(57)【要約】【課題】低コスト化を実現し得るレーザ接合方法及びレーザ接合装置並びにそのレーザ接合方法により得られたレーザ接合品を提供する。【解決手段】超短パルスレーザ光のパルス幅より広いパルス幅を有するレーザ光又は連続波のレーザ光である第１のレーザ光Ａを第１の物体１６と第２の物体１７とが接触又は近接している部位に照射しつつ、超短パルスレーザ光である第２のレーザ光Ｂを、第１のレーザ光Ａが照射されている箇所に照射することにより、第１の物体と第２の物体とをレーザ接合するレーザ接合方法であって、第２のレーザ光Ｂの強度は、第２のレーザ光Ｂを単独で照射した場合には第１の物体１６と第２の物体１７とを接合し得ない範囲内のレーザ強度である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短パルスレーザ光のパルス幅より広いパルス幅を有するレーザ光又は連続波のレーザ光である第１のレーザ光を第１の物体と第２の物体とが接触又は近接している部位に照射しつつ、前記超短パルスレーザ光である第２のレーザ光を、前記第１のレーザ光が照射されている箇所に照射することにより、前記第１の物体と前記第２の物体とをレーザ接合するレーザ接合方法であって、
前記第２のレーザ光の強度は、前記第２のレーザ光を単独で照射した場合には前記第１の物体と前記第２の物体とを接合し得ない範囲内のレーザ強度である、レーザ接合方法。
【請求項２】
前記超短パルスレーザ光の前記パルス幅より広い前記パルス幅を有する前記レーザ光は、ナノ秒レーザ光であり、
前記第２のレーザ光は、フェムト秒レーザ光である、請求項１記載のレーザ接合方法。
【請求項３】
前記第１の物体上に前記第２の物体を配することにより、前記第１の物体と前記第２の物体とを接触又は近接させ、
前記第１のレーザ光は、前記第２の物体の上方から照射され、
前記第２のレーザ光は、前記第２の物体の上方から照射される、請求項１又は２記載のレーザ接合方法。
【請求項４】
前記第２のレーザ光によりプラズマを発生させる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ接合方法。
【請求項５】
前記第１の物体は、金属、半導体又はセラミックより成り、
前記第２の物体は、前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光に対して透明な材料より成る、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ接合方法。
【請求項６】
前記第１の物体のうちの前記第２の物体が配される領域の一部には、凹部が形成されており、
前記凹部内には、はんだが充填されており、
前記第２の物体のうちの前記凹部と重なり合っている部分を除く部分において、前記第１の物体と前記第２の物体とがレーザ接合される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ接合方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザ接合方法により得られたレーザ接合品。
【請求項８】
超短パルスレーザ光のパルス幅より広いパルス幅を有するレーザ光又は連続波のレーザ光である第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、
前記超短パルスレーザ光である第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光を第１の物体と第２の物体とが接触又は近接している部位に照射させつつ、前記第１のレーザ光が照射されている箇所に前記第２のレーザ光を照射させる制御部とを有し、
前記第２のレーザ光の強度は、前記第２のレーザ光を単独で照射した場合には前記第１の物体と前記第２の物体とをレーザ接合し得ない範囲内のレーザ強度である、レーザ接合装置。
【請求項９】
前記第２のレーザ光によりプラズマを発生させる、請求項８記載のレーザ接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ接合方法、レーザ接合品及びレーザ接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェムト秒レーザを照射した際に生じる多光子吸収を用いて、２つの物体をレーザ接合する技術が提案されている（特許文献１，２）。レーザを照射するだけで２つの物体を接合し得るため、レーザ接合は大きな注目を集めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２３０８２６号公報
【特許文献２】特許第４７０９４８２号公報
【特許文献３】国際公開第２０１１／１１５２４３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】T. Tamaki et al., “Welding of Transparent Materials Using Femtosecond Laser Pulses”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 22, 2005, pp. L687-L689.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、多光子吸収を生じさせるためには、高出力のフェムト秒レーザ光源を用いることを要する。高出力のフェムト秒レーザ光源は、極めて高価であり、低コスト化の要請に十分に応え得なかった。
【０００６】
本発明の目的は、低コスト化を実現し得るレーザ接合方法及びレーザ接合装置並びにそのレーザ接合方法により得られたレーザ接合品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、超短パルスレーザ光のパルス幅より広いパルス幅を有するレーザ光又は連続波のレーザ光である第１のレーザ光を第１の物体と第２の物体とが接触又は近接している部位に照射しつつ、前記超短パルスレーザ光である第２のレーザ光を、前記第１のレーザ光が照射されている箇所に照射することにより、前記第１の物体と前記第２の物体とをレーザ接合するレーザ接合方法であって、前記第２のレーザ光の強度は、前記第２のレーザ光を単独で照射した場合には前記第１の物体と前記第２の物体とを接合し得ない範囲内のレーザ強度である、レーザ接合方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、超短パルスレーザ光のパルス幅より広いパルス幅を有するレーザ光又は連続波のレーザ光である第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、前記超短パルスレーザ光である第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、前記第１のレーザ光を第１の物体と第２の物体とが接触又は近接している部位に照射させつつ、前記第１のレーザ光が照射されている箇所に前記第２のレーザ光を照射させる制御部とを有し、前記第２のレーザ光の強度は、前記第２のレーザ光を単独で照射した場合には前記第１の物体と前記第２の物体とをレーザ接合し得ない範囲内のレーザ強度である、レーザ接合装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、超短パルスレーザよりパルス幅の広いレーザ光又は連続波のレーザ光である第１のレーザ光を第１の物体と第２の物体とが接触又は近接している部位内に照射しつつ、超短パルスレーザである第２のレーザ光を、第１のレーザ光が照射されている箇所に照射する。この際、第２のレーザ光の強度は、第２のレーザ光を単独で照射した場合には第１の物体と第２の物体とを接合し得ない範囲内のレーザ強度（パルスエネルギー）とする。即ち、第２のレーザ光の強度は、第２のレーザ光を単独で照射した場合には第１の物体、第２の物体に改質が生じないか、又は、改質が殆ど生じない範囲内のレーザ強度（パルスエネルギー）とする。第２のレーザ光の強度が比較的小さい場合であっても、以下のような現象が生ずる。即ち、第１のレーザ光が照射されている状態で第２のレーザ光を照射すると、集光点付近においてプラズマが発生し、当該プラズマが吸収体となって第１のレーザ光が吸収され（線形吸収）、結果的に第１の物体及び第２の物体に発熱が生じる。これによって、第１の物体１６と第２の物体とを接合することができる。