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WO2011008015A2 - 웨이퍼 다이싱 방법 - Google Patents

웨이퍼 다이싱 방법 Download PDF

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Publication number
WO2011008015A2
WO2011008015A2 PCT/KR2010/004562 KR2010004562W WO2011008015A2 WO 2011008015 A2 WO2011008015 A2 WO 2011008015A2 KR 2010004562 W KR2010004562 W KR 2010004562W WO 2011008015 A2 WO2011008015 A2 WO 2011008015A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wafer
cutting guide
guide groove
laser
dicing
Prior art date
Application number
PCT/KR2010/004562
Other languages
English (en)
French (fr)
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WO2011008015A3 (ko
Inventor
신동혁
이길영
Original Assignee
주식회사 인아텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 인아텍 filed Critical 주식회사 인아텍
Publication of WO2011008015A2 publication Critical patent/WO2011008015A2/ko
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    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
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    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
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    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor manufacturing method, and more particularly, to a wafer dicing method for separating a plurality of semiconductor dies formed on a semiconductor wafer from each other.
  • the semiconductor wafer is formed with a plurality of semiconductor dies partitioned by lattice lines.
  • the plurality of semiconductor dies are separated from each other by cutting the wafer along the grid lines.
  • the wafer is adhered to a stretchable dicing tape, and then a nanosecond ( 10-9 ) second pulse laser or a picosecond 10 - second laser is applied.
  • a wafer dicing technique is known in which a semiconductor die is separated from each other by irradiating a surface of a wafer to make a cutting guide groove, and then extending the dicing tape radially.
  • FIG. 1 and 2 are views for schematically explaining a conventional wafer dicing method
  • FIG. 1 is a view schematically showing a cutting guide groove formed by irradiating a laser to a wafer adhered on a dicing tape
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating cutting a wafer on which a cutting guide groove is formed by stretching a dicing tape.
  • the wafer 100 is adhered onto a dicing tape 20 fixed to an annular frame 30.
  • a plurality of semiconductor dies 130 partitioned by the grid lines 110 are formed.
  • the laser irradiator 200 is positioned above the semiconductor die 130, and the laser irradiator 200 irradiates the laser 210 along the grating line 110, so that the cutting guide groove 120 is formed on the surface of the wafer 100. ) Is formed.
  • the dicing tape 20 to which the wafer 100 is adhered is placed on the cylindrical expansion drum 50, as shown in FIG. Move down). As shown in FIG. 2, when the frame 30 is moved downward, the dicing tape 20 extends radially, and cracks are generated in the cutting guide groove 120 in the process. Divided into die 130.
  • the nanosecond or picosecond pulse laser 210 is used to form the cutting guide groove 120 in the wafer 100, the effect of the laser 210 on the wafer 100 Will be described with reference to FIG.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an effect on the wafer 100 when the nanosecond or picosecond pulse laser 210 is irradiated onto the wafer 100.
  • the nanosecond or picosecond pulsed laser 210 is emitted from the nanosecond or picosecond pulsed laser irradiator 200, and the condenser lens 220 is provided on the nanosecond or picosecond pulsed laser irradiator 200.
  • the picosecond pulsed laser 210 is focused at a point on the surface of the wafer 100.
  • the wafer 100 is adhered to the upper surface of the dicing tape 20, and a circuit portion 132 is formed on the upper surface of the semiconductor die 130 partitioned by the grid lines 110.
  • the cutting guide groove 120 is formed on the surface of the wafer 100.
  • the energy of the laser is converted to thermal energy at the surface of the wafer 100 takes at least a few picoseconds, and the pulse duration of the nanosecond or picosecond pulsed laser 210 takes several picoseconds or more, thereby Energy is converted into thermal energy at the surface of the wafer 100.
  • the heat affected part 140 is formed around the cutting guide groove 120 formed by the heat energy, the material characteristic is changed by the heat caused by the laser.
  • minute cracks 142 may be formed inside the wafer 100.
  • the circuit portion 132 of the semiconductor die 130 may be subjected to thermal shock.
  • the damaged portion 134 may be formed.
  • the wafer 100 may be melted by heat generated by the laser 210, and the fragments 144 in which the wafer 100 is melted may scatter, contaminating the circuit unit 132 of the semiconductor die 130.
  • Fine cracks 142 and contamination caused by such nanosecond or picosecond pulsed laser 210 cause defects in the semiconductor die 130 and lower the yield of the semiconductor die 130.
  • the yield is significantly reduced.
  • the dicing tape 20 in order to separate each semiconductor die 130 from each other, the dicing tape 20 is stretched, and in this step, the cutting formed on the surface of the wafer 100 is performed. If the guide groove 120 is not deep enough, even if the dicing tape 20 is stretched, there is a semiconductor die 130 that does not separate along the cutting guide groove 120. In addition, a crack may progress to the semiconductor die 130 by the microcracks 142 by the laser 210. Due to this phenomenon, there is a problem that the yield of the semiconductor die 130 is lowered, and this problem is more serious as the size of the semiconductor wafer 100 and the semiconductor die 130 becomes smaller.
  • the diameter of the wafer 100 is approximately 50 millimeters, and the size of one side of the semiconductor die 130 is only about 20 micrometers.
  • the defect rate of the semiconductor die 130 is greatly increased, and the yield of the semiconductor die 130 is seriously lowered.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the wafer dicing to suppress the conversion of the energy of the laser into the form of thermal energy of the wafer, to increase the yield of the semiconductor die, and to increase the speed of separating the semiconductor die
  • the purpose is to provide a method.
