KR20150138827A

KR20150138827A - 칩 제조 방법

Info

Publication number: KR20150138827A
Application number: KR1020150077274A
Authority: KR
Inventors: 히로시 모리카즈; 노보루 다케다
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2015-12-10
Also published as: CN105269159A; JP2015226924A; US20150343559A1; DE102015210030A1; JP6301203B2; TW201607654A; US9682440B2; CN105269159B; TWI632970B; KR102251261B1

Abstract

본 발명은 유리 기판 등의 판상 피가공물로부터 원하는 형상의 칩을 효율적으로 생성할 수 있는 칩 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
판상 피가공물로부터 원하는 형상의 칩을 생성하기 위한 칩 제조 방법으로서, 레이저 광선을 조사하는 집광기를 구비한 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 판상 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광점을 판상 피가공물의 상면으로부터 정해진 위치에 위치시켜 생성해야 할 칩의 윤곽을 따라 조사함으로써, 판상 피가공물의 내부에 생성해야 할 칩의 윤곽을 따라 세공과 이 세공을 차폐시키는 비정질을 성장시켜 차폐 터널을 형성하는 차폐 터널 형성 공정과, 차폐 터널 형성 공정이 실시된 판상 피가공물에 초음파를 부여함으로써, 차폐 터널이 형성된 칩의 윤곽을 파괴하여 판상 피가공물로부터 칩을 생성하는 칩 생성 공정을 포함한다.

Description

칩 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING CHIP}

본 발명은 유리 기판 등의 판상(板狀) 피가공물로부터 원하는 형상의 칩을 생성하기 위한 칩 제조 방법에 관한 것이다.

스마트폰 등의 조작 화면은 유리 기판에 의해 형성되어 있어, 화면을 보면서 각종 앱을 선택할 수 있다. 또한, 스마트폰 등의 휴대기기에는 카메라 기능이 장비되어 있어, 카메라의 대물렌즈에 흠집이 나지 않도록 석영유리나 사파이어 기판 등의 커버 유리가 장착되어 있다.

전술한 커버 유리 등의 칩은, 에칭 처리 가공에 의해 제조되어 있다(예컨대 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2012-148955호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2013-71854호 공보

그러나, 에칭 처리 가공은, 장시간을 요하여 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술 과제는, 유리 기판 등의 판상 피가공물로부터 원하는 형상의 칩을 효율적으로 생성할 수 있는 칩 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따르면, 판상 피가공물로부터 원하는 형상의 칩을 생성하기 위한 칩 제조 방법으로서,

레이저 광선을 조사하는 집광기를 구비한 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 판상 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광점을 판상 피가공물의 상면으로부터 정해진 위치에 위치시켜 생성해야 할 칩의 윤곽을 따라 조사함으로써, 판상 피가공물의 내부에 생성해야 할 칩의 윤곽을 따라 세공과 이 세공을 차폐시키는 비정질을 성장시켜 차폐 터널을 형성하는 차폐 터널 형성 공정과,

상기 차폐 터널 형성 공정이 실시된 판상 피가공물에 초음파를 부여함으로써, 차폐 터널이 형성된 칩의 윤곽을 파괴하여 판상 피가공물로부터 칩을 생성하는 칩 생성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 제조 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 집광기의 집광 렌즈의 개구수(NA)는 판상 피가공물의 굴절률(N)로 나눈 값이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정된다.

바람직하게는, 상기 판상 피가공물은 석영유리 기판이며, 집광 렌즈의 개구수(NA)는 0.1 내지 0.25의 범위로 설정된다. 혹은, 상기 판상 피가공물은 사파이어 기판이며, 집광 렌즈의 개구수(NA)는 0.1 내지 0.35의 범위로 설정된다.

본 발명에 따른 칩 제조 방법은, 레이저 광선을 조사하는 집광기를 구비한 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 판상 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광점을 판상 피가공물의 상면으로부터 정해진 위치에 위치시켜 생성해야 할 칩의 윤곽을 따라 조사함으로써, 판상 피가공물의 내부에 생성해야 할 칩의 윤곽을 따라 세공과 이 세공을 차폐시키는 비정질을 성장시켜 차폐 터널을 형성하는 차폐 터널 형성 공정과, 상기 차폐 터널 형성 공정이 실시된 판상 피가공물에 초음파를 부여함으로써, 차폐 터널이 형성된 칩의 윤곽을 파괴하여 판상 피가공물로부터 칩을 생성하는 칩 생성 공정을 포함하고 있기 때문에, 상기 종래의 칩 제조 방법과 비교하여 단시간에 원하는 형상의 칩을 형성할 수 있다.

