專利名稱：激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工方法，用來切斷半導(dǎo)體材料基板、壓電材料基板或者玻璃基板等的加工對象物。
背景技術(shù)：
公知的揭示這種技術(shù)的文獻(xiàn)可以以國際公開第02/22301號小冊子為例。在該文獻(xiàn)的說明書中，所記載的技術(shù)是通過照射激光而在加工對象物的內(nèi)部，沿著切斷規(guī)定線而形成改質(zhì)區(qū)域，以該改質(zhì)區(qū)域作為起點來切斷加工對象物。

發(fā)明內(nèi)容
因為上述文獻(xiàn)所記載的技術(shù)是可以沿著切斷規(guī)定線來以良好的精確度切斷加工對象物而成為有效的技術(shù)，所以最好的技術(shù)是以改質(zhì)區(qū)域作為起點，以更進(jìn)一層的精確度切斷加工對象物。
因此，本發(fā)明針對這種情況，其目的在于提供一種激光加工方法，可以沿著切斷規(guī)定線而以良好的精確度切斷加工對象物。
用以實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的激光加工方法，其特征是所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在晶片狀的加工對象物的內(nèi)部來照射激光，利用多光子吸收在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；和在形成切斷起點區(qū)域的工序之后，使對加工對象物具有吸收性的激光，沿著切斷規(guī)定線，照射加工對象物，沿著切斷規(guī)定線在切斷加工對象物的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
當(dāng)依照這種激光加工方法時，使聚光點對準(zhǔn)在加工對象物的內(nèi)部，對其照射激光和利用多光子吸收的現(xiàn)象，在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域。當(dāng)在加工對象物的切斷位置有任何起點時，可以以比較小的力量切斷加工對象物。當(dāng)依照該激光加工方法時，在形成改質(zhì)區(qū)域之后，沿著切斷規(guī)定線，照射對加工對象物具有吸收性的激光，對加工對象物進(jìn)行加熱，利用溫度差來產(chǎn)生熱應(yīng)力等的應(yīng)力。利用該應(yīng)力，以改質(zhì)區(qū)域作為起點，使裂縫在加工對象物的厚度方向成長，可以切斷加工對象物。因此，利用溫度差所產(chǎn)生的熱應(yīng)力等的應(yīng)力的比較小的力量，就可以切斷加工對象物，所以在加工對象物的表面，不會發(fā)生偏離切斷規(guī)定線的不必要的裂縫，可以實現(xiàn)加工對象物的高精確度的切斷。
此外，當(dāng)依照這種激光加工方法時，在加工對象物的內(nèi)部，局部地產(chǎn)生多光子吸收從而形成改質(zhì)區(qū)域。因此，在加工對象物的表面，激光幾乎不被吸收，所以在形成改質(zhì)區(qū)域的工序，加工對象物的表面不會進(jìn)行熔融。此外，對加工對象物具有吸收性的激光的強度，因為對加工對象物加熱但是不到熔融的程度，所以即使在產(chǎn)生應(yīng)力的工序，加工對象物的表面也不進(jìn)行熔融。
此外，聚光點是使激光聚光的位置。切斷規(guī)定線可以是在加工對象物的表面或者內(nèi)部的實際的引線，也可以是假想的線。此外，在產(chǎn)生應(yīng)力的工序中，使對加工對象物具有吸收性的激光沿著切斷規(guī)定線，來照射加工對象物時，不只照射在切斷規(guī)定線上，而且也照射到切斷規(guī)定線的附近。
此外，本發(fā)明的激光加工方法的特征是，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在晶片狀的加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1μs以下的條件下照射激光，在加工對象物的內(nèi)部形成包括裂縫區(qū)域的改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；在形成切斷起點區(qū)域的工序之后，使對加工對象物具有吸收性的激光，沿著切斷規(guī)定線來照射加工對象物，沿著切斷規(guī)定線在切斷加工對象物的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
當(dāng)依照這種激光加工方法時，使聚光點對準(zhǔn)在加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1μs以下的條件下照射激光。因此，在加工對象物的內(nèi)部由于多光子吸收而產(chǎn)生光學(xué)損失的現(xiàn)象。利用該光學(xué)損失在加工對象物的內(nèi)部產(chǎn)生熱變形，來在加工對象物的內(nèi)部形成裂縫區(qū)域。該裂縫區(qū)域是該改質(zhì)區(qū)域的一個實例，而且因為產(chǎn)生應(yīng)力的工序與上述相同，所以在依照這種激光加工方法時，在加工對象物的表面不會發(fā)生熔融、或者不會偏離切斷規(guī)定線的發(fā)生不必要的裂縫，可以以此方式進(jìn)行激光加工。該激光加工方法的加工對象物例如使用包含玻璃的構(gòu)件。此外，最大功率密度表示脈沖激光的聚光點的電場強度。
此外，本發(fā)明的激光加工方法的特征是，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在晶片狀的加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1μs以下的條件下，照射激光，在加工對象物的內(nèi)部形成包括熔融處理區(qū)域的改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；在形成切斷起點區(qū)域的工序之后，使對加工對象物具有吸收性的激光，沿著切斷規(guī)定線來照射加工對象物，沿著切斷規(guī)定線在切斷加工對象物的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
在依照這種激光加工方法時，使聚光點對準(zhǔn)加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1μs以下的條件下照射激光。因此，在加工對象物的內(nèi)部被多光子吸收局部地加熱。利用該加熱在加工對象物的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。該熔融處理區(qū)域是該改質(zhì)區(qū)域的一個實例，而且因為產(chǎn)生應(yīng)力的工序與上述相同，所以在依照這種激光加工方法時，在加工對象物的表面不會發(fā)生熔融、或者不會偏離切斷規(guī)定線的發(fā)生不必要的裂縫，可以以此方式進(jìn)行激光加工。該激光加工方法的加工對象物例如使用包含半導(dǎo)體裝置的構(gòu)件。
此外，本發(fā)明的激光加工方法的特征是，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在晶片狀的加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1ns以下的條件下，照射激光，在加工對象物的內(nèi)部形成包括折射率被變化的區(qū)域的折射率變化區(qū)域的改質(zhì)區(qū)域，利用該改質(zhì)區(qū)域，沿著加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；在形成切斷起點區(qū)域的工序之后，使對加工對象物具有吸收性的激光，沿著切斷規(guī)定線來照射加工對象物，沿著切斷規(guī)定線在切斷加工對象物的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