  • the present invention relates to a wafer dicing method for separating a wafer into a plurality of semiconductor dies, the femtosecond pulse laser having a pulse duration of less than 1 picosecond to the wafer adhered to the stretchable dicing tape And a cutting guide groove forming step of forming a cutting guide groove in a predetermined pattern on one surface of the wafer, and a crack inducing step of generating a crack extending from the end of the cutting guide groove toward the other surface of the wafer; And dicing tape stretching step of stretching the dicing tape to separate the plurality of semiconductor dies from each other.
  • the wafer dicing method of the present invention since the conversion of the energy of the laser into the thermal energy of the wafer is suppressed, damage to the semiconductor die can be prevented and the yield of the semiconductor die can be improved. In particular, when the size of the wafer and the semiconductor die is small, the effect is even greater. According to the wafer dicing method of the present invention, after forming the cutting guide grooves, cracks are formed to extend from the cutting guide grooves, so that a plurality of dies are easily separated when the dicing tape is stretched without digging deeply. It can be effected. In addition, since the cutting guide grooves do not need to be deeply drilled, the femtosecond pulse laser irradiation time is shortened, thereby increasing the amount of semiconductor die output per hour.
  • a method for irradiating a heating laser to the end of the cutting guide groove may be used.
  • thermal shock is applied to all the cutting guide grooves, so that a crack is formed from all the cutting guide grooves.
  • a heating laser to the end of the already formed cutting guide groove while irradiating a femtosecond pulse laser to form a cutting guide groove, there is an advantage that can increase the production speed of the semiconductor die.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a conventional method for forming a cutting guide groove in a wafer by irradiating a laser in the wafer dicing method.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating cutting a wafer by stretching a dicing tape in the conventional wafer dicing method.
  • FIG 3 is a cross-sectional view schematically showing the effect on a wafer when a nanosecond or picosecond pulsed laser is irradiated onto the wafer.
  • FIG. 4 is a view for explaining a process of forming a cutting guide groove in the wafer in the wafer dicing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of a femtosecond pulse laser on a wafer in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a process of generating cracks by applying vibration to the wafer on which the cutting guide grooves are formed by using ultrasonic waves in the first embodiment.
  • Fig. 7 is a sectional view schematically showing a wafer in which cracks are formed by vibration in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a process of dicing a dicing tape to separate each semiconductor die from each other in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a crack generation using a heating laser in the wafer dicing method according to the second embodiment of the present invention.
  • circuitry 210 nanosecond or picosecond pulsed laser
  • FIG. 4 through 8 illustrate a wafer dicing method according to a first embodiment of the present invention.
  • 4 is a view for explaining a process of forming a cutting guide groove using a femto ( 10-15 ) second pulse laser in the wafer dicing method according to the first embodiment of the present invention.
  • 5 is a view for explaining the effect of the femtosecond pulse laser on the wafer.
  • FIG. 6 is a view for explaining a process of generating a crack by applying vibration to a wafer on which a cutting guide groove is formed in this embodiment, and
  • FIG. 7 shows a crack due to vibration in this embodiment. It is sectional drawing which shows schematically this formed wafer.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a process of stretching a dicing tape to separate each semiconductor die in this embodiment.
  • the cutting guide groove forming step, the crack inducing step, and the dicing tape stretching step are sequentially performed.
  • the wafer 100 is fixed to an annular frame 30 and adhered to an upper surface of a dicing tape 20 made of a stretchable material.
  • the dicing tape 20 fixed to the annular frame 30 is placed on the chuck table 40.
  • the upper surface of the chuck table 40 is made of a porous material to adsorb the dicing tape 20 and to fix the wafer 100.
  • the chuck table 40 may be provided with a clamp (not shown) for fixing the frame 30.
  • a femtosecond pulse laser 310 is used.
  • the femtosecond pulse laser 310 is focused onto the surface of the wafer 100 by the condensing lens 320 provided in the femtosecond pulse laser irradiator 300 to form the cutting guide groove 120 on the surface of the wafer 100.
  • the femtosecond pulse laser 310 has a pulse duration of less than one pico-second, with a pulse duration of several femtoseconds to several hundred femtoseconds. On the other hand, at least a few picoseconds of time are required for the energy of the laser to be converted into thermal energy.
  • the point where the femtosecond pulse laser 310 is irradiated is heated.
  • the cutting guide groove 120 is formed on the surface of the wafer 100.
  • the surface of the wafer 100 is heated by the nanosecond or picosecond pulse laser 210, as shown in FIG.
  • the microcracks 142, the heat affected part 140, and the damaged part 134 of the circuit part 132 of the semiconductor die 130 may be formed due to thermal shock.
  • the femtosecond pulse laser 310 is used to form the cutting guide groove 120 in the wafer 100, as shown in FIG. 5, the heat effect generated by the wafer 100 heating.
  • the occurrence of microcracks due to the damaged portion and the thermal shock of the semiconductor die 100 can be suppressed. Therefore, the defective rate of the semiconductor die 130 and the circuit portion 132 around the cutting guide groove 120 is greatly reduced.
  • the cutting guide groove 120 can be effectively formed without damaging the small and thin wafer 100.
  • the cutting guide groove 120 is formed on the surface of the wafer 100 along the grating line 110, and then the crack inducing step is performed.
  • the crack inducing step is a step of generating a crack from the cutting guide groove 120 in the depth direction (or the formation direction of the cutting guide groove) of the wafer.
  • the crack inducing step is made of an exciting step of generating cracks in the wafer 100 by applying vibration to the wafer 100 using ultrasonic waves.
  • the dicing tape 20 to which the wafer 100 having the cutting guide groove 120 is adhered is transferred from the chuck table 40 to be placed on the cylindrical expansion drum 50.
