JP2013171906A - Laser dicing method and laser processing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser dicing method which allows for dividing of a silicon carbide substrate without performing a breaking process.SOLUTION: A laser dicing method includes a damage formation step for forming damage 50% of or deeper than the thickness of a silicon carbide substrate along a division schedule line, by irradiating the silicon carbide substrate with laser light having a wavelength of 500 nm or longer along the division schedule line, and an expanding step for applying a tensile force to the silicon carbide substrate irradiated with the laser light. The silicon carbide substrate is irradiated with the laser light so that irradiation spots tightly overlap spatially and temporally. The silicon carbide substrate is divided in the damage formation step or the expanding step.

Description

本発明は、シリコンカーバイド基板をチップ化するレーザダイシング方法、および前記レーザダイシング方法に用いられるレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser dicing method for forming a silicon carbide substrate into a chip, and a laser processing apparatus used in the laser dicing method.

シリコンカーバイド(炭化ケイ素;以下「SiC」と略記する)は、シリコン(以下「Si」と略記する)に比べて耐電圧性および耐熱性に優れている。SiCは、Siに比べてデバイスの電力損失を約1/10に低減することができるため、パワーエレクトロニクスを支える半導体デバイス向けの材料として注目されている。しかしながら、SiCはSiに比べて非常に硬いため、従来から用いられているダイヤモンドブレードなどではSiC基板を効率的に分割(ダイシング)することはできなかった。   Silicon carbide (silicon carbide; hereinafter abbreviated as “SiC”) is superior in voltage resistance and heat resistance compared to silicon (hereinafter abbreviated as “Si”). SiC is attracting attention as a material for semiconductor devices that support power electronics because it can reduce device power loss to about 1/10 compared to Si. However, since SiC is much harder than Si, it has not been possible to efficiently divide (dicing) the SiC substrate with a diamond blade or the like that has been conventionally used.

一方、近年、半導体基板を分割する新たな技術として、レーザダイシング方法が提案されている。レーザダイシング方法では、レーザ光を基板の表面または内部に照射することで、基板の表面または内部に分割の起点となる損傷を形成する。たとえば、特許文献1には、1)Si基板にレーザ光を照射して、Si基板の表面に損傷(ダイシング溝)を形成する損傷形成工程と、2)Si基板に折曲力を加えて、損傷を起点としてSi基板を分割するブレーク工程と、3)Si基板に引張力を加えて、分割されたチップ間の間隔を拡げるエキスパンド工程と、を含むレーザダイシング方法が開示されている。   On the other hand, in recent years, a laser dicing method has been proposed as a new technique for dividing a semiconductor substrate. In the laser dicing method, a laser beam is irradiated on the surface or the inside of the substrate, thereby forming damage that becomes the starting point of the division on the surface or the inside of the substrate. For example, in Patent Document 1, 1) a damage forming step of irradiating a Si substrate with laser light to form damage (dicing grooves) on the surface of the Si substrate, and 2) applying a bending force to the Si substrate, There has been disclosed a laser dicing method including a break process for dividing a Si substrate starting from damage, and 3) an expanding process for applying a tensile force to the Si substrate to widen an interval between the divided chips.

特許文献1ではSi基板に損傷を形成しているが、SiC基板に損傷を形成する技術も報告されている。たとえば、非特許文献1には、UVパルスレーザ光(波長193nm、パルス幅25ナノ秒、繰り返し周波数100Hz)を照射して、SiC基板に損傷(穴)を形成する方法が開示されている。この方法では、パルスレーザ光の1パルスあたりの光強度密度が10J/cmであっても、1パルス照射あたりの損傷の深さはわずか100nm程度である。したがって、深さ10μmの損傷を1つ形成するためには、同一箇所にパルスレーザ光を1秒程度照射することが必要である。 In Patent Document 1, damage is formed on the Si substrate, but a technique for forming damage on the SiC substrate is also reported. For example, Non-Patent Document 1 discloses a method of forming damage (holes) in a SiC substrate by irradiating UV pulse laser light (wavelength 193 nm, pulse width 25 nanoseconds, repetition frequency 100 Hz). In this method, even if the light intensity density per pulse of the pulse laser beam is 10 J / cm 2 , the damage depth per pulse irradiation is only about 100 nm. Therefore, in order to form one damage having a depth of 10 μm, it is necessary to irradiate the same portion with pulsed laser light for about 1 second.

特開2010−109015号公報JP 2010-109015 A

L. Liu, C.Y. Chang, Wenhsing Wu, S.J. Pearton and F. Ren, "Circular and rectangular via holes formed in SiC via using ArF based UV excimer laser", Applied Surface Science, Vol.257, pp.2303-2307.L. Liu, C.Y.Chang, Wenhsing Wu, S.J.Pearton and F. Ren, "Circular and rectangular via holes formed in SiC via using ArF based UV excimer laser", Applied Surface Science, Vol.257, pp.2303-2307.

従来のレーザダイシング方法をSiC基板の分割に適用する場合、図1に示されるように、1)レーザ光10をSiC基板11に照射して、SiC基板11の表面に分割予定ライン12に沿って損傷13を形成し(損傷形成工程;図1Aおよび図1B参照)、2)深さ方向の力(折曲力)をSiC基板11に加えて、損傷13を起点としてSiC基板11を分割し(ブレーク工程;図1C参照)、3)面方向の力(引張力)をSiC基板11に加えて、分割されたチップ間の間隔を拡げる(エキスパンド工程;図1D参照)ことになる。   When the conventional laser dicing method is applied to the division of the SiC substrate, as shown in FIG. 1, 1) the SiC substrate 11 is irradiated with the laser beam 10, and the surface of the SiC substrate 11 is aligned along the division line 12. The damage 13 is formed (damage formation step; see FIGS. 1A and 1B), 2) a force in the depth direction (bending force) is applied to the SiC substrate 11, and the SiC substrate 11 is divided starting from the damage 13 ( (Step of break; see FIG. 1C) 3) Applying a surface force (tensile force) to the SiC substrate 11 to widen the space between the divided chips (expand step; see FIG. 1D).

このように、従来のレーザダイシング方法によりSiC基板11を分割する場合、ある程度の時間をかけてレーザ光10を照射しても浅い損傷13しか形成することができない(図1B参照)。このため、深さ方向の力(折曲力)をSiC基板11に加える「ブレーク工程」が必須である(図1C参照)。一方で、SiC基板11を分割する際にブレーク工程を行うことは、半導体素子の製造工程の簡略化や、半導体素子の製造コストの低減などの観点から好ましくなく、ブレーク工程を行わずにSiC基板11を分割することができる技術の確立が要求されている。   As described above, when the SiC substrate 11 is divided by the conventional laser dicing method, only the shallow damage 13 can be formed even if the laser beam 10 is irradiated over a certain period of time (see FIG. 1B). For this reason, a “break process” in which a force in the depth direction (bending force) is applied to the SiC substrate 11 is essential (see FIG. 1C). On the other hand, it is not preferable to perform the break process when dividing the SiC substrate 11 from the viewpoint of simplifying the manufacturing process of the semiconductor element and reducing the manufacturing cost of the semiconductor element, and the SiC substrate without performing the break process. The establishment of a technology that can divide 11 is required.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ブレーク工程を行わずにSiC基板を分割することができるレーザダイシング方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前記レーザダイシング方法に用いられるレーザ加工装置を提供することも目的とする。   This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the laser dicing method which can divide | segment a SiC substrate, without performing a break process. Another object of the present invention is to provide a laser processing apparatus used in the laser dicing method.

本発明者は、波長500nm以上のレーザ光を、照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うようにSiC基板に照射して、SiC基板に基板の厚みの50%以上の深さの損傷を形成することで上記課題を解決できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。   The inventor irradiates the SiC substrate with laser light having a wavelength of 500 nm or more so that the irradiation spots are closely overlapped spatially and temporally, and damage the SiC substrate to a depth of 50% or more of the thickness of the substrate. The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by forming, and have further studied to complete the present invention.

すなわち、本発明は、以下のレーザダイシング方法に関する。
[1]分割予定ラインに沿ってシリコンカーバイド基板に波長500nm以上のレーザ光を照射して、前記分割予定ラインに沿って前記シリコンカーバイド基板に前記シリコンカーバイド基板の厚みの50%以上の深さの損傷を形成する損傷形成工程と、前記レーザ光を照射された前記シリコンカーバイド基板に引張力を加えるエキスパンド工程と、を含み、前記レーザ光は、照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うように前記シリコンカーバイド基板に照射され、前記シリコンカーバイド基板は、前記損傷形成工程または前記エキスパンド工程において分割される、レーザダイシング方法。
[2]前記シリコンカーバイド基板の厚みは、200μm以下であり、前記レーザ光は、パルスレーザ光であり、前記シリコンカーバイド基板の表面における前記レーザ光の照射スポットの中心間距離をSP(μm)とし、前記レーザ光の繰り返し周波数をF(kHz)としたとき、(SP/F)<0.007である、[1]に記載のレーザダイシング方法。
[3]前記シリコンカーバイド基板は、前記損傷形成工程において分割される、[1]または[2]に記載のレーザダイシング方法。
[4]前記シリコンカーバイド基板は、前記エキスパンド工程において分割される、[1]または[2]に記載のレーザダイシング方法。
[5]前記損傷形成工程と前記エキスパンド工程との間に、前記シリコンカーバイド基板に折曲力を加えて、前記損傷を起点として前記シリコンカーバイド基板を分割するブレーク工程を含まない、[1]〜[4]のいずれか一項に記載のレーザダイシング方法。
[6]前記レーザ光は、パルス幅が20ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載のレーザダイシング方法。
[7]前記レーザ光の波長は、10μm以下である、[1]〜[6]のいずれか一項に記載のレーザダイシング方法。
[8]前記レーザ光は、前記シリコンカーバイド基板の表面側から前記シリコンカーバイド基板に照射され、前記レーザ光の集光点は、前記シリコンカーバイド基板の表面から上方100μm〜表面から内部120μmの範囲内に位置する、[1]〜[7]のいずれか一項に記載のレーザダイシング方法。
That is, the present invention relates to the following laser dicing method.
[1] A silicon carbide substrate is irradiated with a laser beam having a wavelength of 500 nm or more along a planned division line, and the silicon carbide substrate is irradiated with a laser beam having a depth of 50% or more of the thickness of the silicon carbide substrate along the planned division line. A damage forming step for forming a damage, and an expanding step for applying a tensile force to the silicon carbide substrate irradiated with the laser light, the laser light so that the irradiation spots overlap in space and time closely. The laser dicing method, wherein the silicon carbide substrate is irradiated with the silicon carbide substrate, and the silicon carbide substrate is divided in the damage forming step or the expanding step.
[2] The thickness of the silicon carbide substrate is 200 μm or less, the laser light is pulsed laser light, and the distance between centers of the laser light irradiation spots on the surface of the silicon carbide substrate is SP (μm). The laser dicing method according to [1], wherein (SP / F) <0.007, where F (kHz) is the repetition frequency of the laser beam.
[3] The laser dicing method according to [1] or [2], wherein the silicon carbide substrate is divided in the damage forming step.
[4] The laser dicing method according to [1] or [2], wherein the silicon carbide substrate is divided in the expanding step.
[5] A break process is not included between the damage forming process and the expanding process, in which a bending force is applied to the silicon carbide substrate to divide the silicon carbide substrate starting from the damage. [4] The laser dicing method according to any one of [4].
[6] The laser dicing method according to any one of [1] to [5], wherein the laser light is pulse laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 20 nanoseconds or more.
[7] The laser dicing method according to any one of [1] to [6], wherein the wavelength of the laser beam is 10 μm or less.
[8] The laser beam is applied to the silicon carbide substrate from the surface side of the silicon carbide substrate, and the condensing point of the laser beam is within a range of 100 μm above the surface of the silicon carbide substrate to 120 μm from the surface to the inside. The laser dicing method according to any one of [1] to [7], which is located in [1].

