JP2019055416A - レーザー加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】加工効率の向上したレーザー加工方法を提供する。【解決手段】実施形態のレーザー加工方法は、被加工基板に、10ナノ秒よりも長い第1のパルス幅を有する第1のレーザー光を照射し、被加工基板に、第1のパルス幅よりも短い第2のパルス幅を有する第2のレーザー光を照射する。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、レーザー加工方法に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板の表面に格子状に配置されたダイシングラインと呼ばれる分割予定ラインによって、複数の領域が区画され、この区画された領域に、半導体デバイスの回路が形成される。
そして、半導体基板をダイシングラインに沿って切断することにより、回路が形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。
本発明が解決しようとする課題は、加工効率の向上したレーザー加工方法を提供する点にある。
実施形態のレーザー加工方法は、被加工基板に、10ナノ秒よりも長い第1のパルス幅を有する第1のレーザー光を照射し、被加工基板に、第1のパルス幅よりも短い第2のパルス幅を有する第2のレーザー光を照射する。
以下、図面を用いて実施形態を説明する。なお、図面中、同一又は類似の箇所には、同一又は類似の符号を付している。
(第1の実施形態)
本実施形態のレーザー加工方法は、被加工基板に、10ナノ秒よりも長い第1のパルス幅を有する第1のレーザー光を照射し、被加工基板に、第1のパルス幅よりも短い第2のパルス幅を有する第2のレーザー光を照射する。
本実施形態のレーザー加工方法は、被加工基板に、10ナノ秒よりも長い第1のパルス幅を有する第1のレーザー光を照射し、被加工基板に、第1のパルス幅よりも短い第2のパルス幅を有する第2のレーザー光を照射する。
図1は、本実施形態の加工装置100の要部の模式図である。本実施形態の加工装置は、被加工基板を加工するためのレーザー加工装置である。図1においては、本実施形態の加工装置のレーザー光照射手段の構成が示されている。
加工装置100は、制御機構2と、第1のレーザー発振器10と、第1のレーザー出力調整手段12と、第1のレーザー光学ミラー14と、第1の集光レンズ16と、第2のレーザー発振器20と、第2のレーザー出力調整手段22と、第2のレーザー光学ミラー24と、第2の集光レンズ26と、ステージ50と、を備える。
被加工基板Sは、例えばSi(シリコン)基板、SiC(炭化珪素)基板、GaN(窒化ガリウム)基板、タンタル酸リチウム(リチウムタンタレート)基板、ニオブ酸リチウム(リチウムナイオベート)基板、サファイヤ基板、ガラス基板、石英基板又はこれらの基板の積層物である。被加工基板Sは、例えば、半導体基板Wである。
被加工基板Sは、半導体基板Wと、半導体基板W上に形成された被加工層Pと、を有していても良い。被加工層Pは、例えば、集積回路を有するデバイスや、デバイス間の分離領域であるダイシングラインを含む。
第1のレーザー発振器10は、第1のレーザー光を出力する。第2のレーザー発振器20は、第2のレーザー光を出力する。
第1のレーザー発振器10及び第2のレーザー発振器20は、それぞれYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザー発振器、YVO4レーザー発振器等の固体レーザー発振器、エキシマレーザー発振器、CO2レーザー発振器等の気体レーザー発振器、半導体レーザー発振器等である。第1のレーザー発振器10及び第2のレーザー発振器20の種類は、加工される非加工物の光学物性や要求される品質により、適宜選択されるものである。
第1のレーザー光及び第2のレーザー光は、紫外光、可視光又は赤外光から選択される波長を有する。紫外光の波長は100nm以上400nm以下である。可視光の波長は360nm以上830nm以下である。赤外光の波長は0.7μm以上1mm以下である。
