(57)【要約】  基材において加工対象物をレーザ加工する方法が、基材における連続パルス８１をオーバーラップさせずに繋げるか又は離間させるように、基材を走査線に沿うパルスレーザによって加工することを含む。連続レーザの多重走査によって各経路で加工対象物のエッジ９１、９２、９３、９４を連続的に平滑化しながら必要な深さまで加工するように、走査線に沿うレーザの各連続走査におけるパルス８２、８３、８４を、先行の走査におけるパルス８１、８２、８３の開始点に関してオフセットさせる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材において加工対象物をレーザ加工する方法であって、
ａ．前記レーザパルス列における連続パルス間の前記基材における中心間空間距離が少なくとも前記連続パルスの半径の合計に等しく且つ前記基材における該連続パルスをオーバーラップさせずに繋げるか又は離間させるように、前記基材を走査線に沿うパルスレーザによって第１の走査で加工すること、及び
ｂ．連続レーザの多重走査によって前記加工対象物のエッジを平滑化しながら必要な深さまで加工するように、先行の走査の開始点に関して前記走査線に沿ってオフセットしている、該走査線に沿う前記レーザの後続の走査で加工すること、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
レーザパルスによって生じる噴流が後続のパルスからエネルギーを実質的に吸収しないように、連続パルスは前記基材上で十分に分離している方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
２００ｋＨｚから３００ｋＨｚのパルス繰返し率で加工することを含む方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記基材を完全にダイシング又は溝切削することを含む方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記加工することは、半導体ダイシング用のレーザダイシングプロセスを含む方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記加工することは、溝ドリル加工することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工、特に、連続パルスが加工中の基材においてオーバーラップしないパルスレーザ加工に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ分野の技術水準を有するレーザマイクロ加工は通常、集束したレーザビームを被加工ウェハ又は被加工基材の表面に位置付けるガルバノメータスキャナによるレーザの使用を伴う。通常、これらのレーザは、３０から２００ｋＨｚの繰返し率で動作し、走査は、個々に集束したレーザスポットがいくらかオーバーラップして浅いトレンチ又はスクライブラインを形成するような速度で行われる。図１に示すように、複数のラインすなわち経路（pass）１１がこのように使用され、半導体素子１２を切削又はダイシングする、すなわち個別化する（singulate：チップ化する）。このプロセスは、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
したがって、レーザダイシングは、レーザビームを基材と交差させて走査することによって達成される。通常、レーザダイシングの場合、図２に示すように、隣接する連続パルス２１が、レーザビームを特定の走査速度で走査することによって一定のオーバーラップを有するように位置付けられ、パルス間に実質的なオーバーラップを与える。走査は、基材が十分にダイシングされるまで複数の経路１１において繰り返される。図３に示すように、これは結果的に、比較的平滑なエッジ３１を有するダイシングである。図４及び図５に示すように、パルス４１のオーバーラップが減る場合、ダイ（die：除去された部分）は「扇形（scalloped）」エッジ５１を有するように見え得る。
【０００４】
さらに、図６に示すように、レーザパルス６１が材料６２を切削するときには切り屑噴流（plume of debris）６３が生じる。後続のパルス６４が切り屑噴流６３に相互作用する場合、切り屑噴流が後続のレーザパルスのエネルギーを部分的に吸収するため、後続のレーザパルス６４が部分的に減衰する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１３２８３７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の上記不利点を少なくとも改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、基材において加工対象物をレーザ加工する方法であって、基材における連続パルスをオーバーラップさせずに繋げるか又は離間させるようにレーザパルス列において連続パルス間の、基材における中心間空間距離が少なくとも連続パルスの半径の合計に等しくなるように、基材を走査線に沿うパルスレーザによって第１の走査で加工すること、及び連続レーザの多重走査によって加工対象物のエッジを平滑化しながら必要な深さまで加工するように、先行の走査の開始点に関して走査線に沿ってオフセットしている、走査線に沿うレーザの後続の走査で加工することを含む、方法が提供される。
【０００８】
好ましくは、レーザパルスによって生じる噴流が後続のパルスからエネルギーを実質的に吸収しないように、連続パルスは基材上で十分に分離している。
【０００９】
好都合には、方法は、２００ｋＨｚから３００ｋＨｚのパルス繰返し率で加工することを含む。
【００１０】
有利には、方法は、基材を完全にダイシング又は溝切削すること（slot cutting）を含む。
【００１１】
有利には、加工することは、半導体ダイシング用のレーザダイシングプロセスを含む。
【００１２】
代替的には、加工することは、溝ドリル加工すること（slot drilling）を含む。
【００１３】
次に、本発明を例として添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】チャネルを形成するように基材と交差する連続レーザ走査を示す概略横断面図である。
【図２】後続のレーザパルスが先行のパルスに実質的にオーバーラップしている、従来技術による基材上のレーザパルスの概略平面図である。
【図３】図２のレーザパルスパターンを使用して加工されたチャネルのエッジの概略平面図である。
