KR102086168B1

KR102086168B1 - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR102086168B1
Application number: KR1020130042293A
Authority: KR
Inventors: 노부모리 오고시
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2020-03-06
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: CN103372720B; CN103372720A; JP2013230477A; TWI584902B; TW201350238A; KR20130121719A; JP6425368B2

Abstract

본 발명의 과제는 피가공물의 레이저 조사면 상태에 상관없이 균일한 레이저 가공을 실시하는 것이 가능한 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.
피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈를 갖는 가공 헤드를 포함하는 레이저 빔 조사 수단과, 상기 레이저 빔 조사 수단으로부터 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사된 레이저 빔의 반사 광량을 검출하는 반사 광량 검출 수단과, 상기 반사 광량 검출 수단에서 검출된 반사 광량에 기초하여, 상기 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔의 출력을 조정하는 출력 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER MACHINING APPARATUS AND LASER MACHINING METHOD}

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

IC, LSI, LED 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼 등의 웨이퍼는 가공 장치에 의해 개개의 디바이스로 분할되고, 분할된 디바이스는 휴대 전화, PC 등의 각종 전자 기기에 널리 이용되고 있다.

웨이퍼의 분할에는, 다이서라고 불리는 절삭 장치를 이용한 다이싱 방법이 널리 채택되고 있다. 다이싱 방법에서는, 다이아몬드 등의 지립을 금속이나 수지로 굳혀 두께 30 ㎛ 정도로 한 절삭 블레이드를, 30000 rpm 정도의 고속으로 회전시키면서 웨이퍼를 커팅하게 함으로써 웨이퍼를 절삭하여, 개개의 디바이스 칩으로 분할한다.

한편, 최근에는, 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼를 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 방법이 개발되어 실용화되고 있다. 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼를 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 방법으로서, 이하에 설명하는 제1 및 제2 가공 방법이 알려져 있다.

제1 가공 방법은, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장(예컨대 1064 ㎚)의 레이저 빔의 집광점을 분할 예정 라인에 대응하는 웨이퍼의 내부에 위치시켜, 레이저 빔을 분할 예정 라인을 따라서 조사하여 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하고, 그 후 분할 장치에 의해 웨이퍼에 외력을 부여하여 웨이퍼를 개질층을 분할 기점으로 하여 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 방법이다(예컨대, 일본 특허 제3408805호 참조).

제2 가공 방법은, 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장(예컨대 355 ㎚)의 레이저 빔의 집광점을 분할 예정 라인에 대응하는 영역에 조사하여 어블레이션 가공에 의해 가공 홈을 형성하고, 그 후 외력을 부여하여 웨이퍼를 가공 홈을 분할 기점으로 하여 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 방법이다(예컨대, 일본 특허 공개 평10-305420호 참조).

레이저 빔을 이용하는 가공 방법은, 다이서에 의한 다이싱 방법에 비해 가공 속도를 빠르게 할 수 있고, 사파이어나 SiC 등의 경도가 높은 소재로 이루어진 웨이퍼라 하더라도 비교적 용이하게 가공할 수 있다.

또, 개질층 또는 가공 홈을 예컨대 10 ㎛ 이하 등의 좁은 폭으로 할 수 있기 때문에, 다이싱 방법으로 가공하는 경우에 비해 웨이퍼 1장당 디바이스를 취할 수 있는 양을 늘릴 수 있다고 하는 이점을 갖고 있다.

그런데, 연삭 장치에 의한 이면 연삭을 실시하기 전의 반도체 웨이퍼의 이면에는 산화막이나 질화막이 잔존해 있다. 또, 표면에 Low-k막이 형성된 반도체 웨이퍼나 이면에 금속막이 형성된 웨이퍼도 있다.

이러한 막이 있는 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 레이저 가공을 실시하면, 막에 의해 조사된 레이저 빔의 일부가 반사된다. 반사율은 막의 종류나 두께 등에 따라 상이하여, 피가공물마다 반사율이 상이한 것, 또는 하나의 피가공물 내에서도 반사율이 불균일한 것도 있다.

피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장을 이용하여 피가공물 내부에 개질층을 형성하는 제1 가공 방법 및 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장을 이용하여 피가공물에 어블레이션 가공을 실시하는 제2 가공 방법의 경우에도, 피가공물의 반사율이 크면 투과 또는 흡수되는 레이저 빔의 광량이 감소하기 때문에, 원하는 레이저 가공을 실시하기 위해서는 조사하는 레이저 빔의 출력을 높일 필요가 있다.

