KR20210073374A

KR20210073374A - Method for processing wafer

Info

Publication number: KR20210073374A
Application number: KR1020190164155A
Authority: KR
Inventors: 이동준
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-18

Abstract

Disclosed is a method for processing a wafer, which cuts an ultra-thin silicon wafer having a metal layer and a low-k dielectric layer formed on one surface using laser ablation to produce a plurality of chips. In the disclosed method for processing a wafer, each of the plurality of chips has a minimum strength of 350 MPa or more, and each of the laser beams irradiated to the silicon wafer has a pulse width of 20 picoseconds (ps) or less.

Description

웨이퍼 가공방법{Method for processing wafer}Wafer processing method {Method for processing wafer}

본 발명은 웨이퍼 가공방법에 관한 것으로, 상세하게는 레이저 어블레이션(laser ablation)을 이용하여 금속층 및 low-k 유전체층이 형성된 초박형의 실리콘 웨이퍼를 절단하여 복수의 칩으로 제작하는 웨이퍼 가공방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wafer processing method, and more particularly, to a wafer processing method in which an ultra-thin silicon wafer having a metal layer and a low-k dielectric layer formed thereon is cut into a plurality of chips using laser ablation. .

일면에 금속층 및 유전체층을 포함하는 패턴층이 형성된 웨이퍼를 절단하여 복수의 칩으로 제작하는 공정에 있어서 최근에는 레이저 빔을 패턴층이 형성되지 않은 웨이퍼의 타면을 통해 웨이퍼의 내부에 집속시켜 이동함으로써 절단 예정 라인을 따라 개질 영역(modified region)을 형성하고, 이 개질 영역으로부터 크랙을 웨이퍼의 두께 방향으로 소정 깊이로 발생시킨 다음, 패턴층이 형성되지 않은 웨이퍼의 타면을 소정 두께로 그라인딩함으로써 웨이퍼를 절단하는 방법이 각광을 받고 있다. 그러나, 이러한 방법으로는 low-k 유전체층 및 연성 재질의 금속층을 포함하는 패턴층이 형성된 웨이퍼를 절단하기가 어렵고, 이에 따라 수율이 떨어지는 문제가 있다.In the process of cutting a wafer on which a pattern layer including a metal layer and a dielectric layer is formed on one surface to produce a plurality of chips, recently, a laser beam is focused and moved inside the wafer through the other surface of the wafer on which the pattern layer is not formed. A modified region is formed along a predetermined line, a crack is generated from the modified region to a predetermined depth in the thickness direction of the wafer, and then the wafer is cut by grinding the other surface of the wafer on which the pattern layer is not formed to a predetermined thickness. method is gaining popularity. However, in this method, it is difficult to cut a wafer on which a pattern layer including a low-k dielectric layer and a metal layer of a flexible material is formed, and thus yield is deteriorated.

본 발명의 일 실시예에 따르면 레이저 어블레이션을 이용하여 일면에 금속층 및 low-k 유전체층이 형성된 초박형의 실리콘 웨이퍼를 절단하는 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of cutting an ultra-thin silicon wafer having a metal layer and a low-k dielectric layer formed on one surface using laser ablation.

본 발명의 일 측면에 있어서, In one aspect of the present invention,

레이저 어블레이션(laser ablation)을 이용하여 일면에 패턴층이 형성된 실리콘 웨이퍼를 절단하여 350MPa 이상의 최소 강도(minimum strength)를 가지는 복수의 칩을 제작하는 웨이퍼 가공방법에 있어서,In the wafer processing method of manufacturing a plurality of chips having a minimum strength of 350 MPa or more by cutting a silicon wafer having a pattern layer formed on one surface by using laser ablation,

상기 실리콘 웨이퍼에는 적어도 하나의 펄스형 레이저 빔이 절단 예정 라인을 따라 이동하여 조사되면서 포커싱 렌즈를 통해 복수의 빔 스폿(beam spot)이 소정 간격으로 형성되고,At least one pulsed laser beam is irradiated on the silicon wafer by moving along a line to be cut, and a plurality of beam spots are formed at predetermined intervals through a focusing lens,

상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 20 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 웨이퍼 가공방법이 제공된다.Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer has a pulse width of 20 picoseconds (ps) or less.

상기 실리콘 웨이퍼는 70㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다. 상기 패턴층은 금속층 및 실리콘 산화물보다 낮은 유전율을 가지는 low-k 유전체층을 포함할 수 있다.The silicon wafer may have a thickness of 70 μm or less. The pattern layer may include a metal layer and a low-k dielectric layer having a lower dielectric constant than that of silicon oxide.

상기 레이저 빔은 각각 10 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가질 수있다. Each of the laser beams may have a pulse width of 10 picoseconds (ps) or less.

상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 10μJ 이하의 펄스에너지를 가질 수 있다. .Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer may have a pulse energy of 10 μJ or less. .

상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 실리콘 웨이퍼에 형성되는 빔 스폿의 광학적 사이즈는 10㎛ 이하가 될 수 있다.An optical size of a beam spot formed on the silicon wafer by irradiation of the laser beam may be 10 μm or less.

상기 복수의 빔 스폿 사이의 거리는 0.1㎛ 보다 크고 상기 빔 스폿의 광학적 사이즈보다 작을 수 있다.A distance between the plurality of beam spots may be greater than 0.1 μm and smaller than an optical size of the beam spots.

상기 복수의 빔 스폿 사이의 시간 간격은 0.5 μs 보다 크고 10 μs 보다 작을 수 있다. 상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔의 주파수는 100kHz 보다 크고 2000kHz 보다 작을 수 있다.A time interval between the plurality of beam spots may be greater than 0.5 μs and less than 10 μs. The frequency of the laser beam irradiated to the silicon wafer may be greater than 100 kHz and less than 2000 kHz.

상기 포커싱 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 직경을 D₀, 상기 포커싱 렌즈의 초점 거리를 f라 할 때, D₀/2f 는 0.11 이하가 될 수 있다.When a diameter of the laser beam incident on the focusing lens is D ₀ and a focal length of the focusing lens is f, D ₀ /2f may be less than or equal to 0.11.

다른 측면에 있어서,In another aspect,

일면에 패턴층이 형성된 실리콘 웨이퍼에 적어도 하나의 펄스형 레이저 빔을 절단 예정 라인을 따라 이동하여 조사하면서 포커싱 렌즈를 통해 복수의 빔 스폿을 소정 간격으로 형성하는 단계; 및 forming a plurality of beam spots at predetermined intervals through a focusing lens while moving and irradiating at least one pulsed laser beam along a line to be cut on a silicon wafer having a pattern layer formed on one surface thereof; and

상기 실리콘 웨이퍼를 상기 절단 예정 라인을 따라 절단하여 복수의 칩을 제작하는 단계;를 포함하고,manufacturing a plurality of chips by cutting the silicon wafer along the line to be cut;

상기 복수의 칩 각각은 350MPa 이상의 최소 강도를 가지며,Each of the plurality of chips has a minimum strength of 350 MPa or more,

상기 실리콘 웨이퍼는 70㎛ 이하의 두께를 가지며, 상기 패턴층은 금속층 및 실리콘 산화물보다 낮은 유전율을 가지는 low-k 유전체층을 포함할 수 있다.The silicon wafer may have a thickness of 70 μm or less, and the pattern layer may include a metal layer and a low-k dielectric layer having a lower dielectric constant than that of silicon oxide.

상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 10 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가질 수 있다.Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer may have a pulse width of 10 picoseconds (ps) or less.

상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 10μJ 이하의 펄스에너지를 가질 수 있다.Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer may have a pulse energy of 10 μJ or less.

상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 실리콘 웨이퍼에 형성되는 빔 스폿의 광학적 사이즈는 10㎛ 이하가 될 수 있다. An optical size of a beam spot formed on the silicon wafer by irradiation of the laser beam may be 10 μm or less.

상기 복수의 빔 스폿 사이의 거리는 0.1㎛ 보다 크고 상기 빔 스폿의 광학적 사이즈보다 작을 수 있다. A distance between the plurality of beam spots may be greater than 0.1 μm and smaller than an optical size of the beam spots.