第２のレーザ光を出射するレーザ光源として、あまり高出力でないレーザ光源を用いることができるため、本発明によれば、低コスト化の要請に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ接合装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態における第１のレーザ光の波形及び第２のレーザ光の波形を概念的に示すタイムチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態における第１のレーザ光のパルス波形のタイミングと第２のレーザ光のパルス波形のタイミングとの関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるレーザ照射範囲の例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例（その１）における第１のレーザ光の波形及び第２のレーザ光の波形を概念的に示すタイムチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態の変形例（その２）によるレーザ接合装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１実施形態の変形例（その２）によるレーザ接合装置の光源の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図９】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１０】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１１】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図１２】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図１３】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図１４】本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１５】本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１６】本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１７】本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図１８】本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図１９】本発明の第４実施形態による電子装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図２０】レーザ照射範囲の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同じ機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態によるレーザ接合装置を示す概略図である。図１において、各構成要素間の接続は実線で示されており、レーザ光の光路は破線で示されている。
【００１３】
本実施形態によるレーザ接合装置２は、第１のレーザ光Ａを発するレーザ光源１０と、第２のレーザ光Ｂを発するレーザ光源１２と、本実施形態によるレーザ接合装置全体の制御を司る制御部１４とを有している。また、本実施形態によるレーザ接合装置２は、接合の対象となる物体（被処理物、部材、物品）１６、１７が載置されるステージ１８を更に有している。レーザ接合装置２は、物品（レーザ接合品としての製品）を製造する製造装置に備えられている。
【００１４】
本実施形態によるレーザ接合装置は、物体１６と物体１７とが互いに接触又は近接している部位内にレーザビームを照射することにより、物体１６と物体１７との接合を行うものである。レーザビームを用いて接合を行う手法は、レーザ接合とも称される。物体１６と物体１７とを接合する際には、物体１６と物体１７とが確実に接触している状態、即ち、物体１６と物体１７とが密着していることが好ましいが、物体１６と物体１７とが必ずしも密着していなくてもよい。物体１６と物体１７とが互いに十分に近接していれば、物体１６と物体１７とが互いに近接している部位内にレーザビームの照射することにより、物体１６と物体１７とを接合することが可能である。物体１６と物体１７とが近接している状態で接合を行う場合、物体１６と物体１７との間隙の寸法は例えば２μｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
制御部１４は、種々の演算、制御、判別等の処理を実行するＣＰＵ（図示せず）を有している。また、制御部１４は、ＣＰＵによって実行される様々な制御プログラム等を格納するＲＯＭ（図示せず）等を有している。また、制御部１４は、ＣＰＵが処理中のデータや入力データ等を一時的に格納するＲＡＭ（図示せず）等を有している。
【００１６】
制御部１４には、所定の指令やデータなどをユーザが入力するための入力操作部４６が接続されている。かかる入力操作部４６としては、例えばキーボードや各種スイッチ等が用いられる。
【００１７】
制御部１４には、種々の表示を行うための表示部４８が接続されている。表示部４８には、例えば、本実施形態によるレーザ接合装置２の動作状態、ステージ１８の状態、ＣＣＤカメラ５０により取得された画像等が表示される。表示部４８としては、例えば液晶ディスプレイ等が用いられる。
【００１８】
レーザ光源１０は、第１のレーザ光（第１のレーザビーム）Ａを発するものである。ここでは、第１のレーザ光Ａとして、後述する第２のレーザ光Ｂとして用いられる超短パルスレーザ光よりパルス幅の広いパルスレーザ光（短パルスレーザ光）が用いられている。例えば、ナノ秒レーザ光が、第１のレーザ光Ａとして用いられている。ナノ秒レーザ光とは、パルス幅（レーザパルスの時間幅）がナノ秒（ｎｓ：１０−９秒）のオーダーのパルスレーザ光、即ち、パルス幅が１ｎｓ以上、１μｓ未満のパルスレーザ光のことである。レーザ光源１０からは、パルス幅がナノ秒のオーダーのパルスレーザビームＡが出射される。本実施形態では、レーザ光源１０として、例えば、中心波長１０４５ｎｍ程度、パルス幅１０ｎｓ程度のレーザ発振器が用いられている。第１のレーザ光Ａを発するレーザ光源１０の出力パワーは、例えば１００Ｗ程度とする。
【００１９】
なお、ここでは、第１のレーザ光Ａのパルス幅を１０ｎｓ程度とする場合を例に説明したが、第１のレーザ光Ａのパルス幅は１０ｎｓ程度に限定されるものではない。第１のレーザ光Ａのパルス幅は、例えば１ｎｓ〜９００ｎｓの範囲内で適宜設定することができる。また、第１のレーザ光Ａの中心波長も、１０４５ｎｍ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。また、レーザ光源１０の出力パワーも、１００Ｗ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
【００２０】
レーザ光源１２は、第２のレーザ光（第２のレーザビーム）Ｂを発するものである。ここでは、第２のレーザ光Ｂとして、例えば、超短パルスレーザを用いる。超短パルスレーザ光としては、例えばフェムト秒レーザ光が用いられている。フェムト秒レーザ光とは、一般的には、パルス幅がフェムト秒（ｆｓ：１０−１５秒）オーダーのパルスレーザ光、即ち、パルス幅が１ｆｓ以上、１ｐｓ未満のパルスレーザ光のことである。レーザ光源１２からは、例えば、パルス幅がフェムト秒のオーダーのパルスレーザビームが出射される。本実施形態では、レーザ光源１２として、例えば、中心波長１０４５ｎｍ程度、パルス幅７００ｆｓ程度のレーザ発振器が用いられている。第２のレーザ光Ｂを発するレーザ光源１２の出力パワーは、例えば０．１〜０．５Ｗ程度とする。
【００２１】
なお、第２のレーザ光Ｂを発するレーザ光源１２の出力パワーは、０．１〜０．５Ｗ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。但し、高出力の超短パルスレーザ光源は、極めて高価である。レーザ接合装置２の価格を低減する観点からは、必要以上に高出力ではない超短パルスレーザ光源１２を用いることが好ましい。本実施形態では、後述するように、第１のレーザ光Ａを照射するとともに、第１のレーザ光Ａが照射されている箇所に第２のレーザ光Ｂを照射するため、第２のレーザ光Ｂの強度が比較的小さい場合であっても、物体１６と物体１７とを接合することが可能である。
【００２２】
また、ここでは、第２のレーザ光Ｂのパルス幅を７００ｆｓ程度とする場合を例に説明したが、第２のレーザ光Ｂのパルス幅は７００ｆｓ程度に限定されるものではない。また、第２のレーザ光Ｂのパルス幅は、フェムト秒のオーダーに限定されるものではなく、ピコ秒のオーダーであってもよい。本願の明細書及び特許請求の範囲において、超短パルスレーザ光とは、パルス幅がフェムト秒であるレーザ光に限定されるものではなく、パルス幅が数十ピコ秒以下であるピコ秒レーザ光をも含むものとする。また、本願の明細書及び特許請求の範囲において、フェムト秒レーザ光とは、パルス幅がフェムト秒であるレーザ光に限定されるものではなく、パルス幅が数十ピコ秒以下であるピコ秒レーザ光をも含むものとする。
【００２３】
また、レーザ光源１２から発せられる第２のレーザ光Ｂの中心波長も、１０４５ｎｍ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
【００２４】