【図４】後続のレーザパルスが先行のパルスに図２のパルスパターンよりはオーバーラップしていない、基材上のパルスの概略平面図である。
【図５】図４のレーザパルスパターンを使用して加工されたチャネルのエッジの概略平面図である。
【図６】図２及び図３のように実質的にオーバーラップするレーザパルスを使用した基材のレーザ加工の横断面図である。
【図７】実質的にオーバーラップしないパルスを使用した本発明による基材のレーザ加工の横断面図である。
【図８】図７の実質的にオーバーラップしないパルスを使用した本発明による基材上のパルスの連続オフセット走査の概略平面図である。
【図９】図８の連続オフセット走査を使用して加工されたチャネルのエッジの概略連続平面図である。
【図１０】図８のようにオフセットしている連続走査を用いる理論加工速度対パルスオーバーラップと、当該連続走査を用いない理論加工速度対パルスオーバーラップとのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を通して同様の参照符号は同様の部分を指す。
【００１６】
以下の定義を本明細書において使用する：
繰返し率、Ｒ：１秒毎にレーザから照射されるパルス数
走査速度、Ｖｇ：ガルボの走査速度。
線形オーバーラップ、Ｏ：基材における連続するパルスの中心間のマイクロメートル単位のオーバーラップ範囲
切り溝直径、Ｋ：レーザパルスによって形成される特定のトレンチ又は加工対象物の直径
パルス間隔、Ｓ：基材における単一走査の連続パルス間の中心間距離
オフセットディザ（Offset dither）、Ｄ：複数経路による切削プロセスにおける順次走査によって形成される対応するパルス間の中心間距離
走査回数、Ｎ：基板をダイシングするために必要な連続走査の回数
【００１７】
図７を参照すると、本発明による方法では、連続パルス７１、７４が十分に分離していおり、それによって、現在のパルス７４と、先行のパルス７１によって生じた噴流７３との相互作用が実質的になくなっている。パルスエネルギーが先行のパルスによる噴流に吸収されないため、基材７２からの総材料除去率が増える。
【００１８】
同じ走査線に沿った連続走査のパルスが先行の走査と同じ位置に位置付けられる場合、扇形ダイエッジが生成されるため、レーザビームの各経路の開始位置をオフセット／ディザリング（dither）し、ダイエッジを平滑化するストラテジが本発明によって展開される。
【００１９】
図８及び図９を参照すると、ゼロオーバーラップストラテジによってパルス８１を使用する第１の走査によって作成される扇形エッジ９１を平滑化するために、レーザビームの各連続経路８２、８３、８４を先行の経路８１、８２、８３からそれぞれオフセットさせる。このようにして、走査される加工対象物の徐々に直線に近づいているエッジ９２、９３、９４が各経路で生成される。
【００２０】
したがって、本発明は、各個々の経路におけるパルスのオーバーラップしない空間分散による複数経路の加工を使用するが、後続の経路におけるパルスが先行の経路におけるパルスに対してオフセットしている、エッジ品質、スループット及び切り屑制御が向上した、半導体基板をレーザスクライビング、ダイシング又は加工する方法を提供する。ゼロオーバーラップによるこのレーザ加工によって、パルス−噴流相互作用が実質的に防止され、したがって、先行のパルスによって生じた噴流に対する後続のパルスのエネルギー損失が実質的になくなる。
【００２１】
したがって、本発明によるレーザ加工プロセスでは、加工方向に空間的に走査するパルスレーザを使用する。レーザの多重走査は、スクライブ又は切断された加工対象物（through feature）を形成するのに使用される。パルスの走査速度Ｖｇ及び繰返し率Ｒは、パルスがオーバーラップしないようなものである。２００ｋＨｚから３００ｋＨｚの繰返し範囲が適していることが判明している。レーザの個々の走査は、レーザからのパルス照射における時間遅延の同期及び使用によって先行の走査とオーバーラップするように空間的に位置付けられる。
【００２２】
このプロセスは、結果的に以下の利点をもたらす：
・側壁品質の改善
・ダイ強度の増加
・跳ね返る切り屑の減少
・スループットの増加
【実施例】
【００２３】
使用したレーザパラメータを下記の表１に記す。レーザを１７０ｋＨｚで送り、ウェハにおいて〜６０μＪのパルスエネルギーを与えた。走査速度を５００ｍｍ／秒から３５００ｍｍ／秒に変更し、８０％から−５０％の範囲のオーバーラップを与えた。オーバーラップは、理論スポット直径（〜８μｍ）ではなく、切削されたスポット直径（〜１４μｍ）から求めた。
【００２４】
７５μｍウェハをダイシングし、各オーバーラップにおける複数の切削経路を、表２に示すように決定した。場合毎に加工速度を測定した。図１０におけるグラフ１０１は、オーバーラップの割合の低下すなわち連続パルスの間隔の増加に伴って加工速度が概ね線形に上昇したことを示す。これは大半が、上記のようなパルス−噴流相互作用の低下に起因していると考えられる。これは、オーバーラップが減ってエッジが「扇形」になると、全体的に除去される材料が減るためでもあり得る。より扇形でないエッジを生成するように連続経路をオフセットする調整をプロセスに対して行う場合、図１０のライン１０２によって示されるように、加工速度の上昇があまり顕著ではないことが分かる。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
したがって、本発明によるゼロオーバーラップによるダイシングは、結果としてより効率的に材料をウェハから除去することが実証された。オーバーラップを減らすとパルス毎の深さが増し、切り屑におけるパルスの減衰が減る。平滑なダイエッジを確保するためには、後続の経路におけるパルスを先行の経路に対してオフセットさせるストラテジを採用する。
【００２８】
本発明を、基材のチャネル加工、特に半導体基板のダイシングに関して説明してきたが、本発明を、例えば基材からのインゴット加工のような、現時点においてオーバーラップするパルスが使用されている、他の加工対象物のレーザ加工に適用することができることが理解されるであろう。
【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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【国際調査報告】
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