JP5739396B2 - Laser processing method and electronic device manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物にレーザ光を照射することにより損傷を形成するレーザ加工方法、およびこのレーザ加工方法を用いた電子デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a laser processing method for forming damage by irradiating a workpiece with laser light, and a method for manufacturing an electronic device using the laser processing method.
電子デバイスの製造において、格子状に区画形成された電子デバイスを個々の電子デバイスにチップ状に分割する工程が必須である。また、個々の電子デバイス上の所望の位置に穴あけ加工をすることやその他微細な加工を施すことなども求められている。昨今、これらの工程にレーザ加工装置が用いられることが主流となりつつある。これらの工程に用いられるレーザ加工装置は、スループットの向上や難加工材料への対応などのために、高出力かつ超短パルスのものが多く、高エネルギで加工を行う。しかしながら、省エネや、加工時間の短縮、被加工物へのダメージ低減、飛散物の低減、装置価格などの観点からは、低エネルギでの加工を行うことが望ましい。 In the manufacture of electronic devices, it is essential to divide the electronic devices partitioned and formed in a lattice shape into individual electronic devices. In addition, it is required to perform drilling at a desired position on each electronic device or to perform other fine processing. Recently, it is becoming mainstream that a laser processing apparatus is used for these processes. Many laser processing apparatuses used in these processes have high output and ultrashort pulses and perform processing with high energy in order to improve throughput and cope with difficult-to-process materials. However, it is desirable to perform processing with low energy from the viewpoints of energy saving, shortening of the processing time, reduction of damage to the workpiece, reduction of scattered matter, apparatus price, and the like.
特許文献1には、無機材料上に金属系材料またはプラスチック系材料からなる被膜を形成することで、より少ないエネルギで無機材料にレーザ加工を施すことができる技術が開示されている。この技術では、被膜を形成した部位にのみレーザ加工を行う。また、レーザ光を照射した後、エッチングを行うために被膜を除去する。 Patent Document 1 discloses a technique that allows laser processing of an inorganic material with less energy by forming a coating made of a metal material or a plastic material on the inorganic material. In this technique, laser processing is performed only on a portion where a film is formed. Further, after the laser light irradiation, the film is removed for etching.
特許文献1に記載のレーザ加工方法には、レーザ光を照射した後、被膜を除去する工程が必要であるため、工程が煩雑になり、製造コストが増大するという問題がある。また、レーザ加工を行う部位すべてについて被膜を形成しなければならないため、製造コストが増大するという問題もある。 The laser processing method described in Patent Document 1 requires a step of removing the film after irradiating the laser beam, which causes a problem that the step becomes complicated and the manufacturing cost increases. In addition, since a coating must be formed on all the parts to be subjected to laser processing, there is a problem that the manufacturing cost increases.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、より簡単に低エネルギのレーザ光でレーザ加工を施すことができる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a method capable of performing laser processing with a low-energy laser beam more easily.
本発明は、以下のレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to the following laser processing method.
[1]その表面の一部に損傷形成起点部を配置した被加工物を準備するステップと、前記損傷形成起点部にレーザ光を照射した後に、連続して前記被加工物に直接レーザ光を照射することで、前記損傷形成起点部を起点として前記被加工物に損傷を形成するステップと、を有し、前記損傷形成起点部は、前記被加工物よりも加工しきい値の低い材料からなり、前記レーザ光の強度は、前記損傷形成起点部の加工しきい値を超え、かつ、前記被加工物の加工しきい値未満である、レーザ加工方法。
[2]前記損傷形成起点部は、金属、合金、金属化合物または金属酸化物からなる、[1]に記載のレーザ加工方法。
[3]前記被加工物は、誘電体からなる、[1]または[2]に記載のレーザ加工方法。
[4]前記損傷は、前記被加工物の表面に形成された溝である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
[1] A step of preparing a workpiece in which a damage formation starting portion is arranged on a part of the surface; and after irradiating the damage formation starting portion with a laser beam, the laser beam is directly applied to the workpiece continuously. Irradiating and forming a damage to the workpiece starting from the damage formation starting portion, and the damage formation starting portion is made of a material having a processing threshold lower than that of the workpiece. A laser processing method in which the intensity of the laser beam exceeds a processing threshold value of the damage formation starting point and is lower than a processing threshold value of the workpiece.
[2] The laser processing method according to [1], wherein the damage formation starting portion is made of a metal, an alloy, a metal compound, or a metal oxide.
[3] The laser processing method according to [1] or [2], wherein the workpiece is made of a dielectric.
[4] The laser processing method according to any one of [1] to [3], wherein the damage is a groove formed on a surface of the workpiece.
また、本発明は、以下の電子デバイスの製造方法に関する。 Moreover, this invention relates to the manufacturing method of the following electronic devices.
[5][1]〜[4]のいずれか一項に記載のレーザ加工方法を用いる、電子デバイスの製造方法。 [5] A method for manufacturing an electronic device using the laser processing method according to any one of [1] to [4].
本発明のレーザ加工方法によれば、より簡単に低エネルギのレーザ光でレーザ加工を施すことが可能である。 According to the laser processing method of the present invention, it is possible to perform laser processing with low energy laser light more easily.
本発明のレーザ加工方法は、(1)その表面の一部に損傷形成起点部を配置した被加工物を準備する第1ステップと、(2)レーザ光を被加工物に照射する第2ステップとを含む。以下、各ステップについて詳細に説明する。 The laser processing method of the present invention includes (1) a first step of preparing a workpiece in which a damage formation starting portion is arranged on a part of its surface, and (2) a second step of irradiating the workpiece with laser light. Including. Hereinafter, each step will be described in detail.
(1)第1ステップ
第1ステップでは、その表面の一部に損傷形成起点部を配置した被加工物を準備する。
(1) First Step In the first step, a workpiece is prepared in which a damage formation starting portion is arranged on a part of the surface.
被加工物の種類は、特に限定されない。被加工物の例には、ガラス、シリコン、シリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム、窒化ケイ素、サファイア、アルミナ、ガリウム砒素、水晶、ダイヤモンドなどの誘電体が含まれる。また、被加工物は、他の材料に積層されていてもよい。たとえば、被加工物は、SOS基板、SOQ基板またはSOG基板などの積層基板の一部であってもよい。 The kind of workpiece is not particularly limited. Examples of workpieces include dielectrics such as glass, silicon, silicon carbide (SiC), gallium nitride, silicon nitride, sapphire, alumina, gallium arsenide, quartz, and diamond. Further, the workpiece may be laminated on another material. For example, the workpiece may be a part of a laminated substrate such as an SOS substrate, an SOQ substrate, or an SOG substrate.
本発明のレーザ加工方法は、被加工物の表面の一部に、被加工物よりも加工しきい値の低い材料からなる損傷形成起点部を配置することを特徴の一つとする。損傷形成起点部の材料の種類は、被加工物の加工しきい値よりも加工しきい値が低ければ特に限定されない。たとえば、損傷形成起点部の材料は、照射されるレーザ光に対する吸収係数が被加工物よりも高い材料である。損傷形成起点部の材料の例には、Al、Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Cu、Fe、Cr、Ti、TaおよびMoからなる群から選択される1または2以上の金属元素からなる純金属、合金または金属化合物や、SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、B2O3、TiO2、ZnOおよびFe2O3からなる群から選択される1または2以上の金属酸化物などが含まれる。 One feature of the laser processing method of the present invention is that a damage formation starting portion made of a material having a processing threshold lower than that of the workpiece is disposed on a part of the surface of the workpiece. The material type of the damage formation starting point is not particularly limited as long as the processing threshold is lower than the processing threshold of the workpiece. For example, the material of the damage formation starting portion is a material having an absorption coefficient higher than that of the workpiece on the irradiated laser beam. Examples of the material of the damage starting point portion include one or more metal elements selected from the group consisting of Al, Au, Ag, Pt, Pd, Ni, Cu, Fe, Cr, Ti, Ta, and Mo. One or more metals selected from the group consisting of pure metals, alloys or metal compounds, and SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, Na 2 O, B 2 O 3 , TiO 2 , ZnO and Fe 2 O 3 Oxides and the like are included.