レーザ光源１０及びレーザ光源１２は、制御部１４により制御される。レーザ光源１０から出射される第１のレーザ光Ａのパルス幅及びレーザ光源１２から出射される第２のレーザ光Ｂのパルス幅は、ユーザが入力操作部４６を介して適宜設定し得る。なお、ユーザにより入力された各種の設定情報等は、制御部１４に設けられた記憶部（図示せず）内に適宜記憶される。制御部１４は、物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位内に第１のレーザ光Ａを照射しつつ、第１のレーザ光Ａが照射されている箇所に第２のレーザ光Ｂが照射されるように、レーザ光源１０及びレーザ光源１２を制御する。レーザ光源１０から出射される第１のレーザ光Ａの照射のタイミングと、レーザ光源１２から出射される第２のレーザ光Ｂの照射のタイミングとは、ユーザが入力操作部４６を介して適宜設定し得る。制御部１４は、予め設定された繰り返し周波数でレーザ光源１０から第１のレーザ光Ａのパルスを出射させる。また、制御部１４は、予め設定された繰り返し周波数でレーザ光源１２から第２のレーザ光Ｂのパルスを出射させる。第１のレーザ光Ａのパルスの繰り返し周波数及び第２のレーザ光Ｂのパルスの繰り返し周波数は、互いに等しく設定される。第１のレーザ光Ａのパルスの繰り返し周波数及び第２のレーザ光Ｂのパルスの繰り返し周波数は、例えば１ＭＨｚとする。第１のレーザ光Ａのパルスの繰り返し周波数及び第２のレーザ光Ｂのパルスの繰り返し周波数は、ユーザが入力操作部４６を介して適宜設定し得る。
【００２５】
第１のレーザ光Ａを発するレーザ光源１０の後段には、第１のレーザ光Ａのビーム径を調整するためのビームエキスパンダ１１が設けられている。ビームエキスパンダ１１の後段には、第１のレーザ光Ａの偏光方向を制御する１／２波長板２０が設けられている。１／２波長板２０の後段には、第１のレーザ光Ａの出力を調整する偏向ビームスプリッタ２２が設けられている。１／２波長板２０は、回転させることによりレーザ光の偏向方向を変更することができる光学素子である。偏光ビームスプリッタ２２は、入射光の偏向成分を分岐することができる光学素子である。１／２波長板２０を回転することによりレーザ光の偏光方向を変更すると、偏光ビームスプリッタ２２において分岐される偏向成分の割合が変化する。１／２波長板２０の回転角を適宜調整することにより、偏向ビームスプリッタ２２から出射される第１のレーザ光Ａのパワーを適宜調整することができる。１／２波長板２０と偏向ビームスプリッタ２２とが相俟って出力減衰器２４が構成されている。このように、レーザ光源１０から出射される第１のレーザ光Ａのレーザ強度は、出力減衰器２４により調整し得るようになっている。ナノ秒レーザ光Ａのレーザ強度は、ユーザが入力操作部４６を介して適宜設定し得る。出力減衰器２４により調整された第１のレーザ光Ａのレーザ強度（パルスエネルギー）は、例えば１０μＪ／ｐｕｌｓｅ〜１００μＪ／ｐｕｌｓｅ程度とする。
【００２６】
なお、ここでは、１／２波長板２０と偏光ビームスプリッタ２２とにより構成される出力減衰器２４を用いて第１のレーザ光Ａのレーザ強度を調整する場合を例に説明したが、第１のレーザ光Ａのレーザ強度を調整する手段はこれに限定されるものではない。任意の調整手段を用いて第１のレーザ光Ａのレーザ強度を適宜調整し得る。
【００２７】
第２のレーザ光Ｂを発するレーザ光源１２の後段には、第２のレーザ光Ｂのビーム径を調整するためのビームエキスパンダ１３が設けられている。ビームエキスパンダ１３の後段には、第２のレーザ光Ｂの偏光方向を制御する１／２波長板２６が設けられている。１／２波長板２６の後段には、第２のレーザ光Ｂの出力を調整する偏向ビームスプリッタ２８が設けられている。１／２波長板２６を回転することによりレーザ光の偏光方向を変更すると、偏光ビームスプリッタ２８において分岐される偏向成分の割合が変化する。１／２波長板２６の回転角を適宜調整することにより、偏向ビームスプリッタ２８から出射される第２のレーザ光Ｂのパワーを適宜調整することができる。１／２波長板２６と偏向ビームスプリッタ２８とが相俟って出力減衰器３０が構成されている。このように、レーザ光源１２から出射される第２のレーザ光Ｂのレーザ強度は、出力減衰器３０により調整し得るようになっている。第２のレーザ光Ｂのレーザ強度は、第１のレーザ光Ａのレーザ強度と同様に、入力操作部４６を介してユーザが適宜設定し得る。
【００２８】
出力減衰器３０により調整された第２のレーザ光Ｂのレーザ強度（パルスエネルギー）は、第２のレーザ光Ｂを単独で照射した場合には、物体１６と物体１７とを接合し得ない範囲内のレーザ強度（パルスエネルギー）とする。換言すれば、第２のレーザ光Ｂのレーザ強度（パルスエネルギー）は、第２のレーザ光Ｂを単独で照射した場合には、第２のレーザ光Ｂを照射した箇所における物体１６、１７に改質が殆ど生じない範囲内のレーザ強度（パルスエネルギー）とする。また、第２のレーザ光Ｂのレーザ強度（パルスエネルギー）は、第１のレーザ光Ａを照射するとともに、第１のレーザ光Ａを照射している箇所に第２のレーザ光Ｂを照射した場合には、物体１６と物体１７とを接合し得る範囲内のレーザ強度とする。物体１６と物体１７とを接合し得ないとは、実用的に十分な接合強度が得られないという意であり、実質的に接合し得ないことを意味する。物体１６と物体１７とをレーザ接合した後、わずかな力で引っ張っただけで物体１６と物体１７とが分離してしまうような場合は、実用的に十分な接合強度が得られているとはいえないため、物体１６と物体１７とを接合し得ないということに該当する。出力減衰器３０により調整された第２のレーザ光Ｂのレーザ強度（パルスエネルギー）は、例えば０．２μＪ／ｐｕｌｓｅ程度とする。
【００２９】
なお、ここでは、１／２波長板２６と偏光ビームスプリッタ２８とにより構成される出力減衰器３０を用いて第２のレーザ光Ｂのレーザ強度を調整する場合を例に説明したが、第２のレーザ光Ｂのレーザ強度を調整する手段はこれに限定されるものではない。任意の調整手段を用いて第２のレーザ光Ｂのレーザ強度を適宜調整し得る。
【００３０】
このように、本実施形態では、第１のレーザ光Ａのレーザ強度と第２のレーザ光Ｂのレーザ強度とを、それぞれ独立に設定し得るようになっている。
【００３１】
出力減衰器２４の後段には、第１のレーザ光Ａの光路を変更するミラー３２が設けられている。レーザ光源１０から出射され、出力減衰器２４により減衰された第１のレーザ光Ａは、ミラー３２により反射され、出力減衰器３０の後段に設けられたビームスプリッタ３４に導入されるようになっている。ビームスプリッタ３４は、合波や分波を行い得る光学素子である。本実施形態では、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとを合波するためにビームスプリッタ３４が用いられる。出力減衰器２４により減衰され、ミラー３２により反射され、ビームスプリッタ３４に導入される第１のレーザ光Ａと、出力減衰器３０により減衰され、ビームスプリッタ３４に導入される第２のレーザ光Ｂとが、ビームスプリッタ３４により合波される。ビームスプリッタ３４により合波された後において、第１のレーザ光Ａのビーム軸と第２のレーザ光Ｂのビーム軸とが一致するように、ミラー３２やビームスプリッタ３４等の位置や角度等が適宜調整されている。
【００３２】
ビームスプリッタ３４の後段には、レーザ光のビーム径を調整するためのビームエキスパンダ３５が設けられている。ビームエキスパンダ３５の後段には、ガルバノスキャナ３６が配されている。ガルバノスキャナ３６は、ミラーの角度を適宜変化させることによりレーザ光を高速で走査することができる光学機器である。ガルバノスキャナ３６に導入される第１のレーザ光Ａや第２のレーザ光Ｂは、ガルバノスキャナ３６のミラー３８により反射されて、Ｆθ（Ｆ−Ｔｈｅｔａ）レンズ４０に導入されるようになっている。Ｆθレンズは、レーザ走査に用いられるレンズであり、回転ミラーで等角度走査されたレーザビームを結像面上で等速走査させる機能を有するレンズである。ガルバノスキャナ３６とＦθレンズ４０とが相俟って、第１のレーザ光Ａや第２のレーザ光Ｂを２次元走査する走査光学系４２が構成されている。走査光学系４２は、制御部１４により適宜制御される。
【００３３】
Ｆθレンズ４０の下方には、ステージ１８が位置している。ステージ１８上には、接合の対象となる物体１６、１７が載置される。ステージ１８には、ステージ１８を駆動するためのステージ駆動部４４が接続されている。制御部１４は、ステージ駆動部４４を介してステージ１８を駆動する。ステージ１８は、ＸＹ軸ステージであってもよいし、ＸＹＺ軸ステージであってもよいし、ＸＹＺθ軸ステージであってもよい。
【００３４】
このように、本実施形態では、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとを同一点に集光させ、同一点に集光させた第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂを走査し得るようになっている。
【００３５】
物体１６、１７の周囲の雰囲気は、例えば大気（空気）とする。
【００３６】
接合の対象となる物体１６、１７の材料は、特に限定されるものではない。ただし、物体１６上に物体１７を配した状態で、物体１７の上方からレーザ光Ａ，Ｂを照射することによりレーザ接合を行う場合には、レーザ光Ａ、Ｂが物体１７を透過し、物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位にレーザ光Ａ、Ｂが達することを要する。このため、物体１６上に物体１７を配した状態でレーザ接合を行う場合には、物体１７の材料として、レーザ光Ａ、Ｂに対して透明な材料が用いられる。物体１７の材料は、例えば半導体等が挙げられる。かかる半導体としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＯ（酸化ガリウム）等が挙げられる。ここでは、物体１７の材料として、例えばＳｉＣ等を用いる。
【００３７】