도 1은 판상 피가공물을 환상의 프레임에 장착한 다이싱 테이프에 접착한 상태를 나타낸 사시도.
도 2는 차폐 터널 형성 공정을 실시하기 위한 레이저 가공 장치의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 차폐 터널 형성 공정의 설명도.
도 4는 렌즈의 개구수(NA)와 판상 피가공물의 굴절률(N)과 개구수(NA)를 굴절률(N)로 나눈 값(S=NA/N)과의 관계를 나타낸 도면.
도 5는 칩 생성 공정의 제1 실시형태를 나타낸 설명도.
도 6은 도 5에 도시된 칩 생성 공정이 실시된 상태로부터 칩을 픽업하는 공정을 나타낸 설명도.
도 7은 칩 생성 공정의 제2 실시형태를 실시하기 위한 차폐 터널 파괴 장치의 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 차폐 터널 파괴 장치의 주요부를 분해하여 나타낸 사시도.
도 9는 도 7에 도시된 차폐 터널 파괴 장치를 구성하는 제2 테이블과 프레임 유지 수단을 나타낸 단면도.
도 10은 도 7에 도시된 차폐 터널 파괴 장치를 이용하여 실시하는 차폐 터널 형성 공정의 설명도.

이하, 본 발명에 따른 판상 피가공물의 가공 방법의 적합한 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하여, 더욱 상세히 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따른 칩 제조 방법에 의해 가공되는 판상 피가공물의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 판상 피가공물(10)은, 석영유리 기판이나 사파이어 기판으로 이루어지고 예컨대 두께가 500 ㎛인 원 형상으로 형성되어 있고, 형성해야 할 복수의 칩의 윤곽(101) 및 가공 개시 위치(101a)가 설정되어 있다. 또한, 형성해야 할 복수의 칩의 윤곽(101) 및 가공 개시 위치(101a)는, 후술하는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 메모리에 저장되어 있다. 이와 같이 형성된 석영유리 기판이나 사파이어 기판으로 이루어진 판상 피가공물(10)은, 환상의 프레임(F)에 장착된 보호 테이프(T)의 표면에 접착된다.

도 2에는, 본 발명에 따른 칩 제조 방법에 있어서의 차폐 터널 형성 공정을 실시하기 위한 레이저 가공 장치(2)의 사시도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 레이저 가공 장치(2)는, 정지 베이스(20)와, 상기 정지 베이스(20)에 화살표 X로 나타내는 X축 방향으로 이동 가능하게 설치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 베이스(20) 상에 설치된 레이저 광선 조사 수단으로서의 레이저 광선 조사 유닛(4)을 구비하고 있다.

상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(20) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 설치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 상기 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 상기 제2 슬라이딩 블록(33)상에 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 형성된 흡착척(361)을 구비하고 있고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써 흡착척(361)의 상면인 유지면 상에 피가공물인 판상 피가공물(10)을 보호 테이프(T)를 통해 흡인 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 설치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 판상 피가공물(10) 등의 피가공물을 보호 테이프(T)를 통해 지지하는 환상의 프레임(F)을 고정하기 위한 클램프(362)가 설치되어 있다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 마련되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 끼워 맞춰짐으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 제1 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 제1 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(371)와, 상기 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 돌출되어 마련된 도시하지 않은 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 X축 방향으로 이동된다.

레이저 가공 장치(2)는, 상기 척 테이블(36)의 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 구비하고 있다. X축 방향 위치 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라 설치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치되어 제1 슬라이딩 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라 이동하는 판독 헤드(374b)로 이루어져 있다. 이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 본 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1펄스의 펄스 신호를 도시하지 않은 제어 수단으로 보낸다. 그리고 도시하지 않은 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 X축 방향 위치를 검출한다. 또한, 상기 제1 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 펄스 모터(372)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(372)에 구동 신호를 출력하는 도시하지 않은 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 X축 방향 위치를 검출할 수도 있다. 또한, 상기 제1 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 도시하지 않은 제어 수단으로 보내고, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 X축 방향 위치를 검출할 수도 있다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 마련된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춤으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 마련된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 가공 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제2 가공 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322, 322) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(381)와, 상기 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 돌출되어 마련된 도시하지 않은 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 Y축 방향으로 이동된다.

레이저 가공 장치(2)는, 상기 제2 슬라이딩 블록(33)의 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단(384)을 구비하고 있다. Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라 설치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 슬라이딩 블록(33)에 설치되어 제2 슬라이딩 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라 이동하는 판독 헤드(384b)로 이루어져 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는, 본 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1펄스의 펄스 신호를 도시하지 않은 제어 수단으로 보낸다. 그리고 도시하지 않은 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 Y축 방향 위치를 검출한다. 또한, 상기 제2 가공 이송 수단(38)의 구동원으로서 펄스 모터(382)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(382)에 구동 신호를 출력하는 도시하지 않은 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 Y축 방향 위치를 검출할 수도 있다. 또한, 상기 제2 가공 이송 수단(38)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 도시하지 않은 제어 수단으로 보내고, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 Y축 방향 위치를 검출할 수도 있다.