在依照這種激光加工方法時，使聚光點對準(zhǔn)加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1ns以下的條件下照射激光。依照這種方式，使脈沖幅度成為極短，當(dāng)在加工對象物內(nèi)發(fā)生多光子吸收時，由于多光子吸收的能量不會轉(zhuǎn)化成熱能，在加工對象物內(nèi)產(chǎn)生離子價數(shù)變化、結(jié)晶化、或者分極定向等的永續(xù)的構(gòu)造變化，形成折射率變化區(qū)域。該折射率變化區(qū)域是該改質(zhì)區(qū)域的一個實例，而且因為產(chǎn)生應(yīng)力的工序與上述相同，所以在依照這種激光加工方法時，在加工對象物的表面不會發(fā)生熔融、或者不會偏離切斷規(guī)定線的發(fā)生不必要的裂縫，可以進(jìn)行激光加工。該激光加工方法的加工對象物例如使用包含玻璃的構(gòu)件。
此外，對該加工對象物具有吸收性的激光的聚光點，優(yōu)選對準(zhǔn)在該加工對象物的表面。利用這種方式以改質(zhì)區(qū)域作為起點，可以以更進(jìn)一層的良好精確度產(chǎn)生切斷，可以沿著切斷規(guī)定線，以更進(jìn)一層的良好精確度切斷加工對象物。
此外，本發(fā)明的激光加工方法的特征是，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在被固定于可擴(kuò)張保持構(gòu)件的表面的晶片狀的加工對象物的內(nèi)部來照射激光，用來在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；在形成切斷起點區(qū)域的工序之后，使對加工對象物具有吸收性的激光，沿著切斷規(guī)定線，照射加工對象物，從而沿著切斷規(guī)定線，切斷加工對象物；和在切斷加工對象物的工序之后，使保持構(gòu)件擴(kuò)張，來使被切斷的加工對象物的各個部分分離。
在依照這種激光加工方法時，利用多光子吸收所形成的改質(zhì)區(qū)域，可以在加工對象物的內(nèi)部，沿著欲切斷加工對象物的所希望的切斷規(guī)定線，形成切斷起點區(qū)域。然后使對加工對象物具有吸收性的激光，沿著切斷規(guī)定線，照射加工對象物，來以切斷起點區(qū)域作為起點，在加工對象物產(chǎn)生裂縫，可以以良好的精確度，沿著切斷規(guī)定線切斷加工對象物。此外，經(jīng)由使固定有加工對象物的保持構(gòu)件擴(kuò)張，用來使加工對象物的各個部分分離，所以可以更進(jìn)一層的提高沿著切斷規(guī)定線的加工對象物的切斷的確實性。
此外，本發(fā)明的激光加工方法的特征是，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在被固定于可擴(kuò)張保持構(gòu)件的表面的晶片狀的加工對象物的內(nèi)部來照射激光，用來在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；在形成切斷起點區(qū)域的工序之后，使對加工對象物具有吸收性的激光，沿著切斷規(guī)定線，照射加工對象物；和在照射加工對象物的工序之后，使保持構(gòu)件擴(kuò)張，來切斷加工對象物，和使被切斷的加工對象物的各個部分分離。
在依照這種激光加工方法時，與上述的激光加工方法同樣的，可以沿著切斷規(guī)定線，在加工對象物的內(nèi)部形成切斷起點區(qū)域。使對加工對象物具有吸收性的激光，沿著切斷規(guī)定線，照射加工對象物，當(dāng)與未進(jìn)行這種照射的情況比較時，可以利用較小的力量，使以切斷起點區(qū)域作為起點的裂縫達(dá)到加工對象物的表面和背面。因此，可以以較小的力量使固定有加工對象物的保持構(gòu)件擴(kuò)張，可以以良好的精確度沿著切斷規(guī)定線切斷加工對象物。此外，因為經(jīng)由使該保持構(gòu)件擴(kuò)張用來使加工對象物的各個部分分離，所以可以更進(jìn)一層的提高沿著切斷規(guī)定線的加工對象物的切斷的確實性。
此外，切斷起點區(qū)域是指加工對象物被切斷時的成為切斷的起點的區(qū)域。因此，切斷起點區(qū)域是加工對象物中的規(guī)定切斷的切斷規(guī)定部。此外，切斷起點區(qū)域的形成可以經(jīng)由改質(zhì)區(qū)域的連續(xù)形成，也可以經(jīng)由改質(zhì)區(qū)域的斷續(xù)形成。此外，加工對象物也可以由半導(dǎo)體材料形成，改質(zhì)區(qū)域成為熔融處理區(qū)域。


圖1是利用本實施方式的激光加工方法的激光加工中的加工對象物的平面圖。
圖2是沿著圖1所示的加工對象物的II-II線的截面圖。
圖3是利用本實施方式的激光加工方法的激光加工后的加工對象物的平面圖。
圖4是沿著圖3所示的加工對象物的IV-IV線的截面圖。
圖5是沿著圖3所示的加工對象物的V-V線的截面圖。
圖6是利用本實施方式的激光加工方法的切斷后的加工對象物的平面圖。
圖7的圖表是表示本實施方式的激光加工方法的電場強度和裂縫的大小的關(guān)系。
圖8是本實施方式的激光加工方法的第一工序的加工對象物的截面圖。
圖9是本實施方式的激光加工方法的第二工序的加工對象物的截面圖。
圖10是本實施方式的激光加工方法的第三工序的加工對象物的截面圖。
圖11是本實施方式的激光加工方法的第四工序的加工對象物的截面圖。
圖12表示利用本實施方式的激光加工方法的切斷后的硅晶片的一部分的截面的照片。
圖13的圖表是表示本實施方式的激光加工方法的激光的波長和硅基板的內(nèi)部的透過率的關(guān)系。
圖14是第一實施方式的激光加工裝置的簡要構(gòu)造圖。
圖15是流程圖，用來說明第一實施方式的激光加工方法。
圖16是在第一實施方式的改質(zhì)區(qū)域形成工序中，激光加工中的包含裂縫區(qū)域的加工對象物的截面圖。
圖17是在第一實施方式的應(yīng)力工序中，激光加工中的包含裂縫區(qū)域的加工對象物的截面圖。
圖18是加工對象物的平面圖，用來說明利用第一實施方式的激光加工方法可切斷的圖。
圖19是第二實施方式的加工對象物的平面圖。
圖20是截面圖，用來表示在第二實施方式的加工對象物形成切斷起點區(qū)域的方式。
圖21是截面圖，用來表示在第二實施方式的加工對象物照射具有吸收性的激光的方式。
圖22是截面圖，用來表示將第二實施方式的加工對象物設(shè)定在薄膜擴(kuò)張裝置的方式。
圖23是截面圖，用來表示使固定有第二實施方式的加工對象物的擴(kuò)張薄膜進(jìn)行擴(kuò)張的方式。
圖24是截面圖，用來表示在第三實施方式的加工對象物照射具有吸收性的激光的方式。
具體實施例方式
下面，將參照附圖用來詳細(xì)的說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。本實施方式的激光加工方法利用多光子吸收而形成改質(zhì)區(qū)域，多光子吸收是激光的強度非常大時所產(chǎn)生的現(xiàn)象。首先，簡單對多光子吸收進(jìn)行說明。
當(dāng)光子的能量hv小于材料的吸收的帶隙EG時，就成為光學(xué)式的透明。因此，在材料產(chǎn)生吸收的條件是hv＞EG。但是，即使是光學(xué)式透明，當(dāng)激光的強度非常大時，在nhv＞EG的條件下(n＝2、3、4、…)，也在材料產(chǎn)生吸收。這種現(xiàn)象稱為多光子吸收。在脈沖的情況，激光的強度由激光的聚光點的最大功率密度(W/cm2)所決定，例如在最大密度為1×108(W/cm2)以上的條件下，產(chǎn)生多光子吸收。最大功率密度的求得是利用(聚光點的激光的每1個脈沖的能量)÷(激光的射束點截面積×脈沖幅度)而實現(xiàn)的。此外，在連續(xù)波的情況時，激光的強度由激光的聚光點的電場強度(W/cm2)所決定。