  • An ultrasonic generator 400 is provided in an internal space of the expansion drum 50, and the ultrasonic generator 400 operates when the dicing tape 20 is placed on the expansion drum 50.
  • the ultrasonic wave generated by the ultrasonic generator 400 vibrates the wafer 100, a crack 122 is generated in the wafer 100 to extend from the cutting guide groove 120 formed along the grid line 110.
  • the crack 122 starts at the end of the cutting guide groove 120, which is a weak part of the wafer 100, and proceeds to the lower surface of the wafer 100. It may proceed completely to the lower surface to divide each semiconductor die 130.
  • the cutting guide groove 120 may also form a weak portion along the lattice line even with the cutting guide groove 120 having a shallow depth, and thus a femtosecond pulse laser ( It is not necessary to irradiate 310 repeatedly, and as a result, the time taken for wafer dicing and damage to the semiconductor die 100 due to wafer heating are also reduced.
  • the noise environment of the workspace may be improved.
  • the dicing tape stretching step is performed.
  • the dicing tape stretching step the dicing tape 20 is radially stretched so that the plurality of semiconductor dies 130 are separated from each other.
  • the frame 30 is moved downward while the dicing tape 20 is placed on the expansion drum 50.
  • the lowering means 60 is provided to lower the frame 30, the lowering means is in close contact with the frame 30 by the clamp 62.
  • the frame 30 is also lowered, and as a result, the dicing tape 20 extends radially.
  • each semiconductor die 130 adhered to the upper surface of the dicing tape 20 is separated from each other. That is, since the cutting guide grooves 120 and the cracks 122 are formed along the grating lines 110 in the wafer 100, each semiconductor die 130 is separated when the dicing tape 20 is extended. .
  • the adhesive is cured to lose adhesive force, so that the semiconductor dies 130 are completely separated from each other and from the dicing tape 20. do.
  • the wafer dicing method according to the second embodiment of the present invention also includes a cutting guide groove forming step, a crack inducing step and a dicing tape stretching step.
  • the crack inducing step of the present embodiment includes a heating laser at an end of the cutting guide groove. And a heating laser irradiation step for generating cracks extending from the cutting guide grooves.
  • FIG. 9 is a view for explaining a wafer dicing method according to a second embodiment of the present invention.
  • the femtosecond pulse laser irradiator 300 and the heating laser irradiator 500 are arranged side by side, and the femtosecond pulse laser 310 and the heating laser 210 are arranged on the wafer 100 by condensing lenses 320 and 520. Focused on the surface.
  • the femtosecond pulse laser 310 forms the cutting guide groove 120a, and the heating laser 510 is irradiated to the end of the already formed cutting guide groove 120b.
  • the heating laser 510 is a pulse laser or a continuous laser having a duration of several picoseconds or more, so as to apply thermal shock to the wafer 100, and is a laser irradiator emitting such a laser, and a fiber laser irradiator 500 ) Can be used.
  • the heating laser 510 is irradiated to the end of the cutting guide groove 120b formed by the femtosecond pulse laser 310, and locally heats the wafer 100 around the end of the cutting guide groove 120b.
  • the peripheral edge 150 of the cutting guide groove 120b is instantaneously heated to generate a temperature stress due to a sudden temperature change, and receives a heat shock by the temperature stress. Therefore, a crack 122 extending from the end of the cutting guide groove 120b is formed.
  • the wafer 100 is moved in the right direction D1. Then, the femtosecond pulsed laser 310 is irradiated along the next grating line 110, and the heating laser 510 is irradiated to the cutting guide groove 120a formed by the femtosecond pulsed laser 310. By repeating this process, cutting guide grooves and cracks 122 are formed along all the grid lines.
  • the heating laser 510 is irradiated to the end of the other cutting guide groove (120b) already formed, the cutting guide groove (120a) and crack Since the formation of the 122 is performed simultaneously, there is an effect that the speed of the wafer dicing process can be increased.
  • the dicing tape stretching step is performed. Since the dicing tape stretching step of this embodiment is the same as the dicing tape stretching step of the first embodiment, description thereof will be omitted.
  • the wafer dicing method according to the third embodiment of the present invention includes a cutting guide groove forming step, a heating laser irradiation step, an exciting step, and a dicing tape stretching step in this order.
  • Each cutting guide groove forming step, heating laser irradiation step, excitation step and dicing tape stretching step are the same as described in the first and second embodiments. That is, the wafer dicing method according to the third embodiment further includes the step of having an excitation between the heating laser irradiation step and the dicing tape stretching step in the wafer dicing method according to the second embodiment. Since the excitation step is the same as the excitation step of the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.
  • the wafer dicing method according to the third embodiment includes a heating laser irradiation step and an excitation step as a crack inducing step, a crack 122 extending from the cutting guide groove 120 is gradually generated. Therefore, the crack 122 is formed deeper, and the plurality of semiconductor dies 130 are separated more effectively when the dicing tape 20 is stretched.
  • the wafer 100 in the exciting step, although the wafer 100 is in a non-contact manner, the wafer 100 may be in contact with the dicing tape 20 to vibrate.
  • the expansion drum 50 by installing ultrasonic wave excitation means in the expansion drum 50, the expansion drum 50 has the dicing tape 20 in contact with the dicing tape 20, resulting in an expansion drum ( 50 may have a wafer 100.
  • the dicing tape stretching step is described as being performed after the exciting step is completed, but the tape stretching step may be performed simultaneously with the exciting step.
  • the wafer 100 is seated on the chuck table 40, and then the cutting guide groove 120 is formed and transferred to the expansion drum 50 to undergo the excitation step.