なお、物体１７の材料は、半導体に限定されるものではない。第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂに対して透明な材料であり、且つ、レーザ接合が可能な材料を、物体１７の材料として広く用いることができる。第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂに対して透明な材料としては、ガラスや半導体等が挙げられる。従って、物体１７の材料としてガラスを用いてもよい。かかるガラスとしては、例えば無アルカリガラス、青板ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等が挙げられる。
【００３８】
物体１６の材料は、例えば金属等が挙げられる。かかる金属としては、例えばＡｌ（アルミニウム），Ｃｕ（銅），Ｔｉ（チタン），Ｍｏ（モリブデン），Ｖ（バナジウム），Ｃｒ（クロム），Ｎｉ（ニッケル），Ｆｅ（鉄），Ａｇ（銀），Ｓｎ（スズ），Ａｕ（金）又はこれらの合金が挙げられる。かかる合金としては、例えばＣｕＷ（銅タングステン）、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、インバー（Ｆｅ−３６Ｎｉ）、コバール（Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ）等が挙げられる。物体１６の熱膨張率は、物体１７の熱膨張率と大きく異ならないことが好ましい。物体１６の熱膨張率と物体１７の熱膨張率とが大きく異なる場合には、温度変化に伴って物体１６との物体１７との間に大きなストレスが生じ、物体１６と物体１７との接合が損なわれる虞があるためである。
【００３９】
なお、物体１６の材料は、金属に限定されるものではない。物体１６の材料は、第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂに対して透明な材料であってもよいし、第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂに対して透明でない材料であってもよい。レーザ接合が可能な材料を、物体１６の材料として広く用いることができる。例えば、物体１６の材料が、半導体、セラミック、ガラス等であってもよい。かかる半導体としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＯ等が挙げられる。かかるセラミックとしては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）等が挙げられる。かかるガラスとしては、例えば無アルカリガラス、青板ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等が挙げられる。
【００４０】
ステージ１８の上方には、ＣＣＤカメラ５０が設けられている。ＣＣＤカメラ５０により取得される画像は、制御部１４に入力されるようになっている。制御部１４は、ＣＣＤカメラ５０により取得される画像を用いて、接合の対象となる物体１６、１７の位置決め等を行う。
【００４１】
このように、本実施形態では、接合の対象となる物体１６、１７に第１のレーザ光Ａを照射するとともに、物体１６、１７のうちの第１のレーザ光Ａが照射されている箇所に第２のレーザ光Ｂを照射することにより、物体１６と物体１７とを接合する。本実施形態において、第１のレーザ光Ａを照射するとともに、第２のレーザ光Ｂを照射することにより接合を行うのは、以下のような理由によるものである。
【００４２】
即ち、比較的小さいレーザ強度（パルスエネルギー）で第２のレーザ光Ｂを単に照射した場合には、物体１６と物体１７とを接合することは困難である。これに対し、第１のレーザ光Ａを照射するとともに、第１のレーザ光Ａが照射されている箇所に第２のレーザ光Ｂを照射した場合には、第２のレーザ光Ｂのレーザ強度（パルスエネルギー）が比較的小さい場合であっても、物体１６と物体１７とを接合することが可能である。このような理由により、本実施形態では、第１のレーザ光Ａを照射するとともに、第２のレーザ光Ｂを照射することにより接合を行う。比較的小さいレーザ強度で第２のレーザ光Ｂを照射した場合であっても、物体１６と物体１７とを接合し得るため、比較的安価なレーザ光源１２を用いることができ、レーザ接合装置２の低コスト化に寄与することができる。
【００４３】
なお、第１のレーザ光Ａを照射するとともに、第２のレーザ光Ｂを照射すると、第２のレーザ光Ｂの強度が比較的小さい場合であっても物体１６、１７を接合し得るということは、本願発明者らが初めて見いだしたものである。
【００４４】
第１のレーザ光Ａが照射されている箇所に第２のレーザ光Ｂを照射した場合には、第２のレーザ光Ｂの強度が比較的小さい場合であっても、物体１６と物体１７とを接合し得るのは、以下のようなメカニズムによるものと考えられる。
【００４５】
即ち、比較的小さい強度の超短パルスレーザ光（第２のレーザ光）Ｂであっても、物体１６，１７に超短パルスレーザ光（第２のレーザ光）Ｂを照射した場合には、焦点（集光点）付近においてプラズマが生じると考えられる。第１のレーザ光Ａが照射されている状態でプラズマが生じると、プラズマが吸収体となって第１のレーザ光Ａが吸収され（線形吸収）、結果的に物体に大きな発熱が生じると考えられる。物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位内において、このような大きな発熱が生じるため、物体１６と物体１７とを確実に接合することができると考えられる。このような理由により、本実施形態では、第１のレーザ光Ａを照射するとともに、第２のレーザ光Ｂを照射するようにしている。
【００４６】
上述したように、超短パルスレーザ光（第２のレーザ光）Ｂの照射によって生ずるプラズマが、第１のレーザ光Ａに対する吸収体となり、発熱が生じると考えられる。超短パルスレーザ光（第２のレーザ光）Ｂのパワーとスポット径の調整によりプラズマの発生領域を適宜調整し得るため、所望の箇所を局所的に適宜加熱することが可能である。
【００４７】
図２は、第１のレーザ光の波形及び第２のレーザ光の波形を概念的に示すタイムチャートである。図２に示すように、第１のレーザ光Ａが照射されている状態で第２のレーザ光Ｂが照射される。また、図２に示すように、第１のレーザ光Ａのパルスの繰り返し周期ＴＡと第２のレーザ光Ｂのパルスの繰り返し周期ＴＢとは、互いに等しく設定される。換言すれば、第１のレーザ光Ａのパルスの繰り返し周波数と第２のレーザ光Ｂのパルスの繰り返し周波数とは、互いに等しく設定される。
【００４８】
第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおいて、第１のレーザ光Ａの強度がある程度の強度で照射されているように、第１のレーザ光Ａのパルスのタイミングと第２のレーザ光Ｂのパルスのタイミングとが設定される。
【００４９】
制御部１４は、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとが所望のタイミングで照射されるように、レーザ光源１０，１２を制御する。第１のレーザ光Ａのパルス波形のタイミングと第２のレーザ光Ｂのパルス波形のタイミングとは、ユーザが入力操作部４６を介して適宜設定し得る。
【００５０】
図３は、第１のレーザ光のパルス波形のタイミングと第２のレーザ光のパルス波形のタイミングとの関係を示す図である。
【００５１】
図３（ａ）は、第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングと第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングとを一致させた場合を示す図である。図３（ａ）から分かるように、第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおいて、第１のレーザ光Ａが十分な強度で照射されている。第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおける第１のレーザ光Ａの強度は、物体１６，１７を接合するのに必要な強度（閾値）より高い強度とする。
【００５２】
第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングと第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングとを一致させなくてもよい。図３（ｂ）は、第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングに対して、第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングを早く設定した場合を示す図である。図３（ｂ）から分かるように、第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおいて、第１のレーザ光Ａが十分な強度で照射されている。第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおける第１のレーザ光Ａの強度は、物体１６，１７を接合するのに必要な強度より高い強度とする。
【００５３】