第1のレーザー出力調整手段12は、公知の、第1のレーザー発振器10から照射された第1のレーザー光の出力を調整する手段である。第2のレーザー出力調整手段22は、公知の、第2のレーザー発振器20から照射された第2のレーザー光の出力を調整する手段である。
第1のレーザー光学ミラー14は、第1のレーザー出力調整手段12によって調整された第1のレーザー光の行路を変更する。第2のレーザー光学ミラー24は、第2のレーザー出力調整手段22によって調整された第2のレーザー光の行路を変更する。
第1の集光レンズ16は、第1のレーザー光学ミラー14によって行路が変更された第1のレーザー光を被加工基板Sに照射する。第2の集光レンズ26は、第2のレーザー光学ミラー24によって行路が変更された第2のレーザー光を被加工基板Sに照射する。
制御機構2は、第1のレーザー発振器10及び第2のレーザー発振器20から出力する第1のレーザー光及び第2のレーザー光の出力や照射タイミングを制御する。
制御機構2は、電気回路、量子回路等のハードウェアで構成されてもよいし、ソフトウェアで構成されてもよい。ソフトウェアで構成する場合には、CPU(Central Processing Unit)を中心とするマイクロプロセッサと、処理プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、入出力ポート及び通信ポートを用いてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
ステージ50上には、被加工基板Sが載置される。ステージ50は、互いに直交する横方向であるX方向及びY方向に、例えば図示しないモーターにより、第1のレーザー光及び第2のレーザー光の照射のタイミングにあわせて移動可能である。
図2は、本実施形態のレーザー加工方法によって加工される被加工基板Sの模式図である。
被加工層Pは、デバイスDとダイシングラインLを含む。デバイスDは、例えば集積回路である。各デバイスD間に形成されたダイシングラインLにレーザー光を照射して、デバイスDを個片化する。デバイスDを構成する材料は、例えば、金属、Si酸化物、Si窒化物、有機物等である。
図3は、本実施形態の被加工基板Sを保持するためのダイシングフレームFにダイシングテープTが装着された状態を示す模式図である。
レーザー光により個片化されたデバイスDは、ダイシングテープTにより保持される。ダイシングフレームFは、環状のダイシングフレームFである。
図4は、本実施形態の被加工基板Sが、ダイシングフレームFに保持された状態を示す模式図である。ダイシングフレームFにダイシングテープTで被加工基板Sを固定した状態でレーザー光を照射することにより、被加工基板Sの加工位置や加工幅を制御することが可能となる。
図5は、本実施形態のレーザー加工方法における、第1のレーザー光と第2のレーザー光の時間的シーケンスを示す模式図である。
まず、被加工基板Sに、10ナノ秒よりも長い第1のパルス幅を有する第1のレーザー光を照射する。第1のパルス幅は、被加工基板Sの加工部の温度を上昇させる必要が有るため、10ナノ秒以上の長いパルス幅を選択した。これよりも短いパルス幅を使用した場合、加工部の温度が十分に上昇する前に、構成材料の原子間結合が切れ、昇華が始まる状態になる現象が観察された。
次に、第1のレーザー光の照射を止める。
その後、被加工基板Sに、第1のパルス幅よりも短い第2のパルス幅を有する第2のレーザー光を照射する。これにより、被加工基板Sに、レーザーアブレーション加工が行われる。
なお、上述の一連のレーザー光照射を複数回繰り返して行っても良い。
ここで、第2のパルス幅は、1フェムト秒以上1ナノ秒以下であることが特に好ましい。
また、第1のレーザー光と第2のレーザー光の時間間隔t1は、第1のパルス幅よりも短いことが好ましい。
また、第1のレーザー光の照射パルス回数は、第2のレーザー光の照射パルス回数よりも少ないことが好ましい。
また、第1のレーザー光の単位時間当たりの第1のエネルギー密度は、第2のレーザー光の単位時間当たりの第2のエネルギー密度よりも低いことが好ましい。
次に、本実施形態の作用効果を記載する。
パルスレーザー光線を照射してアブレーション加工をすることによりレーザー加工溝を形成する際に、加工効率を向上させるため、パルスの繰り返し周波数を高めたり、レーザー光のエネルギー密度を増加させたりすることが行われている。
