JP4634692B2 - Laser processing method - Google Patents

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Description

関連出願Related applications

この特許出願は、２００１年１月３１日に出願された米国特許暫定出願第60/265,556号及び２００１年３月９日に出願された米国特許出願第09/803,382号を優先権主張するものである。   This patent application claims priority from US Provisional Application No. 60 / 265,556, filed on January 31, 2001, and US Patent Application No. 09 / 803,382, filed on March 9, 2001. is there.

本発明は、紫外線（ＵＶ）レーザのパルス出力を用いて半導体、特にシリコンをアブレーション処理することにより微細寸法の構造上の特徴を高速形成する方法及び装置の双方又はいずれか一方に関するものである。   The present invention relates to a method and / or apparatus for rapidly forming micro-dimensional structural features by ablating a semiconductor, particularly silicon, using a pulsed output of an ultraviolet (UV) laser.

発明の背景Background of the Invention

半導体工業では、電子装置が形成されている半導体ウェーハから、しばしば半導体ダイと称されている個々のこれら電子装置を分断する種々の技術が用いられている。このような分断を達成する一般的な方法はダイヤモンドソーを用いる方法である。有効な半導体ダイに対するウェーハの利用面積を増大させ、これによりウェーハ当りの半導体ダイの歩留りを高めうるようにするために、ソーの通路に割当てる必要のある半導体ウェーハ上の面積を減少させる方法が多く望まれている。レーザ技術は、半導体ウェーハのダイシング通路の寸法を減少させる機会を提供するものである。   In the semiconductor industry, various techniques are used to divide individual electronic devices, often referred to as semiconductor dies, from a semiconductor wafer on which the electronic devices are formed. A general method for achieving such division is a method using a diamond saw. There are many ways to reduce the area on the semiconductor wafer that must be allocated to the saw path in order to increase the available wafer area for effective semiconductor dies and thereby increase the yield of semiconductor dies per wafer. It is desired. Laser technology provides an opportunity to reduce the size of the dicing path of a semiconductor wafer.

シリコンをレーザ処理するのにＱスイッチ１０６４ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザのような赤外線レーザを使用することは当業者にとって周知である。しかし、シリコンは１０６４ｎｍの波長では弱い波長吸収体である為、この波長で又はその付近で動作するレーザダイシング処理では重大な問題に遭遇した。代表的に、ウェーハ表面及びカッティング壁面に沿ってシリコンが再体積されることによりカッティング品質が損なわれることが確かめられている。   It is well known to those skilled in the art to use an infrared laser, such as a Q-switched 1064 nm Nd: YAG laser, to laser treat silicon. However, since silicon is a weak wavelength absorber at a wavelength of 1064 nm, significant problems have been encountered in laser dicing processes operating at or near this wavelength. Typically, it has been ascertained that cutting quality is compromised by revolume of silicon along the wafer surface and the cutting wall.

米国特許第 4,541,035号明細書及び第 4,589,190号明細書には、型番ESI Model 25のレーザスクライビングシステムに一体化された音響光学のＱスイッチ赤外線（ＩＲ）Ｎｄ：ＹＡＧレーザから生じるような１０６４ｎｍの波長のパルス出力を用いて、シリコン装置に構造上の特徴を形成する方法が開示されている。（１９８２年１２月に発行された雑誌“Applied Physics”Vol.53の９１５４〜９１６４頁に記載されたT.R. Anthony氏の論文“Diodes Formed by Laser Drilling and Diffusion ”をも参照されたい。）米国特許第 4,618,380号明細書にも、レーザでシリコン装置を処理することによりイメージングスペクトロメータを製造する方法が開示されている。   U.S. Pat. Nos. 4,541,035 and 4,589,190 include a wavelength of 1064 nm as derived from an acousto-optic Q-switched infrared (IR) Nd: YAG laser integrated into a laser scribing system of model ESI Model 25. A method of forming structural features in a silicon device using a pulse output is disclosed. (See also TR Anthony's paper “Diodes Formed by Laser Drilling and Diffusion” described on pages 9154-9164 of the magazine “Applied Physics” Vol. 53, published in December 1982.) US Pat. No. 4,618,380 also discloses a method of manufacturing an imaging spectrometer by processing a silicon device with a laser.

米国特許第 5,543,365号明細書には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザから生じるような、１０６４ｎｍの波長でパルス幅が４ナノ秒よりも広いパルス出力を用いてシリコンウェーハにポリシリコンの縞を形成する目的のレーザスクライビング装置が開示されている。或いはまた、この米国特許明細書には、周波数を２倍とした５３２ｎｍの波長を用いることができるということを開示している。   US Pat. No. 5,543,365 describes a laser intended to form polysilicon stripes on a silicon wafer with a pulse output wider than 4 nanoseconds at a wavelength of 1064 nm, such as that produced by an Nd: YAG laser. A scribing device is disclosed. Alternatively, this US patent specification discloses that a wavelength of 532 nm can be used with double the frequency.

“1992 IEEE/CHMT Int’l Electronics Manufacturing Technology Symposium”と称する国際シンポジウムで用いた論文“Excimer VS Nd:YAG laser Creation of Silicon Viasfor 3D Interconnctions ”において、Lee 氏等は、マルチチップモジュールの製造を可能にする目的でシリコンウェーハの表面に孔を形成するのに１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ波長を用いることを報告している。又、Lee 氏等は、シリコン中に貫通孔を１０６４ｎｍの波長でレーザ孔開け（レーザドリリング）すると、かなりの深さに達した際に溶融材料がしばしば孔の壁面に凝縮することを報告している。このようにシリコンが明らかに再堆積されることにより、孔を他の処理に不適切にする。Lee 氏等は、孔の品質を改善するために、１０６４ｎｍの波長での二重の孔開け処理を採用することを報告している。Lee 氏等は、直径が４ミル（約１００ミクロン（μｍ））である孔をシリコン中にカッティングするために、到来するレーザビームに対しオフセットさせた回転レンズを用いてトレパニング処理するのに、ランプポンプＱスイッチＮｄ：ＹＡＧから生じる５３２ｎｍの波長の周波数２倍パルスレーザ出力を用いることを開示している。更に、Lee 氏等は、パルス幅が７０ナノ秒でパルス繰返し周波数が３ｋHzのパルス当り８３３μＪとして用いる処理パラメータを報告している。レーザ孔開けした孔の周辺に又は孔の壁面に沿ってシリコンが再堆積されることが依然として観察され、孔を清浄とするのに化学的なエッチング処理が用いられた。 In the paper “Excimer VS Nd: YAG laser Creation of Silicon Vias for 3D Interconnctions” used in an international symposium called “1992 IEEE / CHMT Int'l Electronics Manufacturing Technology Symposium”, Lee and others can manufacture multichip modules. It has been reported that Nd: YAG laser wavelengths of 1064 nm and 532 nm are used to form holes in the surface of a silicon wafer. Lee et al. Also reported that when through holes are drilled in silicon at a wavelength of 1064 nm (laser drilling), molten material often condenses on the walls of the holes when a significant depth is reached. Yes. This apparent redeposition of silicon renders the holes unsuitable for other processes. Lee et al. Report the adoption of a double drilling process at a wavelength of 1064 nm to improve the quality of the holes. Lee et al. Described a lamp that was trepanned using a rotating lens offset to the incoming laser beam to cut a hole in silicon with a diameter of 4 mils (about 100 microns (μm)). It discloses the use of a frequency doubled pulsed laser output at a wavelength of 532 nm resulting from a pump Q switch Nd: YAG. Furthermore, Lee et al. Reported processing parameters used as 833 μJ per pulse with a pulse width of 70 nanoseconds and a pulse repetition frequency of 3 kHz. It was still observed that silicon was redeposited around the laser drilled hole or along the wall of the hole, and a chemical etching process was used to clean the hole.

Lee 氏等は、更に、シリコン中に孔開けするのに波長が２４８ｎｍのエキシマーレーザを用いることに関し報告している。採用するパルスエネルギーが極めて高い為に、孔の側壁は極めて平滑であることが報告された。Lee 氏等は、シリコンウェーハに３０秒で孔開けするのに、パルス繰返し周波数を２５０Hzとし、集束スポットサイズ（直径であるが、用語“直径”には、正確に円形でない場合の長軸の寸法を含むものとする）を５ミル（約１２５μｍ）とし、パルス当りのエネルギーを２９０ｍＪとすることを報告している。Lee 氏等は、この孔開け時間を、彼等の５３２ｎｍの波長を用いるＮｄ：ＹＡＧトレパニング技術を用いて孔開けするのに必要とする３秒と比較した。Lee 氏等は、プロジェクション技術を用いる２４８ｎｍの波長のエキシマーレーザによりシリコンに孔を開けるのに必要とする孔開け時間を減少させる方法を提案している。当業者は認識しているように、このような技術を用いて形成すべき孔の各パターンに対し適切なアパーチュアマスクを用いると、このような技術は信頼できるものとなる。   Lee et al. Also reported on using an excimer laser with a wavelength of 248 nm to drill in silicon. It has been reported that the side walls of the holes are very smooth due to the very high pulse energy employed. Lee et al. Used to drill a silicon wafer in 30 seconds with a pulse repetition frequency of 250 Hz and a focused spot size (diameter, but the term “diameter” is the dimension of the major axis when not exactly circular. Is 5 mil (about 125 μm), and the energy per pulse is 290 mJ. Lee et al. Compared this drilling time to the 3 seconds required to drill using their Nd: YAG trepanning technique using a wavelength of 532 nm. Lee et al. Have proposed a method of reducing the drilling time required to drill holes in silicon with a 248 nm wavelength excimer laser using projection technology. As those skilled in the art are aware, such techniques are reliable when using an appropriate aperture mask for each pattern of holes to be formed using such techniques.

米国特許第 5,870,421号明細書において、Dahm氏は、シリコンウェーハをダイシングする目的で近赤外線レーザを使用する問題を議論している。Dahm氏は、近赤外線レーザを用いた際に再堆積によりカッティング品質が悪くなる主たる原因は、約１ナノ秒を超えるレーザパルス幅を用いることにあるということを述べている。Dahm氏は更に、シリコン中への近赤外線波長の深い吸収深さを解決するには約１ナノ秒よりも短いパルス幅の近赤外線レーザを使用することを述べており、このような短いパルス幅により、高吸収層として作用しうる表面プラズマを生ぜしめうるということを述べている。Dahm氏は更に、ＵＶレーザは高速度でシリコンを処理するのに充分なエネルギーを生ぜしめることができず、１０６４ｎｍ波長のＮｄ：ＹＡＧレーザのような近赤外線レーザはＵＶレーザよりも大きなエネルギーを生ぜしめることができるために、近赤外線レーザは高速度の分野に用いられるということを述べている。   In US Pat. No. 5,870,421, Dahm discusses the problem of using near infrared lasers for the purpose of dicing silicon wafers. Dahm states that the main cause of poor cutting quality due to redeposition when using near-infrared lasers is the use of laser pulse widths greater than about 1 nanosecond. Dahm further describes the use of near-infrared lasers with a pulse width shorter than about 1 nanosecond to solve the deep absorption depth of near-infrared wavelengths in silicon. Describes that surface plasma that can act as a high absorption layer can be generated. Dahm further noted that UV lasers cannot produce enough energy to process silicon at high speeds, and near-infrared lasers such as 1064 nm wavelength Nd: YAG lasers produce more energy than UV lasers. It states that near infrared lasers are used in high speed fields.

米国特許第 5,593,606号明細書において、Owen氏等は、多重層装置の少なくとも２つの層を貫通する孔を形成するのに有利なパラメータ範囲内のレーザ出力パルスを発生させるのにＵＶレーザシステムを用いる利点を述べている。これらのパラメータは一般に、瞬時的なパルス幅を１００ナノ秒よりも短くし、スポット領域のスポット直径を１００μｍよりも小さくし、繰返し周波数を２００Hzよりも大きくした際のスポット領域に亙る平均強度又は放射照度を１００ｍＷよりも大きくした、非エキシマーレーザ（エキシマーレーザ以外のレーザ）の出力パルスを含んでいる。   In US Pat. No. 5,593,606, Owen et al. Use a UV laser system to generate a laser output pulse within a parameter range that is advantageous for forming a hole through at least two layers of a multilayer device. State the benefits. These parameters generally mean the average intensity or radiation over the spot area when the instantaneous pulse width is shorter than 100 nanoseconds, the spot diameter of the spot area is smaller than 100 μm, and the repetition frequency is larger than 200 Hz. It includes output pulses of non-excimer lasers (lasers other than excimer lasers) with illuminance greater than 100 mW.

米国特許第 5,841,099号明細書において、Owen氏等は、上述したパラメータに類似のパラメータの範囲内でＵＶレーザ出力を変化させて、エネルギー密度を異ならせるとともに異なる材料を加工している。Owen氏等は、レーザの繰返し周波数を変化させることにより強度を変化させてワークピースに照射するレーザスポットのエネルギー密度を変化させるか、又はスポットサイズを変化させるか、又はこれらの双方を行なっている。   In U.S. Pat. No. 5,841,099, Owen et al. Vary the energy density and process different materials by varying the UV laser power within a range of parameters similar to those described above. Owen et al. Change the intensity by changing the laser repetition frequency to change the energy density of the laser spot that irradiates the workpiece, or change the spot size, or both. .

米国特許第 5,751,585号明細書において、Cutler氏等は、ワークピース上の目標に対してレーザビームを位置決めするような、種々のツールを正確に且つ急速に位置決めする高速高精度マルチステージ位置決めシステムを開示している。Cutler氏等は、ワークピース目標位置決め命令を処理して、これらを低速及び高速ポジショナに対する命令に変換するマルチレートポジショナシステムを採用している。これらのポジショナは、位置決めデータの流れに応答して必ずしも停止することなく移動する。一例においては、この技術により、大きなワークピースにおいて小さな構造上の特徴のパターンをレーザにより微細加工しうるようにし、これによりレーザ微細加工部品の処理能力を高める。   In US Pat. No. 5,751,585, Cutler et al. Disclose a high-speed, high-precision multi-stage positioning system that accurately and rapidly positions various tools, such as positioning a laser beam relative to a target on a workpiece. is doing. Cutler et al. Employ a multi-rate positioner system that processes workpiece target positioning commands and converts them into commands for low and high speed positioners. These positioners move without necessarily stopping in response to the flow of positioning data. In one example, this technique allows a pattern of small structural features to be micromachined with a laser on a large workpiece, thereby increasing the throughput of the laser micromachined component.

