JP2013081953A - Metal plate ablation method - Google Patents
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Description
本発明は、金属板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施す金属板のアブレーション加工方法に関する。 The present invention relates to a metal plate ablation method for performing ablation processing by irradiating a metal plate with a laser beam.
IC、LSI、LED等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、例えばレーザ加工装置によるアブレーション加工によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。 A wafer such as a silicon wafer or a sapphire wafer formed on the surface by dividing a plurality of devices such as IC, LSI, LED, etc. by dividing lines is divided into individual devices by ablation processing by a laser processing apparatus, for example. Devices are widely used in various electric devices such as mobile phones and personal computers.
レーザ加工装置によるアブレーション加工方法では、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをウエーハに照射してアブレーション加工によりレーザ加工溝を形成する。そして、このレーザ加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハを割断して個々のデバイスへと分割する(例えば、特開平10−305420号公報参照)。 In the ablation processing method using a laser processing apparatus, a laser processing groove is formed by ablation processing by irradiating the wafer with a pulsed laser beam having a wavelength that is absorptive to the wafer. Then, the wafer is cleaved by the braking device along the laser processing groove and divided into individual devices (see, for example, JP-A-10-305420).
また、サファイア基板の上面に積層されたエピタキシャル層(n型半導体とp型半導体からなる発光層)をCu、Mo等の金属板の表面に金錫等のロー剤によって貼り付け、サファイア基板側からレーザビームを照射してサファイア基板とエピタキシャル層との間に介在するバファー層を破壊して、エピタキシャル層を金属板に移し替えるリフトオフと称する技術が知られている。この金属板を分割して形成された裏面に金属板を有するデバイスは、耐熱特性が優れているという特徴を有している。 Also, an epitaxial layer (a light emitting layer made of an n-type semiconductor and a p-type semiconductor) laminated on the upper surface of the sapphire substrate is attached to the surface of a metal plate such as Cu or Mo with a brazing agent such as gold tin, A technique called lift-off is known in which a laser beam is irradiated to break a buffer layer interposed between a sapphire substrate and an epitaxial layer, and the epitaxial layer is transferred to a metal plate. A device having a metal plate on the back surface formed by dividing the metal plate is characterized by excellent heat resistance.
ところで、半導体ウエーハによってはTEG(Test Element Group)と称するデバイスの特性をテストする電極が分割予定ライン(ストリート)上に形成されている場合がある。TEGのような金属膜(金属板)が形成されていると、レーザビームのエネルギーの拡散及び反射が起こり、レーザビームのエネルギーがアブレーション加工に十分使用されず、TEGの部分でアブレーション加工が遮断されるという問題がある。 By the way, depending on the semiconductor wafer, an electrode for testing a characteristic of a device called TEG (Test Element Group) may be formed on a division line (street). When a metal film (metal plate) such as TEG is formed, the laser beam energy is diffused and reflected, and the laser beam energy is not sufficiently used for ablation, and the ablation process is blocked at the TEG part. There is a problem that.
また、リフトオフ技術により形成された表面にエピタキシャル層を有する金属板にレーザビームを照射して、エピタキシャル層とともに金属板を分割してLED等の発光デバイスを形成すると、金属板においてレーザビームのエネルギーの拡散及びレーザビームの反射が起こりエネルギー損失が大きく、レーザ加工が十分遂行されないという問題がある。 Further, when a metal plate having an epitaxial layer on the surface formed by the lift-off technique is irradiated with a laser beam and the metal plate is divided together with the epitaxial layer to form a light emitting device such as an LED, the energy of the laser beam in the metal plate is reduced. There is a problem that diffusion and reflection of the laser beam occur, energy loss is large, and laser processing is not performed sufficiently.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射を抑制可能な金属板のアブレーション加工方法を提供することである。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a metal plate ablation processing method capable of suppressing energy diffusion and laser beam reflection.
