JP5143222B2 - Laser processing method - Google Patents

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本発明は、シリコンカーバイドの表面にアスペクト比の大きい損傷を形成するレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing how to form a large damage aspect ratio on the surface of the silicon carbide.

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ウェハを効率的に切断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 been impossible to efficiently cut a SiC wafer with a diamond blade or the like that has been used conventionally.

一方、近年、ガラスウェハや半導体ウェハなどを切断する新たな技術として、レーザ加工方法が提案されている。レーザ加工方法では、レーザ光をウェハの表面または内部に照射することで、ウェハの表面または内部に切断の起点となる損傷を形成する。たとえば、特許文献1には、ガラスウェハまたはSiウェハの内部にレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って多光子吸収による改質領域を形成する方法が開示されている。この後、改質領域を形成したウェハに機械的応力を加えることで、改質領域を起点としてウェハを切断することができる。   On the other hand, in recent years, a laser processing method has been proposed as a new technique for cutting glass wafers, semiconductor wafers, and the like. In the laser processing method, a laser beam is irradiated on the surface or the inside of the wafer, thereby forming damage that becomes a starting point of cutting on the surface or inside of the wafer. For example, Patent Document 1 discloses a method of forming a modified region by multiphoton absorption along a planned cutting line by irradiating a glass wafer or Si wafer with laser light. Thereafter, by applying mechanical stress to the wafer on which the modified region is formed, the wafer can be cut starting from the modified region.

特許文献1に記載のレーザ加工方法のように、多光子吸収を利用するレーザ加工方法では直線偏光のレーザ光を照射するのが一般的である。また、サファイアなどの硬い材料を加工する場合は、ピコ秒パルスレーザ光やフェムト秒パルスレーザ光などのパルス幅が短いレーザ光を照射するのが一般的である。   As in the laser processing method described in Patent Document 1, a laser processing method using multiphoton absorption generally irradiates linearly polarized laser light. When processing a hard material such as sapphire, it is common to irradiate a laser beam having a short pulse width such as a picosecond pulse laser beam or a femtosecond pulse laser beam.

特開2005−313237号公報JP 2005-313237 A

上述の通り、SiCウェハは、Siウェハなど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高精度かつ効率的に切断することはできなかった。   As described above, since the SiC wafer is very hard compared to the Si wafer or the like, the diamond blade or the like conventionally used cannot be cut with high accuracy and efficiency.

そこで、本発明者らは、上述のレーザ加工方法によりSiCウェハを切断することを試みた。すなわち、直線偏光のフェムト秒パルスレーザ光をSiCウェハの表面または内部に照射して、SiCウェハに損傷を形成することを試みた。しかしながら、従来のレーザ加工方法では、形状が乱れておらず、かつデブリ(加工屑)が少ない高品質な加工を高速に行うことは容易ではなかった。   Therefore, the inventors tried to cut the SiC wafer by the laser processing method described above. That is, an attempt was made to form damage on the SiC wafer by irradiating the surface or inside of the SiC wafer with linearly polarized femtosecond pulsed laser light. However, with the conventional laser processing method, it has not been easy to perform high-quality processing at a high speed without disturbing the shape and with little debris (processing waste).

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、デブリの発生を抑制しつつ、SiCの表面にアスペクト比の大きい損傷を高精度かつ高速に形成することができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and a laser processing method and a laser processing apparatus capable of forming damage with a large aspect ratio on the surface of SiC with high accuracy and high speed while suppressing the occurrence of debris. The purpose is to provide.

本発明者は、レーザ加工の分野の技術常識に反し、無偏光でかつ波長500nm以上のレーザ光をSiCに照射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 present inventor found that the above-mentioned problems can be solved by irradiating SiC with non-polarized laser light having a wavelength of 500 nm or more, contrary to the technical common sense in the field of laser processing, and further studies were made to complete the present invention. It was.

すなわち、本発明は、以下のレーザ加工方法に関する。
[1]シリコンカーバイドに無偏光でかつ波長500nm以上のレーザ光を照射して、前記シリコンカーバイドの表面に損傷を形成するステップを含む、レーザ加工方法。
[2]前記レーザ光は、前記シリコンカーバイドの切断予定ラインに沿って照射され、前記損傷は、前記切断予定ラインに沿って前記シリコンカーバイドの表面に形成される、[1]に記載のレーザ加工方法。
[3]前記レーザ光は、パルス幅が100ナノ秒以上のパルスレーザ光である、[1]または[2]に記載のレーザ加工方法。
[4]前記レーザ光は、連続発振レーザ光である、[1]または[2]に記載のレーザ加工方法。
[5]前記レーザ光の波長は、10μm以下である、[1]〜[4]のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
[6]前記レーザ光の集光点は、前記シリコンカーバイドの表面から上方100μm〜表面から内部100μmの範囲内に位置する、[1]〜[5]のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
[7]前記損傷は、前記レーザ光の多光子吸収により形成される、[1]〜[6]のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
That is, the present invention relates to the following laser processing method.
[1] A laser processing method including a step of irradiating silicon carbide with non-polarized laser light having a wavelength of 500 nm or more to form damage on the surface of the silicon carbide.
[2] The laser processing according to [1], wherein the laser light is irradiated along a planned cutting line of the silicon carbide, and the damage is formed on a surface of the silicon carbide along the planned cutting line. Method.
[3] The laser processing method according to [1] or [2], wherein the laser beam is a pulsed laser beam having a pulse width of 100 nanoseconds or more.
[4] The laser processing method according to [1] or [2], wherein the laser beam is a continuous wave laser beam.
[5] The laser processing method according to any one of [1] to [4], wherein the wavelength of the laser beam is 10 μm or less.
[6] The laser processing method according to any one of [1] to [5], wherein the condensing point of the laser light is located within a range of 100 μm above the surface of the silicon carbide to 100 μm inside from the surface. .
[7] The laser processing method according to any one of [1] to [6], wherein the damage is formed by multiphoton absorption of the laser light.

また、本発明は、以下のレーザ加工装置に関する。
[8]シリコンカーバイドにレーザ光を照射して、前記シリコンカーバイドの表面に損傷を形成するレーザ加工装置であって:無偏光でかつ波長500nm以上のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記無偏光でかつ波長500nm以上のレーザ光をシリコンカーバイドに照射する光学系とを有する、レーザ加工装置。
[9]前記光学系および前記シリコンカーバイド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とを相対的に移動させる駆動部をさらに有する、[8]に記載のレーザ加工装置。
[10]前記レーザ光は、パルス幅が100ナノ秒以上のパルスレーザ光である、[8]または[9]に記載のレーザ加工装置。
[11]前記レーザ光は、連続発振レーザ光である、[8]または[9]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、[8]〜[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.
[8] A laser processing apparatus that irradiates silicon carbide with laser light to form damage on the surface of the silicon carbide: a laser light source that emits laser light that is non-polarized and has a wavelength of 500 nm or more, and the non-polarized light And an optical system that irradiates silicon carbide with laser light having a wavelength of 500 nm or more.
[9] The laser processing apparatus according to [8], further including a drive unit that moves at least one of the optical system and the silicon carbide to relatively move the optical system and the silicon carbide.
[10] The laser processing apparatus according to [8] or [9], wherein the laser beam is a pulsed laser beam having a pulse width of 100 nanoseconds or more.
[11] The laser processing apparatus according to [8] or [9], wherein the laser beam is a continuous wave laser beam.
[12] The laser processing apparatus according to any one of [8] to [11], wherein the wavelength of the laser beam is 10 μm or less.

本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置によれば、デブリの発生を抑制しつつ、SiCの表面にアスペクト比の大きい損傷を高精度かつ高速に形成することができる。たとえば、本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置を利用すれば、SiCウェハを高精度かつ高速に切断することができる。   According to the laser processing method and the laser processing apparatus of the present invention, damage with a large aspect ratio can be formed on the surface of SiC with high accuracy and high speed while suppressing the generation of debris. For example, if the laser processing method and laser processing apparatus of the present invention are used, a SiC wafer can be cut with high accuracy and at high speed.