일본 특허 제3408805호 공보 일본 특허 공개 평10-305420호 공보 일본 특허 공개 제2009-021476호 공보 일본 특허 공개 제2010-245172호 공보

피가공물마다 반사율이 상이한 경우, 단일의 가공 조건으로 복수의 피가공물에 레이저 가공을 실시하면, 피가공물 사이에서 레이저 빔의 조사에 의해 형성되는 레이저 가공 홈의 깊이가 불균일해지거나, 레이저 빔의 조사에 의해 형성되는 개질층에 불균일이 생긴다고 하는 문제가 있다.

또, 하나의 피가공물 내에서 반사율이 불균일한 것에서는, 단일의 가공 조건으로 레이저 가공을 실시하면, 영역에 따라 레이저 빔의 조사에 의해 형성되는 레이저 가공 홈의 깊이가 불균일해지거나, 레이저 빔의 조사에 의해 형성되는 개질층에 불균일이 생긴다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 피가공물의 레이저 조사면 상태에 상관없이 균일한 레이저 가공을 실시하는 것이 가능한 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈를 갖는 가공 헤드를 포함하는 레이저 빔 조사 수단과, 상기 레이저 빔 조사 수단으로부터 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사된 레이저 빔의 반사 광량을 검출하는 반사 광량 검출 수단과, 상기 반사 광량 검출 수단에서 검출된 반사 광량에 기초하여, 상기 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔의 출력을 조정하는 출력 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

바람직하게는, 레이저 가공 장치는, 상기 레이저 빔 조사 수단에서 피가공물의 두께 방향에 걸쳐 복수단의 레이저 가공을 실시하는 단수를, 상기 반사 광량 검출 수단에서 검출된 반사 광량에 기초하여 산출하는 단수 산출 수단을 더 구비한다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물을 척 테이블에 유지하는 유지 단계와, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 빔 조사 수단으로부터 제1 조건으로 레이저 빔을 조사하는 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계와, 상기 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계에서 피가공물에 조사된 레이저 빔이 피가공물 상면(上面)에서 반사된 반사광의 반사 광량을 검출하는 반사 광량 검출 단계와, 상기 반사 광량 검출 단계를 실시한 후, 이 반사 광량 검출 단계에서 검출된 반사 광량에 기초하여, 상기 레이저 빔 조사 수단에서 조사하는 레이저 빔의 출력을 설정하고, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 상기 레이저 빔 조사 수단으로부터 제2 조건으로 레이저 빔을 조사하여, 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법이 제공된다.

바람직하게는, 레이저 가공 방법은, 상기 반사 광량 검출 단계에서 검출된 반사 광량에 기초하여, 피가공물의 두께 방향에 걸쳐 복수단의 레이저 가공을 실시하는 단수를 산출하는 단수 산출 단계를 더 포함하고, 상기 레이저 가공 단계에서는, 상기 단수 산출 단계에서 산출된 단수에 기초하여 피가공물의 두께 방향에 걸쳐 복수단의 레이저 가공을 실시한다.

본 발명의 레이저 가공 장치는, 피가공물 상면에서 반사된 반사광의 광량을 검출하는 반사 광량 검출 수단과, 검출된 반사 광량에 기초하여 레이저 빔의 출력을 최적으로 조정하는 출력 조정 수단을 갖기 때문에, 피가공물의 레이저 조사면 상태에 상관없이 균일한 레이저 가공을 실시하는 것이 가능해진다.

본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계와, 반사 광량을 검출하는 반사 광량 검출 단계와, 반사 광량 검출 단계에서 검출된 반사 광량에 기초하여 레이저 빔의 출력을 설정하고, 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 단계를 포함하기 때문에, 피가공물의 레이저 조사면 상태에 상관없이 균일한 레이저 가공을 피가공물에 실시할 수 있다.

도 1은 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 레이저 빔 조사 유닛의 광학계의 블록도이다.
도 3은 반도체 웨이퍼의 표면측 사시도이다.
도 4는 반도체 웨이퍼의 표면측을, 외측 둘레부가 환형 프레임에 장착된 점착 테이프에 접착하는 양태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 유지 단계를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 6은 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 7은 피가공물의 반사율과 적절한 펄스 에너지 간의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공 단계를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 9는 웨이퍼의 표면측에 실시하는 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 10은 반사 광량을 검출하면서 레이저 가공을 실시하는 실시형태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 11은 이면 연삭 단계를 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 외관 사시도가 도시되어 있다. 레이저 가공 장치(2)는 정지 베이스(4) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 탑재된 제1 슬라이드 블록(6)을 포함한다.

