KR101260752B1 - 레이저 가공 방법 - Google Patents

Abstract

기판 내의 특징부를 레이저 가공하는 방법은, 기판에서의 연속 펄스(81)가 중첩하지 않고 접촉하거나 또는 분리되도록 주사 라인을 따라 펄스 레이저로 기판을 가공하는 단계를 포함한다. 주사 라인을 따르는 레이저의 각각의 후속 주사에서의 펄스(82, 83, 84)는 이전 주사에서의 펄스(81, 82, 83)의 개시 지점에 대하여 오프셋되며, 이로써 복수의 연속 레이저 주사가 각각의 통과에 의해 특징부의 에지(91, 92, 93, 94)를 연속적으로 평탄화하면서 요구된 깊이로의 가공을 제공한다.

반도체 기판, 플럼, 레이저 다이싱, 펄스 레이저, 스캘럽 에지

Description

레이저 가공 방법{LASER MACHINING}

본 발명은 레이저 가공에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연속하는 펄스들이 가공되고 있는 기판을 중첩하지 않는 펄스 레이저 가공에 관한 것이다.

본 기술 분야의 고체 상태 레이저를 이용한 레이저 미세 가공은, 통상적으로 가공될 웨이퍼 또는 기판의 표면 상에 집속된 레이저빔을 위치시키기 위해 갈바노미터 스캐너(galvanometer scanner)와 함께 레이저를 사용하는 것을 수반한다. 통상적으로, 이들 레이저는 30 내지 200 ㎑의 반복율(repetition rate)로 동작하며, 샐로우 트렌치(shallow trench) 또는 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하기 위해 어느 정도까지는 개개의 집속된 레이저 스폿이 중첩하도록 하는 속도로 주사가 이루어진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 소자(12)를 절단 또는 다이싱(dicing)하기 위해, 즉 단일화하기 위해 이러한 방식에서는 복수의 라인 또는 통과(11)가 이용된다. 이 프로세스는 예컨대 EP 1328372에 개시되어 있다.

그러므로, 레이저 다이싱은 레이저빔을 기판을 가로질러 주사함으로써 달성된다. 통상적으로, 레이저 다이싱에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 펄스 간에 실질적인 중첩이 이루어지도록 하기 위해 특정의 주사 속도로 레이저빔을 주사함으로써, 특정의 중첩을 갖도록, 연속하는 인접 펄스(21)가 위치된다. 주사는 기판이 완전히 다이싱될 때까지 복수의 통과(11)에 의해 반복된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 복수의 통과에 의하여, 비교적 평탄한 에지(31)를 갖는 다이싱이 된다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 펄스(41)의 중첩이 감소되면, 다이는 스캘럽 에지(scalloped edge)(51)를 갖는 것으로 보일 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 레이저 펄스(61)가 재료(62)를 융제(ablate)할 때, 파편(63)의 플럼(plume)이 생성된다. 후속 펄스(64)가 파편 플럼(63)을 교차하면, 파편 플럼이 후속 레이저 펄스의 에너지를 부분적으로 흡수하기 때문에, 후속 레이저 펄스(64)가 부분적으로 감쇄된다.

본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점을 적어도 개선하는 것이다.

본 발명에 따라, 레이저 펄스 행렬(laser pulse train)에서의 연속 펄스 간의 상기 기판에서의 중심간 이격 거리를 적어도 상기 연속 펄스의 반경의 합과 동일하게 하여, 상기 기판에서의 상기 연속 펄스가 중첩하지 않고 접촉하거나 분리되도록, 1차 주사(first scan)를 이용하여 주사 라인을 따라 펄스 레이저로 상기 기판을 가공하는 단계와, 이전 주사(previous scan)의 개시 지점에 대하여 상기 주사 라인을 따라 오프셋되는 레이저의 후속 주사에 의하여 상기 주사 라인을 따라 가공하여, 복수의 연속 레이저 주사가 상기 특징부의 에지를 평탄화하면서 요구된 깊이로의 가공을 제공하는 단계를 포함하는 레이저 가공 방법이 제공된다.

상기 연속 펄스는 기판 상에서 충분히 분리되며, 상기 레이저 펄스에 의해 생성된 플럼(plume)이 후속 펄스로부터 에너지를 실질적으로 흡수하지 않는 것이 바람직하다.

상기 레이저 가공 방법은, 200 ㎑ 내지 300 ㎑의 펄스 반복율로 가공하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 레이저 가공 방법은, 상기 기판을 관통하여 완전 다이싱(complete dicing) 또는 슬롯 커팅(slot cutting)하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가공은 반도체 다이싱을 위한 레이저 다이싱 공정을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가공은 슬롯 드릴링(slot drilling)을 포함하는 것이 바람직하다.

도 1은 채널을 형성하기 위해 기판을 가로지르는 연속적인 레이저 주사를 나타내는 개략 횡단면도이다.