本発明のレーザ加工方法を用いたSiCの切断方法の一例を示す模式図である。図1Aは、レーザ光を照射する様子を示す模式図である。図1Bは、SiCに損傷を形成した様子を示す模式図である。図1Cは、SiCを切断した様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the cutting method of SiC using the laser processing method of this invention. FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a state in which laser light is irradiated. FIG. 1B is a schematic diagram showing a state in which damage is formed in SiC. FIG. 1C is a schematic diagram showing a state in which SiC is cut. 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。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser processing apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 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. パルスレーザ光の偏光状態と形成された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 polarization state of a pulse laser beam, and the depth of the formed damage. パルスレーザ光を照射した後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図5Aは、パルス幅30ナノ秒のパルスレーザ光で加工したSiCウェハの写真であり、図5Bは、パルス幅100ナノ秒のパルスレーザ光で加工したSiCウェハの写真であり、図5Cは、パルス幅200ナノ秒のパルスレーザ光で加工したSiCウェハの写真である。It is a photograph of the periphery of the processed part of the SiC wafer after irradiation with pulsed laser light. FIG. 5A is a photograph of a SiC wafer processed with a pulse laser beam with a pulse width of 30 nanoseconds, FIG. 5B is a photograph of a SiC wafer processed with a pulse laser beam with a pulse width of 100 nanoseconds, and FIG. It is a photograph of a SiC wafer processed with a pulse laser beam having a pulse width of 200 nanoseconds. 連続発振レーザ光を照射した後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図6Aは、レーザ加工後のSiCウェハの表面の写真であり、図6Bは、レーザ加工後のSiCウェハの断面の写真であり、図6Cは、図6Bの写真の破線で囲まれた部分を拡大した写真である。It is a photograph of the periphery of the processed part of the SiC wafer after irradiation with continuous wave laser light. 6A is a photograph of the surface of the SiC wafer after laser processing, FIG. 6B is a photograph of a cross section of the SiC wafer after laser processing, and FIG. 6C is a portion surrounded by a broken line in the photograph of FIG. 6B. It is an enlarged photo. パルスレーザ光のパルス幅と形成された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 width of a pulse laser beam, and the depth of the formed damage. レーザIを用いてレーザ加工を行った後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図8Aは、オフセット20μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図8Bは、オフセット40μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図8Cは、オフセット60μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図8Dは、オフセット80μmで加工したSiCウェハの断面の写真である。It is the photograph of the periphery of the process part of a SiC wafer after performing laser processing using the laser I. 8A is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed with an offset of 20 μm, FIG. 8B is a photograph of a cross section of the SiC wafer processed with an offset of 40 μm, and FIG. 8C is a cross section of the SiC wafer processed with an offset of 60 μm. FIG. 8D is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed with an offset of 80 μm. レーザJを用いてレーザ加工を行った後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図9Aは、オフセット0μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Bは、オフセット20μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Cは、オフセット40μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Dは、オフセット60μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Eは、オフセット80μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Fは、オフセット100μmで加工したSiCウェハの断面の写真である。It is the photograph around the process part of a SiC wafer after performing laser processing using the laser J. 9A is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed at an offset of 0 μm, FIG. 9B is a photograph of a cross section of the SiC wafer processed at an offset of 20 μm, and FIG. 9C is a cross section of the SiC wafer processed at an offset of 40 μm. FIG. 9D is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed with an offset of 60 μm, FIG. 9E is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed with an offset of 80 μm, and FIG. 9F is a SiC processed with an offset of 100 μm. It is a photograph of the section of a wafer. レーザJを用いてレーザ加工を行った後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図10Aは、オフセット0μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Bは、オフセット20μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Cは、オフセット40μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Dは、オフセット60μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Eは、オフセット80μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Fは、オフセット100μmで加工したSiCウェハの表面の写真である。It is the photograph around the process part of a SiC wafer after performing laser processing using the laser J. 10A is a photograph of the surface of a SiC wafer processed at an offset of 0 μm, FIG. 10B is a photograph of the surface of a SiC wafer processed at an offset of 20 μm, and FIG. 10C is a photograph of the surface of the SiC wafer processed at an offset of 40 μm. FIG. 10D is a photograph of the surface of the SiC wafer processed at an offset of 60 μm, FIG. 10E is a photograph of the surface of the SiC wafer processed at an offset of 80 μm, and FIG. 10F is an SiC processed at an offset of 100 μm. It is a photograph of the surface of a wafer. パルスレーザ光の焦点位置(オフセット)と形成された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 focal position (offset) of a pulse laser beam, and the depth of the formed damage. パルスレーザ光の繰り返し周波数およびショットピッチとデブリ発生の有無との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the repetition frequency and shot pitch of a pulse laser beam, and the presence or absence of debris generation | occurrence | production. パルスレーザ光を照射した後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図13Aは、条件A(F:100kHz、S:0.1μm)でレーザ加工した後のSiCウェハの表面の写真であり、図13Bは、条件B(F:100kHz、S:0.3μm)でレーザ加工した後のSiCウェハの表面の写真であり、図13Cは、条件C(F:500kHz、S:0.1μm)でレーザ加工した後のSiCウェハの表面の写真であり、図13Dは、条件D(F:500kHz、S:0.4μm)でレーザ加工した後のSiCウェハの表面の写真である。It is a photograph of the periphery of the processed part of the SiC wafer after irradiation with pulsed laser light. FIG. 13A is a photograph of the surface of the SiC wafer after laser processing under condition A (F: 100 kHz, S: 0.1 μm), and FIG. 13B shows a condition B (F: 100 kHz, S: 0.3 μm). FIG. 13C is a photograph of the surface of the SiC wafer after laser processing, and FIG. 13C is a photograph of the surface of the SiC wafer after laser processing under the condition C (F: 500 kHz, S: 0.1 μm). It is the photograph of the surface of the SiC wafer after carrying out laser processing on condition D (F: 500kHz, S: 0.4micrometer).

1.本発明のレーザ加工方法
本発明のレーザ加工方法は、加工対象のシリコンカーバイド(SiC)にレーザ光を照射して、SiCの表面に損傷(例えば、溝)を形成するステップを含む。後述するように、本発明のレーザ加工方法は、SiCに照射するレーザ光の偏光状態が無偏光であり、かつレーザ光の波長が500nm以上であることを特徴とする。
1. Laser Processing Method of the Present Invention The laser processing method of the present invention includes a step of irradiating a silicon carbide (SiC) to be processed with laser light to form damage (for example, a groove) on the surface of SiC. As will be described later, the laser processing method of the present invention is characterized in that the polarization state of the laser light applied to SiC is non-polarized and the wavelength of the laser light is 500 nm or more.

図1は、本発明のレーザ加工方法を用いてSiCを切断する例を示す模式図である。図1Aに示されるように、無偏光のレーザ光100をSiC110に照射しながら、レーザ光100とSiC110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、SiC110の表面近傍に位置し、SiC110の切断予定ライン120に沿って移動する。このように無偏光のレーザ光100を走査することで、図1Bに示されるように、切断予定ライン120に沿ってアスペクト比の大きい損傷130を形成することができる。図1Cに示されるように、損傷130を形成されたSiC110に機械的応力を加えることにより、SiC110を切断予定ライン120に沿って容易に割断することができる。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of cutting SiC using the laser processing method of the present invention. As shown in FIG. 1A, the relative position between the laser beam 100 and the SiC 110 is changed while irradiating the SiC 110 with the non-polarized laser beam 100. At this time, the condensing point of the laser beam 100 is located near the surface of the SiC 110 and moves along the planned cutting line 120 of the SiC 110. By scanning the non-polarized laser beam 100 in this way, a damage 130 having a large aspect ratio can be formed along the planned cutting line 120 as shown in FIG. 1B. As shown in FIG. 1C, the SiC 110 can be easily cleaved along the planned cutting line 120 by applying mechanical stress to the SiC 110 on which the damage 130 is formed.

以下、本発明のレーザ加工方法におけるレーザ光の照射条件について詳細に説明する。   Hereinafter, the irradiation conditions of the laser beam in the laser processing method of the present invention will be described in detail.

