專利名稱：激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于切斷板狀加工對(duì)象物的激光加工方法。
背景技術(shù)：
作為利用激光加工來(lái)切斷加工對(duì)象物的方法，有如以下非專利文獻(xiàn)1所記載的。該非專利文獻(xiàn)1所記載的激光加工方法是切斷硅晶片的方法、并且是使用透過(guò)硅的近1μm的波長(zhǎng)的激光，使該激光匯聚在晶片內(nèi)部并連續(xù)地形成改質(zhì)層，以其為開(kāi)端而進(jìn)行切斷的方法。非專利文獻(xiàn)1荒井一尚，「半導(dǎo)體晶片中的激光切割加工」，磨粒加工學(xué)會(huì)志，Vol.47，No.5，2003 MAY.229-231發(fā)明內(nèi)容當(dāng)使用上述那樣的激光加工方法，在加工用激光的入射面是凹凸面的板狀的加工對(duì)象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域時(shí)，存在在距離入射面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)無(wú)法高精度形成改質(zhì)區(qū)域的情況。在此情況下，造成加工對(duì)象物的切斷精度降低。
因此，本發(fā)明有鑒于上述問(wèn)題而成，其目的是提供一種可對(duì)加工用激光的入射面是凹凸面的板狀加工對(duì)象物高精度地進(jìn)行切斷的激光加工方法。
為解決上述課題，本發(fā)明的激光加工方法為，使匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)板狀的加工對(duì)象物的內(nèi)部而照射加工用激光，由此沿著上述加工對(duì)象物的切斷預(yù)定線，而在上述加工對(duì)象物的內(nèi)部形成作為切斷起點(diǎn)的改質(zhì)區(qū)域，其特征在于在上述加工對(duì)象物的上述加工用激光的入射面為凹凸面，且上述切斷預(yù)定線為跨越上述入射面的凹區(qū)域面及凸區(qū)域面的情況下，包含，在距離上述凹區(qū)域面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，沿著上述切斷預(yù)定線形成第1改質(zhì)區(qū)域的第1工序；和在距離上述凸區(qū)域面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，沿著上述切斷預(yù)定線形成第2改質(zhì)區(qū)域的第2工序；且在上述第1工序中，在沿著上述切斷預(yù)定線上的上述凸區(qū)域面上的部分照射上述加工用激光時(shí)，使上述匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)上述加工對(duì)象物的外部，在上述第2工序中，在沿著上述切斷預(yù)定線上的上述凹區(qū)域面上的部分照射上述加工用激光時(shí)，使上述匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)上述加工對(duì)象物的外部。
在本發(fā)明的激光加工方法中，在距離加工對(duì)象物上的加工用激光的入射面的凹區(qū)域面及凸區(qū)域面的規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，各自以不同的工序來(lái)形成第1及第2改質(zhì)區(qū)域。因此，即使在切斷預(yù)定線為跨越入射面的凹區(qū)域面及凸區(qū)域面的情況下，也可在第1工序中，在距離凹區(qū)域面的規(guī)定距離內(nèi)側(cè)高精度地形成第1改質(zhì)區(qū)域，且在第2工序中，在距離凸區(qū)域面的規(guī)定距離內(nèi)側(cè)高精度形成地第2改質(zhì)區(qū)域。因此，根據(jù)本發(fā)明的激光加工方法，則可對(duì)加工用激光的入射面是凹凸面的板狀加工對(duì)象物高精度地進(jìn)行切斷。
此外，凹區(qū)域面和第1改質(zhì)區(qū)域的間的規(guī)定距離與凸區(qū)域面和第2改質(zhì)區(qū)域的間的規(guī)定距離可以相同，也可以不同。另外，實(shí)施第1工序及第2工序的順序并未特別限定。例如，可以在實(shí)施第1工序之后再實(shí)施第2工序，也可以在實(shí)施第2工序之后再實(shí)施第1工序。
另外，在第1工序中，優(yōu)選在沿著切斷預(yù)定線上的凹區(qū)域面上的部分照射加工用激光時(shí)，改變加工用激光的照射條件，以使加工用激光的匯聚點(diǎn)位于距離凹區(qū)域面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，在沿著切斷預(yù)定線上的凸區(qū)域面上的部分照射加工用激光時(shí)，固定加工用激光的照射條件，而在第2工序中，優(yōu)選在沿著切斷預(yù)定線上的凸區(qū)域面上的部分照射加工用激光時(shí)，改變加工用激光的照射條件，以使加工用激光的匯聚點(diǎn)位于距離凸區(qū)域面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，在沿著切斷預(yù)定線上的凹區(qū)域面上的部分照射加工用激光時(shí)，固定加工用激光的照射條件。
由此，在第1工序中沿著切斷預(yù)定線上的凹區(qū)域面上的部分照射加工用激光時(shí)，可使加工用激光的匯聚點(diǎn)的位置追蹤加工對(duì)象物的厚度方向上的入射面的位置改變(例如，入射面的凹凸或起伏等)。另外，在第1工序中沿著切斷預(yù)定線上的凸區(qū)域面上的部分照射加工用激光時(shí)，可使加工用激光的匯聚點(diǎn)確實(shí)地位于加工對(duì)象物的外部。同樣地，在第2工序中沿著切斷預(yù)定線上的凸區(qū)域面上的部分照射加工用激光時(shí)，可使加工用激光的匯聚點(diǎn)的位置追蹤加工對(duì)象物的厚度方向上的入射面的位置改變(例如，入射面的凹凸或起伏等)。另外，在第2工序中沿著切斷預(yù)定線上的凹區(qū)域面上的部分照射加工用激光時(shí)，可使加工用激光的匯聚點(diǎn)確實(shí)地位于加工對(duì)象物的外部。
另外，優(yōu)選在形成第1及第2改質(zhì)區(qū)域之后，沿著切斷預(yù)定線作切斷切斷加工對(duì)象物。由此，可將加工對(duì)象物沿著切斷預(yù)定線高精度地切斷。
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種對(duì)加工用激光的入射面為凹凸面的板狀加工對(duì)象物高精度地進(jìn)行切斷的激光加工方法。


圖1是根據(jù)本實(shí)施方式的激光加工方法進(jìn)行激光加工中的加工對(duì)象物的平面圖。
圖2是沿著圖1所示加工對(duì)象物的II-II線的剖面圖。
圖3是根據(jù)本實(shí)施方式的激光加工方法進(jìn)行激光加工后的加工對(duì)象物的平面圖。
圖4是沿著圖3所示加工對(duì)象物的IV-IV線的剖面圖。
圖5是沿著圖3所示加工對(duì)象物的V-V線的剖面圖。
圖6是由本實(shí)施方式的激光加工方法所切斷的加工對(duì)象物的平面圖。
圖7是表示本實(shí)施方式的激光加工方法中的電場(chǎng)強(qiáng)度與裂開(kāi)點(diǎn)的大小的關(guān)系的圖表。