  • the step may be performed while the wafer 100 is seated on the chuck table 40.
  • the excitation means is installed in the chuck table 40.

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Abstract

본 발명은 웨이퍼를 복수의 반도체 다이로 분리시키기 위한 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 신장 가능한 다이싱 테이프에 점착된 상기 웨이퍼에 펄스 지속시간이 1피코초 미만인 펨토초 펄스 레이저를 조사하여, 상기 웨이퍼의 일 표면에 소정 패턴으로 절단안내홈을 형성하는 절단안내홈 형성단계와, 상기 절단안내홈의 단부로부터 상기 웨이퍼의 타표면을 향하여 연장되게 균열을 발생시키는 균열유발단계와, 상기 다이싱 테이프를 신장시켜, 상기 복수의 반도체 다이가 서로 분리되도록 하는 다이싱 테이프 신장단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 다이싱 방법
본 발명은 반도체 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 반도체 웨이퍼를 절단하여 반도체 웨이퍼에 형성된 복수의 반도체 다이를 서로 분리하기 위한 웨이퍼 다이싱 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼에는 격자선에 의해서 구획되어지는 복수의 반도체 다이가 형성되어 있다. 복수의 반도체 다이는 웨이퍼를 격자선을 따라서 절단함으로써, 서로 분리된다.
웨이퍼를 절단하는 방법으로써, 웨이퍼를 신장가능한 다이싱 테이프에 점착시킨 후, 나노초 펄스 레이저(nano(10-9) second pulse laser) 또는 피코초 펄스 레이저(pico(10-12) second pulse laser)를 웨이퍼의 표면에 조사하여 절단안내홈을 만든 다음, 다이싱 테이프를 방사상으로 신장시켜서 반도체 다이를 서로 분리시키는 웨이퍼 다이싱 기술이 알려져 있다.
도1 및 도2는 종래의 웨이퍼 다이싱 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면으로써, 도1은 다이싱 테이프 위에 점착된 웨이퍼에 레이저를 조사하여 절단안내홈을 형성시키는 것을 개략적으로 도시한 도면이며, 도2는 다이싱 테이프를 신장시켜 절단안내홈이 형성된 웨이퍼를 절단하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 도1 및 도2를 참조하여 종래의 웨이퍼 다이싱 방법을 설명한다. 도1을 참조하면, 웨이퍼(100)는 환형의 프레임(30)에 고정되어 있는 다이싱 테이프(20) 위에 점착되어 있다. 상기 웨이퍼(100)에는 격자선(110)에 의해서 구획되어 지는 복수의 반도체 다이(130)가 형성되어 있다. 반도체 다이(130)의 위쪽에 레이저 조사기(200)가 위치하고, 레이저 조사기(200)는 상기 격자선(110)을 따라서 레이저(210)를 조사함으로써, 웨이퍼(100)의 표면에는 절단안내홈(120)이 형성된다.
웨이퍼(100)에 절단안내홈(120)이 형성되면 웨이퍼(100)가 점착된 다이싱 테이프(20)를 도2에 도시된 바와 같이, 원통형의 확장드럼(50) 상에 놓고, 프레임(30)을 하방으로 이동시킨다. 프레임(30)을 도2에 표시된 것처럼, 하방으로 이동시키면, 다이싱 테이프(20)는 방사상으로 신장되며, 이 과정에서 절단안내홈(120)에서 균열이 발생되면서, 웨이퍼(100)는 각각의 다이(130)로 분할되는 것이다.
상기의 종래의 다이싱 방법에 있어서, 웨이퍼(100)에 절단안내홈(120)을 형성하기 위하여 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)가 사용하는데, 레이저(210)가 웨이퍼(100)에 미치는 영향을 도3을 참고하여 설명한다.
도3은 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)가 웨이퍼(100)에 조사될 때, 웨이퍼(100)에 미치는 영향을 개략적으로 도시한 도면이다. 도3을 참조하면, 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)는 나노초 또는 피코초 펄스 레이저 조사기(200)에서 방출되며, 나노초 또는 피코초 펄스 레이저 조사기(200)에는 집광렌즈(220)가 마련되어 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)가 웨이퍼(100) 표면상의 일 지점에 집속되도록 한다.
웨이퍼(100)는 다이싱 테이프(20)의 상면에 점착되어 있고, 격자선(110)에 의해 구획되는 반도체 다이(130)의 상면에는 회로부(132)가 형성되어 있다. 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)를 격자선(110)을 따라서 조사하게 되면, 웨이퍼(100)의 표면에 절단안내홈(120)이 형성된다.
한편, 레이저의 에너지가 웨이퍼(100)의 표면에서 열에너지로 변환되는데는 적어도 수 피코초의 시간이 소요되고, 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)의 펄스 지속시간은 수 피코초 이상 소요됨으로써, 레이저의 에너지가 웨이퍼(100)의 표면에서 열에너지 형태로 변환되게 된다. 이때, 열에너지에 의해서 형성되는 절단안내홈(120)의 주변에는 레이저로 인한 열에 의해 재료적 특성이 변화된 열영향부(140)가 형성된다. 또한, 열충격으로 인해서 웨이퍼(100)의 내부에는 미세한 균열(142)이 형성되기도 하는바, 특히, 소형 및 박형의 반도체 다이(130)의 경우에는 반도체 다이(130)의 회로부(132)가 열충격에 의해서 손상부(134)가 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 레이저(210)로 인한 열에 의해서 웨이퍼(100)가 용융되기도 하고, 웨이퍼(100)가 용융된 파편(144)이 비산되면서, 반도체 다이(130)의 회로부(132)를 오염시키기도 한다.