損傷形成起点部の形成方法は、特に限定されない。たとえば、損傷形成起点部が純金属または合金からなる場合、金属薄膜を被加工物表面に貼り付けてもよいし、スパッタリングや真空蒸着などの薄膜形成手法によって金属薄膜を形成してもよい。その他、めっきや印刷、インクジェットなどの様々な手法を用いることができる。また、フォトリソグラフィーなどの方法により、被加工物表面にパターニングされた金属薄膜を形成してもよい(図2参照)。一方、損傷形成起点部が金属酸化物からなる場合、金属酸化物の粉末を含む組成物を損傷形成起点部に塗布し乾燥させればよい。また、損傷形成起点部は、被加工物に直接配置してもよいし、接着性を向上させるために接着剤を介して配置してもよい。 The method for forming the damage formation starting point is not particularly limited. For example, when the damage formation starting portion is made of a pure metal or an alloy, the metal thin film may be attached to the surface of the workpiece, or the metal thin film may be formed by a thin film forming method such as sputtering or vacuum deposition. In addition, various methods such as plating, printing, and ink jet can be used. Further, a patterned metal thin film may be formed on the surface of the workpiece by a method such as photolithography (see FIG. 2). On the other hand, when the damage formation starting portion is made of a metal oxide, a composition containing a metal oxide powder may be applied to the damage formation starting portion and dried. Further, the damage formation starting point portion may be arranged directly on the workpiece, or may be arranged via an adhesive in order to improve adhesiveness.
図1は、損傷形成起点部の配置例を示す図である。図2は、損傷形成起点部のパターニング例を示す図である。これらの図に示されるように、損傷形成起点部1は、被加工物2の表面(レーザ光3を照射される面)に配置してもよいし(図1A参照)、被加工物2の側面に配置してもよいし(図1Bおよび図1C参照)、被加工物2の裏面(レーザ光3を照射されない面)に配置してもよい(図1D参照)。また、被加工物の表面または裏面に損傷形成起点部を配置する場合、損傷形成起点部1を格子状に区画形成された電子デバイス群の周囲に円形状に配置してもよいし(図2A参照)、電子デバイス群の周囲に多角形状に配置してもよいし(図2B参照)、電子デバイス群の周囲に点状に配置してもよい(図2C参照)。また、損傷形成起点部の厚みは、特に限定されないが、例えば20nm〜20μmである。 FIG. 1 is a diagram illustrating an arrangement example of damage formation starting points. FIG. 2 is a diagram illustrating a patterning example of a damage formation starting point portion. As shown in these drawings, the damage formation starting point portion 1 may be disposed on the surface of the workpiece 2 (surface irradiated with the laser beam 3) (see FIG. 1A), or the workpiece 2 You may arrange | position to a side surface (refer FIG. 1B and FIG. 1C), and may arrange | position to the back surface (surface which is not irradiated with the laser beam 3) of the to-be-processed object 2 (refer FIG. 1D). Further, when the damage formation starting portion 1 is arranged on the front surface or the back surface of the workpiece, the damage formation starting portion 1 may be arranged in a circle around the electronic device group partitioned and formed in a lattice shape (FIG. 2A). (See FIG. 2B), or in a polygonal shape around the electronic device group (see FIG. 2B). Moreover, although the thickness of a damage formation starting part is not specifically limited, For example, they are 20 nm-20 micrometers.
被加工物に損傷形成起点部を形成する手順も、特に限定されない。たとえば、単一の被加工物に損傷形成起点部のみを独立した工程で形成してもよいし、半導体デバイス、MEMSデバイスのように、表面や内部に複数の構造を有する被加工物において、それらの構造を作製する工程中で同時に、損傷形成起点部を形成してもよい。 The procedure for forming the damage formation starting portion on the workpiece is not particularly limited. For example, only a damage starting point may be formed in a single workpiece by an independent process, or in a workpiece having a plurality of structures on the surface or inside, such as a semiconductor device or a MEMS device, At the same time during the process of manufacturing the structure, the damage formation starting portion may be formed.
(2)第2ステップ
第2ステップでは、第1ステップで準備した被加工物にレーザ光を照射して、被加工物に損傷を形成する。このとき、表面の一部に配置された損傷形成起点部にレーザ光を照射した後に、連続して被加工物の損傷形成起点部が配置されていない部分(以下「ベア部分」という)に直接レーザ光を照射することで、損傷形成起点部を起点として被加工物に損傷を形成する。このように本発明のレーザ加工方法は、損傷形成起点部にレーザ光を照射した後に、連続してベア部分にレーザ光を照射することを特徴の一つとする。
(2) Second Step In the second step, the workpiece prepared in the first step is irradiated with laser light to form damage on the workpiece. At this time, after irradiating the laser beam to the damage formation starting part arranged on a part of the surface, the part directly to the part where the damage formation starting part of the workpiece is not arranged (hereinafter referred to as “bearing part”) is directly applied. By irradiating the laser beam, damage is formed on the workpiece starting from the damage formation starting point. As described above, the laser processing method of the present invention is characterized in that the laser beam is continuously irradiated to the bare portion after the damage formation starting portion is irradiated with the laser beam.
レーザ光の照射開始位置は、特に限定されない。たとえば、損傷形成起点部からレーザ光を照射開始してもよい。また、ベア部分でレーザ光を照射開始した後、損傷形成起点部にレーザ光を照射し、さらにその後、ベア部分にレーザ光を照射してもよい。いずれの場合であっても、損傷形成起点部を起点としてベア部分にも損傷を形成することができる。 The irradiation start position of the laser beam is not particularly limited. For example, laser beam irradiation may be started from a damage formation starting point. Alternatively, after starting the laser beam irradiation at the bare part, the laser beam may be irradiated onto the damage formation starting point, and then the laser beam may be irradiated onto the bare part. In either case, damage can also be formed in the bare portion starting from the damage formation starting point.
たとえば、被加工物が誘電体基板である場合、基板の表面、裏面または側面の一部に配置された損傷形成起点部から、基板の面方向に沿ってレーザ光の集光点を移動させることで、基板に溝を形成することができる。また、基板の表面または裏面の一部に配置された損傷形成起点部から、基板の厚み方向に沿ってレーザ光の集光点を移動させることで、基板に穴を形成することができる。 For example, when the work piece is a dielectric substrate, the condensing point of the laser beam is moved along the surface direction of the substrate from the damage formation starting portion arranged on a part of the front surface, back surface or side surface of the substrate. Thus, a groove can be formed in the substrate. Moreover, a hole can be formed in a board | substrate by moving the condensing point of a laser beam along the thickness direction of a board | substrate from the damage formation origin part arrange | positioned in the front surface or a part of back surface of a board | substrate.