また、本発明は、以下のレーザ加工装置に関する。
[9]波長500nm以上のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光をシリコンカーバイド基板に照射する光学系と、前記光学系および前記シリコンカーバイド基板の少なくとも一方を移動させて、前記光学系と前記シリコンカーバイド基板とを相対的に移動させる駆動部と、を有し、前記レーザ光を、分割予定ラインに沿って、かつ照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うように、シリコンカーバイド基板に照射して、前記分割予定ラインに沿って前記シリコンカーバイド基板に前記シリコンカーバイド基板の厚みの50%以上の深さの損傷を形成する、レーザ加工装置。
[10]前記シリコンカーバイド基板の厚みは、200μm以下であり、前記レーザ光は、パルスレーザ光であり、前記シリコンカーバイド基板の表面における前記レーザ光の照射スポットの中心間距離をSP(μm)とし、前記レーザ光の繰り返し周波数をF(kHz)としたとき、(SP/F)<0.007である、[9]に記載のレーザ加工装置。
[11]前記レーザ光は、パルス幅が20ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光である、[9]または[10]に記載のレーザ加工装置。
[12]前記レーザ光の波長は、10μm以下である、[9]〜[11]のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
The present invention also relates to the following laser processing apparatus.
[9] A laser light source that emits laser light having a wavelength of 500 nm or more; an optical system that irradiates the silicon carbide substrate with the laser light; and at least one of the optical system and the silicon carbide substrate is moved to A drive unit that relatively moves the silicon carbide substrate, and the silicon carbide substrate is arranged so that the laser beam is closely overlapped spatially and temporally along the planned dividing line. And damaging the silicon carbide substrate to a depth of 50% or more of the thickness of the silicon carbide substrate along the division line.
[10] The thickness of the silicon carbide substrate is 200 μm or less, the laser light is pulsed laser light, and the distance between centers of the laser light irradiation spots on the surface of the silicon carbide substrate is SP (μm). The laser processing apparatus according to [9], wherein (SP / F) <0.007 when the repetition frequency of the laser beam is F (kHz).
[11] The laser processing apparatus according to [9] or [10], wherein the laser light is pulse laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 20 nanoseconds or more.
[12] The laser processing apparatus according to any one of [9] to [11], wherein the wavelength of the laser beam is 10 μm or less.

本発明のレーザダイシング方法およびレーザ加工装置によれば、ブレーク工程を行わずにSiC基板を分割することができる。たとえば、本発明のレーザダイシング方法およびレーザ加工装置を利用すれば、半導体素子の製造工程の簡略化や、半導体素子の製造コストの低減などを実現することができる。   According to the laser dicing method and the laser processing apparatus of the present invention, the SiC substrate can be divided without performing a break process. For example, by using the laser dicing method and the laser processing apparatus of the present invention, it is possible to simplify the manufacturing process of the semiconductor element and reduce the manufacturing cost of the semiconductor element.

図1A〜Dは、従来のレーザダイシング方法を用いたSiC基板の分割工程を示す模式図である。1A to 1D are schematic views showing a process of dividing a SiC substrate using a conventional laser dicing method. 図2A〜Cは、本発明のレーザダイシング方法を用いたSiC基板の分割工程を示す模式図である。2A to 2C are schematic views showing a process of dividing a SiC substrate using the laser dicing method of the present invention. レーザ加工装置の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of a laser processing apparatus. ショットピッチを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating shot pitch. 図5A,Bは、10×10mmの正方形状のSiC基板を分割した結果を示す写真である。5A and 5B are photographs showing the result of dividing a 10 × 10 mm square SiC substrate. 図6A,Bは、25×25mmの扇形のSiC基板を分割した結果を示す写真である。6A and 6B are photographs showing the result of dividing a 25 × 25 mm fan-shaped SiC substrate. 図7A,Bは、38×38mmの扇形のSiC基板を分割した結果を示す写真である。FIGS. 7A and 7B are photographs showing the results of dividing a 38 × 38 mm fan-shaped SiC substrate. 図8A,Bは、No.4の条件でSiC基板に損傷を形成した結果を示す写真である。8A and 8B are photographs showing the result of forming damage on the SiC substrate under the condition of No. 4. 実施例1の実験結果における「SP/F」の値とダイシング特性の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the value of “SP / F” and the dicing characteristics in the experimental results of Example 1. 実施例2の実験結果における「SP/F」の値とダイシング特性の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the value of “SP / F” and the dicing characteristics in the experimental results of Example 2. 図11A,Bは、UVパルスレーザ光を照射してSiC基板に損傷を形成した結果を示す写真である。11A and 11B are photographs showing the result of forming damage on the SiC substrate by irradiating with UV pulse laser light. 比較例の実験結果におけるパルスエネルギと損傷の深さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pulse energy and the depth of damage in the experimental result of a comparative example.

1.本発明のレーザダイシング方法
本発明のレーザダイシング方法は、SiC基板にレーザ光を照射してSiC基板に損傷を形成する損傷形成工程と、レーザ光を照射されたSiC基板に引張力を加えるエキスパンド工程とを含む。SiC基板は、損傷形成工程またはエキスパンド工程のいずれかにおいて分割される。後述するように、本発明のレーザダイシング方法は、SiC基板に照射するレーザ光の波長が500nm以上であること、および照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うようにレーザ光を照射すること、を特徴とする。
1. Laser dicing method of the present invention A laser dicing method of the present invention includes a damage forming step of irradiating a SiC substrate with laser light to form damage on the SiC substrate, and an expanding step of applying a tensile force to the SiC substrate irradiated with the laser light. Including. The SiC substrate is divided in either the damage forming process or the expanding process. As will be described later, in the laser dicing method of the present invention, the wavelength of the laser beam irradiated onto the SiC substrate is 500 nm or more, and the laser beam is irradiated so that the irradiation spots overlap spatially and temporally densely. It is characterized by.

図2は、本発明のレーザダイシング方法を用いてSiC基板を分割する例を示す模式図である。図2Aに示されるように、波長が500nm以上のレーザ光100をSiC基板110に照射しながら、レーザ光100とSiC基板110との相対的な位置を変える。このとき、レーザ光100の集光点は、SiC基板110の外部、表面または内部に位置し、SiC基板110の分割予定ライン120に沿って移動する。また、レーザ光100は、照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うように走査される。ここで「照射スポット」とは、SiC基板表面におけるレーザ光の照射領域を意味する(図4参照)。このように波長が500nm以上のレーザ光100を走査することで、図2Bに示されるように、分割予定ライン120に沿ってSiC基板110の厚みの50%以上の深さの損傷130を形成することができる(損傷形成工程)。この後、図2Cに示されるように、損傷130を形成されたSiC基板110に引張力を加える(エキスパンド工程)。以上の手順により、SiC基板110を分割予定ライン120に沿って容易に割断することができる。   FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of dividing a SiC substrate using the laser dicing method of the present invention. As shown in FIG. 2A, the relative position between the laser beam 100 and the SiC substrate 110 is changed while irradiating the SiC substrate 110 with the laser beam 100 having a wavelength of 500 nm or more. At this time, the condensing point of the laser beam 100 is located outside, on the surface, or inside the SiC substrate 110 and moves along the division line 120 of the SiC substrate 110. Further, the laser beam 100 is scanned so that the irradiation spots closely overlap in space and time. Here, the “irradiation spot” means a laser light irradiation region on the surface of the SiC substrate (see FIG. 4). By scanning the laser beam 100 having a wavelength of 500 nm or more in this way, as shown in FIG. 2B, the damage 130 having a depth of 50% or more of the thickness of the SiC substrate 110 is formed along the planned dividing line 120. (Damage formation process). Thereafter, as shown in FIG. 2C, a tensile force is applied to the SiC substrate 110 on which the damage 130 is formed (expanding process). With the above procedure, SiC substrate 110 can be easily cleaved along division planned line 120.

本発明のレーザダイシング方法では、損傷形成工程(図2Aおよび図2B参照)の後、すぐにエキスパンド工程(図2C参照)に移ることができる。すなわち、本発明のレーザダイシング方法では、損傷形成工程とエキスパンド工程との間に、ブレーク工程(図1C参照)を行う必要はない。ここで、「ブレーク工程」とは、基板面に対して略垂直方向の力(折曲力)を基板に加え、基板の表面に形成された損傷を基板の裏面まで到達させることで、基板を分割する工程を意味する(図1C参照)。一方、「エキスパンド工程」とは、基板面に対して略平行方向の力(引張力)を基板に加えることで、基板に形成された損傷を起点として基板を分割する工程を意味する(図2C参照)。   In the laser dicing method of the present invention, it is possible to immediately move to the expanding step (see FIG. 2C) after the damage forming step (see FIGS. 2A and 2B). That is, in the laser dicing method of the present invention, it is not necessary to perform a break process (see FIG. 1C) between the damage forming process and the expanding process. Here, the “break process” means that a force (bending force) in a direction substantially perpendicular to the substrate surface is applied to the substrate to cause damage formed on the surface of the substrate to reach the back surface of the substrate. It means a process of dividing (see FIG. 1C). On the other hand, the “expanding process” means a process of dividing the substrate starting from damage formed on the substrate by applying a force (tensile force) in a direction substantially parallel to the substrate surface to the substrate (FIG. 2C). reference).

1)損傷形成工程
損傷形成工程では、SiC基板に波長が500nm以上のレーザ光を照射して、SiC基板の厚みの50%以上(好ましくは75%以上)の深さの損傷をSiC基板に形成する(図2Aおよび図2B参照)。以下、損傷形成工程におけるレーザ光の照射条件について説明する。
1) Damage formation step In the damage formation step, the SiC substrate is irradiated with laser light having a wavelength of 500 nm or more to form damage to the SiC substrate at a depth of 50% or more (preferably 75% or more) of the thickness of the SiC substrate. (See FIGS. 2A and 2B). Hereinafter, the laser light irradiation conditions in the damage forming step will be described.