제1 슬라이드 블록(6)은 볼나사(8) 및 펄스 모터(10)로 구성되는 가공 이송 수단(12)에 의해 한 쌍의 가이드 레일(14)을 따라서 가공 이송 방향, 즉 X축 방향으로 이동한다.

제1 슬라이드 블록(6) 상에는 제2 슬라이드 블록(16)이 Y축 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다. 즉, 제2 슬라이드 블록(16)은 볼나사(18) 및 펄스 모터(20)로 구성되는 인덱싱 이송 수단(22)에 의해 한 쌍의 가이드 레일(24)을 따라서 인덱싱 방향, 즉 Y축 방향으로 이동한다.

제2 슬라이드 블록(16) 상에는 원통 지지 부재(26)를 통해 척 테이블(28)이 탑재되어 있고, 척 테이블(28)은 가공 이송 수단(12) 및 인덱싱 이송 수단(22)에 의해 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동 가능하다. 척 테이블(28)에는, 척 테이블(28)에 흡인 유지된 반도체 웨이퍼를 클램프하는 클램프(30)가 설치되어 있다.

정지 베이스(4)에는 칼럼(32)이 세워져 설치되어 있고, 이 칼럼(32)에 레이저 빔 조사 유닛(34)이 부착되어 있다. 레이저 빔 조사 유닛(34)은 케이싱(35) 내에 수용된 도 2에 도시하는 레이저 발진 유닛(62)과, 케이싱(35)의 선단에 부착된 가공 헤드(36)를 포함한다.

레이저 발진 유닛(62)은 도 2에 도시하는 같이, YAG 레이저 또는 YVO4 레이저를 발진시키는 레이저 발진기(64)와, 반복 주파수 설정 유닛(66)을 포함한다. 특별히 도시하지는 않지만, 레이저 발진기(64)는 브루스터 창을 갖고 있고, 레이저 발진기(64)로부터 출사되는 레이저 빔은 직선 편광의 레이저 빔이다.

케이싱(35)의 선단부에는, 가공 헤드(36)와 X축 방향으로 정렬하여 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 유닛(38)이 배치되어 있다. 촬상 유닛(38)은 가시광에 의해 반도체 웨이퍼의 가공 영역을 촬상하는 통상의 CCD 등의 촬상 소자를 포함한다.

촬상 유닛(38)은 반도체 웨이퍼에 적외선을 조사하는 적외선 조사 수단과, 적외선 조사 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 적외선 CCD 등의 적외선 촬상 소자로 구성되는 적외선 촬상 수단을 더 포함하고, 촬상된 화상 신호는 컨트롤러(제어 수단)(40)에 송신된다.

컨트롤러(40)는 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(42)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(44)와, 연산 결과 등을 저장하는 기록·판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(46)와, 카운터(48)와, 입력 인터페이스(50)와, 출력 인터페이스(52)를 구비한다.

도면부호 56은 가이드 레일(14)을 따라서 배치된 리니어 스케일(54)과, 제1 슬라이드 블록(6)에 배치된 도시하지 않은 판독 헤드로 구성되는 가공 이송량 검출 수단이며, 가공 이송량 검출 수단(56)의 검출 신호는 컨트롤러(40)의 입력 인터페이스(50)에 입력된다.

도면부호 60은 가이드 레일(24)을 따라서 배치된 리니어 스케일(58)과 제2 슬라이드 블록(16)에 배치된 도시하지 않은 판독 헤드로 구성되는 인덱싱 이송량 검출 수단이며, 인덱싱 이송량 검출 수단(60)의 검출 신호는 컨트롤러(40)의 입력 인터페이스(50)에 입력된다.

촬상 유닛(38)으로 촬상된 화상 신호도 컨트롤러(40)의 입력 인터페이스(50)에 입력된다. 한편, 컨트롤러(40)의 출력 인터페이스(52)로부터는 펄스 모터(10), 펄스 모터(20), 레이저 빔 조사 유닛(34) 등에 제어 신호가 출력된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 빔 조사 유닛(34)의 광학계가 도시되어 있다. 가공 헤드(36)의 케이싱(70) 내에는 반사 미러(76)와 집광 렌즈(74)가 수용되어 있다. 또한, 반사 미러(72)와 집광 렌즈(74) 사이에는 하프 미러(빔 스플리터)(76)가 배치되어 있다.

