영역(74)을 1열 형성해 두는 것으로, 절단예정라인(5)에 따른 나뉨(24)을 보조 HC개질영역(74)으로부터 기판(4)의 표면(3)에 생기게 했다(형성 조건에 따라서는 인접하는 분단개질영역(72)과 보조 HC개질영역(74)과의 사이에도 나뉨(24)이 생기는 경우가 있다).
각 개질영역(72, 73, 74)을 형성한 후, 도 24(a)에 나타내는 바와 같이, 확장 테이프(23)를 확장시킨다. 그리고, 이 상태에서, 도 24(b)에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 이면(21)에 대해, 확장 테이프(23)를 통하여 나이프 엣지(41)를 눌러 붙여 화살표 B방향으로 이동시킨다. 이것에 의해, 가공대상물(1)에는 나뉨(24)이 벌어지도록 하는 응력이 발생하게 하기 때문에, 나뉨(24)이 적층부(16) 및 분단개질영역(72)으로 향하여 신장하게 되고, 가공대상물(1)이 절단예정라인(5)에 따라서 절단된다.
그리고, 이때, 기판(4)의 이면(21)에 부착된 확장 테이프(23)가 확장되게 한 상태에 있기 때문에, 도 25에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)이 절단된 직후에 절단되어 얻어진 각 반도체 칩(25)이 서로 이간하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 레이저 가공방법에서는 보조 HC개질영역(74)을 형성할 때의 레이저 광(L)의 이동 속도(600㎜/초)를 분단개질영역(72) 및 HC개질영역(73)을 형성할 때의 레이저 광(L)의 이동 속도(300㎜/초)보다 빠르게 하고 있다. 그리고, 보조 HC개질영역(74)의 형성밀도를 분단개질영역(72)의 형성밀도 및 HC개질영역(73)의 형성밀도보다 낮게 하고 있다. 그 때문에, 보조 HC개질영역(74)의 형성밀도를 분단개질영역(72)의 형성밀도 및 HC개질영역(73)의 형성밀도와 동등하게 하는 경우에 비해, 1개의 절단예정라인(5)에 대해서 모든 개질영역(72, 73, 74)을 형성하는 시간을 짧게 할 수 있다.
또, 보조 HC개질영역(74)의 형성밀도를 HC개질영역(73)의 형성밀도보다 낮게 하는 것으로, 보조 HC개질영역(74)을 형성한 시점에서는 나뉨(24)이 기판(4)의 표면(3)까지 도달하기 어렵게 된다. 그 때문에, HC개질영역(73)을 형성할 때에 레이저 광(L)의 집광점(P)이 나뉨(24)에 위치하는 것에 의한 용융 고임의 형성을 억제할 수 있다. 그 결과, 가공대상물(1)을 절단예정라인(5)에 따라서 절단할 때에 용융 고임의 형성에 의한 분진의 발생을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또, HC개질영역(73)의 표면 측 단부(73a)와 기판(4)의 표면(3)과의 거리가 30㎛ ~ 80㎛가 되도록 HC개질영역(73)을 형성하는 것에 의해, 보조 HC개질영역(74)으로부터 HC개질영역(73)을 향하여 생기는 나뉨(24)의 직진성을 향상시킬 수 있다. 또한, 절단예정라인(5)에 따른 나뉨(24)이 HC개질영역(73)으로부터 기판(4)의 표면(3)에 생기도록 HC개질영역(73)을 형성하는 것에 의해, 절단예정라인(5)의 직진성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시 형태로 한정되지 않는다.
예를 들면, 분단개질영역(72)의 열 수는 3열(제1 실시 형태)이나 4열(제2 실시 형태)로 한정되지 않고, 기판(4)의 두께 방향으로 부드럽게 나뉨을 진행시키는 것이 가능한 열 수이면 좋다. 일반적으로는 기판(4)이 얇아지면 분단개질영역(72)의 열 수를 감소시키고, 기판(4)이 두꺼워지면 분단개질영역(72)의 열 수를 증가시키게 된다. 그리고, 기판(4)의 두께 방향으로 부드럽게 나뉨을 진행시키는 것이 가능하면, 분단개질영역(72)은 서로 이간하고 있어도 좋다. 또, 제1 실시 형태에 있어서는 HC개질영역(73)으로부터 기판(4)의 이면(21)에 나뉨(24)을 확실히 생기게 하는 것이 가능하면, HC개질영역(73)은 1열로 하여도 좋다.
또, 상기 실시 형태는 기판(4)의 표면(3)의 절단예정라인(5) 위에 적층부(16)가 형성되어 있는 경우였지만, 기판(4)의 표면(3)의 절단예정라인(5) 위에 적층부(16)가 형성되어 있지 않은 경우도 있다.
본 발명은 기판과, 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물을 그 기판이 두꺼운 경우에 있어서도 절단예정라인에 따라서 단시간에 정밀도 좋게 절단하는 것을 가능하게 한다.