이러한 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)에 의해 유발된 미세 균열(142) 및 오염은 반도체 다이(130)의 불량을 야기하며, 반도체 다이(130)의 수율을 저하시킨다. 특히, 반도체 다이(130)의 크기가 수십 마이크로미터에 불과한 소형 및 박형일 경우에는 수율이 현저히 저하된다.
또한, 종래의 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 각각의 반도체 다이(130)을 서로 분리시키기 위해서, 다이싱 테이프(20)를 신장시키는 단계를 거치는데, 이 단계에서 웨이퍼(100)의 표면에 형성된 절단안내홈(120)이 충분히 깊지 않을 경우, 다이싱 테이프(20)가 신장되더라도, 절단안내홈(120)을 따라서 분리되지 않는 반도체 다이(130)가 생기게 된다. 뿐만 아니라, 상기 레이저(210)에 의한 미세균열(142)에 의해서 반도체 다이(130)로 균열이 진행되는 경우도 발생되기도 한다. 이러한 현상 때문에 반도체 다이(130)의 수율이 저하되는 문제점이 있으며, 이러한 문제점은 반도체 웨이퍼(100) 및 반도체 다이(130)의 크기가 작아질수록 더욱 심각하게 나타난다.
발광소자(LED)를 제작하기 위한 사파이어 웨이퍼의 경우, 웨이퍼(100)의 직경이 대략 50밀리미터이며, 반도체 다이(130)의 한 변의 크기가 20마이크로미터 정도에 불과하므로, 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)를 이용하는 종래의 방법을 사용하여 웨이퍼(100)를 절단할 경우, 반도체 다이(130)의 불량률이 크게 증가하여, 반도체 다이(130)의 수율이 심각하게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저의 에너지가 웨이퍼의 열에너지 형태로 변환되는 것을 억제하여, 반도체 다이의 수율을 높이고, 반도체 다이를 분리시키는 속도를 증가시키기 위한 웨이퍼 다이싱 방법을 제공함에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웨이퍼를 복수의 반도체 다이로 분리시키기 위한 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 신장 가능한 다이싱 테이프에 점착된 상기 웨이퍼에 펄스 지속시간이 1피코초 미만인 펨토초 펄스 레이저를 조사하여 상기 웨이퍼의 일 표면에 소정 패턴으로 절단안내홈을 형성하는 절단안내홈 형성단계와, 상기 절단안내홈의 단부로부터 웨이퍼의 타표면을 향하여 연장되게 균열을 발생시키는 균열유발단계와, 상기 다이싱 테이프를 신장시켜 상기 복수의 반도체 다이가 서로 분리되도록 하는 다이싱 테이프 신장단계를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 다이싱 방법에 의하면, 레이저의 에너지가 웨이퍼의 열에너지로 변환되는 것이 억제되므로, 반도체 다이의 손상을 방지하여, 반도체 다이의 수율을 높이는 효과가 있다. 특히, 웨이퍼와 반도체 다이의 크기가 작은 경우에 있어서, 더욱 그 효과가 크다. 그리고, 본 발명의 웨이퍼 다이싱 방법에 의하면, 절단안내홈을 형성한 후에 절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시킴으로써, 절단안내홈을 깊게 파지 않고도 다이싱 테이프의 신장시 용이하게 복수의 다이를 분리시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 절단안내홈을 깊게 파지 않아도 되므로, 펨토초 펄스 레이저 조사 시간이 단축되어 시간당 반도체 다이 생산량이 증가되는 효과가 있다.
절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시키기 위한 방법으로써, 웨이퍼를 가진할 경우, 절단안내홈에서 연장되는 복수의 균열이 웨이퍼 전반에서 안정적으로 형성된다. 특히, 초음파를 이용하여 웨이퍼를 가진할 경우, 초음파는 가청 주파수 범위를 벗어나므로, 작업공간의 소음환경을 개선시킬 수 있다.
절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시키기 위한 방법으로써, 절단안내홈의 단부에 가열 레이저를 조사하는 방법을 사용할 수도 있다. 이 경우, 모든 절단안내홈에 열충격을 각각 가하게 되므로, 균열이 모든 절단안내홈으로부터 빠짐없이 형성되어 진다. 특히, 펨토초 펄스 레이저를 조사하여 절단안내홈을 형성하면서, 이미 형성된 절단안내홈의 단부에 가열 레이저를 조사하는 경우, 반도체 다이 생산 속도를 높일 수 있는 장점이 있다.
절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시키기 위한 방법으로써, 가열 레이저를 절단안내홈의 단부 조사한 후에, 웨이퍼에 진동을 추가적으로 가하는 경우, 절단안내홈에서 연장되는 균열이 더욱 잘 형성되므로, 다이싱 테이프(20)를 신장시킴에 따라 복수의 반도체 다이가 더욱 효과적으로 분리된다.
도1은 종래의 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 레이저를 조사하여 웨이퍼에 절단안내홈을 형성시키는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 종래의 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 다이싱 테이프를 신장시켜 웨이퍼를 절단하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도3은 나노초 또는 피코초 펄스 레이저가 웨이퍼에 조사될 때, 웨이퍼에 미치는 영향을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 웨이퍼에 절단안내홈을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도5는 제1실시예에 있어서, 펨토초 펄스 레이저가 웨이퍼에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도6은 제1실시예에 있어서, 절단안내홈이 형성된 웨이퍼에 초음파를 이용하여 진동을 가함으로써, 균열을 발생시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도7은 제1실시예에 있어서, 진동에 의해서 균열이 형성된 웨이퍼를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도8은 제1실시예에 있어서, 다이싱 테이프를 신장시켜, 각각의 반도체 다이를 서로 분리시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도9는 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 가열 레이저를 이용하여, 균열을 발생시키는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
20 ... 다이싱 테이프 30 ... 프레임
100 ... 웨이퍼 110 ... 격자선
120 ... 절단안내홈 130 ... 반도체 다이
132 ... 회로부 210 ... 나노초 또는 피코초 펄스 레이저
310 ... 펨토초 펄스 레이저 510 ... 가열 레이저
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법에 대하여 설명한다.