下面，參照圖1～圖6來說明利用這種多光子吸收的本實施方式的激光加工的原理。圖1是激光加工中的加工對象物1的平面圖，圖2是沿著圖1所示的加工對象物1的II-II線的截面圖，圖3是激光加工后的加工對象物1的平面圖，圖4是沿著圖3所示的加工對象物1的IV-IV線的截面圖，圖5是沿著圖3所示的加工對象物1的V-V線的截面圖，圖6是被切斷的加工對象物1的平面圖。
如圖1和圖2所示，在加工對象物1的表面3形成切斷規(guī)定線5。切斷規(guī)定線5是直線狀延伸的假想線。本實施方式的激光加工是在產(chǎn)生多光子吸收的條件下，使聚光點P對準(zhǔn)在加工對象物1的內(nèi)部，將激光L照射在加工對象物1上來形成改質(zhì)區(qū)域7。此外，聚光點是指激光L聚光的位置。
使激光沿著切斷規(guī)定線5(也即沿著箭頭A方向)進(jìn)行相對的移動，來使聚光點P沿著切斷規(guī)定線5移動。利用這種方式，如圖3～圖5所示，只在沿著切斷規(guī)定線5的加工對象物1的內(nèi)部，形成改質(zhì)區(qū)域7。本實施方式的激光加工方法不是由加工對象物1吸收激光L來使加工對象物1發(fā)熱而形成改質(zhì)區(qū)域7。而是使激光L透過加工對象物1，在內(nèi)部產(chǎn)生多光子吸收用來形成改質(zhì)區(qū)域7。因此，在加工對象物1的表面3大致不吸收激光L，所以加工對象物1的表面3不會熔融。
在加工對象物1的切斷時，假如在切斷的位置為起點時，因為加工對象物1從該起點切割，所以如圖6所示，可以以比較小的力量將加工對象物1切斷。因此，加工對象物1的表面3不會產(chǎn)生不必要的裂縫，可以簡單的進(jìn)行加工對象物1的切斷。
其中，要以切斷起點區(qū)域作為起點進(jìn)行加工對象物的切斷時，可以使用下列的兩種方法。其中之一是在切斷起點區(qū)域形成后，對加工對象物施加人為的力量，以切斷起點區(qū)域作為起點，切割加工對象物，從而切斷加工對象物。這種適于用在例如加工對象物的厚度很大的情況的切斷。當(dāng)施加人為的力量時，例如，會沿著加工對象物的切斷起點區(qū)域，對加工對象物施加彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，和由于加工對象物具有溫度差而產(chǎn)生熱應(yīng)力。另外一種方法是形成切斷起點區(qū)域，以該切斷起點區(qū)域作為起點，朝向加工對象物的截面方向(厚度方向)自然切割，其結(jié)果是將加工對象物切斷。例如，在加工對象物的厚度很小的情況時，可以利用一個改質(zhì)區(qū)域，在加工對象物的厚度很大的情況時，經(jīng)由在厚度方向形成多個改質(zhì)區(qū)域。此外，在該自然切割的情況時，在進(jìn)行切斷的位置，因為不會切割到未形成有改質(zhì)區(qū)域的部分上的表面，可以只割斷形成有改質(zhì)區(qū)域的部分上的表面，所以可以良好的控制其割斷。近年來，硅晶片等的加工對象物的厚度有變薄的傾向，所以這種控制效率良好的割斷方法非常有效。
此外，利用本實施方式的多光子吸收所形成的改質(zhì)區(qū)域有下列的(1)～(3)。
(1)在改質(zhì)區(qū)域是包括一個或者多個裂縫點的裂縫區(qū)域的情況使激光的聚光點對準(zhǔn)加工對象物(例如由玻璃或者LiTaO3構(gòu)成的壓電材料)的內(nèi)部，在聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上，而且脈沖幅度為1μs以下的條件下，照射激光。該脈沖幅度的大小的條件是可以產(chǎn)生多光子吸收，但是不會給加工對象物的表面帶來多余的損壞，而僅在加工對象物的內(nèi)部形成裂縫區(qū)域。利用這種方式，在加工對象物的內(nèi)部，利用多光子吸收產(chǎn)生光學(xué)式損傷的現(xiàn)象。利用該光學(xué)式損傷在加工對象物的內(nèi)部引起熱變形，用來在加工對象物的內(nèi)部形成裂縫區(qū)域。電場強度的上限值為例如1×1012(W/cm2)。脈沖幅度優(yōu)選為例如1ns～200ns。其中，利用多光子吸收的裂縫區(qū)域的形成，被記載在例如第45次激光熱加工研究會論文集(1998年，12月)的第23頁～第28頁的“利用固體激光高諧波的玻璃基板的內(nèi)部標(biāo)號”。
本發(fā)明人利用實驗求得電場強度和裂縫的大小的關(guān)系，實驗的條件如下所示。
(A)加工對象物派勒克斯(注冊商標(biāo))玻璃(厚度700μm，外徑4英寸)(B)激光光源半導(dǎo)體激光激勵NdYAG激光波長1064nm激光點截面積3.14×10-8cm2振蕩形態(tài)Q開關(guān)脈沖重復(fù)頻率100kHz脈沖幅度；30ns輸出輸出＜1mJ/脈沖激光品質(zhì)TEM00偏光特性直線偏光(C)聚光用透鏡對激光波長的透過率60％(D)裝載有加工對象物的裝載臺的移動速度100mm/秒此外，激光品質(zhì)為TEM00是指可聚光到高集光性的激光的波長程度。
圖7的圖表是表示該實驗的結(jié)果。橫軸是最大功率密度，因為激光是脈沖激光，所以電場強度以最大功率密度表示。縱軸表示利用一個脈沖的激光在加工對象物的內(nèi)部形成的裂縫部分(裂縫點)的大小。裂縫點的大小是裂縫點的形狀中的形成最大長度的部分的大小。圖表中的黑圓所示的數(shù)據(jù)是聚光用透鏡(C)的倍率為100倍，開口數(shù)(NA)為0.80的情況。另一方面，圖表中的白圓所示的數(shù)據(jù)是聚光用透鏡(C)的倍率為50倍、開口數(shù)(NA)為0.55的情況。最大功率密度從1011(W/cm2)程度開始，可知在加工對象物的內(nèi)部產(chǎn)生裂縫點，隨著功率密度的變大，裂縫點也變大。
下面，使用圖8～圖11來說明在本實施方式的激光加工時，利用裂縫區(qū)域切斷加工對象物的機(jī)構(gòu)。如圖8所示，利用產(chǎn)生多光子吸收的條件，使聚光點P對準(zhǔn)在加工對象物1的內(nèi)部，對加工對象物1照射激光L，沿著規(guī)定切斷線，在內(nèi)部形成裂縫區(qū)域9。該裂縫區(qū)域9是包括一個或者多個裂縫點的區(qū)域。如圖9所示，以裂縫區(qū)域9作為起點，使裂縫更進(jìn)一步的成長，如圖10所示，使裂縫達(dá)到加工對象物1的表面3和背面21，如圖11所示，經(jīng)由切割加工對象物1，來切斷加工對象物1。達(dá)到加工對象物的表面和背面的裂縫也可以自然成長，也可以經(jīng)由對加工對象物施加力量使其進(jìn)行成長。
(2)改質(zhì)區(qū)域為熔融處理區(qū)域的情況使聚光點對準(zhǔn)在加工對象物(例如硅的半導(dǎo)體材料)的內(nèi)部，利用聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上而且脈沖幅度為1μs以下的條件，照射激光。依照這種方式，加工對象物的內(nèi)部由于多光子吸收而被局部加熱。利用該加熱在加工對象物的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。熔融處理區(qū)域是暫時熔融后再固化的區(qū)域，或者熔融狀態(tài)的區(qū)域，或者從熔融狀態(tài)再固化的狀態(tài)的區(qū)域，也可以稱為相變化后的區(qū)域，或者結(jié)晶構(gòu)造變化后的區(qū)域。此外，熔融處理區(qū)域在單結(jié)晶構(gòu)造、非晶質(zhì)構(gòu)造、多結(jié)晶構(gòu)造中，也可以是某一構(gòu)造變化成為另一構(gòu)造的區(qū)域。即，例如表示從單結(jié)晶構(gòu)造變化成為非晶質(zhì)構(gòu)造的區(qū)域、從單結(jié)晶構(gòu)造變化成多結(jié)晶構(gòu)造的區(qū)域、或者從單結(jié)晶構(gòu)造變化成為包括非晶質(zhì)構(gòu)造和多結(jié)晶構(gòu)造的區(qū)域。在加工對象物為硅單結(jié)晶構(gòu)造的情況時，熔融處理區(qū)域例如成為非晶質(zhì)硅構(gòu)造。電場強度的上限值例如成為1×1012(W/cm2)。脈沖幅度例如優(yōu)選成為1ns～200ns。