レーザ光は、パルスレーザ光および連続発振(CW)レーザ光のいずれでもよい。パルスレーザ光、CWレーザ光のどちらの場合でも、レーザ光の照射エネルギと、被加工物および損傷形成起点部の物性値とがこの現象に関係する。パルスレーザ光の場合、1パルス毎に発生する熱エネルギが、被加工物上で連続する必要があり、パルスレーザ光の繰返し周波数およびパルス幅、ならびにレーザ照射位置と被加工物との相対的な位置の変化量がパラメータとなる。 The laser beam may be either a pulsed laser beam or a continuous wave (CW) laser beam. In both cases of pulsed laser light and CW laser light, the irradiation energy of the laser light and the physical property values of the workpiece and the damage starting point are related to this phenomenon. In the case of a pulsed laser beam, the thermal energy generated for each pulse must be continuous on the workpiece, and the repetition frequency and pulse width of the pulsed laser beam, as well as the relative position between the laser irradiation position and the workpiece. The amount of change in position is a parameter.
パルスレーザ光の照射条件として、繰返し周波数が高く、パルス幅が大きくなるほど、熱の連続性が維持され、CWレーザ光の加工形態に近づき、加工の継続性は高まる。しかし、パルスレーザ光の方が加工点に供給する熱エネルギの制御性が良い。 As the irradiation condition of the pulse laser beam, the higher the repetition frequency and the larger the pulse width, the more the thermal continuity is maintained, the closer to the CW laser beam processing mode, and the higher the processing continuity. However, the pulse laser beam has better controllability of heat energy supplied to the processing point.
ここで、損傷形成起点部を起点として損傷を形成した後、ベア部分にも継続して損傷が形成される理由について、推察されるメカニズム(第1説および第2説)を説明する。しかしながら、損傷が形成されるメカニズムは、これらに限定されるものではない。 Here, the mechanism (the 1st theory and the 2nd theory) presumed about the reason why damage is continuously formed also in the bare part after the damage is formed starting from the damage formation starting part will be described. However, the mechanism by which damage is formed is not limited to these.
A)第1説
損傷形成起点部から損傷が形成されると、損傷が形成された部分からその周辺部へ熱の移動が発生する。この熱によって被加工物のバンドギャップの値が低下し、加工しきい値が低下するため、ベア部分も低エネルギのレーザ光で加工が継続される。この現象は加工中に、被加工物上で熱エネルギが連続する状態を必要とするものと推測される。
A) First explanation When damage is formed from the damage formation starting point, heat is transferred from the damaged part to the peripheral part. This heat lowers the value of the band gap of the work piece and lowers the processing threshold value, so that the processing of the bare portion is continued with low energy laser light. This phenomenon is presumed to require a state of continuous thermal energy on the workpiece during machining.
B)第2説
損傷形成起点部にレーザ光が照射され、損傷形成起点部で加工が開始されると、加工点付近は高温の状態となる。被加工物が熱伝導の良い物質の場合、熱の拡散が速く、加工点から離れるのに従って急速に温度が低下する。このように温度勾配が急になると、高温部と低温部で熱によるストレスが発生する。また、加工点付近では加工による衝撃波も発生する。これらの要因が組み合わされて、レーザ光による加工と同時に、格子欠陥がレーザ加工点付近に形成され、この格子欠陥にレーザ光が作用することで、ベア部分も、低エネルギのレーザ光で加工が継続されるものと推測される。
B) Second explanation When the damage formation starting point is irradiated with laser light and processing is started at the damage formation starting point, the vicinity of the processing point is in a high temperature state. When the workpiece is a material with good heat conduction, the heat diffuses quickly, and the temperature decreases rapidly as the distance from the processing point increases. When the temperature gradient becomes steep in this manner, heat stress occurs in the high temperature portion and the low temperature portion. Further, a shock wave due to machining is also generated near the machining point. Combining these factors, simultaneously with processing with laser light, a lattice defect is formed near the laser processing point, and laser light acts on this lattice defect, so that the bare portion can also be processed with low-energy laser light. Presumed to continue.
レーザ光の強度は、損傷形成起点部の加工しきい値を超えれば特に限定されないが、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、かつ、被加工物の加工しきい値未満であることが好ましい。ここで「加工しきい値」とは、損傷を形成せずにその物体へ照射できるレーザ光の最大量をいう。具体的には、レーザ光のエネルギ密度やピークパワー密度などにより、加工しきい値を特定することが可能である。 The intensity of the laser beam is not particularly limited as long as it exceeds the processing threshold value of the damage formation starting portion, but it exceeds the processing threshold value of the damage formation starting portion and is less than the processing threshold value of the workpiece preferable. Here, the “processing threshold” refers to the maximum amount of laser light that can be irradiated to the object without forming damage. Specifically, the processing threshold value can be specified by the energy density or peak power density of laser light.
材料には、照射されるレーザ光に対する固有の加工しきい値がある。このため、レーザ加工を行うには、加工しきい値を超えるレーザ光の強度を有するレーザ光を照射する必要がある。すなわち、本来、被加工物の加工しきい値未満のレーザ光の強度を有するレーザ光を照射しても、被加工物に損傷は形成されない。しかし、本発明によれば、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、被加工物の加工しきい値未満のレーザ光の強度を有するレーザ光でベア部分に損傷を形成することが可能となる。 The material has an inherent processing threshold for the irradiated laser light. For this reason, in order to perform laser processing, it is necessary to irradiate a laser beam having a laser beam intensity exceeding a processing threshold. That is, no damage is formed on the workpiece even when the laser beam having a laser beam intensity lower than the processing threshold of the workpiece is irradiated. However, according to the present invention, it is possible to form damage to the bare portion with a laser beam having a laser beam intensity that exceeds the processing threshold value of the damage starting point and is lower than the processing threshold value of the workpiece. Become.
被加工物に所望の加工をするには、レーザ光の照射条件を決定するため、予め被加工物及び損傷形成起点部の加工しきい値を測定する必要がある。ここで、加工しきい値を測定する方法は、特に限定されない。たとえば、レーザを被加工物及び損傷形成起点部に対して、低いピークパワー密度の条件から、徐々に高めていき、被加工物に損傷が形成されないピークパワー密度の最大量を加工しきい値とすることで測定できる。 In order to perform desired processing on the workpiece, in order to determine the irradiation condition of the laser beam, it is necessary to measure the processing threshold values of the workpiece and the damage formation starting portion in advance. Here, the method for measuring the processing threshold is not particularly limited. For example, the laser is gradually increased from the low peak power density condition to the workpiece and the damage formation starting point, and the maximum peak power density at which no damage is formed on the workpiece is defined as the machining threshold. Can be measured.
加工しきい値の測定のための手段は、特に限定されないが、加工しきい値の測定のためのレーザ加工装置とその各構成要素について、以下に説明する。 The means for measuring the machining threshold is not particularly limited, but a laser machining apparatus for measuring the machining threshold and each component thereof will be described below.
このレーザ加工装置は、少なくとも、被加工物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被加工物に照射する光学系と、光学系(レーザ光)と被加工物とを相対的に移動させる駆動部とを有する。 The laser processing apparatus includes at least a laser light source that emits laser light to be irradiated on a workpiece, an optical system that irradiates the workpiece with laser light emitted from the laser light source, an optical system (laser light), and a target. A drive unit that relatively moves the workpiece.
レーザ光源の種類は、特に限定されず、例えば、HoレーザやErレーザ、各種半導体レーザなどを用いることができる。また、発振するレーザ光は、パルスレーザ光であってもよいし、CWレーザ光であってもよい。 The type of the laser light source is not particularly limited, and for example, a Ho laser, an Er laser, various semiconductor lasers, or the like can be used. Further, the oscillating laser beam may be a pulse laser beam or a CW laser beam.
光学系は、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被加工物に照射する。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。 The optical system irradiates the workpiece with laser light emitted from the laser light source so that the focal point is located at a desired position. 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.