레이저 빔 발진 유닛(62)으로부터 발진되고 또한 출력 조정 유닛(68)에서 정해진 파워로 조정된 레이저 빔(69)은 가공 헤드(36)의 반사 미러(72)에서 반사되고, 그 일부는 하프 미러(76)를 투과하여 집광 렌즈(74)에 의해 피가공물인 웨이퍼(11)에 조사된다.

웨이퍼(11) 상면에서 반사된 반사광(71)은 집광 렌즈(74)에서 집광되고, 그 일부는 하프 미러(76)에서 반사되어, 포토다이오드 등의 수광 소자를 포함하는 반사 광량 검출기(78)로 반사 광량이 검출된다. 이 반사 광량에 기초하여, 컨트롤러(40)는 이후에 상세히 설명하는 바와 같이 레이저 빔 발진 유닛(62) 및 출력 조정 유닛(68)을 제어한다.

하프 미러(76)는 집광 렌즈(74)와 피가공물(웨이퍼)(11)의 사이에 배치되어도 좋지만, 집광 렌즈(74)보다 상류측에 하프 미러(76)를 배치하는 편이, 웨이퍼(11)의 상면에서 반사된 반사광만을 집광 렌즈(74)로 집광하여 하프 미러(76)에 입사시킬 수 있기 때문에, 반사 광량의 검출에는 이러한 배치가 바람직하다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 레이저 가공 방법의 피가공물의 하나인 반도체 웨이퍼(11)의 표면측 사시도가 도시되어 있다. 반도체 웨이퍼(11)는, 예컨대 두께 700 ㎛의 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있고, 표면(11a)에 복수의 분할 예정 라인(13)이 격자형으로 형성되어 있으며, 복수의 분할 예정 라인(13)에 의해 구획된 각 영역에 각각 IC, LSI 등의 디바이스(15)가 형성되어 있다. 반도체 웨이퍼(11)의 이면(11b)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, SiO₂로 이루어진 산화막(17)이 형성되어 있다.

본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 피가공물이 도 3에 도시한 반도체 웨이퍼(11)에 한정되는 것은 아니며, 표면 또는 이면에 산화막, 질화막, 금속막, Low-k막 등의 막을 갖는 피가공물을 포함하는 것이다.

본 발명의 레이저 가공 방법을 실시함에 있어서, 반도체 웨이퍼(11)의 표면(11a)측이, 도 4에 도시하는 바와 같이, 외측 둘레부가 환형 프레임(F)에 장착된 점착 테이프(T)에 접착되고, 그 이면(11b)이 상측이 된다.

그리고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공 장치(2)의 척 테이블(28)에 반도체 웨이퍼(11)가 점착 테이프(T)를 통해 흡인 유지되고, 환형 프레임(F)이 클램프(30)에 의해 클램프되어 고정된다.

이어서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 척 테이블(28)에 유지된 웨이퍼(11)에 레이저 빔 조사 유닛(34)의 가공 헤드(36)로부터 제1 조건으로 레이저 빔(69)을 조사하는 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계를 실시한다.

이 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계를 실시하기 전에, 레이저 가공해야 할 분할 예정 라인(13)을 검출하는 얼라인먼트를 실시한다. 즉, 촬상 유닛(38)의 적외선 카메라로 웨이퍼(11)를 이면(11b)측으로부터 촬상하고, 잘 알려져 있는 패턴 매칭 등의 화상 처리를 이용하여, 제1 방향으로 연장되는 분할 예정 라인(13) 및 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되는 분할 예정 라인(13)을 검출한다.

다른 실시형태로서, 척 테이블(28)의 유지면을 투명 부재로 형성하고, 척 테이블(28)의 아래에 배치된 카메라로 웨이퍼(11)를 촬상하여, 얼라인먼트를 실시하도록 해도 좋다.

또한, 본 발명에서는, 웨이퍼(11)의 반사 광량을 검출하기 전에, 미리 기지의 반사율을 갖는 하나 또는 복수의 기준 워크를 준비하고, 기준 워크에서 반사 광량을 검출하여, 그 때의 반사 광량을 기준 데이터로서 컨트롤러(40)의 RAM(46)에 기억시켜 둔다.