상기 레이저 광선 조사 유닛(4)은, 상기 정지 베이스(20) 상에 설치된 지지 부재(41)와, 상기 지지 부재(41)에 의해 지지되어 실질적으로 수평으로 연장되는 케이싱(42)과, 상기 케이싱(42)에 설치된 레이저 광선 조사 수단(5)과, 케이싱(42)의 전단부에 설치되어 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)을 구비하고 있다.

상기 레이저 광선 조사 수단(5)은, 케이싱(42) 내에 설치된 도시하지 않은 펄스 레이저 광선 발진기나 반복 주파수 설정 수단을 구비한 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 케이싱(42)의 선단부에 설치되어 도시하지 않은 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하기 위한 집광 렌즈(511)를 갖춘 집광기(51)를 구비하고 있다. 이 집광기(51)의 집광 렌즈(511)는, 개구수(NA)가 다음과 같이 설정되어 있다. 즉, 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)는, 개구수(NA)를 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정된다(개구수 설정 공정). 또한, 레이저 광선 조사 수단(5)은, 집광기(51)의 집광 렌즈(511)에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선의 집광점 위치를 조정하기 위한 집광점 위치 조정 수단(도시하지 않음)을 구비하고 있다.

상기 레이저 광선 조사 수단(5)이 설치된 케이싱(42)의 선단부에 장착된 촬상 수단(6)은, 피가공물을 조명하는 조명 수단과, 상기 조명 수단에 의해 조명된 영역을 포착한 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 상을 촬상하는 촬상 소자(CCD) 등을 구비하고, 촬상된 화상 신호를 도시하지 않은 제어 수단으로 보낸다.

레이저 가공 장치(2)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이 레이저 가공 장치(2)를 이용하여 전술한 웨이퍼 지지 공정이 실시된 판상 피가공물(10)에 설정된 생성해야 할 칩의 윤곽(101)을 따라 판상 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사함으로써, 판상 피가공물의 내부에 생성해야 할 칩의 윤곽(101)을 따라 세공과 이 세공을 차폐시키는 비정질을 성장시켜 차폐 터널을 형성하는 차폐 터널 형성 공정에 대해서 설명한다. 또한, 레이저 가공 장치(2)의 도시하지 않은 제어 수단을 구성하는 메모리에는, 생성해야 할 복수의 칩의 윤곽(101)의 좌표 및 가공 개시 위치(101a)의 좌표가 저장된다. 판상 피가공물(10)에 설정된 생성해야 할 칩의 윤곽(101)을 따라 차폐 터널을 형성하기 위해서는, 우선, 전술한 도 2에 도시된 레이저 가공 장치(2)의 척 테이블(36) 상에 판상 피가공물(10)이 접착된 보호 테이프(T)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써, 보호 테이프(T)를 통해 판상 피가공물(10)을 흡착척(361) 상에 유지한다(웨이퍼 유지 공정).

전술한 웨이퍼 유지 공정을 실시했다면, 도시하지 않은 제어 수단은, 제1 가공 이송 수단(37) 및 제2 가공 이송 수단(38)을 작동시켜 척 테이블(36)에 유지된 판상 피가공물(10)에 설정된 정해진 칩의 윤곽(101)의 가공 개시 위치(101a)를 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(5)의 집광기(51)의 바로 아래에 위치시킨다. 다음에, 집광기(51)의 집광 렌즈(511)에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선(LB)의 집광점이 판상 피가공물(10)의 두께 방향의 원하는 위치에 위치되도록 도시하지 않은 집광점 위치 조정 수단을 작동시켜 집광기(51)를 광축 방향으로 이동한다(위치 부여 공정). 또한, 도시된 실시형태에 있어서는, 펄스 레이저 광선의 집광점은, 판상 피가공물(10)에 있어서의 펄스 레이저 광선이 입사되는 상면(표면(10a)측)으로부터 원하는 위치(예컨대 표면(10a)으로부터 5 내지 10 ㎛ 이면(10b)측의 위치)에 설정되어 있다.

전술한 바와 같이 위치 부여 공정을 실시했다면, 레이저 광선 조사 수단(5)을 작동시켜 집광기(51)로부터 펄스 레이저 광선(LB)을 조사하면서 제1 가공 이송 수단(37) 및 제2 가공 이송 수단(38)을 작동시켜 척 테이블(36)을 판상 피가공물(10)에 설정된 생성해야 할 칩의 윤곽(101)에 기초하여 이동시킨다. 그리고, 가공 개시 위치(101a)가 집광기(51)의 바로 아래에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지함과 동시에 제1 가공 이송 수단(37) 및 제2 가공 이송 수단(38)의 작동을 정지하여 척 테이블(36)의 이동을 정지한다(차폐 터널 형성 공정). 이 차폐 터널 형성 공정을 판상 피가공물(10)에 설정된 모든 칩의 윤곽(101)에 기초하여 실시한다.

