KR101530390B1

KR101530390B1 - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR101530390B1
Application number: KR1020090132342A
Authority: KR
Inventors: 류고 오바
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2015-06-19
Also published as: JP5536344B2; JP2010158710A; KR20100082711A

Abstract

본 발명은 적층체를 반도체 기판으로부터 박리시키지 않고 원하는 폭의 레이저 가공 홈을 형성할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 척 테이블을 X축 방향으로 상대 이동시키는 가공 이송 수단과, 척 테이블을 Y축 방향으로 상대 이동시키는 인덱싱 이송 수단을 구비하고, 레이저 광선 조사 수단이 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광 렌즈를 구비하고 있다. 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선 발진 수단과 집광 렌즈 사이에 배치되고 상기 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선의 Y축 방향의 에너지 분포의 가우스의 가장자리 부분을 수직인 분포로 형성하는 에너지 분포 수정 수단과, 레이저 광선의 X축 방향의 에너지 밀도를 조정하는 에너지 밀도 조정 수단을 구비하고 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물의 표면에 형성된 스트리트를 따라 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

당업자에게는 알려진 바와 같이, 반도체 디바이스 제조 공정에서는, 실리콘 등의 반도체 기판의 표면에 절연막과 기능막이 적층된 적층체에 의해 복수의 IC, LSI 등의 디바이스를 매트릭스형으로 형성한 반도체 웨이퍼가 형성된다. 이와 같이 형성된 반도체 웨이퍼는, 상기 디바이스가 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해 구획되어 있고, 이 스트리트를 따라 분할할으로써 개개의 디바이스를 제조하고 있다.

이러한 웨이퍼의 스트리트를 따른 분할은, 일반적으로 절삭 장치에 의해 행해지고 있다. 또한 웨이퍼의 분할 방법으로서는, 웨이퍼의 이면측으로부터 내부에 집광점을 맞추고 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하여, 웨이퍼 내부에 스트리트를 따라 변질층을 연속적으로 형성하고, 이러한 변질층의 형성에 의해 강도가 저하된 스트리트를 따라 외력을 가함으로써, 웨이퍼를 파 단하여 분할하는 방법도 제안되어 있다.

최근에는 IC, LSI 등의 반도체칩의 처리 능력을 향상시키기 위해, 실리콘 등의 반도체 기판의 표면에 SiOF, BSG(SiOB) 등의 무기물계의 막이나 폴리이미드계, 파릴렌계 등의 폴리머막인 유기물계 막으로 이루어지는 저유전율 절연체 피막(Low-k막)과 회로를 형성하는 기능막이 적층된 적층체에 의해 반도체칩을 형성한 형태의 반도체 웨이퍼가 실용화되어 있다.

전술한 Low-k막은 웨이퍼의 소재와 상이하기 때문에, 절삭 블레이드에 의해 동시에 절삭하는 것이 곤란하다. 즉, Low-k막은 운모와 같이 매우 약하기 때문에, 절삭 블레이드에 의해 스트리트를 따라 절삭하면, Low-k막이 반도체 기판으로부터 박리되고, 이 박리가 회로에까지 도달하여 디바이스에 치명적인 손상을 부여한다고 하는 문제가 있다.

상기 문제를 해소하기 위해, 웨이퍼의 스트리트를 따라 펄스 레이저 광선을 조사하여 스트리트가 형성되는 적층체의 부위를 제거하고, 그 제거한 영역에 절삭 블레이드를 위치시켜 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단하는 웨이퍼 분할 방법이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-190779호 공보

그리고, 웨이퍼의 스트리트가 형성되는 적층체에 레이저 광선을 조사하여 적층체의 일부를 제거할 때에, 적층체가 반도체 기판으로부터 박리되어 디바이스의 품질을 저하시키는 것을 알았다. 본원의 발명자는 적층체가 반도체 기판으로부터 박리되는 원인에 대해서 연구를 거듭하여, 그 원인이 레이저 광선의 에너지 분포가 가우스 분포인 것에 기인하고, 스트리트의 폭 방향으로 적층체를 제거하기에 불충분한 가우스 분포의 가장자리 부분에 존재하는 것을 발견하였다.

