JP6952092B2 - 半導体加工対象物のスクライブ方法 - Google Patents
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Description
初期ビームは、ガイドされたビーム操作アセンブリであり、例えば少なくとも2つのスプリッタと、一時的遅延ライン(2つのスライド可能なミラー)である。第1ビームスプリッタは、初期ビームを第1及び第2パルスビームに分離し、第1パルス及び第2パルスの間に発生する制御された一時的遅延の後、第2ビームスプリッタが第1パルスビームと第2パルスビームとを1つの光路で結合する。第1及び第2パルスを生成するにあたり、複数の方法によってビーム操作アセンブリを配置可能であることは、当業者にとって自明である。双方のパルスビームは、好ましい開口数が0.1〜0.4の範囲であるビーム集束方法(集光ミラー、対物レンズ等)によって、少なくとも1つのスクライブに沿って方向付けされる。このようなケースは、図1に図示されており、第1及び第2パルスビーム(2)が加工対象物の表面に劈開される。加工対象物は線状に沿って移動し、第1及び第2パルスは所望のスクライブ線に沿って、マイクロメーター毎に2〜8パルスを照射する。第1パルスの後、少なくとも対応する第2パルスが照射され、第2パルスの照射までには主基板の電子フォノン緩和時間よりも若干超えるインターバル時間の遅延が生じ、望ましいケースでは、例えば周波数200kHzに設定した場合、当初のレーザービーム源のパルス反復周期の半分の間隔で遅延する。他のケースでは、10〜1000psの範囲で選択される。スクライブ領域に照射される第1パルスは、表面を初期化及び管理するために使用され、表面は機能層(3)又は主基板層に蒸着する層に対応し、アブレーション及び熱蓄積が行われる(熱を追加、「余熱」を行う)。また、第1パルスは基板層の表面にわずかな物理的変化を与え、その結果、機械的欠陥によって生じるストレスのダメージ閾値を軽減し、クラック又は破損の前兆を生じる(4)。パルス長さはフェムト秒であることから、第2パルスの到着までのインターバル時間は、SiCの電子フォノン緩和時間に相当し、熱によって影響を受ける箇所が少なくとも一か所生じる。熱による影響を受けた箇所では、その後のパルスアブレーション及びエネルギー吸収の効率が一段と高まる。熱によって影響を受ける箇所で第1パルスと重なり合う第2パルスによって、十分な熱勾配及び急速な非均一的冷却によって基板の緊張を生成し、ダメージ構造(5)−機械的欠陥のシステムが、基板層の表面に生じる。第2パルスは、熱影響を受けた箇所における熱蒸着としての役割を果たすのみではなく、基板表面及びコーティングのアブレーションをサポートすると理解される(3)。さらに、これらの加工方法の原理は、一つ以上のパルスが蓄積することに基づくため、第1パルスの前にパルスが発せられた場合には、第1パルスは第2パルスとしての役割を果たす。
図1では、入射するパルスビームペア(2)、コーティング層(3)、半導体基板(6)、クラック前駆体(4)、ひび割れ発生ライン(5)、単一テンションによって生成された一対の第1及び第2パルス(7)(一対のパルス)、加工対象物の移動方向(1)が示されている。図2は、SiC基板による第1及び第2パルスエネルギー吸収に伴う、体積に生じた張力を示す。最も良い結果を出すために、パルスエネルギーは4〜50μJの範囲で選択されるべきである。
加工対象物の基板材料は、金のコーティングが施された炭化ケイ素(4H−SiC)である。同量で結合された第1及び第2パルスエネルギーは、10ミクロジュールである。レーザー源はフェムト秒レーザー、発振波長は1030nm、パルス幅は300fs(半値幅/1.41)、出力周波数は200kHzである。第1および第2のパルスビームは、非線形第2高調波発生結晶を用いて波長を515nmに変えた。第1及び第2パルスは、 遅延が100psとなるように設定する。集束ユニットは、ビーム集束方法として、0.15NA集光対物レンズでアレンジされ、集束長さが15mmとなる。直線状の加工対象物の移動速度は100mm/sで設定される。
このような加工の結果は、図5及び図6で表される。
Claims (9)
- 少なくとも1つの硬くて壊れやすい基板層及び少なくとも1つのコーティング層を有する半導体の加工対象物のレーザースクライブ方法であって、
パルス化されたレーザービーム源を使用し、前記加工対象物又は加工レーザービームはスクライブ軌道に沿って相対的に移動し、
パルス化されたレーザービーム源から初期ビームを分離し、前記初期ビームは第1パルスを含む第1パルスビームと第2パルスを含む第2パルスビームとに分割され、前記第1パルスビームと前記第2パルスビームはビーム集束手段によって前記スクライブ軌道に到達し、前記加工対象物の少なくとも一つのスクライブ軌道に沿って移動し、
前記第1パルス及び第2パルスは前記スクライブ軌道に照射され前記第1パルスは遅延する前記第2パルスを伴い、
前記スクライブ軌道の前記第1パルスは、少なくとも一つの熱影響を受ける領域に熱蓄積とともに前記コーティング層にアブレーションを引き起こし及び基板層の表面に物理的変化を与えて維持し、前記第2パルスは前記熱影響を受ける領域に重なり合うとともに前記コーティング層をアブレーションし、及び前記基板層に熱蓄積させ、前記基板層の熱勾配及び急速な非均一冷却が前記基板層の表面から前記基板層の深さにまで伸びるクラック及び破損を形成させることを1度のプロセスで行う、半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。 - 前記第1パルスビーム及び第2パルスビームの少なくとも一つは、ビーム操作アセンブリの内部で変形し、前記変形は、波長、パルス持続時間、一時的エンベロープ形状/スペクトル、ビーム発散、空間スペクトルを含むパルスビームパラメータの少なくとも一つを変形する、請求項1に記載の半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。
- 前記加工対象物の少なくとも一層は、炭化ケイ素(SiC)及び窒化ガリウム(GaN)を含む、請求項1又は請求項2に記載の半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。
- 前記第1パルスと前記第2パルスとの遅延は、前記基板層の材料の電子フォノン緩和時間に相当もしくは上回る時間、又は10〜1000psであり、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。
- 前記レーザービーム源は、UV及びIRの範囲の波長及び200〜1000fsの範囲のパルス持続時間で照射する、請求項1に記載の半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。
- 前記第1パルスビーム及び前記第2パルスビームのエネルギーは、4〜50μJの範囲である、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。
- 前記加工対象物は平行になるように配置された第1表面及び第2表面を有し、
前記第1パルスビームは前記第1表面又はその下に集光し、コーティング層をアブレーションし、前記コーティング層の厚みは少なくとも一層の硬くて壊れやすい基板層から減少または取り除かれ、熱影響を受ける箇所が形成される、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。 - 前記加工対象物は平行になるように配置された第1表面及び第2表面を有し、
前記加工対象物の第1表面は、異なる材料による一層又は複数層のコーティング層を有する、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。 - 前記第2パルスビームは、所望のスクライブ軌道に照射される前に発散が増加するように変形し、前記第2パルスビームの集光点が前記第1パルスビームの集光点の下に配置されて多光子吸収による熱の量が増える前記熱影響を受ける領域と重なり合う、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体加工対象物のレーザースクライブ方法。
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