전술한 차폐 터널 형성 가공을 실시함으로써, 판상 피가공물(10)의 내부에는, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 펄스 레이저 광선(LB)의 집광점(P)이 위치된 표면(상면)측으로부터 이면(하면)에 걸쳐 세공(111)과 이 세공(111)의 주위에 형성된 비정질(112)이 성장하고, 판상 피가공물(10)에 형성해야 할 칩의 윤곽(101)을 따라 정해진 간격(본 실시형태에 있어서는 10 ㎛의 간격(가공 이송 속도: 500 ㎜/초)/(반복 주파수: 50 kHz))으로 비정질의 차폐 터널(110)이 형성된다. 이 차폐 터널(110)은, 도 3의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 중심에 형성된 직경이 φ 1 ㎛ 정도인 세공(111)과 이 세공(111)의 주위에 형성된 직경이 φ 10 ㎛인 비정질(112)로 이루어지고, 본 실시형태에 있어서는 서로 인접하는 비정질(112)끼리가 연결되도록 형성되는 형태로 되어 있다. 또한, 전술한 차폐 터널 형성 가공에 있어서 형성되는 비정질의 차폐 터널(110)은, 판상 피가공물(10)의 표면(상면)측으로부터 이면(하면)에 걸쳐 형성할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 두께가 두꺼워도 펄스 레이저 광선을 1회 조사하면 되기 때문에, 생산성이 매우 양호해진다.

전술한 차폐 터널 형성 가공에 있어서, 양호한 차폐 터널(110)을 형성하기 위해서는, 전술한 바와 같이 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)는, 개구수(NA)를 석영유리 기판이나 사파이어 기판 등의 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값(S)이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정되어 있는 것이 중요하다.

여기서, 개구수(NA)와 굴절률(N)과 개구수(NA)를 굴절률(N)로 나눈 값(S=NA/N)과의 관계에 대해서, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에 있어서 집광 렌즈(511)에 입사된 펄스 레이저 광선(LB)은 광축에 대하여 각도(θ)를 가지며 집광된다. 이 때, sinθ가 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)이다(NA=sinθ). 집광 렌즈(511)에 의해 집광된 펄스 레이저 광선(LB)이 단결정 기판으로 이루어진 판상 피가공물(10)에 조사되면, 판상 피가공물(10)을 구성하는 단결정 기판은 공기보다 밀도가 높기 때문에 펄스 레이저 광선(LB)은 각도(θ)로부터 각도(α)로 굴절하여 집광점(P)에 집광된다. 이 때, 광축에 대한 각도(α)는, 판상 피가공물(10)을 구성하는 단결정 기판의 굴절률(N)에 따라 상이하다. 굴절률(N)은 (N=sinθ/sinα)이므로, 개구수(NA)를 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값(S=NA/N)은 sinα가 된다. 따라서, sinα를 0.05 내지 0.2의 범위(0.05≤sinα≤0.2)로 설정하는 것이 중요하다.

이하, 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)를 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값(S=NA/N)이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정된 이유에 대해서 설명한다.

[실험 1-1]

판상 피가공물(10)로서의 두께가 500 ㎛인 석영유리 기판(굴절률: 1.45)을 다음 가공 조건으로 차폐 터널을 형성하고, 차폐 터널의 양호/불량을 판정하였다.

가공 조건

파장 : 1064 ㎚

반복 주파수 : 50 kHz

펄스 폭 : 10 ps

평균 출력 : 2 W

집광 스폿 직경 : φ 10 ㎛

가공 이송 속도: 500 ㎜/초

집광 렌즈의 개구수(NA) 차폐 터널의 양호/불량 S=NA/N

0.05 불량: 없음 0.035

0.1 양호 0.069

0.15 양호 0.103

0.2 양호 0.138

0.25 양호 0.172

0.3 약간 양호 0.207

0.35 불량: 보이드가 생김 0.241

0.4 불량: 보이드가 생김 0.276

이상과 같이 석영유리 기판(굴절률: 1.45)에 있어서는, 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)를 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값(S=NA/N)이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정함으로써, 차폐 터널이 형성된다. 따라서, 석영유리 기판(굴절률: 1.45)에 있어서는, 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)는, 0.1 내지 0.25로 설정하는 것이 중요하다.

전술한 실험 1-1로부터, 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)를 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값(S=NA/N)이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정함으로써, 차폐 터널이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.

[실험 1-2]

판상 피가공물(10)로서의 두께가 500 ㎛인 사파이어(Al₂O₃) 기판(굴절률: 1.76)을 다음 가공 조건으로 차폐 터널을 형성하고, 차폐 터널의 양호/불량을 판정하였다.