駆動部は、レーザ光が被加工物の所望の加工位置に照射されるように、光学系(レーザ光)と被加工物とを相対的に移動させる。駆動部は、被加工物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。 The drive unit relatively moves the optical system (laser light) and the workpiece so that the laser beam is irradiated to a desired processing position of the workpiece. The drive unit may move the stage on which the workpiece is placed, may move the optical system, or may move both the stage and the optical system.
その他、加工しきい値の測定のためのレーザ加工装置は、被加工物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, a laser processing apparatus for measuring a processing threshold value may include a stage on which a workpiece is placed, an automatic aiming system for positioning a condensing point at a desired position, and the like.
本発明の実施のためのレーザ加工装置は、例えば、加工しきい値の測定のための装置と同じ構成の装置であってもよく、特にこれに限られない。 The laser processing apparatus for carrying out the present invention may be, for example, an apparatus having the same configuration as the apparatus for measuring the processing threshold, and is not limited to this.
本発明のレーザ加工方法は、被加工物の表面に溝を形成できる。たとえば、被加工物がウェハ形状のものである場合、被加工物の表面に形成した溝を起点として、ウェハをチップ状に分割することができる。この場合、レーザ照射前もしくはレーザ照射後にダイシングテープに被加工物を密着させて、ブレーキング装置、エキスパンド装置などを用いて、溝を起点として被加工物を分割することが可能である。 The laser processing method of the present invention can form grooves on the surface of the workpiece. For example, when the workpiece is a wafer, the wafer can be divided into chips starting from a groove formed on the surface of the workpiece. In this case, the workpiece can be adhered to the dicing tape before or after laser irradiation, and the workpiece can be divided from the groove as a starting point using a braking device, an expanding device, or the like.
以上のように、本発明のレーザ加工方法は、損傷形成起点部を起点としてベア部分に損傷を形成することで、損傷形成起点部を除去する工程なしに、より簡単に低エネルギのレーザ光でレーザ加工を施すことができる。本発明のレーザ加工方法は、例えば電子デバイスの製造などに好適である。 As described above, according to the laser processing method of the present invention, the damage is formed on the bare portion starting from the damage formation starting portion, so that the process of removing the damage formation starting portion can be performed more easily with a low energy laser beam. Laser processing can be performed. The laser processing method of the present invention is suitable for manufacturing electronic devices, for example.
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]
被加工物として、SiC単結晶基板(厚さ355μm)を準備した。SiC単結晶基板の表面に真空蒸着を用いてAlまたはMoからなる薄膜を形成した後、フォトリソグラフィーを用いてパターニングを行い、損傷形成起点部を形成した。損傷形成起点部の厚さは、100nmまたは400nm(材料がAlの場合)、あるいは400nm(材料がMoの場合)である。
[Example 1]
A SiC single crystal substrate (thickness: 355 μm) was prepared as a workpiece. After a thin film made of Al or Mo was formed on the surface of the SiC single crystal substrate using vacuum deposition, patterning was performed using photolithography to form a damage formation starting portion. The thickness of the damage starting point is 100 nm or 400 nm (when the material is Al), or 400 nm (when the material is Mo).
まず、パルスレーザ光(波長1064nm、パルス幅190ナノ秒、繰り返し周波数500kHz)を損傷形成起点部を形成していないSiC基板に照射して、SiC基板の加工しきい値を測定した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、SiC基板の表面に損傷を形成した。集光点は、SiC基板の表面に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e2幅)は、4.34μmであった。ステージの移動速度は、50mm/secであった。 First, a pulse laser beam (wavelength 1064 nm, pulse width 190 nanoseconds, repetition frequency 500 kHz) was irradiated to a SiC substrate on which no damage formation starting portion was formed, and the processing threshold value of the SiC substrate was measured. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction) to form damage on the surface of the SiC substrate. The condensing point was adjusted to the surface of the SiC substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 4.34 μm. The moving speed of the stage was 50 mm / sec.
図3は、SiC基板にレーザ加工を行った後の加工周辺部の写真である。破線は、加工開始位置を示し、左側から右側方向に加工をした。図3Aは、ピークパワー密度6.11×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真であり、図3Bはピークパワー密度6.27×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真である。 FIG. 3 is a photograph of the processing peripheral portion after laser processing is performed on the SiC substrate. The broken line indicates the machining start position, and machining was performed from the left side to the right side. FIG. 3A is a photograph of the surface of the SiC substrate irradiated with pulsed laser light having a peak power density of 6.11 × 10 8 W / cm 2 , and FIG. 3B is a peak power density of 6.27 × 10 8 W / cm 2 . It is a photograph of the surface of the SiC substrate irradiated with pulsed laser light.
図3Aに示されるように、ピークパワー密度6.11×108W/cm2のパルスレーザ光を照射した場合は、SiC基板に損傷を形成できなかったが、図3Bに示されるように、ピークパワー密度6.27×108W/cm2のパルスレーザ光を照射した場合は、SiC基板に損傷を形成できた。 As shown in FIG. 3A, when the pulsed laser light with a peak power density of 6.11 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could not be formed on the SiC substrate, but as shown in FIG. 3B, When the pulse laser beam having a peak power density of 6.27 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could be formed on the SiC substrate.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該SiC基板の加工しきい値は、ピークパワー密度6.11×108W/cm2を超え、ピークパワー密度6.27×108W/cm2未満であることがわかる。 From the above results, the processing threshold value of the SiC substrate when irradiated with laser light under the above conditions exceeds the peak power density of 6.11 × 10 8 W / cm 2 and the peak power density of 6.27 × 10 6. It can be seen that it is less than 8 W / cm 2 .
同様に、パルスレーザ光(波長1064nm、パルス幅190ナノ秒、繰り返し周波数500kHz)を、損傷形成起点部を形成したSiC基板の損傷形成起点部に照射した後に、SiC基板のベア部分に照射して、損傷形成起点部の加工しきい値を測定した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、SiC基板の表面に損傷を形成した。集光点は、SiC基板の表面に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e2幅)は、4.34μmであった。ステージの移動速度は、50mm/secであった。 Similarly, a pulse laser beam (wavelength 1064 nm, pulse width 190 nanoseconds, repetition frequency 500 kHz) is irradiated to the damage formation starting portion of the SiC substrate on which the damage formation starting portion is formed, and then irradiated to the bare portion of the SiC substrate. Then, the processing threshold value at the starting point of damage formation was measured. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction) to form damage on the surface of the SiC substrate. The condensing point was adjusted to the surface of the SiC substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 4.34 μm. The moving speed of the stage was 50 mm / sec.
図4は、Alからなる厚さ100nmの損傷形成起点部を配置したSiC基板にレーザ加工を行った後の加工周辺部の写真である。破線は、加工開始位置を示し、左側から右側方向に加工をした。左側の白い部分が損傷形成起点部であり、右側の灰色の部分が損傷形成起点部を配置していないSiC基板のベア部分である。図4Aは、ピークパワー密度1.07×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真であり、図4Bは、ピークパワー密度1.15×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真である。 FIG. 4 is a photograph of the processing peripheral portion after laser processing is performed on the SiC substrate on which the damage formation starting portion made of Al having a thickness of 100 nm is arranged. The broken line indicates the machining start position, and machining was performed from the left side to the right side. The white part on the left is the damage formation starting part, and the gray part on the right is the bare part of the SiC substrate where the damage formation starting part is not arranged. FIG. 4A is a photograph of the surface of the SiC substrate irradiated with pulsed laser light having a peak power density of 1.07 × 10 8 W / cm 2 , and FIG. 4B is a peak power density of 1.15 × 10 8 W / cm 2. It is the photograph of the surface of the SiC substrate which irradiated the pulse laser beam of.