発明の概要Summary of the Invention

本発明の目的は、シリコン、ヒ化ガリウム（GaAs）、炭化珪素（SiＣ）、窒化珪素（SiＮ）及びGe：Siの何れか又は任意の組合せを含む半導体や、このような半導体を後に、半導体ウェーハを含む半導体基板上に有効な電子回路及び光電子回路を形成する目的で追加の層を含めるために、当業者に周知なホトリソグラフィー技術及びエッチング処理を含む（しかしこれらに限定されない）半導体処理で処理したものに、微細流れ構造上の特徴を形成するのにレーザを用いる改善した方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor containing any one or any combination of silicon, gallium arsenide (GaAs), silicon carbide (SiC), silicon nitride (SiN) and Ge: Si, In semiconductor processing, including (but not limited to) photolithography techniques and etching processes well known to those skilled in the art to include additional layers for the purpose of forming effective electronic and optoelectronic circuits on the semiconductor substrate including the wafer. The object is to provide an improved method of using a laser to produce features on the microflow structure in the processed.

本発明の他の目的は、高パルス繰返し周波数で高パルスエネルギー出力を生じるように動作しうる、信頼性の高い非エキシマーＵＶレーザを採用する上述した方法を提供することにある。   It is another object of the present invention to provide a method as described above that employs a reliable non-excimer UV laser that can operate to produce a high pulse energy output at a high pulse repetition frequency.

本発明は、紫外線レーザによるアブレーションを用いて半導体ワークピースに５０μｍよりも小さい寸法の構造上の特徴を有するパターンを直接且つ迅速に形成する方法を提供する。高パルス繰返し周波数でパルス出力当り高エネルギーを放出しうる非エキシマーＵＶレーザの集束出力をワークピースに迅速に位置決めするのに合成ビームポジショナを用いる。上述したパターンには、集積回路の接続のための貫通孔又はブラインドホールのような、アスペクト比が極めて大きな円柱状の孔の形成や、シリコンウェーハ上に設けられた処理済み半導体ダイの曲線状又は方形状シンギュレーション（切断）や、半導体ワークピース内に形成されたマイクロ回路をペアレントウェーハから分離するマイクロタブカッティングや、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）又はマイクロエレクトロニクマシーンシステム（ＭＥＭＳ）のような光導波路中への曲線状又は方形状の構造上の特徴の形成や、ウェーハ表面へのアライメントマーク、識別マーク又はその他のマークのスクライビングを含めることができる。   The present invention provides a method for directly and rapidly forming a pattern having structural features with dimensions less than 50 μm on a semiconductor workpiece using ablation with an ultraviolet laser. A synthetic beam positioner is used to quickly position the focused output of a non-excimer UV laser on the workpiece that can emit high energy per pulse output at a high pulse repetition frequency. The pattern described above includes the formation of a cylindrical hole having a very large aspect ratio, such as a through hole or a blind hole for connecting an integrated circuit, or a curved shape of a processed semiconductor die provided on a silicon wafer. Like square singulation (cutting), microtab cutting to separate microcircuits formed in semiconductor workpieces from the parent wafer, arrayed waveguide diffraction grating (AWG) or microelectronic scene system (MEMS) This may include the formation of curved or rectangular structural features in the optical waveguide, and the scribing of alignment marks, identification marks or other marks on the wafer surface.

本発明は３９０ｎｍよりも短いレーザ波長を用い、そのために、シリコンの光吸収係数を、米国特許第 4,541,035号、第 4,589,190号及び第 5,543,365号で用いられている１０６４ｎｍの波長における光吸収係数の１０００倍よりも大きくする。Ｑスイッチ周波数３倍Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ4 又はＮｄ：ＹＬＦダイオードポンプレーザは好適なアブレーション用の紫外線出力源となる。レーザの光学システムによれば約１０μｍのガウススポットサイズが得られる。或いはまた、トップハットビームプロファイルを生じる光学システムを用いることができる。この集束されたスポットサイズを用いてシリコンを高速アブレーション処理するための例示的パルスエネルギーは、５ｋHz、好ましくは１５ｋHzよりも大きいパルス繰返し周波数でパルス当り２００μＪよりも大きくする。半値全幅点で測定したレーザパルス幅は８０ナノ秒（ｎｓ）よりも狭くするのが好ましい。 The present invention uses a laser wavelength shorter than 390 nm, so that the light absorption coefficient of silicon is 1000 times the light absorption coefficient at the 1064 nm wavelength used in US Pat. Nos. 4,541,035, 4,589,190 and 5,543,365. Larger than. A Q switch frequency tripled Nd: YAG, Nd: YVO 4 or Nd: YLF diode pump lasers are suitable UV output sources for ablation. According to the optical system of the laser, a Gaussian spot size of about 10 μm can be obtained. Alternatively, an optical system that produces a top hat beam profile can be used. An exemplary pulse energy for high speed ablation of silicon using this focused spot size is greater than 200 μJ per pulse at a pulse repetition frequency greater than 5 kHz, preferably greater than 15 kHz. The laser pulse width measured at the full width at half maximum is preferably narrower than 80 nanoseconds (ns).

ＵＶ波長を用いることの利点は、これよりも長い波長のレーザ源で得られるスポットサイズよりもかなり小さいスポットサイズを発生させることができるということにある。このように小さなスポットサイズを形成しうることにより、微細寸法の構造上の特徴をシリコンに形成しうるようにする。通常のガウス集束技術により達成しうるある固定のスポットサイズの場合、波長を短くすると、紫外線波長で焦点深度が大きくなることによりアスペクト比を大きくした構造上の特徴を形成しうるようになる。   The advantage of using UV wavelengths is that spot sizes that are much smaller than those obtained with longer wavelength laser sources can be generated. The small spot size can be formed in this way, so that structural features of fine dimensions can be formed in silicon. For a fixed spot size that can be achieved with normal Gaussian focusing techniques, shortening the wavelength allows the formation of structural features with increased aspect ratios by increasing the depth of focus at ultraviolet wavelengths.

本発明は、殆ど反射しない材料を用い、ワークピース支持構造体のための新規な製造技術を用いることにより、ウェーハチャックのようなワークピース支持構造体からの紫外線処理ビームの漂遊反射の為に生じる処理済み半導体ワークピースの損傷を低減させる方法をも提供する。   The present invention arises due to stray reflections of an ultraviolet treated beam from a workpiece support structure, such as a wafer chuck, by using a material that hardly reflects and using a novel manufacturing technique for the workpiece support structure. A method of reducing damage to a processed semiconductor workpiece is also provided.

本発明のその他の目的及び利点は、図面に関する以下の好適実施例の詳細な説明から明らかとなるであろう。
好適実施例の詳細な説明 Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments with reference to the drawings.
Detailed Description of the Preferred Embodiment

図１は、シリコンの光吸収係数を波長の関数として示す。この図１を参照するに、シリコンは紫外線の波長で光吸収係数の極めて急峻な上昇を呈する。本発明は、３９０ｎｍよりも短いレーザ波長を有効に利用し、且つシリコンの光吸収係数が紫外線で増大することをうまく利用し、シリコンを効率よく侵食除去し、これにより種々の有効なパターン又は構造をシリコン中に直接形成する。この光吸収特性は、従来技術で教えられてきたような５３２ｎｍ又は１０６４ｎｍ波長のパルス出力を用いて形成した構造に比べて紫外線では熱的に悪影響を受ける領域を著しく低減させてシリコンを極めて容易に侵食除去するものである。   FIG. 1 shows the light absorption coefficient of silicon as a function of wavelength. Referring to FIG. 1, silicon exhibits a very steep increase in light absorption coefficient at the wavelength of ultraviolet rays. The present invention makes effective use of laser wavelengths shorter than 390 nm and takes advantage of the fact that the light absorption coefficient of silicon increases with ultraviolet light, effectively eroding and removing silicon, thereby providing various effective patterns or structures. Are formed directly in silicon. This light-absorbing property makes silicon extremely easy by significantly reducing the area that is thermally adversely affected by ultraviolet light compared to structures formed using 532 nm or 1064 nm wavelength pulse output as taught in the prior art. Erosion removal.

図２は、GaAsの光吸収係数を波長の関数として示す。この図２を参照するに、GaAsは紫外線の波長で光吸収係数の極めて急峻な上昇を呈する。GaAsとシリコンとの光吸収係数は３５５ｎｍで極めて近似している。GaAsは、ダイオードレーザー及び検出器のようなオプトエレクトロニク装置における主要材料である。   FIG. 2 shows the light absorption coefficient of GaAs as a function of wavelength. Referring to FIG. 2, GaAs exhibits a very steep increase in light absorption coefficient at the wavelength of ultraviolet light. The light absorption coefficient between GaAs and silicon is very close to 355 nm. GaAs is a key material in optoelectronic devices such as diode lasers and detectors.

図３及び４は、半導体ワークピース１２に微細構造を紫外線レーザにより侵食パターニングするために採用しうるウェーハチャックアセンブリ１４０を具える複合ビーム位置決めシステム３０を用いる本発明によるレーザ処理システム１０ａ及び１０ｂをそれぞれ示す（これらレーザ処理システムを代表的に１０で示す）。これらの図３及び４を参照するに、レーザシステム１０の好適実施例では、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ又はＮｄ：ＹＶＯ4 のような固体レーザ材料（lasant）を含むのが好ましいＱスイッチダイオードポンプ（ＤＰ）固体（ＳＳ）ＵＶレーザ１４を用いる。このレーザ１４は、主としてＴＥＭ00の空間モードプロファイルを有する３５５ｎｍ（周波数３逓倍Ｎｄ：ＹＡＧ）、２６６ｎｍ（周波数４逓倍Ｎｄ：ＹＡＧ）又は２１３ｎｍ（周波数５逓倍Ｎｄ：ＹＡＧ）のような波長での１つ以上のレーザパルスのＵＶレーザ出力１６を、調和的に発生させるのが好ましい。 FIGS. 3 and 4 illustrate laser processing systems 10a and 10b, respectively, according to the present invention using a composite beam positioning system 30 that includes a wafer chuck assembly 140 that can be employed to pattern microstructures on a semiconductor workpiece 12 with an ultraviolet laser. (These laser processing systems are typically designated 10). Referring to FIGS. 3 and 4, in the preferred embodiment of the laser system 10, a Q-switched diode pump that preferably includes a solid-state laser material (lasant) such as Nd: YAG, Nd: YLF or Nd: YVO 4. A (DP) solid (SS) UV laser 14 is used. This laser 14 has a 1 at a wavelength such as 355 nm (frequency tripled Nd: YAG), 266 nm (frequency multiplied by Nd: YAG) or 213 nm (frequency multiplied by Nd: YAG) with a spatial mode profile of TEM 00. Preferably, the UV laser output 16 of one or more laser pulses is generated harmonically.

レーザ出力１６の放射照度プロファイルを表わすのに、ガウス関数を用いることができるが、当業者は、殆どのレーザ１４はＭ2 ＝１の値を有する完全なガウス出力１６を放出しないことを理解している。ここに、ガウス関数とは、Ｍ2 の値が１．３又は１．２よりも小さいのが好ましいが、約１．５以下であるプロファイルを含むものとして便宜上用いる。 Although a Gaussian function can be used to represent the irradiance profile of the laser output 16, those skilled in the art understand that most lasers 14 do not emit a full Gaussian output 16 having a value of M 2 = 1. ing. Here, it is preferable that the value of M 2 is smaller than 1.3 or 1.2, but the Gaussian function is used for convenience to include a profile that is about 1.5 or less.

好適実施例では、レーザ１４は、約３５５ｎｍで動作するLightwave Electronics 社により市販されている型番Model 210-V06 のＱスイッチ周波数３逓倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザを有する。このレーザはオレゴン州ポートランドのElectro Scientific Industries 社により市販されている型番ESI Model 2700のマイクロビアドリリングシステムに採用されている。他の実施例では、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）を高く、パルス当りのエネルギーを高くするために、約３５５ｎｍで動作するLightwave Electronics 社により市販されている型番Model 210-V09 のＱスイッチ周波数３逓倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いることができる。当業者にとって明らかなように、他のレーザを採用することができ、リストアップされる他のレーザ材料から他の波長を得ることができる。レーザキャビティの構成、高調波の発生、Ｑスイッチ動作や、位置決めシステムはすべて当業者にとって周知であるが、これらのうちの幾つかの詳細は好適実施例の説明に導入する。   In the preferred embodiment, the laser 14 comprises a Q-switched frequency tripled Nd: YAG laser of model number Model 210-V06 marketed by Lightwave Electronics, Inc. operating at about 355 nm. This laser is used in the model ESI Model 2700 micro via drilling system marketed by Electro Scientific Industries of Portland, Oregon. In another embodiment, to increase the pulse repetition frequency (PRF) and increase the energy per pulse, the Q switch frequency tripled Nd of model number Model 210-V09 sold by Lightwave Electronics, Inc., operating at about 355 nm. : YAG laser can be used. As will be apparent to those skilled in the art, other lasers can be employed and other wavelengths can be obtained from other laser materials listed. Laser cavity configuration, harmonic generation, Q-switch operation, and positioning systems are all well known to those skilled in the art, but some of these details are introduced in the description of the preferred embodiment.