이 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 척 테이블(28)을 화살표 X1 방향으로 가공 이송하면서, 가공 헤드(36)로부터 산화막(17)이 형성된 웨이퍼(11)의 이면(11b)에 레이저 빔(69)을 조사하여, 이 반사광(71)을 반사 광량 검출기(78)로 검출한다.

예컨대, 웨이퍼(11)의 임의의 분할 예정 라인(13), 복수의 분할 예정 라인(13), 또는 모든 분할 예정 라인(13)에 반사 광량 검출용 레이저 빔을 조사하여 반사 광량을 검출한다.

레이저 빔(69)의 조사에 의해, 웨이퍼(11)의 내부에 개질층을 형성하는 경우의 반사 광량 검출용 레이저 빔의 조사 조건은, 예컨대 이하에 나타낸 바와 같다.

광원 : LD 여기 Q 스위치 Nd:YVO4 펄스 레이저

파장 : 1064 ㎚

반복 주파수 : 100 ㎑

평균 출력 : 0.1 W

가공 이송 속도 : 400 ㎜/s

반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계에서 웨이퍼(11)의 이면(11b)에 레이저 빔(69)을 조사하면, 산화막(17)이 형성된 이면(11b)에서 반사된 반사광(71)이 도 2에 도시하는 집광 렌즈(74)에서 집광되고, 그 일부가 하프 미러(76)에서 반사되어 수광 소자를 포함하는 반사 광량 검출기(78)에 입사하고, 웨이퍼(11)의 이면(11b)에서 반사된 반사 광량이 검출된다. 검출된 반사 광량과 RAM(46)에 저장되어 있는 반사율이 기지인 기준 워크의 반사 광량으로부터 웨이퍼(11)의 이면(11b)의 반사율을 산출한다.

컨트롤러(40)의 ROM(44)에는, 피가공물의 종류마다 또는 막종류마다 반사율과 적절한 펄스 에너지 간의 상관 관계(73)를 나타내는, 도 7에 나타낸 바와 같은 상관도를 복수개 저장해 둔다. 따라서, 이들 상관도로부터 그 반사율에 대한 적절한 펄스 에너지를 얻을 수 있다.

적절한 펄스 에너지를 기초로, 레이저 발진기(64)로부터 발진되는 레이저 빔의 평균 출력과 반복 주파수를 조정한다. 예컨대, 반사율이 50%일 때, 도 7의 상관도로부터 적절한 펄스 에너지는 20 μJ로 결정된다. 따라서, 펄스 에너지(J)=평균 출력(W)/반복 주파수(Hz)로부터, 예컨대 반복 주파수 100 kHz, 평균 출력 2 W로 설정한다.

반사율에 따라서는, 레이저 발진기(64)의 최대 파워가 불충분하기 때문에, 한번의 레이저 빔의 조사로는 충분한 개질층을 웨이퍼(11)의 내부에 형성할 수 없다. 따라서, 반사 광량 검출 단계에서 검출된 반사 광량에 기초하여, 웨이퍼(11)의 두께 방향에 걸쳐 복수단의 개질층을 형성한다. 반사 광량에 기초하여 필요로 하는 단수를 산출하는 단수 산출 수단은 컨트롤러(40)의 ROM(44) 내에 저장해 둔다.

반사 광량 검출 단계를 실시한 후, 반사 광량 검출 단계에서 검출된 반사 광량에 기초하여 레이저 빔 조사 유닛(34)에서 조사하는 레이저 빔의 출력을 설정하고, 척 테이블(28)에 유지된 웨이퍼(11)에 레이저 빔 조사 유닛(34)의 가공 헤드(36)로부터 제2 조건으로 레이저 빔을 조사하여, 웨이퍼(11)의 내부에 개질층(19)을 형성하는 레이저 가공 단계를 실시한다.

이 레이저 가공 단계에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 척 테이블(28)을 화살표 X1 방향으로 가공 이송하면서, 레이저 빔 조사 유닛(34)의 가공 헤드(36)로부터 제2 조건으로 레이저 빔(69)을 조사하여, 웨이퍼(11) 내부에 개질층(19)을 형성한다.

척 테이블(28)을 Y축 방향으로 인덱싱 이송하면서, 제1 방향으로 연장되는 분할 예정 라인(13)을 따라서 웨이퍼(11)의 내부에 동일한 개질층(19)을 차례차례 형성한다. 이어서, 척 테이블(28)을 90도 회전하고 나서, 제2 방향으로 연장되는 분할 예정 라인(13)을 따라서 동일한 개질층(19)을 형성한다.