상기 복수의 빔 스폿 사이의 시간 간격은 0.5 μs 보다 크고 10 μs 보다 작을 수 있다. A time interval between the plurality of beam spots may be greater than 0.5 μs and less than 10 μs.

상기 포커싱 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 직경을 D₀, 상기 포커싱 렌즈의 초점 거리를 f라 할 때, D₀/2f 는 0.11 이하가 될 수 있다. When a diameter of the laser beam incident on the focusing lens is D ₀ and a focal length of the focusing lens is f, D ₀ /2f may be less than or equal to 0.11.

본 발명의 실시예에 의하면, 일면에 금속층 및 low-k 유전체를 포함하는 패턴층이 형성된 초박형 실리콘 웨이퍼를 20 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 레이저 빔을 이용한 레이저 어블레이션에 의해 절단 작업을 수행함으로써 레이저 가공지점 주변에 형성되는 열영향부를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 반도체 칩 양산이 가능한 최소 수준인 350MPa 이상의 최소 강도를 가지는 칩을 제작할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an ultra-thin silicon wafer having a pattern layer including a metal layer and a low-k dielectric formed on one surface is cut by laser ablation using a laser beam having a pulse width of 20 picoseconds (ps) or less. By performing this, it is possible to minimize the heat-affected zone formed around the laser processing point, and accordingly, it is possible to manufacture a chip having a minimum strength of 350 MPa or more, which is the minimum level for mass production of semiconductor chips.

도 1은 실리콘 재료에 대해서 레이저 빔의 펄스폭에 따른 레이저 스크라이빙의 가공 깊이를 예시적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 웨이퍼 가공방법을 수행하는 레이저 가공장치를 예시적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 실리콘 웨이퍼의 평면을 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 본 단면도이다.
도 5는 도 2에서 레이저 빔이 포커싱 렌즈를 통해 실리콘 웨이퍼의 표면에 집속되는 모습을 도시한 것이다.
도 6은 도 2에 도시된 레이저 가공장치에서 레이저 빔이 이동하면서 실리콘웨이퍼에 빔 스폿들을 형성하는 모습을 도시한 것이다.
도 7은 실리콘 웨이퍼에 빔 스폿들이 형성된 모습을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼가 가공되어 복수의 칩으로 분할된 모습을 도시한 것이다.
도 9는 칩의 강도를 측정하기 위해 실시한 굽힘 강도 테스트를 개략적으로 도시한 것이다. 1 exemplarily shows the processing depth of laser scribing according to the pulse width of a laser beam for a silicon material.
2 exemplarily shows a laser processing apparatus for performing a wafer processing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a plan view of the silicon wafer shown in FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV' of FIG. 3 .
FIG. 5 illustrates a state in which a laser beam is focused on the surface of a silicon wafer through a focusing lens in FIG. 2 .
FIG. 6 shows a state in which beam spots are formed on a silicon wafer while a laser beam moves in the laser processing apparatus shown in FIG. 2 .
7 is a plan view illustrating a state in which beam spots are formed on a silicon wafer.
8 illustrates a state in which a silicon wafer is processed and divided into a plurality of chips according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 schematically shows a bending strength test performed to measure the strength of a chip.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. Meanwhile, the embodiments described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, what is described as "upper" or "upper" may include not only those directly above in contact, but also those above in non-contact. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. The use of the term “above” and similar referential terms may be used in both the singular and the plural. Steps constituting the method may be performed in an appropriate order unless explicitly stated or contrary to the order. It is not necessarily limited to the order of description of the above steps. The use of all examples or exemplary terms is merely for describing the technical idea in detail, and the scope is not limited by the examples or exemplary terms unless limited by the claims.

일면에 금속층 및 유전체층을 포함하는 패턴층이 형성된 웨이퍼를 절단하여 복수의 칩으로 제작하기 위하여 레이저 빔을 패턴층이 형성되지 않은 웨이퍼의 타면을 통해 웨이퍼의 내부에 집속시켜 이동함으로써 절단 예정 라인을 따라 개질 영역을 형성하고, 이 개질 영역으로부터 크랙을 웨이퍼의 두께 방향으로 소정 깊이로 발생시킨 다음, 패턴층이 형성되지 않은 웨이퍼의 타면을 소정 두께로 그라인딩함으로써 웨이퍼를 절단하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 현재 메모리 계열의 실리콘 웨이퍼에 대해서 일부 적용되고 있으며, 비메모리 계열의 실리콘 웨이퍼에 대해서는 적용될 수 없는 한계가 있다.In order to cut the wafer on which a pattern layer including a metal layer and a dielectric layer is formed on one surface to produce a plurality of chips, the laser beam is focused and moved inside the wafer through the other surface of the wafer on which the pattern layer is not formed. There is a method of cutting the wafer by forming a modified region, generating a crack from the modified region to a predetermined depth in the thickness direction of the wafer, and then grinding the other surface of the wafer on which the pattern layer is not formed to a predetermined thickness. However, this method is currently partially applied to memory-based silicon wafers, and there is a limit in that it cannot be applied to non-memory-based silicon wafers.

LSI(Large Scale Integration) 계열 등과 같은 비메모리 계열의 실리콘 웨이퍼는 일면에 실리콘 산화물 보다 낮은 유전율을 가지는 low-k 유전체층 및 연성(ductile) 재질의 금속층을 포함하는 패턴층이 형성되어 있어 상기한 방법으로 실리콘 웨이퍼를 절단하기는 어려운 문제가 있다. 또한, 대략 70㎛ 이하의 초박형 실리콘 웨이퍼는 충격에 취약하여 접촉식 기계적 가공 방식인 블레이트 쏘잉(blade sawing)으로는 칩의 치핑(chipping)에 따른 웨이퍼 생산 수율이 저하되고, 이에 따라 가공속도를 충분히 높일 수 없는 한계도 가지고 있다. Non-memory silicon wafers such as LSI (Large Scale Integration) series are formed on one surface with a pattern layer including a low-k dielectric layer having a lower dielectric constant than silicon oxide and a metal layer made of a ductile material. There is a difficult problem in cutting silicon wafers. In addition, ultra-thin silicon wafers of about 70 μm or less are vulnerable to impact, so that with blade sawing, which is a contact-type mechanical processing method, the wafer production yield is reduced due to chipping, and thus the processing speed is reduced. There is also a limit that cannot be raised sufficiently.

2000년대 초에서 후반까지는 실리콘 웨이퍼를 절단하기 위하여 레이저 어블레이션(laser ablation) 방식의 절단 방법에 대한 시도가 있어 왔으나, 나노초(ns) 펄스 폭의 레이저 빔으로는 반도체 라인에서 양산이 가능한 칩의 최소 강도(minimum strength)인 350MPa 에는 미치지 못하는 칩의 강도를 나타냄으로써 실제 적용하기는 어려웠다.In the early to late 2000s, there have been attempts at laser ablation cutting methods to cut silicon wafers, but with a laser beam with a nanosecond (ns) pulse width, it is the smallest chip that can be mass-produced in a semiconductor line. It was difficult to apply in practice because it showed the strength of the chip that did not reach the minimum strength of 350 MPa.

칩의 강도는 레이저 빔의 펄스 폭과 밀접한 관련이 있으며, 칩의 강도 저하는 레이저 가공과 함께 발생하는 열영향부(HAZ; Heat Affected Zone)의 마이크로 크랙(micro crack) 및 잔류 응력(residual stress)으로부터 주로 기인한다. 따라서, 열적 영향을 줄이기 위해서는 재료와 레이저 빔 사이의 반응 시간을 최소화할 수 있는 극초단(ultrafast) 펄스폭의 레이저 빔이 유리하다. 2010년대 이후 극초단 레이저 빔의 출력을 증폭시키는 기술이 급격하게 발전함으로써 적외선 파장 대역을 기준으로 100W 급 이상의 레이저 발진이 가능해짐에 따라 웨이퍼 절단을 위한 양산 적용의 검토가 현재 적극적으로 이루어지고 있다. The strength of the chip is closely related to the pulse width of the laser beam, and the decrease in the strength of the chip is caused by micro cracks and residual stress in the Heat Affected Zone (HAZ) that occur along with laser processing. is mainly derived from Therefore, in order to reduce the thermal effect, a laser beam having an ultrafast pulse width that can minimize the reaction time between the material and the laser beam is advantageous. As the technology for amplifying the output of ultra-short laser beams has rapidly developed since the 2010s, laser oscillation of 100W or higher is possible based on the infrared wavelength band, and mass production applications for wafer cutting are being actively reviewed.