도 2는 후속 레이저 펄스가 이전 펄스를 실질적으로 중첩하는 종래 기술에 따른 기판 상의 레이저 펄스의 개략 평면도이다.

도 3은 도 2의 레이저 펄스 패턴을 이용하여 가공된 채널의 에지의 개략 평면도이다.

도 4는 후속 레이저 펄스가 도 2의 펄스 패턴에서보다 적게 이전 펄스를 중첩하는 기판 상의 펄스의 개략 평면도이다.

도 5는 도 4의 레이저 펄스 패턴을 이용하여 가공된 채널의 에지의 개략 평면도이다.

도 6은 도 2 및 도 3에서와 같이 실질적으로 중첩하는 레이저 펄스를 이용하 여 기판을 레이저 가공하는 횡단면도이다.

도 7은 실질적으로 중첩하지 않는 펄스를 이용하는 본 발명에 따른 기판의 레이저 가공에 대한 횡단면도이다.

도 8은 도 7의 실질적으로 중첩하지 않는 펄스를 이용하는 본 발명에 따른 기판 상의 펄스의 연속적인 오프셋 주사의 개략 평면도이다.

도 9는 도 8의 연속적인 오프셋 주사를 이용하여 가공된 채널의 에지에 대한 연속적인 개략 평면도이다.

도 10은 도 8에서와 연속 주사가 오프셋되는 경우와 오프셋되지 않는 경우의 펄스 중첩에 대한 이론적인 가공 속도에 대한 그래프이다.

이하에서는 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 예시를 목적으로 설명할 것이다.

도면에서, 동일한 도면부호는 동일한 부분을 나타낸다.

본 명세서에서는 이하의 정의가 이용된다:

반복율(Repetition rate), R : 레이저로부터 방출된 초당 펄스의 수.

주사 속도, Vg : 갤보(galvo)의 주사 속도

선형 중첩, O : 기판에서의 연속 펄스의 마이크로미터 단위의 중심간 중첩의 정도.

커프(Kerf) 직경, K : 레이저 펄스에 의해 형성될 때의 특정 트렌치 또는 특징부의 직경.

펄스 간격, S : 기판에의 단일 주사의 순차적인 펄스 간의 중심간 거리.

오프셋 디더(offset dither), D : 복수 회의 통과에 의한 절단 공정에서 순차적인 주사에 의해 형성된 대응 펄스 간의 중심간 거리.

주사수, N : 기판을 완전히 다이싱하기 위해 요구되는 연속 주사의 수.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 방법에서, 연속 펄스(71, 74)는 충분히 분리되어, 현재 펄스(74)가 이전 펄스(71)에 의해 발생된 플럼(73)과 실질적으로 반응하지 않도록 된다. 펄스의 에너지가 이전 펄스의 플럼에 흡수되지 않으므로, 기판(72)으로부터의 전체적인 재료 제거율이 증가된다.

동일한 주사 라인을 따르는 후속 주사의 펄스가 이전 주사와 동일한 지점에 위치되면, 스캘럽 다이 에지가 발생되므로, 레이저빔의 각각의 통과의 개시 위치를 오프셋/디더링하여 다이 에지를 평탄화하기 위해 본 발명에 따른 해결 수단이 개발되었다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 펄스(81)를 이용한 제1 주사에 의해 생성되는 스캘럽 에지(91)를, 중첩이 이루어지지 않는 방법으로 평탄화하기 위해, 레이저빔의 각각의 연속적인 통과(82, 83, 84)가 각각 이전의 통과(81, 82, 83)로부터 오프셋된다. 이 방식으로, 주사된 특징부의 점차적으로 직선화되는 에지(92, 93, 94)가 각각의 통과에 의하여 생성된다.

그러므로, 본 발명은, 각각의 개별 통과에서의 펄스가 중첩되지 않는 공간 분포를 갖지만 후속 통과에서의 펄스가 이전 통과에서의 펄스로부터 오프셋되는, 복수 회의 통과에 의한 가공을 이용하여 향상된 에지 품질, 처리량(throughput) 및 파편 제어를 갖는 반도체 기판의 레이저 스크라이빙, 레이저 다이싱 또는 레이저 가공을 위한 방법을 제공한다. 실질적으로 중첩하지 않는 이러한 레이저 가공은 펄스-플럼 반응을 방지하고, 따라서 후속 펄스의 에너지가 이전 펄스에 의해 발생된 플럼에 의해 손실되는 것을 실질적으로 제거한다.

그러므로, 본 발명에 따른 레이저 가공 공정에서는, 가공될 방향으로 공간적으로 주사하기 위해 펄스 레이저가 이용된다. 스크라이브 또는 관통 특징부를 형성하기 위해 복수의 레이저 주사가 이용된다. 펄스의 주사 속도 Vg 및 반복율 R은 펄스가 중첩하지 않도록 정해진다. 200 ㎑ 내지 300 ㎑의 반복 범위가 안정한 것으로 판명되었다. 레이저의 개개의 주사는 레이저로부터의 펄스 방출 시의 시간 지연에 동기하여 펄스를 이용함으로써 이전 주사와 중첩하도록 공간적으로 위치된다.

