專利名稱：利用激光束的工件分割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用激光束的工件分割方法，其特別地適用于分割薄板構(gòu)件，即晶片，包括但不局限于藍寶石基片，碳化硅基片，鉭酸鋰基片，玻璃基片，石英基片，及硅基片中的任何一個。
背景技術(shù)：
在半導體器件的生產(chǎn)中，正如所眾所周知，許多半導體電路被形成在包括基片如藍寶石基片，碳化硅基片，鉭酸鋰基片，玻璃基片，石英基片或硅基片的晶片的表面，且然后所述晶片被分割以形成單獨的半導體電路。利用激光束的各種方法已經(jīng)被提議用于分割晶片。
在美國專利號5,826,772所公開的分割方法中，激光束被聚焦到晶片的一個表面上，或其附近，并且激光束和晶片相對地沿著分割線被移動。通過這種動作，在晶片一個表面?zhèn)壬系牟牧涎刂指罹€被融化以在晶片的一個表面上形成凹槽。然后，彎曲力矩被施加到晶片上以沿著所述凹槽折斷晶片。
美國專利6,211,488及日本專利申請公開號2001-277163中的每個均公開了分割方法，所述方法包括將激光束聚焦到晶片厚度方向上的中間部分，沿著分割線相對地移動激光束和晶片，由此沿著分割線在晶片厚度方向上的中間部分上產(chǎn)生影響或退化區(qū)，且然后向晶片施加外力以沿著退化區(qū)折斷晶片。
在上述提到的美國專利號5,826,772所公開的分割方法提出這樣的問題，即在晶片一個表面?zhèn)壬媳蝗诨牟牧?被稱為碎片)散布在晶片的一個表面上且附著到其上，由此沾污了最后所得到的半導體電路；并且難以使最后所形成的凹槽的寬度足夠小，因此需要相對大的分割線寬度，從而有必要導致相對低的可用于形成半導體電路的面積的百分比。
美國專利6,211,488及日本專利申請公開號2001-277163中所公開的分割方法具有下述問題根據(jù)由本申請發(fā)明者所進行的實驗，在晶片厚度方向上的中間部分處的材料退化總體上要求具有不小于預定功率密度的功率密度的激光束被導引在晶片處。材料的退化導致空隙和裂紋的形成。裂紋可以在任意方向上延伸。因此，當外力被施加到晶片上時，晶片存在沿著分割方向不被足夠精確地分割的趨勢，其結(jié)果是在折斷邊緣可出現(xiàn)許多裂痕或可引起相對大的裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種利用激光束的新穎且經(jīng)改善的工件分割方法，其可以沿著足夠窄的分割線足夠精確地分割工件。
我們，即發(fā)明者進行了深入研究和實驗，且驚奇地發(fā)現(xiàn)下述事實激光束從可透過激光束的工件的一個表面?zhèn)缺皇┘?，且被聚焦到工件的另一表面上面或其附近。通過如此做法，工件的材料可以在從另一表面到預定深度范圍的區(qū)域中被退化。此外，所述退化可以基本上包括材料的融化和再凝固，而無需去除材料，因而造成碎片的出現(xiàn)基本上被避免或被足夠抑制，并且造成空隙或裂紋的出現(xiàn)基本上被避免或被足夠抑制。因此，可以取得上述提到的主要目的。
根據(jù)本發(fā)明，為了解決上述說明的原理性技術(shù)挑戰(zhàn)，提供有一種工件分割方法，其包括從可透過激光束的工件的一個表面?zhèn)仁┘蛹す馐?，進一步包括將被從工件一個表面?zhèn)人┘拥募す馐劢沟焦ぜ硪粋?cè)上面或其附近以退化從工件的所述另一表面到預定深度范圍的區(qū)域。
優(yōu)選地是工件的退化基本上為融化和再凝固。優(yōu)選地是，當在厚度方向上向內(nèi)測量時，激光束被聚焦到距工件另一表面+20至-20μm的位置上。優(yōu)選地，激光束是具有波長為150至1500nm的脈沖激光束，且在所述脈沖激光束的聚斑，即焦點處的峰值功率密度是5.0×108至2.0×1011W/cm2。優(yōu)選地是工件沿著預定分割線在被隔開預定距離的許多位置處被退化，并且所述預定距離優(yōu)選地不大于脈沖激光束焦斑處的斑直徑的三倍。工件可以沿著預定分割線在被隔開預定距離的許多位置處被退化，然后激光束的焦斑可以在工件厚度方向上向內(nèi)移置，并且工件沿著預定分割線在被隔開預定距離的許多位置處可以再次被退化，由此可以增加被退化區(qū)域的深度。預定深度優(yōu)選地為工件總厚度的10至50％。工件可以是包括藍寶石基片，碳化硅基片，鉭酸鋰基片，玻璃基片和石英基片當中任何一個的晶片。