도 1은 실리콘 재료에 대해서 레이저 빔의 펄스폭에 따른 레이저 스크라이빙의 가공 깊이를 예시적으로 도시한 것이다.1 exemplarily shows the processing depth of laser scribing according to the pulse width of a laser beam for a silicon material.

도 1을 참조하면, 레이저 빔의 펄스폭이 대략 0.5피코초(ps) 이하의 영역에서는 가공 효율이 높아서 깊은 깊이로 가공이 일어나게 되며, 레이저 빔의 펄스폭이 대략 0.5피코초(ps)~1피코초(ps) 정도의 영역에서는 비교적 가공 효율이 크게 감소하다가 레이저 빔의 펄스폭이 대략 1피코초(ps)~ 10피코초(ps) 정도의 영역에서는 비교적 가공 효율이 서서히 감소하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 1 , in the region where the pulse width of the laser beam is approximately 0.5 picoseconds (ps) or less, the processing efficiency is high and processing occurs at a deep depth, and the pulse width of the laser beam is approximately 0.5 picoseconds (ps) to 1 In the region of about picoseconds (ps), the processing efficiency is significantly reduced, but in the region where the pulse width of the laser beam is about 1 picosecond (ps) to about 10 picoseconds (ps), the processing efficiency tends to decrease relatively slowly. it can be seen that there is

이러한 경향을 보이는 이유는 실리콘 재료의 열전달 시간, 구체적으로 energy relaxation time of carriers to photons가 대략 0.1피코초(ps)~0.5피코초(ps) 수준이어서 0.5피코초(ps) 이하의 레이저 펄스폭 영역에서는 실리콘 재료의 주변으로 열전달이 되는 시간 보다 레이저 빔의 펄스폭이 짧기 때문에 에너지 손실을 최소화하여 가공 부위가 제거될 수 있지만, 레이저 빔의 펄스폭이 길어질수록 열전달에 따른 에너지 손실이 커짐으로써 가공 효율이 감소하는 것에 기인한다.The reason for this trend is that the heat transfer time of the silicon material, specifically the energy relaxation time of carriers to photons, is in the range of about 0.1 picoseconds (ps) to 0.5 picoseconds (ps), so the laser pulse width is less than 0.5 picoseconds (ps). Since the pulse width of the laser beam is shorter than the time for heat transfer to the periphery of the silicon material, the processing area can be removed by minimizing energy loss. However, the longer the pulse width of the laser beam, the greater the energy loss due to heat transfer, resulting in processing efficiency. due to this decrease.

실리콘 재료에 조사되는 레이저 빔의 펄스폭을 대략 20 피코초(ps) 이하로 하는 경우에는 실리콘 재료의 열전달에 의해 가공지점 주변으로 전달되는 에너지로 인한 열영향부(HAZ)를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 이러한 레이저 빔의 펄스 폭에 대한 파라미터(parameter)를 포함하는 가공 조건을 이용하여 레이저 어블레이션 방식에 의해 실리콘 웨이퍼를 절단함으로써 350MPa 이상의 최소 강도를 가지는 복수의 칩을 제작하는 방법을 제공한다. When the pulse width of the laser beam irradiated to the silicon material is approximately 20 picoseconds (ps) or less, the heat-affected zone (HAZ) due to energy transferred to the vicinity of the processing point by heat transfer of the silicon material can be minimized. Accordingly, the present invention is a method of manufacturing a plurality of chips having a minimum intensity of 350 MPa or more by cutting a silicon wafer by a laser ablation method using processing conditions including a parameter for the pulse width of a laser beam. provides

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 웨이퍼 가공방법을 수행하는 레이저 가공장치를 예시적으로 도시한 것이다.2 exemplarily shows a laser processing apparatus for performing a wafer processing method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 레이저 가공장치(100)는 레이저 어블레이션 방식을 이용하여 스테이지(150)에 적재된 실리콘 웨이퍼(W)에 절단 작업을 수행함으로써 복수의 칩(도 8의 C)으로 제작한다. Referring to FIG. 2 , the laser processing apparatus 100 is manufactured into a plurality of chips (C in FIG. 8 ) by performing a cutting operation on the silicon wafer W loaded on the stage 150 using a laser ablation method. .

도 3 및 도 4에는 가공하고자 하는 실리콘 웨이퍼(W)가 예시적으로 도시되어 있다. 도 3은 도 2에 도시된 실리콘 웨이퍼의 평면을 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 본 단면도이다.3 and 4 exemplarily show a silicon wafer W to be processed. FIG. 3 is a plan view of the silicon wafer shown in FIG. 2 , and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV' of FIG. 3 .

도 3 및 도 4를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(W)는 실리콘 기판(200)과 이 실리콘 기판(200)에 형성된 패턴층(210)을 포함한다. 실리콘 웨이퍼(W) 상에는 실리콘 웨이퍼(W)의 분할을 위한 복수의 절단 예정 라인(300)이 설정되어 있다. 실리콘 웨이퍼(W)는 예를 들면, 대략 70㎛ 이하의 비교적 얇은 두께를 가질 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 3 and 4 , a silicon wafer W includes a silicon substrate 200 and a pattern layer 210 formed on the silicon substrate 200 . On the silicon wafer W, a plurality of cut lines 300 for dividing the silicon wafer W are set. The silicon wafer W may have a relatively thin thickness of, for example, about 70 μm or less. However, the present invention is not necessarily limited thereto.

실리콘 웨이퍼(W)는 제1 면(S1, 도 4에서 상면)과 이 제1 면(S1)의 반대면인 제2 면(S2, 도 4에서 하면)을 포함할 수 있다. 실리콘 웨이퍼(W)의 제1 면(S1)에는 패턴층(210)이 형성되어 있다. 예를 들어, LSI(Large Scale Integration) 등과 같은 비메모리 계열의 칩들을 제작하고자 하는 경우에 패턴층(210)은 low-k 유전체층(211) 및 금속층(212)을 포함할 수 있다. The silicon wafer W may include a first surface S1 (a top surface in FIG. 4 ) and a second surface S2 (a bottom surface in FIG. 4 ) opposite to the first surface S1 . A pattern layer 210 is formed on the first surface S1 of the silicon wafer W. As shown in FIG. For example, when manufacturing non-memory chips such as large scale integration (LSI), the pattern layer 210 may include a low-k dielectric layer 211 and a metal layer 212 .

low-k 유전체층(211)은 실리콘 산화물보다 낮은 유전율을 가지는 유전체층을 의미하는 것으로, 통상적으로 반도체의 고집적화에 따른 층간 절연 물질층으로 많이 사용되고 있다. 이러한 low-k 유전체층(211)은 외부 충격에 잘 부서지는 취약한 특성을 가질 수 있다. 금속층(212)은 일반적으로 반도체 공정에 사용되는 도전성 물질로서 큰 연성(ductility)을 가질 수 있다. 금속층(212)은 예를 들어 Cu, Mo 또는 Au 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 다른 다양한 도전성이 우수한 금속 물질을 포함할 수 있다.The low-k dielectric layer 211 refers to a dielectric layer having a lower dielectric constant than that of silicon oxide, and is commonly used as an interlayer insulating material layer due to the high integration of semiconductors. The low-k dielectric layer 211 may have a weak property of being easily broken by external impact. The metal layer 212 is a conductive material generally used in a semiconductor process and may have high ductility. The metal layer 212 may include, for example, Cu, Mo, Au, or the like, and other various metal materials having excellent conductivity.