도4 내지 도8은 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 펨토초 펄스 레이저(femto(10-15) second pulse laser)를 이용하여, 절단안내홈을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도5는 펨토초 펄스 레이저가 웨이퍼에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다. 도6은 본 실시예에 있어서, 절단안내홈이 형성된 웨이퍼에 초음파를 이용하여 진동을 가함으로써, 균열을 발생시키는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도7은 본 실시예에 있어서, 진동에 의해서 균열이 형성된 웨이퍼를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도8은 본 실시예에 있어서, 다이싱 테이프를 신장시켜, 각각의 반도체 다이를 분리시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법은 절단안내홈 형성단계, 균열유발단계 및 다이싱 테이프 신장단계를 순차적으로 거치게 된다.
[절단안내홈 형성단계]
상기 웨이퍼(100)는 도1에 도시된 바와 같이, 환형의 프레임(30)에 고정되며, 신축가능한 재질로 이루어진 다이싱 테이프(20)의 상면에 점착되어 있다.
환형의 프레임(30)에 고정된 다이싱 테이프(20)는 척 테이블(40)위에 놓여진다. 척 테이블(40)의 상면은 다공성 물질로 이루어져 다이싱 테이프(20)를 흡착하며, 웨이퍼(100)를 고정시키는 역할을 한다. 척 테이블(40)에는 프레임(30)을 고정시키기 위한 클램프(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 척 테이블(40)상에 다이싱 테이프(20) 및 웨이퍼(100)가 안착되면, 펨토초 펄스 레이저(310)가 격자선(110)을 따라서 조사되도록, 척 테이블(40)이 전후 좌우 방향으로 이송되어 진다. 이러한 방식으로, 웨이퍼(100)의 표면에는 격자형 패턴으로 절단안내홈(120)이 형성된다.
본 실시예의 절단안내홈(120)을 형성하는 단계에서는, 펨토초 펄스 레이저(310)를 사용한다. 펨토초 펄스 레이저(310)는 펨토초 펄스 레이저 조사기(300)에 마련된 집광렌즈(320)에 의해 웨이퍼(100)의 표면으로 집속되어 웨이퍼(100)의 표면에 절단안내홈(120)을 형성하게 된다. 펨토초 펄스 레이저(310)는 펄스 지속시간이 1피코초(pico-second) 미만으로, 수 펨토초 내지는 수백 펨토초의 펄스 지속시간을 가진다. 한편, 레이저의 에너지가 열에너지로 변환되기 위해서는 적어도 수 피코초 정도의 시간이 필요하므로, 펨토초 펄스 레이저(310)가 웨이퍼(100)에 조사될 경우, 펨토초 펄스 레이저(310)가 조사된 지점이 가열되기 전에, 웨이퍼(100)의 표면에 절단안내홈(120)이 형성된다.
나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)를 사용하는 종래의 웨이퍼 다이싱 방법의 경우에는, 나노초 또는 피코초 펄스 레이저(210)에 의해서 웨이퍼(100) 표면이 가열되므로, 도3에 도시된 바와 같이, 열충격에 의한 미세균열(142), 열영향부(140) 및 반도체 다이(130)의 회로부(132)의 손상부(134)가 형성되는 문제 등이 있다. 그러나, 본 실시예에서는 웨이퍼(100)에 절단안내홈(120)을 형성하기 위해서 펨토초 펄스 레이저(310)를 이용하므로, 도5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(100) 가열에 의해 발생되는 열영향부, 반도체 다이(100)의 손상부 및 열충격에 의한 미세균열의 발생이 억제된다. 따라서, 절단안내홈(120)의 주변의 반도체 다이(130) 및 회로부(132)의 불량률이 대폭으로 감소된다.
따라서, 본 실시예의 절단안내홈 형성단계에 따르면, 소형 및 박형의 웨이퍼(100)라도 손상없이 효과적으로 절단안내홈(120)이 형성될 수 있다.
[균열유발단계]
상기와 같은 방법으로 펨토초 펄스 레이저(310)를 이용하여, 상기 격자선(110)을 따라서 웨이퍼(100)의 표면에 절단안내홈(120)을 형성한 다음, 상기 균열유발단계를 진행한다.
균열유발단계는 절단안내홈(120)으로부터 웨이퍼의 깊이방향(또는 절단안내홈의 형성방향)으로 균열을 발생시키는 단계이다. 본 실시예에서 상기 균열유발단계는 초음파를 이용하여, 상기 웨이퍼(100)에 진동을 가함으로써, 웨이퍼(100)에 균열을 발생시키는 가진(加振)단계로 이루어저 있다.
도6을 참조하면, 절단안내홈(120)이 형성된 웨이퍼(100)가 점착된 다이싱 테이프(20)는 척 테이블(40)에서 이송되어, 원통형의 확장드럼(50) 상에 놓여지게 된다.
상기 확장드럼(50)의 내부 공간에는 초음파 발생기(400)가 마련되어 있으며, 초음파 발생기(400)는 확장드럼(50) 위에 다이싱 테이프(20)가 놓여지면 작동된다. 초음파 발생기(400)에 의해서 발생된 초음파가 웨이퍼(100)를 진동시키게 되면, 웨이퍼(100)에는 격자선(110)을 따라 형성된 절단안내홈(120)으로부터 연장되게 균열(122)이 발생된다.