圖1是示出在本發(fā)明優(yōu)選實施例中將激光束施加到工件的模式的示意性斷面圖。
圖2是以放大方式示出圖1中激光束的焦斑附近的示意性斷面圖。
圖3是通過沿著分割線的斷面示出圖1中的模式的示意性斷面圖。
圖4是類似于圖3的示意性斷面圖，其示出產(chǎn)生被重疊在工件厚度方向上的退化區(qū)域的模式。
圖5是通過勾畫實例1中工件折斷邊緣的顯微照片而準備的示意圖。
圖6是通過勾畫實例2中工件折斷邊緣的顯微照片而準備的示意圖。
圖7是通過勾畫比較實例2中工件折斷邊緣的顯微照片而準備的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在通過參考所附的附圖，將較詳細地說明根據(jù)本發(fā)明的工件分割方法的優(yōu)選實施例。
圖1示意性地示出將激光束4施加到即將被分割的工件2的模式。所示例的工件2是由薄板形式的基片6和許多表面層8(它們中的兩個在圖1中被局部地加以示例)組成的晶片?；?例如由藍寶石，碳化硅，鉭酸鋰，玻璃，石英或硅形成。表面層8的每個的形狀為矩形，并且以排和列被堆疊在基片6的一個表面10上。以格子圖案被設置的道(即分割線)12被限定在表面層8之間。
在本發(fā)明的分割方法中，激光束4被從工件2的一個表面?zhèn)?，即從圖1的上面被施加。對于激光束4重要地是能夠透過即將被分割的基片6。如果基片6由藍寶石，碳化硅，鉭酸鋰，玻璃或石英形成，則激光束4有利地是具有波長為150至1500nm的脈沖激光束。尤其地，激光束4優(yōu)選地是具有1064nm波長的YAG脈沖激光束或YVO4脈沖激光束。參考為局部放大圖的圖2，以及圖1，在本發(fā)明的分割方法中重要地是經(jīng)由適合光學系統(tǒng)(未示出)從工件2的一個表面?zhèn)缺皇┘拥募す馐?被聚焦到工件2的另一表面(即圖1和2的較低表面)上或其附近。激光束4的焦斑16優(yōu)選地位于工件2的另一表面14上，或在當在厚度方向上向內(nèi)測量時距另一表面14的X內(nèi)，所述X在+20至-20μm范圍之間，特別地在+10至-10μm范圍之間。在所示例的實施例中，基片6的一個表面10被朝上，且激光束從基片6上面被施加，其中表面層8被放置在表面10上面。然而，如果需要的話，基片6的一個表面10可被向下(即一個表面10和另一個表面14被顛倒)，并且激光束4可被聚焦到一個表面10上或其附近，其中表面層8被放置在表面10上面。
即將在后面被提供的實例和比例實例說明示出了本發(fā)明的分割方法和上述提到的美國專利6,211,488及日本專利申請公開號2001-277163所公開的分割方法的執(zhí)行。根據(jù)這些專利文件的方法，當從工件2的一個表面?zhèn)人┘拥娜鐖D1中虛雙點線所指示的激光束4被聚焦到工件2厚度方向上的中間部分上時，如果在激光束4的焦斑16處的峰值功率密度不大于預定值，則在工件2中沒有變化出現(xiàn)。如果在激光束4的焦斑16處的峰值功率密度超過預定值，則在靠近激光束4的焦斑16的工件2內(nèi)突然產(chǎn)生空隙和裂紋。另一方面根據(jù)本發(fā)明的方法，如圖1中的實線所指示，當激光束4被聚焦在工件2的另一表面14上或其附近時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)發(fā)生下述現(xiàn)象工件2的材料被融化在從工件2的另一表面14到預定深度的范圍的區(qū)域中，使激光束4焦斑16處的峰值功率密度略微低于上述預定值。剛一完成激光束4的施加，則被融化的材料被再次凝固。在圖1和2中，示出經(jīng)受融化和再凝固的退化區(qū)域18被標記有許多點。在這樣的融化和再凝固中，可以基本上避免或足夠地抑制材料從工件2中的去除或散布，并且可以基本上避免或足夠地抑制空隙和裂紋的出現(xiàn)。在具有預定寬度和限制深度的退化區(qū)域18中，材料可以被融化和再凝固。為什么材料的性能根據(jù)激光束4焦斑16的位置而變化的原因并不必要清楚，但是我們假設如下在工件2厚度方向上的中間部分中，在原子上的約束力相對大，這樣通過吸收超出預定功率密度的激光束而已經(jīng)被激勵的原子被猝發(fā)產(chǎn)生空隙或裂紋。