本發(fā)明人經(jīng)由實驗確認(rèn)在硅晶片的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。實驗條件如下列所示。
(A)加工對象物硅晶片(厚度350μm，外徑4英寸)
(B)激光光源半導(dǎo)體激光激勵NdYAG激光波長1064nm激光點截面積3.14×10-8cm2振蕩形態(tài)Q開關(guān)脈沖重復(fù)頻率100kHz脈沖幅度；30ns輸出20μJ/脈沖激光品質(zhì)TEM00偏光特性直線偏光(C)聚光用透鏡倍率50倍N.A.0.55對激光波長的透過率60％(D)裝載有加工對象物的裝載臺的移動速度100mm/秒圖12表示的是利用該條件的激光加工所切斷的硅晶片的一部分的截面的照片。在硅晶片11的內(nèi)部形成有熔融處理區(qū)域13。此外，利用該條件所形成的熔融處理區(qū)域13的厚度方向的大小為100μm程度。
下面，將說明利用多光子吸收而形成熔融處理區(qū)域13。圖13的圖表為表示激光的波長和硅基板的內(nèi)部的透過率的關(guān)系。但是，將硅基板的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊母鱾€反射部分除去，只顯示內(nèi)部的透過率。對于硅基板的厚度t分別為50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm，來顯示上述的關(guān)系。
例如，當(dāng)NdYAG激光的波長為1064nm，硅基板的厚度為500μm以下的情況時，可以得知在硅基板的內(nèi)部，激光有80％以上透過。因為圖12所示的硅晶片11的厚度為350μm，所以由于多光子吸收產(chǎn)生的熔融處理區(qū)域13形成在硅晶片的中心附近，也即是離開表面175μm的部分。這種情況的透過率，當(dāng)以厚度200μm的硅晶片作為基準(zhǔn)時，成為90％以上，所以激光在硅晶片11的內(nèi)部只有微少量被吸收，大部分均透過。因此，不是在硅晶片11的內(nèi)部吸收激光來在硅晶片11的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域13(即利用激光的通常的加熱來形成熔融處理區(qū)域)，而是利用多光子吸收來形成熔融區(qū)域13。利用多光子吸收的熔融處理區(qū)域的形成被記載在例如熔接學(xué)會全國人會演講概要第66集(2000年4月)的第72頁～第73頁的“利用微微秒脈沖激光的硅的加工特性評估”。
此外，硅晶片以利用熔融處理區(qū)域形成的切斷起點區(qū)域作為起點，朝向截面方向產(chǎn)生裂縫，經(jīng)由使該裂縫達(dá)到硅晶片的表面和背面，來產(chǎn)生切斷的結(jié)果。達(dá)到硅晶片的表面和背面的該裂縫也可以經(jīng)由自然成長產(chǎn)生。此外，從切斷起點區(qū)域到硅晶片的表面和背面的裂縫是由自然成長產(chǎn)生的情況時，可以是使形成切斷起點區(qū)域的熔融處理區(qū)域熔融，從這種狀態(tài)使裂縫成長，或者是使形成切斷起點區(qū)域的熔融處理區(qū)域熔融，從這種狀態(tài)在再固化時使裂縫成長。但是，在任何一種情況均是使熔融處理區(qū)域只形成在硅晶片的內(nèi)部，在切斷后的切斷面，如圖12所示，只在內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。當(dāng)在加工對象物的內(nèi)部，利用熔融處理區(qū)域形成切斷起點區(qū)域時，在切斷時難以產(chǎn)生從切斷起點區(qū)域線向外延伸的不必要的裂縫，所以切斷控制變?yōu)槿菀住?br> (3)改質(zhì)區(qū)域為折射率變化區(qū)域的情況使聚光點對準(zhǔn)在加工對象物(例如玻璃)的內(nèi)部，利用聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上，而且脈沖幅度為1ns以下的條件，照射激光。使脈沖幅度成為極短，當(dāng)在加工對象物的內(nèi)部產(chǎn)生多光子吸收時，多光子吸收的能量不會轉(zhuǎn)化成熱能，在加工對象物的內(nèi)部引起離子價數(shù)變化、結(jié)晶化或者分極定向等的永續(xù)的構(gòu)造變化，因而形成折射率變化區(qū)域。電場強度的上限值例如成為1×1012(W/cm2)。脈沖幅度例如優(yōu)選為1ns以下，更好為1ps以下。利用多光子吸收的折射率變化區(qū)域的形成，例如被記載在第42次激光熱加工研究會論文集(1997年11月)的第105頁～第111頁的“毫微微秒激光照射玻璃內(nèi)部的光感應(yīng)構(gòu)造的形成”。
以上所說明的是利用多光子吸收形成的改質(zhì)區(qū)域的(1)～(3)的情況，但是，假如考慮到晶片狀的加工對象物的結(jié)晶構(gòu)造或者其劈開性等，以下面所述的方式形成切斷起點區(qū)域時，以該切斷起點區(qū)域作為起點，可以以更小的力量和良好的精確度切斷該加工對象物。
即，在由硅等的鉆石構(gòu)造的單結(jié)晶半導(dǎo)體構(gòu)成的基板的情況時，最好沿著(111)面(第一劈開面)或者(110)面(第二劈開面)的方向形成切斷起點區(qū)域。此外，在由GaAs等的閃鋅礦型構(gòu)造的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的基板的情況時，優(yōu)選沿著(110)面的方向形成切斷起點區(qū)域。此外，在具有藍(lán)寶石(Al2O3)等的六方晶系的結(jié)晶構(gòu)造的基板的情況時，優(yōu)選以(0001)面的(C面)作為主面，沿著(1120)面(A面)或者(1100)面(M面)的方向形成切斷起點區(qū)域。
此外，假如沿著要形成上述的切斷起點區(qū)域的方向(例如沿著在單結(jié)晶硅基板中的(111)面的方向)，或者要形成切斷起點區(qū)域的方向的正交方向，在基板形成定向平坦部時，經(jīng)由以該定向平坦部作為基準(zhǔn)，可以容易而且正確的在基板形成沿著要形成切斷起點區(qū)域的方向的切斷起點區(qū)域。
下面，利用實施例更具體地說明本發(fā)明。
(第一實施例)下面說明本發(fā)明的第一實施例。第一實施例的激光加工方法所具備的工序包括改質(zhì)區(qū)域形成工序，利用多光子吸收在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域；和應(yīng)力工序，在加工對象物被切斷的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
下面說明第一實施例的激光加工裝置。圖14是改質(zhì)區(qū)域形成工序所使用的激光加工裝置100的簡要構(gòu)造圖。如圖所示，激光加工裝置100包括激光光源101，用來產(chǎn)生激光L；激光光源控制部102，用來控制激光光源101從而調(diào)節(jié)激光L的輸出和脈沖幅度等；雙向色鏡103，被配置成具有激光L的反射功能和使激光L的光軸的方向變化90°；聚光用透鏡105，用來對被雙向色鏡103反射的激光L進(jìn)行聚光；裝載臺107，用來裝載被聚光用透鏡105所聚光的激光L照射的加工對象物；X軸載物臺109，用來使裝載臺107依照X軸方向移動；Y軸載物臺111，用來使裝載臺107依照與X軸方向正交的Y軸方向移動；Z軸載物臺113，用來使裝載臺107依照與X軸方向和Y軸方向正交的Z軸方向移動；和載物臺控制部115，用來控制該三個載物臺109、111、113的移動。此外，在第一實施方式中，加工對象物1是派勒克斯(注冊商標(biāo))玻璃晶片。