本発明によると、金属板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施す金属板のアブレーション加工方法であって、少なくともアブレーション加工すべき金属板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して該微粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成された金属板の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を具備したことを特徴とする金属板のアブレーション加工方法が提供される。 According to the present invention, there is provided an ablation processing method for a metal plate in which a metal plate is irradiated with a laser beam to perform ablation processing, and at least a region of the metal plate to be ablated has an absorption property with respect to the wavelength of the laser beam. A protective film forming step of forming a protective film containing fine powder by applying a liquid resin mixed with fine powder of the product, and after performing the protective film forming step, in the region of the metal plate on which the protective film is formed And a laser processing step of performing ablation processing by irradiating a laser beam.
好ましくは、酸化物の微粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さい。好ましくは、レーザビームの波長は355nm以下であり、酸化物の微粉末は、Fe2O3、ZnO、TiO2、CeO2、CuO、Cu2O及びMgOからなる群から選択された金属酸化物を含み、液状樹脂はポリビニルアルコールを含む。 Preferably, the average particle diameter of the fine oxide powder is smaller than the spot diameter of the laser beam. Preferably, the wavelength of the laser beam is 355 nm or less, and the fine oxide powder is a metal oxide selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , ZnO, TiO 2 , CeO 2 , CuO, Cu 2 O and MgO. The liquid resin contains polyvinyl alcohol.
本発明の金属板のアブレーション加工方法は、少なくともアブレーション加工をすべき金属板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して保護膜を形成するので、レーザビームが酸化物の微粉末に吸収されてバンドギャップエネルギーに達して原子の結合力が破壊されることによって連鎖的に金属板にアブレーション加工が施され、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射が抑制されて金属板基板のアブレーション加工が効率的に円滑に遂行される。 According to the metal plate ablation processing method of the present invention, a protective film is applied by applying a liquid resin mixed with oxide fine powder having an absorptivity to the wavelength of the laser beam to at least the region of the metal plate to be ablated. As a result, the laser beam is absorbed by the fine oxide powder, reaches the band gap energy, and the bonding force of the atoms is broken, so that the metal plate is ablated in a chain, energy diffusion and laser beam Thus, the ablation processing of the metal plate substrate is efficiently and smoothly performed.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の金属板のアブレーション加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置の概略構成図を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus suitable for carrying out the metal plate ablation processing method of the present invention.
レーザ加工装置2は、静止基台4上にX軸方向に移動可能に搭載された第1スライドブロック6を含んでいる。第1スライドブロック6は、ボールねじ8及びパルスモータ10から構成される加工送り手段12により一対のガイドレール14に沿って加工送り方向、すなわちX軸方向に移動される。
The