도7을 참조하면, 균열(122)은 웨이퍼(100)의 취약부분인 절단안내홈(120)의 단부에서 시작되어 웨이퍼(100)의 하면으로 진행되어 지며, 일부의 균열(122)은 웨이퍼의 하면까지 완전히 진행되어 각각의 반도체 다이(130)를 분할시키기도 한다.
상기와 같이, 절단안내홈(120)으로부터 연장되는 균열(122)을 발생시킴으로써, 펨토초 펄스 레이저(310)를 이용하여 절단안내홈(120)을 깊게 파지 않아도 다이싱 테이프(20)의 신장시 용이하게 복수의 반도체 다이(130)를 분리시킬 수 있다. 즉, 절단안내홈(120)은 균열 발생을 위한 노치(notch)에 불과하므로, 얕은 깊이의 절단안내홈(120)으로도 격자선을 따라 취약부분을 형성시킬 수 있으며, 이에 따라 펨토초 펄스 레이저(310)를 반복적으로 조사할 필요가 없으며, 결과적으로, 웨이퍼 다이싱에 소요되는 시간 및 웨이퍼 가열에 의한 반도체 다이(100)의 손상도 감소된다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법은 웨이퍼(100)를 가진하기 위하여, 초음파를 사용하므로, 작업공간의 소음환경을 개선시킬 수 있다.
[다이싱 테이프 신장단계]
상기와 같은 방법으로 초음파를 이용하여 절단안내홈(120)으로부터 연장되는 균열(122)을 유발시킨 다음, 다이싱 테이프 신장단계가 수행된다.
다이싱 테이프 신장단계는 상기 다이싱 테이프(20)를 방사상으로 신장시켜, 상기 복수의 반도체 다이(130)가 서로 분리되도록 하는 단계이다.
도8을 참조하면, 다이싱 테이프(20)를 신장시키기 위해서, 다이싱 테이프(20)가 확장드럼(50) 위에 놓여진 상태에서 상기 프레임(30)을 하방으로 이동시킨다. 본 실시예에서, 프레임(30)을 하강시키기 위하여 하강수단(60)이 마련되어 있고, 하강수단은 클램프(62)에 의해서 프레임(30)과 밀착 결합하게 된다. 하강수단(60)이 하강하게 되면 프레임(30)도 함께 하강하게 되고, 결과적으로 다이싱 테이프(20)는 방사상으로 신장된다.
다이싱 테이프(20)가 방사상으로 신장되게 되면, 다이싱 테이프(20)의 상면에 점착된 각각의 반도체 다이(130)는 서로 분리되어 진다. 즉, 웨이퍼(100)에는 격자선(110)을 따라 절단안내홈(120) 및 균열(122)이 형성되어 있으므로, 다이싱 테이프(20)가 신장될 때, 각 반도체 다이(130)가 분리된다.
한편, 다이싱 테이프(20)의 신장으로 반도체 다이(130)들이 분리된 후에는 점착제를 경화시켜서, 점착력을 상실시킴으로써, 각 반도체 다이(130)들 상호간 및 다이싱 테이프(20)로부터 완전히 분리되게 된다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법도 절단안내홈 형성단계, 균열유발단계 및 다이싱 테이프 신장단계를 구비하며, 본 실시예의 상기 균열유발단계는 절단안내홈의 단부에 가열 레이저를 조사하여, 절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시키는 가열 레이저 조사단계로 이루어져 있다.
도9는 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법을 설명하기 위한 것으로, 가열 레이저를 이용하여, 균열을 유발시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도9를 참조하면, 펨토초 펄스 레이저 조사기(300)와 가열 레이저 조사기(500)가 나란하게 배치되며, 펨토초 펄스 레이저(310)와 가열 레이저(210)는 집광렌즈(320,520)에 의해서 웨이퍼(100) 표면에 집속된다. 펨토초 펄스 레이저(310)는 절단안내홈(120a)을 형성하며, 가열 레이저(510)는 이미 형성된 절단안내홈(120b)의 단부에 조사된다. 가열 레이저(510)는 웨이퍼(100)에 열충격을 가할 수 있도록, 수 피코초 이상의 지속시간을 갖는 펄스 레이저 또는 연속 레이저이며, 이러한 레이저를 방출하는 레이저 조사기로써, 파이버 레이저(fiber laser) 조사기(500)가 사용될 수 있다.
가열 레이저(510)는 펨토초 펄스 레이저(310)에 의해서 형성된 절단안내홈(120b)의 단부에 조사되며, 절단안내홈(120b)의 단부 주변의 웨이퍼(100)를 국소적으로 가열한다. 이때, 절단안내홈(120b)의 단부 주변(150)은 순간적으로 가열되어 급격한 온도변화에 의해서 온도응력이 발생되고, 그 온도응력에 의하여 열충격(heat shock)을 받게 된다. 따라서, 절단안내홈(120b)의 단부로 부터 연장되는 균열(122)이 형성된다.
절단안내홈(120a)과 균열(122)을 형성한 다음, 웨이퍼(100)를 우측방향(D1)으로 이동시킨다. 그리고, 펨토초 펄스 레이저(310)를 다음 격자선(110)을 따라서 조사하고, 가열 레이저(510)를 펨토초 펄스 레이저(310)에 의해 형성된 절단안내홈(120a)에 조사한다. 이와 같은 과정을 반복함으로써, 모든 격자선을 따라서 절단안내홈 및 균열(122)을 형성한다.