相對照地，，在工件2的另一表面14上或其附近，在吸收了激光束4的原子上的約束力相對低。因此，當吸收功率密度小于預定功率密度的激光束4時，原子并不猝發(fā)，但是引起材料的融化。此外，激光束4透過工件2的內(nèi)部且到達焦斑16。因而，激光束4的功率并不被從工件2向外分配，如在將束聚焦到工件2的一個表面上的期間那樣，但是在成扇形向工件2內(nèi)部同時被分配。因此，材料的融化從另一表面14繼續(xù)向內(nèi)進行。因此被融化材料的散射被認為被足夠地加以抑制。在被聚焦到工件2另一表面14上面或其附近的脈沖激光束4的焦斑16處的峰值功率密度取決于工件2的材料?？傮w上，優(yōu)選地是峰值功率密度處于5.0×108至2.0×1011W/cm2的數(shù)量級。
參考圖3以及圖1，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，從工件2一個表面?zhèn)缺皇┘拥募す馐?被聚焦到另一表面14上或其附近。在這個條件下，工件2及激光束4被相對地沿著分割線12移動，由此基本上已經(jīng)經(jīng)歷融化和再凝固的退化區(qū)域18沿著分割線12在工件2中的被隔開預定距離的許多位置處被產(chǎn)生。工件2和激光束4的相對移動速度優(yōu)選地被如此設定，以便于預定距離并不大于激光束4的焦斑16的斑直徑的三倍。因此，如圖3所示，距所述另一表面14具有預定深度D的退化區(qū)域18以若干間隔或基本上連續(xù)地沿著分割線12被產(chǎn)生在工件2的另一表面?zhèn)壬?。與其它部分相比較，退化區(qū)域18在強度上局部地被減少。因此，退化區(qū)域18以若干間隔或基本上連續(xù)地沿著分割線12的整個長度而產(chǎn)生，并且然后，例如在實例1中，分割線12的兩側(cè)被迫使向上或向下以將彎曲力矩施加到分割線12周圍的工件2上。通過這個程序，工件2可以足夠精確地沿著分割線12被折斷。為了便利于工件2的折斷，退化區(qū)域18的深度D優(yōu)選地大約為在工件2分割線12處的總厚度T的10至50％。
為了產(chǎn)生所要求深度D的退化區(qū)域18，如果需要則激光束4可以被施加多次，使激光束4的焦斑16的位置被移置。圖4示出以下述方式被加以執(zhí)行的這種到被移置位置的激光束施加模式最初，激光束4相對于工件2向右移動，使激光束4的焦斑16位于工件2的另一表面14上或其附近，由此沿著分割線12產(chǎn)生深度D1的退化區(qū)域18-1。然后，激光束4相對于工件2向左移動，使激光束4的焦斑16在工件2的厚度方向上向內(nèi)(即在圖4中向上)被略微移置，由此在退化區(qū)域18-1的頂部產(chǎn)生深度D2的退化區(qū)域18-2。此外，激光束4相對于工件2向右移動，使激光束4的焦斑16在工件2的厚度方向上向內(nèi)(即在圖4中向上)被略微移置，由此在退化區(qū)域18-2的上部產(chǎn)生深度D3的退化區(qū)域18-3。
接下來，將說明本發(fā)明的實例和比較實例。
實例1具有2英寸(5.08cm)直徑及100μm厚度的藍寶石基片被用作工件。根據(jù)圖1至3所示例的模式，激光束被從所述工件的一個表面?zhèn)?，即從上面被施加以沿著預定的分割線產(chǎn)生退化區(qū)域。在下述條件下激光束的施加被執(zhí)行，使激光束的焦斑即焦點位于工件的另一表面，即下部表面激光器YVO4脈沖激光器波長1064nm焦斑的斑直徑1μm脈沖寬度25ns焦斑的峰值功率密度2.0×1011W/cm2脈沖重復頻率100kHz激光束的相對移動(相對于工件的移動)速度100mm/秒然后，工件被人工地緊握，并且彎曲力矩被施加到分割線周圍，以沿著分割線折斷工件。折斷沿著分割線被足夠精確地執(zhí)行，并且在折斷邊緣不存在明顯的裂痕等。圖5是工件折斷邊緣的顯微照片(放大率×200)的草圖。從圖5中可理解到，在工件的另一表面上產(chǎn)生深度為10至20μm的退化區(qū)域18。這樣的退化區(qū)域基本上沒有空隙或裂紋。
實例2除了在激光束相對于工件沿著分割線的每個移動之后，激光束焦斑的位置被向上移置10μm以外，激光束以與實例1同樣的方式被施加，并且在這個狀態(tài)下，激光束相對于工件往復兩次(因而，被移動四次)。