본 발명은 이러한 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는 적층체를 반도체 기판으로부터 박리시키지 않고 원하는 폭의 레이저 가공 홈을 형성할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 이 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 상대 이동시키는 가공 이송 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)에 직교하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 상대 이동시키는 인덱싱 이송 수단을 포함하고, 상기 레이저 광선 조사 수단이 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과 이 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가 공물에 조사하는 집광 렌즈를 구비하는 레이저 가공 장치로서,

상기 레이저 광선 조사 수단은, 상기 레이저 광선 발진 수단과 상기 집광 렌즈의 사이에 배치되고 상기 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선의 Y축 방향의 에너지 분포의 가우스의 가장자리 부분을 수직인 분포로 형성하는 에너지 분포 수정 수단과, 이 에너지 분포 수정 수단에 의해 에너지 분포가 수정된 레이저 광선의 X축 방향의 에너지 밀도를 조정하는 에너지 밀도 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

상기 에너지 분포 수정 수단은, 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선의 Y축 방향의 통과를 규제하는 슬릿을 형성한 마스크 부재로 구성된다.

또한, 상기 에너지 밀도 조정 수단은 원통형 렌즈(cylindrical lens)에 의해 구성되어 있다.

또한, 상기 집광 렌즈는, 에너지 밀도 조정 수단에 의해 X축 방향의 에너지 밀도가 조정된 레이저 광선을, Y축 방향에서 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 결상하고 X축 방향에서 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 집광한다.

본 발명에 의한 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저 광선 조사 수단은 레이저 광선 발진 수단과 집광 렌즈 사이에 배치되고 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선의 Y축 방향의 에너지 분포의 가우스의 가장자리 부분을 수직인 분포로 형성하는 에너지 분포 수정 수단과, 이 에너지 분포 수정 수단에 의해 에너지 분포가 수정된 레이저 광선의 X축 방향의 에너지 밀도를 조정하는 에너지 밀도 조정 수단을 구비하고 있기 때문에, 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 광선의 스폿은 Y축 방향의 양측이 가공면에 대하여 수직으로 형성되고 에너지 밀도도 높아서, 레이저 가공 홈은 각각 외측이 가공면에 대하여 수직으로 형성되므로, 웨이퍼의 스트리트가 형성되는 적층체가 박리되지 않는다. 또한, Y축 방향으로 긴 스폿을 형성할 수 있기 때문에, 피가공물인 웨이퍼의 스트리트에는 미리 정해진 폭을 갖는 레이저 가공 홈을 형성할 수 있으므로, 생산성이 향상된다.

이하, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치는, 정지 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 도시하는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동할 수 있게 배치되고 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 화살표 X로 도시하는 방향과 직각인 화살표 Y로 도시하는 인덱싱 방향(Y축 방향)으로 이동할 수 있게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 이 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 도시하는 초점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동할 수 있게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.

상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 위에 X축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31) 위에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32) 위에 화 살표 Y로 도시하는 방향으로 이동할 수 있게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 이 제2 슬라이딩 블록(33) 위에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성되고 피가공물 유지면(361)을 구비하고, 척 테이블(36) 위에 판형의 피가공물, 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 또한, 척 테이블(36)은 원통 부재(34) 안에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전한다. 또한, 척 테이블(36)에는 후술하는 반도체 웨이퍼를 지지하는 환상의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 장착되어 있다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내 홈(321, 321)에 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 끼워 맞춤으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동할 수 있게 구성된다. 도시의 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 이 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 화살표 X로 도시하는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동한다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내 홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춤으로써, Y축 방향으로 이동할 수 있게 구성된다. 도시의 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322, 322)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 이 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(381)는 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 화 살표 Y로 도시하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동한다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 위에 Y축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41) 위에 Z축 방향으로 이동할 수 있게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 위에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 이 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는, 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시의 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 이 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않는 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해서 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 화살표 Y로 도시하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동한다.

도시의 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(6)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내 홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 끼워 맞춤으로써, Z축 방향으로 이동할 수 있게 지지된다.