가공 조건

파장 : 1064 ㎚

반복 주파수 : 50 kHz

펄스 폭 : 10 ps

평균 출력 : 2 W

집광 스폿 직경 : φ 10 ㎛

가공 이송 속도 : 500 ㎜/초

집광 렌즈의 개구수(NA) 차폐 터널의 양호/불량 S=NA/N

0.05 불량: 없음

0.1 약간 양호 0.057

0.15 양호 0.085

0.2 양호 0.114

0.25 양호 0.142

0.3 양호 0.170

0.35 양호 0.198

0.4 불량 0.227

0.45 불량: 보이드가 생김

0.5 불량: 보이드가 생김

0.55 불량: 보이드가 생김

0.6 불량: 보이드가 생김

이상과 같이 사파이어 기판(굴절률: 1.76)에 있어서는, 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)가, 개구수(NA)를 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값(S=NA/N)이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정함으로써, 차폐 터널이 형성된다. 따라서, 사파이어 기판(굴절률: 1.76)에 있어서는, 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)는, 0.1 내지 0.35로 설정하는 것이 중요하다.

전술한 실험 1-1, 실험 1-2로부터, 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈(511)의 개구수(NA)를 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값(S=NA/N)이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정함으로써, 차폐 터널이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.

전술한 차폐 터널 형성 공정을 실시했다면, 판상 피가공물(10)에 초음파를 부여함으로써, 차폐 터널(110)이 형성된 칩의 윤곽(101)을 파괴하여 판상 피가공물(10)로부터 칩을 생성하는 칩 생성 공정을 실시한다. 칩 생성 공정의 제1 실시형태에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에 도시된 칩 생성 공정의 제1 실시형태는, 우선 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 실리콘 고무 테이블(7) 상에 전술한 차폐 터널 형성 공정이 실시된 판상 피가공물(10)의 보호 테이프(T)측을 배치한다. 따라서, 실리콘 고무 테이블(7) 상에 보호 테이프(T)를 통해 배치된 판상 피가공물(10)은, 표면이 상측이 된다. 다음에, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 초음파 부여 패드(70)의 하면을 실리콘 고무 테이블(7) 상에 보호 테이프(T)를 통해 배치된 판상 피가공물(10)의 표면에 배치한다. 그리고, 초음파 부여 패드(70)에 설치된 도시하지 않은 초음파 발생 수단을 작동시켜 판상 피가공물(10)에 초음파를 부여하게 한다. 이 결과, 판상 피가공물(10)은 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 차폐 터널(110)이 형성된 칩의 윤곽(101)이 파괴되어 칩(100)이 생성된다. 이와 같이 하여 차폐 터널(110)이 형성된 칩의 윤곽(101)이 파괴된 칩(100)은, 도 6에 도시된 바와 같이 보호 테이프(T)로부터 박리하여 픽업할 수 있다.

다음에, 칩 생성 공정의 제2 실시형태에 대해서, 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 이 칩 생성 공정의 제2 실시형태는, 도 7 내지 도 9에 도시된 차폐 터널 파괴 장치(8)를 이용하여 실시한다. 도 7에는 차폐 터널 파괴 장치(8)의 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7에 도시된 차폐 터널 파괴 장치(8)의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도가 도시되어 있다.

본 실시형태에 있어서의 차폐 터널 파괴 장치(8)는, 베이스(81)와, 상기 베이스(81) 상에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 테이블(82)과, 상기 제1 테이블(82) 상에 화살표 Y와 직교하는 화살표 X로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2 테이블(83)을 구비하고 있다. 베이스(81)는 직사각 형상으로 형성되고, 그 양측부 상면에는 화살표 Y로 나타내는 방향으로 2개의 안내 레일(811, 812)이 서로 평행하게 설치되어 있다. 또한, 2개의 안내 레일 중 한쪽 안내 레일(811)에는, 그 상면에 단면이 V자형인 안내홈(811a)이 형성되어 있다.

상기 제1 테이블(82)은, 도 8에 도시된 바와 같이 중앙부에 직사각 형상의 개구(821)를 구비한 창틀 형상으로 형성되어 있다. 이 제1 테이블(82)의 한쪽의 측부 하면에는, 상기 베이스(81)에 마련된 한쪽의 안내 레일(811)에 형성되어 있는 안내홈(811a)에 슬라이드 가능하게 끼워 맞추는 피안내 레일(822)이 마련되어 있다. 또한 제1 테이블(82)의 양측부 상면에는 상기 피안내 레일(822)과 직교하는 방향으로 2개의 안내 레일(823, 824)이 서로 평행하게 설치되어 있다. 또한, 2개의 안내 레일 중 한쪽의 안내 레일(823)에는, 그 상면에 단면이 V자형인 안내홈(823a)이 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 테이블(82)은, 도 7에 도시된 바와 같이 피안내 레일(822)을 베이스(81)에 마련된 한쪽의 안내 레일(811)에 형성된 안내홈(811a)에 끼워 맞춤과 동시에, 다른 쪽의 측부 하면을 베이스(81)에 마련된 다른 쪽의 안내 레일(812) 상에 배치한다. 차폐 터널 파괴 장치(8)는, 제1 테이블(82)을 베이스(81)에 마련된 안내 레일(811, 812)을 따라 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동하는 제1 이동 수단(84)을 구비하고 있다. 이 제1 이동 수단(84)은, 도 8에 도시된 바와 같이 베이스(81)에 마련된 다른 쪽의 안내 레일(812)에 평행하게 설치된 수나사 로드(841)와, 베이스(81)에 설치되어 수나사 로드(841)의 일단부를 회전 가능하게 지지하는 베어링(842)과, 수나사 로드(841)의 타단에 연결되어 수나사 로드(841)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(843)와, 상기 제1 테이블(82)의 하면에 마련되어 수나사 로드(841)에 나사 결합하는 암나사 블록(834)으로 이루어져 있다. 이와 같이 구성된 제1 이동 수단(84)은, 펄스 모터(843)를 구동하여 수나사 로드(841)를 회동함으로써, 제1 테이블(82)을 도 7에 있어서 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동시킨다.