圖8是使用本實(shí)施方式的激光加工方法切斷加工對(duì)象物時(shí)的裂開(kāi)區(qū)域形成工序中的加工對(duì)象物的剖面圖。
圖9是使用本實(shí)施方式的激光加工方法切斷加工對(duì)象物時(shí)的裂開(kāi)成長(zhǎng)工序中的加工對(duì)象物的剖面圖。
圖10是使用本實(shí)施方式的激光加工方法切斷加工對(duì)象物時(shí)的裂開(kāi)成長(zhǎng)工序中的加工對(duì)象物的剖面圖。
圖11是使用本實(shí)施方式的激光加工方法切斷加工對(duì)象物時(shí)的切斷工序中的加工對(duì)象物的剖面圖。
圖12是表示由本實(shí)施方式的激光加工方法所切斷的硅晶片的一部分的剖面的照片。
圖13是表示本實(shí)施方式的激光加工方法中的激光的波長(zhǎng)與硅基板的內(nèi)部透射率間的關(guān)系圖表。
圖14是以模型表示本實(shí)施方式的激光加工方法中的加工對(duì)象物的一例的平面圖。
圖15是沿著圖14中的XV-XV箭頭的剖面圖。
圖16是進(jìn)行本實(shí)施方式的激光加工方法的第1工序中的加工對(duì)象物的部分剖面圖。
圖17是進(jìn)行本實(shí)施方式的激光加工方法的第1工序后的加工對(duì)象物的部分剖面圖。
圖18是進(jìn)行本實(shí)施方式的激光加工方法的第2工序中的加工對(duì)象物的部分剖面圖。
圖19是進(jìn)行本實(shí)施方式的激光加工方法的第2工序后的加工對(duì)象物的部分剖面圖。
符號(hào)說(shuō)明1 加工對(duì)象物5 切斷預(yù)定線51a 切斷預(yù)定線上的凸區(qū)域面上的部分51b 切斷預(yù)定線上的凹區(qū)域面上的部分7 改質(zhì)區(qū)域71 第1改質(zhì)區(qū)域72 第2改質(zhì)區(qū)域r 入射面r1 入射面的凸區(qū)域面r2 入射面的凹區(qū)域面L 加工用激光P 匯聚點(diǎn)具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在本實(shí)施方式的激光加工方法中，為了在加工對(duì)象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域而利用稱為多光子吸收的現(xiàn)象。因此，首先，對(duì)用于以多光子吸收形成改質(zhì)區(qū)域的激光加工方法進(jìn)行說(shuō)明。
在光子的能量hv小于材料的吸收的帶隙(band gap)EG時(shí)，在光學(xué)上成為透明。因此，在材料中產(chǎn)生吸收的條件是hv＞EG。但是，即便是光學(xué)上為透明，當(dāng)使激光的強(qiáng)度非常大時(shí)，則在nhv＞EG的條件(n＝2，3，4，...)下在材料中產(chǎn)生吸收。該現(xiàn)象稱為多光子吸收。在脈沖波的情況下，激光的強(qiáng)度由激光的匯聚點(diǎn)的峰值功率密度(W/cm2)所決定，例如在峰值功率密度為1×108(W/cm2)以上的條件下產(chǎn)生多光子吸收。峰值功率密度可由(匯聚點(diǎn)中的激光的每1脈沖的能量)÷(激光束光點(diǎn)剖面積×脈沖寬度)求得。另外，在連續(xù)波的情況下，激光的強(qiáng)度由激光的匯聚點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度(W/cm2)決定。
針對(duì)利用上述多光子吸收的本實(shí)施方式所涉及的激光加工方法的原理，參照?qǐng)D1～圖6進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，在晶片狀(板狀)的加工對(duì)象物1的表面3上，具有用于切斷加工對(duì)象物1的切斷預(yù)定線5。切斷預(yù)定線5為直線狀延伸的假想線。本實(shí)施方式所涉及的激光加工方法中，如圖2所示，在產(chǎn)生多光子吸收的條件下使匯聚點(diǎn)P對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物1的內(nèi)部，并照射激光L而形成改質(zhì)區(qū)域7。此外，所謂的匯聚點(diǎn)P是指激光L匯聚的位置。另外，切斷預(yù)定線5不限為直線狀、也可以是曲線狀，另外，不限為假想線，也可以是在加工對(duì)象物1上實(shí)際劃的線。
而且，通過(guò)使激光L沿著切斷預(yù)定線5(即，圖1的箭頭A方向)相對(duì)移動(dòng)，而使匯聚點(diǎn)P沿著切斷預(yù)定線5移動(dòng)。由此，如圖3～圖5所示，在加工對(duì)象物1的內(nèi)部沿著切斷預(yù)定線5形成改質(zhì)區(qū)域7，此改質(zhì)區(qū)域7成為切斷起點(diǎn)區(qū)域8。在此，所謂切斷起點(diǎn)區(qū)域8是指加工對(duì)象物1被切斷時(shí)作為切斷(裂開(kāi))的起點(diǎn)的區(qū)域。此切斷起點(diǎn)區(qū)域8存在連續(xù)形成地使改質(zhì)區(qū)域7形成的情況，也存在斷續(xù)形成地使改質(zhì)區(qū)域7形成的情況。
本實(shí)施方式所涉及的激光加工方法并不是通過(guò)加工對(duì)象物1吸收激光L而使加工對(duì)象物1發(fā)熱并形成改質(zhì)區(qū)域7。而是使激光L透過(guò)加工對(duì)象物1在加工對(duì)象物1的內(nèi)部產(chǎn)生多光子吸收而形成改質(zhì)區(qū)域7。因此，在加工對(duì)象物1的表面3、激光L幾乎不被吸收，所以加工對(duì)象物1的表面3不會(huì)熔融。
當(dāng)在加工對(duì)象物1的內(nèi)部形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8之后，因?yàn)樽兊萌菀滓源饲袛嗥瘘c(diǎn)區(qū)域8為起點(diǎn)而產(chǎn)生裂開(kāi)，所以如圖6所示，能以比較小的力將加工對(duì)象物1切斷。因此，可在加工對(duì)象物1的表面3上不產(chǎn)生偏離切斷預(yù)定線5的不必要的裂開(kāi)的情況下對(duì)加工對(duì)象物1作高精度切斷。
在以該切斷起點(diǎn)區(qū)域8為起點(diǎn)的加工對(duì)象物1的切斷中，考慮如下2種方法。1種是，在形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8后，通過(guò)對(duì)加工對(duì)象物1施加人為的力使加工對(duì)象物1以切斷起點(diǎn)區(qū)域8為起點(diǎn)裂開(kāi)，而使加工對(duì)象物1被切斷的情況。這是例如加工對(duì)象物1的厚度大的情況下的切斷。而所謂的施加人為的力是指，例如，沿著加工對(duì)象物1的切斷起點(diǎn)區(qū)域8對(duì)加工對(duì)象物1施加彎曲應(yīng)力或剪應(yīng)力，通過(guò)對(duì)加工對(duì)象物1施加溫度差而產(chǎn)生熱應(yīng)力。另1種方法是，通過(guò)形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8，而以切斷起點(diǎn)區(qū)域8為起點(diǎn)朝向加工對(duì)象物1的剖面方向(厚度方向)自然地裂開(kāi)，結(jié)果使加工對(duì)象物1切斷的情況。