ＵＶレーザ出力１６は、随意ではあるが、種々の周知の拡大及び平行化の双方又はいずれか一方の光学系１８を通過させ、光路２０に沿って伝播させ、ビーム位置決めシステム３０により指向させてレーザシステム出力パルス３２がワークピース１２上の所望のレーザ目標位置３４を照射するようにする。ビーム位置決めシステム３０は並進ステージポジショナを有するのが好ましく、このポジショナは、例えばＸ、Ｙ及びＺの任意の組合せの方向の位置決めミラー４２及び４４を支持し且つ同一の又は異なるワークピース１２上の複数の目標位置間の迅速な移動を達成する少なくとも２つの横方向並進ステージ３６及び３８を採用するのが好ましい。   The UV laser output 16 is optionally passed through various known magnification and / or collimation optics 18, propagated along the optical path 20, and directed by a beam positioning system 30. A system output pulse 32 illuminates a desired laser target position 34 on the workpiece 12. The beam positioning system 30 preferably has a translation stage positioner that supports positioning mirrors 42 and 44 in any combination of X, Y, and Z directions and a plurality on the same or different workpiece 12, for example. Preferably, at least two lateral translation stages 36 and 38 are employed that achieve rapid movement between the target positions.

好適実施例では、並進ステージポジショナは、代表的にリニアモータによりレール４６に沿って移動されるＹ方向並進ステージ３６がワークピース１２を支持及び移動させ、代表的にリニアモータによりレール４８に沿って移動されるＸ方向並進ステージ３８が高速ポジショナ５０及びこれに関連する集束レンズを支持及び移動させようにした軸線分離システムである。Ｘ方向並進ステージ３８及びＹ方向並進ステージ３６間のＺ方向の寸法も可調整としうる。位置決めミラー４２及び４４は、レーザ１４と、光路２０に沿って配置される高速ポジショナ５０との間のいかなる方向転換部をも介して光路２０を整列させる（アライメント処理）。高速ポジショナ５０には、例えば、与えられた検査データ又は設計データに基づいた１回又は繰返しの処理動作を行いうる高分解能リニアモータ又は一対のガルバノメータモータを採用しうる。Ｘ方向並進ステージ３８及びＹ方向並進ステージ３６や、高速ポジショナ５０は、パネル化データ又は非パネル化データに応答して互いに独立して制御して移動させるか、又は協同して移動させることができる。   In the preferred embodiment, the translation stage positioner is typically moved along the rail 46 by a Y-direction translation stage 36 that is moved along the rail 46 by a linear motor, and typically along the rail 48 by a linear motor. An axis separation system in which the moved X-direction translation stage 38 supports and moves the high-speed positioner 50 and its associated focusing lens. The dimension in the Z direction between the X direction translation stage 38 and the Y direction translation stage 36 may also be adjustable. The positioning mirrors 42 and 44 align the optical path 20 through any direction change part between the laser 14 and the high-speed positioner 50 disposed along the optical path 20 (alignment process). The high-speed positioner 50 may employ, for example, a high-resolution linear motor or a pair of galvanometer motors that can perform a single or repeated processing operation based on given inspection data or design data. The X-direction translation stage 38, the Y-direction translation stage 36, and the high-speed positioner 50 can be controlled to move independently of each other in response to paneled data or non-paneled data, or can be moved in cooperation. .

高速ポジショナ５０には、ワークピース１２の表面上の１つ以上の基準点に整列しうるビジョンシステムを含めるのも好ましい。ビーム位置決めシステム３０は、対物レンズ３６か又は別のカメラに対するオフアクシスを介して動作する、当業者にとって周知の通常のビジョン又はビーム‐ワークアライメントシステムを採用することができる。１実施例では、Electro Scientific Industries 社により市販されている位置決めシステム３０における、フリーダムライブラリソフトウェアを用いたＨＲＶＸビジョンボックスを採用して、レーザシステム１０とワークピース１２上の目標位置３４との間のアライメントを実行する。他の適切なアライメントシステムも市販されている。アライメントシステムは、特にラッピング又はポリッシングしたウェーハのような鏡面反射性のワークピースに対して明視野でオンアクシスの照明を採用するのが好ましい。   High speed positioner 50 also preferably includes a vision system that can be aligned to one or more reference points on the surface of workpiece 12. The beam positioning system 30 may employ a conventional vision or beam-work alignment system, known to those skilled in the art, that operates through an off-axis to the objective lens 36 or another camera. In one embodiment, an alignment between a laser system 10 and a target position 34 on a workpiece 12 is employed in a positioning system 30 marketed by Electro Scientific Industries, employing an HRVX vision box using Freedom Library software. Execute. Other suitable alignment systems are also commercially available. The alignment system preferably employs on-axis illumination in bright field, particularly for specular workpieces such as lapped or polished wafers.

更に、ビーム位置決めシステム３０は、線形目盛エンコーダ又はレーザ干渉計のようなオンアクシス位置インジケータにより表示されないＸ方向並進ステージ３８及びＹ方向並進ステージ３６のピッチ、ヨー又はロールの揺れによるアッベ誤差を決定するのに、無接点型の小変位センサを採用するのも好ましい。アッベ誤差補正システムは、補正がセンサの読みの絶対精度に依存せずにセンサの読みで検知される小さな変化のみに依存するように、正確な基準ゲージに対し校正することができる。このようなアッベ誤差補正システムは国際公開パンフレットＷＯ01/52004及び米国特許公開第2001-0029674号明細書に詳細に説明されている。この米国特許公開明細書に対応する米国特許出願第09/755,950号（特許第 6,430,465号）明細書の関連部分を参考のために導入する。   In addition, the beam positioning system 30 determines Abbe errors due to pitch, yaw or roll swings in the X and Y translation stages 38 and 36 that are not displayed by an on-axis position indicator such as a linear graduation encoder or laser interferometer. However, it is also preferable to employ a contactless small displacement sensor. The Abbe error correction system can be calibrated to an accurate reference gauge so that the correction does not depend on the absolute accuracy of the sensor reading, but only on small changes detected in the sensor reading. Such Abbe error correction system is described in detail in International Publication Pamphlet WO01 / 52004 and US Patent Publication No. 2001-0029674. The relevant portions of US patent application Ser. No. 09 / 755,950 (Patent No. 6,430,465) corresponding to this US patent publication are incorporated by reference.

位置決めシステム３０の多くの変形例が当業者にとって周知であり、位置決めシステム３０の幾つかの実施例が、米国特許第 5,751,585号明細書に詳細に説明されている。オレゴン州ポートランドのElectro Scientific Industries 社により市販されている型番ESI Model 5320のマイクロビアドリリングシステが位置決めシステム３０の好適構成例であり、電子産業に対する樹脂被覆銅パッケージのレーザドリリングに用いられている。オレゴン州ポートランドのElectro Scientific Industries 社により製造されている型番２７ｘｘ、４３ｘｘ、４４ｘｘ又は５３ｘｘのような他の好適な位置決めシステムも採用しうる。ワークピース１２を移動させるＸ‐Ｙリニアモータ及び走査レンズを移動させるＸ‐Ｙ方向並進ステージを用いるこれら位置決めシステムの幾つかは、長い直線状のカッティングを行うための費用的に有効な位置決めシステムである。当業者にとっては、固定のビーム位置に対しワークピースを位置決めする単一のＸ‐Ｙ方向並進ステージと、ビーム位置決め用の固定のガルバノメータとの双方又はいずれか一方を有するシステムを代りに採用することができることも明らかである。このようなシステムは、ＵＶレーザシステムの集束された出力パルス３２を高速度で動的に位置決めして、周期的にも非周期的にもしうる種々の有効なパターンを生ぜしめるツールパスファイルを用いるようにプログラミングしうることを当業者は認識している。又、当業者は、このようにすることにより、投射結像装置を用いてシリコン中に孔（バイアホール）を形成する前記のLee 氏等による提案よりも優れた多くの利点がえられることも認識している。   Many variations of the positioning system 30 are well known to those skilled in the art, and several embodiments of the positioning system 30 are described in detail in US Pat. No. 5,751,585. A micro-via drilling system of model number ESI Model 5320 marketed by Electro Scientific Industries, Inc. of Portland, Oregon is a preferred configuration example of positioning system 30 and is used for laser drilling of resin-coated copper packages for the electronics industry. Other suitable positioning systems such as model numbers 27xx, 43xx, 44xx or 53xx manufactured by Electro Scientific Industries of Portland, Oregon may also be employed. Some of these positioning systems that use an XY linear motor to move the workpiece 12 and an XY translation stage to move the scan lens are cost effective positioning systems for performing long linear cuttings. is there. For those skilled in the art, a system having a single XY translation stage for positioning the workpiece relative to a fixed beam position and / or a fixed galvanometer for beam positioning may be employed instead. It is clear that you can. Such a system uses a tool path file that dynamically positions the focused output pulses 32 of the UV laser system at high speeds to produce a variety of useful patterns that can be periodic or aperiodic. Those skilled in the art recognize that they can be programmed as such. In addition, those skilled in the art may obtain many advantages over the above-mentioned proposal by Lee et al. In which a hole (via hole) is formed in silicon using a projection imaging apparatus. It has recognized.

半波長板の偏光子のような光学的なレーザ出力コントローラ５２を光路２０に沿って配置することができる。更に、ホトダイオードのような１つ以上のビーム検出装置５４を、レーザ出力１６の波長に対し部分的に透過性とした位置決めミラー４４と整列されるようにレーザ出力コントローラ５２の下流に配置することができる。ビーム検出装置５４は、レーザ出力コントローラ５２の効果を変更する信号を生じるビーム診断電子装置と組合せるのが好ましい。   An optical laser output controller 52, such as a half-wave plate polarizer, can be positioned along the optical path 20. In addition, one or more beam detectors 54, such as photodiodes, may be positioned downstream of the laser output controller 52 so as to be aligned with a positioning mirror 44 that is partially transparent to the wavelength of the laser output 16. it can. The beam detector 54 is preferably combined with beam diagnostic electronics that produces a signal that alters the effect of the laser output controller 52.

図４を参照するに、レーザシステム１０ｂは、横方向で直線偏光されたレーザ出力１６ａ及び１６ｂをそれぞれ放出する少なくとも２つのレーザ１４ａ及び１４ｂを採用し、これらレーザ出力を、それぞれ反射装置４２ａ及び４２ｂに向けて光路２０ａ及び２０ｂに沿って伝播させるようにするのが好ましい。光路２０ｂに沿っては随意の波長板５６を配置することができる。好ましくは、反射装置４２ａを偏光感応ビーム合成器とし、光路２０ａ及び２０ｂの双方に沿って配置し、レーザ出力１６ａ及び１６ｂを合成して共通光路２０に沿って伝播させる。   Referring to FIG. 4, the laser system 10b employs at least two lasers 14a and 14b that emit laterally linearly polarized laser outputs 16a and 16b, respectively, and these laser outputs are reflected to the reflectors 42a and 42b, respectively. It is preferable that the light propagates along the optical paths 20a and 20b. An optional wave plate 56 can be disposed along the optical path 20b. Preferably, the reflection device 42a is a polarization sensitive beam combiner, arranged along both the optical paths 20a and 20b, and the laser outputs 16a and 16b are combined and propagated along the common optical path 20.

レーザ１４ａ及び１４ｂは、互いに同じ又は異なる種類のレーザとすることができ、同じ又は異なる波長のレーザ出力１６ａ及び１６ｂを生じうる。例えば、レーザ出力１６ａが約２６６ｎｍの波長を有し、レーザ出力１６ｂが約３５５ｎｍの波長を有するようにしうる。当業者にとって明らかなように、レーザ１４ａ及び１４ｂは横に又は上下に並べて配置し、これらの双方を一方の並進ステージ３６又は３８に取付けることができる。レーザシステム１０ｂは、エネルギーが極めて高いレーザ出力パルス３２ｂを生ぜしめることができる。図４に示す構成の特別な利点は、パルス当りのエネルギーが増大された合成レーザ出力をワークピース上に当てることができるということであり、このようなレーザ出力を通常の単一のレーザヘッドから生ぜしめるのは困難である。このようにパルス当りのエネルギーを増大させることは、深い溝又は深い円柱状の孔を肉厚のシリコンウェーハ内に侵食形成するのに特に有利である。   Lasers 14a and 14b can be the same or different types of lasers and can produce laser outputs 16a and 16b of the same or different wavelengths. For example, the laser output 16a may have a wavelength of about 266 nm and the laser output 16b may have a wavelength of about 355 nm. As will be apparent to those skilled in the art, lasers 14a and 14b can be placed side by side or side by side, and both can be attached to one translation stage 36 or 38. The laser system 10b can produce a laser output pulse 32b with very high energy. A particular advantage of the configuration shown in FIG. 4 is that a combined laser output with increased energy per pulse can be applied to the workpiece, and such laser output can be delivered from a conventional single laser head. It is difficult to produce. This increase in energy per pulse is particularly advantageous for erosion of deep grooves or deep cylindrical holes in thick silicon wafers.

レーザ出力パルス３２の形状がほぼ円形であるにもかかわらず、残留非点収差、又は楕円やその他の形状特性のような不所望なビーム特性を空間的に濾波する随意の結像光学モジュール６２によりビーム形状品質を改善させることができる。図５を参照するに、結像光学モジュール６２は、光学素子６４と、レンズ６６と、光学素子６４により形成されるビームウェストの位置又はその付近に配置され、ビームのいかなる不所望なサイドローブ及び周辺部分を阻止し、その後正確な形状としたスポットプロファイルをワークピース上に結像させるようにするアパーチュアマスク６８とを有するのが好ましい。好適実施例では、光学素子６４を集束レンズとし、レンズ６６をコリメータレンズとして、レーザシステム１０の構成に融通性を与えるようにする。   An optional imaging optics module 62 that spatially filters out unwanted beam characteristics such as residual astigmatism, or ellipses or other shape characteristics, despite the shape of the laser output pulse 32 being approximately circular. The beam shape quality can be improved. Referring to FIG. 5, the imaging optics module 62 is placed at or near the position of the beam waist formed by the optical element 64, the lens 66, and the optical element 64, and any unwanted sidelobes and It is preferable to have an aperture mask 68 that blocks the periphery and then images the precisely shaped spot profile onto the workpiece. In the preferred embodiment, the optical element 64 is a focusing lens and the lens 66 is a collimating lens to provide flexibility in the configuration of the laser system 10.