[波長]
本発明のレーザダイシング方法は、SiC基板に照射するレーザ光の波長が500nm以上であることを一つの特徴とする。
[wavelength]
One feature of the laser dicing method of the present invention is that the wavelength of the laser light applied to the SiC substrate is 500 nm or more.

本発明のレーザダイシング方法では、多光子吸収を利用して損傷を形成する。これにより、SiC基板の内部まで損傷を形成して、SiC基板の厚みの50%以上の深さの損傷をSiC基板に形成することができる。本発明のレーザダイシング方法の加工メカニズムは、これに限定されるわけではないが、「熱効果による加工」であると推察される。すなわち、波長500nm以上のレーザ光をSiC基板に照射すると、多光子吸収(実質的には2光子吸収または3光子吸収)によりSiC基板の電子のバンド間遷移が生じる。この励起電子が緩和する際に放出される熱により、照射部位の温度が局所的に上昇する。その結果、照射部位においてSiCの分解や溶融、体積爆発などが生じ、損傷が形成されると考えられる。   In the laser dicing method of the present invention, damage is formed using multiphoton absorption. Thereby, damage is formed even inside the SiC substrate, and damage having a depth of 50% or more of the thickness of the SiC substrate can be formed in the SiC substrate. The processing mechanism of the laser dicing method of the present invention is not limited to this, but is presumed to be “processing by thermal effect”. That is, when the SiC substrate is irradiated with laser light having a wavelength of 500 nm or more, an interband transition of electrons of the SiC substrate occurs due to multiphoton absorption (substantially two-photon absorption or three-photon absorption). Due to the heat released when the excited electrons relax, the temperature of the irradiated region rises locally. As a result, it is considered that SiC is decomposed and melted, a volume explosion occurs, and damage is formed at the irradiated site.

本発明のレーザダイシング方法において、所望の加工を実現するためには、1光子1吸収が生じることを回避しなければならない。SiCのバンドギャップ(Eg)は約3eVであり、これを波長に換算すると413nmである。よって、1光子1吸収が生じることを回避するためには、413nmを越える波長のレーザ光を照射すればよい。吸収裾や不純物準位などを考慮すると、1光子1吸収が生じることを確実に回避するためには、500nm以上の波長のレーザ光を照射することが好ましい。   In the laser dicing method of the present invention, in order to realize the desired processing, it is necessary to avoid the occurrence of one-photon one absorption. The band gap (Eg) of SiC is about 3 eV, which is 413 nm when converted into a wavelength. Therefore, in order to avoid the occurrence of one-photon-one absorption, laser light having a wavelength exceeding 413 nm may be irradiated. In consideration of the absorption skirt, impurity level, and the like, it is preferable to irradiate a laser beam having a wavelength of 500 nm or more in order to surely avoid the occurrence of one-photon one absorption.

波長500nm以上のレーザ光をSiC基板に照射することで、電子遷移による吸収を回避することができる。一方、波長10μm以上のレーザ光をSiC基板に照射すると、振動遷移による吸収が生じてしまい、所望の加工を行うことができなくなるおそれがある。したがって、SiC基板に照射するレーザ光の波長は、10μm以下であることが好ましい。   By irradiating the SiC substrate with a laser beam having a wavelength of 500 nm or more, absorption due to electronic transition can be avoided. On the other hand, if the SiC substrate is irradiated with laser light having a wavelength of 10 μm or more, absorption due to vibration transition occurs, and there is a possibility that desired processing cannot be performed. Therefore, it is preferable that the wavelength of the laser beam irradiated to the SiC substrate is 10 μm or less.

[発振方式]
SiC基板に照射するレーザ光は、パルスレーザ光であってもよいし、連続発振(CW)レーザ光であってもよい。アスペクト比の大きい損傷(SiC基板の厚みの50%以上の深さの損傷)を形成する観点からは、パルス幅が20ナノ秒以上(より好ましくは100ナノ秒以上)のパルスレーザ光または連続発振レーザ光(パルス幅:無限大)を照射することが好ましい。このようにパルス幅が20ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光を照射することで、形成される損傷のアスペクト比を大きくすることができる。これは、パルス幅を長くすることで、尖頭出力が小さくなり、その結果として多光子吸収が生じる確率も小さくなるためだと考えられる。したがって、パルス幅が20ナノ秒のパルスレーザ光よりも、パルス幅が100ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合の方が、より効率的にアスペクト比の大きい損傷を形成することができる。一方、パルス幅が20ナノ秒未満のパルスレーザ光を照射すると、形成される損傷のアスペクト比が小さくなるおそれがある。
[Oscillation method]
The laser beam applied to the SiC substrate may be a pulsed laser beam or a continuous wave (CW) laser beam. From the viewpoint of forming damage with a large aspect ratio (damage with a depth of 50% or more of the thickness of the SiC substrate), pulsed laser light having a pulse width of 20 nanoseconds or more (more preferably 100 nanoseconds or more) or continuous oscillation Laser light (pulse width: infinite) is preferably irradiated. By irradiating pulsed laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 20 nanoseconds or more in this way, the aspect ratio of damage formed can be increased. This is considered to be because the peak output is reduced by increasing the pulse width, and as a result, the probability of occurrence of multiphoton absorption is also reduced. Therefore, damage with a large aspect ratio can be more efficiently formed when a pulse laser beam having a pulse width of 100 nanoseconds is irradiated than a pulse laser beam having a pulse width of 20 nanoseconds. On the other hand, when a pulse laser beam having a pulse width of less than 20 nanoseconds is irradiated, the aspect ratio of damage formed may be reduced.

[照射スポットの空間的および時間的間隔]
本発明のレーザダイシング方法は、照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うようにレーザ光を照射することも一つの特徴とする。
[Spatial and temporal intervals of irradiation spots]
One feature of the laser dicing method of the present invention is that the laser beam is irradiated so that the irradiation spots are closely overlapped spatially and temporally.

SiC基板に照射するレーザ光がパルスレーザ光である場合、SiC基板表面におけるパルスレーザ光の照射スポットの中心間距離(以下「ショットピッチ」という;図4参照)は、照射スポットが空間的に密に重なり合えば特に限定されず、例えば0〜10μm程度であればよい。また、パルスレーザ光の繰り返し周波数は、照射スポットが時間的に密に重なり合えば特に限定されず、例えば1kHz〜10MHzであればよい。このように照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うようにレーザ光を照射することで、ダイシングに適した損傷を形成することができる。以下、その理由を説明する。   When the laser beam applied to the SiC substrate is a pulsed laser beam, the distance between the centers of irradiation spots of the pulse laser beam on the SiC substrate surface (hereinafter referred to as “shot pitch”; see FIG. 4) is such that the irradiation spot is spatially dense. If it overlaps, it will not specifically limit, For example, what is necessary is just about 0-10 micrometers. Further, the repetition frequency of the pulse laser beam is not particularly limited as long as the irradiation spots overlap closely in time, and may be, for example, 1 kHz to 10 MHz. By irradiating the laser beam so that the irradiation spots overlap closely in space and time in this way, damage suitable for dicing can be formed. The reason will be described below.

レーザ光の照射により形成される損傷としては、以下の3つが考えられる。
i)結合切断
SiC分子内およびSiC分子間において化学結合が部分的に切断されている。
ii)アモルファス領域
被照射領域では結晶構造となっているのに対し、アモルファス構造である。
iii)格子欠陥
Si原子またはC原子が、結晶格子から欠落されているもしくは互いに置換されている、または他の原子(O原子またはH原子)に置換されている。
The following three are considered as damage formed by laser light irradiation.
i) Bond breakage Chemical bonds are partially broken within and between SiC molecules.
ii) Amorphous region While the irradiated region has a crystalline structure, it has an amorphous structure.
iii) Lattice defects Si atoms or C atoms are missing from the crystal lattice, are substituted for each other, or are substituted with other atoms (O atoms or H atoms).

i)結合切断、ii)アモルファス領域およびiii)格子欠陥が生成する際には、以下のような複合過程が関与している。   When i) bond breakage, ii) amorphous regions, and iii) lattice defects are generated, the following complex processes are involved.

まず、SiCの多光子吸収により、レーザ光の照射部位に局所的に熱が発生する。その熱によって、SiC分子内およびSiC分子間の化学結合が切断するとともに(結合切断)、切断された結合の一部が再結合することによって原子配列が変化する(アモルファス領域および格子欠陥)。この場合、i番目のパルスレーザ光で化学結合を切断できるまで温度が上昇した後、化学過程の進行と放冷による温度低下とが競争的に起こる。ダイシングに適した損傷を形成する観点からは、化学過程(損傷形成過程)が完了するまで照射部位の温度が低下しないことが好ましい。したがって、i番目のパルスレーザ光の照射スポットとi+1番目のパルスレーザ光の照射スポットとの位置間隔、およびi番目のパルスレーザ光とi+1番目のパルスレーザ光との時間間隔が重要である。これらを規定するのは、パルスレーザ光のショットピッチSPおよび繰り返し周波数Fである。   First, heat is generated locally at the laser beam irradiation site due to the multiphoton absorption of SiC. The heat breaks chemical bonds within and between SiC molecules (bond breakage), and a part of the broken bonds recombine to change the atomic arrangement (amorphous regions and lattice defects). In this case, after the temperature rises until the chemical bond can be broken by the i-th pulse laser beam, the progress of the chemical process and the temperature decrease due to cooling naturally occur. From the viewpoint of forming damage suitable for dicing, it is preferable that the temperature of the irradiated region does not decrease until the chemical process (damage formation process) is completed. Therefore, the position interval between the irradiation spot of the i-th pulse laser beam and the irradiation spot of the i + 1-th pulse laser beam and the time interval between the i-th pulse laser beam and the i + 1-th pulse laser beam are important. These are defined by the shot pitch SP and the repetition frequency F of the pulse laser beam.

また、レーザ光の照射部位に局所的に熱が発生した場合、レーザ光の照射部位が冷却する過程において応力歪が発生する。この応力歪によっても、上記3種類の損傷(特にアモルファス領域)が形成される。この場合も、これらの損傷の形成効率を規定するのは、パルスレーザ光のショットピッチSPおよび繰り返し周波数Fである。   In addition, when heat is locally generated at the laser beam irradiation site, stress distortion occurs in the process of cooling the laser beam irradiation site. The above three types of damage (particularly amorphous regions) are also formed by this stress strain. Also in this case, it is the shot pitch SP and the repetition frequency F of the pulse laser beam that define the formation efficiency of these damages.