図4Aに示されるように、ピークパワー密度1.07×108W/cm2のパルスレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成することができなかったが、図4Bに示されるように、ピークパワー密度1.15×108W/cm2のパルスレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成することができた。 As shown in FIG. 4A, when the pulse laser beam with a peak power density of 1.07 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could not be formed at the damage formation starting point. As shown in the figure, when pulse laser light having a peak power density of 1.15 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could be formed at the damage starting point.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該SiC基板に形成した当該損傷形成起点部の加工しきい値は、ピークパワー密度1.07×108W/cm2を超え、ピークパワー密度1.15×108W/cm2未満であることがわかる。 From the above results, the processing threshold value of the damage formation starting portion formed on the SiC substrate when irradiated with laser light under the above conditions exceeds the peak power density of 1.07 × 10 8 W / cm 2 , It can be seen that the peak power density is less than 1.15 × 10 8 W / cm 2 .
また、図4Bから、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、SiC基板の加工しきい値未満のレーザ光の強度(ピークパワー密度1.15×108W/cm2)のパルスレーザ光で、損傷形成起点部を起点としてSiC基板に損傷を形成できることがわかる。すなわち、SiC基板の加工しきい値は、ピークパワー密度6.11×108W/cm2を超え、ピークパワー密度6.27×108W/cm2未満であることから、SiC基板の表面の一部に損傷形成起点部を形成することで、約1/5の低エネルギのレーザ光でSiC基板に損傷を形成できることがわかる。 Further, from FIG. 4B, a pulsed laser beam having a laser beam intensity (peak power density of 1.15 × 10 8 W / cm 2 ) that exceeds the processing threshold value of the damage formation starting portion and is lower than the processing threshold value of the SiC substrate. Thus, it can be seen that damage can be formed on the SiC substrate starting from the damage formation starting point. That is, since the processing threshold value of the SiC substrate exceeds the peak power density 6.11 × 10 8 W / cm 2 and is less than the peak power density 6.27 × 10 8 W / cm 2 , the surface of the SiC substrate It can be seen that by forming a damage formation starting portion in a part of the substrate, damage can be formed on the SiC substrate with a laser beam having a low energy of about 1/5.
図5は、Alからなる厚さ400nmの損傷形成起点部を配置したSiC基板にレーザ加工を行った後の加工周辺部の写真である。破線は、加工開始位置を示し、左側から右側方向に加工をした。左側の白い部分が損傷形成起点部であり、右側の灰色の部分が損傷形成起点部を配置していないSiC基板のベア部分である。図5Aは、ピークパワー密度1.37×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真であり、図5Bは、ピークパワー密度1.45×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真である。 FIG. 5 is a photograph of the processing peripheral portion after laser processing is performed on the SiC substrate on which the 400 nm-thickness damage formation starting portion made of Al is arranged. The broken line indicates the machining start position, and machining was performed from the left side to the right side. The white part on the left is the damage formation starting part, and the gray part on the right is the bare part of the SiC substrate where the damage formation starting part is not arranged. FIG. 5A is a photograph of the surface of the SiC substrate irradiated with pulsed laser light having a peak power density of 1.37 × 10 8 W / cm 2 , and FIG. 5B is a peak power density of 1.45 × 10 8 W / cm 2. It is the photograph of the surface of the SiC substrate which irradiated the pulse laser beam of.
図5Aに示されるように、ピークパワー密度1.37×108W/cm2のパルスレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成することができなかったが、図5Bに示されるように、ピークパワー密度1.45×108W/cm2のパルスレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成することができた。 As shown in FIG. 5A, when a pulse laser beam having a peak power density of 1.37 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could not be formed at the damage formation starting point. As shown, damage was able to be formed at the damage formation starting point when the pulse laser beam having a peak power density of 1.45 × 10 8 W / cm 2 was irradiated.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該SiC基板に配置した当該損傷形成起点部の加工しきい値は、ピークパワー密度1.37×108W/cm2を超え、ピークパワー密度1.45×108W/cm2未満であることがわかる。 From the above results, the processing threshold of the damage formation starting portion disposed on the SiC substrate when the laser beam is irradiated under the above conditions exceeds the peak power density of 1.37 × 10 8 W / cm 2 , It can be seen that the peak power density is less than 1.45 × 10 8 W / cm 2 .
また、図5Bから、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、SiC基板の加工しきい値未満のレーザ光の強度(ピークパワー密度1.45×108W/cm2)のパルスレーザ光で、損傷形成起点部を起点としてSiC基板に損傷を形成できることがわかる。すなわち、SiC基板の加工しきい値は、ピークパワー密度6.11×108W/cm2を超え、ピークパワー密度6.27×108W/cm2未満であることから、SiC基板の表面の一部に損傷形成起点部を形成することで、約1/4の低エネルギのレーザ光でSiC基板に損傷を形成できることがわかる。 Further, from FIG. 5B, a pulsed laser beam having an intensity of laser light (peak power density of 1.45 × 10 8 W / cm 2 ) that exceeds the processing threshold of the damage formation starting portion and is lower than the processing threshold of the SiC substrate. Thus, it can be seen that damage can be formed on the SiC substrate starting from the damage formation starting point. That is, since the processing threshold value of the SiC substrate exceeds the peak power density 6.11 × 10 8 W / cm 2 and is less than the peak power density 6.27 × 10 8 W / cm 2 , the surface of the SiC substrate It can be seen that by forming a damage formation starting portion in a part of the substrate, damage can be formed on the SiC substrate with a laser beam having a low energy of about 1/4.
図6は、Moからなる厚さ400nmの損傷形成起点部を配置したSiC基板にレーザ加工を行った後の加工周辺部の写真である。破線は、加工開始位置を示し、左側から右側方向に加工をした。左側の白い部分が損傷形成起点部であり、右側の灰色の部分が損傷形成起点部を配置していないSiC基板のベア部分である。図6Aは、ピークパワー密度0.63×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真であり、図6Bは、ピークパワー密度0.71×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真である。 FIG. 6 is a photograph of a processing peripheral portion after laser processing is performed on a SiC substrate on which a 400 nm-thickness damage starting point portion made of Mo is arranged. The broken line indicates the machining start position, and machining was performed from the left side to the right side. The white part on the left is the damage formation starting part, and the gray part on the right is the bare part of the SiC substrate where the damage formation starting part is not arranged. 6A is a photograph of the surface of the SiC substrate irradiated with pulsed laser light having a peak power density of 0.63 × 10 8 W / cm 2 , and FIG. 6B is a peak power density of 0.71 × 10 8 W / cm 2. It is the photograph of the surface of the SiC substrate which irradiated the pulse laser beam of.
図6Aに示されるように、ピークパワー密度0.63×108W/cm2のパルスレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成することができなかったが、図6Bに示されるように、ピークパワー密度0.71×108W/cm2のパルスレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成することができた。 As shown in FIG. 6A, when pulse laser light with a peak power density of 0.63 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could not be formed at the damage formation starting point. As shown in the figure, when the pulse laser beam having a peak power density of 0.71 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could be formed at the damage starting point.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該SiC基板に配置した当該損傷形成起点部の加工しきい値は、ピークパワー密度0.63×108W/cm2を超え、ピークパワー密度0.71×108W/cm2未満であることがわかる。 From the above results, the processing threshold of the damage formation starting portion disposed on the SiC substrate when the laser beam is irradiated under the above conditions exceeds the peak power density of 0.63 × 10 8 W / cm 2 , It can be seen that the peak power density is less than 0.71 × 10 8 W / cm 2 .