이 과정은 이하의 장점으로 나타나게 된다:

ㆍ 사이드월 품질의 향상

ㆍ 다이 강도의 증가

ㆍ 경계 파편(bound debris)의 감소

ㆍ 처리량의 증가

실험예

사용된 레이저 파라미터를 이하의 표1에 나타내었다. 레이저를 170 ㎑로 동작시켜, 웨이퍼에 ∼60μJ의 펄스 에너지를 제공한다. 중첩을 80％ 내지 -50％ 범위로 제공하기 위해 주사 속도를 500 ㎜/s에서부터 3500 ㎜/s까지 변경하였다. 중 첩은 이론적인 스폿 직경(∼8 ㎛)보다는 융제된 스폿 직경(∼14 ㎛)으로부터 결정된다.

75 ㎛ 웨이퍼를 다이싱하고, 각각의 중첩에서의 관통 절단을 위한 통과의 횟수를 결정하여 표 2에 나타내었다. 각각의 경우에서의 가공 속도를 측정하였다. 도 10 내의 그래프(101)는, 중첩의 백분율이 감소하거나 또는 연속 펄스의 간격이 증가함에 따라 가공 속도가 거의 선형적으로 증가된다는 것을 나타내고 있다. 이것은 그 대부분이 전술한 바와 같이 펄스-플럼 반응의 감소에 의한 것으로 생각된다. 또한, 중첩이 감소하고 에지가 "스캘럽" 상태로 되므로, 전체적으로 더 적은 재료가 제거되기 때문일 것이다. 더 적은 스캘럽 에지를 발생하기 위해 후속 통과를 오프셋하도록 이 공정을 조정하면, 도 10의 라인(102)에 의해 나타낸 바와 같이, 가공 속도의 증가가 다소 더 적게 보이는 것으로 판명되었다.

표 1 - 레이저 파라미터

표 2 - 다이싱 실험치

따라서, 본 발명에 따라 중첩이 없이 이루어지는 다이싱은 웨이퍼로부터 재료를 더욱 효과적으로 제거할 수 있는 것으로 나타났다. 파편 플럼 내의 펄스의 감쇄가 감소하기 때문에, 중첩이 감소하면 펄스 당의 깊이는 증가한다. 다이 에지를 평탄화하기 위해, 후속 통과에서의 펄스를 이전 통과로부터 오프셋시키는 방안이 채용된다.

본 발명을 특히 반도체 기판의 다이싱을 위해 기판 내의 채널을 가공하는 것을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 중첩 펄스가 예컨대 기판으로부터 잉곳(ingot)을 가공하는데 사용되는 것과 같은 다른 특징부의 레이저 가공에도 적용할 수 있다.

Claims (6)

1. 기판에서 특징부가 평탄화된 에지를 가지도록 레이저 가공하는 방법에 있어서,

   a. 레이저 펄스 행렬(laser pulse train)에서의 연속 펄스 간의 상기 기판에서의 중심간 이격 거리를 적어도 상기 연속 펄스의 반경의 합과 동일하게 하여, 상기 기판에서의 상기 연속 펄스가 중첩하지 않고 접촉하거나 분리되도록, 1차 주사(first scan)를 이용하여 주사 라인을 따라 펄스 레이저로 상기 기판을 가공하는 단계; 및

   b. 동일한 주사 라인을 따라 선행 주사에서 생성된 스캘럽 에지(scalloped edge)를 평탄화시키고, 각각의 주사에 의해 점진적으로 평탄화되는 에지를 생성하게, 복수의 연속 레이저 주사의 펄스가 이전 주사의 펄스와 중첩되도록, 이전 주사(previous scan)의 개시 지점에 대하여 상기 연속 펄스의 반경의 합 미만으로 상기 주사 라인을 따라 오프셋되는 레이저의 후속 주사에 의하여 동일한 주사 라인을 따라 가공하는 단계

   를 포함하는 레이저 가공 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연속 펄스는 기판 상에서 충분히 분리되어, 레이저 펄스에 의해 생성된 플럼(plume)이 후속 펄스로부터 에너지를 실질적으로 흡수하지 않는, 레이저 가공 방법.
3. 제1항에 있어서,

   200 ㎑ 내지 300 ㎑의 펄스 반복율로 가공하는 단계를 더 포함하는, 레이저 가공 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 기판을 관통하여 완전 다이싱(complete dicing) 또는 슬롯 커팅(slot cutting)하는 단계를 더 포함하는, 레이저 가공 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 가공은 반도체 다이싱을 위한 레이저 다이싱 공정을 포함하는, 레이저 가공 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 가공은 슬롯 드릴링(slot drilling)을 포함하는, 레이저 가공 방법.

Images