패턴층(210)은 제작하고자 하는 칩들(도 8의 C)의 두께에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 패턴층(210)은 대략 10㎛ 정도의 두께를 가질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. The pattern layer 210 may be formed to have various thicknesses according to the thickness of the chips to be manufactured (C of FIG. 8 ). For example, the pattern layer 210 may have a thickness of about 10 μm, but is not limited thereto.

한편, 도 4에는 패턴층(210)이 하나의 low-k 유전체층(211) 및 하나의 금속층(212)을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 패턴층(210)은 복수의 저유전율 물질층(211)을 포함하거나 또는 복수의 금속층(212)을 포함할 수도 있다. 또한, 패턴층(210)은 전술한 low-k 유전체층(211)과 금속층(212) 외에도 다른 재질의 층들을 더 포함할 수도 있다. 도 4에는 low-k 유전체층(211)의 상면에 금속층(212)이 형성되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 금속층(212)의 상면에 low-k 유전체층(211)이 형성되는 것도 가능하다.Meanwhile, although the case in which the pattern layer 210 includes one low-k dielectric layer 211 and one metal layer 212 is exemplarily illustrated in FIG. 4 , the present invention is not limited thereto, and the pattern layer 210 includes a plurality of layers. The low-k material layer 211 may be included or a plurality of metal layers 212 may be included. In addition, the pattern layer 210 may further include layers of other materials in addition to the low-k dielectric layer 211 and the metal layer 212 described above. Although the case in which the metal layer 212 is formed on the upper surface of the low-k dielectric layer 211 is illustrated in FIG. 4 , it is also possible to form the low-k dielectric layer 211 on the upper surface of the metal layer 212 .

도 2를 참조하면, 레이저 가공장치(100)는 레이저 광원(110)과, 스캔 유닛(120)과, 포커싱 렌즈(130)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , the laser processing apparatus 100 includes a laser light source 110 , a scanning unit 120 , and a focusing lens 130 .

레이저 광원(110)은 실리콘 웨이퍼(W)에 가공 작업을 수행하기 위한 레이저 빔(L)을 방출시키는 것으로, 펄스형 레이저 빔(L)을 방출할 수 있다. 본 실시예에서는 350MPa 이상의 최소 강도를 가지는 칩을 제작하기 위해서 레이저 광원(110)은 대략 20피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 레이저 빔(L)을 방출할 수 있다. 예를 들면, 레이저 광원(110)은 대략 10피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 레이저 빔(L)을 방출할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 레이저 광원(110)은 대략 0보다 크고 0.5 피코초 보다 작은 펄스폭을 가지는 레이저 빔(L)을 방출할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. The laser light source 110 emits a laser beam L for performing a processing operation on the silicon wafer W, and may emit a pulsed laser beam L. In this embodiment, in order to manufacture a chip having a minimum intensity of 350 MPa or more, the laser light source 110 may emit a laser beam L having a pulse width of about 20 picoseconds (ps) or less. For example, the laser light source 110 may emit a laser beam L having a pulse width of about 10 picoseconds (ps) or less. As a more specific example, the laser light source 110 may emit a laser beam L having a pulse width greater than approximately 0 and less than 0.5 picoseconds, but is not limited thereto.

레이저 광원(110)은 대략 10 μJ 이하의 펄스에너지를 가지는 레이저 빔(L)을 방출할 수 있다. 여기서, 레이저 빔(L)의 펄스에너지는 레이저 출력을 레이저 주파수로 나눈 값으로 계산될 수 있다. 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 예를 들면, 자외선(UV) 영역의 파장을 가질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 레이저 광원(110)은 제어부(140)에 의해 연결되어 있으며, 제어부(140)는 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)의 펄스폭 및 펄스에너지를 조절할 수 있다. The laser light source 110 may emit a laser beam L having a pulse energy of about 10 μJ or less. Here, the pulse energy of the laser beam L may be calculated as a value obtained by dividing the laser output by the laser frequency. The laser beam L emitted from the laser light source 110 may have, for example, a wavelength in the ultraviolet (UV) region, but is not limited thereto. The laser light source 110 is connected by the control unit 140 , and the control unit 140 may control the pulse width and pulse energy of the laser beam L emitted from the laser light source 110 .

스캔 유닛(120)은 레이저 광원(110)으로부터 방출된 레이저 빔(L)을 절단 예정 라인(300)을 따라 실리콘 웨이퍼(W) 상에 스캔함으로써 실리콘 웨이퍼(W)에 가공 작업을 수행하는 역할을 할 수 있다. The scan unit 120 scans the laser beam L emitted from the laser light source 110 on the silicon wafer W along the line to be cut 300 to perform a processing operation on the silicon wafer W. can do.

스캔 유닛(120)은 예를 들면 실리콘 웨이퍼의 (W)의 표면에 나란하고 서로 수직인 x 및 y 방향으로 레이저 빔(L)을 스캔하는 2D 갈바노미터(galvanometer) 또는 폴리곤 미러(polygon mirror)가 사용될 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 여기서, 스캔 유닛(120)의 구동은 제어부(140)에 의해 제어될 수 있다.The scanning unit 120 is, for example, a 2D galvanometer or polygon mirror that scans the laser beam L in x and y directions parallel to the surface of the silicon wafer W and perpendicular to each other. may be used, but is not limited thereto. Here, the driving of the scan unit 120 may be controlled by the controller 140 .

한편, 레이저 가공장치(100)에 스캔 유닛(120)이 마련됨이 없이 스테이지(150)가 x 및 y 방향으로 이동하면서 레이저 빔(L)을 스캔하는 것도 가능하다. 또한, 스캔 유닛(120)의 구동과 스테이지(150)의 이동이 혼합되어 레이저 빔(L)을 스캔할 수도 있다. Meanwhile, it is also possible to scan the laser beam L while the stage 150 moves in the x and y directions without the scanning unit 120 being provided in the laser processing apparatus 100 . In addition, the driving of the scan unit 120 and the movement of the stage 150 may be mixed to scan the laser beam L.

포커싱 렌즈(130)는 레이저 빔(L)을 실리콘 웨이퍼(W)의 원하는 지점에 집속함으로써 빔 스폿(도 6의 350)을 형성할 수 있다. 여기서, 포커싱 렌즈(130)에 의해 집속된 레이저 빔(L)은 패턴층(210)이 형성된 실리콘 웨이퍼(W)의 일면에 조사될 수 있다. The focusing lens 130 may form a beam spot ( 350 of FIG. 6 ) by focusing the laser beam L on a desired point of the silicon wafer W. Here, the laser beam L focused by the focusing lens 130 may be irradiated to one surface of the silicon wafer W on which the pattern layer 210 is formed.

도 5에는 레이저 빔(L)이 포커싱 렌즈(130)에 입사된 후 실리콘 웨이퍼(W) 상에 집속되는 모습이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 직경이 D₀인 레이저 빔(L)이 초점 거리가 f인 포커싱 렌즈(130)에 입사된 후, 실리콘 웨이퍼(W) 상에 소정 각도(θ)로 집속되는 모습이 도시되어 있다. 5 illustrates a state in which the laser beam L is focused on the silicon wafer W after being incident on the focusing lens 130 . Referring to FIG. 5 , a state in _{which a laser beam L having a diameter of D 0} is incident on a focusing lens 130 having a focal length f and then focused on a silicon wafer W at a predetermined angle θ is shown. has been

여기서, 포커싱 렌즈(130)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)에 형성되는 빔 스폿(350)의 광학적 사이즈(도 7의 h)는 대략 10㎛ 이하가 될 수 있다. 또한, 포커싱 렌즈(130)의 초점거리가 f이고, 포커싱 렌즈(130)에 입사되는 레이저 빔(L)의 직경이 D₀)인 경우, D₀/2f 는 대략 0.11 이하가 될 수 있다. Here, the optical size (h in FIG. 7 ) of the beam spot 350 formed on the silicon wafer W by the focusing lens 130 may be about 10 μm or less. In addition, when the focal length of the focusing lens 130 is f and the diameter of the laser beam L incident on the focusing lens 130 is D ₀ , D ₀ /2f may be about 0.11 or less.