また、図6Bから、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、SiC基板の加工しきい値未満のレーザ光の強度(ピークパワー密度0.71×108W/cm2)のパルスレーザ光で、損傷形成起点部を起点としてSiC基板に損傷を形成できることがわかる。すなわち、SiC基板の加工しきい値は、ピークパワー密度6.11×108W/cm2を超え、ピークパワー密度6.27×108W/cm2未満であることから、SiC基板の表面の一部に損傷形成起点部を形成することで、約1/9の低エネルギのレーザ光でSiC基板に損傷を形成できることがわかる。 Further, from FIG. 6B, a pulsed laser beam having a laser beam intensity (peak power density of 0.71 × 10 8 W / cm 2 ) exceeding the processing threshold value of the damage formation starting portion and lower than the processing threshold value of the SiC substrate. Thus, it can be seen that damage can be formed on the SiC substrate starting from the damage formation starting point. That is, since the processing threshold value of the SiC substrate exceeds the peak power density 6.11 × 10 8 W / cm 2 and is less than the peak power density 6.27 × 10 8 W / cm 2 , the surface of the SiC substrate It can be seen that by forming a damage formation starting portion in a part of the substrate, damage can be formed on the SiC substrate with a laser beam having a low energy of about 1/9.
[実施例2]
被加工物として、SiC単結晶基板(厚さ355μm)を準備した。SiC単結晶基板の表面に真空蒸着を用いてAlまたはMoからなる薄膜を形成した後、フォトリソグラフィーを用いてパターニングを行い、損傷形成起点部を形成した。損傷形成起点部の厚さは、100nmまたは400nm(材料がAlの場合)、あるいは400nm(材料がMoの場合)である。
[Example 2]
A SiC single crystal substrate (thickness: 355 μm) was prepared as a workpiece. After a thin film made of Al or Mo was formed on the surface of the SiC single crystal substrate using vacuum deposition, patterning was performed using photolithography to form a damage formation starting portion. The thickness of the damage starting point is 100 nm or 400 nm (when the material is Al), or 400 nm (when the material is Mo).
まず、CWレーザ光(波長1064nm)を損傷形成起点部を形成していないSiC基板に照射して、SiC基板の加工しきい値を測定した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、SiC基板の表面に損傷を形成した。集光点は、SiC基板の表面に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e2幅)は、4.34μmであった。ステージの移動速度は、50mm/secであった。 First, a CW laser beam (wavelength: 1064 nm) was irradiated to a SiC substrate on which no damage formation starting portion was formed, and the processing threshold value of the SiC substrate was measured. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction) to form damage on the surface of the SiC substrate. The condensing point was adjusted to the surface of the SiC substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 4.34 μm. The moving speed of the stage was 50 mm / sec.
ピークパワー密度が1.02×108W/cm2のCWレーザ光を照射したが、SiC基板の表面に損傷を形成することができなかった。当該ピークパワー密度は実施設備において出力可能な最大値である。すなわち、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該SiC基板の加工しきい値は、1.02×108W/cm2を超えることがわかる。 Irradiation with CW laser light having a peak power density of 1.02 × 10 8 W / cm 2 failed to form damage on the surface of the SiC substrate. The peak power density is the maximum value that can be output in the implementation facility. That is, it can be seen that the processing threshold value of the SiC substrate when irradiated with laser light under the above conditions exceeds 1.02 × 10 8 W / cm 2 .
同様に、CWレーザ光(波長1064nm)を、損傷形成起点部を形成したSiC基板の損傷形成起点部に照射した後に、SiC基板のベア部分に照射して、損傷形成起点部の加工しきい値を測定した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、SiC基板の表面に損傷を形成した。集光点は、SiC基板の表面に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e2幅)は、4.34μmであった。ステージの移動速度は、50mm/secであった。 Similarly, a CW laser beam (wavelength 1064 nm) is irradiated to the damage formation start portion of the SiC substrate on which the damage formation start portion is formed, and then irradiated to the bare portion of the SiC substrate, thereby processing threshold of the damage formation start portion. Was measured. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction) to form damage on the surface of the SiC substrate. The condensing point was adjusted to the surface of the SiC substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 4.34 μm. The moving speed of the stage was 50 mm / sec.
図7は、Alからなる厚さ100nmの損傷形成起点部を形成したSiC基板にレーザ加工を行った後の加工周辺部の写真である。破線は、加工開始位置を示し、左側から右側方向に加工をした。左側の白い部分が損傷形成起点部であり、右側の灰色の部分が損傷形成起点部を形成していないSiC基板のベア部分である。図7Aは、ピークパワー密度0.78×108W/cm2のCWレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真であり、図7Bは、ピークパワー密度0.80×108W/cm2のCWレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真である。 FIG. 7 is a photograph of a processing peripheral portion after performing laser processing on a SiC substrate on which a damage forming starting portion made of Al having a thickness of 100 nm is formed. The broken line indicates the machining start position, and machining was performed from the left side to the right side. The white part on the left side is the damage formation starting part, and the gray part on the right side is the bare part of the SiC substrate where the damage formation starting part is not formed. FIG. 7A is a photograph of the surface of the SiC substrate irradiated with CW laser light having a peak power density of 0.78 × 10 8 W / cm 2 , and FIG. 7B is a peak power density of 0.80 × 10 8 W / cm 2. It is the photograph of the surface of the SiC substrate which irradiated CW laser beam of.
図7Aに示されるように、ピークパワー密度0.78×108W/cm2のCWレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成できなかったが、図7Bに示されるように、ピークパワー密度0.80×108W/cm2のCWレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成できた。 As shown in FIG. 7A, when a CW laser beam having a peak power density of 0.78 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could not be formed at the damage starting point, but as shown in FIG. 7B. In addition, when CW laser light having a peak power density of 0.80 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could be formed at the damage starting point.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該SiC基板に配置した当該損傷形成起点部の加工しきい値は、ピークパワー密度0.78×108W/cm2を超え、ピークパワー密度0.80×108W/cm2未満であることがわかる。 From the above results, the processing threshold of the damage formation starting portion disposed on the SiC substrate when the laser beam is irradiated under the above conditions exceeds the peak power density of 0.78 × 10 8 W / cm 2 , It can be seen that the peak power density is less than 0.80 × 10 8 W / cm 2 .
また、図7Bから、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、SiC基板の加工しきい値未満のレーザ光の強度(ピークパワー密度0.80×108W/cm2)のCWレーザ光で、損傷形成起点部を起点としてSiC基板に損傷を形成できることがわかる。すなわち、SiC基板の表面の一部に損傷形成起点部を配置することで、より低エネルギのレーザ光でSiC基板に損傷を形成できることがわかる。また、CWレーザ光の場合、連続波であるために、加工に必要な出力は大きくなる(ピークパワー密度換算値は同じ)ので、低いピークパワー密度で損傷の形成が可能になることで、レーザ出力の増大を抑制できる。 Further, from FIG. 7B, a CW laser beam having an intensity (peak power density of 0.80 × 10 8 W / cm 2 ) of laser light that exceeds the processing threshold value of the damage formation starting portion and is lower than the processing threshold value of the SiC substrate. Thus, it can be seen that damage can be formed on the SiC substrate starting from the damage formation starting point. That is, it can be seen that the damage can be formed on the SiC substrate with a laser beam of lower energy by disposing the damage starting point portion on a part of the surface of the SiC substrate. Further, in the case of CW laser light, since it is a continuous wave, the output required for processing increases (the peak power density conversion value is the same), so that it is possible to form damage at a low peak power density. An increase in output can be suppressed.