また、熱を介さずに化学的な効果によっても、損傷は形成されうる。たとえば、i番目のパルスレーザ光により、励起電子やイオン化電子、カチオン、光吸収点(カラーセンター)などの一定の寿命を有する反応中間体が生成される。i+1番目のパルスレーザ光により、これらの反応中間体がさらに励起された場合、これらの反応中間体は、大きな電子エネルギを獲得し、損傷の形成を促進させる。このように反応中間体を励起するためには、i番目のパルスレーザ光の照射スポットとi+1番目のパルスレーザ光の照射スポットとが位置的に重複しており、かつi番目のパルスレーザ光とi+1番目のパルスレーザ光との時間間隔がこれら反応中間体の寿命より短くなくてはならない。よって、この場合も、反応中間体の励起効率を規定するのは、パルスレーザ光のショットピッチSPおよび繰り返し周波数Fである。   Damage can also be formed by chemical effects without heat. For example, a reaction intermediate having a certain lifetime such as excited electrons, ionized electrons, cations, and light absorption points (color center) is generated by the i-th pulse laser beam. When these reaction intermediates are further excited by the (i + 1) th pulse laser beam, these reaction intermediates acquire large electron energy and promote the formation of damage. In order to excite the reaction intermediate in this way, the irradiation spot of the i-th pulse laser beam and the irradiation spot of the i + 1-th pulse laser beam overlap in position, and the i-th pulse laser beam and The time interval with the (i + 1) th pulse laser beam must be shorter than the lifetime of these reaction intermediates. Therefore, also in this case, it is the shot pitch SP and the repetition frequency F of the pulse laser beam that define the excitation efficiency of the reaction intermediate.

以上のように、ダイシングに適した損傷を形成する観点からは、パルスレーザ光のショットピッチはある程度短い方が好ましく、パルスレーザ光の繰り返し周波数はある程度大きい方が好ましい。具体的には、SiC基板の厚みが200μm以下である場合、SiC基板表面におけるパルスレーザ光のショットピッチをSP(μm)とし、パルスレーザ光の繰り返し周波数をF(kHz)としたとき、0<(SP/F)<0.007を満たすようにショットピッチおよび繰り返し周波数を調整することが好ましい。パルスレーザ光のショットピッチおよび繰り返し周波数をこのように調整することで、後述する実施例に示すように、損傷形成工程およびエキスパンド工程のみで確実に各チップを分割することができる。なお、SiC基板に連続発振レーザ光を照射する場合も、SP=0,F=∞であることから、(SP/F)<0.007を満たしているといえる。   As described above, from the viewpoint of forming damage suitable for dicing, it is preferable that the shot pitch of the pulsed laser light is somewhat short, and it is preferable that the repetition frequency of the pulsed laser light is somewhat large. Specifically, when the thickness of the SiC substrate is 200 μm or less, when the shot pitch of the pulse laser light on the SiC substrate surface is SP (μm) and the repetition frequency of the pulse laser light is F (kHz), 0 < It is preferable to adjust the shot pitch and the repetition frequency so as to satisfy (SP / F) <0.007. By adjusting the shot pitch and repetition frequency of the pulse laser beam in this way, each chip can be surely divided only by the damage forming step and the expanding step, as shown in the examples described later. Even when the SiC substrate is irradiated with continuous wave laser light, SP = 0 and F = ∞, and therefore it can be said that (SP / F) <0.007 is satisfied.

[その他]
本発明のレーザダイシング方法において、レーザ光源として用いるレーザの種類は、波長500nm以上のレーザ光を出射することができれば特に限定されない。そのようなレーザの例には、HoレーザやErレーザ、各種半導体レーザなどが含まれる。
[Others]
In the laser dicing method of the present invention, the type of laser used as the laser light source is not particularly limited as long as laser light having a wavelength of 500 nm or more can be emitted. Examples of such lasers include Ho lasers, Er lasers, various semiconductor lasers, and the like.

レーザ光の集光点の位置は、特に限定されず、SiC基板の外部、表面または内部のいずれであってもよい。加工効率の向上および損傷幅の低減の観点からは、レーザ光の集光点の位置は、SiC基板の表面から上方100μm〜表面から内部120μmの範囲内に位置することが好ましい。ここで「レーザ光の集光点の位置」とは、SiC基板の屈折率が空気と同じであると仮定した場合の集光点の位置(レンズオフセット)を意味する。   The position of the condensing point of the laser beam is not particularly limited, and may be any of the outside, the surface, or the inside of the SiC substrate. From the viewpoint of improving the processing efficiency and reducing the damage width, it is preferable that the position of the condensing point of the laser light is located within a range of 100 μm above the surface of the SiC substrate to 120 μm inside from the surface. Here, “the position of the laser beam condensing point” means the position of the condensing point (lens offset) when it is assumed that the refractive index of the SiC substrate is the same as that of air.

レーザ光がパルスレーザ光の場合、パルスレーザ光の集光位置における1パルスあたりの光強度密度は1〜5000J/cmの範囲内であることが好ましい。1パルスあたりの光強度密度が1J/cm未満の場合、損傷を十分に誘起できないおそれがある。一方、1パルスあたりの光強度密度が5000J/cm超の場合、デブリが大量に発生して加工品質が低下するおそれがある。一方、レーザ光が連続発振レーザ光の場合、レーザ光の集光位置における光強度密度は1×10〜5×10W/cmの範囲内であることが好ましい。光強度密度が1×10W/cm未満の場合、損傷を十分に誘起できないおそれがある。一方、光強度密度が5×10W/cm超の場合、デブリが大量に発生して加工品質が低下するおそれがある。 If the laser light is pulsed laser light, it is preferable the light intensity density per pulse at the condensing position of the pulsed laser beam is in the range of 1~5000J / cm 2. If the light intensity density per pulse is less than 1 J / cm 2 , damage may not be sufficiently induced. On the other hand, when the light intensity density per pulse exceeds 5000 J / cm 2, a large amount of debris may be generated, and the processing quality may be deteriorated. On the other hand, when the laser beam is a continuous wave laser beam, the light intensity density at the condensing position of the laser beam is preferably in the range of 1 × 10 7 to 5 × 10 9 W / cm 2 . When the light intensity density is less than 1 × 10 7 W / cm 2 , damage may not be sufficiently induced. On the other hand, when the light intensity density is more than 5 × 10 9 W / cm 2, a large amount of debris may be generated and the processing quality may be deteriorated.

前述の通り、本発明のレーザダイシング方法では、SiC基板は、損傷形成工程またはエキスパンド工程のいずれかにおいて分割される。前者の場合、レーザ光照射により損傷が形成されることをきっかけとして、SiC基板の表面から裏面に到達する分割面が自然に形成されることで、SiC基板が分割される。SiC基板が損傷形成工程で分割されているかどうかは、SiC基板の裏面側から光を当てた状態で、表面側から顕微鏡を用いて分割予定ラインの近傍を観察することで確認することができる。すなわち、SiC基板が分割されている場合は、分割予定ラインに沿って光が抜けてくるので、SiC基板が分割されていることを確認することができる。   As described above, in the laser dicing method of the present invention, the SiC substrate is divided in either the damage forming process or the expanding process. In the former case, the SiC substrate is divided by naturally forming a dividing surface that reaches the back surface from the surface of the SiC substrate, triggered by the formation of damage by laser light irradiation. Whether or not the SiC substrate is divided in the damage forming step can be confirmed by observing the vicinity of the division line using a microscope from the front surface side with light applied from the back surface side of the SiC substrate. That is, in the case where the SiC substrate is divided, light passes through the planned dividing line, so that it can be confirmed that the SiC substrate is divided.

2)エキスパンド工程
エキスパンド工程では、損傷形成工程において損傷を形成されたSiC基板に引張力を加える(図2C参照)。前述の通り、「引張力を加える」とは、基板面に対して略平行方向の力を加えることを意味する。SiC基板が損傷形成工程で分割されている場合は、エキスパンド工程により、分割されたチップ間の間隔が拡げられる。一方、SiC基板が損傷形成工程で分割されていない場合は、エキスパンド工程により、損傷を起点としてSiC基板が分割され、同時に分割されたチップ間の間隔が拡げられる。
2) Expanding Step In the expanding step, a tensile force is applied to the SiC substrate that has been damaged in the damage forming step (see FIG. 2C). As described above, “applying a tensile force” means applying a force in a direction substantially parallel to the substrate surface. When the SiC substrate is divided in the damage forming process, the space between the divided chips is expanded by the expanding process. On the other hand, when the SiC substrate is not divided in the damage forming step, the expanding step divides the SiC substrate starting from the damage, and at the same time widens the interval between the divided chips.

SiC基板に引張力を加える方法は、特に限定されない。たとえば、SiC基板の裏面にダイシングテープを貼付して、このダイシングテープを引き伸ばせばよい。この場合、損傷形成工程の前にダイシングテープを貼付してもよいし、損傷形成工程の後にダイシングテープを貼付してもよい。   The method for applying a tensile force to the SiC substrate is not particularly limited. For example, a dicing tape may be attached to the back surface of the SiC substrate and the dicing tape may be stretched. In this case, a dicing tape may be affixed before the damage formation step, or a dicing tape may be affixed after the damage formation step.

本発明のレーザダイシング方法を実施する手段は、特に限定されない。たとえば、本発明のレーザダイシング方法は、次に説明する本発明のレーザ加工装置を用いて実施されうる。   Means for carrying out the laser dicing method of the present invention is not particularly limited. For example, the laser dicing method of the present invention can be implemented using the laser processing apparatus of the present invention described below.

2.本発明のレーザ加工装置
本発明のレーザ加工装置は、本発明のレーザダイシング方法のレーザ照射工程に用いられる装置である。すなわち、本発明のレーザ加工装置は、波長500nm以上のレーザ光を、分割予定ラインに沿って、かつ照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うようにSiC基板に照射して、分割予定ラインに沿ってSiC基板にSiC基板の厚みの50%以上の深さの損傷を形成する装置である。本発明のレーザ加工装置は、SiC基板に照射するレーザ光の波長が500nm以上であること、および照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うようにレーザ光を照射すること、を特徴とする。
2. Laser processing apparatus of the present invention The laser processing apparatus of the present invention is an apparatus used in the laser irradiation step of the laser dicing method of the present invention. That is, the laser processing apparatus of the present invention irradiates a SiC substrate with a laser beam having a wavelength of 500 nm or more along a planned division line and so that irradiation spots closely overlap in space and time. Is a device that forms damage on the SiC substrate at a depth of 50% or more of the thickness of the SiC substrate. The laser processing apparatus of the present invention is characterized in that the wavelength of the laser beam irradiated on the SiC substrate is 500 nm or more and that the laser beam is irradiated so that the irradiation spots overlap closely in space and time. .

本発明のレーザ加工装置は、少なくとも、SiC基板に照射するレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光をSiC基板に照射する光学系と、光学系(レーザ光)とSiC基板とを相対的に移動させる駆動部とを有する。以下、各構成要素について説明する。   The laser processing apparatus of the present invention includes at least a laser light source that emits laser light that irradiates a SiC substrate, an optical system that irradiates a SiC substrate with laser light emitted from the laser light source, an optical system (laser light), and SiC. And a drive unit that relatively moves the substrate. Hereinafter, each component will be described.