웨이퍼(11)의 두께나 재질에 따라 분할성이 낮은 경우에는, 복수단의 개질층(19)을 웨이퍼 내부에 형성한다. 또, 웨이퍼(11)의 반사율이 높고 레이저 발진기(64)의 최대 파워가 지나치게 낮아, 한번의 레이저 빔의 조사로는 충분한 개질층(19)을 웨이퍼(11)의 내부에 형성할 수 없는 경우에는, 복수단의 개질층(19)을 웨이퍼(11)의 내부에 형성한다.

이 개질층 형성 단계에서의 레이저 가공 조건은, 예컨대 이하와 같이 설정된다.

광원 : LD 여기 Q 스위치 Nd:YVO4 펄스 레이저

파장 : 1064 ㎚

반복 주파수 : 100 ㎑

평균 출력 : 2.0 W

가공 이송 속도 : 400 ㎜/s

도 9를 참조하면, 웨이퍼(11)에 어블레이션 가공을 실시하는 경우에, 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계를 설명하는 일부 단면 측면도가 도시되어 있다. 예컨대, 웨이퍼(11)의 표면(11a)에 형성된 Low-k막에 어블레이션 가공을 실시하는 경우에는, 레이저 빔(69)은 웨이퍼(11)의 표면(11a)측에 입사된다. 그리고, 표면(11a)에서 반사된 반사광(71)의 광량을 반사 광량 검출기(78)로 검출한다.

어블레이션 가공의 경우에도 전술한 개질층 형성 가공과 마찬가지로, 웨이퍼(11)의 임의의 분할 예정 라인(13), 복수의 분할 예정 라인(13), 또는 모든 분할 예정 라인(13)에 반사 광량 검출용 레이저 빔을 조사하여 반사 광량을 검출한다.

어블레이션 가공의 경우에 레이저 빔 조사 조건은, 예컨대 이하와 같이 설정된다.

광원 : LD 여기 Q 스위치 Nd:YVO4 펄스 레이저

파장 : 355 ㎚(YVO4 펄스 레이저의 제3 고조파)

반복 주파수 : 200 ㎑

평균 출력 : 0.1 W

가공 이송 속도 : 200 ㎜/s

어블레이션 가공에서는, 반사 광량 검출 단계를 실시한 후, 반사 광량 검출 단계에서 검출된 반사 광량에 기초하여, 레이저 빔 조사 유닛(34)에서 조사하는 레이저 빔의 출력을 설정하고, 척 테이블(28)에 유지된 웨이퍼(11)의 표면(11a)에 레이저 빔 조사 유닛(34)의 가공 헤드(36)로부터 제2 조건으로 레이저 빔을 조사해서, 웨이퍼(11)의 분할 예정 라인(13)에 어블레이션 가공을 실시하여 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 단계를 실시한다.

이 어블레이션 가공에서의 레이저 가공 조건은, 예컨대 이하와 같이 설정된다.

광원 : LD 여기 Q 스위치 Nd:YVO4 펄스 레이저

파장 : 355 ㎚(YVO4 펄스 레이저의 제3 고조파)

반복 주파수 : 200 ㎑

평균 출력 : 1 W

가공 이송 속도 : 200 ㎜/s

웨이퍼(11)의 표면(11a)의 반사율 및 레이저 발진기(64)의 최대 파워에 따라서는, 어블레이션 가공의 경우도, 집광 렌즈(74)에 의한 집광점을 웨이퍼(11)의 두께 방향에서 바꿔 복수단의 레이저 가공 홈을 형성한다. 이 경우의 단수는, 반사율 검출 단계에서 검출된 반사율에 따라서 ROM에 저장한 단수 산출 수단이 산출한다.

본 발명의 레이저 가공 방법의 제2 실시형태에서는, 반사 광량 검출 단계를 실시하면서 레이저 가공 단계를 실시하도록 해도 좋다. 즉, 도 10에 도시하는 바와 같이, 척 테이블(28)을 화살표 X1 방향으로 가공 이송하면서 레이저 빔 조사 유닛(34)의 가공 헤드(36)로부터 레이저 빔(69)을 조사하여, 웨이퍼(11)의 이면(11b)에서 반사된 반사광(71)의 반사 광량을 반사 광량 검출기(78)로 검출한다.