상기 제2 테이블(83)은, 도 8에 도시된 바와 같이 직사각 형상으로 형성되고, 중앙부에 원형의 구멍(831)을 구비하고 있다. 이 제2 테이블(83)의 한쪽의 측부 하면에는, 상기 제1 테이블(82)에 마련된 한쪽의 안내 레일(823)에 형성되어 있는 안내홈(823a)에 슬라이드 가능하게 끼워 맞추는 피안내 레일(832)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 제2 테이블(83)은, 도 7에 도시된 바와 같이 피안내 레일(832)을 제1 테이블(82)에 마련된 한쪽의 안내 레일(823)에 형성되어 있는 안내홈(823a)에 끼워 맞춤과 동시에, 다른 쪽의 측부 하면을 제1 테이블(82)에 마련된 다른 쪽의 안내 레일(824) 상에 배치한다. 차폐 터널 파괴 장치(8)는, 제2 테이블(83)을 제1 테이블(82)에 마련된 안내 레일(823, 824)을 따라 화살표 X로 나타내는 방향으로 이동하는 제2 이동 수단(85)을 구비하고 있다. 이 제2 이동 수단(85)은, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 테이블(82)에 마련된 다른 쪽의 안내 레일(824)에 평행하게 설치된 수나사 로드(851)와, 제1 테이블(82)에 설치되어 수나사 로드(851)의 일단부를 회전 가능하게 지지하는 베어링(852)과, 수나사 로드(851)의 타단에 연결되어 수나사 로드(851)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(853)와, 상기 제2 테이블(83)의 하면에 마련되어 수나사 로드(851)에 나사 결합하는 암나사 블록(854)으로 이루어져 있다. 이와 같이 구성된 제2 이동 수단(85)은, 펄스 모터(853)를 구동하여 수나사 로드(851)를 회동함으로써, 제2 테이블(83)을 도 7에 있어서 화살표 X로 나타내는 방향으로 이동시킨다.

차폐 터널 파괴 장치(8)는, 상기 환상의 프레임(F)을 유지하는 프레임 유지 수단(86)을 구비하고 있다. 프레임 유지 수단(86)은, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이 통형부(861)와, 상기 통형부(861)의 상단에 형성된 환상의 프레임 유지부(862)와, 통형부(861)의 하단부에 마련된 장착부(863)와, 상기 장착부(863)의 상측에 마련된 환상의 지지 플랜지부(864)로 이루어져 있다. 통형부(861)는, 환상의 프레임(F)의 내경보다 작고 환상의 프레임(F)에 장착된 보호 테이프(T)에 접착되어 있는 판상 피가공물(10)의 외경(外徑)보다 큰 내경을 갖고 있다. 상기 환상의 프레임 유지부(862)는, 통형부(861)의 상단에 직경 방향 외측으로 돌출되어 형성되어 있고, 상면이 환상의 프레임(F)이 배치되는 배치면(862a)을 형성하고 있다. 이와 같이 형성된 환상의 프레임 유지부(862)에는, 배치면(862a)에 배치된 환상의 프레임(F)을 고정하기 위한 복수의 클램프(865)가 장착되어 있다. 상기 장착부(863)는, 외주가 상기 제2 테이블(83)에 형성된 구멍(831)의 내주면에 회동 가능하게 끼워 맞춰지도록 구성되어 있다. 상기 환상의 지지 플랜지부(864)는, 장착부(863)의 상측에 직경 방향 외측으로 돌출되어 형성되어 있고, 장착부(863)가 제2 테이블(83)에 형성된 구멍(831)에 끼워 맞춰진 상태로 제2 테이블(83) 상에 배치된다.