図３（ｂ）においては、第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングに対して、第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングを早く設定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングに対して、第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングを遅く設定してもよい（図示せず）。第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおいて、第１のレーザ光Ａが十分な強度で照射されていればよい。第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおける第１のレーザ光Ａの強度は、物体１６，１７を接合するのに必要な強度より高い強度とする。
【００５４】
第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングは、第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングに対して過度に早くないことが好ましい。図３（ｃ）は、第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングに対して、第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングが早すぎる場合を示す図である。図３（ｃ）から分かるように、第２のパルスレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおいて、第１のパルスレーザ光Ａが十分に照射されない。第１のレーザ光Ａのパルス波形のタイミングと第２のレーザ光Ｂのパルス波形のタイミングとが図３（ｃ）のようになっており、且つ、第２のレーザ光Ｂのレーザ強度（パルスエネルギー）が比較的小さい場合には、物体１６，１７を接合し得ない。
【００５５】
また、第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングは、第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングに対して過度に遅くないことが好ましい。第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングが、第１のレーザ光Ａのパルス波形がピークとなるタイミングに対して過度に遅い場合にも、第２のパルスレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおいて、第１のパルスレーザ光Ａが十分に照射されない。第２のパルスレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおいて、第１のパルスレーザ光Ａが十分に照射されていない場合には、物体１６，１７を接合し得ない。
【００５６】
なお、ここでは、ガルバノスキャナ３６を含む走査光学系４２を用いて第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂを走査する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ミラー（図示せず）と集光レンズ（図示せず）とを用いて、物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位に第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂを照射するようにしてもよい。
【００５７】
物体１６、１７に対するレーザ光の走査を開始する前には、物体１６、１７の位置が所定の位置に設定される。制御部１４は、ステージ制御部４４を介してステージ１８を適宜制御し、走査光学系４２によるレーザ光の走査が可能な範囲内に物体１６、１７を位置させる。
【００５８】
物体１６、１７に対するレーザ光の走査は、走査光学系４２を制御することにより行われる。走査光学系４２に対する制御は、例えば制御部１４により行われる。走査光学系４２は、ガルバノスキャナ３６のミラー３８を適宜回転させることにより、レーザ光の走査を行う。
【００５９】
レーザ光の走査速度は、ユーザが入力操作部４６を介して適宜設定し得る。レーザ光の走査速度は、例えば１０ｍｍ／ｓ程度とする。
【００６０】
レーザ光の焦点（集光点）は、例えば、物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位とする。ステージ１８の上面の法線方向にステージ１８を上下させることにより、物体１６，１７の所望の部位にレーザ光の集光点を設定することが可能である。
【００６１】
レーザ光の集光点が、物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位に一致していなくてもよい。例えば、物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位に対して若干上方又は若干下方にレーザ光の集光点が位置していてもよい。物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位に対してレーザ光の集光点が若干ずれていたとしても、物体１６と物体１７とを接合することは可能である。
【００６２】
第１のレーザ光Ａの照射スポットの径は、例えば５０μｍ程度とする。第２のレーザ光Ｂの照射スポットの径は、例えば３０μｍ程度とする。
【００６３】
レーザ光の走査を行う箇所、即ち、レーザ照射予定箇所は、予め制御部１４にプログラムされていてもよいし、レーザ光の走査を開始する際にユーザが入力操作部４６を介して設定するようにしてもよい。
【００６４】
物体１６に対するレーザ光の走査を開始する際には、例えば、ユーザが入力操作部４６を介してレーザ光の走査の開始の指示を行う。
【００６５】
レーザ光の走査の開始の指示が入力されると、制御部１４は、レーザ光源１０、１２から第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂを繰り返し出射させつつ、走査光学系４２を用いて第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂを走査する。レーザ光は、ステージ１８上において例えば直線状の軌跡を描くように走査される。直線状の軌跡を描くレーザ光の走査を、平行に複数回行うことにより、レーザ照射予定範囲の全体にレーザ光が照射される。
【００６６】
図４は、レーザ照射範囲の例を示す図である。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は断面図である。図４（ｃ）は、レーザ光の走査を示す概念図であり、レーザ照射範囲１９の一部に対応するものである。
【００６７】
図４（ａ）に示すように、レーザ照射範囲（レーザ照射予定範囲、接合領域、接合部）１９は、例えば、物体１６，１７の四隅に設定される。各々のレーザ照射予定範囲１９のサイズは、例えば１ｍｍ×１ｍｍ程度とする。あるレーザ照射予定範囲１９に対してレーザ光の走査を行う際には、当該レーザ照射予定範囲１９内において、直線状の軌跡を描くレーザ光の走査を、平行に複数回行うことにより、当該レーザ照射予定範囲１９内全体にレーザ光が照射される。より具体的には、図４（ｃ）に示すように、第１の走査においては、第１の方向にレーザ光を走査し、第１の走査の次に行われる第２の走査においては、第１の方向の反対の方向である第２の方向にレーザ光を走査する。第２の走査においては、第１の走査に対して走査経路がずらして設定される。第３の走査においては、第１の走査と同様に、第１の方向にレーザ光を走査する。第３の走査においては、第２の走査に対して走査経路がずらして設定される。この後、同様にして走査が繰り返し行われ、所望のレーザ照射範囲１９全体に対してのレーザ光の走査が行われる。
【００６８】
レーザ光の照射スポットの中心領域は照射強度が比較的強い一方、レーザ光の照射スポットの中心領域を除く領域においては照射強度が比較的弱い。このため、レーザ光により描かれる直線状の軌跡が互いにオーバーラップしないようにレーザ光を走査した場合には、照射ムラが生じ得る。レーザ照射予定範囲１９に対してムラなくレーザ光を照射するためには、レーザ光により描かれる直線状の軌跡が互いに部分的にオーバーラップするように、レーザ光を走査することが好ましい。
【００６９】
なお、レーザ光の軌跡は直線状に限定されるものではなく、例えば円形状であってもよい。
【００７０】
また、上記では、直線状の軌跡を描くレーザ光の走査を、平行に複数回行うことにより、レーザ照射予定範囲１９内全体にレーザ光を照射する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。照射スポットの径が比較的大きいレーザ光Ａ，Ｂを用い、走査を行うことなく、レーザ接合を行うようにしてもよい。
【００７１】
すべてのレーザ照射予定範囲１９内へのレーザ光の照射が完了すると、制御部１４は、レーザ光源１０からの第１のレーザ光Ａの出射、レーザ光源１２からの第２のレーザ光Ｂの出射、及び、走査光学系４２によるレーザ光の走査を終了させる。
【００７２】