アパーチュアの大きさを変えることにより、スポット形状のエッジの鮮明さを制御し、小さくてより鮮明なエッジのビーム強度プロファイルを生ぜしめ、これによりアライメント精度を高めるようにすることができる。更に、この構成によれば、アパーチュアの形状を正確に円形にするか、又はカッティング方向に対し平行又は垂直に整列させうる方形形状、楕円形状又はその他の非円形形状に変えることができる。アパーチュアマスク６８のアパーチュアは、随意ではあるが、その光出射側で外側に向けてフレア状に拡開させることができる。結像光学モジュール６２では、アパーチュアマスク６８がＵＶ反射又はＵＶ吸収材料を有するようにしうるが、多層で高ＵＶ反射性の被膜又はその他の耐ＵＶ被膜で被覆されたサファイア又はＵＶグレード石英ガラスのような誘電体材料でアパーチュアマスク６８を形成するのが好ましい。当業者にとって明らかなように、アパーチュアマスク６８は光学素子６４及び６６を設けずに用いることができる。   By changing the size of the aperture, the sharpness of the edge of the spot shape can be controlled to produce a smaller and sharper edge beam intensity profile, thereby increasing the alignment accuracy. Furthermore, this configuration allows the aperture shape to be precisely circular, or changed to a square shape, an elliptical shape, or other non-circular shape that can be aligned parallel or perpendicular to the cutting direction. The aperture of the aperture mask 68 can be expanded in a flare shape on the light exit side, although it is optional. In the imaging optics module 62, the aperture mask 68 may have a UV reflective or UV absorbing material, such as sapphire or UV grade quartz glass coated with a multilayer, high UV reflective coating or other UV resistant coating. It is preferable to form the aperture mask 68 with a dielectric material. As will be apparent to those skilled in the art, the aperture mask 68 can be used without the optical elements 64 and 66.

他の好適実施例では、光学素子６４が光学素子６４の下流のアパーチュアマスク６８の付近に１つ以上のビーム整形素子を有し、このビーム整形素子により原ガウス放射照度プロファイルを有するレーザパルスを、ほぼ均一な“トップハット”プロファイル又は特にスーパーガウス放射照度プロファイルを有する整形した（及び集束させた）パルスに変換するようにする。このようなビーム整形素子は非球面光学系又は回折光学系を有しうる。好適実施例では、レンズ６６がビーム寸法及び発散度を制御するのに有効な結像光学系を有する。当業者にとって明らかなように、結像用の１つの又は複数のレンズ素子を採用しうる。更に、整形したレーザ出力はアパーチュアマスク６８を用いることなしに採用しうることも当業者にとって明らかである。   In another preferred embodiment, the optical element 64 has one or more beam shaping elements in the vicinity of the aperture mask 68 downstream of the optical element 64, and with this beam shaping element a laser pulse having an original Gaussian irradiance profile, Conversion to a shaped (and focused) pulse having a substantially uniform “top hat” profile or in particular a super Gaussian irradiance profile. Such a beam shaping element may have an aspheric optical system or a diffractive optical system. In the preferred embodiment, the lens 66 has imaging optics effective to control the beam size and divergence. As will be apparent to those skilled in the art, one or more lens elements for imaging may be employed. Furthermore, it will be apparent to those skilled in the art that the shaped laser output can be employed without the use of an aperture mask 68.

一好適例では、ビーム整形素子が、高効率及び高精度で複雑なビーム整形を達成しうる回折光学素子（ＤＯＥ）を有する。ビーム整形素子はガウス放射照度プロファイルをほぼ均一な放射照度プロファイルに変換するばかりではなく、整形された出力を特定なスポットサイズに集束させる。回折光学素子ＤＯＥは１つであるのが好ましいが、当業者にとって明らかなように、回折光学素子ＤＯＥは、米国特許第 5,864,430号明細書に開示された位相板及び変換素子のような複数の別々の素子を有することができる。この米国特許明細書は、ビーム整形の目的で回折光学素子ＤＯＥを設計する技術も開示している。上述した整形及び結像技術は、国際公開パンフレットＷＯ00/73013において詳細に説明されている。この国際公開パンフレットに対応する米国特許出願第09/580,396（特許第 6,433,301号）号明細書の関連部分を参考のために導入する。   In one preferred embodiment, the beam shaping element comprises a diffractive optical element (DOE) that can achieve complex beam shaping with high efficiency and accuracy. The beam shaping element not only converts the Gaussian irradiance profile to a substantially uniform irradiance profile, but also focuses the shaped output to a specific spot size. Although it is preferred that there is only one diffractive optical element DOE, it will be apparent to those skilled in the art that the diffractive optical element DOE includes a plurality of separate diffractive optical elements such as the phase plate and the conversion element disclosed in US Pat. No. 5,864,430. It can have the element of. This US patent specification also discloses a technique for designing a diffractive optical element DOE for the purpose of beam shaping. The shaping and imaging techniques described above are described in detail in International Publication Pamphlet WO00 / 73013. The relevant portions of US patent application Ser. No. 09 / 580,396 (Patent No. 6,433,301) corresponding to this international pamphlet are introduced for reference.

パルス当りのエネルギーのダイナミックレンジの融通性を高める目的のために、音響光学変調器又は電気光学変調器のような高速応答振幅制御機構を採用し、順次のパルスのパルスエネルギーを変調することができる。この高速応答振幅制御機構に代え、又はこれと組み合わせて、パルス繰返し周波数を増大又は減少させることにより、順次のパルスのパルスエネルギーを変化させることができる。図６は、本発明の実施中に採用するレーザ１４のパルスエネルギー及びパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）間の特性関係を示す。この図６に示すように、レーザ“Lightwave 210-V06 ”から２００μＪよりも大きなパルスエネルギーが得られる。更に、他のレーザ“Lightwave 210-V09L”及び“Lightwave 210-V09H”に対するパルスエネルギー及びＰＲＦ間の特性関係も示してある。当業者にとって明らかなように、図６は上述した原理を表わしているものであり、レーザシステム１０の変形例により、パルスエネルギー当業者パルス繰返し周波数との間の特性関係を異ならせることができる。   For the purpose of increasing the flexibility of the dynamic range of energy per pulse, a fast response amplitude control mechanism such as an acousto-optic modulator or an electro-optic modulator can be employed to modulate the pulse energy of sequential pulses. . Instead of or in combination with this fast response amplitude control mechanism, the pulse energy of sequential pulses can be changed by increasing or decreasing the pulse repetition frequency. FIG. 6 shows the characteristic relationship between the pulse energy and pulse repetition frequency (PRF) of the laser 14 employed during the practice of the present invention. As shown in FIG. 6, a pulse energy larger than 200 μJ can be obtained from the laser “Lightwave 210-V06”. In addition, the relationship between the pulse energy and PRF for other lasers “Lightwave 210-V09L” and “Lightwave 210-V09H” is also shown. As will be apparent to those skilled in the art, FIG. 6 illustrates the principles described above, and variations of the laser system 10 can vary the characteristic relationship between the pulse energy and the pulse repetition frequency.

ＵＶレーザシステム１０の上述した性能特性は、半導体、特にシリコンをレーザアブレーションすることによりミクロンスケールの構造上の特性を高速形成するのに用いることができる。これらの構造上の特性の形成は、シリコン又はその他のシリコンワークピース１２を完全に貫通するか又はこれに部分的に入り、アスペクト比を極めて大きくした円柱状の孔１００の形成と、シリコンウェーハ又はシリコンワークピース１２上の処理済み半導体ダイをシンギュレーション（切断）する目的で複雑な幾何学的形状の完全に貫通する又は部分的に入り込んだ溝の形成と、シリコン中に形成された超小型回路をペアレントウェーハから分離するマイクロタブ構造の形成と、ＡＷＧ上への構造の形成及びレーザシンギュレーションの形成の双方又はいずれか一方と、ＭＥＭＳ中への構造の形成とを含むが、これらに限定されるものではない。更に、本発明は、溶融による著しいリップ部の形成や、著しいスラグの形成や、構造上の特性部エッジのピールバックの形成を生じることなく、構造上の特性の形成を容易にする。   The above-described performance characteristics of the UV laser system 10 can be used to rapidly form micron-scale structural characteristics by laser ablation of semiconductors, particularly silicon. The formation of these structural characteristics may include the formation of a cylindrical hole 100 that penetrates or partially penetrates silicon or other silicon workpiece 12 and has a very high aspect ratio, and a silicon wafer or Formation of fully penetrating or partially recessed grooves of complex geometry for the purpose of singulating processed semiconductor dies on the silicon workpiece 12, and ultra-small dimensions formed in silicon Including the formation of microtab structures that separate the circuit from the parent wafer, the formation of structures on the AWG and / or laser singulation, and the formation of structures in the MEMS. It is not limited. Furthermore, the present invention facilitates the formation of structural characteristics without the formation of significant lip portions by melting, the formation of significant slags, or the formation of peel backs on the structural characteristic portion edges.

図７は、０．５μｍ厚のSiＯ2 表面安定化層（図示せず）が被覆された５００μｍ厚の真性シリコン基板７０のようなシリコンワークピース１２に紫外線アブレーションによるパターニングにより形成した円柱状の孔を示す。当業者にとって明らかなように、シリコンワークピース及び表面安定化層の厚さは変更しうる。 FIG. 7 shows a cylindrical hole formed by patterning by ultraviolet ablation on a silicon workpiece 12 such as a 500 μm thick intrinsic silicon substrate 70 covered with a 0.5 μm thick SiO 2 surface stabilizing layer (not shown). Indicates. As will be apparent to those skilled in the art, the thickness of the silicon workpiece and the surface stabilizing layer can vary.

円柱状の孔１００は、レーザシステム１０の焦平面におけるシリコンワークピース１２のレーザ目標位置３４を位置決めし、一連のレーザシステム出力パルス３２をこのシリコンワークピース１２上のレーザ目標位置３４に当てることによりパターン化するのが好ましい。本例では、シリコンワークピース１２をＸ及びＹ軸方向に移動させ、円柱状の孔１００に対する所望の位置であるコンピュータプログラミングされた中心目標位置３４にレーザシステム１０を向ける。一連のレーザシステム出力パルス３２の各々はプログラミングされた中心目標位置３４に入射される。   The cylindrical hole 100 positions a laser target position 34 of the silicon workpiece 12 in the focal plane of the laser system 10 and applies a series of laser system output pulses 32 to the laser target position 34 on the silicon workpiece 12. Patterning is preferred. In this example, the silicon workpiece 12 is moved in the X and Y axis directions and the laser system 10 is directed to a computer programmed center target position 34 that is the desired position relative to the cylindrical hole 100. Each of the series of laser system output pulses 32 is incident on a programmed central target position 34.

シリコンワークピースにおける円柱状の孔１００の、順次の重複パルスによるアブレーションパターニング（ここではパンチングと称する）の場合、パルス当りのエネルギー、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）及び集束されたスポットサイズを含む好適範囲の合成処理パラメータが、有効な円柱状の孔１００を急速パンチングする上で特に有利である。   In the case of ablation patterning (referred to herein as punching) with sequential overlapping pulses of cylindrical holes 100 in a silicon workpiece, a preferred range including energy per pulse, pulse repetition frequency (PRF) and focused spot size. Synthetic process parameters are particularly advantageous for rapid punching of effective cylindrical holes 100.

パンチング処理では、ワークピース１２をＸ及びＹ軸方向で固定させて、レーザシステムの順次の各出力パルス３２を、プログラミングされた中心目標位置３４に入射させる。本例のアブレーションによるシリコンパターニング処理の場合、パルス当りの好適なエネルギー範囲は約１００μＪ〜１５００μＪであり、更に好ましくは約２００μＪ〜１０００μＪであり、更に好ましくは約３００μＪ〜８００μＪであり、最も好ましくは約３６０μＪを超えた値である。好ましいＰＲＦの範囲は約５ｋHz〜１００ｋHzであり、更に好ましくは約７ｋHz〜５０ｋHzであり、更に好ましくは１０ｋHz〜３０ｋHzである。集束された好ましいスポットサイズの範囲は約１μｍ〜２５μｍであり、更に好ましくは約３μｍ〜２０μｍであり、最も好ましくは約８μｍ〜１５μｍである。当業者にとって明らかなように、図６に示すレーザ性能により、上述した最も好ましい範囲内のＰＲＦでパルス出力当りのエネルギーを達成しうる。具体的には、最も好ましい処理パラメータを以て動作するように型番ESI Model 2700のマイクロビアドリリングシステムをプログラミングすることにより、７５０μｍ厚のシリコンウェーハワークピースに３５μｍの直径とした円柱状の孔を形成する場合、１秒当り１００個の円柱状の孔を形成する処理能力が得られる。   In the punching process, the workpiece 12 is fixed in the X and Y axis directions and each sequential output pulse 32 of the laser system is incident on the programmed center target position 34. In the case of silicon patterning by ablation in this example, a suitable energy range per pulse is about 100 μJ to 1500 μJ, more preferably about 200 μJ to 1000 μJ, more preferably about 300 μJ to 800 μJ, and most preferably about The value exceeds 360 μJ. A preferred PRF range is from about 5 kHz to 100 kHz, more preferably from about 7 kHz to 50 kHz, and even more preferably from 10 kHz to 30 kHz. The preferred focused spot size range is about 1 μm to 25 μm, more preferably about 3 μm to 20 μm, and most preferably about 8 μm to 15 μm. As will be apparent to those skilled in the art, the laser performance shown in FIG. 6 can achieve energy per pulse output with the PRF within the most preferred range described above. Specifically, by programming the micro-via drilling system of model number ESI Model 2700 to operate with the most preferred processing parameters to form a cylindrical hole with a 35 μm diameter in a 750 μm thick silicon wafer workpiece A processing capacity of forming 100 cylindrical holes per second is obtained.