차폐 터널 파괴 장치(8)는, 상기 환상의 프레임 유지 부재(86)에 유지된 환상의 프레임(F)에 보호 테이프(T)를 통해 지지되어 있는 판상 피가공물(10)에 초음파를 부여하는 초음파 부여 수단(87)을 구비하고 있다. 초음파 부여 수단(87)은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 상기 베이스(81) 상에 설치되어 프레임 유지 수단(86) 내에 배치되어 있다. 이 초음파 부여 수단(87)은, 도 8에 도시된 바와 같이 베이스(81) 상에 설치된 에어 실린더(871)와, 상기 에어 실린더(871)의 피스톤 로드(872)의 선단에 설치된 초음파 진동자(873)로 이루어져 있다. 초음파 진동자(873)는, 도시하지 않은 고주파 전압 인가 수단에 의해 정해진 주파수의 고주파 전압이 인가되도록 되어 있다. 또한, 초음파 진동자(873)는, 본 실시형태에 있어서는 구형으로 형성되어 있지만, 원형 혹은 반원형으로 형성하여도 좋다.

차폐 터널 파괴 장치(8)는, 프레임 유지 수단(86)에 지지된 환상의 프레임(F)에 보호 테이프(T)를 통해 지지된 판상 피가공물(10)에 냉기를 분무하는 냉기 분무 수단(88)을 구비하고 있다. 냉기 분무 수단(88)은, 베이스(81)에 설치된 선회 아암(881)과, 상기 선단에 장착된 냉기 분무 노즐(882)을 구비하고 있고, 상기 냉기 분무 노즐(882)이 도시하고자 하는 냉기 공급 수단에 접속되어 있다. 또한, 선회 아암(881)이 도시하지 않은 구동 수단에 의해 선회된다. 또한, 선회 아암(881)은 상하 이동 가능하게 구성되어 있다.

차폐 터널 파괴 장치(8)는, 상기 프레임 유지 수단(86)에 지지된 환상의 프레임(F)에 보호 테이프(T)를 통해 지지된 판상 피가공물(10)을 촬상하는 촬상 수단(89)을 구비하고 있다. 이 촬상 수단(89)은, 광학계 및 촬상 소자 등으로 구성되어 있고, 베이스(81)에 설치된 에어 실린더(891)에 의해 도면에 있어서 상하 방향으로 작동되는 L자형의 지지 부재(892)에 부착되고, 상기 프레임 유지 수단(86)을 구성하는 환상의 프레임 유지부(862)의 상방 위치에 배치되어 있다. 이와 같이 구성된 촬상 수단(89)은, 상기 환상의 프레임 유지부(862)에 유지된 환상의 프레임(F)에 보호 테이프(T)를 통해 지지되어 있는 판상 피가공물(10)을 촬상하고, 촬상된 화상 신호를 도시하지 않은 제어 수단으로 보낸다.

차폐 터널 파괴 장치(8)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작동에 대해서 주로 도 10을 참조하여 설명한다. 전술한 차폐 터널 형성 공정이 실시된 판상 피가공물(10)을 보호 테이프(T)를 통해 지지한 환상의 프레임(F)을, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 프레임 유지 수단(86)을 구성하는 환상의 프레임 유지부(862)의 배치면(862a) 상에 배치하고, 클램프(865)에 의해 환상의 프레임 유지부(862)에 고정한다.

다음에, 촬상 수단(89) 및 도시하지 않은 제어 수단을 작동시켜, 전술한 차폐 터널 형성 공정이 실시된 판상 피가공물(10)에 있어서의 차폐 터널(110)이 형성된 각 칩의 윤곽(101)의 중심 위치를 구하여, 도시하지 않은 제어 수단의 메모리에 저장한다. 또한, 각 칩의 윤곽(101)의 중심 위치를 구하는 방법으로는, 제1 이동 수단(84) 및 제2 이동 수단(85)을 작동시켜 판상 피가공물(10)에 있어서의 차폐 터널(110)이 형성된 각 칩의 윤곽(101)의 중심이 촬상 수단(89)의 중심에 위치되었을 때의 제1 이동 수단(84)의 펄스 모터(843) 및 제2 이동 수단(85)의 펄스 모터(853)에 인가한 펄스 수에 의해 XY 좌표를 구할 수 있다(얼라이먼트 공정).