Z軸方向因為是與加工對象物1的表面3正交的方向，所以成為射入到加工對象物1的激光L的焦點深度的方向。因此，經(jīng)由使Z軸載物臺113在Z軸方向移動，而可以使激光L的聚光點P對準(zhǔn)在加工對象物1的內(nèi)部。此外，該聚光點P的X(Y)軸方向的移動的進(jìn)行是利用X(Y)軸載物臺109(111)使加工對象物1在X(Y)軸方向移動。
激光光源101是用來產(chǎn)生脈沖激光的NdYAG激光?？墒褂迷诩す夤庠?01的激光，也可以使用其它的NdYVO4激光，或者NdYLF激光。當(dāng)形成裂縫區(qū)域、熔融處理區(qū)域時，激光光源優(yōu)選使用上述的激光光源，當(dāng)形成折射率變化區(qū)域時，優(yōu)選使用鈦藍(lán)寶石激光。在本第一實施方式中，加工對象物1的加工是使用脈沖激光，但是假如可以產(chǎn)生多光子吸收時，也可以使用連續(xù)波激光。
激光加工裝置100還包括觀察用光源117，用來產(chǎn)生可視光線，從而通過可視光線照明被裝載在裝載臺107的加工對象物1；和可視光用的射束分裂器119，被配置在與雙向色鏡103和聚光用透鏡105相同的光軸上。在射束分裂器119和聚光用透鏡105之間，配置有雙向色鏡103。射束分裂器119被配置成具有使可視光線的大約一半進(jìn)行反射，和其余的一半進(jìn)行透過的功能，和使可視光線的光軸的方向變化90°。從觀察用光源117產(chǎn)生的可視光線大約有一半被射束分裂器119所反射，該被反射的可視光線透過雙向色鏡103和聚光用透鏡105，照明包含加工對象物1的切斷規(guī)定線5等的表面3。
激光加工裝置100還包括攝像組件121和成像透鏡123，被配置在與射束分裂器119、雙向色鏡103和聚光用透鏡105相同的光軸上。攝像組件121使用例如CCD(charge-coupled device)攝像機(jī)。照明包含切斷規(guī)定線5等的表面3的可視光線的反射光，透過聚光用透鏡105、雙向色鏡103、射束分裂器119，被成像透鏡123成像，成為攝像組件121所攝像到的攝像資料。
激光加工裝置100還包括攝像數(shù)據(jù)處理部125，被輸入有從攝像組件121輸出的攝像資料；整體控制部127，用來控制激光加工裝置100的整體；和監(jiān)視器129。攝像數(shù)據(jù)處理部125根據(jù)攝像資料進(jìn)行焦點資料演算，用來使觀察用光源117所產(chǎn)生的焦點對準(zhǔn)加工的表面3上。根據(jù)該焦點資料，115對Z軸載物臺113進(jìn)行移動控制，用來使可視光焦點對準(zhǔn)加工的表面3。因此，攝像數(shù)據(jù)處理部125具有作為自動聚焦單位的功能。其中，可視光的焦點與激光L的聚光點一致。此外，攝像數(shù)據(jù)處理部125根據(jù)攝像資料，演算表面3的擴(kuò)大圖像等的圖像數(shù)據(jù)。該圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到整體控制部127，在整體控制部接受各種處理，然后被發(fā)送到監(jiān)視器129。利用這種方式，在監(jiān)視器129顯示擴(kuò)大圖像等。
在整體控制部127被輸入有來自載物臺控制部115的數(shù)據(jù)和來自攝像數(shù)據(jù)處理部125的圖像數(shù)據(jù)等，根據(jù)該數(shù)據(jù)來控制激光光源控制部102、觀察用光源117和載物臺控制部115，從而控制激光加工裝置100全體。因此，整體控制部127具有作為計算機(jī)單元的功能。
此外，在應(yīng)力工序使用的吸收性激光照射裝置，所采用的構(gòu)造與上述的激光加工裝置100的不同在于激光光源和雙向色鏡。吸收性激光照射裝置的激光光源使用波長10.6μm的CO2激光，用來產(chǎn)生連續(xù)波激光。對于派勒克斯(注冊商標(biāo))玻璃晶片的加工對象物1具有吸收性。下面以該激光光源所產(chǎn)生的激光作為“吸收性激光”。此外，射束品質(zhì)為TEM00，偏光特性為直線偏光。因為其強度是使加工對象物1被加熱和不會熔融的程度，所以該激光光源的輸出成為10W以下。吸收性激光照射裝置的雙向色鏡被配置成具有吸收性激光的反射功能和使吸收性激光的光軸的方向變化90°。
下面，參照圖14和圖15來說明第一實施方式的激光加工方法。圖15是流程圖，用來說明激光加工方法。
首先，利用圖中未顯示的分光光度計等來測定加工對象物1的光吸收特性。根據(jù)其測定結(jié)果，選定激光光源101，來產(chǎn)生對加工對象物1為透明的波長或者吸收很少的波長的激光L，和選定激光光源，來產(chǎn)生對加工對象物1為吸收性波長的吸收性激光，然后設(shè)定各個激光加工裝置100和吸收性激光照射裝置(S101)。其次，測定加工對象物1的厚度。根據(jù)厚度的測定結(jié)果和加工對象物1的折射率，來決定激光加工裝置100的加工對象物1的Z軸方向的移動量(S103)。即，因為使激光L的聚光點P位于加工對象物1的內(nèi)部，所以成為以位于加工對象物1的表面3的激光L的聚光點作為基準(zhǔn)的加工對象物1的Z軸方向的移動量。該移動量被輸入到改質(zhì)區(qū)域形成工序所使用的激光加工裝置100的整體控制部127。
將加工對象物1裝載在激光加工裝置100的裝載臺107(S104)。然后利用從觀察用光源117產(chǎn)生的可視光，照明加工對象物1(S105)。利用攝像組件121，對包含被照明的切斷規(guī)定線5的加工對象物1的表面3進(jìn)行攝像。將該攝像數(shù)據(jù)發(fā)送到攝像數(shù)據(jù)處理部125。根據(jù)該攝像資料，攝像數(shù)據(jù)處理部125演算焦點數(shù)據(jù)，來使觀察用光源117的可視光的焦點位于表面3(S107)。
該焦點資料被發(fā)送到載物臺控制部115。載物臺控制部115根據(jù)該焦點資料，使Z軸載物臺113進(jìn)行Z軸方向的移動(S109)。利用這種方式使觀察用光源117的可視光的焦點位于表面3。然后，攝像數(shù)據(jù)處理部125根據(jù)攝像資料，對包含切斷規(guī)定線5的加工對象物1的表面3的擴(kuò)大圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行演算。該擴(kuò)大圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由整體控制部127被發(fā)送到監(jiān)視器129，在監(jiān)視器129顯示切斷規(guī)定線5附近的擴(kuò)大圖像。
在整體控制部127被輸入有在工序S103預(yù)先決定的移動量資料，將該移動量資料發(fā)送到載物臺控制部115。載物臺控制部115根據(jù)該移動量資料，利用Z軸載物臺113使加工對象物1在Z軸方向，移動到使激光L的聚光點P在加工對象物1的內(nèi)部的位置(S111)。
其次，從激光光源101產(chǎn)生激光L，使激光L照射在加工對象物1的表面3的切斷規(guī)定線5。圖16是改質(zhì)區(qū)域形成工序的激光加工中的包含裂縫區(qū)域9的加工對象物1的截面圖。如圖所示，因為激光L的聚光點P位于加工對象物1的內(nèi)部，所以裂縫區(qū)域9只形成在加工對象物1的內(nèi)部。然后，使X軸載物臺109或者Y軸載物臺111沿著切斷規(guī)定線5移動，使裂縫區(qū)域9沿著切斷規(guī)定線5形成在加工對象物1的內(nèi)部(S113)。
在利用激光加工裝置100形成改質(zhì)區(qū)域之后，將加工對象物1裝載在吸收性激光照射裝置的裝載臺107并進(jìn)行搬運(S115)。改質(zhì)區(qū)域形成工序的裂縫區(qū)域9因為只形成在加工對象物1的內(nèi)部，所以加工對象物1不會有不規(guī)則性，因此可以很容易地搬運加工對象物。
然后，在工序117照明加工對象物1，在工序119演算焦點數(shù)據(jù)使觀察用光源的可視光的焦點位于加工對象物1的表面3，在工序121使加工對象物1依照Z軸方向移動，使該焦點位于加工對象物1的表面3，利用這種方式使吸收性激光的聚光點對準(zhǔn)在加工對象物1的表面3。此外，該等的工序117、工序119、工序121的動作的詳細(xì)部分，分別與上述的激光加工裝置100的工序105、工序107、工序109相同。