這是，例如在加工對(duì)象物1的厚度小的情況下，可以利用1列的改質(zhì)區(qū)域7而形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8，在加工對(duì)象物1的厚度大的情況下，可以利用在厚度方向形成多列的改質(zhì)區(qū)域7而形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8。此外，在該自然地裂開(kāi)的情況下，在要切斷的位置上，可以在裂開(kāi)未先達(dá)到與尚未形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8的部位相對(duì)應(yīng)的部分的表面3上的條件下，可僅將與已形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8的部位相對(duì)應(yīng)的部分割斷，所以可控制良好地進(jìn)行割斷。近年來(lái)，因?yàn)楣杈鹊募庸?duì)象物1的厚度有變薄的傾向，所以這種控制性好的割斷方法相當(dāng)有效。
另外，在本實(shí)施方式所涉及的激光加工方法中，以利用多光子吸收所形成的改質(zhì)區(qū)域而言，具有以下(1)～(3)的情況。
(1)改質(zhì)區(qū)域?yàn)榘?個(gè)或多個(gè)裂開(kāi)的裂開(kāi)區(qū)域的情況使匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物(例如由玻璃或LiTaO3所構(gòu)成的壓電材料)的內(nèi)部，并在匯聚點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為1×108(W/cm2)以上且脈沖寬度為1μs以下的條件照射激光。該脈沖寬度的大小的條件是，使多光子吸收產(chǎn)生且不會(huì)對(duì)加工對(duì)象物的表面造成多余的損傷，可僅在加工對(duì)象物的內(nèi)部形成裂開(kāi)區(qū)域。由此，在加工對(duì)象物的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生所謂因多光子吸收形成的光學(xué)損傷的現(xiàn)象。利用該光學(xué)損傷在加工對(duì)象物的內(nèi)部誘發(fā)熱變形，由此在加工對(duì)象物的內(nèi)部形成裂開(kāi)區(qū)域。電場(chǎng)強(qiáng)度的上限值例如是1×1012(W/cm2)。脈沖寬度優(yōu)選為例如1ns～200ns。此外，因多光子吸收形成的裂開(kāi)區(qū)域的形成記載于例如第45回激光熱加工研究會(huì)論文集(1998年12月)的第23頁(yè)～第28頁(yè)的「利用固體激光高次諧波的玻璃基板的內(nèi)部標(biāo)號(hào)」。
本發(fā)明人利用實(shí)驗(yàn)求得電場(chǎng)強(qiáng)度與裂開(kāi)的大小的關(guān)系。該實(shí)驗(yàn)條件如下所示。
(A)加工對(duì)象物派勒斯(pyrex)(注冊(cè)商標(biāo))玻璃(厚度700μm)(B)激光光源半導(dǎo)體激光激發(fā)Nd:YAG激光波長(zhǎng)1064nm激光點(diǎn)剖面積3.14×10-8cm2振蕩形式Q切換脈沖重復(fù)頻率100kHz脈沖寬度30ns輸出輸出＜1mJ/脈沖激光質(zhì)量TEM00偏光特性直線偏光(C)匯聚用透鏡對(duì)激光波長(zhǎng)的透射率60％(D)承載加工對(duì)象物的載物臺(tái)的移動(dòng)速度100mm/秒此外，所謂的激光質(zhì)量為T(mén)EM00，是指匯聚性高并可匯聚到激光波長(zhǎng)程度。
圖7是表示上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。橫軸為峰值功率密度，激光為脈沖激光，而電場(chǎng)強(qiáng)度以峰值功率密度表示?？v軸表示利用1脈沖的激光所形成在加工對(duì)象物的內(nèi)部的裂開(kāi)部分(裂開(kāi)點(diǎn))的大小。裂開(kāi)點(diǎn)聚集而成為裂開(kāi)區(qū)域。裂開(kāi)點(diǎn)的大小是裂開(kāi)點(diǎn)的形狀當(dāng)中的成為最大長(zhǎng)度的部分的大小。圖表中的黑圓點(diǎn)所示的數(shù)據(jù)是匯聚用透鏡(C)的倍率為100倍而數(shù)值孔徑(NA)為0.80的情況。一方面，以圖表中的白圓點(diǎn)所示的數(shù)據(jù)是匯聚用透鏡(C)的倍率為50倍而數(shù)值孔徑(NA)為0.55的情況。可知從峰值功率密度為1011(W/cm2)左右時(shí)在加工對(duì)象物的內(nèi)部產(chǎn)生裂開(kāi)點(diǎn)，而隨著峰值功率密度變大、裂開(kāi)點(diǎn)也會(huì)變大。
其次，針對(duì)利用裂開(kāi)區(qū)域形成而切斷加工對(duì)象物的機(jī)構(gòu)，參照?qǐng)D8～圖11作說(shuō)明。如圖8所示，在發(fā)生多光子吸收的條件下使匯聚點(diǎn)P對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物1的內(nèi)部并照射激光L，以沿著切斷預(yù)定線內(nèi)部形成裂開(kāi)區(qū)域9。裂開(kāi)區(qū)域9是包含1個(gè)或多個(gè)裂開(kāi)的區(qū)域。如此形成的裂開(kāi)區(qū)域9成為切斷起點(diǎn)區(qū)域。如圖9所示，以裂開(kāi)區(qū)域9為起點(diǎn)(即，以切斷起點(diǎn)區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn))裂開(kāi)再成長(zhǎng)，如圖10所示，裂開(kāi)到達(dá)加工對(duì)象物1的表面3和背面21，如圖11所示，加工對(duì)象物1因加工對(duì)象物1裂開(kāi)而被切斷。到達(dá)加工對(duì)象物1的表面3和背面21的裂開(kāi)有時(shí)是自然成長(zhǎng)，也有時(shí)利用對(duì)加工對(duì)象物1施加力而成長(zhǎng)。
(2)改質(zhì)區(qū)域?yàn)槿廴谔幚韰^(qū)域的情況使匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物(例如，如硅那樣的半導(dǎo)體材料)的內(nèi)部，并在匯聚點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為1×108(W/cm2)以上且脈沖寬度為1μs以下的條件照射激光。由此，加工對(duì)象物的內(nèi)部因多光子吸收而被局部加熱。因該加熱而在加工對(duì)象物的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。所謂的熔融處理區(qū)域是指一旦熔融后再固化的區(qū)域，或即將熔融狀態(tài)的區(qū)域，或從熔融狀態(tài)再固化的狀態(tài)的區(qū)域，也可以是相變化后的區(qū)域或結(jié)晶結(jié)構(gòu)改變的區(qū)域。另外，所謂的熔融處理區(qū)域，也可以是在單結(jié)晶結(jié)構(gòu)、非晶結(jié)構(gòu)、多結(jié)晶結(jié)構(gòu)中，某結(jié)構(gòu)變成其他結(jié)構(gòu)的區(qū)域。即是指例如從單結(jié)晶結(jié)構(gòu)變成非晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、從單結(jié)晶結(jié)構(gòu)變成多結(jié)晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、以及從單結(jié)晶結(jié)構(gòu)變成包含非晶結(jié)構(gòu)及多結(jié)晶結(jié)構(gòu)的構(gòu)造的區(qū)域。在加工對(duì)象物為單晶硅結(jié)構(gòu)的情況下，熔融處理區(qū)域例如為非晶硅結(jié)構(gòu)。作為電場(chǎng)強(qiáng)度的上限值，例如為1×1012(W/cm2)。而脈沖寬度例如優(yōu)選為1ns～200ns。