他の実施例では、順次の各レーザシステム出力パルス３２に対応させてレーザの焦点位置を高さ方向Ｚで移動させ、レーザ焦点をシリコンワークピース１２中で順次深い位置に位置させ、これにより、集束されたスポットが残りのシリコン表面により一層一致する位置に保持されるようにする。   In another embodiment, the laser focus position is moved in the height direction Z in response to each successive laser system output pulse 32, and the laser focus is sequentially positioned deeper in the silicon workpiece 12, thereby providing: The focused spot is held in a position that more closely matches the remaining silicon surface.

好適実施例では、３００マイクロジュール（μＪ）よりも大きなエネルギーとしたレーザ１４からの出力パルスエネルギーを用い、レーザシステムの約１００個の順次の出力パルス３２を用いることにより、円柱状の孔１００がワークピース１２の厚さ１０２を完全に突き抜けた。レーザシステムの出力パルス３２は、その集束されたスポットサイズ（１／ｅ2 ）直径を約１２μｍとして加工表面に入射させる。本例で得られる円柱状の孔１００は代表的に、約２０μｍの頂面開口直径（ｄt ）１０４と約１３μｍの出口直径（ｄb ）とを有し、これによりこの貫通孔である円柱状の孔のアスペクト比を約３０：１とし、孔のテーパー角を０．４°とする。 In a preferred embodiment, the cylindrical hole 100 is formed by using about 100 sequential output pulses 32 of the laser system using output pulse energy from the laser 14 with an energy greater than 300 microjoules (μJ). The thickness 102 of the workpiece 12 was completely penetrated. An output pulse 32 of the laser system is incident on the processing surface with a focused spot size (1 / e 2 ) diameter of about 12 μm. The cylindrical hole 100 obtained in this example typically has a top face opening diameter (d t ) 104 of about 20 μm and an outlet diameter (d b ) of about 13 μm, thereby providing a circle that is the through hole. The aspect ratio of the columnar hole is about 30: 1, and the taper angle of the hole is 0.4 °.

当業者にとって明らかなように、パルス当りのエネルギー、集束されたスポットサイズ、高品質の円柱状の孔１００をシリコン中に有効に形成するのに要するパルス数の正確な値は、シリコンワークピース１２の厚さ１０２や、被覆層（その一例はSiＯ2 ）の相対的な厚さ及び組成や、採用する正確な紫外線波長に応じて変えることができる。例えば、シリコン半導体ダイ上にパターン化された集積回路をプリント回路に直接導電接続する個所として用いるためにシリコン中に貫通孔である円柱状の孔を形成するには、シリコンを例えば、ほんの５０μｍの厚さにすることができる。本例では、所望の貫通孔である円柱状の孔１００を形成するのにわずか約１０個のパルスを用いればすむ。当業者は、上述したパラメータを適切に選択することにより、シリコンの全厚さ１０２を完全に貫通しない円柱状の孔（ブラインドバイア）を形成することができる。 As will be apparent to those skilled in the art, the exact value of the energy per pulse, the focused spot size, and the number of pulses required to effectively form a high quality cylindrical hole 100 in the silicon is determined by the silicon workpiece 12. , The relative thickness and composition of the coating layer (an example is SiO 2 ), and the exact ultraviolet wavelength employed. For example, to form a cylindrical hole, which is a through-hole in silicon, for use as an integrated conductive circuit patterned on a silicon semiconductor die as a direct conductive connection to a printed circuit, the silicon is, for example, only 50 μm Can be thick. In this example, only about 10 pulses need be used to form the cylindrical hole 100, which is the desired through hole. One of ordinary skill in the art can form cylindrical holes (blind vias) that do not completely penetrate the entire thickness of silicon 102 by appropriately selecting the parameters described above.

当業者にとって明らかなように、アスペクト比を大きく、テーパー角を極めて小さくしてシリコンに形成したこのような円柱状の孔は電子装置のパッケージ及び相互接続分野にとって極めて有利である。更に、これら小さな貫通孔である円柱状の孔１００の１つ以上の群を、ワークピース１２、回路又は半導体ダイの周辺付近で、或いはスクライブ通路、スライス通路又はダイシング通路内の上面上に配置し、ワークピース１２の裏面又は底面を上面上の構造上の特性に対し正確に整列させうるようにすることができる。このような整列によれば、レーザスクライビング又はレーザソーイングのような裏面処理を容易にして処理速度又は性能を高める。表面及び裏面の双方又はいずれか一方におけるウェーハスライシング又はダイシング技術は、２００１年３月９日に出願された米国特許出願第09/803,382号（特許第2002-0033558号）明細書及び２００１年６月２８日に出願された米国特許暫定出願第60/301,701号明細書に詳細に説明されている。   As will be apparent to those skilled in the art, such cylindrical holes formed in silicon with a large aspect ratio and a very small taper angle are very advantageous for the packaging and interconnect field of electronic devices. Further, one or more groups of these small through-hole columnar holes 100 are located near the periphery of the workpiece 12, circuit or semiconductor die, or on the top surface in the scribe, slice or dicing path. The back surface or bottom surface of the workpiece 12 can be accurately aligned with the structural characteristics on the top surface. Such alignment facilitates backside processing such as laser scribing or laser sawing to increase processing speed or performance. Wafer slicing or dicing techniques on the front and / or back are described in US patent application Ser. No. 09 / 803,382 (Patent No. 2002-0033558) filed on Mar. 9, 2001 and June 2001. This is described in detail in US Provisional Application No. 60 / 301,701, filed on 28th.

図８は、溝１１０を紫外線アブレーションによりシリコンワークピース１２にパターニングした状態を示す。溝１１０は、シリコンワークピース１２をレーザシステム１０の焦平面に配置し、ビーム位置決めシステム３０によりシリコンワークピース１２をそのＸ及びＹ軸の双方又はいずれか一方に沿って移動させながら、重なり合う一連の順次のレーザシステム出力パルス３２をシリコンワークピース１２に向けることによりパターン化するのが好ましい。   FIG. 8 shows a state in which the groove 110 is patterned on the silicon workpiece 12 by ultraviolet ablation. The grooves 110 place a series of overlapping silicon workpieces 12 in the focal plane of the laser system 10 and the beam positioning system 30 moves the silicon workpiece 12 along its X and / or Y axes. Patterning is preferably done by directing sequential laser system output pulses 32 to the silicon workpiece 12.

シリコンに溝を形成するアブレーションによるパターニング処理の場合、パルス当りの好ましいエネルギー範囲は約１００μＪ〜１５００μＪであり、更に好ましくは約２００μＪ〜１０００μＪであり、更に好ましくは約３００μＪ〜８００μＪであり、最も好ましくは約３６０μＪを超えた値である。好ましいＰＲＦの範囲は約５ｋHz〜１００ｋHzであり、更に好ましくは約７ｋHz〜５０ｋHzであり、更に好ましくは１０ｋHz〜３０ｋHzである。集束された好ましいスポットサイズの範囲は約１μｍ〜２５μｍであり、更に好ましくは約３μｍ〜２０μｍであり、最も好ましくは約８μｍ〜１５μｍである。好ましいバイトサイズの範囲は約０．１μｍ〜１０μｍであり、更に好ましくは約０．３μｍ〜５μｍであり、最も好ましくは約０．５μｍ〜３μｍである。レーザビーム位置決めシステムの一方又は双方のステージの速度を制御し、レーザの繰返しレート及びレーザ発射に対し移動速度を調整することにより、バイトサイズを調整することができる。   In the case of the patterning process by ablation for forming a groove in silicon, a preferable energy range per pulse is about 100 μJ to 1500 μJ, more preferably about 200 μJ to 1000 μJ, more preferably about 300 μJ to 800 μJ, and most preferably. The value exceeds about 360 μJ. A preferred PRF range is from about 5 kHz to 100 kHz, more preferably from about 7 kHz to 50 kHz, and even more preferably from 10 kHz to 30 kHz. The preferred focused spot size range is about 1 μm to 25 μm, more preferably about 3 μm to 20 μm, and most preferably about 8 μm to 15 μm. A preferred bite size range is about 0.1 μm to 10 μm, more preferably about 0.3 μm to 5 μm, and most preferably about 0.5 μm to 3 μm. The byte size can be adjusted by controlling the speed of one or both stages of the laser beam positioning system and adjusting the moving speed for laser repetition rate and laser firing.

好適実施例では、約３６０μＪのレーザ１４からの出力パルスエネルギーを用い、１μｍのバイトサイズを用い、１０ｍｍ／秒のステージ速度でワークピース１２上に１８０回通過させることにより、２．０μｍの厚さのSiＯ2 表面安定化層が被覆された７５０μｍの厚さの真性シリコンを完全に貫通する直線状の溝１１０をカッティング形成する。これらのレーザパルスは、集束されたスポットサイズ（１／ｅ2 ）直径を１２μｍとして加工表面に入射させる。当業者にとって明らかなように、処理中にシリコンワークピース１２をＸ及びＹ軸に沿って位置決めする位置決めシステム３０及びレーザシステム１０が用いるツールパスファイルのプログラミングにより、正方形、長方形、楕円形、らせん形又はこれらの任意の組合せを含む（しかし、これらに限定されるものではない）可変の幾何学的形状の種々のパターンを生ぜしめることができる。レーザカッティングの場合、ビーム位置決めシステム３０を通常の代表的なソーカッティング或いはウェーハ表面上のその他の規準又はパターンに整列させるのが好ましい。ウェーハに既に機械的にノッチが形成されている場合には、ソーイングの誤差及びアライメント誤差をなくすためにカッティングエッジへのアライメントが好ましい。 In the preferred embodiment, the output pulse energy from the laser 14 of about 360 μJ is used, a 1 μm byte size, and a 180 μm thickness over a workpiece 12 with a stage speed of 10 mm / sec. Then, a linear groove 110 that completely penetrates 750 μm thick intrinsic silicon covered with the SiO 2 surface stabilizing layer is cut and formed. These laser pulses are incident on the processing surface with a focused spot size (1 / e 2 ) diameter of 12 μm. As will be apparent to those skilled in the art, the tool path file programming used by the positioning system 30 and the laser system 10 to position the silicon workpiece 12 along the X and Y axes during processing results in a square, rectangular, elliptical, helical shape. Or various patterns of variable geometry can be produced, including (but not limited to) any combination thereof. In the case of laser cutting, it is preferable to align the beam positioning system 30 with normal typical saw cutting or other criteria or patterns on the wafer surface. If the wafer is already mechanically notched, alignment to the cutting edge is preferred to eliminate sawing and alignment errors.

レーザカッティング（その切り口幅は５０μｍよりも狭く、好ましくは２５μｍよりも狭くする）により破壊する材料は機械的なカッティング（スライシングレーンは約３００μｍとなり、ダイシング通路は約１５０μｍとなる）により破壊する材料よりも著しく少ない為、ウェーハ上の装置を互いに著しく接近させて製造でき、従って、各ウェーハ上により多くの装置を製造しうる。従って、レーザカッティング処理は行間ピッチ及び装置間ピッチを最小にする。   The material that breaks by laser cutting (the cut width is narrower than 50 μm, preferably narrower than 25 μm) than the material that breaks by mechanical cutting (the slicing lane is about 300 μm and the dicing path is about 150 μm). Can be manufactured in such a way that the devices on the wafer are very close to each other, and thus more devices can be manufactured on each wafer. Thus, the laser cutting process minimizes the line pitch and the device pitch.

機械的なカッティングが無くなることによっても、ワークピース１２上への装置の製造が簡単となる。特に、機械的なカッティングは装置に大きな機械的応力を及ぼし、これら装置をこれらのキャリア（担持体）からずらしてしまうおそれがある。行を失わないようにするために、装置の製造者は行とキャリアとの間に強力な接着剤又はエポキシ樹脂を採用しうる。あらゆるレーザ処理は、行をキャリア上に固定するために用いる接着剤の機械的な強さに関する条件を著しく低減させる。従って、レーザカッティングによれば、行をキャリアに固定するのに用いる強力な接着剤又はエポキシ樹脂や、これらを除去するのに必要とする強力な薬品を使用しないですむ。その代わり、剥離時間を減少でき、場合によっては腐食性とする薬品へさらす時間を減少できるように剥離を容易にするとともに、ＵＶレーザ処理への順応性があり、装置に対する損傷のおそれを著しく減少させ、これにより歩留りを高めるようにする接着剤を選択しうる。   The elimination of mechanical cutting also simplifies the manufacture of the device on the workpiece 12. In particular, the mechanical cutting exerts a large mechanical stress on the devices, which may cause the devices to be displaced from these carriers. In order not to lose the row, the device manufacturer may employ a strong adhesive or epoxy resin between the row and the carrier. Any laser treatment significantly reduces the requirements regarding the mechanical strength of the adhesive used to secure the rows on the carrier. Thus, laser cutting eliminates the need for strong adhesives or epoxy resins used to secure the rows to the carrier and the powerful chemicals needed to remove them. Instead, the stripping time can be reduced and, in some cases, the stripping time can be reduced to reduce the exposure time to corrosive chemicals, while being flexible to UV laser processing and significantly reducing the risk of damage to the equipment. Thus, an adhesive that increases the yield can be selected.