其次，從吸收性激光照射裝置的激光光源產(chǎn)生吸收性激光，使吸收性激光照射在加工對象物1的表面3的切斷規(guī)定線5。此外，該照射也可以照射到切斷規(guī)定線5的附近。然后，使吸收性激光照射裝置的X軸載物臺或者Y軸載物臺沿著切斷規(guī)定線5移動，沿著切斷規(guī)定線5對加工對象物1進(jìn)行加熱，用來沿著切斷規(guī)定線5，在要切斷加工對象物1的位置，利用溫度差產(chǎn)生熱應(yīng)力等的應(yīng)力(S123)。這時，因為吸收性激光的強度是對加工對象物1進(jìn)行加熱但不會熔融的程度，所以加工對象物的表面不會熔融。
圖17是應(yīng)力工序中的激光加工中的包含裂縫9的加工對象物1的截面圖。如圖所示，利用吸收性激光的照射，以裂縫區(qū)域9作為起點的使裂縫進(jìn)一步成長的裂縫，達(dá)到加工對象物1的表面3和背面21，用來切斷在加工對象物1形成有切斷面10的加工對象物1(S125)。利用這種方式可以將加工對象物1分割成為硅芯片。
此外，在第一實施方式中，所說明的情況是形成裂縫區(qū)域作為改質(zhì)區(qū)域，但是也可以形成上述方式的熔融處理區(qū)域或者折射率變化區(qū)域作為改質(zhì)區(qū)域，利用吸收性激光的照射產(chǎn)生應(yīng)力，以熔融處理區(qū)域或者折射率變化區(qū)域作為起點，用來使裂縫產(chǎn)生和成長，可以切斷加工對象物。
此外，在加工對象物的厚度很大的情況等，也可以利用應(yīng)力工序以改質(zhì)區(qū)域作為起點，使成長的裂縫不達(dá)到加工對象物的表面和背面，經(jīng)由施加彎曲應(yīng)力或者剪切應(yīng)力等的人為的力量，來切斷加工對象物。因為該人為的力量只要較小力即可，所以可以防止在加工對象物的表面發(fā)生偏離切斷規(guī)定線的不必要的裂縫。
下面說明第一實施例的效果。當(dāng)依照這種方式時，在改質(zhì)區(qū)域形成工序，在產(chǎn)生多光子吸收的條件下，使聚光點P對準(zhǔn)在加工對象物1的內(nèi)部，使脈沖激光L照射在切斷規(guī)定線5。然后，使X軸載物臺109或者Y軸載物臺111移動，使聚光點P沿著切斷規(guī)定線5移動。利用這種方式，沿著切斷規(guī)定線5，在加工對象物1的內(nèi)部，形成改質(zhì)區(qū)域(例如裂縫區(qū)域、熔融處理區(qū)域、折射率變化區(qū)域)。當(dāng)在加工對象物的切斷位置有任何的起點時，可以以比較小的力量切斷加工對象物。在依照第一實施方式時，在應(yīng)力工序中，沿著切斷規(guī)定線5使吸收性激光照射在加工對象物1，利用溫度差產(chǎn)生熱應(yīng)力等的應(yīng)力。因此，利用溫度差產(chǎn)生的熱應(yīng)力等的應(yīng)力比較小的力量，可以切斷加工對象物1。利用這種方式，在加工對象物1的表面3不會產(chǎn)生偏離切斷規(guī)定線5的不必要的裂縫，可以切斷加工對象物1。
此外，在依照第一實施例時，在改質(zhì)區(qū)域形成工序，因為利用在加工對象物1發(fā)生多光子吸收的條件，使聚光點P對準(zhǔn)在加工對象物1的內(nèi)部而照射激光L，所以脈沖激光L透過加工對象物1，在加工對象物1的表面3，脈沖激光L幾乎不被吸收。此外，在應(yīng)力工序中，吸收性激光的強度是加工對象物1加熱但是不到熔融的程度。因此，不會由于激光的照射而使表面3受到熔融等的損壞。
當(dāng)依照以上所說明的第一實施例時，在加工對象物1的表面3，不會產(chǎn)生偏離切斷規(guī)定線5的不必要的裂縫或者熔融，就可以切斷規(guī)定線加工對象物1。因此，當(dāng)加工對象物1例如為半導(dǎo)體晶片的情況時，半導(dǎo)體芯片不會產(chǎn)生偏離切斷規(guī)定線的不必要的裂縫或者熔融，可以從半導(dǎo)體晶片切出半導(dǎo)體芯片。對于在表面形成有電極圖案的加工對象物，或者如同形成有壓電組件晶片或者液晶等的顯示裝置的玻璃基板，在表面形成有電子裝置的加工對象物也相同。因此，在依照第一實施方式時，可以提高經(jīng)由切斷加工對象物所制成的制品(例如半導(dǎo)體芯片、壓電裝置芯片、液晶等的顯示裝置)的效率。
此外，在依照第一實施例時，因為加工對象物1的表面3的切斷規(guī)定線5不會熔融，所以切斷規(guī)定線5的幅度(例如在半導(dǎo)體晶片的情況，該幅度是指成為半導(dǎo)體芯片的區(qū)域間的間隔)可以變小。利用這種方式，可以增加由一片的加工對象物1所制成的制品的數(shù)目，可以提高制品的生產(chǎn)效率。
此外，當(dāng)依照第一實施方式時，因為加工對象物1的切斷加工使用激光，所以當(dāng)與使用鉆石切割器的切片比較時，可以進(jìn)行更復(fù)雜的加工。例如，如圖18所示，即使切斷規(guī)定線5為復(fù)雜的形狀時，也可以進(jìn)行切斷加工。
(第二實施例)下面，說明本發(fā)明的第二實施例。此外，圖20～圖23是沿著圖19所示的加工對象物1的XX-XX線的部分截面圖。
如圖19和圖20所示，在加工對象物1的背面21粘貼有可擴(kuò)張的擴(kuò)張薄膜(保持構(gòu)件)19，在該擴(kuò)張薄膜19的表面19a上固定加工對象物1。擴(kuò)張薄膜19以外周部分貼著在環(huán)狀的薄膜固定框架20，而被固定在該薄膜固定框架20。此外，該加工對象物1是厚度100μm的硅晶片。
依照這種方式，將由加工對象物1、擴(kuò)張薄膜19和薄膜固定框架20構(gòu)成的單位U，裝載在例如上述激光加工裝置100的裝載臺107上，使加工對象物1的表面3側(cè)面對聚光用透鏡105。然后，利用按壓構(gòu)件107a將薄膜固定框架20固定在裝載臺107，和將擴(kuò)張薄膜19真空吸附在裝載臺107。
然后，如圖19所示，將依照加工對象物1的定向平坦部16的平行方向和垂直方向延伸的切斷規(guī)定線5，設(shè)定成為格子狀。該切斷規(guī)定線被設(shè)定在形成于晶片上的電路組件或者受光面等的功能組件所構(gòu)成的裝置形成面700之間。此外，在附圖中為了簡化，只顯示裝置形成面700的一部分。
此外，如圖20所示，使聚光點P1對準(zhǔn)在加工對象物1的內(nèi)部，照射激光L1，使該聚光點P1沿著切斷規(guī)定線5移動，來在加工對象物1的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域7。利用該改質(zhì)區(qū)域7，在離開加工對象物1的表面(激光射入面)3規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，沿著切斷規(guī)定線5形成切斷起點區(qū)域8。此外，因為加工對象物1是硅晶片，所以形成熔融處理區(qū)域作為改質(zhì)區(qū)域7。
然后，如圖21所示，使聚光點P2對準(zhǔn)在加工對象物1的表面3，對加工對象物1照射具有吸收性的激光L2，使該聚光點P2沿著切斷規(guī)定線5移動。利用該激光L2的照射，以切斷起點區(qū)域8作為起點，產(chǎn)生裂縫24，使該裂縫24達(dá)到加工對象物1的表面3和背面21。利用這種方式，沿著切斷規(guī)定線5將加工對象物1分割成多個芯片25。
這種裂縫24的主要的發(fā)生原因是因為利用激光L2的照射，沿著切斷規(guī)定線5，對加工對象物1加熱，在加工對象物1產(chǎn)生熱應(yīng)力。其一實例是利用激光L2的照射，在改質(zhì)區(qū)域7和加工對象物1的非改質(zhì)區(qū)域(加工對象物1的改質(zhì)區(qū)域7以外的部分)的界面，產(chǎn)生微細(xì)的龜裂或者變形，以該龜裂或者變形作為起點，施加拉伸應(yīng)力，使裂縫朝向作為加熱源的激光L2的照射部位擴(kuò)展，從改質(zhì)區(qū)域7朝向表面3或者背面21產(chǎn)生裂縫24。