[偏光状態]
本発明のレーザ加工方法は、SiCに照射するレーザ光の偏光状態が無偏光であることを一つの特徴とする。ここで、「無偏光のレーザ光」とは、光の電場ベクトルがすべての方向について略均一に分布しているレーザ光を意味する。無偏光のレーザ光は、偏光方向がそれぞれ異なる直線偏光のレーザ光の集合体であるともいえる。
[Polarization state]
One feature of the laser processing method of the present invention is that the polarization state of laser light applied to SiC is non-polarized. Here, “non-polarized laser light” means laser light in which the electric field vector of light is distributed substantially uniformly in all directions. It can be said that the non-polarized laser beam is an aggregate of linearly polarized laser beams having different polarization directions.

本発明のレーザ加工方法では、多光子吸収を利用して損傷を形成する。本発明のレーザ加工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、無偏光かつ波長500nm以上のレーザ光をSiC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、溶融または体積爆発が生じ、損傷が形成されると考えられる。   In the laser processing method of the present invention, damage is formed using multiphoton absorption. The processing mechanism of the laser processing method of the present invention is not limited to this, but is presumed to be “processing by thermal effect”. That is, when non-polarized laser light having a wavelength of 500 nm or more is irradiated onto SiC, an interband transition of SiC electrons 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, melted, or explode in volume at the irradiated site, and damage is formed.

多光子吸収を利用してアスペクト比の大きい損傷を形成しようとする場合、SiCの表面から内部深くまでレーザ光を進入させる必要がある。そのためには、SiC内部において多光子吸収が生じる確率をある程度小さくすることが好ましい。多光子吸収が生じる確率を小さくためには、多光子吸収の吸収断面積が小さい波長のレーザ光を照射することが考えられる。しかしながら、多光子吸収の吸収断面積は、おおよその値しかわからない。また、多光子吸収の吸収断面積の波長依存性もよくわかっていない。さらに、レーザ光の波長を任意に調整することは容易ではない。以上の理由から、レーザ光の波長を制御することで多光子吸収が生じる確率を小さくすることは、現実的ではない。   When damage with a large aspect ratio is to be formed using multiphoton absorption, it is necessary to allow laser light to enter from the surface of SiC to the deep inside. For this purpose, it is preferable to reduce the probability that multiphoton absorption occurs in SiC to some extent. In order to reduce the probability that multiphoton absorption occurs, it is conceivable to irradiate laser light having a wavelength with a small absorption cross-sectional area of multiphoton absorption. However, the absorption cross section of multiphoton absorption is only known to be an approximate value. Also, the wavelength dependence of the absorption cross section of multiphoton absorption is not well understood. Furthermore, it is not easy to arbitrarily adjust the wavelength of the laser beam. For the above reasons, it is not realistic to reduce the probability of multiphoton absorption by controlling the wavelength of laser light.

そこで、本発明者は、波長以外のパラメータを制御することで多光子吸収が生じる確率を小さくすることができないかを検討した。その結果、本発明者は、無偏光のレーザ光を使用することで、SiC内部において多光子吸収が生じる確率を小さくできることを見出した。ここでいう「多光子吸収」とは、仮想準位を介した連続的な同時多光子吸収を意味し、実質的には2光子吸収または3光子吸収である。   Therefore, the present inventor examined whether the probability of multiphoton absorption occurring could be reduced by controlling parameters other than the wavelength. As a result, the present inventor has found that the probability of occurrence of multiphoton absorption inside SiC can be reduced by using non-polarized laser light. Here, “multiphoton absorption” means continuous simultaneous multiphoton absorption via a virtual level, which is substantially two-photon absorption or three-photon absorption.

たとえば、2光子吸収が生じる確率Wは、以下の式(1)のように表すことができる(参考:櫛田孝司著、「量子光学」、朝倉現代物理学講座8、朝倉書店、pp.134)。ここで、EおよびEは、入射光の電場(偏光)ベクトルである。
For example, the probability W that two-photon absorption occurs can be expressed as the following formula (1) (reference: Koji Kushida, “Quantum Optics”, Asakura Modern Physics Course 8, Asakura Shoten, pp. 134). . Here, E 1 and E 2 are electric field (polarization) vectors of incident light.

上記式(1)からわかるように、2光子吸収が生じる確率は、入射光の偏光方向に大きく依存する。すなわち、入射光の2つの光子の電場ベクトルの向きが揃ったとき、2光子吸収が生じる確率は最大となる。一方、入射光の2つの光子の電場ベクトルの向きが直交したとき、2光子吸収が生じる確率はゼロとなる。したがって、入射光の電場ベクトルの向きが揃わないとき、すなわち無偏光のレーザ光を使用したとき、2光子吸収が生じる確率が小さくなる。その結果、レーザ光はSiCの内部深くまで進入することができ、アスペクト比の大きい損傷を形成することができる。   As can be seen from the above formula (1), the probability that two-photon absorption occurs depends greatly on the polarization direction of incident light. That is, the probability of two-photon absorption is maximized when the electric field vectors of the two photons of incident light are aligned. On the other hand, when the directions of the electric field vectors of two photons of incident light are orthogonal, the probability of occurrence of two-photon absorption is zero. Therefore, when the direction of the electric field vector of incident light is not aligned, that is, when unpolarized laser light is used, the probability that two-photon absorption will occur is reduced. As a result, the laser beam can penetrate deep into the SiC, and damage with a large aspect ratio can be formed.

実際に、無偏光のレーザ光を照射した場合と直線偏光のレーザ光を照射した場合とで形成される損傷の深さを比較した。その結果、無偏光のレーザ光を照射した場合の方が、直線偏光のレーザ光を照射した場合よりも深い損傷を形成することができた(実施例1参照)。   Actually, the depth of damage formed between the case of irradiation with non-polarized laser light and the case of irradiation with linearly polarized laser light were compared. As a result, it was possible to form deeper damage when irradiated with unpolarized laser light than when irradiated with linearly polarized laser light (see Example 1).

以上のように、本発明のレーザ加工方法では、アスペクト比の大きい損傷を形成するために、無偏光のレーザ光をSiCに照射する。   As described above, in the laser processing method of the present invention, SiC is irradiated with non-polarized laser light in order to form damage with a large aspect ratio.

[波長]
本発明のレーザ加工方法は、SiCに照射するレーザ光の波長が500nm以上であることも一つの特徴とする。
[wavelength]
One feature of the laser processing method of the present invention is that the wavelength of the laser light applied to SiC is 500 nm or more.

前述の通り、本発明のレーザ加工方法では、多光子吸収により損傷を形成する。したがって、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。   As described above, in the laser processing method of the present invention, damage is formed by multiphoton absorption. Therefore, in order to realize the desired processing, it is necessary to avoid the occurrence of 1-photon 1 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以上の光をSiC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以上の光をSiC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 SiC with light having a wavelength of 500 nm or more, absorption due to electronic transition can be avoided. On the other hand, when SiC is irradiated with light having a wavelength of 10 μm or more, absorption due to vibrational transition occurs, which may prevent desired processing from being performed. Therefore, it is preferable that the wavelength of the laser beam irradiated to SiC is 10 μm or less.

[発振方式]
SiC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。デブリ(加工屑)の発生量を低減させる観点およびアスペクト比の大きい損傷を形成する観点からは、パルス幅が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。
[Oscillation method]
The laser beam applied to SiC may be a pulsed laser beam or a continuous wave (CW) laser beam. From the viewpoint of reducing the amount of debris (work scrap) generated and forming damage with a large aspect ratio, pulse laser light or continuous wave laser light (pulse width: infinite) with a pulse width of 100 nanoseconds or more is irradiated. It is preferable to do.

パルス幅が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を照射することで、加工時に発生するデブリの量を顕著に低減することができる。一方、パルス幅が100ナノ秒未満のパルスレーザ光を照射すると、大量のデブリが発生するおそれがある(実施例2,3参照)。   By irradiating pulsed laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 100 nanoseconds or more, the amount of debris generated during processing can be significantly reduced. On the other hand, when a pulse laser beam having a pulse width of less than 100 nanoseconds is irradiated, a large amount of debris may be generated (see Examples 2 and 3).

また、パルス幅が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もできる。これは、パルス幅が長くなれば、尖頭出力が小さくなり、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。一方、パルス幅が100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(実施例4参照)。   In addition, the aspect ratio of damage formed can be increased by irradiation with pulsed laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 100 nanoseconds or more. This is probably because the peak output decreases as the pulse width increases, and the probability of multiphoton absorption also decreases. On the other hand, when a pulse laser beam having a pulse width of less than 100 nanoseconds is irradiated, the aspect ratio of damage formed may be reduced (see Example 4).