レーザによる行スライスは行の曲がりを減少させる。その理由は、レーザスライシングは機械的なスライシングのように大きな機械的な応力を及ぼさない為である。しかし、行の曲がり又はその他の行欠陥が現れる場合には、行をレーザによりダイスカットし（及び再びスライシングし）、臨界的な装置の場合に、機械的なダイシングに対し行間に必要とする装置のアライメントに関連することなく、これらの欠陥を補償するようにしうる。便宜上、一般的に、言葉“（スルー）カッティング”を（しばしばウェーハの行分離と関連する）スライシング又は（しばしばウェーハの行からの部品へのシンギュレーションと関連する）ダイシングを含んで用いることができ、スライシング及びダイシングは本発明の文中で入れ替えて用いることができる。   Row slicing with a laser reduces row bending. The reason for this is that laser slicing does not exert as much mechanical stress as mechanical slicing. However, if a line bend or other line defect appears, the line is diced (and re-sliced) with a laser, and in the case of a critical device, the equipment required between the lines for mechanical dicing These defects can be compensated without being related to the alignment. For convenience, the term “(through) cutting” is generally used to include slicing (often associated with wafer row separation) or dicing (often associated with singulation of parts from a row of wafers). Slicing and dicing can be used interchangeably in the context of the present invention.

ビーム位置決めシステム３０は貫通孔１００又は規準に対するアライメントを行ないうる為、レーザシステム１０は各行及び各装置の双方又はいずれか一方を独立に処理することができる。斜めの行に対しては、レーザスポットにより、所望の方形の又は曲線の波形パターンを得る各カッティング間でのステージ及びビームの双方又はいずれか一方の並進運動を行なう装置の外側エッジに対する適切な位置で、斜めの行を横切る横断カッティングを行なうことができる。従って、レーザダイシングにより、行固定による欠陥を補償できるとともに、機械的なダイシングによると破壊されるおそれのある装置の全行を保護しうるであろう。   Since the beam positioning system 30 can be aligned with the through hole 100 or reference, the laser system 10 can process each row and / or each device independently. For diagonal rows, the laser spot is suitable for the outer edge of the device performing translation of the stage and / or beam between each cutting to obtain the desired square or curved waveform pattern With this, it is possible to perform cross cutting across an oblique line. Thus, laser dicing can compensate for defects due to row fixation and mechanical dicing can protect all rows of the device that can be destroyed.

シリコンや同様な材料に対するＵＶレーザカッティングの処理能力は、長いカッティング通路を短いセグメントに分割することにより高めることができる。厚肉のシリコン中に貫通孔をカッティングするか又は溝をカッティングするには、これらのセグメントを好ましくは、例えば、約１０μｍ〜１ｍｍの範囲に、より好ましくは約１００μｍ〜１０００μｍの範囲に、最も好ましくは２００μｍ〜５００μｍの範囲とする。レーザビームは第１の短いセグメントにおいて予め決定した通過回数だけ走査し、その後第２の短いセグメントに移ってこの第２の短いセグメントにおいて予め決定した通過回数だけ走査する。バイトサイズ、セグメントサイズ及びセグメントのオーバーラップ量は、溝の埋め戻し量等が最少となるように調整しうる。   The throughput of UV laser cutting for silicon and similar materials can be increased by dividing the long cutting path into short segments. For cutting through holes or cutting grooves in thick silicon, these segments are preferably, for example, in the range of about 10 μm to 1 mm, more preferably in the range of about 100 μm to 1000 μm, most preferably Is in the range of 200 μm to 500 μm. The laser beam scans for a predetermined number of passes in the first short segment, then moves to a second short segment and scans for a predetermined number of passes in this second short segment. The byte size, segment size, and segment overlap amount can be adjusted so that the groove backfill amount and the like are minimized.

図９は、セグメント化したカッティングプロファイル１１２ａの一例を簡単化して示している。この図９を参照するに、便宜上、カッティング通路方向が左から右方向で、個別のカッティングセグメント１１６ｋ1 〜１１６ｒ3 （一般にカッティングセグメント１１６）が右から左に形成されているカッティングプロファイル１１２ａを示している。カッティングセグメント１１６ｋ1 〜１１６ｒ3 は図９では便宜上平行に示してあるが、これらのカッティングセグメント１１６ｋ1 〜１１６ｒ3 は実際には同一線上にある。図９は複数のセグメント組１１４ａを示しており、各組は最初のセグメント１１６ｋと、徐々に長くなり且つオーバーラップしている複数のセグメント１１６ｍ〜１１６ｒとを有し、これらのセグメントはアルファベットの順に処理するのが好ましい。各組１１４ａは、次の組が処理される前に、選択した中間の深さまで又は完全に貫通するカッティングが形成されるまで処理するのが好ましい。各組１１４ａに対して５つのみのオーバーラップするセグメントを示してあるが、目的とする材料の厚さに適合して必要となるかなり多数のオーバーラップするセグメントを採用することができ、特に順次の長さの増大が僅かとなるようにすることができること、当業者にとって明らかである。カッティングプロファイル１１２ａに用いるセグメント１１６の何れか又は全てを、図９に示すように単一方向で処理するのではなく、双方向で処理しうることも当業者にとって明らかである。 FIG. 9 shows a simplified example of the segmented cutting profile 112a. Referring to FIG. 9, for the sake of convenience, a cutting profile 112a in which the cutting path direction is from left to right and the individual cutting segments 116k 1 to 116r 3 (generally cutting segments 116) are formed from right to left is shown. Yes. Although the cutting segments 116k 1 to 116r 3 are shown in parallel in FIG. 9 for the sake of convenience, these cutting segments 116k 1 to 116r 3 are actually on the same line. FIG. 9 shows a plurality of segment sets 114a, each set having an initial segment 116k and a plurality of gradually increasing and overlapping segments 116m-116r, which are in alphabetical order. It is preferable to process. Each set 114a is preferably processed to a selected intermediate depth or until a completely penetrating cutting is formed before the next set is processed. Although only five overlapping segments are shown for each set 114a, a significant number of overlapping segments may be employed that are required to suit the desired material thickness, particularly sequentially. It will be apparent to those skilled in the art that the increase in length can be small. It will also be apparent to those skilled in the art that any or all of the segments 116 used in the cutting profile 112a can be processed in both directions rather than in a single direction as shown in FIG.

図１０は、セグメント化したカッティングプロファイル１１２ｂの一例を簡単化して示しており、このプロファイルはプロファイル１１２ａに幾分類似している。この図１０を参照するに、プロファイル１１２ｂはプロファイル１１２ａを開始するのと同じセグメント組１１４ａから開始される。しかし、セグメント組１１４ｂにはセグメント１１６ｋがなく、このセグメント組１１４ｂは、前に処理したセグメント組を順次増大するように６０％オーバーラップさせる。本例では、セグメント１１６ｋ1 を３０回の通過でカッティングし、その長さを２００μｍとする。次に、セグメント１１６ｍ1 を６回の通過（３０回の通過の１／５）でカッティングし、その長さを２４０μｍ（２００μｍとセグメント１１６ｋ1 の長さの２／５との合計）とする。次に、セグメント１１６ｎ1 を６回の通過でカッティングし、その長さを２８０μｍ（２００μｍとセグメント１１６ｋ1 の長さの２／５との合計）とする。この手順を、所定のセグメント組１１４ｂが完了されるまで続ける。本例では、ダイシング速度を８．５ｍｍ／分以上としうる。 FIG. 10 shows a simplified example of a segmented cutting profile 112b, which is somewhat similar to profile 112a. Referring to FIG. 10, profile 112b starts with the same segment set 114a that starts profile 112a. However, segment set 114b does not have segment 116k, and this segment set 114b overlaps the previously processed segment sets by 60% to increase sequentially. In this example, the segment 116k 1 is cut by 30 passes, and the length thereof is 200 μm. Next, the segment 116m 1 is cut by 6 passes (1/5 of 30 passes), and the length is set to 240 μm (200 μm plus 2/5 of the length of the segment 116k 1 ). Next, the segment 116n 1 is cut in six passes, and its length is 280 μm (200 μm plus 2/5 of the length of the segment 116k 1 ). This procedure is continued until the predetermined segment set 114b is completed. In this example, the dicing speed can be 8.5 mm / min or more.

カッティングが既に終了されているカッティング通路の部分を再走査するおそれを減少させるのに、実時間モニタリングを採用することもできる。更に、レーザビームの偏光方向をカッティング方向に応じて補正し、処理能力を更に高めるようにすることができる。セグメント化されたこれらのカッティング技術は、２００１年６月８日に出願された米国特許暫定出願第60/297,218号明細書に開示されている。   Real-time monitoring can also be employed to reduce the risk of rescanning portions of the cutting path that have already been cut. Furthermore, the polarization direction of the laser beam can be corrected in accordance with the cutting direction to further increase the processing capability. These segmented cutting techniques are disclosed in US Provisional Application No. 60 / 297,218, filed Jun. 8, 2001.

本発明の紫外線アブレーションによるパターニング方法の他の適用は、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロニクマシーンシステム）装置１２０を形成することにある。図１１は、ＭＥＭＳ装置１２０の、紫外線アブレーションによるパターニング方法線図的に示す。一好適例では、上述した方法を用いてシリコン中に貫通溝１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ及び１２２ｅ（代表的に溝１２２と称する）を形成するように、ＭＥＭＳ装置１２０をパターン化する。当業者にとって明らかなように、レーザ位置決めシステム３０のＸ及びＹの双方又はいずれか一方の軸をコンピュータ制御することにより、指向性のあるレーザシステム出力パルス３２を加工表面に向けて、オーバーラップされたパルスにより、複雑ないかなる曲線的幾何学形状をも表わすパターンを形成しうるようになる。この制御能力を紫外線アブレーションによるパターニング方法と組合せて用いることにより、種々のＭＥＭＳ装置１２０を効率的に製造するのに有効なシリコン中の複雑な曲線形状パターンを形成することができる。図１１には、隣接する溝のパターンにより形成された方形の孔をも示してある。   Another application of the patterning method by ultraviolet ablation of the present invention is to form a MEMS (microelectronic scene system) device 120. FIG. 11 schematically shows a patterning method of the MEMS device 120 by ultraviolet ablation. In one preferred example, the MEMS device 120 is patterned to form through-grooves 122a, 122b, 122c, 122d, and 122e (typically referred to as grooves 122) in the silicon using the method described above. As will be apparent to those skilled in the art, the directional laser system output pulses 32 are overlapped toward the work surface by computer control of the X and / or Y axes of the laser positioning system 30. The pulse allows the formation of a pattern that represents any complex curvilinear geometry. By using this control capability in combination with a patterning method using ultraviolet ablation, it is possible to form a complicated curved shape pattern in silicon effective for efficiently manufacturing various MEMS devices 120. FIG. 11 also shows square holes formed by adjacent groove patterns.

本発明の紫外線アブレーションによるパターニング方法の更に他の適用は、半導体ウェーハワークピース１２上に形成するアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）装置１３０のような光学集積回路を処理することにある。図１２は、ＡＷＧ装置１３０の紫外線アブレーションによるパターニング方法を線図的に示す。一好適例では、上述した方法を用いて、例えば、部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ及び１３２ｅを有する曲線溝１３２をシリコン中に形成するようにＡＷＧ１３０をパターン化した。溝１３２は対称となるように示してあるが、当業者にとって明らかなように、レーザ位置決めシステム３０のＸ及びＹの双方又はいずれか一方の軸をコンピュータ制御することにより、指向性のあるレーザシステム出力パルス３２を加工表面に向けて、オーバーラップされたパルス３２により、複雑ないかなる曲線的プロファイル又は幾何学形状をも表わすパターンを形成しうるようになる。この制御能力を紫外線アブレーションによるパターニング方法と組合せて用いることにより、種々のＡＷＧ装置１３０を効率的に製造するのに有効なシリコン中の複雑な曲線形状パターンを形成することができる。   Yet another application of the patterning method by ultraviolet ablation of the present invention is in processing an optical integrated circuit such as an arrayed waveguide grating (AWG) device 130 formed on a semiconductor wafer workpiece 12. FIG. 12 diagrammatically shows a patterning method by ultraviolet ablation of the AWG device 130. In one preferred embodiment, the method described above was used to pattern the AWG 130 to form, for example, a curved groove 132 having portions 132a, 132b, 132c, 132d, and 132e in silicon. Although the grooves 132 are shown to be symmetrical, as will be apparent to those skilled in the art, a directional laser system can be obtained by computer controlling the X and / or Y axes of the laser positioning system 30. With the output pulse 32 directed toward the work surface, the overlapped pulse 32 can form a pattern that represents any complex curvilinear profile or geometry. By using this control capability in combination with a patterning method by ultraviolet ablation, it is possible to form a complicated curved shape pattern in silicon effective for efficiently manufacturing various AWG devices 130.

シリコンワークピース１２を貫通処理するのにアルミニウムから形成されたような通常の金属チャックを採用するのは有利でない。その理由は、これらの従来の金属材料の反射率は紫外線において高いことにより、シリコンワークピース１２にバックサイドダメージを導入するおそれがある為である。貫通処理が終了された後、金属チャックのトップから起こる反射エネルギーにより円柱状の貫通孔１００又は貫通溝１１０の周囲にバックサイドダメージが生じる著しい痕跡を実験により確かめた。しかし、思いがけなくも金属チャックトップの規準孔（ツーリングホール）上で孔開け形成した円柱状貫通孔１００又は貫通溝１１０の付近にはバックサイドダメージが見いだされなかった。   It is not advantageous to employ a conventional metal chuck such as that formed from aluminum to pierce the silicon workpiece 12. The reason is that the reflectance of these conventional metal materials is high in ultraviolet rays, which may introduce backside damage to the silicon workpiece 12. After the penetrating process was completed, a remarkable trace in which backside damage occurred around the cylindrical through hole 100 or the through groove 110 due to reflected energy generated from the top of the metal chuck was confirmed by experiments. However, unexpectedly, no backside damage was found in the vicinity of the cylindrical through hole 100 or the through groove 110 formed by drilling on the reference hole (tooling hole) of the metal chuck top.

