(57)【要約】【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５３４９３９号公報
【０００５】
【特許文献２】特許第５８３６９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の加工装置の要部の模式図である。
【図２】第１の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の模式図である。
【図３】第１の実施形態の被加工基板を保持するためのダイシングフレームにテープが装着された状態を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態の被加工基板が、ダイシングフレームに保持された状態を示す模式図である。
【図５】第１の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。
【図６】第２の実施形態の加工装置の要部の模式図である。
【図７】第２の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。
【図８】第２の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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、第１のレーザー光の照射を止める。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、本実施形態の作用効果を記載する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019055416.tif 000009
【図８】
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