ここで、パルス幅が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を照射することでデブリの発生量が低減する理由について、推察されるメカニズムを説明する。表1は、SiCおよびSiの物性を示す表である。   Here, the reasoning mechanism for the reason why the generation amount of debris is reduced by irradiating pulsed laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 100 nanoseconds or more will be described. Table 1 shows the physical properties of SiC and Si.

表1に示されるように、SiCとSiとでは、比熱はほぼ同じである。したがって、同じ条件でレーザ光を照射すれば、集光点付近において同じように温度が上昇し、同じように熱応力が加わることになる。一方、SiCの破壊靭性値はSiの破壊靭性値よりも顕著に大きいため、加工に要するレーザ光エネルギは、SiよりもSiCの方が大きい。したがって、Siを加工した場合よりもSiCを加工した場合の方が、加工時の集光点付近において温度がより上昇し、熱応力がより大きくなる。   As shown in Table 1, the specific heat is almost the same between SiC and Si. Therefore, if the laser beam is irradiated under the same conditions, the temperature rises similarly in the vicinity of the condensing point, and thermal stress is similarly applied. On the other hand, since the fracture toughness value of SiC is significantly larger than the fracture toughness value of Si, the laser beam energy required for processing is larger in SiC than in Si. Therefore, in the case of processing SiC, the temperature rises in the vicinity of the condensing point at the time of processing, and the thermal stress becomes larger than when processing Si.

ところが、SiCのヤング率は、Siのヤング率よりも顕著に大きい。すなわち、SiCは、Siに比べて膨張による熱応力に対して撓みにくい。したがって、SiCは、Siのように撓むことにより熱応力を逃がすことができない。また、SiCの融点はSiの融点よりも1000℃以上高い。したがって、SiCは、Siのように液化することにより熱応力を逃がすこともできない。その結果、SiCは、レーザ加工時に生じた熱応力を逃がすことができず、破壊されてしまう。以上の理由により、SiCは、Siに比べてレーザ加工時に破砕されやすいと考えられる。   However, the Young's modulus of SiC is significantly larger than the Young's modulus of Si. That is, SiC is less likely to be deflected by thermal stress due to expansion than Si. Therefore, SiC cannot release thermal stress by bending like Si. The melting point of SiC is 1000 ° C. higher than the melting point of Si. Therefore, SiC cannot release thermal stress by liquefying like Si. As a result, SiC cannot be released from thermal stress generated during laser processing, and is destroyed. For the above reasons, SiC is considered to be more easily crushed during laser processing than Si.

実際に、パルス幅が30ナノ秒のパルスレーザ光を照射してSiCに損傷を形成したところ、形成された損傷の周辺には大量のデブリが付着しているのが観察された(実施例2参照)。これは、30ナノ秒という短いパルス幅のパルスレーザ光で加工すると、温度上昇に伴う熱膨張および応力発生が急激に起こるため、急激な応力に耐え切れないSiCが破砕されてしまったと考えられる。また、SiCに対して加熱および冷却のサイクルを繰り返したため、SiCが破砕されやすくなったとも考えられる。   Actually, when damage was formed on SiC by irradiating a pulse laser beam having a pulse width of 30 nanoseconds, a large amount of debris was observed around the formed damage (Example 2). reference). This is thought to be because, when processing with a pulse laser beam having a short pulse width of 30 nanoseconds, thermal expansion and stress generation accompanying the temperature rise occur rapidly, and SiC that cannot withstand the rapid stress is crushed. Moreover, since the cycle of heating and cooling was repeated for SiC, it is considered that SiC was easily crushed.

本発明者は、この急激に発生した熱応力によるSiCの破砕を抑制する手段を検討した。その結果、本発明者は、パルスレーザ光のパルス幅を長くする(パルス間の時間を短くする)ことでSiCの破砕を抑制できると考えた。   The present inventor has examined means for suppressing the fracture of SiC due to the rapidly generated thermal stress. As a result, the present inventor considered that the crushing of SiC can be suppressed by increasing the pulse width of the pulse laser beam (decreasing the time between pulses).

すなわち、パルスレーザ光のパルス幅を長くすることで、熱応力発生の速度を遅くすることができる。その結果、熱応力によるSiCの破砕が抑制されると考えられる。また、パルスレーザ光のパルス間の間隔を短くすることで、パルス間にSiCが冷却されることを防ぐことができる。その結果、加熱および冷却のサイクルによるSiCの破砕が抑制されると考えられる。   That is, by increasing the pulse width of the pulse laser beam, the rate of thermal stress generation can be reduced. As a result, it is thought that SiC crushing due to thermal stress is suppressed. Further, by shortening the interval between pulses of the pulse laser beam, it is possible to prevent SiC from being cooled between the pulses. As a result, it is thought that SiC crushing by heating and cooling cycles is suppressed.

実際に、パルス幅が100ナノ秒のパルスレーザ光を照射して損傷を形成したところ、デブリの発生量が顕著に低減した。さらに、パルス幅が200ナノ秒のパルスレーザ光を照射して損傷を形成したところ、デブリがほとんど観察されなかった(実施例2参照)。また、連続発振レーザ光(パルス幅:無限大)を照射して損傷を形成しても、デブリがほとんど観察されなかった(実施例3参照)。   Actually, when damage was formed by irradiating a pulse laser beam having a pulse width of 100 nanoseconds, the amount of debris generated was significantly reduced. Further, when damage was formed by irradiating a pulse laser beam having a pulse width of 200 nanoseconds, almost no debris was observed (see Example 2). In addition, even when a continuous wave laser beam (pulse width: infinite) was irradiated to form damage, almost no debris was observed (see Example 3).

以上のように、デブリの発生量を低減させる観点からは、パルス幅が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をSiCに照射することが好ましい。   As described above, from the viewpoint of reducing the amount of debris generated, it is preferable to irradiate SiC with pulsed laser light or continuous wave laser light having a pulse width of 100 nanoseconds or more.

[その他]
本発明のレーザ加工方法において、レーザ光源として用いるレーザの種類は、無偏光でかつ波長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 processing method of the present invention, the type of laser used as a laser light source is not particularly limited as long as it can emit laser light that is non-polarized and has a wavelength of 500 nm or more. 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、SiCの表面近傍に位置することが好ましい。加工効率および損傷の幅の観点からは、レーザ光の集光点の位置は、SiCの表面から上方100μm〜表面から内部100μmの範囲内に位置することが好ましく、SiCの表面から上方20μm〜表面から内部80μmの範囲内に位置することがより好ましい。   The position of the condensing point of the laser light is preferably located in the vicinity of the surface of SiC. From the viewpoint of the processing efficiency and the width of damage, the position of the laser beam condensing point is preferably located within the range of 100 μm above the surface of SiC to 100 μm inside from the surface, and 20 μm above the surface of SiC. More preferably, it is located within the range of 80 μm from the inside.

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。パルスレーザ光の繰り返し周波数は、特に限定されないが、1kHz〜10MHzの範囲内であることが好ましい。 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. The repetition frequency of the pulse laser beam is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 kHz to 10 MHz.

また、デブリの発生量を減少させる観点からは、レーザスポットの中心間距離(ショットピッチ;図3参照)はある程度短い方が好ましい。たとえば、パルスエネルギが10μJの場合、S<(2.5×10−4)F+0.225を満たすようにショットピッチを調整することで、デブリの発生量を顕著に低減させることができる。ここで、「S」は、パルスレーザ光のショットピッチ(μm)であり、「F」は、パルスレーザ光の繰り返し周波数(kHz)である。パルスエネルギが変わると数式の係数が変化するが、ショットピッチを適宜短くすることでデブリの発生量を顕著に低減できる点は同じである。 Further, from the viewpoint of reducing the amount of debris generated, it is preferable that the distance between the centers of the laser spots (shot pitch; see FIG. 3) is somewhat short. For example, when the pulse energy is 10 μJ, the amount of debris generated can be significantly reduced by adjusting the shot pitch so as to satisfy S <(2.5 × 10 −4 ) F + 0.225. Here, “S” is the shot pitch (μm) of the pulse laser beam, and “F” is the repetition frequency (kHz) of the pulse laser beam. When the pulse energy changes, the coefficient of the mathematical formula changes. However, it is the same in that the amount of debris generated can be significantly reduced by appropriately shortening the shot pitch.