其中，在第二實施例中，使用波長808nm，輸出14W的激光作為激光L2，使用激光二極管作為其光源。此外，聚光點P2的射束直徑大約為200μm。當(dāng)依照這種激光L2的照射時，可以防止加工對象物1的表面3的熔融，來對加工對象物1進(jìn)行加熱。此外，隨著聚光點P2的射束直徑的縮小，可以以更良好的精確度沿著切斷規(guī)定線5分割加工對象物1。此外，經(jīng)由縮小射束直徑，可以只對形成于晶片表面的裝置形成面間，照射激光，所以在裝置形成面不會照射無用的激光L2，可以保護(hù)裝置面。
在將加工對象物1切斷成多個芯片25之后，將單元U搬運到薄膜擴(kuò)張裝置200。如圖22所示，單元U的薄膜固定框架20被環(huán)狀的承接構(gòu)件201和環(huán)狀的按壓構(gòu)件202所包夾，從而被固定在薄膜擴(kuò)張裝置200。然后，將被配置在承接構(gòu)件201的內(nèi)側(cè)的圓柱狀的按壓構(gòu)件203，從單元U的下側(cè)按壓到擴(kuò)張薄膜19的背面19b，然后，如圖23所示的使按壓構(gòu)件203上升。利用這種方式，使擴(kuò)張薄膜19的各個芯片25的接觸部分?jǐn)U張到外方，用來使各個芯片25互相分離，可以容易且可靠地拾取各個芯片25。
在以上的第二實施例的激光加工方法中，利用多光子吸收所形成的改質(zhì)區(qū)域7，可以沿著切斷規(guī)定線5，在加工對象物1的內(nèi)部形成切斷起點區(qū)域8。然后，使對加工對象物1具有吸收性的激光L2，沿著切斷規(guī)定線5照射加工對象物1，以切斷起點區(qū)域8作為起點，在加工對象物1產(chǎn)生裂縫24，可以以良好的精確度沿著切斷規(guī)定線5切斷加工對象物1。此外，使固定有加工對象物1的擴(kuò)張薄膜19擴(kuò)張，用來使各個芯片25分離，所以可以更進(jìn)一步地提高沿著切斷規(guī)定線5的加工對象物1的切斷的確實性。
(第三實施例)下面，說明本發(fā)明的第三實施例。第三實施例的與第二實施例的不同部分是當(dāng)照射激光L2時所產(chǎn)生的裂縫24達(dá)到加工對象物1的表面3和背面21。下面將以與第二實施例不同的部分作為重點進(jìn)行說明。此外，圖24是沿著圖19所示的加工對象物1的XX-XX線的部分截面圖。
與第二實施例先公，準(zhǔn)備由加工對象物1、擴(kuò)張薄膜19和薄膜固定框架20所構(gòu)成的單元21，例如使用上述的激光加工裝置100，在加工對象物1的內(nèi)部，形成改質(zhì)區(qū)域7，利用該改質(zhì)區(qū)域7，沿著切斷規(guī)定線5，在離開加工對象物1的表面3規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域8。此外，加工對象物1是厚度為300μm的硅晶片。
然后，如圖24所示，使聚光點P2對準(zhǔn)在加工對象物1的表面3，照射對加工對象物1具有吸收性的激光L2，使該聚光點P2沿著切斷規(guī)定線5移動。利用該激光L2的照射，以切斷起點區(qū)域8作為起點，產(chǎn)生裂縫24。但是，因為第三實施例的加工對象物1的厚度(300μm)比第二實施方式的加工對象物1的厚度(100μm)厚，所以裂縫24不會達(dá)到加工對象物1的表面3和背面21，只停留在加工對象物1的內(nèi)部。此外，激光L2的照射條件與第二實施例相同。
然后，與第二實施例相同，將單元U搬運到薄膜擴(kuò)張裝置200。然后，在薄膜擴(kuò)張裝置200，從單元U的下側(cè)將按壓構(gòu)件203按壓到擴(kuò)張薄膜19的背面19b，然后使按壓構(gòu)件203上升。由此，擴(kuò)張薄膜19的加工對象物1的接觸部分的外側(cè)擴(kuò)張。隨著該擴(kuò)張薄膜19的擴(kuò)張，使加工對象物1內(nèi)的裂縫24的前端到達(dá)加工對象物1的表面3和背面21，沿著切斷規(guī)定線5將加工對象物1分割成多個芯片25，使各個芯片25互相分離。
此外，利用激光L2的照射條件，也可以在激光L2的照射時不會發(fā)生裂縫24。在這種情況下，當(dāng)與不照射激光L2的情況比較時，利用擴(kuò)張薄膜19的擴(kuò)張，可以沿著切斷規(guī)定線5，更容易和更高精確度地分割加工對象物1。
在以上的第三實施例的激光加工方法中，與上述的第二實施例的激光加工方法相同，可以沿著切斷規(guī)定線5在加工對象物1的內(nèi)部，形成切斷起點區(qū)域8。然后，沿著切斷規(guī)定線5對加工對象物1照射激光L2，該激光L2對加工對象物1具有吸收性，當(dāng)與未進(jìn)行這種照射的情況比較時，可以以較小的力量，使以切斷起點區(qū)域8作為起點的裂縫24，達(dá)到加工對象物I的表面3和背面21。因此，可以以較小的力量使固定有加工對象物1的擴(kuò)張薄膜19擴(kuò)張，可以沿著切斷規(guī)定線5以良好的精確度切斷加工對象物1。此外，因為利用該擴(kuò)張薄膜19的擴(kuò)張使各個芯片24分離，所以可以更進(jìn)一步地提高沿著切斷規(guī)定線5的加工對象物1的切斷的可靠性。
本發(fā)明并不只限于上述第一實施例～第三實施例。
例如，加工對象物1的材料，和對加工對象物1具有吸收性的激光L2的種類，優(yōu)選使用下面所述的。即，在加工對象物1為硅晶片或者GaAs系晶片的情況時，激光L2優(yōu)選使用波長為500nm～1100nm的激光。具體地說，使用YAG激光的兩倍波(波長532nm)，GaAs系的半導(dǎo)體激光(波長780nm或者波長808nm)，Nd摻雜的光纖激光(波長1060nm)等。此外，在加工對象物1為玻璃的情況時，激光L2優(yōu)選使用波長為2μm以上的激光。具體地說，使用CO2激光(波長10.6μm)、CO激光(波長約5.5μm)、氟化氫激光(波長約2.9μm)等。
此外，由于激光L2的照射所產(chǎn)生的裂縫24也可以達(dá)到加工對象物1表面3或者背面21的任何一方。這種控制可以形成改質(zhì)區(qū)域7使其從加工對象物1的厚度方向的中心位置偏向表面3或者背面21的任何一方。特別是激光L2的照射所產(chǎn)生的裂縫24，當(dāng)達(dá)到加工對象物1的擴(kuò)張薄膜19側(cè)的面時，利用擴(kuò)張薄膜19的擴(kuò)張的加工對象物1的切斷精確度可以更進(jìn)一層地提高。
此外，“形成改質(zhì)區(qū)域7使其從加工對象物1的厚度方向的中心位置偏向加工對象物1的表面3側(cè)”是指構(gòu)成切斷起點區(qū)域8的改質(zhì)區(qū)域7形成從加工對象物1的厚度方向的厚度一半的位置，偏向表面3側(cè)。即，加工對象物1的厚度方向的改質(zhì)區(qū)域7的寬度的中心位置，位于從加工對象物1的厚度方向的中心位置偏向表面3側(cè)的位置，不只限于改質(zhì)區(qū)域7的全部的部分相對加工對象物1的厚度方向的中心位置，成為位于表面3側(cè)。對于使改質(zhì)區(qū)域7形成偏向加工對象物1的背面21側(cè)的情況也相同。
此外，上述的激光L2的照射是照射在切斷規(guī)定線5上，但是也可以照射在切斷規(guī)定線5的附近。此外，激光L2的聚光點P2的位置也可以不在加工對象物1的表面3上。
當(dāng)依照以上所說明的本發(fā)明的激光加工方法時，可以沿著切斷規(guī)定線，以良好的精確度切斷加工對象物。
權(quán)利要求
1.一種激光加工方法，其特征在于，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在晶片狀的加工對象物的內(nèi)部來照射激光，利用多光子吸收在所述加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著所述加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開所述加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；和在形成所述切斷起點區(qū)域的工序之后，使對所述加工對象物具有吸收性的激光，沿著所述切斷規(guī)定線而照射所述加工對象物，沿著所述切斷規(guī)定線在切斷所述加工對象物的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