Claims (10)

  1. 기판과, 상기 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물의 상기 기판의 내부에 집광점(集光点)을 맞추어 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 상기 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 절단의 기점(起点)이 되는 개질(改質)영역을 상기 기판의 내부에 형성하는 레이저 가공방법으로서,
    1개의 상기 절단예정라인에 대하여 적어도 1열(列)의 제1 개질영역, 상기 제1 개질영역과 상기 기판의 표면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제2 개질영역 및 상기 제1 개질영역과 상기 기판의 이면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제3 개질영역을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 절단예정라인에 따른 방향으로 연장하는 1열 당의 상기 제1 개질영역의 형성밀도는, 상기 절단예정라인에 따른 방향으로 연장하는 1열 당의 상기 제2 개질영역의 형성밀도 및 상기 절단예정라인에 따른 방향을 연장하는 1열 당의 상기 제3 개질영역의 형성밀도보다 낮은 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 이면을 레이저 광 입사면으로 하여 상기 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 경우에는 상기 제2 개질영역의 표면 측 단부와 상기 기판의 표면과의 거리가 5㎛ ~ 20㎛가 되도록 상기 제2 개질영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절단예정라인에 따른 나뉨이 상기 제3 개질영역으로부터 상기 기판의 이면에 생기도록 상기 제3 개질영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 표면을 레이저 광 입사면으로 하여 상기 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 경우에는 상기 제2 개질영역의 표면 측 단부와 상기 기판의 표면과의 거리가 30㎛ ~ 80㎛가 되도록 상기 제2 개질영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 절단예정라인에 따른 나뉨이 상기 제2 개질영역으로부터 상기 기판의 표면에 생기도록 상기 제2 개질영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 반도체기판이고, 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 개질영역은 용융처리영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상물을 상기 절단예정라인에 따라서 상기 기능소자마다 절단하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  8. 기판과, 상기 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물의 상기 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 상기 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 절단의 기점이 되는 개질영역을 상기 기판의 내부에 형성하는 레이저 가공방법으로서,
    1개의 상기 절단예정라인에 대하여 적어도 1열의 제1 개질영역, 상기 제1 개질영역과 상기 기판의 표면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제2 개질영역 및 상기 제1 개질영역과 상기 기판의 이면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제3 개질영역을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 절단예정라인을 따른 방향으로 연장하는 1열의 상기 제1 개질영역을 형성할 때에 상기 절단예정라인에 따라서 레이저 광을 상기 가공대상물에 대해서 상대 이동시키는 속도를, 상기 절단예정라인을 따른 방향으로 연장하는 1열의 상기 제2 개질영역을 형성할 때 및 상기 절단예정라인을 따른 방향으로 연장하는 1열을 상기 제3 개질영역을 형성할 때에 상기 절단예정라인에 따라서 레이저 광을 상기 가공대상물에 대해서 상대 이동시키는 속도보다 빠르게 하여, 상기 제1 개질영역의 형성간격을 상기 제2 개질영역의 형성간격 및 상기 제3 개질영역의 형성간격 보다 크게 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  9. 기판과, 상기 기판의 표면에 형성된 복수의 기능소자를 구비하는 가공대상물의 상기 기판의 내부에 집광점을 맞추어 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 상기 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 절단의 기점이 되는 개질영역을 상기 기판의 내부에 형성하는 레이저 가공방법으로서,
    1개의 상기 절단예정라인에 대해서 적어도 3열의 개질영역을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 기판의 표면에 가장 가까운 개질영역과 상기 기판의 이면에 가장 가까운 개질영역과의 사이에 위치하는 개질영역 중 상기 절단예정라인을 따른 방향으로 연장하는 1열의 개질영역을 형성할 때에 상기 절단예정라인에 따라서 레이저 광을 상기 가공대상물에 대해서 상대 이동시키는 속도를, 상기 기판의 표면에 가장 가깝고 또한 상기 절단예정라인을 따른 방향으로 연장하는 1열의 개질영역을 형성할 때 및 상기 기판의 이면에 가장 가깝고 또한 상기 절단예정라인을 따른 방향으로 연장하는 1열의 개질영역을 형성할 때에 상기 절단예정라인에 따라서 레이저 광을 상기 가공대상물에 대해서 상대 이동시키는 속도보다 빠르게 하여, 상기 기판의 표면에 가장 가까운 개질영역과 상기 기판의 이면에 가장 가까운 개질영역과의 사이에 위치하는 개질영역의 형성간격을 상기 기판의 표면에 가장 가까운 개질영역의 형성간격 및 상기 기판의 이면에 가장 가까운 개질영역의 형성간격 보다 크게 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  10. 기판과, 상기 기판의 표면에 형성된 기능소자를 구비하는 반도체 칩으로서,
    상기 기판의 측면에는 적어도 1열의 제1 개질영역, 상기 제1 개질영역과 상기 기판의 표면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제2 개질영역 및 상기 제1 개질영역과 상기 기판의 이면과의 사이에 위치하는 적어도 1열의 제3 개질영역이 형성되어 있고,
    상기 기판의 두께 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 1열 당의 상기 제1 개질영역의 형성밀도는, 상기 기판의 두께 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 1열 당의 상기 제2 개질영역의 형성밀도 및 상기 기판의 두께 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 1열 당의 상기 제3 개질영역의 형성밀도보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 칩.
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