本發(fā)明人針對(duì)在硅晶片的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域已利用實(shí)驗(yàn)加以確認(rèn)。實(shí)驗(yàn)條件如下所示。
(A)加工對(duì)象物硅晶片(厚度350μm，外徑4時(shí))(B)激光光源半導(dǎo)體激光激發(fā)Nd:YAG激光波長(zhǎng)1064nm激光點(diǎn)剖面積3.14×10-8cm2振蕩形態(tài)Q切換脈沖重復(fù)頻率100kHz脈沖寬度30ns輸出20μJ/脈沖激光質(zhì)量TEM00偏光特性直線偏光(C)匯聚用透鏡倍率50倍N.A.0.55對(duì)激光波長(zhǎng)的透射率60％(D)承載加工對(duì)象物的載物臺(tái)的移動(dòng)速度100mm/秒圖12表示利用上述條件的激光加工所切斷的硅晶片的一部分的剖面照片。在硅晶片11的內(nèi)部形成有熔融處理區(qū)域13。此外，由上述條件所形成的熔融處理區(qū)域13的厚度方向的大小為100μm左右。
對(duì)利用多光子吸收形成熔融處理區(qū)域13進(jìn)行說(shuō)明。圖13表示激光的波長(zhǎng)與硅基板的內(nèi)部透射率間的關(guān)系圖表。其中，除去硅基板的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)雀髯缘姆瓷涑煞郑瑑H表示內(nèi)部的透射率。針對(duì)硅基板的厚度t為50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm分別表示上述關(guān)系。
例如，在作為Nd:YAG激光波長(zhǎng)的1064nm上，在硅基板的厚度是500μm以下的情況下，可知在硅基板的內(nèi)部、激光透過(guò)80％以上。圖12所示的硅晶片11的厚度為350μm，所以因多光子吸收產(chǎn)生的熔融處理區(qū)域13形成在硅晶片11的中心附近，即形成在距離表面175μm的部分。在此情況下透射率，在參考厚度200μm的硅晶片時(shí)，則是90％以上，所以激光僅少部分在硅晶片11的內(nèi)部被吸收，大部分透過(guò)。這并不是指激光在硅晶片11的內(nèi)部被吸收而使熔融處理區(qū)域13形成在硅晶片11的內(nèi)部(即由激光產(chǎn)生的一般的加熱而形成熔融處理區(qū)域)，而是指由于多光子吸收形成熔融處理區(qū)域13。利用多光子吸收形成熔融處理區(qū)域，例如記載于溶接學(xué)會(huì)全國(guó)大會(huì)講演概要第66集(2000年4月)的第72頁(yè)～第73頁(yè)的「利用微微秒脈沖激光的硅加工特性評(píng)價(jià)」。
此外，硅晶片以熔融處理區(qū)域所形成的切斷起點(diǎn)區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)而朝剖面方向產(chǎn)生裂開(kāi)，并通過(guò)其裂開(kāi)到達(dá)硅晶片的表面和背面，結(jié)果進(jìn)行切斷。到達(dá)硅晶片的表面和背面的該裂開(kāi)有自然成長(zhǎng)的情況，也有通過(guò)對(duì)硅晶片施加力而成長(zhǎng)的情況。而且，在裂開(kāi)是從切斷起點(diǎn)區(qū)域自然地成長(zhǎng)到硅晶片的表面和背面的情況下，存在從形成切斷起點(diǎn)區(qū)域的熔融處理區(qū)域從熔融的狀態(tài)使裂開(kāi)成長(zhǎng)的情況，和從形成切斷起點(diǎn)區(qū)域的熔融處理區(qū)域在從熔融狀態(tài)而再固化時(shí)使裂開(kāi)成長(zhǎng)的情況。但是，在任何情況下，熔融處理區(qū)域都僅形成在硅晶片的內(nèi)部，在切斷后的切斷面上，如圖12所示僅在內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。如此，當(dāng)在加工對(duì)象物的內(nèi)部由熔融處理區(qū)域形成切斷起點(diǎn)區(qū)域時(shí)，因?yàn)樵诟顢鄷r(shí)，難以生成離開(kāi)切斷起點(diǎn)區(qū)域線的不必要的裂開(kāi)，所以割斷控制容易。
(3)改質(zhì)區(qū)域?yàn)檎凵渎首兓瘏^(qū)域的情況使匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物(例如玻璃)的內(nèi)部，并在匯聚點(diǎn)中的電場(chǎng)強(qiáng)度為1×108(W/cm2)以上且脈沖寬度為1ns以下的條件下照射激光。當(dāng)使脈沖寬度極短而使加工對(duì)象物的內(nèi)部引起多光子吸收時(shí)，由多光子吸收產(chǎn)生的能量未轉(zhuǎn)化成熱能，在加工對(duì)象物的內(nèi)部誘發(fā)離子價(jià)數(shù)變化、結(jié)晶化或分極配向等永久的結(jié)構(gòu)變化，而形成折射率變化區(qū)域。作為電場(chǎng)強(qiáng)度的上限值，例如為1×1012(W/cm2)。脈沖寬度優(yōu)選例如為1ns以下，更優(yōu)選為1ps以下。由多光子吸收產(chǎn)生的折射率變化區(qū)域的形成記載于，例如，第42回激光熱加工研究會(huì)論文集(1997年11月)第105頁(yè)～第111頁(yè)的「利用飛秒激光照射的對(duì)玻璃內(nèi)部的光誘發(fā)構(gòu)造形成」。
以上，針對(duì)利用多光子吸收形成的改質(zhì)區(qū)域(1)～(3)的情況進(jìn)行了說(shuō)明，如果考慮晶片狀加工對(duì)象物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)或其脆裂性(劈開(kāi)性)等而如下所述形成切斷起點(diǎn)區(qū)域，則以其切斷起點(diǎn)區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)，能以更小的力高精度地切斷加工對(duì)象物。