2.一種激光加工方法，其特征在于，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在晶片狀的加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1μs以下的條件下照射激光，在所述加工對象物的內(nèi)部形成包括裂縫區(qū)域的改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著所述加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開所述加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；和在形成所述切斷起點區(qū)域的工序之后，使對所述加工對象物具有吸收性的激光，沿著所述切斷規(guī)定線而照射該加工對象物，沿著所述切斷規(guī)定線在切斷所述加工對象物的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
3.一種激光加工方法，其特征在于，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在晶片狀的加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1μs以下的條件下照射激光，在所述加工對象物的內(nèi)部形成包括熔融處理區(qū)域的改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著所述加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開所述加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；和在形成所述切斷起點區(qū)域的工序之后，使對所述加工對象物具有吸收性的激光，沿著所述切斷規(guī)定線而照射該加工對象物，沿著所述切斷規(guī)定線在切斷所述加工對象物的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
4.一種激光加工方法，其特征在于，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在晶片狀的加工對象物的內(nèi)部，在聚光點的最大密度為1×108(W/cm2)以上且脈沖幅度為1ns以下的條件下，照射激光，在所述加工對象物的內(nèi)部形成包括作為折射率變化了的區(qū)域的折射率變化區(qū)域的改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著所述加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開所述加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；和在形成所述切斷起點區(qū)域的工序之后，使對所述加工對象物具有吸收性的激光，沿著所述切斷規(guī)定線而照射所述加工對象物，沿著所述切斷規(guī)定線在切斷所述加工對象物的位置產(chǎn)生應(yīng)力。
5.如權(quán)利要求1至4中的任意一項所述的激光加工方法，其特征在于對所述加工對象物具有吸收性的激光的聚光點，對準(zhǔn)在所述加工對象物的表面。
6.一種激光加工方法，其特征在于，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在被固定于可擴(kuò)張保持構(gòu)件的表面的晶片狀的加工對象物的內(nèi)部來照射激光，從而在所述加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著所述加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開所述加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；在形成所述切斷起點區(qū)域的工序之后，使對所述加工對象物具有吸收性的激光，沿著所述切斷規(guī)定線而照射所述加工對象物，從而沿著所述切斷規(guī)定線，切斷所述加工對象物；和在切斷所述加工對象物的工序之后，通過使該保持構(gòu)件擴(kuò)張，來使被切斷的所述加工對象物的各個部分分離。
7.一種激光加工方法，其特征在于，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在被固定于可擴(kuò)張保持構(gòu)件的表面的晶片狀的加工對象物的內(nèi)部來照射激光，從而在所述加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域，通過該改質(zhì)區(qū)域，沿著所述加工對象物的切斷規(guī)定線，在離開所述加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；在形成所述切斷起點區(qū)域的工序之后，使對所述加工對象物具有吸收性的激光，沿著所述切斷規(guī)定線，照射所述加工對象物；和在照射所述加工對象物的工序之后，通過使所述保持構(gòu)件擴(kuò)張，來切斷所述加工對象物，并使被切斷的該加工對象物的各個部分分離。
8.如權(quán)利要求6或者7所述的激光加工方法，其特征在于所述加工對象物由半導(dǎo)體材料形成，所述改質(zhì)區(qū)域是熔融處理區(qū)域。
9.一種激光加工方法，其特征在于，所具備的工序包括使聚光點對準(zhǔn)在由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的晶片狀的加工對象物的內(nèi)部來照射激光，在所述加工對象物的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域，通過該熔融處理區(qū)域，在離開所述加工對象物的激光射入面規(guī)定距離的內(nèi)側(cè)，形成切斷起點區(qū)域；和在形成所述切斷起點區(qū)域的工序之后，使對所述加工對象物具有吸收性的激光，沿著所述切斷規(guī)定線，照射所述加工對象物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光加工方法，可以沿著切斷規(guī)定線以良好的精確度切斷加工對象物。利用多光子吸收所形成的改質(zhì)區(qū)域(7)，沿著切斷規(guī)定線(5)，在加工對象物(1)的內(nèi)部形成切斷起點區(qū)域(8)。然后，使對加工對象物(1)具有吸收性的激光(L2)，沿著切斷規(guī)定線(5)照射加工對象物(1)，以切斷起點區(qū)域(8)作為起點，在加工對象物(1)產(chǎn)生裂縫(24)，可以以良好的精確度沿著切斷規(guī)定線(5)切斷加工對象物(1)。此外，使固定有加工對象物(1)的擴(kuò)張薄膜(19)擴(kuò)張來使各個芯片(25)分離，所以沿著切斷規(guī)定線(5)的加工對象物(1)的切斷的可靠性可以更進(jìn)一步地得到提高。
文檔編號B28D5/00GK1758985SQ03826130
公開日2006年4月12日 申請日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者福世文嗣, 福滿憲志, 內(nèi)山直己, 和久田敏光, 渥美一弘, 村松憲一 申請人:浜松光子學(xué)株式會社