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。 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.

本発明のレーザ加工方法を実施する手段は、特に限定されない。たとえば、本発明のレーザ加工方法は、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 processing method of the present invention is not particularly limited. For example, the laser processing 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、加工対象のSiCにレーザ光を照射して、SiCの表面に損傷を形成する装置である。本発明のレーザ加工装置は、無偏光でかつ波長500nm以上のレーザ光をSiCに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 that forms damage on the surface of SiC by irradiating SiC to be processed with laser light. The laser processing apparatus of the present invention irradiates SiC with non-polarized laser light having a wavelength of 500 nm or more.

本発明のレーザ加工装置は、少なくとも、SiC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に照射する光学系とを有する。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 SiC, and an optical system that irradiates SiC with laser light emitted from the laser light source. Hereinafter, each component will be described.

レーザ光源は、無偏光でかつ波長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、無偏光でかつ波長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 that is not polarized and has 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 it can emit non-polarized laser light having a wavelength of 500 nm or more. Examples of such lasers include Ho lasers, Er lasers, various semiconductor lasers, and the like.

光学系は、SiCの表面近傍の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。前述の通り、本発明のレーザ加工装置は、無偏光のレーザ光をSiCに照射することを一つの特徴とする。したがって、従来のレーザ加工装置のように、光学系内に1/2波長板や偏光板などの偏光調整器を配置する必要はない。   The optical system irradiates SiC with laser light emitted from the laser light source so that the focal point is located at a desired position near the surface of SiC. 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. As described above, the laser processing apparatus of the present invention is characterized by irradiating SiC with non-polarized laser light. Therefore, unlike the conventional laser processing apparatus, it is not necessary to arrange a polarization adjuster such as a half-wave plate or a polarizing plate in the optical system.

本発明のレーザ加工装置は、多くの場合、光学系(レーザ光)とSiCとを相対的に移動させる駆動部を有する。光学系(レーザ光)とSiCとを相対的に移動させることで、レーザ光をSiCの切断予定ラインに沿って照射することができる。その結果、SiCの切断予定ラインに沿って損傷を形成することができる。駆動部は、SiC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。   In many cases, the laser processing apparatus of the present invention includes a drive unit that relatively moves the optical system (laser light) and SiC. By relatively moving the optical system (laser light) and SiC, it is possible to irradiate the laser light along a planned cutting line of SiC. As a result, damage can be formed along the planned cutting line of SiC. The drive unit may move the stage on which the SiC 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、本発明のレーザ加工装置は、加工対象のSiC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 the embodiments described later, the laser processing apparatus of the present invention has a stage on which SiC to be processed is placed, an automatic aiming system for positioning a condensing point at a desired position, and the like. You may do it.

以上の通り、本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置は、加工対象のSiCに対して無偏光のレーザ光を照射することを一つの特徴とする。前述の通り、従来のレーザ加工方法およびレーザ加工装置では、直線偏光のレーザ光を照射するのが一般的であった。これに対し、本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置では、従来の技術常識に反して、直線偏光ではなく無偏光のレーザ光を加工対象のSiCに照射する。無偏光のレーザ光がSiCの加工に適していることは、本発明者らにより初めて見出された知見である。   As described above, the laser processing method and the laser processing apparatus of the present invention are characterized by irradiating non-polarized laser light to SiC to be processed. As described above, the conventional laser processing method and laser processing apparatus generally irradiate linearly polarized laser light. On the other hand, in the laser processing method and the laser processing apparatus of the present invention, contrary to the conventional technical common sense, non-polarized laser light is irradiated on the SiC to be processed instead of linearly polarized light. The fact that the non-polarized laser beam is suitable for processing of SiC is a finding first found by the present inventors.

本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置は、無偏光でかつ波長500nm以上のレーザ光を照射して、ある程度小さい確率で多光子吸収を生じさせることで、SiCの表面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ができる。したがって、本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置を利用すれば、SiCウェハを高精度かつ高速に切断することができる。   The laser processing method and the laser processing apparatus of the present invention irradiate laser light having a non-polarized wavelength and a wavelength of 500 nm or more to cause multiphoton absorption with a certain small probability, thereby causing damage on the surface of SiC with a high aspect ratio. It can be formed with high accuracy and high speed. Therefore, if the laser processing method and laser processing apparatus of this invention are utilized, a SiC wafer can be cut | disconnected with high precision and high speed.

なお、無偏光でかつ波長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。   In addition, even if a non-polarized laser beam having a wavelength of 500 nm or more is irradiated to a substance other than SiC, a high aspect ratio damage 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無偏光でかつ波長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無偏光でかつ波長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 typical difficult-to-work material such as quartz or sapphire is irradiated with non-polarized laser light having a wavelength of 500 nm or more 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 that is not polarized and has a wavelength of 500 nm or more, only damage in 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.

3.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。
3. 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2は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置(SiCウェハのスクライビング装置)の構成を示す模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a laser processing apparatus (SiC wafer scribing apparatus) according to an embodiment of the present invention.

図2に示されるように、本発明のレーザ加工装置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. 2, the laser processing apparatus 200 of the present invention 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. Have

レーザ光源210は、無偏光でかつ波長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100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 non-polarized 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 100 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(SiCウェハ)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SiC110は、この駆動機構によって切断予定ラインに沿ってXY軸方向に移動される。   The stage 240 has a mounting table on which a SiC (SiC wafer) 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. SiC 110 on stage 240 is moved in the XY-axis direction along the planned cutting line by this drive mechanism.

AFカメラ250は、SiC110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。   The AF camera 250 is a camera for acquiring a surface profile of a processed part of the SiC 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の切断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 follows the planned cutting 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SiC110の表面近傍の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 near the surface of the SiC 110.

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、SiC110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、SiC110の切断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 110. In addition, the computer 280 controls the XY stage controller 260 and the Z controller 270 to scan the laser light along the planned cutting line of the SiC 110.

次に、上記構成を有するレーザ加工装置200を用いてSiC100を切断する手順を説明する。   Next, a procedure for cutting SiC 100 using laser processing apparatus 200 having the above configuration will be described.

まず、SiC110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SiC110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SiC110の表面近傍に照射する。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、レーザ光で切断予定ラインを走査する。これにより、SiC110の切断予定ラインに沿ってアスペクト比の大きい損傷を形成することができる。   First, SiC 110 is placed on a stage 240 and a surface profile of SiC 110 is acquired by AF camera 250 and XY stage controller 260. Next, laser light is emitted from the laser light source 210 and irradiated near the surface of the SiC 110. At this time, the line to be cut is scanned with the laser beam by moving the stage 240 in the XY axis direction (horizontal direction) based on the surface profile acquired in advance. Thereby, damage with a large aspect ratio can be formed along the planned cutting line of SiC 110.

最後に、損傷を形成されたSiC110に機械的応力を印加して、切断予定ラインに沿ってSiC110を割断する。これにより、SiC(SiCウェハ)110は微小なチップに分割される。   Finally, mechanical stress is applied to the damaged SiC 110 to cleave the SiC 110 along the planned cutting line. Thereby, SiC (SiC wafer) 110 is divided into minute chips.

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]
実施例1では、パルスレーザ光を照射してSiCウェハの表面に損傷を形成した場合における、パルスレーザ光の偏光状態と損傷の深さとの関係を調べた実験結果を示す。
[Example 1]
Example 1 shows an experimental result in which the relationship between the polarization state of the pulse laser beam and the depth of damage in the case where damage is formed on the surface of the SiC wafer by irradiation with the pulse laser beam is shown.

加工対象物として、SiC単結晶ウェハを準備した。ウェハの表面から内部20μmの位置に集光点を合わせて、無偏光または直線偏光のパルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。移動速度は、レーザスポットの中心間距離(ショットピッチ;図3参照)が0.05〜0.5μmとなるように調整した。パルスレーザ光の照射条件を表2に示す。   A SiC single crystal wafer was prepared as a processing object. A condensing point was set at a position of 20 μm inside from the surface of the wafer, and a non-polarized or linearly polarized pulsed laser beam was irradiated onto the wafer. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and the wafer was irradiated with pulsed laser light along the planned cutting line of the wafer. The moving speed was adjusted so that the distance between the centers of the laser spots (shot pitch; see FIG. 3) was 0.05 to 0.5 μm. Table 2 shows the irradiation conditions of the pulse laser beam.