상기와 같이, 절단안내홈(120b)으로부터 연장되게 균열(122)을 발생시키기 위한 방법으로 절단안내홈(120b)의 단부에 가열 레이저(510)를 조사하는 경우, 모든 절단안내홈에 열충격을 각각 가하게 되므로, 균열(122)이 모든 절단안내홈으로부터 빠짐없이 형성되어 진다. 따라서, 후공정인 다이싱 테이프(20)의 신장시 각 반도체 다이(130) 상호간의 분리율을 높여 불량 발생률을 줄인다.
또한, 펨토초 펄스 레이저(310)를 조사하여 절단안내홈(120a)을 형성하면서, 이미 형성된 다른 절단안내홈(120b)의 단부에 가열 레이저(510)를 조사하여, 절단안내홈(120a)과 균열(122)의 형성이 동시에 이루어지므로, 웨이퍼 다이싱 공정의 속도를 높일 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 방법으로, 웨이퍼(100)의 절단안내홈으로부터 연장되는 균열(122)을 형성한 다음에는, 다이싱 테이프 신장단계를 수행한다. 본 실시예의 다이싱 테이프 신장단계는 상기 제1실시예의 다이싱 테이프 신장단계와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법을 설명한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법은 절단안내홈 형성단계, 가열 레이저 조사단계, 가진단계 및 다이싱 테이프 신장단계를 순서대로 구비한다. 각 절단안내홈 형성단계, 가열 레이저 조사단계, 가진단계 및 다이싱 테이프 신장단계는 상기 제1실시예 및 제2실시예에서 설명한 것과 동일하다. 즉, 제3실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법은 제2실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 가열 레이저 조사단계와 다이싱 테이프 신장단계 사이에 가진단계를 더 구비한 것이다. 가진단계는 제1실시예의 가진단계와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제3실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법은 균열 유발 단계로써, 가열 레이저 조사단계 및 가진단계를 함께 구비하므로, 절단안내홈(120)에서 연장되는 균열(122)을 누차적으로 발생시킨다. 그러므로, 균열(122)이 더욱 깊게 형성되며, 다이싱 테이프(20)의 신장시 더욱 효과적으로 복수의 반도체 다이(130)가 분리된다.
한편, 상기 제1실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 가진단계에서는 비접촉식으로 웨이퍼(100)를 가진하지만, 다이싱 테이프(20)에 접촉하여 웨이퍼(100)에 진동을 가할 수도 있다. 예를 들면, 상기 확장드럼(50)에 초음파 가진수단을 설치하여, 확장드럼(50)이 다이싱 테이프(20)와 접촉된 상태에서 다이싱 테이프(20)를 가진함으로써, 결과적으로 확장드럼(50)이 웨이퍼(100)를 가진할 수도 있는 것이다.
또한, 제1실시예에 따른 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서, 상기 다이싱 테이프 신장단계는 가진단계가 완료된 후에 진행되는 것으로 설명하였으나, 테이프 신장단계는 가진단계와 동시에 진행될 수도 있다.
또한, 제1실시예에서는 척 테이블(40) 위에 상기 웨이퍼(100)가 안착된 다음 절단안내홈(120)을 형성하고, 이를 확장드럼(50)으로 이송하여, 가진단계를 거치게 되나, 상기 가진단계는 웨이퍼(100)가 척테이블(40)에 안착된 상태에서 진행될 수도 있다. 이 경우, 상기 척 테이블(40)에 가진수단이 설치된다.
이상, 본 발명의 일부 실시예들에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들로 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다.

Claims (6)

  1. 웨이퍼를 복수의 반도체 다이로 분리시키기 위한 웨이퍼 다이싱 방법에 있어서,
    신장 가능한 다이싱 테이프에 점착된 상기 웨이퍼에 펄스 지속시간이 1피코초 미만인 펨토초 펄스 레이저를 조사하여, 상기 웨이퍼의 일 표면에 소정 패턴으로 절단안내홈을 형성하는 절단안내홈 형성단계와,
    상기 절단안내홈의 단부로부터 상기 웨이퍼의 타표면을 향하여 연장되게 균열을 발생시키는 균열유발단계와,
    상기 다이싱 테이프를 신장시켜, 상기 복수의 반도체 다이가 서로 분리되도록 하는 다이싱 테이프 신장단계를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 다이싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 균열유발단계는, 상기 웨이퍼에 진동을 가하여 상기 절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시키는 웨이퍼 가진단계인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 다이싱 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 웨이퍼 가진단계는, 초음파를 이용하여, 상기 웨이퍼에 진동을 가하는 단계인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 다이싱 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 균열유발단계는, 상기 절단안내홈의 단부에 가열 레이저를 조사하여, 상기 절단안내홈의 상기 단부를 국소적으로 가열함으로써, 상기 절단안내홈의 상기 단부에 열충격을 가하여 상기 절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시키는 가열 레이저 조사단계인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 다이싱 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가열 레이저 조사단계는, 상기 펨토초 펄스 레이저를 상기 웨이퍼의 표면에 조사하여 상기 절단안내홈을 형성하면서, 상기 펨토초 펄스 레이저에 의해 이미 형성된 절단안내홈의 단부에 가열 레이저를 조사하여, 상기 균열을 발생시키는 단계인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 다이싱 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 균열유발단계는:
    상기 절단안내홈의 단부에 가열 레이저를 조사하여, 상기 절단안내홈의 상기 단부를 국소적으로 가열함으로써, 상기 절단안내홈의 상기 단부에 열충격을 가하여상기 절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시키는 가열 레이저 조사단계와,
    상기 웨이퍼에 진동을 가하여 상기 절단안내홈으로부터 연장되게 균열을 발생시키는 가진단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 다이싱 방법.
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