한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 레이저 광원(110)과 스캔 유닛(120) 사이의 레이저 빔(L)의 경로 또는 스캔 유닛(120)과 포커싱 렌즈(130) 사이의 레이저 빔(L)의 경로 상에는 빔 성형 유닛(beam shaping unit), 빔 전달 유닛(beam delivery unit), 빔 확장 유닛(beam expansion unit) 등과 같은 다양한 광학계가 추가적으로 마련될 수도 있다. Meanwhile, although not shown in the drawings, the path of the laser beam L between the laser light source 110 and the scanning unit 120 or the path of the laser beam L between the scanning unit 120 and the focusing lens 130 . Various optical systems such as a beam shaping unit, a beam delivery unit, and a beam expansion unit may be additionally provided on the upper surface.

상기와 같은 구조의 레이저 가공장치(100)에서, 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 포커싱 렌즈(130)를 통해 실리콘 웨이퍼(W) 상에 집속됨으로써 빔 스폿(350)을 형성한다. In the laser processing apparatus 100 having the above structure, the laser beam L emitted from the laser light source 110 is focused on the silicon wafer W through the focusing lens 130 to form a beam spot 350 . do.

전술한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(W)에 조사되는 레이저 빔은 대략 20피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가질 수 있다. 그리고, 포커싱 렌즈(130)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)에 형성되는 빔 스폿(350)의 광학적 사이즈(h)는 대략 10㎛ 이하가 될 수 있으며, 포커싱 렌즈(130)의 초점거리가 f이고, 포커싱 렌즈(130)에 입사되는 레이저 빔(L)의 직경이 D₀)인 경우, D₀/2f 는 대략 0.11 이하가 될 수 있다. As described above, the laser beam irradiated to the silicon wafer W may have a pulse width of about 20 picoseconds (ps) or less. And, the optical size (h) of the beam spot 350 formed on the silicon wafer W by the focusing lens 130 may be approximately 10 μm or less, and the focal length of the focusing lens 130 is f, When the diameter of the laser beam L incident on the focusing lens 130 is D ₀ , D ₀ /2f may be about 0.11 or less.

또한, 레이저 빔(L)은 스캔 유닛(120)에 의해 실리콘 웨이퍼(W) 상에 설정된 절단 예정 라인(300)을 따라 이동하면서 실리콘 웨이퍼(W) 상에 조사됨으로써 실리콘 웨이퍼(W) 상에는 복수의 빔 스폿(350)이 형성된다. In addition, the laser beam L is irradiated onto the silicon wafer W while moving along the line to be cut 300 set on the silicon wafer W by the scan unit 120 , thereby forming a plurality of the silicon wafer W on the silicon wafer W. A beam spot 350 is formed.

도 6은 도 2에 도시된 레이저 가공장치(100)에서 레이저 빔(L)이 이동하면서 실리콘 웨이퍼(W)에 빔 스폿들(350)을 형성하는 모습을 도시한 것이다. 그리고, 도 7은 실리콘 웨이퍼(W)에 빔 스폿들(350)이 형성된 모습을 도시한 평면도이다.FIG. 6 shows a state in which the laser beam L moves in the laser processing apparatus 100 shown in FIG. 2 to form beam spots 350 on the silicon wafer W. As shown in FIG. And, FIG. 7 is a plan view illustrating a state in which beam spots 350 are formed on the silicon wafer W. Referring to FIG.

도 6 및 도 7을 참조하면, 포커싱 렌즈(130)를 통해 집속된 레이저 빔(L)은 스캔 유닛(120)에 의해 절단 예정 라인(300)을 따라 이동하면서 실리콘 웨이퍼(W) 상에 조사됨으로써 실리콘 웨이퍼(W) 상에는 복수의 빔 스폿(350)이 일정한 간격으로 형성될 수 있다.6 and 7 , the laser beam L focused through the focusing lens 130 is irradiated onto the silicon wafer W while moving along the line to be cut 300 by the scan unit 120 . A plurality of beam spots 350 may be formed on the silicon wafer W at regular intervals.

여기서, 복수의 빔 스폿(350) 각각은 전술한 바와 같이, 대략 10㎛ 이하의 광학적 사이즈(h)를 가질 수 있다. 인접하는 빔 스폿들(350) 사이의 거리(d)는 레이저 주파수와 스캔 속도의 곱으로 계산될 수 있다. 여기서, 빔 스폿들(350) 사이의 거리(d)는 빔 스폿들(350) 중심 사이의 거리를 의미한다. 본 실시예에서는 인접하는 빔 스폿들(350) 사이의 거리(d)는 대략 0.1㎛ 보다 크고 빔 스폿(350)의 광학적 사이즈(h)보다 작을 수 있다. Here, each of the plurality of beam spots 350 may have an optical size h of about 10 μm or less, as described above. A distance d between adjacent beam spots 350 may be calculated as a product of a laser frequency and a scan speed. Here, the distance d between the beam spots 350 means the distance between the centers of the beam spots 350 . In the present embodiment, the distance d between adjacent beam spots 350 may be greater than about 0.1 μm and smaller than the optical size h of the beam spot 350 .

인접하는 빔 스폿들(350) 사이의 시간 간격은 레이저 주파수의 역수로 계산될 수 있다. 본 실시에에서는 대략 0.5 μs 보다 크고 대략 10 μs 보다 작을 수 있다. 이에 따라, 실리콘 웨이퍼(W) 상에 조사되는 레이저 주파수는 대략 100kHz 보다 크고 대략 2000kHz 보다 작을 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 실리콘 웨이퍼(W)에 가해지는 레이저 빔(L)의 펄스에너지는 대략 10 μJ 이하가 될 수 있다. A time interval between adjacent beam spots 350 may be calculated as a reciprocal of a laser frequency. In this embodiment, it may be greater than about 0.5 μs and less than about 10 μs. Accordingly, the laser frequency irradiated onto the silicon wafer W may be greater than about 100 kHz and less than about 2000 kHz. And, as described above, the pulse energy of the laser beam L applied to the silicon wafer W may be about 10 μJ or less.

전술한 가공 조건들을 만족하면서 레이저 빔(L)이 절단 가공 라인(300)을 따라 복수회 이동하면서 실리콘 웨이퍼(W) 상에 조사되면 도 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(W)가 절단됨으로써 복수의 칩(C)으로 분할될 수 있다. When the laser beam L is irradiated on the silicon wafer W while satisfying the above-described processing conditions while moving along the cutting processing line 300 a plurality of times, as shown in FIG. 8 , the silicon wafer W is cut. It may be divided into a plurality of chips (C).

한편, 이상에서는 실리콘 웨이퍼(W)를 절단하기 위해 하나의 레이저 빔(L)이 사용된 경우가 설명되었다. 그러나, 본 실시예는 이에 한정되지 않고 복수의 레이저 빔을 사용하여 실리콘 웨이퍼(W)에 절단 작업을 수행할 수도 있다. 이 경우, 레이저 가공장치(100)는 레이저 광원(110)으로부터 방출된 레이저 빔(L)을 복수개의 레이저 빔으로 분할하기 위한 굴절 광학계, 회절 광학 소자(DOE; Diffractive Optical Element) 등을 더 구비할 수 있다. Meanwhile, the case in which one laser beam L is used to cut the silicon wafer W has been described above. However, the present embodiment is not limited thereto, and a cutting operation may be performed on the silicon wafer W using a plurality of laser beams. In this case, the laser processing apparatus 100 may further include a refractive optical system, a diffractive optical element (DOE), etc. for splitting the laser beam L emitted from the laser light source 110 into a plurality of laser beams. can

복수의 레이저 빔을 사용하여 실리콘 웨이퍼(W)에 절단 작업을 수행하는 경우에는 복수의 레이저 빔 각각에 대해 전술한 가공 조건들을 만족하도록 설정할 수 있으며, 이에 따라, 레이저 빔의 개수에 비례하여 가공 속도가 향상될 수 있다. In the case of performing a cutting operation on the silicon wafer W using a plurality of laser beams, it may be set to satisfy the above-described processing conditions for each of the plurality of laser beams, and accordingly, the processing speed is proportional to the number of laser beams. can be improved.