전술한 얼라이먼트 공정을 실시했다면, 도시하지 않은 제어 수단은 냉기 분무 수단(88)의 냉기 분무 노즐(882)을 초음파 부여 수단(87)을 구성하는 초음파 진동자(873)의 바로 위쪽에 위치시킴과 동시에, 아래쪽으로 이동하여 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 판상 피가공물(10)의 상면과 정해진 간극을 두고 상방 위치에 위치시킨다. 다음에, 도시하지 않은 제어 수단의 메모리에 저장된 데이터에 기초하여, 제1 이동 수단(84) 및 제2 이동 수단(85)을 작동시키고, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 판상 피가공물(10)에 있어서의 차폐 터널(110)이 형성된 정해진 칩의 윤곽(101)의 중심 위치를 초음파 부여 수단(87)을 구성하는 초음파 진동자(873)의 바로 위쪽에 위치시킴과 동시에, 에어 실린더(871)를 작동시켜 초음파 진동자(873)의 상단을 판상 피가공물(10)이 접착되어 있는 보호 테이프(T)에 접촉시킨다. 그리고, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 냉기 분무 수단(88)의 냉기 분무 노즐(882)로부터 냉기를 분출함과 동시에, 초음파 진동자(873)에 정해진 주파수의 고주파 전압을 인가하여 초음파 진동자(873)에 초음파 진동을 발생시킨다. 이 결과, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 판상 피가공물(10)에 설정된 칩의 윤곽(101)으로 형성된 차폐 터널(110)이 초음파 진동에 의해 파괴되어 칩(100)이 생성된다. 이 때, 칩의 윤곽(101) 내의 영역은 냉기 분무 노즐(882)로부터 분출된 냉기에 의해 냉각되어 수축하기 때문에, 차폐 터널(110)의 파괴를 촉진할 수 있다. 이와 같이 하여 판상 피가공물(10)에 설정된 칩의 윤곽(101)으로 형성된 차폐 터널(110)이 초음파 진동에 의해 파괴되어 칩(100)이 생성되었다면, 칩(100)은 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이 보호 테이프(T)로부터 박리하여 픽업할 수 있다.

이상과 같이, 전술한 실시형태에 있어서의 칩 제조 방법은, 레이저 광선을 조사하는 집광기(51)를 구비한 펄스 레이저 광선 조사 수단(5)에 의해 판상 피가공물(10)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광점을 판상 피가공물(10)의 상면으로부터 정해진 위치에 위치시켜 생성해야 할 칩의 윤곽(101)을 따라 조사함으로써, 판상 피가공물(10)의 내부에 생성해야 할 칩의 윤곽(101)을 따라 세공과 이 세공을 차폐시키는 비정질을 성장시켜 차폐 터널(110)을 형성하는 차폐 터널 형성 공정과, 상기 차폐 터널 형성 공정이 실시된 판상 피가공물(10)에 초음파를 부여함으로써, 차폐 터널(110)이 형성된 칩의 윤곽(101)을 파괴하여 판상 피가공물로부터 칩(100)을 생성하는 칩 생성 공정으로 이루어져 있기 때문에, 상기 종래의 칩 제조 방법과 비교하여 단시간에 원하는 형상의 칩을 형성할 수 있다.

2 : 레이저 가공 장치 3 : 척 테이블 기구
36 : 척 테이블 37 : 제1 가공 이송 수단
374 : X축 방향 위치 검출 수단 384 : Y축 방향 위치 검출 수단
38 : 제2 가공 이송 수단 4 : 레이저 광선 조사 유닛
5 : 레이저 광선 조사 수단 51 : 집광기
6 : 촬상 수단 7 : 실리콘 고무 테이블
70 : 초음파 부여 패드 8 : 차폐 터널 파괴 장치
81 : 베이스 82 : 제1 테이블
83 : 제2 테이블 84 : 제1 이동 수단
85 : 제2 이동 수단 86 : 프레임 유지 수단
87 : 초음파 부여 수단 88 : 냉기 분무 수단
98 : 촬상 수단 10 : 판상 피가공물
F : 환상의 프레임 T : 보호 테이프

Claims

판상 피가공물로부터 원하는 형상의 칩을 생성하기 위한 칩 제조 방법으로서,
레이저 광선을 조사하는 집광기를 구비한 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 판상 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광점을 판상 피가공물의 상면으로부터 정해진 위치에 위치시켜 생성해야 할 칩의 윤곽을 따라 조사함으로써, 판상 피가공물의 내부에 생성해야 할 칩의 윤곽을 따라 세공과 상기 세공을 차폐시키는 비정질을 성장시켜 차폐 터널을 형성하는 차폐 터널 형성 공정과,
상기 차폐 터널 형성 공정이 실시된 판상 피가공물에 초음파를 부여함으로써, 차폐 터널이 형성된 칩의 윤곽을 파괴하여 판상 피가공물로부터 칩을 생성하는 칩 생성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 집광기의 집광 렌즈의 개구수(NA)는 판상 피가공물의 굴절률(N)로 나눈 값이 0.05 내지 0.2의 범위로 설정되는 것인 칩 제조 방법.
제2항에 있어서, 판상 피가공물은 석영유리 기판이며, 상기 집광기의 집광 렌즈의 개구수(NA)는 0.1 내지 0.25의 범위로 설정되는 것인 칩 제조 방법.
제2항에 있어서, 판상 피가공물은 사파이어 기판이며, 상기 집광기의 집광 렌즈의 개구수(NA)는 0.1 내지 0.35의 범위로 설정되는 것인 칩 제조 방법.