도시의 레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되고 실질적으로 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(61)을 포함하고 있다. 케이싱(61) 안에는 도 2에 도시하는 바와 같이 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)과, 이 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 Y축 방향의 에너지 분포의 가우스의 가장자리 부분을 수직인 분포로 수정하는 에너지 분포 수정 수단(63)과, 이 에너지 분포 수정 수단(63)에 의해 에너지 분포가 수정된 레이저 광선의 X축 방향의 에너지 밀도를 조정하는 에너지 밀도 조정 수단(64)이 배치되어 있다.

펄스 레이저 광선 발진 수단(62)은 YAG 레이저 발진기 또는 YVO4 레이저 발진기로 이루어지는 펄스 레이저 광선 발진기(621)와, 이것에 부설된 반복 주파수 설정 수단(622)으로 구성되어 있고, 반복 주파수 설정 수단(622)에 의해 설정된 반복 주파수를 갖는, 예컨대 직경 4 ㎜의 펄스 레이저 광선(LB1)을 발진한다. 이 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선(LB1)의 Y축 방향의 에너지 분포는, 도 2에 도시하는 바와 같이 가우스 분포(ED1a)이다. 또한 펄 스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선(LB1)의 X축 방향의 에너지 분포도, 도 3에 도시하는 바와 같이 상기 가우스 분포(ED1a)와 동일한 가우스 분포(ED1b)이다.

상기 에너지 분포 수정 수단(63)은, 도시의 실시형태에서는 펄스 레이저 광선(LB1)의 Y축 방향의 양측부의 통과를 규제하는 슬릿(631a)을 형성한 마스크 부재(631)로 이루어져 있다. 또한, 슬릿(631a)의 Y축 방향의 개구 폭 A는, 도시의 실시형태에서는 예컨대 2 ㎜로 설정되어 있다. 또한, 슬릿(631a)의 X축 방향의 개구 폭 B는, 도시의 실시형태에서는 4 ㎜ 이상으로 설정되어 있다. 따라서, 마스크 부재(631)의 슬릿(631a)을 통과한 펄스 레이저 광선(LB2)의 Y축 방향의 에너지 분포는, 도 2에 도시하는 바와 같이 상기 가우스 분포(ED1a)의 Y축 방향의 가장자리 부분이 제거되어 수직인 분포로 수정된 에너지 분포(ED2a)가 된다. 또한 마스크 부재(631)의 슬릿(631a)을 통과한 펄스 레이저 광선(LB2)의 X축 방향의 에너지 분포는, 도 3에 도시하는 바와 같이 상기 가우스 분포(ED1b)와 동일한 가우스 분포(ED2b)이다. 이와 같이, 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 Y축 방향의 에너지 분포의 가우스의 가장자리 부분을 수직인 분포로 수정하는 에너지 분포 수정 수단(63)으로서는, 비구면 렌즈나 회절 광학 소자를 이용하여도 좋다.

상기 에너지 밀도 조정 수단(64)은, 도시의 실시형태에서는 오목 렌즈의 원통형 렌즈(641)로 이루어져 있다. 이 원통형 렌즈(641)는, 도 3에 도시하는 바와 같이 상기 에너지 분포 수정 수단(63)으로서의 마스크 부재(631)의 슬릿(631a)을 통과한 펄스 레이저 광선(LB2)의 X축 방향으로 확장한다. 이와 같이, 펄스 레이저 광선(LB2)이 원통형 렌즈(641)에 의해 X축 방향으로 확장된 펄스 레이저 광선(LB3)의 X축 방향의 에너지 분포(ED3b)는, 상기 가우스 분포(ED2b)를 상사형(相似形)으로 확장한 가우스 분포이다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이 원통형 렌즈(641)를 통과한 펄스 레이저 광선(LB3)의 Y축 방향의 에너지 분포(ED3a)는, 상기 에너지 분포(ED2a)와 동일해진다.