レーザ光源は、波長500nm以上のレーザ光を出射する。前述の通り、レーザ光源として用いるレーザの種類は、波長500nm以上のレーザ光を出射することができれば特に限定されない。そのようなレーザの例には、HoレーザやErレーザ、各種半導体レーザなどが含まれる。   The laser light source emits laser light having a wavelength of 500 nm or more. As described above, the type of laser used as the laser light source is not particularly limited as long as laser light having a wavelength of 500 nm or more can be emitted. Examples of such lasers include Ho lasers, Er lasers, various semiconductor lasers, and the like.

光学系は、所望の位置に集光点が位置するように、レーザ光源から出射されたレーザ光をSiC基板に照射する。通常、光学系は、レーザ光のビーム径を最適化するテレスコープ光学系や、レーザ光を所望の位置に集光させる集光レンズなどを含む。   The optical system irradiates the SiC substrate with laser light emitted from the laser light source so that the focal point is located at a desired position. Usually, the optical system includes a telescope optical system that optimizes the beam diameter of the laser light, a condensing lens that condenses the laser light at a desired position, and the like.

駆動部は、光学系(レーザ光)およびSiC基板の少なくとも一方を移動させて、光学系とSiC基板とを相対的に移動させる。これにより、レーザ光をSiC基板の分割予定ラインに沿って、かつ照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うように照射することができる。その結果、SiCの分割予定ラインに沿ってアスペクト比の高い損傷を形成することができる。駆動部は、SiC基板を載置するステージを移動させてもよいし、光学系を移動させてもよいし、ステージおよび光学系の両方を移動させてもよい。   The drive unit moves at least one of the optical system (laser light) and the SiC substrate to relatively move the optical system and the SiC substrate. Thereby, it is possible to irradiate the laser beam along the planned dividing line of the SiC substrate so that the irradiation spots are closely overlapped spatially and temporally. As a result, it is possible to form damage with a high aspect ratio along the planned dividing line of SiC. The drive unit may move the stage on which the SiC substrate is placed, may move the optical system, or may move both the stage and the optical system.

その他、後述する実施の形態で説明するように、レーザ加工装置は、加工対象のSiC基板を載置するステージや、所望の位置に集光点を位置させるための自動照準システムなどを有していてもよい。   In addition, as will be described in an embodiment described later, the laser processing apparatus has a stage on which a SiC substrate to be processed is placed, an automatic aiming system for positioning a condensing point at a desired position, and the like. May be.

以上の通り、本発明のレーザダイシング方法およびレーザ加工装置は、波長500nm以上のレーザ光を、照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うように照射することで、SiC基板の表面に高アスペクト比(SiC基板の厚みの50%以上の深さ)の損傷を高精度かつ高速に形成することができる。したがって、本発明のレーザダイシング方法およびレーザ加工装置は、ブレーク工程を行うことなくエキスパンド工程のみでSiC基板を高精度かつ高速に分割することができる。   As described above, the laser dicing method and the laser processing apparatus according to the present invention irradiate the surface of the SiC substrate with a high aspect ratio by irradiating the laser beam having a wavelength of 500 nm or more so that the irradiation spots overlap spatially and temporally densely. The damage of the ratio (depth of 50% or more of the thickness of the SiC substrate) can be formed with high accuracy and high speed. Therefore, the laser dicing method and the laser processing apparatus of the present invention can divide the SiC substrate with high accuracy and high speed only by the expanding process without performing the breaking process.

3.本発明の特徴について
(1)波長
前述の通り、本発明のレーザダイシング方法は、波長500nm以上のレーザ光をSiC基板に照射することを一つの特徴とする。一方、波長500nm以上のレーザ光をSiC以外の物質に照射しても、SiCに照射したときのように高アスペクト比の損傷を高精度かつ高速に形成することはできない。
3. Features of the present invention (1) Wavelength As described above, one feature of the laser dicing method of the present invention is that the SiC substrate is irradiated with laser light having a wavelength of 500 nm or more. On the other hand, even if a laser beam having a wavelength of 500 nm or more is irradiated to a substance other than SiC, damage with a high aspect ratio cannot be formed with high accuracy and high speed as when SiC is irradiated.

一例として、典型的な難加工性材料である石英やサファイアなどに波長500nm以上のレーザ光を照射した場合について説明する。この場合、これらの透明誘電体材料のバンドギャップは5〜9eVと大きいため、波長500nm以上の光では3光子吸収または4光子吸収が生じてようやく電子のバンド間遷移を誘起できる。パルス幅の長い(ナノ秒〜マイクロ秒)レーザ光で3光子吸収または4光子吸収を誘起しようとすれば、尖頭出力が非常に大きい(GW/cm以上)パルスレーザ光を照射する必要がある。しかしながら、このような強い光を集光照射すると、3光子吸収または4光子吸収が生じる前に他の非線形過程(絶縁破壊)が必ず誘起されてしまうため、損傷の形状が大きく乱れてしまう。したがって、石英やサファイアなどに波長500nm以上のレーザ光を照射しても、非常に乱れた形状の損傷しか形成することができない。 As an example, a case where a laser beam having a wavelength of 500 nm or more is irradiated onto a typical difficult-to-work material such as quartz or sapphire will be described. In this case, since the band gap of these transparent dielectric materials is as large as 5 to 9 eV, 3-photon absorption or 4-photon absorption occurs only with light having a wavelength of 500 nm or more, and an interband transition of electrons can be induced only. In order to induce three-photon absorption or four-photon absorption with laser light having a long pulse width (nanosecond to microsecond), it is necessary to irradiate pulse laser light having a very large peak output (GW / cm 2 or more). is there. However, when such intense light is condensed and irradiated, other nonlinear processes (dielectric breakdown) are always induced before three-photon absorption or four-photon absorption occurs, so that the shape of damage is greatly disturbed. Therefore, even if quartz or sapphire is irradiated with laser light having a wavelength of 500 nm or more, only a very disordered shape can be formed.

また、金属加工では、炭酸ガスレーザ(無偏光でかつ波長10μm)を照射することがあった。しかしながら、この方法でも高アスペクト比の損傷を高精度かつ高速に形成することはできない。すなわち、この方法は、金属の格子振動を直接励起して行う熱溶融加工であるため、高アスペクト比の損傷を形成したり、高精度の加工(空間分解能がμmレベル)をしたりすることはできない。   In metal processing, a carbon dioxide laser (non-polarized light with a wavelength of 10 μm) may be irradiated. However, even with this method, high aspect ratio damage cannot be formed with high accuracy and high speed. In other words, since this method is a hot-melt process performed by directly exciting metal lattice vibrations, it is not possible to form damage with a high aspect ratio or to perform high-precision processing (with a spatial resolution of μm level). Can not.

(2)ショットピッチおよび繰り返し周波数
また、本発明のレーザダイシング方法は、照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うようにレーザ光を照射することも一つの特徴とする。
(2) Shot pitch and repetition frequency The laser dicing method of the present invention is also characterized in that the laser beam is irradiated so that the irradiation spots overlap closely in space and time.

表1は、SiC、サファイア、石英および単結晶Siの各種特性を示す表である。
Table 1 is a table showing various characteristics of SiC, sapphire, quartz, and single crystal Si.

多光子吸収を利用してSi、ガラス、サファイアなどを加工する従来のレーザ加工方法では、より硬い物、より融点が高い物を加工するためにはレーザ光の強度を高めるというのが、当業者にとっての常識であった。また、加工速度を向上させる観点から、ショットピッチをある程度大きくする(例えば、1〜数μm)というのが、当業者にとっての常識であった。   In the conventional laser processing method that processes Si, glass, sapphire, etc. using multiphoton absorption, the skilled person knows that the intensity of the laser beam is increased in order to process a harder material or a material having a higher melting point. It was common sense for me. Further, from the viewpoint of improving the processing speed, it has been common knowledge for those skilled in the art to increase the shot pitch to some extent (for example, 1 to several μm).

表1に示されるように、SiCは非常に硬く、かつ融点が高いため、SiCに対して従来と同じようにレーザ光を照射しても、SiCを適切に加工することはできない。特に、SiCは熱伝導率が非常に高いため、従来と同じ熱量を局所的に加えても、当該地点から逃げる熱量も多いため、SiCを適切に加工することはできない。このような場合、当業者であれば、レーザ光の出力を高めるのが一般的である。しかしながら、レーザ光の出力を極端に高めてしまうと、所望の加工形状を明確に逸脱した範囲にまで及ぶSiCの化学的変質(炭化物またはこげ状物質への変化)や、所望の加工形状を明確に逸脱した範囲にまで及ぶSiCの破壊などが発生して、加工品質が顕著に低下してしまう。このため、従来のレーザ加工方法では、SiCに対して半導体分野で要求されるような精密加工を行うことはできない。   As shown in Table 1, since SiC is very hard and has a high melting point, SiC cannot be processed appropriately even if SiC is irradiated with laser light as in the conventional case. In particular, since SiC has a very high thermal conductivity, even if the same amount of heat as that in the past is applied locally, a large amount of heat escapes from the point, and therefore SiC cannot be processed appropriately. In such a case, a person skilled in the art generally increases the output of the laser beam. However, if the output of the laser beam is extremely increased, the chemical modification of SiC (change to carbide or burnt-like material) and the desired processing shape will be clarified to the extent that clearly deviates from the desired processing shape. SiC breaks down to a range deviating from the above, and the processing quality is significantly reduced. For this reason, with the conventional laser processing method, it is not possible to perform precision processing as required in the semiconductor field for SiC.

これに対し、本発明者は、熱伝導率が非常に高いことを考慮して、レーザ光の出力を過剰に高めることなく、逃げる熱量よりも供給熱量を大きくする手段を検討した。そして、本発明者は、ショットピッチおよび繰り返し周波数という独自のパラメータに着目し、加工が困難なSiCを精緻に加工する方法を発明した。   On the other hand, the present inventor has considered a means for increasing the amount of supplied heat more than the amount of heat that escapes without excessively increasing the output of the laser light, considering that the thermal conductivity is very high. The inventor of the present invention invented a method for precisely processing SiC, which is difficult to process, by paying attention to unique parameters such as shot pitch and repetition frequency.

4.実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されない。
4). Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the present invention is not limited thereto.

図3は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

図3に示されるように、レーザ加工装置200は、レーザ光源210、テレスコープ光学系220、集光レンズ230、ステージ240、AFカメラ250、XYステージコントローラ260、Zコントローラ270およびコンピュータ280を有する。   As shown in FIG. 3, the laser processing apparatus 200 includes a laser light source 210, a telescope optical system 220, a condenser lens 230, a stage 240, an AF camera 250, an XY stage controller 260, a Z controller 270, and a computer 280.