しかし、レーザーが照射された箇所に熱が蓄積され、クラックが発生してチップの強度が低下してしまうという問題がある。また、チッピングが発生してデバイスの品質が低下してしまうという問題がある。さらに、酸化物(デブリ)が被加工基板Sの表面に発生してしまうという問題がある。
本実施形態のレーザー加工方法では、被加工基板Sに、10ナノ秒よりも長い第1のパルス幅を有する第1のレーザー光を照射し、被加工基板Sに、第1のパルス幅よりも短い第2のパルス幅を有する第2のレーザー光を照射する。
第1のレーザー光はパルス幅が10ナノ秒よりも長いため、被加工基板Sを加熱することが出来る。一方、第2のレーザー光の第2のパルス幅は短いので、第1のレーザー光で加熱された被加工基板Sの部分に照射されることにより、被加工基板Sを構成する原子同士の結合を切断出来る。これにより、クラックやチッピングの発生しない、加工効率の向上したレーザー加工方法の提供が可能となる。
第2のパルス幅は、1フェムト秒以上1ナノ秒以下であることが、原子同士の結合の切断のため特に好ましい。
第1のレーザー光及び第2のレーザー光は、紫外光、可視光又は赤外光から選択される波長を有することが好ましい。第1のレーザー光の波長及び第2のレーザー光の波長は、被加工基板Sの種類によって適宜選択される。
第1のレーザー光と第2のレーザー光の時間間隔t1は、第1のパルス幅よりも短いことが好ましい。時間間隔t1が第1のパルス幅よりも長い場合、第1のレーザー光が照射された被加工基板Sの部分が冷却されてしまう。そのため、第2のレーザー光を照射しても、もはや被加工基板Sを構成する原子同士の結合を切断することが出来なくなるためである。
第1のレーザー光の照射パルス回数は、第2のレーザー光の照射パルス回数よりも少ないことが好ましい。言い換えると、第2のレーザー光の照射パルス回数は、第1のレーザー光の照射パルス回数よりも多いことが好ましい。これにより、被加工基板Sを構成する原子同士の結合の切断が起こりやすくためである。
第1のレーザー光の単位時間当たりの第1のエネルギー密度は、第2のレーザー光の前記単位時間当たりの第2のエネルギー密度よりも低いことが好ましい。第1のエネルギー密度が第2のエネルギー密度よりも高い場合、第1のレーザー光により被加工基板にSに発生する熱により加工が行われることとなり、クラック、チッピング又はデブリが発生してしまうためである。
本実施形態のレーザー加工方法によれば、加工効率の向上したレーザー加工方法の提供が可能となる。
(第2の実施形態)
本実施形態のレーザー加工方法は、被加工基板に、第1のレーザー光と第2のレーザー光を同時に照射する点で、第1の実施形態のレーザー加工方法と異なっている。ここで、第1の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
本実施形態のレーザー加工方法は、被加工基板に、第1のレーザー光と第2のレーザー光を同時に照射する点で、第1の実施形態のレーザー加工方法と異なっている。ここで、第1の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
図6は、本実施形態の加工装置200の模式図である。第1のレーザー光学ミラー14、第2のレーザー光学ミラー24及び集光レンズ18を調整し、被加工基板Sの照射領域に同時に第1のレーザー光と第2のレーザー光が照射出来るように、レーザー光の光路を調整している点で、第1の実施形態の加工装置100と異なっている。
図7は、本実施形態のレーザー加工方法における、第1のレーザー光と第2のレーザー光の時間的シーケンスを示す模式図である。
本実施形態のレーザー加工方法では、第1のレーザー光のエネルギーにより、加工領域の温度を上昇させて少なくとも一部が融点を超えて液化する。そのため、加工領域の反射率を下げて、第2のレーザー光による加工を容易にすることが出来る。
第1のレーザー光と第2のレーザー光の遅延時間t2は、第2のパルス幅より長いことが好ましい。言い換えると、第1のレーザー光を照射開始後第2のパルス幅より長い遅延時間t2が経過した後に、第1のレーザー光と同時に第2のレーザー光を照射することが好ましい。これは、遅延時間t2が短すぎると、加工領域の温度が十分に増加していないため、第2のレーザー光により原子同士の結合を十分に切断することが出来ないためである。