即，在由硅等鉆石結(jié)構(gòu)的單結(jié)晶半導(dǎo)體所成的基板的情況下，優(yōu)選沿著(111)面(第1劈開(kāi)面)或(110)面(第2劈開(kāi)面)的方向形成切斷起點(diǎn)區(qū)域。另外，在由GaAs等閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的III-V族化合物半導(dǎo)體所構(gòu)成的基板的情況下，優(yōu)選沿著(110)面的方向形成切斷起點(diǎn)區(qū)域。再者，在具有藍(lán)寶石(Al2O3)等六方晶系的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基板的情況下，優(yōu)選以(0001)面(C面)為主面而沿著(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切斷起點(diǎn)區(qū)域。
而且，若沿著應(yīng)形成上述切斷起點(diǎn)區(qū)域的方向(例如，沿著單晶硅基板上的(111)面的方向)，或沿著與應(yīng)形成切斷起點(diǎn)區(qū)域的方向垂直的方向在基板形成定向面(orientation flat)，則通過(guò)以其定向面為基準(zhǔn)，可容易且正確地在基板上形成沿著應(yīng)形成切斷起點(diǎn)區(qū)域的方向的切斷起點(diǎn)區(qū)域。
其次，針對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖14是以模型表示本實(shí)施方式的激光加工方法中的加工對(duì)象物的一例的平面圖。圖15是沿著圖14中的XV-XV箭頭的剖面圖。
本實(shí)施方式中，加工對(duì)象物1由具有凸部4a及位于凸部4a，4a間的凹部4b的基板4構(gòu)成。作為這種加工對(duì)象物1，可例舉MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)Micro-Electro-Mechanical Systems)。而基板4的厚度d為，在凸部4a存在的位置例如為300μm，在凹部4b存在的位置例如為100μm。作為基板4可舉出例如硅晶片等。在加工對(duì)象物1中，基板4的凸部4a及凹部4b側(cè)的表面作為激光L(加工用激光)的入射面r。入射面r是，具有作為凸部4a的頂面的凸區(qū)域面r1，和作為凹部4b的底面的凹區(qū)域面r2的凹凸面。凸區(qū)域面r1是，例如相當(dāng)于剖面矩形的凸部4a的頂面。凹區(qū)域面r2是，例如相當(dāng)于剖面矩形的凹部4b的底面。在凹區(qū)域面r2和凸區(qū)域面r1之間設(shè)置有在加工對(duì)象物1的厚度方向的階梯r3。凸部4a的高度(階梯r3的高度)ΔH例如為200μm。
此外，凹部4b可以是通過(guò)蝕刻硅晶片等的加工對(duì)象物1而形成。另外，凸部4a的構(gòu)成材料，可以是與基板4中的凸部4a以外部分的構(gòu)成材料相同、或不同。例如，凸部4a由硅氧化物構(gòu)成，基板4中的凸部4a以外的部分也可以由硅構(gòu)成。
入射面r上形成有跨越凹區(qū)域面r2及凸區(qū)域面r1而形成格子狀的切割道，在其切割道上設(shè)定有作為假想線的切斷預(yù)定線5。切斷預(yù)定線5由凸區(qū)域面r1上的部分51a和凹區(qū)域面r2上的部分51b構(gòu)成。此外，切斷預(yù)定線5用于想定切斷位置，也可以在加工對(duì)象物1上不形成切割道。切斷預(yù)定線5例如由與基板4的定向面6平行的線及垂直的線構(gòu)成。
其次，針對(duì)切斷以上構(gòu)成的加工對(duì)象物1用的本實(shí)施方式所涉及的激光加工方法的一例進(jìn)行說(shuō)明。圖16～圖19是本實(shí)施方式的激光加工方法的各工序或是在各工序后的加工對(duì)象物的部分剖面圖。
(第1工序)在第1工序中，如圖16(a)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L時(shí)，使匯聚點(diǎn)P對(duì)準(zhǔn)基板4的外部并照射激光L。匯聚點(diǎn)P，例如位于基板4的入射面r的相反側(cè)的面的下方。在此情況下，基板4的內(nèi)部不形成改質(zhì)區(qū)域。
一方面，如圖16(b)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L時(shí)，使匯聚點(diǎn)P對(duì)準(zhǔn)基板4的內(nèi)部而照射激光L。由此，如圖17所示，沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b，在基板4的內(nèi)部形成作為切斷起點(diǎn)的改質(zhì)區(qū)域71(第1改質(zhì)區(qū)域)。改質(zhì)區(qū)域71在加工對(duì)象物1的厚度方向上，形成在距離凹區(qū)域面r2距離d1內(nèi)側(cè)。
此外，如圖16(a)及圖16(b)所示，激光L利用例如由壓電組件等構(gòu)成的致動(dòng)器32保持的物鏡30進(jìn)行匯聚。致動(dòng)器32連接有用于控制致動(dòng)器32的控制器39。通過(guò)利用控制器39調(diào)整該致動(dòng)器32的伸縮量而可調(diào)整加工對(duì)象物1的厚度方向的匯聚點(diǎn)P的位置。由此，可使匯聚點(diǎn)P的位置從加工對(duì)象物1的內(nèi)部往外部，或是從加工對(duì)象物1的外部往內(nèi)部自由地移動(dòng)。此外，匯聚點(diǎn)P的位置也依賴于從物鏡30出射的激光L的出射角、基板4的厚度d及基板4的構(gòu)成材料的折射率。
在此，如圖16(a)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L時(shí)，優(yōu)選固定激光L的照射條件。另外，如圖16(b)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L時(shí)，優(yōu)選以激光L的匯聚點(diǎn)P位于距離凹區(qū)域面r2距離d1內(nèi)側(cè)的方式而改變激光L的照射條件。作為激光L的照射條件，可例舉如加工對(duì)象物1的厚度方向的物鏡30的位置。該物鏡30的位置利用控制器39控制致動(dòng)器32的伸縮量而進(jìn)行調(diào)整。
具體的說(shuō)，例如圖16(a)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L時(shí)，使致動(dòng)器32的伸縮停止且將加工對(duì)象物1的厚度方向的物鏡30的位置固定在規(guī)定位置，使激光L的匯聚點(diǎn)P的位置確實(shí)地位于加工對(duì)象物1的外部。另外，例如，如圖16(b)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L時(shí)，使物鏡30的位置以追蹤凹區(qū)域面r2的微小的凹凸或起伏(均為數(shù)μm～數(shù)十μm)的方式而改變位置。由此，可沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b，在距離凹區(qū)域面r2距離d1內(nèi)側(cè)的規(guī)定位置上形成改質(zhì)區(qū)域71。即，在凹區(qū)域面r2的內(nèi)側(cè)，以追蹤加工對(duì)象物1在厚度方向上的入射面r的位置改變的方式而形成改質(zhì)區(qū)域71。