이하에서는 50㎛ 두께를 가지는 실리콘 웨이퍼에 대해 1개의 레이저 빔을 이용하여 가공 조건을 달리하면서 절단 작업을 수행하여 제작된 칩의 최소 강도를 측정한 실험결과들에 대해 설명한다. Hereinafter, experimental results of measuring the minimum strength of a chip manufactured by cutting a silicon wafer having a thickness of 50 μm using one laser beam while changing processing conditions will be described.

칩의 최소 강도를 측정하기 위하여 각 가공 조건 별로 20개의 샘플을 제작하여 굽힘 강도 테스트를 실시하였다. 도 9에는 칩의 강도를 측정하기 위해 실시한 굽힘 강도 테스트가 개략적으로 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 칩의 상면인 제1면 쪽에 힘을 가하는 굽힘 테스트를 실시하였으며, 이 경우 칩의 제1면 쪽에는 압축력(compression)이 작용하게 되며, 제1면의 반대면인 칩의 제2면 쪽에는 인장력(tension)이 작용하게 된다. In order to measure the minimum strength of the chip, 20 samples were prepared for each processing condition and a bending strength test was performed. 9 schematically shows a bending strength test performed to measure the strength of a chip. Referring to FIG. 9 , a bending test in which a force is applied to the first surface, which is the upper surface of the chip, was performed. In this case, a compression force is applied to the first surface of the chip, and Tension is applied to the second surface side.

상기 굽힘 강도 테스트를 통해 얻어진 20개의 측정값들 중 최소값을 칩의 최소 강도로 나타내었다. 또한, 아래의 실험 결과들에 대한 분석은 내삽법(interpolation) 및 외삽법(extrapolation)을 이용하여 수행되었다. The minimum value among the 20 measured values obtained through the bending strength test was indicated as the minimum strength of the chip. In addition, analysis of the experimental results below was performed using interpolation and extrapolation.

이하의 <실험예 1>에서 <실험예 4>는 펄스폭이 10피코초(ps)인 레이저 빔을 이용하여 레이저 어블레이션에 의한 절단 작업을 수행함으로써 제작된 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 도시한 것이다. In the following <Experimental Example 1> to <Experimental Example 4>, the result of measuring the minimum intensity of chips manufactured by performing a cutting operation by laser ablation using a laser beam having a pulse width of 10 picoseconds (ps) it will be shown

<실험예 1>은 레이저 평균 출력(즉, 레이저 빔의 펄스 에너지)에 따른 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.<Experimental Example 1> shows the result of measuring the minimum intensity of the chips according to the average laser power (ie, the pulse energy of the laser beam).

<실험예 1><Experimental Example 1>

<실험예 1>을 참조하면, 레이저 주파수, 포커싱렌즈에 입사되는 입사빔 사이즈(D₀), 포커싱 렌즈의 초점거리(f) 및 스캔 속도를 각각 500kHz, 3mm, 50mm 및 500mm/s로 일정하게 유지하면서 레이저 평균 출력을 가공조건 별로 각각 1W, 2W, 4W 및 6W로 변화시켰을 때 칩의 최소 강도가 각각 500MPa, 400MPa, 220MPa 및 170MPa로 측정되었다. 이로부터, 레이저 평균 출력이 2W 와 4W 사이의 값 이하인 경우에 칩의 최소 강도가 350MPa 이상이 됨을 알 수 있다. Referring to <Experimental Example 1>, the laser frequency, the size of the incident beam incident on the focusing lens (D ₀ ), the focal length (f) of the focusing lens, and the scan speed were set to 500 kHz, 3 mm, 50 mm and 500 mm/s, respectively. When the laser average power was changed to 1W, 2W, 4W, and 6W for each processing condition, respectively, the minimum strength of the chip was measured to be 500MPa, 400MPa, 220MPa, and 170MPa, respectively. From this, it can be seen that the minimum strength of the chip becomes 350 MPa or more when the average laser power is less than or equal to a value between 2W and 4W.

<실험예 2>는 스캔 속도(즉, 빔 스폿들 사이의 거리)에 따른 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.<Experimental Example 2> shows the result of measuring the minimum intensity of chips according to the scan speed (ie, the distance between beam spots).

<실험예 2><Experimental Example 2>

<실험예 2>를 참조하면, 레이저 평균 출력, 포커싱렌즈에 입사되는 입사빔 사이즈(D₀) 및 포커싱 렌즈의 초점거리(f)를 각각 2W, 500kHz, 3mm 및 50mm로 일정하게 유지하면서 스캔 속도를 가공조건 별로 각각 100mm/s, 200mm/s, 300mm/s, 400mm/s 및 500mm/s로 변화시켰을 때 칩의 최소 강도가 각각 270MPa, 320MPa, 410MPa, 410MPa 및 410MPa로 측정되었다. 이로부터, 스캔 속도가 200mm/s와 300mm/s 사이의 값 이상인 경우에 칩의 최소 강도가 350MPa 이상이 됨을 알 수 있다.Referring to <Experimental Example 2>, the scanning speed while maintaining the average laser power, the size of the incident beam incident on the focusing lens (D ₀ ), and the focal length (f) of the focusing lens at 2W, 500kHz, 3mm, and 50mm, respectively was changed to 100mm/s, 200mm/s, 300mm/s, 400mm/s, and 500mm/s for each processing condition, the minimum strength of the chip was measured to be 270MPa, 320MPa, 410MPa, 410MPa, and 410MPa, respectively. From this, it can be seen that the minimum strength of the chip becomes 350 MPa or more when the scan speed is greater than or equal to a value between 200 mm/s and 300 mm/s.

<실험예 3>은 빔 스폿들 사이의 시간 간격(즉, 레이저 주파수)에 따른 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.<Experimental Example 3> shows a result of measuring the minimum intensity of chips according to a time interval (ie, laser frequency) between beam spots.

<실험예 3><Experimental Example 3>

<실험예 3>을 참조하면, 가공 조건 별로 레이저 주파수를 각각 200kHz 및 500kHz로 하였을 때는 모두 칩의 최소 강도가 350MPa 이상이 됨을 알 수 있다.Referring to <Experimental Example 3>, it can be seen that the minimum strength of the chip is 350 MPa or more when the laser frequency is 200 kHz and 500 kHz, respectively, for each processing condition.

<실험예 4>는 D₀/2f (여기서, D₀는 포커싱 렌즈에 입사되는 입사빔 사이즈, f는 포커싱 렌즈의 초점거리)에 따른 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.<Experimental Example 4> shows _{the result of measuring the minimum intensity of chips according to D 0} /2f (where D ₀ is the size of an incident beam incident on the focusing lens, and f is the focal length of the focusing lens).

<실험예 4><Experimental Example 4>

<실험예 4>를 참조하면, 레이저 평균 출력, 레이저 주파수, 포커싱 렌즈의 초점거리(f) 및 스캔 속도를 각각 2W, 500kHz, 50mm 및 500mm/s로 일정하게 유지하면서 포커싱 렌즈에 입사되는 입사빔의 사이즈(D₀)를 가공조건 별로 각각 3mm, 6mm 및 9mm 로 변화시켰을 대 칩의 최소 강도가 각각 410MPa, 370MPa 및 300MPa로 측정되었다. 이로부터, 입사빔의 사이즈(D₀)가 6mm와 9mm 사이의 값 이하인 경우에 칩의 최소 강도가 350MPa 이상이 됨을 알 수 있다.이하의 <실험예 5>에서 <실험예 8>은 펄스폭이 0.4피코초(ps)인 레이저 빔을 이용하여 레이저 어블레이션에 의한 절단 작업을 수행함으로써 제작된 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 도시한 것이다. Referring to <Experimental Example 4>, the incident beam incident on the focusing lens while maintaining the average laser power, laser frequency, focal length (f) and scan speed of the focusing lens constant at 2W, 500kHz, 50mm, and 500mm/s, respectively When the size (D ₀ ) of the chip was changed to 3 mm, 6 mm, and 9 mm for each processing condition, the minimum strength of the chip was measured to be 410 MPa, 370 MPa and 300 MPa, respectively. From this, it can be seen that the minimum intensity of the chip becomes 350 MPa or more when _{the size (D 0} ) of the incident beam is less than or equal to a value between 6 mm and 9 mm. It shows the result of measuring the minimum intensity of the chips manufactured by performing the cutting operation by laser ablation using the 0.4 picosecond (ps) laser beam.