図8は、Alからなる厚さ400nmの損傷形成起点部を形成したSiC基板にレーザ加工を行った後の加工周辺部の写真である。破線は、加工開始位置を示し、左側から右側方向に加工をした。左側の白い部分が損傷形成起点部であり、右側の灰色の部分が損傷形成起点部を配置していないSiC基板のベア部分である。図8Aは、ピークパワー密度0.86×108W/cm2のCWレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真であり、図8Bは、ピークパワー密度0.87×108W/cm2のCWレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真である。 FIG. 8 is a photograph of the processing peripheral portion after performing laser processing on the SiC substrate on which the 400 nm-thickness damage starting point portion made of Al is formed. The broken line indicates the machining start position, and machining was performed from the left side to the right side. The white part on the left is the damage formation starting part, and the gray part on the right is the bare part of the SiC substrate where the damage formation starting part is not arranged. FIG. 8A is a photograph of the surface of the SiC substrate irradiated with CW laser light having a peak power density of 0.86 × 10 8 W / cm 2 , and FIG. 8B is a peak power density of 0.87 × 10 8 W / cm 2. It is the photograph of the surface of the SiC substrate which irradiated CW laser beam of.
図8Aに示されるように、ピークパワー密度0.86×108W/cm2のCWレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成できなかったが、図8Bに示されるように、ピークパワー密度0.87×108W/cm2のCWレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成できた。 As shown in FIG. 8A, when a CW laser beam having a peak power density of 0.86 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could not be formed at the damage starting point, but as shown in FIG. 8B. In addition, when the CW laser beam having a peak power density of 0.87 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could be formed at the damage formation starting part.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該SiC基板に配置した当該損傷形成起点部の加工しきい値は、ピークパワー密度0.86×108W/cm2を超え、ピークパワー密度0.87×108W/cm2未満であることがわかる。 From the above results, the processing threshold value of the damage formation starting portion disposed on the SiC substrate when irradiated with laser light under the above conditions exceeds the peak power density of 0.86 × 10 8 W / cm 2 , It can be seen that the peak power density is less than 0.87 × 10 8 W / cm 2 .
また、図8Bに示されるように、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、SiC基板の加工しきい値未満のレーザ光の強度(ピークパワー密度0.87×108W/cm2)のCWレーザ光で、損傷形成起点部を起点としてSiC基板に損傷を形成できることがわかる。すなわち、SiC基板の表面の一部に損傷形成起点部を形成することで、より低エネルギのレーザ光で損傷を形成できることがわかる。また、CWレーザ光の場合、連続波であるために、加工に必要な出力は大きくなる(ピークパワー密度換算値は同じ)ので、低いピークパワー密度で損傷の形成が可能になることで、レーザ出力の増大を抑制できる。 Further, as shown in FIG. 8B, the intensity of the laser beam that exceeds the processing threshold value of the damage formation starting portion and is lower than the processing threshold value of the SiC substrate (peak power density 0.87 × 10 8 W / cm 2 ). It can be seen that with the CW laser light, damage can be formed on the SiC substrate starting from the damage starting point. That is, it can be seen that the damage can be formed with a lower energy laser beam by forming the damage formation starting point part on the surface of the SiC substrate. Further, in the case of CW laser light, since it is a continuous wave, the output required for processing increases (the peak power density conversion value is the same), so that it is possible to form damage at a low peak power density. An increase in output can be suppressed.
図9は、Moからなる厚さ400nmの損傷形成起点部を形成したSiC基板にレーザ加工を行った後の加工周辺部の写真である。破線は、加工開始位置を示し、左側から右側方向に加工をした。左側の白い部分が損傷形成起点部であり、右側の灰色の部分が損傷形成起点部を配置していないSiC基板のベア部分である。図9Aは、ピークパワー密度0.37×108W/cm2のCWレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真であり、図9Bは、ピークパワー密度0.39×108W/cm2のパルスレーザ光を照射したSiC基板の表面の写真である。 FIG. 9 is a photograph of the processing peripheral portion after laser processing is performed on the SiC substrate on which the 400 nm-thickness damage starting point portion made of Mo is formed. The broken line indicates the machining start position, and machining was performed from the left side to the right side. The white part on the left is the damage formation starting part, and the gray part on the right is the bare part of the SiC substrate where the damage formation starting part is not arranged. FIG. 9A is a photograph of the surface of the SiC substrate irradiated with CW laser light having a peak power density of 0.37 × 10 8 W / cm 2 , and FIG. 9B is a peak power density of 0.39 × 10 8 W / cm 2. It is the photograph of the surface of the SiC substrate which irradiated the pulse laser beam of.
図9Aに示されるように、ピークパワー密度0.37×108W/cm2のCWレーザ光を照射した場合は、SiC基板に損傷を形成できなかったが、図9Bに示されるように、ピークパワー密度0.39×108W/cm2のCWレーザ光を照射した場合は、SiC基板に損傷を形成できた。 As shown in FIG. 9A, when a CW laser beam having a peak power density of 0.37 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could not be formed in the SiC substrate, but as shown in FIG. 9B, When the CW laser beam having a peak power density of 0.39 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could be formed on the SiC substrate.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該SiC基板に配置した当該損傷形成起点部の加工しきい値は、ピークパワー密度0.37×108W/cm2を超え、ピークパワー密度0.39×108W/cm2未満であることがわかる。 From the above results, the processing threshold value of the damage formation starting portion disposed on the SiC substrate when the laser beam is irradiated under the above conditions exceeds the peak power density of 0.37 × 10 8 W / cm 2 , It can be seen that the peak power density is less than 0.39 × 10 8 W / cm 2 .
また、図9Bから、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、SiC基板の加工しきい値未満のレーザ光の強度(ピークパワー密度0.39×108W/cm2)のCWレーザ光で、損傷形成起点部を起点としてSiC基板に損傷を形成できることがわかる。すなわち、SiC基板の表面の一部に損傷形成起点部を配置することで、より低エネルギのレーザ光でSiC基板に損傷を形成できることがわかる。また、CWレーザ光の場合、連続波であるために、加工に必要な出力は大きくなる(ピークパワー密度換算値は同じ)ので、低いピークパワー密度で損傷の形成が可能になることで、レーザ出力の増大を抑制できる。 Further, from FIG. 9B, a CW laser beam having a laser beam intensity (peak power density of 0.39 × 10 8 W / cm 2 ) that exceeds the processing threshold value of the damage formation starting portion and is lower than the processing threshold value of the SiC substrate. Thus, it can be seen that damage can be formed on the SiC substrate starting from the damage formation starting point. That is, it can be seen that the damage can be formed on the SiC substrate with a laser beam of lower energy by disposing the damage starting point portion on a part of the surface of the SiC substrate. Further, in the case of CW laser light, since it is a continuous wave, the output required for processing increases (the peak power density conversion value is the same), so that it is possible to form damage at a low peak power density. An increase in output can be suppressed.
[実施例3]
被加工物として、サファイア単結晶基板(厚さ120μm)を準備した。サファイア単結晶基板の表面に真空蒸着を用いてAlからなる薄膜を形成した後、フォトリソグラフィーを用いてパターニングを行い、損傷形成起点部を形成した。損傷形成起点部の厚さは、400nmである。
[Example 3]
A sapphire single crystal substrate (thickness 120 μm) was prepared as a workpiece. After a thin film made of Al was formed on the surface of the sapphire single crystal substrate by vacuum deposition, patterning was performed using photolithography to form a damage formation starting portion. The thickness of the damage formation starting point is 400 nm.
まず、CWレーザ光(波長1064nm)を損傷形成起点部を形成していないサファイア基板に照射して、サファイア基板の加工しきい値を測定した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、サファイア基板の表面に損傷を形成した。集光点は、サファイア基板の表面に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e2幅)は、4.34μmであった。ステージの移動速度は、50mm/secであった。 First, the processing threshold value of the sapphire substrate was measured by irradiating the sapphire substrate not formed with the damage formation starting portion with CW laser light (wavelength 1064 nm). At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction) to form damage on the surface of the sapphire substrate. The condensing point was adjusted to the surface of the sapphire substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 4.34 μm. The moving speed of the stage was 50 mm / sec.