如上所述，優(yōu)選在凹區(qū)域面r2和凸區(qū)域面r1之間，即在階梯r3的位置，使激光L的照射條件從固定的狀態(tài)切換為變化的狀態(tài)，或者是從變化的狀態(tài)切換成固定的狀態(tài)。由此，在沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L時(shí)，可使匯聚點(diǎn)P確實(shí)地對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物1的外部。這在凸部4a的高度ΔH為100μm以上的情況下特別有效。另外，在入射面r具有微小的凹凸或起伏(均為數(shù)μm～數(shù)十μm)的情況下，可配合入射面r的位置改變來(lái)調(diào)整物鏡30的位置，以使改質(zhì)區(qū)域形成在距離入射面r規(guī)定距離內(nèi)側(cè)的位置上(自動(dòng)對(duì)焦機(jī)構(gòu))。但是，在凸部4a的高度ΔH大時(shí)則致動(dòng)器32的驅(qū)動(dòng)量或驅(qū)動(dòng)時(shí)間變大，因而難以追蹤階梯r3而驅(qū)動(dòng)物鏡30。對(duì)此，在本實(shí)施方式的第1工序中，以在凹區(qū)域面r2上匯聚點(diǎn)P的位置在加工對(duì)象物1的內(nèi)部(更優(yōu)選在形成改質(zhì)區(qū)域71的位置附近)，且在凸區(qū)域面r1上匯聚點(diǎn)P的位置在加工對(duì)象物1外部的方式來(lái)設(shè)定物鏡30的位置，該位置為在激光L通過(guò)凸區(qū)域面r1時(shí)的物鏡30的固定位置，且是在利用致動(dòng)器32追蹤入射面r的微小凹凸或起伏而可在距離凹區(qū)域面r2規(guī)定距離內(nèi)側(cè)的位置上形成改質(zhì)區(qū)域71時(shí)用的驅(qū)動(dòng)物鏡30的基準(zhǔn)位置。因此，在將物鏡30從凹區(qū)域面r2上往凸區(qū)域面r1上移動(dòng)的情況，或?qū)⑽镧R30從凸區(qū)域面r1上往凹區(qū)域面r2上移動(dòng)的情況的任何一者下，在階梯r3的位置使物鏡30從變動(dòng)的狀態(tài)改變?yōu)楣潭ǖ臓顟B(tài)，或者是從固定的狀態(tài)改變?yōu)樽儎?dòng)狀態(tài)時(shí)，即使ΔH大也沒(méi)有必要使物鏡30的位置進(jìn)行大的移動(dòng)。因而，在物鏡30通過(guò)階梯r3上面時(shí)，因?yàn)榭墒刮镧R30順暢地移動(dòng)，所以可在加工對(duì)象物1的內(nèi)部的正確位置上形成改質(zhì)區(qū)域71。
此外，本實(shí)施方式在第1工序中，形成了1列的改質(zhì)區(qū)域71，但是改質(zhì)區(qū)域的列數(shù)不受此限定。例如，改質(zhì)區(qū)域也可以形成2列以上。
(第2工序)在第2工序中，如圖18(a)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L時(shí)，使匯聚點(diǎn)P對(duì)準(zhǔn)基板4的內(nèi)部并照射激光L。由此，沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a，在基板4的內(nèi)部形成作為切斷起點(diǎn)的改質(zhì)區(qū)域72(第2改質(zhì)區(qū)域)。改質(zhì)區(qū)域72在加工對(duì)象物1的厚度方向上，形成在距離凸區(qū)域面r1距離d2內(nèi)側(cè)。
一方面，如圖18(b)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L時(shí)，使匯聚點(diǎn)P對(duì)準(zhǔn)基板4的外部而照射激光L。匯聚點(diǎn)P位于例如，基板4的入射面r的上方。在此情況下，在基板4的內(nèi)部不形成改質(zhì)區(qū)域。
在此，如圖18(a)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L時(shí)，優(yōu)選以使激光L的匯聚點(diǎn)P位于距離凸區(qū)域面r1距離d2內(nèi)側(cè)的方式而改變激光L的照射條件。另外，如圖18(b)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L時(shí)，優(yōu)選固定激光L的照射條件。在激光L的照射條件方面，可例舉在加工對(duì)象物1的厚度方向的物鏡30的位置。該物鏡30的位置利用控制器39控制致動(dòng)器32的伸縮量而進(jìn)行調(diào)整。
具體的說(shuō)，例如圖18(a)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L時(shí)，使物鏡30的位置以追蹤凸區(qū)域面r1的微小凹凸或起伏(均為數(shù)μm～數(shù)十μm)的方式進(jìn)行位置改變。由此，可沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a，在距離凸區(qū)域面r1距離d2內(nèi)側(cè)的規(guī)定位置上形成改質(zhì)區(qū)域72。即，在凸區(qū)域面r1上的內(nèi)側(cè)，以追蹤加工對(duì)象物1在厚度方向上的入射面r的位置改變方式而形成改質(zhì)區(qū)域72。另外，例如，圖18(b)所示，在沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L時(shí)，使致動(dòng)器32停止伸縮、并將加工對(duì)象物1的厚度方向的物鏡30的位置固定在規(guī)定位置，而使激光L的匯聚點(diǎn)P的位置確實(shí)地位于加工對(duì)象物1的外部。
如上所述，優(yōu)選在凹區(qū)域面r2和凸區(qū)域面r1之間，即在階梯r3的位置，使激光L的照射條件從變化的狀態(tài)切換成固定的狀態(tài)，或者是從固定的狀態(tài)切換成變化的狀態(tài)。由此，在沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L時(shí)，可使匯聚點(diǎn)P容易確實(shí)地對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物1的外部。這在凸部4a的高度ΔH為100μm以上的情況下特別有效。另外，在入射面r具有微小凹凸或起伏(均為數(shù)μm～數(shù)十μm)的情況下，可配合入射面r的變位來(lái)調(diào)整物鏡30的位置，以使改質(zhì)區(qū)域形成在距離入射面r規(guī)定距離內(nèi)側(cè)的位置上(自動(dòng)對(duì)焦機(jī)構(gòu))。但是，當(dāng)凸部4a的高度ΔH大時(shí)則致動(dòng)器32的驅(qū)動(dòng)量或驅(qū)動(dòng)時(shí)間變大，因而難以追蹤階梯r3而驅(qū)動(dòng)物鏡30，對(duì)此，在本實(shí)施方式的第2工序中，以在凸區(qū)域面r1上匯聚點(diǎn)P的位置在加工對(duì)象物1的內(nèi)部(更優(yōu)選在形成有改質(zhì)區(qū)域72的位置附近)，且在凹區(qū)域面r2上匯聚點(diǎn)P的位置在加工對(duì)象物1的外部的方式來(lái)設(shè)定物鏡30的位置，該位置為在激光L通過(guò)凹區(qū)域面r2時(shí)的物鏡30的固定位置，且是在利用致動(dòng)器32追蹤入射面r的微小凹凸或起伏而可在距離凸區(qū)域面r1規(guī)定距離內(nèi)側(cè)的位置上形成改質(zhì)區(qū)域72時(shí)用的驅(qū)動(dòng)物鏡30的基準(zhǔn)位置。因此，在將物鏡30從凹區(qū)域面r2上往凸區(qū)域面r1上移動(dòng)的情況，或者使物鏡30從凸區(qū)域面r1上往凹區(qū)域面r2上移動(dòng)的情況的任何一者下，在階梯r3的位置使物鏡30從變動(dòng)的狀態(tài)改變?yōu)楣潭ǖ臓顟B(tài)，或者從固定的狀態(tài)改變?yōu)樽儎?dòng)的狀態(tài)時(shí)，即便是ΔH大也沒(méi)有必要使物鏡30的位置進(jìn)行大的移動(dòng)。因而，在物鏡30通過(guò)階梯r3上面時(shí)，因?yàn)榭墒刮镧R30順暢移動(dòng)，所以可在加工對(duì)象物1的內(nèi)部的正確位置上形成改質(zhì)區(qū)域72。