第1スライドブロック6上には第2スライドブロック16がY軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第2スライドブロック16はボールねじ18及びパルスモータ20から構成される割り出し送り手段22により一対のガイドレール24に沿って割り出し方向、すなわちY軸方向に移動される。
A
第2スライドブロック16上には円筒支持部材26を介してチャックテーブル28が搭載されており、チャックテーブル28は加工送り手段12及び割り出し送り手段22によりX軸方向及びY軸方向に移動可能である。チャックテーブル28には、チャックテーブル28に吸引保持された金属板をクランプするクランプ30が設けられている。
A chuck table 28 is mounted on the
静止基台4にはコラム32が立設されており、このコラム32にはレーザビーム照射ユニット34を収容するケーシング35が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット34は、図2に示すように、YAGレーザ又はYVO4レーザを発振するレーザ発振器62と、繰り返し周波数設定手段64と、パルス幅調整手段66と、パワー調整手段68とを含んでいる。
A
レーザビーム照射ユニット34のパワー調整手段68により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング35の先端に取り付けられた集光器36のミラー70で反射され、更に集光用対物レンズ72によって集光されてチャックテーブル28に保持されている金属板11に照射される。
The pulse laser beam adjusted to a predetermined power by the power adjusting means 68 of the laser
ケーシング35の先端部には、集光器36とX軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット38が配設されている。撮像ユニット38は、可視光によって金属板の加工領域を撮像する通常のCCD等の撮像素子を含んでいる。
At the tip of the
撮像ユニット38は更に、金属板に赤外線を照射する赤外線照射器と、赤外線照射器によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線CCD等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像ユニットを含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ(制御手段)40に送信される。
The
コントローラ40はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)42と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ(ROM)44と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)46と、カウンタ48と、入力インターフェイス50と、出力インターフェイス52とを備えている。
The
56は案内レール14に沿って配設されたリニアスケール54と、第1スライドブロック6に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段56の検出信号はコントローラ40の入力エンターフェイス50に入力される。
60はガイドレール24に沿って配設されたリニアスケール58と第2スライドブロック16に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段60の検出信号はコントローラ40の入力インターフェイス50に入力される。
撮像ユニット38で撮像した画像信号もコントローラ40の入力インターフェイス50に入力される。一方、コントローラ40の出力インターフェイス52からはパルスモータ10、パルスモータ20、レーザビーム照射ユニット34等に制御信号が出力される。
An image signal captured by the
図3を参照すると、本発明第1実施形態の被加工物である表面にエピタキシャル層13を有する金属板11の斜視図が示されている。この金属板11の製造方法では、n型半導体及びp型半導体からなるエピタキシャル層13が、図示しないサファイア基板上に積層され、エピタキシャル層13側がCu、Mo等の金属板11の表面に金錫等のロー剤によって貼着される。
Referring to FIG. 3, there is shown a perspective view of a
その後、サファイア基板側からレーザビームを照射してサファイア基板とエピタキシャル層13との間に介在するバッファ層を破壊してエピタキシャル層13をサファイア基板からリフトオフし、エピタキシャル層13を金属板11表面に移し替えるリフトオフ技術により製造される。
Thereafter, the laser beam is irradiated from the sapphire substrate side to destroy the buffer layer interposed between the sapphire substrate and the
エピタキシャル層13には、第1のストリートS1と第2のストリートS2とが直交して形成されており、第1のストリートS1と第2のストリートS2とによって区画された領域にLED等の多数の発光デバイスDが形成されている。
In the
金属板11は粘着テープであるダイシングテープTに貼着され、ダイシングテープTの外周部は環状フレームFに貼着されている。これにより、金属板11はダイシングテープTを介して環状フレームFに支持された状態となり、図1に示すクランプ30により環状フレームFをクランプすることによりチャックテーブル28上に支持固定される。
The
図4を参照すると、本発明第2実施形態の被加工物である半導体ウエーハWの斜視図が示されている。図3に示したエピタキシャル層13と同様に、半導体ウエーハWの表面には第1のストリートS1と第2のストリートS2とが直交して形成されており、第1のストリートS1と第2のストリートS2とによって区画された領域に多数のデバイスDが形成されている。