表2に示されるように、偏光状態以外の照射条件はほぼ同じである。今回の実験では波長1064nmの光を照射しているので、3光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。   As shown in Table 2, the irradiation conditions other than the polarization state are almost the same. In this experiment, since light with a wavelength of 1064 nm is irradiated, it is considered that damage is formed by three-photon absorption.

図4は、パルスレーザ光の偏光状態と形成された損傷の深さとの関係を示すグラフである。前述の通り、横軸の「ショットピッチ」とは、隣接するレーザスポット間の中心間距離を意味する。このグラフから、直線偏光のパルスレーザ光を照射した場合よりも無偏光のパルスレーザ光を照射した場合の方がより深い損傷を形成できることがわかる。また、ショットピッチが短いほど、損傷の深さの差が大きくなることもわかる。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the polarization state of pulsed laser light and the depth of damage formed. As described above, the “shot pitch” on the horizontal axis means the center-to-center distance between adjacent laser spots. From this graph, it can be seen that deeper damage can be formed when non-polarized pulse laser light is irradiated than when linearly polarized pulse laser light is irradiated. It can also be seen that the shorter the shot pitch, the greater the difference in damage depth.

以上の結果から、SiCウェハをレーザ加工する場合は、直線偏光のレーザ光よりも無偏光のレーザ光の方が好ましいことがわかる。   From the above results, it can be seen that when laser processing a SiC wafer, non-polarized laser light is preferable to linearly polarized laser light.

[実施例2]
実施例2では、パルスレーザ光を照射してSiCウェハに損傷を形成した場合における、パルスレーザ光のパルス幅とデブリの発生量との関係を調べた実験結果を示す。
[Example 2]
Example 2 shows the experimental results of examining the relationship between the pulse width of the pulse laser beam and the amount of debris generated when the SiC wafer is damaged by irradiation with the pulse laser beam.

加工対象物として、実施例1と同じSiCウェハを準備した。ウェハの表面(表面から0μm)に集光点を合わせて、パルス幅が30ナノ秒、100ナノ秒または200ナノ秒のパルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。パルスレーザ光の照射条件を表3に示す。   The same SiC wafer as Example 1 was prepared as a processing target. The focal point was aligned with the surface of the wafer (0 μm from the surface), and pulsed laser light having a pulse width of 30 nanoseconds, 100 nanoseconds, or 200 nanoseconds was irradiated onto the wafer. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and the wafer was irradiated with pulsed laser light along the planned cutting line of the wafer. Table 3 shows the irradiation conditions of the pulse laser beam.

表3に示されるように、パルス幅以外の照射条件はまったく同じである。今回の実験でも波長1064nmの光を照射しているので、3光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。   As shown in Table 3, the irradiation conditions other than the pulse width are exactly the same. In this experiment as well, since light with a wavelength of 1064 nm is irradiated, it is considered that damage is formed by three-photon absorption.

図5は、レーザ加工後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図5Aは、レーザC(パルス幅30ナノ秒)で加工したSiCウェハの写真であり、図5Bは、レーザD(パルス幅100ナノ秒)で加工したSiCウェハの写真であり、図5Cは、レーザE(パルス幅200ナノ秒)で加工したSiCウェハの写真である。いずれの写真もSiCウェハの表面を撮影したものである。形成された損傷の深さは、いずれも約100μmであった。   FIG. 5 is a photograph of the periphery of the processed portion of the SiC wafer after laser processing. FIG. 5A is a photograph of a SiC wafer processed with laser C (pulse width 30 nanoseconds), FIG. 5B is a photograph of a SiC wafer processed with laser D (pulse width 100 nanoseconds), and FIG. It is a photograph of a SiC wafer processed with laser E (pulse width 200 nanoseconds). Both photographs are taken of the surface of a SiC wafer. The depth of damage formed was about 100 μm.

図5Aに示されるように、パルス幅30ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合は、形成された損傷の周辺に大量のデブリが発生した。一方、図5Bおよび図5Cに示されるように、パルス幅100ナノ秒または200ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合は、形成された損傷の周辺にデブリはほとんど観察されなかった。また、図5Bと図5Cとを比較すると、パルス幅100ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合よりも、パルス幅200ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合の方がよりデブリが少なかった。   As shown in FIG. 5A, when the pulse laser beam having a pulse width of 30 nanoseconds was irradiated, a large amount of debris was generated around the formed damage. On the other hand, as shown in FIGS. 5B and 5C, when the pulse laser beam having a pulse width of 100 nanoseconds or 200 nanoseconds was irradiated, almost no debris was observed around the formed damage. Further, when FIG. 5B and FIG. 5C are compared, there was less debris when the pulse laser beam having a pulse width of 200 nanoseconds was irradiated than when the pulse laser beam having a pulse width of 100 nanoseconds was irradiated.

以上の結果から、SiCウェハにパルスレーザ光を照射してレーザ加工する場合は、パルス幅が100ナノ秒未満のパルスレーザ光よりも、パルス幅が100ナノ秒以上のパルスレーザ光の方が好ましいことがわかる。   From the above results, when laser processing is performed by irradiating a SiC wafer with pulsed laser light, pulsed laser light having a pulse width of 100 nanoseconds or more is preferable to pulsed laser light having a pulse width of less than 100 nanoseconds. I understand that.

[実施例3]
実施例3では、連続発振レーザ光を照射してSiCウェハに損傷を形成した実験結果を示す。
[Example 3]
Example 3 shows an experimental result in which damage is formed on a SiC wafer by irradiating continuous wave laser light.

加工対象物として、実施例1と同じSiCウェハを準備した。ウェハの表面から内部20μmの位置に集光点を合わせて、連続発振レーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿って連続発振レーザ光をウェハに照射した。連続発振レーザ光の照射条件を表4に示す。今回の実験でも波長1064nmの光を照射しているので、3光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。   The same SiC wafer as Example 1 was prepared as a processing target. A converging point was set at a position of 20 μm from the surface of the wafer to irradiate the wafer with continuous wave laser light. At this time, the stage was moved in the XY-axis direction (horizontal direction), and the wafer was irradiated with continuous wave laser light along the planned cutting line of the wafer. Table 4 shows the irradiation conditions of the continuous wave laser beam. In this experiment as well, since light with a wavelength of 1064 nm is irradiated, it is considered that damage is formed by three-photon absorption.

図6は、レーザ加工後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図6Aは、レーザ加工後のSiCウェハの表面の写真であり、図6Bは、レーザ加工後のSiCウェハの断面の写真であり、図6Cは、図6Bの写真の破線で囲まれた部分を拡大した写真である。   FIG. 6 is a photograph of the periphery of the processed portion of the SiC wafer after laser processing. 6A is a photograph of the surface of the SiC wafer after laser processing, FIG. 6B is a photograph of a cross section of the SiC wafer after laser processing, and FIG. 6C is a portion surrounded by a broken line in the photograph of FIG. 6B. It is an enlarged photo.

図6Aに示されるように、連続発振レーザ光を照射した場合も、形成された損傷の周辺にデブリはほとんど観察されなかった。また、図6Bおよび図6Cに示されるように、連続発振レーザ光を照射した場合は、形成された損傷の深さが64μmであった。   As shown in FIG. 6A, even when the continuous wave laser beam was irradiated, almost no debris was observed around the formed damage. Further, as shown in FIGS. 6B and 6C, when the continuous wave laser beam was irradiated, the depth of the formed damage was 64 μm.

以上の結果から、SiCウェハに連続発振レーザ光を照射してレーザ加工することにより、極めて深い損傷を形成できることがわかる。   From the above results, it can be understood that extremely deep damage can be formed by irradiating a SiC wafer with continuous wave laser light and laser processing.