下面，如圖19所示，利用與改質(zhì)區(qū)域72的形成方法同樣的方法，向入射面r側(cè)依次形成改質(zhì)區(qū)域73～77。沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a形成改質(zhì)區(qū)域73～77。改質(zhì)區(qū)域72～77在加工對(duì)象物1的厚度方向上相互間隔配置。
此外，本實(shí)施方式中，在第2工序中形成6列的改質(zhì)區(qū)域72～77，但是改質(zhì)區(qū)域的列數(shù)不受此限定。例如，僅形成1列改質(zhì)區(qū)域也可以，2列以上形成也可以。優(yōu)選改質(zhì)區(qū)域的列數(shù)對(duì)應(yīng)凸部4a的高度ΔH適宜設(shè)定。
另外，改質(zhì)區(qū)域71～77與上述的改質(zhì)區(qū)域7同樣，可以由連續(xù)形成的改質(zhì)區(qū)域所成，也可以是由隔開(kāi)規(guī)定間隔而斷續(xù)形成的改質(zhì)區(qū)域所構(gòu)成。
(切斷工序)在形成改質(zhì)區(qū)域71～77之后，將延展帶(expand tape)(未圖示)等擴(kuò)張膜貼附于加工對(duì)象物1上，利用延展裝置(未圖標(biāo))對(duì)擴(kuò)張膜進(jìn)行擴(kuò)張，由此，將加工對(duì)象物1沿著切斷預(yù)定線5切斷而使加工切片彼此分離。此外，也可以在形成改質(zhì)區(qū)域71～77之前將擴(kuò)張膜貼附于加工對(duì)象物1上。另外，在切斷工序中，不限定為擴(kuò)張膜的擴(kuò)張，也可以利用其它的應(yīng)力施加方法對(duì)加工對(duì)象物1進(jìn)行切斷。另外，例如，在以已形成的改質(zhì)區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)的裂開(kāi)延伸到加工對(duì)象物1的入射面r及與入射面r的反對(duì)側(cè)的面而已完成切斷的情況下，利用延展帶等擴(kuò)張膜的延展使加工切片彼此的間隔變寬而使相鄰的加工切片分離。如此，可將加工對(duì)象物1沿著切斷預(yù)定線5進(jìn)行高精度切斷。
如上述說(shuō)明，在本實(shí)施方式的激光加工方法中，因?yàn)槭窃谌肷涿鎟的凹區(qū)域面r2及凸區(qū)域面r1上的加工對(duì)象物1的內(nèi)部，利用不同的工序而分別形成改質(zhì)區(qū)域71，72，所以在切斷預(yù)定線5跨越入射面r的凹區(qū)域面r2及凸區(qū)域面r1的情況下，可在第1工序中，在距離凹區(qū)域面r2距離d1內(nèi)側(cè)高精度地形成改質(zhì)區(qū)域71，且在第2工序中，在距離凸區(qū)域面r1距離d2內(nèi)側(cè)高精度地形成改質(zhì)區(qū)域72。因此，根據(jù)本實(shí)施方式的激光加工方法，則可對(duì)激光L的入射面r為凹凸面的加工對(duì)象物1進(jìn)行高精度的切斷。
另外，也可將測(cè)量用激光照射在入射面r上，由測(cè)量用激光的反射光來(lái)判斷階梯r3的位置。具體的說(shuō)，例如利用在非點(diǎn)相差法中使用的4分割位置檢測(cè)元件來(lái)檢測(cè)反射光的非點(diǎn)信號(hào)或全光量信號(hào)?？筛鶕?jù)反射光的非點(diǎn)信號(hào)或全光量信號(hào)判斷階梯r3的位置。例如，在反射光的非點(diǎn)信號(hào)超過(guò)規(guī)定的臨界值的情況下，或是反射光的全光量信號(hào)超過(guò)規(guī)定的臨界值的情況下，可判斷已到達(dá)階梯r3的位置。此外，在測(cè)量用激光的匯聚點(diǎn)位于入射面r的情況下，反射光的非點(diǎn)信號(hào)大約是零，反射光的全光量信號(hào)成為最大。
在得知階梯r3的位置之后，可在使激光L沿著切斷預(yù)定線5移動(dòng)時(shí)確定激光L的匯聚點(diǎn)P的位置是從加工對(duì)象物1的內(nèi)部移往外部、或是由加工對(duì)象物1的外部移往內(nèi)部的定時(shí)。另外，可決定利用致動(dòng)器32使物鏡30的位置在加工對(duì)象物1的厚度方向變化的定時(shí)或固定的定時(shí)。
以上，已針對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但是本發(fā)明不受上述實(shí)施方式所限定。
例如，第1及第2工序的實(shí)施順序并未特別限定。例如，可以在第2工序之后再實(shí)施第1工序。也可以在形成改質(zhì)區(qū)域72～77之后、再形成改質(zhì)區(qū)域71。
另外，在第1及第2工序任何一者中，激光L的移動(dòng)的方向并未特別限定。例如，可以在沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L之后，沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L，也可以是在沿著切斷預(yù)定線5上的凹區(qū)域面r2上的部分51b照射激光L之后，再沿著切斷預(yù)定線5上的凸區(qū)域面r1上的部分51a照射激光L。
另外，在第1及第2工序任何一者中，在階梯r3的位置使匯聚點(diǎn)P的位置從加工對(duì)象物1的內(nèi)部往外部或從加工對(duì)象物1的外部往內(nèi)部移動(dòng)時(shí)，例如，也可以使物鏡30在加工對(duì)象物1的厚度方向進(jìn)行大的移動(dòng)。這在凸部4a的高度ΔH不高的情況下特別有效。
另外，在第1及第2工序任何一者中，在匯聚點(diǎn)P的位置處于加工對(duì)象物1的內(nèi)部的情況下，使用具有容易形成改質(zhì)區(qū)域的能量的激光L，而在匯聚點(diǎn)P的位置處于加工對(duì)象物1的外部的情況下，使用具有難以形成改質(zhì)區(qū)域的能量的激光L。由此，在加工對(duì)象物1的內(nèi)部中的形成改質(zhì)區(qū)域的部分以外的部分上，可進(jìn)一步降低激光L所造成的損傷。例如通過(guò)使激光L脈沖振蕩而可獲得具有容易形成改質(zhì)區(qū)域的能量的激光L。另外，例如利用連續(xù)振蕩激光L可獲得具有難以形成改質(zhì)區(qū)域的能量的激光L。