전술한 바와 같이 원통형 렌즈(641)에 의해 X축 방향으로 확장된 펄스 레이저 광선(LB3)은, 상기 케이싱(61)의 선단부에 장착된 집광기(65)에 유도된다. 집광기(65)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 펄스 레이저 광선(LB3)을 아래쪽을 향해 방향 변환하는 방향 변환 미러(651)와, 이 방향 변환 미러(651)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선(LB3)을 집광하여 척 테이블(36) 위에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(652)를 구비하고 있다. 이 집광 렌즈(652)는, 도시의 실시형태에서는 펄스 레이저 광선(LB3)의 Y축 방향을 도 2에 도시하는 바와 같이 척 테이블(36) 위에 유지된 피가공물(W)의 상면이 결상점이 되도록 설정되어 있다. 한편, 펄스 레이저 광선(LB3)은 전술한 바와 같이 원통형 렌즈(641)에 의해 X축 방향으로 확장되어 있기 때문에, 집광 렌즈(652)는 펄스 레이저 광선(LB3)의 X축 방향을 도 4에 도시하는 바와 같이 척 테이블(36) 위에 유지된 피가공물(W)의 상면이 집광점이 되도록 설정되어 있다. 이 결과, 척 테이블(36) 위에 유지된 피가공물(W)의 상면에 조사되는 펄스 레이저 광선의 스폿은, 도 5에서 SP로 도시되는 바와 같이 Y축 방향이 L1, X축 방향이 L2인 타원형과 같은 찌그러진 직사각형이 된다. 이 스폿(SP)은, 도 시의 실시형태에서는, 예컨대 L1이 60 ㎛, L2가 10 ㎛가 되도록 원통형 렌즈(641) 및 집광 렌즈(652)의 초점 거리나 원통형 렌즈(641)로부터 집광 렌즈(652)까지의 광로 길이가 설정되어 있다.

다음에, 상기 에너지 밀도 조정 수단(64)의 다른 실시형태에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6에 도시하는 에너지 밀도 조정 수단(64)은, 오목 렌즈의 원통형 렌즈(641)와 볼록 렌즈의 원통형 렌즈(642)의 조합으로 이루어져 있다. 이 오목 렌즈의 원통형 렌즈(641)와 볼록 렌즈의 원통형 렌즈(642)는, 간격 조정 수단(643)에 의해 서로의 간격을 조정할 수 있게 구성되어 있다. 따라서 오목 렌즈의 원통형 렌즈(641)와 볼록 렌즈의 원통형 렌즈(642)의 간격을 조정함으로써, 펄스 레이저 광선(LB2)의 X축 방향의 길이를 조정하여 에너지 밀도를 조정할 수 있다.

도 1을 다시 참조하여 설명을 계속하면, 상기 레이저 광선 조사 수단(6)을 구성하는 케이싱(61)의 전단부에는, 상기 레이저 광선 조사 수단(6)에 의해 레이저 가공할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(7)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(7)은, 도시의 실시형태에서는 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 이 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않는 제어 수단에 보낸다.

도시의 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한 쌍 의 안내 레일(423, 423)을 따라 화살표 Z로 도시하는 방향으로 이동시키기 위한 이동 수단(53)을 구비하고 있다. 이동 수단(53)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시 생략)와, 이 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 또는 역회전 구동함으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(6)을 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 화살표 Z로 도시하는 초점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동시킨다. 또한, 도시의 실시형태에서는, 펄스 모터(532)를 정회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 위쪽으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.

도시의 실시형태에서의 레이저 가공 장치는 이상과 같이 구성되어 있으며, 이하에서 그 작용에 대해서 설명한다.

여기서, 상기 레이저 가공 장치에 의해 가공되는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼에 대해서, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

도 7 및 도 8에 도시하는 반도체 웨이퍼(10)는, 실리콘 등의 반도체 기판(11)의 표면에 절연막과 회로가 형성되는 기능막이 적층된 적층체(12)에 의해 복수의 IC, LSI 등의 디바이스(13)가 매트릭스형으로 형성되어 있다. 그리고, 각 디바이스(13)는 격자형으로 형성된 스트리트(14)에 의해 구획되어 있다. 또한, 도시의 실시형태에서는, 적층체(12)를 형성하는 절연막이, SiO₂막 또는, SiOF, BSG(SiOB) 등의 무기물계 막이나, 폴리이미드계, 파릴렌계 등의 폴리머막인 유기물계 막으로 이루어지는 저유전율 절연체 피막(Low-k막)으로 되어 있다.