ピークパワー密度1.02×108W/cm2のCWレーザ光を照射したが、サファイア基板に損傷を形成できなかった。当該ピークパワー密度は実施設備において出力可能な最大値である。サファイア基板は波長1064nmのレーザ光に対して吸収が極めて少なく、損傷を形成するためには非常に高いピークパワー密度のCWレーザ光の照射を必要とする。 Irradiation with CW laser light having a peak power density of 1.02 × 10 8 W / cm 2 failed to form damage on the sapphire substrate. The peak power density is the maximum value that can be output in the implementation facility. A sapphire substrate has very little absorption with respect to a laser beam having a wavelength of 1064 nm, and irradiation with a CW laser beam having a very high peak power density is required to form damage.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該サファイア基板の加工しきい値は、少なくともピークパワー密度1.02×108W/cm2を超えることがわかる。 From the above results, it can be seen that the processing threshold of the sapphire substrate when irradiated with laser light under the above conditions exceeds at least the peak power density of 1.02 × 10 8 W / cm 2 .
同様に、CWレーザ光(波長1064nm)を、損傷形成起点部を配置したサファイア基板の損傷形成起点部に照射した後に、サファイア基板のベア部分に照射して、損傷形成起点部の加工しきい値を測定した。このとき、ステージをXY軸方向(水平方向)に移動させて、サファイア基板の表面に損傷を形成した。集光点は、サファイア基板の表面に合わせた。基板表面における照射スポット径(1/e2幅)は、4.34μmであった。ステージの移動速度は、400mm/secであった。 Similarly, after irradiating the damage formation starting portion of the sapphire substrate on which the damage formation starting portion is disposed with CW laser light (wavelength 1064 nm), the bare threshold portion of the sapphire substrate is irradiated to process the threshold value of the damage formation starting portion. Was measured. At this time, the stage was moved in the XY axis direction (horizontal direction) to form damage on the surface of the sapphire substrate. The condensing point was adjusted to the surface of the sapphire substrate. The irradiation spot diameter (1 / e 2 width) on the substrate surface was 4.34 μm. The moving speed of the stage was 400 mm / sec.
図10は、サファイア基板にレーザ加工を行った後の加工周辺部の写真である。破線は、加工開始位置を示し、左側から右側方向に加工をした。左側の白い部分が損傷形成起点部であり、右側の灰色の部分が損傷形成起点部を配置していないサファイア基板のベア部分である。図10Aは、ピークパワー密度0.27×108W/cm2のCWレーザ光を照射したサファイア基板の表面の写真であり、図10Bは、ピークパワー密度0.29×108W/cm2のCWレーザ光を照射したサファイア基板の表面の写真である。 FIG. 10 is a photograph of the processing periphery after laser processing is performed on the sapphire substrate. The broken line indicates the machining start position, and machining was performed from the left side to the right side. The white part on the left is the damage formation starting part, and the gray part on the right is the bare part of the sapphire substrate where the damage formation starting part is not arranged. FIG. 10A is a photograph of the surface of the sapphire substrate irradiated with CW laser light having a peak power density of 0.27 × 10 8 W / cm 2 , and FIG. 10B is a peak power density of 0.29 × 10 8 W / cm 2. It is a photograph of the surface of the sapphire substrate irradiated with CW laser light.
図10Aに示されるように、ピークパワー密度0.27×108W/cm2のCWレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成できなかったが、図10Bに示されるように、ピークパワー密度0.29×108W/cm2のCWレーザ光を照射した場合は、損傷形成起点部に損傷を形成できた。 As shown in FIG. 10A, when the CW laser light having a peak power density of 0.27 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could not be formed at the damage starting point, but as shown in FIG. 10B. In addition, when CW laser light having a peak power density of 0.29 × 10 8 W / cm 2 was irradiated, damage could be formed at the damage starting point.
以上の結果から、以上の条件でレーザ光を照射した場合の当該サファイア基板に配置した当該損傷形成起点部の加工しきい値は、ピークパワー密度0.27×108W/cm2を超え、ピークパワー密度0.29×108W/cm2未満であることがわかる。 From the above results, the processing threshold of the damage formation starting portion disposed on the sapphire substrate when irradiated with laser light under the above conditions exceeds the peak power density of 0.27 × 10 8 W / cm 2 , It can be seen that the peak power density is less than 0.29 × 10 8 W / cm 2 .
また、図10Bから、損傷形成起点部の加工しきい値を超え、サファイア基板の加工しきい値未満のレーザ光の強度(ピークパワー密度0.29×108W/cm2)のCWレーザ光で、損傷形成起点部を起点としてサファイア基板に損傷を形成できることがわかる。 Further, from FIG. 10B, a CW laser beam having a laser beam intensity (peak power density of 0.29 × 10 8 W / cm 2 ) that exceeds the processing threshold value of the damage formation starting portion and is lower than the processing threshold value of the sapphire substrate. Thus, it can be seen that damage can be formed on the sapphire substrate starting from the damage formation starting point.
サファイア基板は透明材料であることから、通常、CWレーザ光で加工を行うことはできない。一般的に、サファイア基板に損傷を形成する方法として、パルスレーザ光を用いて多光子吸収により損傷を形成する方法があるが、サファイア基板の表面の一部に損傷形成起点部を配置することで、CWレーザ光を用いて低エネルギのレーザ光でサファイア基板に損傷を形成できることがわかる。 Since the sapphire substrate is a transparent material, it cannot normally be processed with CW laser light. In general, as a method of forming damage on a sapphire substrate, there is a method of forming damage by multiphoton absorption using pulsed laser light. By placing a damage formation starting portion on a part of the surface of the sapphire substrate It can be seen that damage can be formed on the sapphire substrate with low energy laser light using CW laser light.
本発明のレーザ加工方法は、より簡単に低エネルギのレーザ光で被加工物に損傷を形成できる。たとえば、本発明のレーザ加工方法は、電子デバイスの製造におけるダイシングなどの被加工物の切断方法として有用である。 According to the laser processing method of the present invention, damage can be easily formed on a workpiece with low-energy laser light. For example, the laser processing method of the present invention is useful as a method for cutting a workpiece such as dicing in manufacturing an electronic device.
1 損傷形成起点部
2 被加工物
3 レーザ光
1 Damage Formation Start Point 2 Workpiece 3 Laser Light
Claims (4)
前記損傷形成起点部にレーザ光を照射した後に、連続して前記被加工物に直接レーザ光を照射することで、前記損傷形成起点部を起点として前記被加工物に損傷を形成するステップと、を有し、
前記損傷形成起点部は、前記被加工物よりも加工しきい値の低い、金属、合金、金属化合物または金属酸化物からなり、
前記レーザ光の強度は、前記損傷形成起点部の加工しきい値を超え、かつ、前記被加工物の加工しきい値未満である、
レーザ加工方法。 Preparing a workpiece in which a damage formation starting portion is arranged on a part of the surface;
Irradiating the workpiece with laser light continuously after irradiating the damage formation starting portion with laser light, and forming damage on the workpiece with the damage formation starting portion as a starting point; and Have
The damage formation starting portion is made of a metal, an alloy, a metal compound, or a metal oxide having a lower processing threshold than the workpiece,
The intensity of the laser light exceeds a processing threshold value of the damage formation starting point and is lower than a processing threshold value of the workpiece.
Laser processing method.
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