図１３は、紫外線アブレーションによるパターニング方法を用いて貫通処理を行なうのに好ましいようにシリコンワークピース１２が配置されるチャックアセンブリ１４０を線図的に示す。チャックアセンブリ１４０は真空チャックベース１４２と、チャックトップ１４４と、随意の保持用キャリア１４６とを有するのが好ましい。真空チャックベース１４２は、通常の金属材料から形成するのが好ましく、追加のプレート１４８（図４）にボルト留めするのが好ましい。プレート１４８は、ステージ３６及び３８の少なくとも一方に容易に連結しうるように且つこれから容易に分離しうるようになっている。係合機構は機械的とするのが好ましく、互いに対向する条溝及びリッジを有し且つ鎖錠機構を有するようにしうる。当業者にとって明らかなように、ベース１４２はステージ３６又は３８に直接固着するようにもすることができる。   FIG. 13 diagrammatically shows a chuck assembly 140 in which the silicon workpiece 12 is placed as preferred for performing a penetration process using a patterning method by ultraviolet ablation. The chuck assembly 140 preferably includes a vacuum chuck base 142, a chuck top 144, and an optional holding carrier 146. The vacuum chuck base 142 is preferably formed from a conventional metal material and is preferably bolted to an additional plate 148 (FIG. 4). Plate 148 can be easily connected to and separated from at least one of stages 36 and 38. The engagement mechanism is preferably mechanical, and may have a groove and a ridge facing each other and a locking mechanism. As will be apparent to those skilled in the art, the base 142 can also be secured directly to the stage 36 or 38.

チャックトップ１４４は、特定のパターニング分野に対し選択される紫外線波長で反射率が低い誘電体材料から形成するのが好ましい。周波数３倍ＱスイッチダイオードポンプＮｄ：ＹＡＧレーザからの３５５ｎｍ出力を採用する一好適例では、ＵＶに対し透明なチャックトップ１４４を紫外線級又はエキシマー級の石英ガラス、MgＦ2 又はCaＦ2 から形成する。他の例では、上述したことに代え又は加え、ＵＶに対し透明なチャックトップ１４４を液体で冷却し、シリコンワークピース１２の温度安定性を維持させる手助けをすることができる。当業者にとって明らかなように、石英ガラスは、非晶質の二酸化シリコンより成る紫外線透過材料であり、シリコンと酸素との化学結合物より成っている。 The chuck top 144 is preferably formed from a dielectric material that has low reflectivity at the ultraviolet wavelength selected for the particular patterning field. In a preferred embodiment employing a 355 nm output from a triple frequency Q-switched diode pumped Nd: YAG laser, a UV transparent chuck top 144 is formed from ultraviolet or excimer grade quartz glass, MgF 2 or CaF 2 . In another example, instead of or in addition to the above, the UV transparent chuck top 144 can be cooled with a liquid to help maintain the temperature stability of the silicon workpiece 12. As will be apparent to those skilled in the art, quartz glass is an ultraviolet light transmissive material made of amorphous silicon dioxide and is made of a chemical bond between silicon and oxygen.

図１３を再び参照するに、シリコンワークピース１２を支持するとともにこれを紫外線アブレーションによるパターニングの後に保持する目的のために保持用キャリア１４６をチャックトップ１４４上に配置することができる。バックサイド反射が、貫通処理されるワークピース１２を損傷させないようにするために、この保持用キャリア１４６も紫外線透過材料から形成するのが好ましい。この保持用キャリア１４６は、貫通処理作業後にこの処理されたシリコンワークピース１２を収める浅い凹所を有するように機械加工するのが好ましい。   Referring again to FIG. 13, a holding carrier 146 can be placed on the chuck top 144 for the purpose of supporting the silicon workpiece 12 and holding it after patterning by ultraviolet ablation. In order to prevent backside reflection from damaging the workpiece 12 to be penetrated, this holding carrier 146 is also preferably formed from a UV transparent material. The holding carrier 146 is preferably machined to have a shallow recess for receiving the treated silicon workpiece 12 after the penetrating operation.

他の例では、チャックトップ１４４又は保持用キャリア１４６をAl又はCuのような紫外線吸収材料から形成し、レーザシステム１０がワークピース１２内に孔開け形成すべき浅い凹所のパターンのツールパスファイルを用いて対応するパターンをチャックトップ１４４又は保持用キャリア１４６の材料内にカッティングしうるようにすることができる。これらの凹所は例えば、意図して開ける孔又はエッジパターンに対応させ、貫通カッティング処理中のワークピース１２へのバックサイドダメージを防止しうるようにする。更に、処理により得られるいかなる残骸破片もワークピース１２の裏面から離れた凹所内に収めることができる。一好適例では、浅い凹所のパターンは、処理後のワークピース１２の寸法よりも僅かに大きな寸法を有するようにし、これにより処理済みのワークピース１２を保持用キャリア１４６の凹所内に収めうるようにする。他の例では、保持用キャリア１４６を光学的な製造又はエッチング処理のような他の手段により紫外線透過材料から形成し、その後にこの保持用キャリアをチャックトップ１４４上に整列及び固定させる。上述した例のチャックアセンブリ１４０は、ポリアミドのような他の材料にＵＶにより孔開けするのにも有効に適用しうる。   In another example, the chuck top 144 or holding carrier 146 is formed from a UV-absorbing material such as Al or Cu, and the tool path file of a shallow recess pattern that the laser system 10 is to drill into the workpiece 12. Can be used to cut the corresponding pattern into the material of the chuck top 144 or holding carrier 146. These recesses, for example, correspond to holes or edge patterns that are intentionally opened so that backside damage to the workpiece 12 during the through cutting process can be prevented. In addition, any debris obtained from the process can be contained in a recess away from the back side of the workpiece 12. In one preferred embodiment, the shallow recess pattern may have a dimension that is slightly larger than the dimension of the processed workpiece 12 so that the processed workpiece 12 can fit within the recess of the holding carrier 146. Like that. In another example, the holding carrier 146 is formed from a UV transmissive material by other means such as optical manufacturing or etching, after which the holding carrier is aligned and secured on the chuck top 144. The example chuck assembly 140 described above can also be effectively applied to UV drilling in other materials such as polyamide.

当業者にとって明らかなように、窒素、アルゴン、ヘリウム及び乾燥空気のようなパージガスを有効に用いて、廃棄ヒュームをワークピース１２から除去する手助けをしうる。このようなパージガスは、レーザシステム１０に取付けた排出ノズルを用いて加工表面のすぐ近辺に排出しうる。   As will be apparent to those skilled in the art, purge gases such as nitrogen, argon, helium and dry air can be used effectively to help remove waste fumes from the workpiece 12. Such a purge gas can be discharged in the immediate vicinity of the processing surface using a discharge nozzle attached to the laser system 10.

紫外線アブレーションによるパターニング方法を用いて処理したシリコンワークピース１２の表面品質を改善するためには、水、アセトン、メタノール及びエタノール（これらに限定されない）を入れた超音波浴を用いて処理済みワークピース１２を洗浄することができる。当業者にとって明らかなように、処理済みワークピース１２をフッ化水素酸中で洗浄することは、不所望な酸化物層を除去する上で有益となりうる。   In order to improve the surface quality of the silicon workpiece 12 processed using the patterning method by ultraviolet ablation, the processed workpiece is processed using an ultrasonic bath containing water, acetone, methanol and ethanol (but not limited to). 12 can be washed. As will be apparent to those skilled in the art, cleaning the treated workpiece 12 in hydrofluoric acid can be beneficial in removing undesired oxide layers.

上述したことは殆ど、シリコン及びGaAsを処理する方向に向けられたが、上述した方法は一般に、ワークピース１２に対する基板７０として用いられる他の半導体、例えば、SiＣ、SiＮ又はリン化インジウムにも適用しうる。   Although most of the above has been directed to processing silicon and GaAs, the method described above is also generally applicable to other semiconductors used as substrate 70 for workpiece 12, such as SiC, SiN, or indium phosphide. Yes.

本発明は上述した実施例に限定されず、種々に変更を加えうること明らかである。   It is apparent that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.

シリコンの光吸収係数を波長の関数として示すグラフ線図である。It is a graph which shows the light absorption coefficient of silicon as a function of a wavelength. ヒ化ガリウム（GaAs）の光吸収係数を波長の関数として示すグラフ線図である。FIG. 3 is a graph showing the optical absorption coefficient of gallium arsenide (GaAs) as a function of wavelength. 本発明により、紫外線レーザアブレーションを用いて半導体中に微細構造をパターニングする好適なレーザシステムを簡単化して線図的に示す斜視図である。1 is a simplified schematic diagram of a suitable laser system for patterning a microstructure in a semiconductor using ultraviolet laser ablation according to the present invention. FIG. 紫外線レーザアブレーションを用いて半導体中に微細構造をパターニングする他の好適なレーザシステムを簡単化して線図的に示す斜視図である。FIG. 6 is a simplified schematic diagram of another suitable laser system for patterning a microstructure in a semiconductor using ultraviolet laser ablation. 紫外線レーザアブレーションを用いて半導体中に微細構造をパターニングするレーザシステムに用いうる結像光学モジュールを簡単化して示す線図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an imaging optical module that can be used in a laser system that patterns a microstructure in a semiconductor using ultraviolet laser ablation. 本発明の実行（アブレーションによる半導体のパターニング）中に用いるレーザ（高平均出力ダイオードポンプ３５５ｎｍレーザ）のパルスエネルギー及びパルス繰返し周波数間の特性関係を示すグラフ線図である。FIG. 6 is a graph diagram showing a characteristic relationship between pulse energy and pulse repetition frequency of a laser (high average output diode pump 355 nm laser) used during the execution (semiconductor patterning by ablation) of the present invention. 紫外線アブレーションによりシリコン中に円柱状の孔をパターニングした状態を示す線図である。It is a diagram which shows the state which patterned the cylindrical hole in the silicon | silicone by ultraviolet ablation. 紫外線アブレーションによりシリコン中に溝パターンをパターニングした状態を示す線図である。It is a diagram which shows the state which patterned the groove pattern in the silicon | silicone by ultraviolet ablation. 半導体材料中に長いカッティングを行なうためのセグメント化したカッティングプロファイルの一例を簡単化して示す線図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of a segmented cutting profile for performing long cutting in a semiconductor material. 半導体材料中に長いカッティングを行なうためのセグメント化したカッティングプロファイルの他の例を簡単化して示す線図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating another example of a segmented cutting profile for performing long cutting in a semiconductor material. 半導体ウェーハ上へのＭＥＭＳ装置の、紫外線アブレーションによるパターニングを示す線図である。It is a diagram showing patterning by ultraviolet ablation of a MEMS device on a semiconductor wafer. 紫外線アブレーションによりＡＷＧ装置を半導体ウェーハ上にパターニングした状態を示す線図である。It is a diagram which shows the state which patterned the AWG apparatus on the semiconductor wafer by ultraviolet ablation. 紫外線アブレーションによるパターニング方法を用いて処理する間半導体ワークピースが載せられる紫外線透過チャックを示す線図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an ultraviolet transmissive chuck on which a semiconductor workpiece is placed during processing using a patterning method by ultraviolet ablation.

Claims (35)