レーザ光源210は、波長500nm以上のレーザ光を出射する。レーザ光源は、例えば、波長500nm〜10μm、パルス幅20ナノ秒以上、繰り返し周波数1kHz〜10MHz、1パルスあたりの光強度密度1〜5000J/cmのパルスレーザ光、または波長500nm〜10μm、光強度密度1×10〜5×10W/cmの連続発振レーザ光を出射する。 The laser light source 210 emits laser light having a wavelength of 500 nm or more. The laser light source is, for example, a pulse laser beam having a wavelength of 500 nm to 10 μm, a pulse width of 20 nanoseconds or more, a repetition frequency of 1 kHz to 10 MHz, a light intensity density of 1 to 5000 J / cm 2 per pulse, or a wavelength of 500 nm to 10 μm, a light intensity. A continuous wave laser beam having a density of 1 × 10 7 to 5 × 10 9 W / cm 2 is emitted.

テレスコープ光学系220は、好ましい加工形状を得るために、レーザ光源210から出射されたレーザ光のビーム径を最適化する。   The telescope optical system 220 optimizes the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source 210 in order to obtain a preferable processing shape.

集光レンズ230は、テレスコープ光学系220を透過したレーザ光を集光する。たとえば、集光レンズ230は、顕微鏡用の対物レンズである。   The condensing lens 230 condenses the laser light that has passed through the telescope optical system 220. For example, the condensing lens 230 is an objective lens for a microscope.

ステージ240は、加工対象のSiC基板110が載置される載置台と、この載置台を移動させることができる駆動機構とを有する。駆動機構は、載置台をX軸またはY軸方向に移動させたり、X軸またはY軸を中心として回転させたりすることができる。ステージ240上のSiC基板110は、この駆動機構によって分割予定ラインに沿ってXY軸方向に移動される。   Stage 240 has a mounting table on which SiC substrate 110 to be processed is mounted, and a drive mechanism that can move the mounting table. The drive mechanism can move the mounting table in the X-axis or Y-axis direction or rotate the X-axis or Y-axis as a center. The SiC substrate 110 on the stage 240 is moved in the XY-axis direction along the planned division line by this drive mechanism.

AFカメラ250は、SiC基板110の加工部位の表面プロファイルを取得するためのカメラである。取得されたプロファイルは、コンピュータ280に出力される。   AF camera 250 is a camera for acquiring a surface profile of a processed part of SiC substrate 110. The acquired profile is output to the computer 280.

XYステージコントローラ260は、コンピュータ280の指示に基づいて、レーザ光の集光位置がSiC110の分割予定ラインに沿うように、ステージ240をXY軸方向に移動させる。   Based on an instruction from the computer 280, the XY stage controller 260 moves the stage 240 in the XY axis direction so that the condensing position of the laser light is along the planned dividing line of SiC 110.

Zコントローラ270は、コンピュータ280の指示に基づいて、レーザ光の集光位置が所望の位置に合うように、集光レンズ230をZ軸方向に移動させる。   Based on an instruction from the computer 280, the Z controller 270 moves the condensing lens 230 in the Z-axis direction so that the condensing position of the laser light matches a desired position.

コンピュータ280は、レーザ光源210、AFカメラ250、XYステージコントローラ260およびZコントローラ270に接続されており、これら各部を総合的に制御する。たとえば、コンピュータ280は、AFカメラ250およびXYステージコントローラ260を制御して、SiC基板110の表面プロファイルを取得する。また、コンピュータ280は、XYステージコントローラ260およびZコントローラ270を制御して、SiC基板110の分割予定ラインに沿ってレーザ光を走査する。   The computer 280 is connected to the laser light source 210, the AF camera 250, the XY stage controller 260, and the Z controller 270, and comprehensively controls these units. For example, the computer 280 controls the AF camera 250 and the XY stage controller 260 to acquire the surface profile of the SiC substrate 110. In addition, computer 280 controls XY stage controller 260 and Z controller 270 to scan the laser beam along the planned division line of SiC substrate 110.

次に、レーザ加工装置200を用いてSiC基板110を分割する手順を説明する。   Next, a procedure for dividing SiC substrate 110 using laser processing apparatus 200 will be described.

まず、図3に示されるレーザ加工装置200により、SiC基板110に表面から内部に向かう損傷を形成する(損傷形成工程)。具体的には、まず、裏面にダイシングテープ140が貼付されたSiC基板110をステージ240の載置台に載置して、AFカメラ250およびXYステージコントローラ260によりSiC基板110の表面プロファイルを取得する。次いで、レーザ光源210からレーザ光を出射して、レーザ光をSiC基板110に照射する。このとき、予め取得した表面プロファイルに基づき、ステージ240をXY軸方向(水平方向)に移動することで、レーザ光で分割予定ラインを走査する(図2A参照)。また、照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うように、レーザ光を走査する。これにより、SiC基板110の分割予定ラインに沿って、SiC基板110の厚みの50%以上の深さの損傷を形成することができる(図2B参照)。   First, damage from the surface to the inside is formed in the SiC substrate 110 by the laser processing apparatus 200 shown in FIG. 3 (damage formation step). Specifically, first, SiC substrate 110 with dicing tape 140 attached to the back surface is placed on a stage 240 and a surface profile of SiC substrate 110 is acquired by AF camera 250 and XY stage controller 260. Next, laser light is emitted from the laser light source 210 to irradiate the SiC substrate 110 with the laser light. At this time, based on the surface profile acquired in advance, the stage 240 is moved in the XY axis direction (horizontal direction) to scan the division planned line with the laser light (see FIG. 2A). In addition, the laser beam is scanned so that the irradiation spots overlap closely in space and time. Thereby, the damage of the depth of 50% or more of the thickness of SiC substrate 110 can be formed along the division | segmentation planned line of SiC substrate 110 (refer FIG. 2B).

次いで、図示しないエキスパンド装置により、ダイシングテープ140を引き伸ばして、損傷を形成されたSiC基板110に引張力を加える(エキスパンド工程)。SiC基板110が損傷形成工程で分割されている場合は、エキスパンド工程により、分割されたチップ間の間隔が拡げられる。一方、SiC基板110が損傷形成工程で分割されていない場合は、エキスパンド工程により、損傷を起点としてSiC基板110が分割され、同時に分割されたチップ間の間隔が拡げられる(図2C参照)。   Next, the dicing tape 140 is stretched by an expanding device (not shown), and a tensile force is applied to the damaged SiC substrate 110 (expanding process). When the SiC substrate 110 is divided in the damage forming process, the space between the divided chips is expanded by the expanding process. On the other hand, when the SiC substrate 110 is not divided in the damage formation process, the expansion process divides the SiC substrate 110 starting from the damage, and widens the interval between the divided chips simultaneously (see FIG. 2C).

以上の手順により、ブレーク工程を挟むことなく、損傷形成工程およびエキスパンド工程のみでSiC基板を分割(ダイシング)することができる。   By the above procedure, the SiC substrate can be divided (diced) only by the damage forming step and the expanding step without interposing the break step.

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail with reference to an Example, this invention is not limited by these Examples.

[実施例1]
加工対象物として、直径3インチのSiC単結晶基板(厚さ150μm)から所定の形状に切り出したSiC基板を準備した。SiC基板としては、10×10mmの正方形状に切り出したもの、基板を碁盤目状に9分割したもの(扇形の部分のみ使用;25×25mm)および基板を4等分したもの(扇形;38×38mm)を準備した。
[Example 1]
As a processing object, a SiC substrate cut into a predetermined shape from a SiC single crystal substrate (thickness 150 μm) having a diameter of 3 inches was prepared. The SiC substrate was cut into a 10 × 10 mm square, the substrate was divided into 9 grids (only the sectoral part was used; 25 × 25 mm), and the substrate was divided into four equal parts (fan shape; 38 × 38 mm).

裏面にダイシングテープを貼付したSiC基板をステージに載せ、SiC基板の表面側からSiC基板にパルスレーザ光(波長1064nm、パルス幅190ナノ秒)を照射して、SiC基板に表面から内部に向かう損傷を形成した(損傷形成工程)。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、SiC基板の分割予定ラインに沿って損傷を形成した。集光点は、SiC基板の表面から内部100μmの位置に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e幅)は、5.8μmであった。パルスレーザ光のパルスエネルギは、133〜500μJの範囲内で変化させた。ステージの移動速度は、20〜70mm/秒の範囲内で変化させた。パルスレーザ光の繰り返し周波数は、40〜150kHzの範囲内で変化させた(表2参照)。 A SiC substrate with a dicing tape affixed to the back surface is placed on the stage, and the SiC substrate is irradiated with pulsed laser light (wavelength 1064 nm, pulse width 190 nanoseconds) from the surface side of the SiC substrate to damage the SiC substrate from the surface to the inside. Was formed (damage formation step). At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and damage was formed along the planned dividing line of the SiC substrate. The condensing point was set at a position of 100 μm inside from the surface of the SiC substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 5.8 μm. The pulse energy of the pulse laser beam was changed within a range of 133 to 500 μJ. The moving speed of the stage was changed within a range of 20 to 70 mm / second. The repetition frequency of the pulse laser beam was changed within the range of 40 to 150 kHz (see Table 2).

次に、SiC基板の裏面に貼付されたダイシングテープを均等に引き伸ばして、SiC基板を分割予定ラインに沿って分割(チップ化)した(エキスパンド工程)。この後、各SiC基板について、分割予定ラインの総数(各チップの1辺の長さを単位とする)に対する、実際に分割された分割予定ラインの数の割合(以下「ダイシング特性」という)を算出した。なお、各SiC基板において、実際に分割された分割予定ラインのうち、80〜90%は、損傷形成工程において分割されており(エキスパンド工程の前に光を照射して確認)、残りの10〜20%はエキスパンド工程で分割されていた。   Next, the dicing tape affixed to the back surface of the SiC substrate was evenly stretched to divide (chip) the SiC substrate along the planned dividing line (expanding process). Thereafter, for each SiC substrate, the ratio (hereinafter referred to as “dicing characteristic”) of the number of actually divided division lines to the total number of division planned lines (in units of the length of one side of each chip). Calculated. In each SiC substrate, 80 to 90% of the actually divided division lines are divided in the damage forming process (confirmed by irradiating light before the expanding process), and the remaining 10 to 10%. 20% was divided in the expanding process.