[実施例4]
実施例4では、パルスレーザ光を照射してSiCウェハに損傷を形成した場合における、パルスレーザ光のパルス幅と形成された損傷の深さとの関係を調べた実験結果を示す。
[Example 4]
Example 4 shows the experimental results of examining the relationship between the pulse width of the pulse laser beam and the depth of damage formed when the SiC wafer is damaged by irradiation with the pulse laser beam.

加工対象物として、実施例1と同じSiCウェハを準備した。ウェハの表面から内部20μmの位置に集光点を合わせて、パルス幅が30ナノ秒または200ナノ秒のパルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。移動速度は、ショットピッチが0.01〜0.50μmとなるように調整した。パルスレーザ光の照射条件を表5に示す。   The same SiC wafer as Example 1 was prepared as a processing target. The focal point was set at a position of 20 μm from the surface of the wafer, and the wafer was irradiated with pulsed laser light having a pulse width of 30 nanoseconds or 200 nanoseconds. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and the wafer was irradiated with pulsed laser light along the planned cutting line of the wafer. The moving speed was adjusted so that the shot pitch was 0.01 to 0.50 μm. Table 5 shows the irradiation conditions of the pulse laser beam.

表5に示されるように、パルス幅以外の照射条件はほぼ同じである。今回の実験でも波長1064nmの光を照射しているので、3光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。   As shown in Table 5, the irradiation conditions other than the pulse width are almost the same. In this experiment as well, since light with a wavelength of 1064 nm is irradiated, it is considered that damage is formed by three-photon absorption.

図7は、パルスレーザ光のパルス幅と形成された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、パルス幅30ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合よりもパルス幅200ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合の方がより深い損傷を形成できることがわかる。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the pulse width of the pulse laser beam and the depth of damage formed. From this graph, it can be seen that deeper damage can be formed when the pulse laser beam having a pulse width of 200 nanoseconds is irradiated than when the pulse laser beam having a pulse width of 30 nanoseconds is irradiated.

以上の結果から、SiCウェハにパルスレーザ光を照射してレーザ加工する場合、デブリの発生量だけでなく形成される損傷の深さの観点からも、パルス幅が長い方が好ましいことがわかる。   From the above results, it can be seen that when laser processing is performed by irradiating a SiC wafer with a pulsed laser beam, a longer pulse width is preferable not only from the amount of debris generated but also from the viewpoint of the depth of damage to be formed.

[実施例5]
実施例5では、パルスレーザ光を照射してSiCウェハに損傷を形成した場合における、集光点の位置と形成された損傷の深さとの関係を調べた実験結果を示す。
[Example 5]
Example 5 shows the experimental results of examining the relationship between the position of the focal point and the depth of damage formed when damage is formed on the SiC wafer by irradiation with pulsed laser light.

本実施例では、加工対象のSiCウェハの表面と集光点との距離を「オフセット」と呼ぶ。集光点がSiCウェハの内部に位置する場合、オフセットは正の値をとり、集光点がSiCウェハの外部(上方)に位置する場合、オフセットは負の値をとる。具体的には、オフセットが0μmの場合は、集光点はSiCウェハの表面に位置する。また、オフセットが+xμmの場合は、集光点はSiCウェハの表面からxμm内部に位置する。一方、オフセットが−xμmの場合は、集光点はSiCウェハの表面からxμm外部(上方)に位置する。   In this embodiment, the distance between the surface of the SiC wafer to be processed and the focal point is called “offset”. When the condensing point is located inside the SiC wafer, the offset takes a positive value, and when the condensing point is located outside (above) the SiC wafer, the offset takes a negative value. Specifically, when the offset is 0 μm, the condensing point is located on the surface of the SiC wafer. When the offset is + x μm, the focal point is located inside x μm from the surface of the SiC wafer. On the other hand, when the offset is −x μm, the focal point is located outside (upward) x μm from the surface of the SiC wafer.

加工対象物として、実施例1と同じSiCウェハを準備した。ウェハの表面から上方20μm(オフセット−20μm)〜ウェハの表面から内部100μm(オフセット+100μm)の位置に集光点を合わせて、パルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。パルスレーザ光の照射条件を表6に示す。   The same SiC wafer as Example 1 was prepared as a processing target. The condensing point was set to a position from 20 μm above the wafer surface (offset−20 μm) to 100 μm inside (offset + 100 μm) from the wafer surface, and pulsed laser light was applied to the wafer. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and the wafer was irradiated with pulsed laser light along the planned cutting line of the wafer. Table 6 shows the irradiation conditions of the pulse laser beam.

表6に示されるように、レーザ光の焦点位置(オフセット)以外の照射条件はほぼ同じである。今回の実験でも波長1064nmの光を照射しているので、3光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。   As shown in Table 6, the irradiation conditions other than the focal position (offset) of the laser light are substantially the same. In this experiment as well, since light with a wavelength of 1064 nm is irradiated, it is considered that damage is formed by three-photon absorption.

図8は、レーザIを用いてレーザ加工を行った後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図8Aは、オフセット20μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図8Bは、オフセット40μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図8Cは、オフセット60μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図8Dは、オフセット80μmで加工したSiCウェハの断面の写真である。   FIG. 8 is a photograph of the periphery of the processed portion of the SiC wafer after laser processing using laser I. 8A is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed with an offset of 20 μm, FIG. 8B is a photograph of a cross section of the SiC wafer processed with an offset of 40 μm, and FIG. 8C is a cross section of the SiC wafer processed with an offset of 60 μm. FIG. 8D is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed with an offset of 80 μm.

図9および図10は、レーザJを用いてレーザ加工を行った後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図9Aは、オフセット0μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Bは、オフセット20μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Cは、オフセット40μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Dは、オフセット60μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Eは、オフセット80μmで加工したSiCウェハの断面の写真であり、図9Fは、オフセット100μmで加工したSiCウェハの断面の写真である。   9 and 10 are photographs of the periphery of the processed portion of the SiC wafer after laser processing using the laser J. FIG. 9A is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed at an offset of 0 μm, FIG. 9B is a photograph of a cross section of the SiC wafer processed at an offset of 20 μm, and FIG. 9C is a cross section of the SiC wafer processed at an offset of 40 μm. FIG. 9D is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed with an offset of 60 μm, FIG. 9E is a photograph of a cross section of a SiC wafer processed with an offset of 80 μm, and FIG. 9F is a SiC processed with an offset of 100 μm. It is a photograph of the section of a wafer.

また、図10Aは、オフセット0μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Bは、オフセット20μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Cは、オフセット40μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Dは、オフセット60μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Eは、オフセット80μmで加工したSiCウェハの表面の写真であり、図10Fは、オフセット100μmで加工したSiCウェハの表面の写真である。これらの写真から、オフセットが大きくなると(焦点位置がSiC内部に位置すると)、デブリの量が減少することがわかる。   10A is a photograph of the surface of the SiC wafer processed with an offset of 0 μm, FIG. 10B is a photograph of the surface of the SiC wafer processed with an offset of 20 μm, and FIG. 10C is a photograph of the SiC wafer processed with an offset of 40 μm. FIG. 10D is a photograph of the surface of a SiC wafer processed at an offset of 60 μm, FIG. 10E is a photograph of the surface of a SiC wafer processed at an offset of 80 μm, and FIG. 10F is processed at an offset of 100 μm. It is the photograph of the surface of the manufactured SiC wafer. From these photographs, it can be seen that the amount of debris decreases as the offset increases (when the focal position is located inside the SiC).

図11は、パルスレーザ光の焦点位置(オフセット)と形成された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、オフセットを−20〜+100μmの範囲内とすることで十分に深い損傷を形成できることがわかる。また、オフセットが−20〜+80μmの範囲内では、損傷の深さの変化が小さいこともわかる(Δ6μm以下)。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between the focal position (offset) of pulse laser light and the depth of damage formed. From this graph, it can be seen that sufficiently deep damage can be formed by setting the offset within the range of −20 to +100 μm. It can also be seen that the change in the depth of damage is small (Δ6 μm or less) when the offset is in the range of −20 to +80 μm.

以上の結果から、SiCウェハにパルスレーザ光を照射してレーザ加工する場合、少なくともパルスレーザ光の焦点位置がSiCの表面から上方20μm〜表面から内部100μmの範囲内であれば、十分な深さの損傷を形成できることがわかる。   From the above results, when laser processing is performed by irradiating a SiC wafer with pulsed laser light, it is sufficient if at least the focal position of the pulsed laser light is within a range of 20 μm above the surface of SiC to 100 μm inside from the surface. It can be seen that damage can be formed.