なお、ユーザが入力操作部４６を介してレーザ光の走査の終了の指示を行うことにより、レーザ光の走査を終了させるようにしてもよい。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、超短パルスレーザよりパルス幅の広い第１のレーザ光Ａを物体１６と物体１７とが接触又は近接している部位内に照射しつつ、超短パルスレーザである第２のレーザ光Ｂを、第１のレーザ光Ａが照射されている箇所に照射する。この際、第２のレーザ光Ｂの強度は、第２のレーザ光Ｂを単独で照射した場合には物体１６と物体１７とを接合し得ない範囲内のレーザ強度（パルスエネルギー）とする。即ち、第２のレーザ光Ｂの強度は、第２のレーザ光Ｂを単独で照射した場合には物体１６、１７に改質が生じないか、又は、改質が殆ど生じない範囲内のレーザ強度（パルスエネルギー）とする。第２のレーザ光Ｂの強度が比較的小さい場合であっても、以下のような現象が生ずる。即ち、第１のレーザ光Ａが照射されている状態で第２のレーザ光Ｂを照射すると、集光点付近においてプラズマが発生し、当該プラズマが吸収体となって第１のレーザ光が吸収され（線形吸収）、結果的に物体１６，１７に発熱が生じる。これによって、物体１６と物体１７とを接合することができる。第２のレーザ光Ｂを出射するレーザ光源１２として、あまり高出力でないレーザ光源１２を用いることができるため、本実施形態によれば、低コスト化の要請に応えることができる。
【００７４】
（変形例（その１））
次に、本実施形態によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置の変形例（その１）について図５を用いて説明する。図５は、本変形例における第１のレーザ光の波形及び第２のレーザ光の波形を概念的に示すタイムチャートである。
【００７５】
本変形例によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置は、第１のレーザ光Ａとして連続波のレーザ光を用いるものである。
【００７６】
図５に示すように、第１のレーザ光Ａとして、例えば、連続波のレーザ光が用いられている。第１のレーザ光Ａを出射するレーザ光源１０（図１参照）としては、連続波のレーザ光を出射し得るレーザ光源が用いられている。第２のレーザ光Ｂとしては、例えば、超短パルスレーザ光が用いられている。物体１６の材料は、第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂに対して透明な材料であってもよいし、第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂに対して透明でない材料であってもよい。具体的には、物体１６の材料として、例えば金属、半導体、セラミック等が用いられる。物体１７の材料としては、第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂに対して透明な材料が用いられる。具体的には、物体１７の材料として、例えばガラス、半導体等が用いられる。
【００７７】
第１のレーザ光Ａの強度は、第１のレーザ光Ａを照射しつつ第２のレーザ光Ｂを照射した場合において、物体１６，１７を接合するのに必要な強度（閾値）より高い強度とする。第２のレーザ光Ｂの強度は、第２のレーザ光Ｂを単独で照射した場合には、物体１６と物体１７とを接合し得ない範囲内の強度とする。換言すれば、第２のレーザ光Ｂの強度は、第２のレーザ光Ｂを単独で照射した場合には、第２のレーザ光Ｂを照射した箇所における物体１６、１７に改質が殆ど生じない範囲内の強度とする。
【００７８】
図５から分かるように、本変形例では、第１のレーザ光Ａが連続的に照射されている。このため、本変形例では、第２のレーザ光Ｂのパルス波形がピークとなるタイミングにおいて、第１のレーザ光Ａが十分な強度で照射されている。従って、第２のレーザ光Ｂの強度が比較的低い場合であっても、物体１６と物体１７とを確実に接合することができる。
【００７９】
このように、第１のレーザ光Ａとして連続波のレーザ光を用いてもよい。
【００８０】
（変形例（その２））
次に、本実施形態によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置の変形例（その２）について図６及び図７を用いて説明する。図６は、本変形例によるレーザ接合装置を示すブロック図である。図７は、本変形例によるレーザ接合装置の光源の構成を示す図である。
【００８１】
本変形例によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置は、単一の発振器２０１から発せられるレーザ光を分岐して用いて、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとを生成するものである。
【００８２】
本変形例によるレーザ接合装置１００は、第１のレーザ光（第１のパルスレーザビーム）Ａから所定時間だけ遅延した第２のレーザ光（第２のパルスレーザビーム）Ｂを空間的に重畳して出射するレーザ光発生装置１０１を有している。レーザ光発生装置１０１は、光源１０２、１／２波長板１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、ミラー１０５、遅延回路１０６、及び、１／２波長板１０７を有している。
【００８３】
光源１０２は、超短パルスレーザ光のパルス幅より広いパルス幅を有する第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源１０２ａと、超短パルスレーザである第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源１０２ｂとを有している。光源１０２は、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとを同期して出射し得る。
【００８４】
レーザ光源１０２ａの後段には、１／２波長板１０３が設けられている。１／２波長板１０３の後段には、偏光ビームスプリッタ１０４が設けられている。本実施形態では、レーザ光源１０２ａから出射された第１のレーザ光Ａが、偏光ビームスプリッタ１０４に対してＰ偏光で入射するように１／２波長板１０３は構成されている。従って、レーザ光源１０２ａから出射された第１のレーザ光Ａは、１／２波長板１０３にてＰ偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４をそのまま透過する。
【００８５】
レーザ光源１０２ｂの後段には、ミラー１０５、遅延回路１０６、及び、１／２波長板１０７がこの順番で設けられている。レーザ光源１０２ｂから出射され、ミラー１０５により反射された第２のレーザ光Ｂが、遅延回路１０６及び１／２波長板１０７を介して偏光ビームスプリッタ１０４に入射されるように、ミラー１０５、遅延回路１０６及び１／２波長板１０７が位置決めされている。本変形例では、レーザ光源１０２ｂから出射された超短パルスレーザ光Ｂが、偏光ビームスプリッタ１０４に対してＳ偏光で入射するように１／２波長板１０７が構成されている。従って、１／２波長板１０７に入射された第２のレーザ光は、１／２波長板１０７によりＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ１０４により反射されて、偏光ビームスプリッタ１０４の後段に達する。偏光ビームスプリッタ１０４は、レーザ光源１０２ａから出射された第１のレーザ光Ａとレーザ光源１０２ｂから出射された第２のレーザ光Ｂとを合波する合波部として機能する。
【００８６】
遅延回路１０６は、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとが同期して出射された場合に、第２のレーザ光Ｂが第１のレーザ光Ａに対して所定時間だけ遅延して偏光ビームスプリッタ１０４に入射されるように構成されている。従って、レーザ光源１０２ａからの第１のレーザ光Ａの出射とレーザ光源１０２ｂからの第２のレーザ光の出射とを同期して行うと、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとが所定時間だけずれて偏光ビームスプリッタ１０４から出射される。すなわち、偏光ビームスプリッタ１０４からは、第１のレーザ光（第１のレーザパルス）Ａから所定時間だけ遅れて第２のレーザ光（第２のレーザパルス）Ｂが出射される。
【００８７】
偏光ビームスプリッタ１０４の後段には、ガルバノスキャナ３６、Ｆθレンズ４０及びステージ１８がこの順番で設けられている。従って、偏光ビームスプリッタ１０４から出射され、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとが合波されて成るレーザ光は、ガルバノスキャナ３６のミラー３８により反射され、Ｆθレンズ４０を介してステージ１８に載置された物体１６に入射する。
【００８８】
図６は、本変形例によるレーザ接合装置の光源１０２の構成を示す図である。図６において、レーザ光源１０２ｂは、発振器２０１、パルス間引き器２０２、分岐カプラ２０３、ストレッチャ２０４、予備増幅器２０５、増幅器２０６、パルス圧縮器２０７及びシャッター２０８を有している。一方、レーザ光源１０２ａは、ストレッチャ２０９、予備増幅器２１０、増幅器２１１及びシャッター２１２を有している。なお、シャッター２０８は、パルス圧縮器２０７から出射される第２のレーザ光が照射されても破壊されないように構成されている。また、シャッター２１２は、増幅器２１１から出射される第１のレーザ光Ａが照射されても破壊されないように構成されている。
【００８９】