図5は、10×10mmの正方形状のSiC基板を分割した結果を示す写真である。図5Aは、No.1の結果を示す写真であり、図5Bは、No.2の結果を示す写真である(表2参照)。図5Aに示される例では、40本の分割予定ラインのうち24本の分割予定ラインが分割されていることから、ダイシング特性は60%である。図5Bに示される例では、40本の分割予定ラインのうち40本の分割予定ラインが分割されていることから、ダイシング特性は100%である。   FIG. 5 is a photograph showing a result of dividing a 10 × 10 mm square SiC substrate. 5A is a photograph showing the result of No. 1, and FIG. 5B is a photograph showing the result of No. 2 (see Table 2). In the example shown in FIG. 5A, 24 of the 40 scheduled division lines are divided, so the dicing characteristic is 60%. In the example shown in FIG. 5B, 40 of the 40 scheduled division lines are divided, so that the dicing characteristic is 100%.

図6は、25×25mmの扇形のSiC基板を分割した結果を示す写真である。図6Aは、No.10の結果を示す写真であり(ダイシング特性0%)、図6Bは、No.11の結果を示す写真である(ダイシング特性99%)。   FIG. 6 is a photograph showing the result of dividing a 25 × 25 mm fan-shaped SiC substrate. 6A is a photograph showing the result of No. 10 (dicing characteristic 0%), and FIG. 6B is a photograph showing the result of No. 11 (dicing characteristic 99%).

図7は、38×38mmの扇形のSiC基板をダイシングした結果を示す写真である。図7Aは、No.14の結果を示す写真であり(ダイシング特性0%)、図7Bは、No.17の結果を示す写真である(ダイシング特性98%)。   FIG. 7 is a photograph showing the result of dicing a 38 × 38 mm fan-shaped SiC substrate. 7A is a photograph showing the result of No. 14 (dicing characteristic 0%), and FIG. 7B is a photograph showing the result of No. 17 (dicing characteristic 98%).

また、各SiC基板について、分割後に分割面を観察して、損傷形成工程で形成された損傷の深さを測定した。図8Aは、実験No.4の条件でレーザ光を照射したSiC基板の断面の写真である。この実験では、分割前の損傷の断面形状を示すために、厚さ350μmのSiC基板を使用した。図8Bは、エキスパンド後のNo.4の基板(厚さ150μm)の分割面の写真である。   Moreover, about each SiC substrate, the division surface was observed after division | segmentation, and the depth of the damage formed in the damage formation process was measured. FIG. 8A is a photograph of a cross section of a SiC substrate irradiated with laser light under the conditions of Experiment No. 4. In this experiment, a SiC substrate having a thickness of 350 μm was used to show the cross-sectional shape of the damage before the division. FIG. 8B is a photograph of the divided surface of No. 4 substrate (thickness 150 μm) after expansion.

レーザ加工の条件、損傷の深さ、ダイシング特性の算出値を表2に示す。
Table 2 shows laser processing conditions, damage depth, and calculated dicing characteristics.

図9は、「SP/F」の値とダイシング特性の関係を示すグラフである。このグラフから、「SP/F」の値が0.007(7×10−3)未満となると、ダイシング特性が急激に上昇することがわかる。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the “SP / F” value and the dicing characteristics. From this graph, it can be seen that when the value of “SP / F” is less than 0.007 (7 × 10 −3 ), the dicing characteristics rapidly increase.

以上の結果から、本発明のレーザダイシング方法により、ブレーク工程を挟むことなく、損傷形成工程およびエキスパンド工程のみでSiC基板を分割できることがわかる。また、本発明のレーザダイシング方法では、SiC基板の大きさに関係なく、SiC基板をダイシングできることもわかる。   From the above results, it can be seen that by the laser dicing method of the present invention, the SiC substrate can be divided only by the damage forming step and the expanding step without interposing the break step. It can also be seen that in the laser dicing method of the present invention, the SiC substrate can be diced regardless of the size of the SiC substrate.

[実施例2]
加工対象物として、直径3インチのSiC単結晶基板(厚さ130μm)から所定の形状に切り出したSiC基板を準備した。SiC基板としては、10×10mmの正方形状に切り出したものおよび基板を碁盤目状に9分割したもの(扇形の部分のみ使用;25×25mm)を準備した。
[Example 2]
As a processing object, a SiC substrate cut out in a predetermined shape from a SiC single crystal substrate (thickness 130 μm) having a diameter of 3 inches was prepared. As the SiC substrate, a substrate cut into a 10 × 10 mm square and a substrate obtained by dividing the substrate into nine grids (using only a fan-shaped portion; 25 × 25 mm) were prepared.

裏面にダイシングテープを貼付したSiC基板をステージに載せ、SiC基板の表面側からSiC基板にパルスレーザ光(波長1064nm、パルス幅190ナノ秒)を照射して、SiC基板に表面から内部に向かう損傷を形成した(損傷形成工程)。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、SiC基板の分割予定ラインに沿って損傷を形成した。集光点は、SiC基板の表面から内部80μmの位置に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e幅)は、5.8μmであった。パルスレーザ光のパルスエネルギは、180μJとした。ステージの移動速度は、30〜55mm/秒の範囲内で変化させた。パルスレーザ光の繰り返し周波数は、60〜110kHzの範囲内で変化させた(表3参照)。 A SiC substrate with a dicing tape affixed to the back surface is placed on the stage, and the SiC substrate is irradiated with pulsed laser light (wavelength 1064 nm, pulse width 190 nanoseconds) from the surface side of the SiC substrate to damage the SiC substrate from the surface to the inside. Was formed (damage formation step). At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and damage was formed along the planned dividing line of the SiC substrate. The condensing point was adjusted to the position of 80 μm inside from the surface of the SiC substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 5.8 μm. The pulse energy of the pulse laser beam was 180 μJ. The moving speed of the stage was changed within a range of 30 to 55 mm / second. The repetition frequency of the pulse laser beam was changed within a range of 60 to 110 kHz (see Table 3).

次に、SiC基板の裏面に貼付されたダイシングテープを均等に引き伸ばして、SiC基板を分割予定ラインに沿って分割(チップ化)した(エキスパンド工程)。この後、各SiC基板について、実施例1と同様の手順でダイシング特性を算出した。また、各SiC基板について、分割後に分割面を観察して、損傷形成工程で形成された損傷の深さを測定した。なお、各SiC基板において、実際に分割された分割予定ラインのうち、80〜90%は、損傷形成工程において分割されており、残りの10〜20%はエキスパンド工程で分割されていた。   Next, the dicing tape affixed to the back surface of the SiC substrate was evenly stretched to divide (chip) the SiC substrate along the planned dividing line (expanding process). Thereafter, dicing characteristics were calculated for each SiC substrate in the same procedure as in Example 1. Moreover, about each SiC substrate, the division surface was observed after division | segmentation, and the depth of the damage formed in the damage formation process was measured. In each SiC substrate, 80 to 90% of the actually divided division lines were divided in the damage forming process, and the remaining 10 to 20% were divided in the expanding process.

レーザ加工の条件、損傷の深さ、ダイシング特性の算出値を表3に示す。
Table 3 shows laser processing conditions, damage depth, and calculated dicing characteristics.

図10は、「SP/F」の値とダイシング特性の関係を示すグラフである。このグラフから、「SP/F」の値が0.007(7×10−3)未満となると、ダイシング特性が急激に上昇することがわかる。特に、No.4の実験結果に着目すると、ショットピッチが小さいだけでは適切なダイシングを行うことはできず、ショットピッチが小さく、かつ繰り返し周波数が大きい場合に適切なダイシングを行いうることがわかる。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the “SP / F” value and the dicing characteristics. From this graph, it can be seen that when the value of “SP / F” is less than 0.007 (7 × 10 −3 ), the dicing characteristics rapidly increase. In particular, paying attention to the experimental results of No. 4, it can be seen that appropriate dicing cannot be performed only with a small shot pitch, and proper dicing can be performed when the shot pitch is small and the repetition frequency is large.

以上の結果から、本発明のレーザダイシング方法により、ブレーク工程を挟むことなく、損傷形成工程およびエキスパンド工程のみでSiC基板を分割できることがわかる。   From the above results, it can be seen that by the laser dicing method of the present invention, the SiC substrate can be divided only by the damage forming step and the expanding step without interposing the break step.

実施例1および実施例2では、それぞれ厚さ150μmおよび130μmのSiC基板を分割した。また、これらのSiC基板の厚さは、±10%程度の誤差がある。これらことから、本発明のレーザダイシング方法では、SiC基板の厚さが200μm以下であれば、損傷形成工程およびエキスパンド工程のみでSiC基板を分割できることが示唆される。   In Example 1 and Example 2, SiC substrates having thicknesses of 150 μm and 130 μm were divided, respectively. Further, the thickness of these SiC substrates has an error of about ± 10%. From these, in the laser dicing method of the present invention, it is suggested that the SiC substrate can be divided only by the damage forming step and the expanding step if the thickness of the SiC substrate is 200 μm or less.

[参考例]
参考例として、異なるパルス幅のパルスレーザ光を照射して、SiC基板に深い損傷を形成できるかどうかを調べた結果を示す。
[Reference example]
As a reference example, the result of investigating whether deep damage can be formed in a SiC substrate by irradiating pulsed laser light having different pulse widths is shown.

加工対象物として、直径3インチのSiC単結晶基板(厚さ150μm)から10×10mmの正方形状に切り出したSiC基板を準備した。   As a processing object, a SiC substrate cut out in a 10 × 10 mm square shape from a SiC single crystal substrate (thickness 150 μm) having a diameter of 3 inches was prepared.

SiC基板をステージに載せ、SiC基板の表面側からSiC基板にパルスレーザ光(波長1064nm、パルス幅30ナノ秒または200ナノ秒)を照射して、SiC基板に表面から内部に向かう損傷を形成した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、SiC基板の分割予定ラインに沿って損傷を形成した。集光点は、SiC基板の表面から内部20μm(パルス幅30ナノ秒の場合)または内部100μm(パルス幅200ナノ秒の場合)の位置に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e幅)は、5.4μm(パルス幅30ナノ秒の場合)または5.8μm(パルス幅200ナノ秒の場合)であった。 The SiC substrate was placed on the stage, and the SiC substrate was irradiated with pulsed laser light (wavelength 1064 nm, pulse width 30 nanoseconds or 200 nanoseconds) from the surface side of the SiC substrate to form damage on the SiC substrate from the surface to the inside. . At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and damage was formed along the planned dividing line of the SiC substrate. The focal point was adjusted to the position of 20 μm inside (when the pulse width was 30 nanoseconds) or 100 μm inside (when the pulse width was 200 nanoseconds) from the surface of the SiC substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 5.4 μm (when the pulse width was 30 nanoseconds) or 5.8 μm (when the pulse width was 200 nanoseconds).

この後、分割予定ラインに直交する別の分割予定ラインに沿って各SiC基板を分割し、各SiC基板についてレーザ光の照射により形成された損傷の深さを測定した。レーザ加工の条件および損傷の深さを表4に示す。
Thereafter, each SiC substrate was divided along another planned division line orthogonal to the planned division line, and the depth of damage formed by laser light irradiation was measured for each SiC substrate. Table 4 shows the laser processing conditions and the depth of damage.