전술한 반도체 웨이퍼(10)를 스트리트(14)를 따라 분할하기 위해서는, 반도체 웨이퍼(10)를 도 9에 도시하는 바와 같이 환상의 프레임(F)에 장착된 보호 테이프(T)의 표면에 점착한다. 이 때, 반도체 웨이퍼(10)는, 표면(10a)을 위로 하여 이면측을 보호 테이프(T)에 점착한다.

다음에, 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(14)를 따라 레이저 광선을 조사하고, 스트리트 상의 적층체(12)를 제거하는 레이저 광선 조사 공정을 실시한다.

이 레이저 광선 조사 공정은, 우선 전술한 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 위에 보호 테이프(T)를 통해 환상의 프레임(F)에 지지된 반도체 웨이퍼(10)를 배치하고, 이 척 테이블(36) 위에 반도체 웨이퍼(10)를 흡착 유지한다. 이 때, 반도체 웨이퍼(1O)는 표면(10a)을 상측으로 하여 유지된다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)를 보호 테이프(T)를 통해 지지하고 있는 환상의 프레임(F)은, 클램프(362)에 의해 고정된다.

전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치한다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치하면, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않는 제어 수단에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공할 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않는 제어 수단은, 반도체 웨이퍼(10)의 미리 정해진 방향으로 형성되어 있는 스트리트(14)와, 스트리트(14)를 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(65)를 정렬하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트를 수행한다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 상기 미리 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 스트리트(14)에 대해서도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 수행된다.

이상과 같이 하여 척 테이블(36) 위에 유지된 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 스트리트(14)를 검출하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 행해졌다면, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이 척 테이블(36)을 레이저 광선을 조사하는 집광기(65)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시키고, 미리 정해진 스트리트(14)를 집광기(65)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 때, 도 1O의 (a)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)는 스트리트(14)의 일단[도 10의 (a)에서 좌측 단]이 집광기(65)의 바로 아래에 위치하도록 위치된다. 그리고, 집광기(65)로부터 조사되는 상기 펄스 레이저 광선(LB3)의 Y축 방향의 결상점과 X축 방향의 집광점이 스트리트(14)의 표면에 위치하도록, 이동 수단(53)을 작동하여 레이저 광선 조사 수단(6)의 높이 위치를 조정한다. 이 결과, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이 집광기(65)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선(LB3)의 스폿(SP)은, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 스트리트(14)의 표면에 위치하게 된다.

다음에, 집광기(65)로부터 상기 펄스 레이저 광선(LB3)을 조사하면서 척 테이블(36), 즉 반도체 웨이퍼(10)를 도 10의 (a)에서 화살표 X1로 도시하는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 도 10의 (c)에 도시하는 바 와 같이 스트리트(14)의 타단[도 10의 (c)에서 우측 단]이 집광기(65)의 바로 아래의 위치에 도달했다면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고 척 테이블(36), 즉 반도체 웨이퍼(10)의 이동을 정지한다.

이 결과, 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(14)에는, 도시의 실시형태에서는 도 11에 도시하는 바와 같이 폭(D)이 60 ㎛인 적층체(12)보다 깊은 레이저 가공 홈(140)이 형성된다. 이와 같이, 본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 폭이 넓은 레이저 가공 홈(140)을 형성할 수 있기 때문에, 생산성이 향상된다. 또한, 상기 레이저 가공 홈(140)을 형성하는 펄스 레이저 광선(LB3)의 스폿(SP)의 Y축 방향의 에너지 분포는 가우스 분포의 가장자리가 제거되어 수직인 분포로 수정되어, Y축 방향의 양측의 급경사의 에너지가 적층체(12)의 가공면(상면)에 대하여 수직으로 조사되기 때문에, 레이저 가공 홈(140)은 각각 외측이 적층체(12)의 가공면(상면)에 대하여 수직으로 형성되므로, 적층체(12)에 박리가 생기지 않는다.