이 반사 광량에 기초하여, 컨트롤러(40)가 출력 조정 유닛(68)을 피드백 제어하고, 반사 광량에 기초한 최적 출력의 레이저 빔(69)으로 웨이퍼(11)의 내부에 개질층(19)을 형성한다.

어블레이션 가공의 경우에도, 반사 광량에 따라서 출력 조정 유닛(68)을 제어하여, 최적 파워의 레이저 빔(69)을 가공 헤드(36)로부터 조사하면서 어블레이션 가공을 실시하도록 해도 좋다. 웨이퍼(11)에 개질층(19)이나 레이저 가공 홈을 형성한 후, 웨이퍼(11)에 외력을 부여하여 개개의 칩으로 분할하는 분할 단계를 실시한다.

본 실시형태에서는, 모든 분할 예정 라인(13)을 따라서 웨이퍼(11)의 내부에 개질층(19)을 형성한 후, 웨이퍼(11)의 이면(11b)을 연삭하는 이면 연삭 단계를 실시한다. 이 이면 연삭 단계에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 연삭 장치의 척 테이블(96)에 유지된 웨이퍼(11)의 이면(11b)을 연삭 지석(94)으로 연삭하고, 연삭중의 압박력으로 웨이퍼(11)를 개개의 칩으로 분할한다.

도 11에서, 연삭 유닛(82)은 스핀들(84)과, 스핀들(84)의 선단에 고정된 휠 마운트(86)와, 휠 마운트(86)에 복수의 나사(90)로 착탈 가능하게 장착된 연삭 휠(88)로 구성된다. 연삭 휠(88)은 환형 베이스(92)의 하단부 외측 둘레에 복수의 연삭 지석(94)을 고착하여 구성된다.

이 이면 연삭 단계에서는, 척 테이블(96)은 화살표 a 방향으로 예컨대 300 rpm으로 회전시키고, 연삭 휠(88)은 화살표 b 방향으로 예컨대 6000 rpm으로 회전시키면서 연삭 유닛 이송 기구를 작동하여 연삭 지석(94)을 웨이퍼(11)의 이면(11b)에 접촉시킨다.

그리고, 연삭 휠(88)을 정해진 연삭 이송 속도로 아래쪽으로 연삭 이송하면서, 웨이퍼(11)의 이면(11b)의 연삭을 실시한다. 접촉식 또는 비접촉식의 두께 측정 게이지로 웨이퍼(11)의 두께를 측정하면서, 웨이퍼(11)를 원하는 두께, 예컨대 50 ㎛로 마무리한다.

이 연삭 도중에, 웨이퍼(11)의 내부에는 분할 예정 라인(13)을 따라서 개질층(19)이 형성되어 있기 때문에, 연삭중의 압박력으로 개질층(19)을 분할 기점으로 하여 웨이퍼(11)가 개개의 칩으로 분할된다.

여기서, 분할성이 낮은 피가공물인 경우에는, 이면 연삭을 실시하기 전에 피가공물에 외력을 부여하여 분할하는 분할 단계를 실시한다. 또는, 이면 연삭 실시후에, 피가공물에 외력을 부여하여 분할하는 분할 단계를 실시한다.

전술한 실시형태에서는, 두께가 두꺼운(700 ㎛) 웨이퍼에 개질층(19)을 형성한 후, 웨이퍼(11)의 이면(11b)을 연삭하여 웨이퍼를 박화하는 것과 동시에 연삭 시의 압박력에 의해 개질층(19)을 분할 기점으로 하여 개개의 칩으로 분할하지만, 미리 이면(11b)을 연삭하여 박화된 웨이퍼(11)에 개질층(19)이나 레이저 가공 홈을 형성하도록 해도 좋다. 또, 웨이퍼(11)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사하여, 웨이퍼(11)를 풀컷하도록 해도 좋다.