シリコン、GaAs、リン化インジウム、炭化珪素、窒化珪素、Ge：Si又は単結晶サファイア基板をレーザによりスクライビング、カッティング又は孔形成処理するレーザ処理方法において、
５ｋHzよりも大きいパルス繰返し周波数で１００μＪよりも大きい出力パルスエネルギーを有する第１レーザシステム出力を４００ｎｍよりも短い波長で発生させる工程と、
前記第１レーザシステム出力を前記基板上の目標位置に指向させ、この目標位置における基板材料を、この基板材料の表面上で２５μｍよりも小さい直径の第１スポット面積をもって除去する工程と、
５ｋHzよりも大きいパルス繰返し周波数で１００μＪよりも大きい出力パルスエネルギーを有する第２レーザシステム出力を発生させる工程と、
前記第２レーザシステム出力を、前記基板材料の表面上で２５μｍよりも小さい直径の第２スポット面積をもって第２目標位置に当るように指向させ、第２スポット面積は第１スポット面積を少なくとも部分的にオーバーラップするようにする工程と、
前記基板材料内に５０μｍ又はそれよりも深い深さまで構造上の特徴を形成するのに少なくとも前記第１及び第２レーザシステム出力を採用する工程と
を有するレーザ処理方法。In a laser processing method in which silicon, GaAs, indium phosphide, silicon carbide, silicon nitride, Ge: Si or single crystal sapphire substrate is scribed, cut or formed with a laser by a laser,
Generating a first laser system output having a pulse repetition frequency greater than 5 kHz and an output pulse energy greater than 100 μJ at a wavelength shorter than 400 nm;
Directing the first laser system output to a target location on the substrate and removing the substrate material at the target location with a first spot area having a diameter of less than 25 μm on the surface of the substrate material;
Generating a second laser system output having an output pulse energy greater than 100 μJ at a pulse repetition frequency greater than 5 kHz;
Directing the second laser system output to a second target position with a second spot area having a diameter of less than 25 μm on the surface of the substrate material, wherein the second spot area is at least partially aligned with the first spot area; a step so as to overlap in,
Employing at least the first and second laser system outputs to form structural features in the substrate material to a depth of 50 μm or deeper . 請求項１に記載のレーザ処理方法において、基板材料中に貫通カッティングを形成するように進行する前記第１及び第２レーザシステム出力の双方又はいずれか一方に対し殆ど非反射性の表面材料を有するチャックにより基板材料を支持するレーザ処理方法。  The laser processing method of claim 1, comprising a surface material that is substantially non-reflective with respect to and / or one of the first and second laser system outputs that proceeds to form a through-cutting in the substrate material. A laser processing method for supporting a substrate material by a chuck. 請求項２に記載のレーザ処理方法において、前記基板材料が裏面を有し、前記チャックの表面材料が、前記基板材料中にカッティング形成するように進行するレーザシステム出力による基板材料の裏面へのレーザ損傷を殆ど生ぜしめないようにするレーザ処理方法。  3. The laser processing method according to claim 2, wherein the substrate material has a back surface, and the surface material of the chuck advances to the back surface of the substrate material by a laser system output that proceeds to form a cutting in the substrate material. A laser treatment method that causes little damage. 請求項２に記載のレーザ処理方法において、チャックの表面材料は、前記基板材料中にカッティング形成するように進行する前記第１及び第２レーザシステム出力の双方又はいずれか一方をほぼ完全に透過するようにするレーザ処理方法。  3. The laser processing method according to claim 2, wherein the surface material of the chuck is substantially completely transmissive to the first and / or second laser system output which proceeds to form a cut in the substrate material. Laser processing method to do so. 請求項２に記載のレーザ処理方法において、チャックの表面材料は、前記基板材料中にカッティング形成するように進行する第１及び第２レーザシステム出力の双方又はいずれか一方のレーザ波長に対しほぼ完全な吸収性を呈するようにするレーザ処理方法。  3. The laser processing method according to claim 2, wherein the surface material of the chuck is substantially perfect for the laser wavelengths of the first and / or second laser system outputs that proceed to form a cut in the substrate material. Laser processing method that exhibits excellent absorption. 請求項１に記載のレーザ処理方法において、前記第１及び第２レーザシステム出力は双方とも同じレーザにより発生させるレーザ処理方法。  2. The laser processing method according to claim 1, wherein both the first and second laser system outputs are generated by the same laser. 請求項１又は２に記載のレーザ処理方法において、前記第１及び第２レーザシステム出力は互いに異なるレーザにより発生させるレーザ処理方法。  3. The laser processing method according to claim 1, wherein the first and second laser system outputs are generated by different lasers. 請求項７に記載のレーザ処理方法において、前記第１及び第２レーザシステム出力は互いに異なる波長を有するようにするレーザ処理方法。  8. The laser processing method according to claim 7, wherein the first and second laser system outputs have different wavelengths. 請求項１に記載のレーザ処理方法において、レーザシステム出力の流束量を２０Ｊ／cm2 よりも大きくするレーザ処理方法。In the laser processing method according to claim 1, the laser processing method be greater than 20 J / cm 2 fluence Les chromatography The system output. 請求項１に記載のレーザ処理方法において、レーザシステム出力の流束量を１００Ｊ／cm2 よりも大きくするレーザ処理方法。In the laser processing method according to claim 1, a laser processing method for greater than 100 J / cm 2 fluence Les chromatography The system output. 請求項１０に記載のレーザ処理方法において、基板材料の厚さを３００μｍよりも厚くするレーザ処理方法。Laser in the processing method, the thickness Kusuru laser processing method than 300μm thickness of the substrate material of claim 10. 請求項１１に記載のレーザ処理方法において、前記第１及び第２レーザシステム出力の双方又はいずれか一方が３６０μＪよりも大きい出力パルスエネルギーを有するようにするレーザ処理方法。  12. The laser processing method according to claim 11, wherein both or one of the first and second laser system outputs has an output pulse energy greater than 360 [mu] J. 請求項１１に記載のレーザ処理方法において、前記第１及び第２レーザシステム出力の双方又はいずれか一方を１０ｋHzよりも大きいパルス繰返し周波数で発生させるレーザ処理方法。  12. The laser processing method according to claim 11, wherein both or one of the first and second laser system outputs is generated at a pulse repetition frequency greater than 10 kHz. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザ処理方法において、更に、
低速及び高速運動制御信号を位置決め信号プロセッサから生ぜしめる工程と、
低速運動制御信号に応答して低速ポジショナドライバを用い、並進ステージの大きな相対運動範囲を制御する工程と、
高速運動制御信号に応答して高速ポジショナドライバを用い、高速ポジショナの小さな相対運動範囲を制御して基板材料の表面上でのカッテイングプロファイルを有効にする工程と
を具えるレーザ処理方法。The laser processing method according to any one of claims 1 to 13, further comprising:
Generating low speed and high speed motion control signals from a positioning signal processor;
Using a low speed positioner driver in response to a low speed motion control signal to control a large relative motion range of the translation stage;
Using a high-speed positioner driver in response to the high-speed motion control signal to control a small relative motion range of the high-speed positioner to enable a cutting profile on the surface of the substrate material. 請求項１〜８，１２，１３のいずれか一項に記載のレーザ処理方法において、更に、
少なくとも５０μｍの厚さの基板材料を通る貫通孔を形成し、この貫通孔のアスペクト比を２０：１よりも大きくするレーザ処理方法。In the laser processing method as described in any one of Claims 1-8,12,13 , Furthermore,
A laser processing method, wherein a through hole is formed through a substrate material having a thickness of at least 50 μm, and an aspect ratio of the through hole is larger than 20: 1. 請求項１５に記載のレーザ処理方法において、前記第１及び第２レーザシステム出力の双方又はいずれか一方が少なくとも５つのレーザパルスを有するようにするレーザ処理方法。  16. The laser processing method according to claim 15, wherein both or any one of the first and second laser system outputs has at least five laser pulses. 請求項１５に記載のレーザ処理方法において、基板材料の前面上にレーザシステム出力を照射し、その裏面に至る貫通孔を形成し、このレーザ処理方法は更に、
基板の裏面における貫通孔を用いて、基板材料の裏面上のスクライビング、カッティング、スライシング又はダイシングのレーザ処理を実行するための、基板に対する後のレーザシステム出力のアライメントを行なう工程
を有するレーザ処理方法。The laser processing method according to claim 15, wherein the laser system output is irradiated on the front surface of the substrate material to form a through hole reaching the back surface thereof.
A laser processing method comprising a step of aligning a subsequent laser system output with respect to a substrate to perform scribing, cutting, slicing, or dicing laser processing on the back surface of the substrate material using a through hole in the back surface of the substrate. 請求項１５に記載のレーザ処理方法において、少なくとも２つの貫通孔を形成し、これら双方の貫通孔を用いて他の処理のための基板材料の裏面のアライメントを行なうレーザ処理方法。  16. The laser processing method according to claim 15, wherein at least two through holes are formed and the back surface of the substrate material for other processing is aligned using both of the through holes. 請求項１５に記載のレーザ処理方法において、基板の前面上にレーザシステム出力を照射し、その裏面に至る貫通孔を形成し、この際、孔を開けた表面材料を有するチャックにより基板を支持し、前記孔の上で貫通孔処理を行なうレーザ処理方法。  16. The laser processing method according to claim 15, wherein a laser system output is irradiated on the front surface of the substrate to form a through hole reaching the back surface, and at this time, the substrate is supported by a chuck having a surface material having the holes formed therein. The laser processing method which performs a through-hole process on the said hole. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザ処理方法において、更に、
長さ方向のサイズがスポットサイズよりも大きな切溝を形成する工程
を有するレーザ処理方法。The laser processing method according to any one of claims 1 to 13, further comprising:
A laser processing method comprising a step of forming a kerf having a size in a length direction larger than a spot size. 請求項２０に記載のレーザ処理方法において、レーザシステム出力は、溶融によるリップ部の形成を抑止する特性とするレーザ処理方法。  21. The laser processing method according to claim 20, wherein the laser system output has a characteristic of suppressing formation of a lip portion due to melting. 請求項２０に記載のレーザ処理方法において、レーザシステム出力は、スラグの形成を抑止する特性とするレーザ処理方法。  21. The laser processing method according to claim 20, wherein the laser system output has a characteristic of suppressing the formation of slag. 請求項２０に記載のレーザ処理方法において、レーザシステム出力は、切溝のエッジのピールバックを抑止する特性とするレーザ処理方法。  21. The laser processing method according to claim 20, wherein the laser system output has a characteristic of suppressing peel back of the kerf edge. 請求項２０に記載のレーザ処理方法において、レーザシステム出力は、切溝のエッジに沿う損傷を抑止する特性とするレーザ処理方法。21. The laser processing method according to claim 20, wherein the laser system output has a characteristic of suppressing damage along the edge of the kerf. 請求項２０に記載のレーザ処理方法において、更に、
５ｋHzよりも大きいパルス繰返し周波数で１００μＪよりも大きい出力パルスエネルギーを有する順次のレーザシステム出力を、４００ｎｍよりも短い波長で発生させる工程と、
前記順次のレーザシステム出力を、基板材料の表面上で２５μｍよりも小さい直径のスポット面積をもって順次の目標位置に当るように指向させ、順次のスポット面積はそれぞれ前のスポット面積を少なくとも部分的にオーバーラップさせて、切溝を形成するようにする工程と
を具えるレーザ処理方法。The laser processing method according to claim 20, further comprising:
Generating a sequential laser system output with a pulse repetition frequency greater than 5 kHz and an output pulse energy greater than 100 μJ at a wavelength shorter than 400 nm;
The sequential laser system output is directed to a sequential target position with a spot area of diameter less than 25 μm on the surface of the substrate material, each sequential spot area at least partially exceeding the previous spot area. A laser processing method comprising: lapping and forming a kerf. 請求項２０に記載のレーザ処理方法において、前記切溝は曲線状のプロファイルを有するようにするレーザ処理方法。  21. The laser processing method according to claim 20, wherein the kerf has a curved profile. 請求項２０に記載のレーザ処理方法において、基板材料には底部を有する深い切溝を形成し、これら深い切溝によりマイクロ回路装置を分割するがこれら深い切溝の底部に充分な厚さの基板材料を保ってマイクロ回路装置を連結し、更に、レーザシステム出力を採用してマイクロ回路装置を分断する工程を有するレーザ処理方法。  21. The laser processing method according to claim 20, wherein a deep kerf having a bottom is formed in the substrate material, and the microcircuit device is divided by the deep kerf, but the substrate has a sufficient thickness at the bottom of the deep kerf. A laser processing method comprising a step of connecting a microcircuit device while maintaining a material, and further separating the microcircuit device by adopting a laser system output. 請求項２０に記載のレーザ処理方法において、基板材料をチャックにより支持し、基板材料が有する厚さを貫通させて切溝を延在させ、この際、チャックに孔を開け、この孔の上で貫通切溝処理を行なうレーザ処理方法。  21. The laser processing method according to claim 20, wherein the substrate material is supported by the chuck, the kerf is extended through the thickness of the substrate material, a hole is formed in the chuck, and the hole is formed on the hole. Laser processing method for performing through kerf processing. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザ処理方法において、更に、
ワークピースの第１表面上の光学的に識別可能な構造上の第１特徴を識別する工程と、
この第１表面上の光学的に識別可能な構造上の第１特徴に対するレーザシステムの第１目標位置のアライメントを行ない、この第１目標位置が前記第１表面上でワークピースの素子の意図する側に近接するようにするアライメント工程と、
第１目標位置で第１表面をこれと直線的に照射するように１つ以上の第１レーザシステム出力を指向させ、第１切溝を基板材料の厚さよりも浅い切溝深さまで形成する工程と、
第１表面又は第２表面上の光学的に識別可能な構造上の第２特徴に対するレーザシステムの第２目標位置のアライメントを行ない、この第２目標位置が前記第２表面上でワークピースの素子の意図する側に近接するとともに第１目標位置と同じ平面内にあるようにするアライメント工程と、
第２目標位置で第２表面をこれと直線的に照射するように１つ以上の第２レーザシステム出力を指向させ、第２切溝を第１切溝と同じ平面内で形成し、ワークピースの素子の意図する側を規定する貫通カッティングを形成する工程と
を具えるレーザ処理方法。The laser processing method according to any one of claims 1 to 13, further comprising:
Identifying a first optically distinguishable structural feature on the first surface of the workpiece;
Alignment of a first target position of the laser system with respect to a first optically distinguishable structural feature on the first surface, the first target position being intended for an element of the workpiece on the first surface An alignment step to be close to the side,
Directing one or more first laser system outputs to irradiate the first surface linearly with the first surface at the first target position, and forming the first kerf to a kerf depth shallower than the thickness of the substrate material. When,
Alignment of a second target position of the laser system with respect to a second optically distinguishable structural feature on the first surface or the second surface, the second target position being an element of the workpiece on the second surface An alignment step that is close to the intended side and is in the same plane as the first target position;
Directing one or more second laser system outputs to irradiate the second surface linearly therewith at a second target position, forming a second kerf in the same plane as the first kerf, and workpiece Forming a through-cutting that defines an intended side of the device. 請求項２９に記載のレーザ処理方法において、光学的に識別可能な構造上の前記第１及び第２特徴は、それぞれ基板材料の厚さ全体に亙ってレーザにより孔開けされて第１及び第２表面の双方に現れた貫通孔を有するようにするレーザ処理方法。30. The laser processing method according to claim 29, wherein the first and second features on the optically distinguishable structure are each drilled by a laser over the entire thickness of the substrate material, respectively. A laser processing method of having through holes appearing on both surfaces. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザ処理方法において、前記第１及び第２レーザシステム出力が、０．１〜１０μｍのバイトサイズを生じるようにするレーザ処理方法。  14. The laser processing method according to claim 1, wherein the first and second laser system outputs generate a byte size of 0.1 to 10 μm. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザ処理方法において、前記第１及び第２レーザシステム出力の出力パルスエネルギーを１５００μＪよりも少なくするレーザ処理方法。  14. The laser processing method according to claim 1, wherein an output pulse energy of the first and second laser system outputs is less than 1500 μJ. 請求項２に記載のレーザ処理方法において、前記チャックがMgＦ2 又はCaＦ2 を有するようにするレーザ処理方法。The laser processing method according to claim 2, wherein the chuck has MgF 2 or CaF 2 . 請求項１５に記載のレーザ処理方法において、前記基板の厚さを５００μｍよりも厚くするレーザ処理方法。  16. The laser processing method according to claim 15, wherein the thickness of the substrate is made thicker than 500 [mu] m. 請求項１〜３４のいずれか一項に記載のレーザ処理方法において、前記カッティングによりマイクロ回路装置をシンギュレーション処理するレーザ処理方法。  The laser processing method according to any one of claims 1 to 34, wherein the microcircuit device is singulated by the cutting.
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