Referring to FIG. 4, there is shown a perspective view of a semiconductor wafer W that is a workpiece of the second embodiment of the present invention. Similar to the
図4の一部拡大図に示すように、第2のストリートS2には、デバイスDの特性をテストする電極であるTEG(Test Element Group)15が形成されている。TEG15はAu、Al、Cu等から形成されている。
As shown in the partially enlarged view of FIG. 4, a TEG (Test Element Group) 15 that is an electrode for testing the characteristics of the device D is formed on the second street S2. The
第1のストリートS1にも、同様なTEG15が形成されている。図3に示した実施形態と同様に、ウエーハWは粘着テープであるダイシングテープTに貼着され、ダイシングテープTの外周部は環状フレームFに貼着されている。
A
本発明の金属板のアブレーション加工方法を、図3に示す第1実施形態の被加工物である金属板11について以下に説明する。まず、金属板11のアブレーション加工すべき領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程を実施する。
The metal plate ablation method of the present invention will be described below with respect to the
例えば、図5に示すように、液状樹脂供給源76にはレーザビームの波長(例えば355nm)に対して吸収性を有する酸化物の微粉末(例えばTiO2)を混入したPVA(ポリビニルアルコール)等の液状樹脂80が貯蔵されている。
For example, as shown in FIG. 5, the liquid
ポンプ78を駆動することにより、液状樹脂供給源76に貯蔵されている液状樹脂80を供給ノズル74から金属板11の表面に供給し、液状樹脂80を金属板11の表面に塗布する。そして、この液状樹脂80を硬化させてレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末が混入された保護膜82を形成する。
By driving the
金属板11の表面上への液状樹脂80の塗布方法は、例えば金属板11を回転させながら塗布するスピンコート法を採用可能である。PVA(ポリビニルアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)等の液状樹脂中に混入される酸化物の微粉末として、本実施形態ではTiO2を採用した。
As a method for applying the
図5に示す実施形態では酸化物の微粉末を含有する液状樹脂80を金属板11の全面に塗布して保護膜82を形成しているが、液状樹脂80をアブレーション加工すべき領域、即ち第1のストリートS1及び第2のストリートS2のみに塗布して保護膜を形成するようにしてもよい。液状樹脂に混入する酸化物の微粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さいのが好ましく、例えば10μmより小さいのが好ましい。
In the embodiment shown in FIG. 5, the
図6を参照すると、ZnO、TiO2、CeO2、Fe2O3の分光透過率が示されている。このグラフから、アブレーション加工に使用するレーザビームの波長を、355nm以下に設定すると、レーザビームがこれらの金属酸化物の微粉末に殆ど吸収されることが理解される。 Referring to FIG. 6, the spectral transmittances of ZnO, TiO 2 , CeO 2 , and Fe 2 O 3 are shown. From this graph, it is understood that when the wavelength of the laser beam used for ablation processing is set to 355 nm or less, the laser beam is almost absorbed by the fine powder of these metal oxides.
図6に示した金属酸化物以外にも、CuO、Cu2O及びMgOも同様な傾向の分光透過率を有しているため、液状樹脂に混入する微粉末として採用することができる。よって、液状樹脂に混入する酸化物の微粉末としては、TiO2、Fe2O3、ZnO、CeO2、CuO、Cu2O、MgOの何れかを採用することができる。 In addition to the metal oxide shown in FIG. 6, CuO, Cu 2 O, and MgO have the same tendency of spectral transmittance, and thus can be adopted as fine powder mixed in the liquid resin. Therefore, any one of TiO 2 , Fe 2 O 3 , ZnO, CeO 2 , CuO, Cu 2 O, and MgO can be used as the fine oxide powder mixed in the liquid resin.
表1にこれらの金属酸化物の消光係数(消衰係数)k及び融点を示す。ちなみに、消光係数kと吸収係数αとの間にはα=4πk/λの関係がある。ここで、λは使用する光の波長である。 Table 1 shows the extinction coefficient (extinction coefficient) k and melting point of these metal oxides. Incidentally, there is a relationship of α = 4πk / λ between the extinction coefficient k and the absorption coefficient α. Here, λ is the wavelength of light to be used.