另外，形成改質(zhì)區(qū)域71～77的順序沒(méi)有特別限定。例如，也可以依次形成改質(zhì)區(qū)域77，76，75，74，73，72，71。此外，在使改質(zhì)區(qū)域72～77向入射面r側(cè)依次形成的情況下，可防止激光L被已經(jīng)形成的改質(zhì)區(qū)域遮斷。
另外，改質(zhì)區(qū)域71～77不受限為利用在加工對(duì)象物1的內(nèi)部產(chǎn)生的多光子吸收而形成的。也可以利用在加工對(duì)象物1的內(nèi)部產(chǎn)生與多光子吸收同等的光吸收而形成改質(zhì)區(qū)域71～77。
另外，凹區(qū)域面r2和改質(zhì)區(qū)域71之間的距離d1與凸區(qū)域面上r1和改質(zhì)區(qū)域72之間的距離d2可以相同，也可以是互異。
另外，入射面r中的階梯r3的位置可以是例如預(yù)先利用階梯計(jì)來(lái)測(cè)量。另外，也可以由加工對(duì)象物1的設(shè)計(jì)值來(lái)算出階梯r3的位置。而在得知階梯r3的位置之后，將載置有加工對(duì)象物1的載物臺(tái)的標(biāo)尺坐標(biāo)讀取到激光L的控制裝置，在階梯r3的位置，使激光L的匯聚點(diǎn)P從加工對(duì)象物1的內(nèi)部往外部移動(dòng)也可以，也可以將激光L的匯聚點(diǎn)P從加工對(duì)象物1的外部往內(nèi)部移動(dòng)。另外，在階梯r3的位置上，可以使激光L的照射條件從變化的狀態(tài)切換為固定的狀態(tài)，也可以將激光L的照射條件從固定的狀態(tài)切換為變化的狀態(tài)。
另外，也可以沿著切斷預(yù)定線5一邊形成改質(zhì)區(qū)域71～77一邊將測(cè)量用激光對(duì)入射面r照射以測(cè)量其反射光，并由反射光的變化來(lái)判斷階梯r3的位置。
另外，在本實(shí)施方式中，使用硅制的半導(dǎo)體晶片作為加工對(duì)象物1，但是半導(dǎo)體晶片的材料不受此所限定。在半導(dǎo)體晶片的材料方面，例如可舉出硅以外的IV族元素半導(dǎo)體、含有像SiC那樣的IV族元素的化合物半導(dǎo)體、含有III-V族元素的化合物半導(dǎo)體、含有II-VI族元素的化合物半導(dǎo)體、以及再摻雜有各種摻雜物(不純物)的半導(dǎo)體等。而且，加工對(duì)象物1也可以是設(shè)置在半導(dǎo)體裝置與支持基板之間設(shè)置有絕緣層的SOI(絕緣硅Silicon-On-insulator)晶片。
產(chǎn)業(yè)上的利用性根據(jù)本發(fā)明，則可提供一種可對(duì)加工用激光的入射面為凹凸面的板狀加工對(duì)象物進(jìn)行高精度切斷的激光加工方法。
權(quán)利要求
1.一種激光加工方法，是使匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)板狀的加工對(duì)象物的內(nèi)部而照射加工用激光，由此沿著所述加工對(duì)象物的切斷預(yù)定線，而在所述加工對(duì)象物的內(nèi)部形成作為切斷起點(diǎn)的改質(zhì)區(qū)域，其特征在于在所述加工對(duì)象物中的所述加工用激光的入射面為凹凸面，且所述切斷預(yù)定線為跨越所述入射面的凹區(qū)域面及凸區(qū)域面的情況下，包含在距離所述凹區(qū)域面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，沿著所述切斷預(yù)定線形成第1改質(zhì)區(qū)域的第1工序；和在距離所述凸區(qū)域面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，沿著所述切斷預(yù)定線形成第2改質(zhì)區(qū)域的第2工序；且在所述第1工序中，在沿著所述切斷預(yù)定線上的所述凸區(qū)域面上的部分照射所述加工用激光時(shí)，使所述匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所述加工對(duì)象物的外部，在所述第2工序中，在沿著所述切斷預(yù)定線上的所述凹區(qū)域面上的部分照射所述加工用激光時(shí)，使所述匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所述加工對(duì)象物的外部。
2.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于在所述第1工序中，在沿著所述切斷預(yù)定線上的所述凹區(qū)域面上的部分照射所述加工用激光時(shí)，改變所述加工用激光的照射條件，以使所述加工用激光的匯聚點(diǎn)位于距離所述凹區(qū)域面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，在沿著所述切斷預(yù)定線上的所述凸區(qū)域面上的部分照射所述加工用激光時(shí)，固定所述加工用激光的照射條件；在所述第2工序中，在沿著所述切斷預(yù)定線上的所述凸區(qū)域面上的部分照射所述加工用激光時(shí)，改變所述加工用激光的照射條件，以使所述加工用激光的匯聚點(diǎn)位于距離所述凸區(qū)域面規(guī)定距離內(nèi)側(cè)，在在沿著所述切斷預(yù)定線上所述凹區(qū)域面上的部分照射所述加工用激光時(shí)，固定所述加工用激光的照射條件。
3.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于在形成所述第1及第2改質(zhì)區(qū)域之后，沿著所述切斷預(yù)定線切斷所述加工對(duì)象物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可對(duì)加工用激光的入射面為凹凸面的板狀加工對(duì)象物進(jìn)行高精度切斷的激光加工方法。其通過(guò)使匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)板狀加工對(duì)象物的內(nèi)部而照射激光，由此沿著切斷預(yù)定線5形成作為切斷起點(diǎn)的改質(zhì)區(qū)域(71～77)。切斷預(yù)定線(5)跨越入射面(r)的凹區(qū)域面(r2)及凸區(qū)域面(r1)。改質(zhì)區(qū)域(71)形成在距離凹區(qū)域面(r2)規(guī)定距離內(nèi)側(cè)。在沿著凸區(qū)域面(r1)上的部分(51a)照射激光時(shí)，使匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物的外部。改質(zhì)區(qū)域(72)形成在距離凸區(qū)域面(r1)規(guī)定距離內(nèi)側(cè)。在沿著凹區(qū)域面(r2)上的部分(51b)照射激光時(shí)，使匯聚點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)加工對(duì)象物的外部。
文檔編號(hào)B23K101/40GK101040369SQ200580035120
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月13日
發(fā)明者久野耕司, 鈴木達(dá)也 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社