[実施例6]
実施例6では、パルスレーザ光を照射してSiCウェハに損傷を形成した場合における、レーザスポットの中心間距離(ショットピッチ)とデブリの発生量との関係を調べた実験結果を示す。
[Example 6]
Example 6 shows the experimental results of examining the relationship between the laser spot center distance (shot pitch) and the amount of debris generated when the SiC wafer is damaged by irradiation with pulsed laser light.

加工対象物として、実施例1と同じSiCウェハを準備した。ウェハの表面(表面から0μm)に集光点を合わせて、繰り返し周波数100〜500kHzのパルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。移動速度は、ショットピッチが0.1〜0.4μmとなるように調整した。パルスレーザ光の照射条件を表7に示す。   The same SiC wafer as Example 1 was prepared as a processing target. The focal point was aligned with the surface of the wafer (0 μm from the surface), and the wafer was irradiated with pulsed laser light having a repetition frequency of 100 to 500 kHz. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction), and the wafer was irradiated with pulsed laser light along the planned cutting line of the wafer. The moving speed was adjusted so that the shot pitch was 0.1 to 0.4 μm. Table 7 shows the irradiation conditions of the pulse laser beam.

上記条件において、パルスレーザ光の繰り返し周波数およびショットピッチを変化させて、デブリの発生の有無(多寡)の境界条件を詳細に調べた。その結果、繰り返し周波数が100kHzのときは、ショットピッチが0.25μm以上となるとデブリが発生するのが観察された。同様に、繰り返し周波数が300kHzのときは、ショットピッチが0.3μm以上となるとデブリが発生するのが観察された。繰り返し周波数が500kHzのときは、ショットピッチが0.35μm以上となるとデブリが発生するのが観察された。   Under the above conditions, the boundary condition of whether or not debris was generated (many) was examined in detail by changing the repetition frequency and shot pitch of the pulse laser beam. As a result, when the repetition frequency was 100 kHz, it was observed that debris was generated when the shot pitch was 0.25 μm or more. Similarly, when the repetition frequency was 300 kHz, it was observed that debris was generated when the shot pitch was 0.3 μm or more. When the repetition frequency was 500 kHz, it was observed that debris was generated when the shot pitch was 0.35 μm or more.

図12は、上記結果に基づき作成した、パルスレーザ光の繰り返し周波数およびショットピッチとデブリの発生との関係を示すグラフである。横軸はパルスレーザ光の繰り返し周波数F(kHz)であり、縦軸はパルスレーザ光のショットピッチS(μm)である。このグラフに示されるように、パルスエネルギが10μJの場合、デブリの発生の有無(多寡)の境界条件は、S=(2.5×10−4)F+0.225であった。すなわち、S≧(2.5×10−4)F+0.225ではデブリが発生したのに対し、S<(2.5×10−4)F+0.225ではデブリがほとんど発生しなかった。 FIG. 12 is a graph showing the relationship between the repetition frequency and shot pitch of pulsed laser light and the occurrence of debris, created based on the above results. The horizontal axis represents the repetition frequency F (kHz) of the pulse laser beam, and the vertical axis represents the shot pitch S (μm) of the pulse laser beam. As shown in this graph, when the pulse energy is 10 μJ, the boundary condition for the presence or absence of debris (multiple) is S = (2.5 × 10 −4 ) F + 0.225. That is, debris was generated when S ≧ (2.5 × 10 −4 ) F + 0.225, whereas almost no debris was generated when S <(2.5 × 10 −4 ) F + 0.225.

上記条件式が正しいことを確認するため、さらに図12にA〜Dで示される条件で加工屑が発生するかどうかを調べた。   In order to confirm that the above conditional expression is correct, it was further examined whether or not machining waste was generated under the conditions indicated by A to D in FIG.

図13は、レーザ加工後のSiCウェハの加工部周辺の写真である。図13Aは、条件A(F:100kHz、S:0.1μm)でレーザ加工した後のSiCウェハの表面の写真であり、図13Bは、条件B(F:100kHz、S:0.3μm)でレーザ加工した後のSiCウェハの表面の写真であり、図13Cは、条件C(F:500kHz、S:0.1μm)でレーザ加工した後のSiCウェハの表面の写真であり、図13Dは、条件D(F:500kHz、S:0.4μm)でレーザ加工した後のSiCウェハの表面の写真である。   FIG. 13 is a photograph of the periphery of the processed portion of the SiC wafer after laser processing. FIG. 13A is a photograph of the surface of the SiC wafer after laser processing under condition A (F: 100 kHz, S: 0.1 μm), and FIG. 13B shows a condition B (F: 100 kHz, S: 0.3 μm). FIG. 13C is a photograph of the surface of the SiC wafer after laser processing, and FIG. 13C is a photograph of the surface of the SiC wafer after laser processing under the condition C (F: 500 kHz, S: 0.1 μm). It is the photograph of the surface of the SiC wafer after carrying out laser processing on condition D (F: 500kHz, S: 0.4micrometer).

図13Bおよび図13Dに示されるように、S≧(2.5×10−4)F+0.225で加工した場合、形成された損傷の周囲にデブリが発生していた。一方、図13Aおよび図13Cに示されるように、S<(2.5×10−4)F+0.225で加工した場合、形成された損傷の周囲にデブリはほとんど観察されなかった。 As shown in FIG. 13B and FIG. 13D, when processed with S ≧ (2.5 × 10 −4 ) F + 0.225, debris was generated around the formed damage. On the other hand, as shown in FIGS. 13A and 13C, when processed at S <(2.5 × 10 −4 ) F + 0.225, almost no debris was observed around the formed damage.

以上の結果から、SiCウェハにパルスレーザ光を照射してレーザ加工する場合、所定の条件を満たすようにショットピッチを短くすることで、デブリの発生量を減少させうることがわかる。   From the above results, it can be seen that when laser processing is performed by irradiating a SiC wafer with pulsed laser light, the amount of debris generated can be reduced by shortening the shot pitch so as to satisfy a predetermined condition.

本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置は、これまで加工が困難であったSiCにアスペクト比の大きい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、本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置は、SiCのスクライビング技術およびダイシング技術として有用である。   The laser processing method and laser processing apparatus of the present invention can form high-accuracy and high-speed damage on SiC, which has been difficult to process, with a high aspect ratio. Therefore, the laser processing method and laser processing apparatus of the present invention are useful as a SiC scribing technique and a dicing technique.

100 レーザ光
110 シリコンカーバイド
120 切断予定ライン
130 損傷
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Laser beam 110 Silicon carbide 120 Planned cutting line 130 Damage 200 Laser processing apparatus 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 (4)

シリコンカーバイドに無偏光でかつ波長500nm以上のパルスレーザ光を前記シリコンカーバイドの切断予定ラインに沿って照射して、前記切断予定ラインに沿って前記シリコンカーバイドの表面に損傷を形成するステップを含
前記損傷は、前記パルスレーザ光の多光子吸収により形成される、
レーザ加工方法。
Unpolarized light a and the wavelength 500nm or more of the pulsed laser light in silicon carbide by irradiating along the line to cut the silicon carbide, saw including a step of forming a damage to the surface of the silicon carbide along the line to cut ,
The damage is formed by multiphoton absorption of the pulsed laser light.
Laser processing method.
前記パルスレーザ光のパルス幅、100ナノ秒以上である、請求項1に記載のレーザ加工方法。 Pulse width of the pulsed laser beam is 1 00 is on nanosecond or more, the laser processing method according to claim 1. 前記パルスレーザ光の波長は、10μm以下である、請求項1に記載のレーザ加工方法。 The laser processing method according to claim 1, wherein the pulsed laser beam has a wavelength of 10 μm or less. 前記パルスレーザ光の集光点は、前記シリコンカーバイドの表面から上方100μm〜表面から内部100μmの範囲内に位置する、請求項1に記載のレーザ加工方法。 2. The laser processing method according to claim 1, wherein a condensing point of the pulsed laser light is located within a range of 100 μm above the surface of the silicon carbide to 100 μm inside from the surface.
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