<실험예 5>는 레이저 평균 출력(즉, 레이저 빔의 펄스 에너지)에 따른 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.<Experimental Example 5> shows the result of measuring the minimum intensity of the chips according to the average laser power (ie, the pulse energy of the laser beam).

<실험예 5><Experimental Example 5>

<실험예 5>를 참조하면, 레이저 주파수, 포커싱렌즈에 입사되는 입사빔 사이즈(D₀), 포커싱 렌즈의 초점거리(f) 및 스캔 속도를 각각 500kHz, 3mm, 50mm 및 500mm/s로 일정하게 유지하면서 레이저 평균 출력을 가공조건 별로 각각 1W, 2W, 4W 및 6W로 변화시켰을 때 칩의 최소 강도가 각각 660MPa, 530MPa, 290MPa 및 225MPa로 측정되었다. 이로부터, 레이저 평균 출력이 2W 와 4W 사이의 값 이하인 경우에 칩의 최소 강도가 350MPa 이상이 됨을 알 수 있다. Referring to <Experimental Example 5>, the laser frequency, the size of the incident beam incident on the focusing lens (D ₀ ), the focal length (f) of the focusing lens, and the scan speed were set to 500 kHz, 3 mm, 50 mm, and 500 mm/s, respectively. When the average laser power was changed to 1W, 2W, 4W, and 6W for each processing condition, respectively, the minimum strength of the chip was measured to be 660MPa, 530MPa, 290MPa, and 225MPa, respectively. From this, it can be seen that the minimum strength of the chip becomes 350 MPa or more when the average laser power is less than or equal to a value between 2W and 4W.

<실험예 6>은 스캔 속도(즉, 빔 스폿들 사이의 거리)에 따른 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.<Experimental Example 6> shows the result of measuring the minimum intensity of the chips according to the scan speed (ie, the distance between the beam spots).

<실험예 6><Experimental Example 6>

<실험예 6>을 참조하면, 레이저 평균 출력, 포커싱렌즈에 입사되는 입사빔 사이즈(D₀) 및 포커싱 렌즈의 초점거리(f)를 각각 2W, 500kHz, 3mm 및 50mm로 일정하게 유지하면서 스캔 속도를 가공조건 별로 각각 100mm/s, 200mm/s, 300mm/s, 400mm/s 및 500mm/s로 변화시켰을 때 칩의 최소 강도가 각각 360MPa, 430MPa, 550MPa, 550MPa 및 550MPa로 측정되었다. 이로부터, 가공조건들 모두가 칩의 최소 강도가 350MPa 이상이 됨을 알 수 있다.Referring to <Experimental Example 6>, the scanning speed while maintaining the average laser power, the size of the incident beam incident on the focusing lens (D ₀ ), and the focal length (f) of the focusing lens at 2W, 500kHz, 3mm, and 50mm, respectively was changed to 100mm/s, 200mm/s, 300mm/s, 400mm/s, and 500mm/s for each processing condition, the minimum strength of the chip was measured to be 360MPa, 430MPa, 550MPa, 550MPa and 550MPa, respectively. From this, it can be seen that the minimum strength of the chip is 350 MPa or more under all the processing conditions.

<실험예 7>은 빔 스폿들 사이의 시간 간격(즉, 레이저 주파수)에 따른 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.<Experimental Example 7> shows a result of measuring the minimum intensity of chips according to a time interval (ie, laser frequency) between beam spots.

<실험예 7><Experimental Example 7>

<실험예 7>을 참조하면, 가공 조건 별로 레이저 주파수를 각각 200kHz 및 500kHz로 하였을 때는 모두 칩의 최소 강도가 350MPa 이상이 됨을 알 수 있다.Referring to <Experimental Example 7>, it can be seen that the minimum strength of the chip is 350 MPa or more when the laser frequency is 200 kHz and 500 kHz for each processing condition, respectively.

<실험예 8>은 D₀/2f (여기서, D₀는 포커싱 렌즈에 입사되는 입사빔 사이즈, f는 포커싱 렌즈의 초점거리)에 따른 칩들의 최소 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.<Experimental Example 8> shows _{the result of measuring the minimum intensity of chips according to D 0} /2f (where D ₀ is the size of an incident beam incident on the focusing lens, and f is the focal length of the focusing lens).

<실험예 8><Experimental Example 8>

<실험예 8>을 참조하면, 레이저 평균 출력, 레이저 주파수, 포커싱 렌즈의 초점거리(f) 및 스캔 속도를 각각 2W, 500kHz, 50mm 및 500mm/s로 일정하게 유지하면서 포커싱 렌즈에 입사되는 입사빔의 사이즈(D₀)를 가공조건 별로 각각 3mm, 6mm 및 9mm 로 변화시켰을 대 칩의 최소 강도가 각각 545MPa, 495MPa 및 410MPa로 측정되었다. 이로부터, 가공조건들 모두가 칩의 최소 강도가 350MPa 이상이 됨을 알 수 있다.Referring to <Experimental Example 8>, the incident beam incident on the focusing lens while maintaining the average laser power, laser frequency, focal length (f) and scan speed of the focusing lens constant at 2W, 500kHz, 50mm, and 500mm/s, respectively When the size (D ₀ ) of the chip was changed to 3 mm, 6 mm, and 9 mm, respectively, for each processing condition, the minimum strength of the chip was measured to be 545 MPa, 495 MPa and 410 MPa, respectively. From this, it can be seen that the minimum strength of the chip is 350 MPa or more under all the processing conditions.

이상의 예시적인 실시예에 따르면, 일면에 금속층(212) 및 low-k 유전체층(211)을 포함하는 패턴층(210)이 형성되어 있으며 70㎛ 이하의 두께를 가지는 초박형 실리콘 웨이퍼(W)를 20 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 레이저 빔(L)을 이용한 레이저 어블레이션 공정에 의해 절단 작업을 수행함으로써 레이저 가공지점 주변에 형성되는 열영향부(HAZ)를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 반도체 칩 양산이 가능한 최소 수준인 350MPa 이상의 최소 강도를 가지는 칩(C)을 제작할 수 있다.According to the above exemplary embodiment, a pattern layer 210 including a metal layer 212 and a low-k dielectric layer 211 is formed on one surface, and an ultra-thin silicon wafer W having a thickness of 70 μm or less is 20 pico. The heat-affected zone (HAZ) formed around the laser processing point can be minimized by performing the cutting operation by the laser ablation process using the laser beam L having a pulse width of less than or equal to seconds (ps). It is possible to manufacture a chip (C) having a minimum strength of 350 MPa or more, which is the minimum level capable of mass production of chips.

이러한 레이저 어블레이션 공정에서, 실리콘 웨이퍼(W)에 조사되는 레이저 빔(L)은 10μJ 이하의 펄스에너지를 가질 수 있으며, 실리콘 웨이퍼(W)에 형성되는 빔 스폿(350)의 광학적 사이즈는 10㎛ 이하가 될 수 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼(W)에 형성되는 복수의 빔 스폿(350) 사이의 거리는 0.1㎛ 보다 크고 빔 스폿(350)의 광학적 사이즈보다 작을 수 있으며, 복수의 빔 스폿(350) 사이의 시간 간격은 0.5 μs 보다 크고 10 μs 보다 작을 수 있다. 그리고, 포커싱 렌즈(130)에 입사되는 레이저 빔(L)의 직경을 D₀, 상기 포커싱 렌즈(130)의 초점 거리를 f라 할 때, D₀/2f 는 0.11 이하가 될 수 있다. In this laser ablation process, the laser beam L irradiated to the silicon wafer W may have a pulse energy of 10 μJ or less, and the optical size of the beam spot 350 formed on the silicon wafer W is 10 μm. can be the following In addition, the distance between the plurality of beam spots 350 formed on the silicon wafer W may be greater than 0.1 μm and smaller than the optical size of the beam spot 350 , and the time interval between the plurality of beam spots 350 is 0.5 It can be greater than μs and less than 10 μs. In addition, when the diameter of the laser beam L incident on _{the focusing lens 130 is D 0} and the focal length of the focusing lens 130 is f, D ₀ /2f may be 0.11 or less.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.