発振器２０１は、例えば５０ＭＨｚ、１００ｆｓのレーザ光を出射するものである。発振器２０１の後段には、光ファイバを介してパルス間引き器２０２が接続されている。パルス間引き器２０２は、発振器２０１から発せられる、例えば５０ＭＨｚ、１００ｆｓのレーザ光を、例えば１ＭＨｚ、１００ｆｓのレーザ光に変換して出射するものである。パルス間引き器２０２の後段には、光ファイバを介して分岐カプラ２０３が接続されている。分岐カプラ２０３としては、例えば３ｄＢカプラが用いられている。分岐カプラ２０３の一方の出力端には、光ファイバを介してストレッチャ２０４が接続されている。また、分岐カプラ２０３の他方の出力端には、光ファイバを介してストレッチャ２０９が接続されている。
【００９０】
ストレッチャ２０４は、分岐カプラ２０３の一方の出力端から出射された、１ＭＨｚ、１００ｆｓのレーザ光を、１ＭＨｚ、１００ｐｓのレーザ光に変換して出射する。ストレッチャ２０４の後段には、光ファイバを介して予備増幅器２０５が接続されている。予備増幅器２０５の後段には、光ファイバを介して増幅器２０６が接続されている。増幅器２０６の後段には、光ファイバを介してパルス圧縮器２０７が接続されている。パルス圧縮器２０７は、増幅器２０６から出射されるレーザ光を、例えば１ＭＨｚ、８００ｆｓのレーザ光に変換して出射する。パルス圧縮器２０７から出射される、例えば１ＭＨｚ、８００ｆｓのレーザ光は、レーザ光源１０２ｂの出射端２１３から出射される。このようにして、レーザ光源１０２ｂは、例えば、１ＭＨｚ，８００ｆｓの第２のレーザ光Ｂを出射することができる。パルス圧縮器２０７の後段には、矢印方向Ｐに開閉可能なシャッター２０８が設けられている。レーザ光源１０２ｂは、シャッター２０８を開閉することにより、超短パルスレーザ光Ｂの出射をオン、オフすることができる。なお、シャッター２０８の開閉は、例えば制御部１４により制御される。
【００９１】
ストレッチャ２０９は、分岐カプラ２０３の他方の出力端から出射された、１ＭＨｚ、１００ｆｓのレーザ光を、１ＭＨｚ、１０ｎｓのレーザ光に変換して出射する。ストレッチャ２０９の後段には、光ファイバを介して予備増幅器２１０が接続されている。予備増幅器２１０の後段には、光ファイバを介して増幅器２１１が接続されている。増幅器２１１から出射される、例えば１ＭＨｚ、１０ｎｓのレーザ光は、レーザ光源１０２ａの出射端２１４から出射される。従って、レーザ光源１０２ａは、例えば１ＭＨｚ、１０ｎｓの第１のレーザ光Ａを出射することができる。増幅器２１１の後段には、矢印方向Ｐに開閉可能なシャッター２１２が設けられている。レーザ光源１０２ａは、シャッター２１２を開閉することにより、第１のレーザ光Ａの出射をオン、オフすることができる。なお、シャッター２１２の開閉は、例えば制御部１４により制御される。
【００９２】
分岐カプラ２０３の一方の出力端からレーザ光源１０２ｂの出射端２１３までの光路長と、分岐カプラ２０３の他方の出力端からレーザ光源１０２ａの出射端２１４までの光路長とは、等しく設定されている。このため、単一の発振器２０１から出射された単一のレーザ光を分岐して、互いに同期した第１のレーザ光Ａ及び第２のレーザ光Ｂを出射することができる。なお、光路長は、例えば、各構成要素間に設けられる光ファイバの長さや屈折率等を適宜設定することにより調整し得る。
【００９３】
このように、単一の発振器２０１から発せられるレーザ光を分岐して用いて、第１のレーザ光Ａと第２のレーザ光Ｂとを生成するようにしてもよい。本実施形態においても、接合の対象となる物体１６、１７が接触又は近接している部位に第１のレーザ光Ａを照射しつつ、物体１６、１７のうちの第１のレーザ光Ａが照射されている箇所に第２のレーザ光Ｂを照射することにより、接合を行い得る。
【００９４】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置及びその製造方法について図面を用いて説明する。図８乃至図１３は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図８乃至図１３における（ａ）は平面図であり、図８乃至図１３における（ｂ）は断面図である。図８乃至図１３における（ｂ）は、図８乃至図１３における（ａ）のＸ−Ｘ′断面に対応している。図１乃至図７に示す第１実施形態によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【００９５】
ここでは、ＳｉＣ（炭化ケイ素）材料を用いたパワー半導体を例に説明するが、これに限定されるものではなく、本発明は様々な半導体装置を製造する際に適用し得る。
【００９６】
まず、図８に示すように、外部接続端子（リードフレーム、リード端子）１６ａ〜１６ｃを用意する。外部接続端子１６ａ〜１６ｃのうちの中央の外部接続端子１６ａは、外部ドレイン電極である。外部ドレイン電極１６ａの両側には、外部ゲート電極１６ｂと外部ソース電極１６ｃとが配されている。外部接続端子１６ａ〜１６ｃは、図示しない部材により相対的な位置関係が固定されている。
【００９７】
外部接続端子１６ａ〜１６ｃの材料は、例えば、金属とする。外部接続端子１６ａ〜１６ｃの材料の熱膨張率と半導体チップ１７ａの材料の熱膨張率とは、大きく異ならないことが好ましい。半導体チップ１７ａと同様に熱膨張率が小さい材料としては、例えばインバーやコバール等が挙げられる。但し、インバーやコバールは、必ずしも十分に電気抵抗が低いとはいえない。このため、インバーやコバールを外部接続端子１６ａ〜１６ｃの材料として用いる場合には、導電性が十分に低い材料により外部接続端子１６ａ〜１６ｃを被覆する。外部接続端子１６ａ〜１６ｃを被覆する被覆層（図示せず）の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等が挙げられる。銅の被覆層は、例えばめっき法等により形成し得る。
【００９８】
次に、図９に示すように、外部ドレイン端子１６ａ上に半導体チップ（パワー半導体）１７ａを配する。半導体チップ１７ａの基板の材料としては、例えばＳｉＣが用いられている。半導体チップ１７ａの裏面側は、ドレイン（図示せず）となっている。半導体チップ１７ａの表面側には、ソース（図示せず）とドレイン（図示せず）とが形成されている。
【００９９】
次に、図１０に示すように、レーザ照射予定範囲１９にレーザ光を照射することにより、外部接続電極１６ａと半導体チップ１７ａとを接合する。第１のレーザ光Ａは、超短パルスレーザよりパルス幅の広いパルスレーザであってもよいし、連続波のレーザであってもよい。第２のレーザ光Ｂは、超短パルスレーザとする。レーザ照射予定領域１９は、半導体チップ１７ａのうちの回路や電極が形成されていない領域とする。外部接続電極１６ａと半導体チップ１７ａとは、上述した第１実施形態によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置を用いて接合し得る。即ち、半導体チップ１７ａの上方からレーザ光を照射することにより、半導体チップ１７ａと外部接続電極１７ａとを接合する。
【０１００】
次に、図１１に示すように、半導体チップ１７ａ上に、ゲート電極５２ａとソース電極５２ｂとを形成する。例えば、ゲート電極５２ａとソース電極５２ｂの平面形状の開口部が形成された金属マスク等をマスクとして、スパッタリング法等により金属膜を成膜することにより、ゲート電極５２ａ及びソース電極５２ｂを半導体チップ１７ａ上に形成することができる。
【０１０１】
次に、図１２に示すように、ボンディングワイヤ５４ａを用いて、ゲート電極５２ａと外部ゲート電極１６ｂとを電気的に接続する。また、ボンディングワイヤ５４ｂを用いて、ソース電極５２ｂと外部ソース電極１６ｃとを電気的に接続する。ボンディングワイヤ５４ａをゲート電極５２ａや外部ゲート電極１６ｂに接合する際や、ボンディングワイヤ５４ｂをソース電極５２ｂや外部ソース電極１６ｃに接合する際には、例えば超音波溶着等が用いられる。
【０１０２】
次に、図１３に示すように、モールド材６０を用いて封止を行う。半導体チップ１７ａやボンディングワイヤ５４ａ等は、モールド材６０により封止される。外部接続端子１６ａ〜１６ｃの一部がモールド材６０から突出した状態となる。モールド材６０の材料としては、耐熱温度が十分に高い材料を用いる。例えば、融点が５００℃程度の多成分ガラス等をモールド材６０の材料として用いることができる。例えば、多成分ガラス材料を加熱・溶融し、外部接続端子１６ａ〜１６ｃの一部を多成分ガラス材料から突出させた状態で、多成分ガラス材料を徐々に冷却・硬化させることにより、封止を行う。
【０１０３】
こうして、本実施形態による半導体装置６２が製造される。
【０１０４】
このように、外部接続端子１６ａと半導体チップ１７ａとを接合する際に、上述した第１実施形態によるレーザ接合方法を適用するようにしてもよい。本実施形態によれば、融点が比較的低いはんだ等を用いることなく、外部接続端子１６ａと半導体チップ１７ａとを接合し得るため、半導体チップ１７ａが高温になったとしても、外部接続端子１６ａと半導体チップ１７ａとの接合状態が損なわれることはない。従って、本実施形態によれば、信頼性の高い半導体装置を簡便な工程で製造することができる。