液状樹脂塗布工程を実施して金属板11の表面に保護膜82を形成後、アブレーション加工によるレーザ加工工程を実施する。このレーザ加工工程では、図7に示すように、金属板11及び保護膜82中の酸化物の微粉末に対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のパルスレーザビーム37を集光器36で集光して金属板11の表面に照射しつつ、チャックテーブル28を図7で矢印X1方向に所定の加工送り速度で移動して、第1のストリートS1に沿ってアブレーション加工によりレーザ加工溝84を形成する。
After performing the liquid resin coating process to form the
金属板11を保持したチャックテーブル28をY軸方向に割り出し送りしながら、全ての第1のストリートに沿ってアブレーション加工により同様なレーザ加工溝84を形成する。
While indexing and feeding the chuck table 28 holding the
次いで、チャックテーブル28を90度回転してから、第1のストリートS1と直交する方向に伸長する全ての第2のストリートS2に沿ってアブレーション加工により同様なレーザ加工溝84を形成する。全てのストリートS1,S2に沿ってレーザ加工溝84を形成した状態の斜視図が図8に示されている。
Next, after the chuck table 28 is rotated 90 degrees, similar
本実施形態のレーザ加工条件は、例えば以下のように設定されている。 The laser processing conditions of this embodiment are set as follows, for example.
光源 :YAGパルスレーザ
波長 :355nm(YAGレーザの第3高調波)
平均出力 :0.5〜10W
繰り返し周波数 :10〜200kHz
スポット径 :φ1〜10μm
送り速度 :10〜100mm/秒
Light source: YAG pulse laser Wavelength: 355 nm (third harmonic of YAG laser)
Average output: 0.5-10W
Repetition frequency: 10 to 200 kHz
Spot diameter: φ1-10μm
Feeding speed: 10 to 100 mm / sec
図3に示した金属板11に対して説明した保護膜形成工程及びアブレーション加工によるレーザ加工工程は、図4に示すストリートS1,S2にTEG15として金属板を一部に含むウエーハWのアブレーション加工方法にも同様に適用することができる。
The protective film forming step and the laser processing step by ablation described for the
第1及び第2実施形態のアブレーション加工方法によると、レーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂80を金属板11又はウエーハWの表面に塗布して保護膜82を形成してから、アブレーション加工を実施するので、レーザビームのエネルギーが酸化物の微粉末に吸収されてバンドギャップエネルギーに達し原子の結合力が破壊されることによって連鎖的に金属板11又はウエーハWにアブレーション加工が施される。
According to the ablation processing method of the first and second embodiments, the
よって、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射が抑制されてアブレーション加工が効率的に円滑に遂行される。液状樹脂中に混入される酸化物の微粉末は、加工促進剤としての作用を成すことになる。 Therefore, the diffusion of energy and the reflection of the laser beam are suppressed, and the ablation process is efficiently and smoothly performed. The fine oxide powder mixed in the liquid resin serves as a processing accelerator.
全てのストリートS1,S2に沿ってレーザ加工溝84を形成後、良く知られたブレーキング装置を使用して、ダイシングテープTを半径方向に拡張して金属板11又はウエーハWに外力を付与し、この外力により金属板11又はウエーハWをレーザ加工溝84に沿って個々の発光デバイス又はデバイスDに分割する。
After forming the
W 半導体ウエーハ
T 粘着テープ(ダイシングテープ)
F 環状フレーム
D 発光デバイス(デバイス)
2 レーザ加工装置
11 金属板
13 エピタキシャル層
15 TEG
28 チャックテーブル
34 レーザビーム照射ユニット
36 集光器
80 微粉末含有液状樹脂
82 保護膜
84 レーザ加工溝
W Semiconductor wafer T Adhesive tape (dicing tape)
F Ring frame D Light-emitting device (device)
2
28 Chuck table 34 Laser
Claims (3)
少なくともアブレーション加工すべき金属板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して該微粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、
該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成された金属板の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、
を具備したことを特徴とする金属板のアブレーション加工方法。 A metal plate ablation method for performing ablation processing by irradiating a metal plate with a laser beam,
A protective film forming step of forming a protective film containing fine powder by applying a liquid resin mixed with fine powder of an oxide having an absorptivity with respect to the wavelength of the laser beam at least in the region of the metal plate to be ablated;
A laser processing step of performing ablation processing by irradiating the region of the metal plate on which the protective film is formed with a laser beam after performing the protective film forming step;
A metal plate ablation processing method characterized by comprising:
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