然后，工件被人工地緊握，并且彎曲力矩被施加到分割線周圍，以沿著分割線折斷工件。折斷沿著分割線被足夠精確地執(zhí)行，并且在折斷邊緣不存在明顯的裂痕等。圖6是工件折斷邊緣的顯微照片(放大率×200)的草圖。從圖6中可理解到，在工件的另一表面上產(chǎn)生深度為40至50μm的退化區(qū)域18。這樣的退化區(qū)域基本上沒有空隙或裂紋。
比較實例1為了比較的目的，除了激光束的焦斑位于工件厚度方向上的中間部分處以外，激光束以與實例1相同的方式被施加。在激光束施加之后工件被加以觀察，但是沒有注意到退化區(qū)域的產(chǎn)生。
比較實例2除了激光束焦斑的峰值功率密度被增加到2.5×1011W/cm2以外，激光束以與比較實例1相同的方式被施加。
然后，工件被人工地緊握，并且彎曲力矩被施加到分割線周圍，以沿著分割線折斷工件。沿著分割線未能足夠精確地執(zhí)行折斷，并且在折斷邊緣存在許多裂痕和相對大的裂紋。圖7是工件折斷邊緣的顯微照片(放大率×200)的草圖。從圖7中可理解到，在工件厚度方向上的中間部分中所產(chǎn)生的退化區(qū)域包含許多空隙20和裂紋22。經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋在各個方向上延伸。
權(quán)利要求
1.一種工件分割方法，包括從可透過激光束的工件的一個表面?zhèn)仁┘蛹す馐?，進一步包括將從工件所述一個表面?zhèn)人┘拥募す馐劢沟焦ぜ硪粋?cè)上面或其附近以退化從工件的所述另一表面到預定深度范圍的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工件分割方法，其中工件的退化基本上是融化和再凝固。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的工件分割方法，其中當在厚度方向上向內(nèi)測量時，激光束被聚焦在距工件所述另一表面+20至-20μm的位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的工件分割方法，其中激光束是具有波長為150至1500nm的脈沖激光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的工件分割方法，其中在脈沖激光束聚斑處的峰值功率密度是5.0×108至2.0×1011W/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的工件分割方法，其中工件沿著預定分割線在被隔開預定距離的許多位置處被退化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的工件分割方法，其中所述預定距離不大于脈沖激光束焦斑處的斑直徑的三倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的工件分割方法，進一步包括沿著預定分割線在被隔開預定距離的許多位置處退化工件；然后在工件厚度方向上向內(nèi)移置激光束的焦斑；以及沿著預定分割線在被隔開預定距離的許多位置處再次退化工件，由此增加被退化區(qū)域的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的工件分割方法，其中所述預定深度為工件總厚度的10至50％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的工件分割方法，其中工件是包括藍寶石基片，碳化硅基片，鉭酸鋰基片，玻璃基片和石英基片當中任何一個的晶片。
全文摘要
一種工件分割方法包括從可透過激光束的工件的一個表面?zhèn)仁┘蛹す馐墓ぜ鲆粋€表面?zhèn)人┘拥募す馐劢沟焦ぜ硪粋?cè)上面或其附近以退化從工件的所述另一表面到預定深度范圍的區(qū)域。工件的退化基本上是融化和再凝固。
文檔編號C03B33/07GK1572452SQ20041004457
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者永井祐介, 小林賢史, 星野仁志 申請人:株式會社迪斯科