以上の結果から、SiC基板に照射するレーザ光のパルス幅が一般的なナノ秒レベルのパルス幅(20ナノ秒以上)であれば、SiC基板の厚みの50%以上の深さの損傷を形成して、本発明の課題を解決できることが示唆される。   From the above results, if the pulse width of the laser light applied to the SiC substrate is a typical nanosecond level pulse width (20 nanoseconds or more), damage with a depth of 50% or more of the thickness of the SiC substrate is formed. Thus, it is suggested that the problems of the present invention can be solved.

[比較例]
比較例では、UVパルスレーザ光をSiC基板に照射した例を示す。
[Comparative example]
In the comparative example, an example in which the UV pulse laser beam is irradiated onto the SiC substrate is shown.

加工対象物として、直径3インチのSiC単結晶基板(厚さ150μm)から所定の形状に切り出したSiC基板を準備した。SiC基板としては、10×10mmの正方形状に切り出したものを準備した。   As a processing object, a SiC substrate cut into a predetermined shape from a SiC single crystal substrate (thickness 150 μm) having a diameter of 3 inches was prepared. As the SiC substrate, a substrate cut into a 10 × 10 mm square was prepared.

裏面にダイシングテープを貼付したSiC基板をステージに載せ、SiC基板の表面側からSiC基板にUVパルスレーザ光(波長355nm、パルス幅25ナノ秒)を照射して、SiC基板に表面から内部に向かう損傷を形成した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、SiC基板の分割予定ラインに沿って損傷を形成した。集光点は、SiC基板の表面に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e幅)は、6.28μmであった。パルスレーザ光のパルスエネルギは、5〜17μJの範囲内で変化させた。ステージの移動速度は、18mm/秒とした。パルスレーザ光の繰り返し周波数は、60kHzとした。 A SiC substrate with a dicing tape affixed to the back is placed on a stage, and the SiC substrate is irradiated with UV pulse laser light (wavelength 355 nm, pulse width 25 nanoseconds) from the surface side of the SiC substrate, and the SiC substrate is directed from the surface to the inside. Damage formed. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and damage was formed along the planned dividing line of the SiC substrate. The condensing point was adjusted to the surface of the SiC substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 6.28 μm. The pulse energy of the pulse laser beam was changed within a range of 5 to 17 μJ. The moving speed of the stage was 18 mm / second. The repetition frequency of the pulse laser beam was 60 kHz.

この後、分割予定ラインに直交する別の分割予定ラインに沿って各SiC基板を分割し、各SiC基板についてレーザ光の照射により形成された損傷の深さを測定した。   Thereafter, each SiC substrate was divided along another planned division line orthogonal to the planned division line, and the depth of damage formed by laser light irradiation was measured for each SiC substrate.

図11Aは、パルスエネルギが5μJの条件でレーザ光を照射したSiC基板の断面の写真である。図11Bは、パルスエネルギが17μJの条件でレーザ光を照射したSiC基板の断面の写真である。図12は、パルスエネルギと損傷の深さとの関係を示すグラフである。このグラフから、パルスエネルギを高めても損傷の深さは60μm程度までしか増大しない(飽和する)ことがわかる。   FIG. 11A is a photograph of a cross section of a SiC substrate irradiated with laser light under a condition where the pulse energy is 5 μJ. FIG. 11B is a photograph of a cross section of the SiC substrate irradiated with laser light under a condition where the pulse energy is 17 μJ. FIG. 12 is a graph showing the relationship between pulse energy and damage depth. From this graph, it can be seen that even if the pulse energy is increased, the depth of damage only increases to about 60 μm (saturates).

以上の結果から、波長が500nm未満のレーザ光を照射しても、アスペクト比の高い損傷を形成することができず、SiC基板を分割できないことがわかる。   From the above results, it can be seen that even when laser light having a wavelength of less than 500 nm is irradiated, damage having a high aspect ratio cannot be formed, and the SiC substrate cannot be divided.

本発明のレーザダイシング方法およびレーザ加工装置は、ブレーク工程を行わずにSiC基板を分割することができる。たとえば、本発明のレーザダイシング方法およびレーザ加工装置を利用すれば、半導体素子の製造工程の簡略化や、半導体素子の製造コストの低減などを実現することができる。   The laser dicing method and the laser processing apparatus of the present invention can divide the SiC substrate without performing a break process. For example, by using the laser dicing method and the laser processing apparatus of the present invention, it is possible to simplify the manufacturing process of the semiconductor element and reduce the manufacturing cost of the semiconductor element.

10,100 レーザ光
11,110 SiC基板
12,120 分割予定ライン
13,130 損傷
140 ダイシングテープ
200 レーザ加工装置
210 レーザ光源
220 テレスコープ光学系
230 集光レンズ
240 ステージ
250 AFカメラ
260 XYステージコントローラ
270 Zコントローラ
280 コンピュータ
10,100 Laser light 11,110 SiC substrate 12,120 Scheduled division line 13,130 Damage 140 Dicing tape 200 Laser processing device 210 Laser light source 220 Telescope optical system 230 Condensing lens 240 Stage 250 AF camera 260 XY stage controller 270 Z Controller 280 Computer

Claims (12)

分割予定ラインに沿ってシリコンカーバイド基板に波長500nm以上のレーザ光を照射して、前記分割予定ラインに沿って前記シリコンカーバイド基板に前記シリコンカーバイド基板の厚みの50%以上の深さの損傷を形成する損傷形成工程と、
前記レーザ光を照射された前記シリコンカーバイド基板に引張力を加えるエキスパンド工程と、を含み、
前記レーザ光は、照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うように前記シリコンカーバイド基板に照射され、
前記シリコンカーバイド基板は、前記損傷形成工程または前記エキスパンド工程において分割される、
レーザダイシング方法。
Irradiate a laser beam having a wavelength of 500 nm or more to the silicon carbide substrate along the planned division line, and form damage to the silicon carbide substrate along the planned division line with a depth of 50% or more of the thickness of the silicon carbide substrate. Damage forming process to
An expanding step of applying a tensile force to the silicon carbide substrate irradiated with the laser light,
The laser beam is applied to the silicon carbide substrate so that irradiation spots closely overlap in space and time,
The silicon carbide substrate is divided in the damage forming step or the expanding step.
Laser dicing method.
前記シリコンカーバイド基板の厚みは、200μm以下であり、
前記レーザ光は、パルスレーザ光であり、
前記シリコンカーバイド基板の表面における前記レーザ光の照射スポットの中心間距離をSP(μm)とし、前記レーザ光の繰り返し周波数をF(kHz)としたとき、(SP/F)<0.007である、
請求項1に記載のレーザダイシング方法。
The silicon carbide substrate has a thickness of 200 μm or less,
The laser beam is a pulsed laser beam,
When the distance between the centers of the laser light irradiation spots on the surface of the silicon carbide substrate is SP (μm) and the repetition frequency of the laser light is F (kHz), (SP / F) <0.007. ,
The laser dicing method according to claim 1.
前記シリコンカーバイド基板は、前記損傷形成工程において分割される、請求項1に記載のレーザダイシング方法。   The laser dicing method according to claim 1, wherein the silicon carbide substrate is divided in the damage forming step. 前記シリコンカーバイド基板は、前記エキスパンド工程において分割される、請求項1に記載のレーザダイシング方法。   The laser dicing method according to claim 1, wherein the silicon carbide substrate is divided in the expanding step. 前記損傷形成工程と前記エキスパンド工程との間に、前記シリコンカーバイド基板に折曲力を加えて、前記損傷を起点として前記シリコンカーバイド基板を分割するブレーク工程を含まない、請求項1に記載のレーザダイシング方法。   2. The laser according to claim 1, wherein the laser does not include a break step of dividing the silicon carbide substrate from the damage by applying a bending force to the silicon carbide substrate between the damage forming step and the expanding step. Dicing method. 前記レーザ光は、パルス幅が20ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光である、請求項1に記載のレーザダイシング方法。   The laser dicing method according to claim 1, wherein the laser light is pulse laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 20 nanoseconds or more. 前記レーザ光の波長は、10μm以下である、請求項1に記載のレーザダイシング方法。   The laser dicing method according to claim 1, wherein a wavelength of the laser light is 10 μm or less. 前記レーザ光は、前記シリコンカーバイド基板の表面側から前記シリコンカーバイド基板に照射され、
前記レーザ光の集光点は、前記シリコンカーバイド基板の表面から上方100μm〜表面から内部120μmの範囲内に位置する、請求項1に記載のレーザダイシング方法。
The laser beam is applied to the silicon carbide substrate from the surface side of the silicon carbide substrate,
2. The laser dicing method according to claim 1, wherein the condensing point of the laser light is located within a range of 100 μm above the surface of the silicon carbide substrate to 120 μm inside from the surface.
波長500nm以上のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光をシリコンカーバイド基板に照射する光学系と、
前記光学系および前記シリコンカーバイド基板の少なくとも一方を移動させて、前記光学系と前記シリコンカーバイド基板とを相対的に移動させる駆動部と、を有し、
前記レーザ光を、分割予定ラインに沿って、かつ照射スポットが空間的および時間的に密に重なり合うように、シリコンカーバイド基板に照射して、前記分割予定ラインに沿って前記シリコンカーバイド基板に前記シリコンカーバイド基板の厚みの50%以上の深さの損傷を形成する、
レーザ加工装置。
A laser light source that emits laser light having a wavelength of 500 nm or more;
An optical system for irradiating the silicon carbide substrate with the laser beam;
A drive unit that moves at least one of the optical system and the silicon carbide substrate and relatively moves the optical system and the silicon carbide substrate;
The silicon carbide substrate is irradiated with the laser light along the planned division line so that the irradiation spots closely overlap in space and time, and the silicon carbide substrate is applied to the silicon carbide substrate along the planned division line. Forming a damage with a depth of 50% or more of the thickness of the carbide substrate;
Laser processing equipment.
前記シリコンカーバイド基板の厚みは、200μm以下であり、
前記レーザ光は、パルスレーザ光であり、
前記シリコンカーバイド基板の表面における前記レーザ光の照射スポットの中心間距離をSP(μm)とし、前記レーザ光の繰り返し周波数をF(kHz)としたとき、(SP/F)<0.007である、
請求項9に記載のレーザ加工装置。
The silicon carbide substrate has a thickness of 200 μm or less,
The laser beam is a pulsed laser beam,
When the distance between the centers of the laser light irradiation spots on the surface of the silicon carbide substrate is SP (μm) and the repetition frequency of the laser light is F (kHz), (SP / F) <0.007. ,
The laser processing apparatus according to claim 9.
前記レーザ光は、パルス幅が20ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光である、請求項9に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 9, wherein the laser light is pulse laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 20 nanoseconds or more. 前記レーザ光の波長は、10μm以下である、請求項9に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 9, wherein a wavelength of the laser light is 10 μm or less.
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