図8は、本実施形態の他の態様のレーザー加工方法における、第1のレーザー光と第2のレーザー光の時間的シーケンスを示す模式図である。
レーザー光のエネルギー密度は、照射開始後時間経過と共に増加する。そして、レーザー光のエネルギー密度は、最大値を取った後に、時間経過と共に減少する。
第1のレーザー光を照射開始後、第1のレーザー光のエネルギー密度が最大値を取った後に、第2のレーザー光を照射することが好ましい。これは、第1のレーザー光のエネルギー密度が最大値を取る前に第2のレーザー光を照射しても、加工領域の温度が十分に増加していないため、第2のレーザー光により原子同士の結合を十分に切断することが出来ないためである。
本実施形態のレーザー加工方法によれば、加工効率の向上したレーザー加工方法の提供が可能となる。
本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
2 制御機構
10 第1のレーザー発振器
12 第1のレーザー出力調整手段
14 第1のレーザー光学ミラー
16 第1の集光レンズ
20 第2のレーザー発振器
22 第2のレーザー出力調整手段
24 第2のレーザー光学ミラー
26 第2の集光レンズ
50 ステージ
100 加工装置
200 加工装置
D デバイス
F ダイシングフレーム
L ダイシングライン
S 被加工基板
T ダイシングテープ
P 被加工層
W 半導体基板
10 第1のレーザー発振器
12 第1のレーザー出力調整手段
14 第1のレーザー光学ミラー
16 第1の集光レンズ
20 第2のレーザー発振器
22 第2のレーザー出力調整手段
24 第2のレーザー光学ミラー
26 第2の集光レンズ
50 ステージ
100 加工装置
200 加工装置
D デバイス
F ダイシングフレーム
L ダイシングライン
S 被加工基板
T ダイシングテープ
P 被加工層
W 半導体基板
Claims (9)
- 被加工基板に、10ナノ秒よりも長い第1のパルス幅を有する第1のレーザー光を照射し、
前記被加工基板に、前記第1のパルス幅よりも短い第2のパルス幅を有する第2のレーザー光を照射する、
レーザー加工方法。 - 前記第1のレーザー光及び前記第2のレーザー光は、紫外光、可視光又は赤外光から選択される波長を有する請求項1記載のレーザー加工方法。
- 前記被加工基板に、10ナノ秒よりも長い前記第1のパルス幅を有する前記第1のレーザー光を照射し、
その後、前記被加工基板に、前記第1のパルス幅よりも短い前記第2のパルス幅を有する前記第2のレーザー光を照射するレーザー加工方法であって、
前記第1のレーザー光と前記第2のレーザー光の時間間隔は、前記第1のパルス幅よりも短い、
請求項1又は請求項2記載のレーザー加工方法。 - 前記第1のレーザー光と前記第2のレーザー光を同時に照射することにより、前記被加工基板を切断する、請求項1又は請求項2記載のレーザー加工方法。
- 前記第1のレーザー光を照射開始後、前記第2のパルス幅より長い遅延時間が経過した後に、前記第2のレーザー光を照射する請求項4記載のレーザー加工方法。
- 前記第1のレーザー光を照射開始後、前記第1のレーザー光のエネルギー密度が最大値を取った後に、前記第2のレーザー光を照射する請求項4記載のレーザー加工方法。
- 前記第1のレーザー光の照射パルス回数は、前記第2のレーザー光の照射パルス回数よりも少ない請求項1ないし請求項6いずれか一項記載のレーザー加工方法。
- 前記第1のレーザー光の単位時間当たりの第1のエネルギー密度は、前記第2のレーザー光の前記単位時間当たりの第2のエネルギー密度よりも低い請求項1ないし請求項7いずれか一項記載のレーザー加工方法。
- 前記被加工基板は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された被加工層と、を有する請求項1ないし請求項8いずれか一項記載のレーザー加工方法。
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2017
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