또한, 상기 레이저 광선 조사 공정에서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.

레이저 광선의 광원: YVO4 레이저 또는 YAG 레이저

파장: 355 ㎚

평균 출력: 3.0 W

반복 주파수: 100 kHz

가공 이송 속도: 300 ㎜/초

반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(14)에 전술한 레이저 광선 조사 공정을 실시했다면, 반도체 웨이퍼(10)를 스트리트(14)를 따라 절단하는 절삭 공정을 실시한다. 즉, 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이 절삭 장치(16)의 척 테이블(161) 위에 레이저 광선 조사 공정이 실시된 반도체 웨이퍼(10)를 표면(10a)을 상측으로 하여 배치하고, 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 반도체 웨이퍼(10)를 척 테이블(161) 위에 유지한다. 다음에, 반도체 웨이퍼(10)를 유지한 척 테이블(161)을 절삭 가공 영역의 절삭 시작 위치로 이동시킨다. 이 때, 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)는 절삭할 스트리트(14)의 일단[도 12의 (a)에서 좌측 단]이 절삭 블레이드(162)의 바로 아래로부터 미리 정해진 크기만큼 우측에 위치하도록 위치된다. 이 때, 절삭 블레이드(162)는 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이 레이저 가공 홈(140)의 폭(D) 안에 위치한다.

이와 같이 하여 척 테이블(161), 즉 반도체 웨이퍼(10)가 절삭 가공 영역의 절삭 시작 위치에 위치한다면, 절삭 블레이드(162)를 도 12의 (a)에서 2점 쇄선으로 도시하는 대기 위치로부터 아래쪽으로 절삭 이송하고, 도 12의 (a)에서 실선으로 도시하는 바와 같이 미리 정해진 절삭 이송 위치에 위치시킨다. 이 절삭 이송 위치는, 도 12의 (c)에 도시하는 바와 같이 절삭 블레이드(162)의 하단이 반도체 웨이퍼(10)의 이면에 점착된 보호 테이프(T)에 도달하는 위치로 설정되어 있다.

다음에, 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이 절삭 블레이드(162)를 화살표 162a로 지시하는 방향으로 미리 정해진 회전 속도로 회전시키고, 척 테이블(161), 즉 반도체 웨이퍼(10)를 도 12의 (a)에서 화살표 X1로 도시하는 방향으로 미리 정해진 절삭 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 척 테이블(161), 즉 반도체 웨이 퍼(10)의 타단[도 12의 (a)에서 우측 단]이 절삭 블레이드(162)의 바로 아래로부터 미리 정해진 크기만큼 좌측의 위치에 도달했다면, 척 테이블(161), 즉 반도체 웨이퍼(10)의 이동을 정지시킨다. 이와 같이 척 테이블(161), 즉 반도체 웨이퍼(10)를 절삭 이송함으로써, 반도체 웨이퍼(10)가 스트리트(14)를 따라 절단된다. 이 때, 레이저 가공 홈(140)이 전술한 바와 같이 외측에서 적층체(12)의 가공면(상면)에 대하여 수직으로 형성되어 있기 때문에, 절삭 블레이드(162)가 스트리트(14)의 양측부에서 적층체(12)에 작용하지 않는다.

다음에, 척 테이블(161), 즉 반도체 웨이퍼(10)를 도 12의 (a)에서 지면에 수직인 방향(인덱싱 이송 방향)으로 스트리트(14)의 간격에 상당하는 크기로 인덱싱 이송하고, 다음에 절삭할 스트리트(14)를 절삭 블레이드(162)와 대응하는 위치에 위치시키며, 도 12의 (a)에 도시하는 상태로 복귀시킨다. 그리고, 상기와 같이 절삭 공정을 실시한다.

또한, 상기 절삭 공정은, 예컨대 이하의 가공 조건으로 행해진다.

절삭 블레이드: 외경 52 ㎜, 두께 20 ㎛

절삭 블레이드의 회전 속도: 40000 rpm

절삭 이송 속도: 50 ㎜/초

전술한 절삭 공정을 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(14)에 실시한다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(10)는 스트리트(14)를 따라 절단되고, 개개의 디바이스로 분할된다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.