11 : 반도체 웨이퍼 13 : 분할 예정 라인
15 : 디바이스 17 : 산화막
19 : 개질층 28 : 척 테이블
34 : 레이저 빔 조사 유닛 36 : 가공 헤드
38 : 촬상 유닛 62 : 레이저 발진 유닛
64 : 레이저 발진기 66 : 반복 주파수 설정 유닛
68 : 출력 조정 유닛 69 : 레이저 빔
71 : 반사광 74 : 집광 렌즈
76 : 하프 미러 78 : 반사 광량 검출기

Claims

복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 있어서,
피가공물을 유지하는 척 테이블과,
상기 척 테이블을 가공 이송하는 가공 이송 수단과,
레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈를 갖는 가공 헤드를 포함하는 레이저 빔 조사 수단과,
상기 레이저 빔 조사 수단으로부터 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사된 레이저 빔의 반사 광량을 검출하는 반사 광량 검출 수단과,
상기 반사 광량 검출 수단에서 검출된 반사 광량으로부터 산출되는 반사율, 및 레이저 빔의 적절한 에너지와 상기 반사율 간의 상관 관계에 기초하여, 상기 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과,
상기 반사 광량 검출 수단에서 검출한 반사 광량 및 상기 레이저 빔 조사 수단에서 조사할 수 있는 레이저 빔의 최대 파워를 고려하여, 한 번의 레이저 빔의 조사로도 상기 피가공물의 가공이 가능한지 여부를 판단하고, 한 번의 레이저 빔의 조사로는 상기 피가공물의 가공이 불가능하다고 판단된 경우, 상기 레이저 빔 조사 수단에서 피가공물의 두께 방향에 걸쳐 복수단의 레이저 가공을 실시하는 단수를, 상기 반사 광량 검출 수단에서 검출한 반사 광량에 기초하여 산출하는 단수 산출 수단을 구비하고,
상기 가공 이송 수단으로 상기 척 테이블을 가공 이송하면서, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 임의의 분할 예정 라인, 복수의 분할 예정 라인, 또는 모든 분할 예정 라인에 상기 레이저 빔 조사 수단으로부터 레이저 빔을 조사하여, 피가공물 상면에서 반사된 반사광의 반사 광량을 상기 반사 광량 검출 수단으로 검출한 후에,
상기 레이저 빔 조사 수단에서 조사되는 레이저 빔의 출력을 설정하며, 상기 가공 이송 수단으로 상기 척 테이블을 가공 이송하면서, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 상기 임의의 분할 예정 라인, 상기 복수의 분할 예정 라인, 또는 상기 모든 분할 예정 라인에 상기 레이저 빔 조사 수단으로부터 레이저 빔을, 상기 단수 산출 수단에서 산출된 단수에 기초하여 조사함으로써, 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법에 있어서,
피가공물을 척 테이블에 유지하는 유지 단계와,
상기 척 테이블을 가공 이송하면서, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 임의의 분할 예정 라인, 복수의 분할 예정 라인, 또는 모든 분할 예정 라인에 레이저 빔 조사 수단으로부터 제1 조건으로 레이저 빔을 조사하는 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계와,
상기 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계에서 피가공물에 조사된 레이저 빔이 피가공물 상면(上面)에서 반사된 반사광의 반사 광량을 검출하는 반사 광량 검출 단계와,
상기 반사 광량 검출 단계에서 검출한 반사 광량 및 상기 레이저 빔 조사 수단에서 조사할 수 있는 레이저 빔의 최대 파워를 고려하여, 한 번의 레이저 빔의 조사로도 상기 피가공물의 가공이 가능한지 여부를 판단하고, 한 번의 레이저 빔의 조사로는 상기 피가공물의 가공이 불가능하다고 판단된 경우, 상기 반사 광량 검출 단계에서 검출한 반사 광량에 기초하여, 피가공물의 두께 방향에 걸쳐 복수단의 레이저 가공을 실시하는 단수를 산출하는 단수 산출 단계와,
상기 반사 광량 검출용 레이저 빔 조사 단계 및 상기 반사 광량 검출 단계를 실시한 후, 이 반사 광량 검출 단계에서 검출된 반사 광량으로부터 산출되는 반사율, 및 레이저 빔의 적절한 에너지와 상기 반사율 간의 상관 관계에 기초하여, 상기 레이저 빔 조사 수단에서 조사하는 레이저 빔의 출력을 설정하고, 상기 척 테이블을 가공 이송하면서, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 상기 임의의 분할 예정 라인, 상기 복수의 분할 예정 라인, 또는 상기 모든 분할 예정 라인에 상기 레이저 빔 조사 수단으로부터 제2 조건으로 레이저 빔을 조사하여, 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 단계
를 포함하고,
상기 레이저 가공 단계에서는, 상기 단수 산출 단계에서 산출한 단수에 기초하여 피가공물의 두께 방향에 걸쳐 복수단의 레이저 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
삭제
삭제