2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of novel processing method for slicing of semiconductor wafer
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19K05081
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
甲藤 正人 宮崎大学, 産学・地域連携センター, 准教授 (80268466)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 短パルスレーザー / レーザープロセッシング / 変成 / レーザー加工 / 半導体 / スライス加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題においては、近赤外超短パルス光を半導体材料の内部に集光することで、材料内部に面状のアモルファスへの相変化を誘起し、続いてアモルファス相のみが吸収する光を照射することで、材料のスライス加工を実現する。加工対象をシリコンとし、光吸収の文献値から近赤外領域のレーザー光が有望である。
2020年度については、2019年度に引き続き、アモルファスへの相変化誘起ならびにアモルファス変成部の選択的加工が可能かどうかを探るべく、現有の近赤外短パルスレーザーを用いて、単結晶シリコン表面での実験研究を行った。波長 800 nm の超短パルスレーザーであるチタンサファイアレーザーを、シリコン単結晶基板表面に照射し、１光子プロセスでの非晶質変成誘起の照射条件について実験を行った。基板表面の面方位が (100) ならびに (111) のシリコン単結晶基板表面において、面方位により加工の進展が異なることや、アブレーション加工へと進展する様子について、2再現性のある結果が得られた。また、一定の照射条件下においては、アモルファス変成部からアブレーション加工へと進展している様子が新たに観測され、アモルファス部のみの選択的加工が可能であることが示唆された。
また、近赤外領域で発振するピコ秒ならびにナノ秒のパルス幅を持つファイバーレーザーを用いて、二光子吸収によるシリコン単結晶基板表面の非晶質化誘起について可能性を調べる予備実験の実施について検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
光吸収の文献値から計算した結果に基づいて、Siの結晶相ではほぼ吸収はないが、アモルファス相においては吸収されると予想される 1.5 μm のレーザー光を選定した。1.5 μm 光の発生においては、現有の装置にパラメトリック光発生光学系による波長変換法の実施を検討したが、2019年度初頭の基幹システムの励起用固体レーザーの故障に伴い、同レーザーを共有設備として新規で購入したため、予算ならびに計画を変更した。このことから、さらにローコストで実現可能な波長を固定した光源を実現させるべく検討を行ったが、必須となる光学結晶の保持に必要な部品、機材が高価であるため、断念せざるを得ないと結論づけた。このため、他の大学等研究機関が所有する 1.5 μm レーザーを借用し、研究を遂行することを検討している。内部に集光するための高NA対物レンズならびに高精度三次元走査ステージにおいても現有の光学部品等で代用する考えである。まずは、現有の装置、機材を用いて、Si表面における相変化と選択的加工の可能性について実証実験を行うことが可能であり、計画通りの研究遂行には問題はない。ただし、新型コロナウイルス感染症感染拡大防止策による研究活動に関する制限などにより、これまでも若干の遅れが生じており、2021年度の計画についても影響が懸念されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、現有の波長 800 nm の超短パルスレーザ－を用い、シリコン単結晶の表面における結晶-非晶質間の相変化プロセスに関する研究を実施する計画である。先ずは、照射後の表面状態を詳細に分析することで、加工プロセスの基礎的な初期過程を明らかにする。また、表面に形成したアモルファス相に 800 nm のレーザーを照射することでアモルファス相の選択的改質や選択的加工の可能性を実験的に検証する。
また、他機関所有の波長 1.5 μm の短パルスレーザーを借用し、近赤外レーザー光照射によるアモルファス化の可能性試験と選択的加工の可能性試験を実施する。
最終的に、レーザーを内部に集光し、二次元走査することで、単結晶シリコン基板内部の一定深さにアモルファス変成層を平面状に作成し、これにより、Si 基板の一定深さに改質層を平面状に作成し、第 2 パルスを照射することで断裂／劈開を可能であるかを実験的に検証し、本研究で提案するスライス加工技術の原理実証を行う計画である。その際の表面粗さや分離表面の組成を分析し、本研究で提案するスライス加工技術の原理実証とする。
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