도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장착되는 레이저 광선 조사 수단의 구성을 간략히 도시하는 블록도.

도 3은 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단의 주요부 평면도.

도 4는 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단의 주요부 측면도.

도 5는 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 집광기로부터 조사되는 레이저 광선의 스폿 형상을 도시하는 설명도.

도 6은 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 에너지 밀도 조정 수단의 다른 실시형태를 도시하는 설명도.

도 7은 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 사시도.

도 8은 도 7에 도시하는 반도체 웨이퍼의 일부 단면 확대도.

도 9는 도 7에 도시하는 반도체 웨이퍼가 환상의 프레임에 보호 테이프를 통해 지지된 상태를 도시하는 사시도.

도 10은 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 의해 도 7에 도시하는 반도체 웨이퍼의 스트리트를 따라 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 광선 조사 공정의 설명도.

도 11은 도 10에 도시하는 레이저 광선 조사 공정의 실시에 의해 반도체 웨이퍼에 형성된 레이저 가공 홈의 확대 단면도.

도 12는 도 10에 도시하는 레이저 광선 조사 공정에 의해 형성된 레이저 가 공 홈을 따라 반도체 웨이퍼를 절단하는 절삭 공정의 설명도.

<부호의 설명>

2: 정지 베이스, 3: 척 테이블 기구, 36: 척 테이블, 37: 가공 이송 수단, 38: 제1 인덱싱 이송 수단, 4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구, 43: 제2 인덱싱 이송 수단, 5: 레이저 광선 조사 유닛, 51: 유닛 홀더, 6: 레이저 광선 조사 수단, 62: 펄스 레이저 광선 발진 수단, 63: 에너지 분포 수정 수단, 631: 마스크 부재, 64: 에너지 밀도 조정 수단, 641: 원통형 렌즈, 65: 집광기, 651: 방향 변환 미러, 652: 집광 렌즈, 7: 촬상 수단, 10: 반도체 웨이퍼(피가공물), 11: 반도체 기판, 12: 적층체, 13: 디바이스, 14: 스트리트, 16: 절삭 장치, 161: 절삭 장치의 척 테이블, 162: 절삭 블레이드

Claims

피가공물을 유지하는 척 테이블과, 이 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 상대 이동시키는 가공 이송 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)에 직교하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 상대 이동시키는 인덱싱 이송 수단을 포함하고, 상기 레이저 광선 조사 수단이 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과 이 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광 렌즈를 구비하는 것인 레이저 가공 장치로서,

상기 레이저 광선 조사 수단은, 상기 레이저 광선 발진 수단과 상기 집광 렌즈 사이에 배치되고 상기 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선의 Y축 방향의 에너지 분포의 가우스의 가장자리 부분을 수직인 분포로 형성하는 에너지 분포 수정 수단과, 이 에너지 분포 수정 수단에 의해 에너지 분포가 수정된 레이저 광선의 X축 방향의 에너지 밀도를 조정하는 에너지 밀도 조정 수단을 구비하고,

상기 에너지 분포 수정 수단은, 상기 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선의 Y축 방향의 통과를 규제하는 슬릿을 구비한 마스크 부재를 포함하고, 상기 에너지 밀도 조정 수단은 오목 렌즈의 원통형 렌즈와 그 오목 렌즈의 원통형 렌즈와 간격을 두고 배치된 볼록 렌즈의 원통형 렌즈 및 그 오목 렌즈의 원통형 렌즈와 상기 볼록 렌즈의 원통형 렌즈와의 간격을 조정하는 간격 조정 수단을 포함하고, 상기 오목 렌즈의 원통형 렌즈와 상기 볼록 렌즈의 원통형 렌즈와의 간격을 조정하는 것에 의해 레이저 광선의 X축 방향의 길이를 조정하여 에너지 밀도를 조정하도록 구성되고,

상기 집광 렌즈와, 상기 에너지 밀도 조정 수단에 의해 X축 방향의 에너지 밀도가 조정된 레이저 광선을 Y축 방향에서 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 결상하고 X축 방향에서 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 집광하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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