100.. 레이저 가공장치
110.. 레이저 광원
120.. 스캔 유닛
130.. 포커싱 렌즈
140.. 제어부
150.. 스테이지
200.. 실리콘 기판
210.. 패턴층
211.. low-k 유전체층
212.. 금속층
300.. 절단예정라인
350.. 빔 스폿
L.. 레이저 빔
W.. 실리콘 웨이퍼
S1.. 웨이퍼의 제1면
S2.. 웨이퍼의 제2면
D₀.. 레이저 빔의 직경
f.. 포커싱 렌즈의 초점거리
h.. 빔 스폿의 광학적 사이즈
d.. 빔 스폿 사이의 거리
C.. 칩
C1.. 칩의 제1면
C2.. 칩의 제2면100.. Laser processing equipment
110.. Laser light source
120.. scan unit
130. Focusing lens
140.. Controls
150.. Stage
200.. Silicon substrate
210. Pattern layer
211.. low-k dielectric layer
212. Metal layer
300.. Line to be cut
350.. Beam Spot
L.. Laser beam
W.. Silicon Wafer
S1.. the first side of the wafer
S2.. the second side of the wafer
D ₀ .. the diameter of the laser beam
f.. Focal length of the focusing lens
h.. optical size of the beam spot
d.. Distance between beam spots
C. Chip
C1.. the first side of the chip
C2.. the second side of the chip

Claims

레이저 어블레이션(laser ablation)을 이용하여 일면에 패턴층이 형성된 실리콘 웨이퍼를 절단하여 350MPa 이상의 최소 강도(minimum strength)를 가지는 복수의 칩을 제작하는 웨이퍼 가공방법에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼에는 적어도 하나의 펄스형 레이저 빔이 절단 예정 라인을 따라 이동하여 조사되면서 포커싱 렌즈를 통해 복수의 빔 스폿(beam spot)이 소정 간격으로 형성되고,
상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 20 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 웨이퍼 가공방법.In the wafer processing method of manufacturing a plurality of chips having a minimum strength of 350 MPa or more by cutting a silicon wafer having a pattern layer formed on one surface by using laser ablation,
At least one pulsed laser beam is irradiated on the silicon wafer by moving along a line to be cut, and a plurality of beam spots are formed at predetermined intervals through a focusing lens,
Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer has a pulse width of 20 picoseconds (ps) or less.

제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼는 70㎛ 이하의 두께를 가지는 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
The silicon wafer is a wafer processing method having a thickness of 70㎛ or less.

제 1 항에 있어서,
상기 패턴층은 금속층 및 실리콘 산화물보다 낮은 유전율을 가지는 low-k 유전체층을 포함하는 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
The pattern layer includes a metal layer and a low-k dielectric layer having a dielectric constant lower than that of silicon oxide.

제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 각각 10 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
Each of the laser beams has a pulse width of 10 picoseconds (ps) or less.

제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 10μJ 이하의 펄스에너지를 가지는 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer has a pulse energy of 10 μJ or less.

제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 실리콘 웨이퍼에 형성되는 빔 스폿의 광학적 사이즈는 10㎛ 이하인 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
The optical size of the beam spot formed on the silicon wafer by irradiation of the laser beam is 10 μm or less.

제 1 항에 있어서,
상기 복수의 빔 스폿 사이의 거리는 0.1㎛ 보다 크고 상기 빔 스폿의 광학적 사이즈보다 작은 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
A distance between the plurality of beam spots is greater than 0.1 μm and smaller than the optical size of the beam spots.

제 1 항에 있어서,
상기 복수의 빔 스폿 사이의 시간 간격은 0.5 μs 보다 크고 10 μs 보다 작은 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
A time interval between the plurality of beam spots is greater than 0.5 μs and less than 10 μs.

제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔의 주파수는 100kHz 보다 크고 2000kHz 보다 작은 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
A frequency of the laser beam irradiated to the silicon wafer is greater than 100 kHz and less than 2000 kHz.

제 1 항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 직경을 D₀, 상기 포커싱 렌즈의 초점 거리를 f라 할 때, D₀/2f 는 0.11 이하인 웨이퍼 가공방법.The method of claim 1,
When a diameter of the laser beam incident on the focusing lens is D ₀ , and a focal length of the focusing lens is f, D ₀ /2f is 0.11 or less.

일면에 패턴층이 형성된 실리콘 웨이퍼에 적어도 하나의 펄스형 레이저 빔을 절단 예정 라인을 따라 이동하여 조사하면서 포커싱 렌즈를 통해 복수의 빔 스폿을 소정 간격으로 형성하는 단계; 및
상기 실리콘 웨이퍼를 상기 절단 예정 라인을 따라 절단하여 복수의 칩을 제작하는 단계;를 포함하고,
상기 복수의 칩 각각은 350MPa 이상의 최소 강도를 가지며,
상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 20 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 웨이퍼 가공방법.forming a plurality of beam spots at predetermined intervals through a focusing lens while moving and irradiating at least one pulsed laser beam along a line to be cut on a silicon wafer having a pattern layer formed on one surface thereof; and
manufacturing a plurality of chips by cutting the silicon wafer along the line to be cut;
Each of the plurality of chips has a minimum strength of 350 MPa or more,
Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer has a pulse width of 20 picoseconds (ps) or less.

제 11 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼는 70㎛ 이하의 두께를 가지며, 상기 패턴층은 금속층 및 실리콘 산화물보다 낮은 유전율을 가지는 low-k 유전체층을 포함하는 웨이퍼 가공방법.12. The method of claim 11,
The silicon wafer has a thickness of 70 μm or less, and the pattern layer includes a metal layer and a low-k dielectric layer having a lower dielectric constant than that of silicon oxide.

제 11 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 10 피코초(ps) 이하의 펄스폭을 가지는 웨이퍼 가공방법.12. The method of claim 11,
Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer has a pulse width of 10 picoseconds (ps) or less.

제 11 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저 빔은 각각 10μJ 이하의 펄스에너지를 가지는 웨이퍼 가공방법.12. The method of claim 11,
Each of the laser beams irradiated to the silicon wafer has a pulse energy of 10 μJ or less.

제 11 항에 있어서,
상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 실리콘 웨이퍼에 형성되는 빔 스폿의 광학적 사이즈는 10㎛ 이하인 웨이퍼 가공방법.12. The method of claim 11,
The optical size of the beam spot formed on the silicon wafer by irradiation of the laser beam is 10 μm or less.

제 11 항에 있어서,
상기 복수의 빔 스폿 사이의 거리는 0.1㎛ 보다 크고 상기 빔 스폿의 광학적 사이즈보다 작은 웨이퍼 가공방법.12. The method of claim 11,
A distance between the plurality of beam spots is greater than 0.1 μm and smaller than the optical size of the beam spots.

제 11 항에 있어서,
상기 복수의 빔 스폿 사이의 시간 간격은 0.5 μs 보다 크고 10 μs 보다 작은 웨이퍼 가공방법.12. The method of claim 11,
A time interval between the plurality of beam spots is greater than 0.5 μs and less than 10 μs.

제 11 항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 직경을 D₀, 상기 포커싱 렌즈의 초점 거리를 f라 할 때, D₀/2f 는 0.11 이하인 웨이퍼 가공방법.12. The method of claim 11,
When a diameter of the laser beam incident on the focusing lens is D ₀ , and a focal length of the focusing lens is f, D ₀ /2f is 0.11 or less.