【０１０５】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。図１４乃至図１８は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図１４乃至図１８における（ａ）は平面図であり、図１４乃至図１８における（ｂ）は断面図である。図１４乃至図１８における（ｂ）は、図１４乃至図１８における（ａ）のＸ−Ｘ′断面に対応している。図１乃至図１３に示す第１又は第２実施形態によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１０６】
本実施形態による半導体装置は、外部接続端子１６ａに形成した凹部５６内にはんだ５８を充填し、半導体チップ１７ａの裏面（底面）の一部がはんだ５８と接続されるようにするものである。
【０１０７】
まず、図１４に示すように、外部接続端子（リードフレーム、リード端子）１６ａ〜１６ｃを用意する。外部接続端子１６ａ〜１６ｃのうちの中央の外部接続端子１６ａは、外部ドレイン電極である。外部ドレイン電極１６ａには、凹部５６が形成されている。かかる凹部５６は、半導体チップ１７ａが配される箇所の中央部に位置するように形成されている。かかる凹部５６は、後述するように、はんだ５８を充填するためのものである。外部ドレイン電極１６ａの両側には、外部ゲート電極１６ｂと外部ソース電極１６ｃとが配されている。外部接続端子１６ａ〜１６ｃは、図示しない部材により相対的な位置関係が固定されている。
【０１０８】
次に、図１５に示すように、外部接続端子１６ａの凹部５６内にはんだ５８を充填する。はんだ５８は凹部５６内において固化される。凹部５６内に充填されたはんだ５８と外部接続端子１６ａとの間のコンタクト抵抗は、十分に小さくなる。
【０１０９】
次に、図１６に示すように、外部接続端子１６ａ上に半導体チップ（パワー半導体）１７ａを配する。凹部５６内に充填されたはんだ５８は、半導体チップ１７ａの裏面の中央部と接する。
【０１１０】
次に、図１０に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、レーザ照射予定範囲１９にレーザ光を照射することにより、外部ドレイン電極１６ａと半導体チップ１７ａとを接合する（図１７参照）。第１のレーザ光Ａは、超短パルスレーザよりパルス幅の広いパルスレーザであってもよいし、連続波のレーザであってもよい。第２のレーザ光Ｂは、超短パルスレーザとする。
【０１１１】
次に、図１１を用いて上述した第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体チップ１７ａ上に、ゲート電極５２ａとソース電極５２ｂとを形成する。
【０１１２】
次に、図１２を用いて上述した第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、ボンディングワイヤ５４ａを用いて、ゲート電極５２ａと外部ゲート電極１６ｂとを電気的に接続する。また、ボンディングワイヤ５４ｂを用いて、ソース電極５２ｂと外部ソース電極１６ｃとを電気的に接続する。
【０１１３】
次に、図１３を用いて上述した第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、モールド材６０により封止を行う。第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様に、モールド材６０の材料としては、耐熱温度が十分に高い材料を用いる。例えば、融点が５００℃程度の多成分ガラス等をモールド材６０の材料として用いる。例えば、多成分ガラス材料を加熱・溶融し、外部接続端子１６ａ〜１６ｃの一部を多成分ガラス材料から突出させた状態で、多成分ガラス材料を徐々に冷却・硬化させることにより、封止を行う。はんだ５８の融点は、モールド材６０の融点より低い。このため、モールド材６０による封止を行う際に、はんだ５８が溶融し、モールド材６０を冷却・硬化させる際に、はんだ５８も固化する。はんだ５８と半導体チップ１７ａの裏面との間のコンタクト抵抗は、十分に小さくなる。
【０１１４】
こうして、本実施形態による半導体装置６２ａが製造される（図１８参照）。
【０１１５】
こうして得られた半導体装置６２ａを実際に使用すると、半導体チップ１７ａが高温になることもある。半導体チップ１７ａの裏面の温度がはんだ５８の融点を超えた場合には、はんだ５８が溶融する。はんだ５８が溶融したとしても、はんだ５８は凹部５６内に留まっており、特段の問題は生じない。はんだ５８が溶融していない状態で半導体装置６２ａを使用しても、はんだ５８が溶融した状態で半導体装置６２ａを使用しても、はんだ５８と半導体チップ１７ａの裏面との間におけるコンタクト抵抗は十分に小さく維持される。
【０１１６】
このように、外部接続端子１６ａに形成した凹部５６内にはんだ５８を充填し、凹部５６内に充填されたはんだ５８が半導体チップ１７ａの裏面に接するようにしてもよい。本実施形態によれば、半導体チップ１７ａと外部接続端子１６ａとの間において十分に小さいコンタクト抵抗が得られるため、電気的特性及び信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１１７】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による電子装置の製造方法について図面を用いて説明する。図１９は、本実施形態による電子装置の製造方法を示す工程断面図である。図１乃至図１８に示す第１乃至第３実施形態によるレーザ接合方法及びレーザ接合装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１１８】
まず、図１９（ａ）に示すように、導電膜１６ｄ、１６ｅが形成された基板６４を用意する。基板６４は、例えばセラミック基板とする。導電膜１６ｄ、１６ｅの材料は、例えば銅やアルミニウムとする。導電膜１６ｄ、１６ｅは、所望の形状にパターニングされている。ここでは、導電膜１６ｄをパターニングすることにより形成された電極と半導体チップ１７ｂとをレーザ接合する場合を例に説明する。
【０１１９】
次に、図１９（ｂ）に示すように、基板６４上に形成された電極１６ｄ上に、半導体チップ（パワー半導体）１７ｂを配する。
【０１２０】
次に、図１０に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、レーザ照射予定範囲１９にレーザ光を照射することにより、電極１６ｄと半導体チップ１７ｂとを接合する（図１９（ｃ）参照）。第１のレーザ光Ａは、超短パルスレーザよりパルス幅の広いパルスレーザであってもよいし、連続波のレーザであってもよい。第２のレーザ光Ｂは、超短パルスレーザとする。
【０１２１】
こうして、本実施形態による電子装置６６が製造される（図１９（ｄ）参照）。
【０１２２】
このように、基板６４上に形成された電極１６ｄと半導体チップ１７ｂとをレーザ接合する際にも、本発明を適用することができる。
【０１２３】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１２４】
例えば、第２及び第３実施形態では、半導体装置を製造する場合を例に説明し、第４実施形態では、電子部品を製造する場合を例に説明したが、本発明は、様々な製品（物品）を製造する際に適用することができる。例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等をガラスキャップにより封止する際に、本発明を適用するようにしてもよい。また、有機ＥＬ素子やＭＥＭＳ素子をパッケージングする際に、本発明を適用するようにしてもよい。
【０１２５】
また、上記実施形態では、第１のレーザ光Ａとしてナノ秒レーザ光を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。超短パルスレーザである第２のレーザ光Ｂよりパルス幅が大きいパルスレーザ光を、第１のレーザ光Ａとして適宜用いることができる。例えば、第１のレーザ光Ａがマイクロ秒レーザ光であってもよい。マイクロ秒レーザ光とは、パルス幅がマイクロ秒（μｓ：１０−６秒）のオーダーのパルスレーザ光、即ち、パルス幅が１μｓ以上、１ｍｓ未満のパルスレーザ光のことである。また、第１のレーザ光Ａがミリ秒レーザ光であってもよい。ミリ秒レーザとは、パルス幅がミリ秒（ｍｓ：１０−３秒）のオーダーのパルスレーザ光、即ち、パルス幅が１ｍｓ以上、１ｓ未満のパルスレーザ光のことである。
【０１２６】
また、第１乃至第４実施形態では、物体１７、１７ａ、１７ｂの四隅にレーザ照射範囲１９を設定する場合を例に説明したが（図４、図１０，図１７，図１９参照）、レーザ照射範囲１９は物体１７、１７ａ、１７ｂの四隅に限定されるものではない。例えば、図２０に示すように、物体１７、１７ａ、１７ｂの周縁に沿うようにレーザ照射範囲１９ａを設定してもよい。図２０は、レーザ照射範囲の他の例を示す図である。図２０（ａ）は平面図であり、図２０（ｂ）は断面図である。図２０（ｃ）は、レーザ光の走査を示す概念図であり、レーザ照射範囲１９ａの角部に対応するものである。
【符号の説明】
【０１２７】
１０…レーザ光源
１２…レーザ光源
１４…制御部
１６…物体
１６ａ〜１６ｃ…外部接続端子
１７…物体
１７ａ、１７ｂ…半導体チップ
１９…レーザ照射範囲
５６…凹部
５８…はんだ
６０…モールド材
６２，６２ａ…半導体装置
６４…基板
６６…電子装置
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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