專利名稱：激光加工方法及激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于沿著切斷預(yù)定線來切斷板狀的加工對象的激光加 工方法以及激光加工裝置。
背景技術(shù)：
作為以往的上述領(lǐng)域的技術(shù)有如下晶片的分割方法，即，將對于 晶片具有透過性的激光沿著分割預(yù)定線照射在晶片上，由此在晶片內(nèi) 部沿著分割預(yù)定線形成變質(zhì)層后，通過使粘貼在晶片一個面上的具有 擴(kuò)張性的保護(hù)帶擴(kuò)張，而沿著變質(zhì)層對晶片進(jìn)行分割(例如參照日本 專利文獻(xiàn)l)。專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2005-129607號公報 發(fā)明內(nèi)容然而，在板狀的加工對象中，因為存在形狀、構(gòu)造、材料以及晶 體取向等不相同的各種各樣種類不同，所以為了沿著切斷預(yù)定線高精度地切斷加工對象，需要在1個加工對象物的內(nèi)部形成不同種類(大 小、破裂發(fā)生的容易性)的改質(zhì)區(qū)域。在此，本發(fā)明有鑒于上述問題而提出，目的在于提供一種激光加 工方法及激光加工裝置，其可在1個加工對象物的內(nèi)部確實地形成不 同種類的改質(zhì)區(qū)域。本發(fā)明人為了達(dá)到上述目的經(jīng)過反復(fù)悉心研究討論，其結(jié)果得到 如下結(jié)論，當(dāng)在加工對象物內(nèi)部對準(zhǔn)聚光點，并照射脈沖振蕩的激光 時，根據(jù)脈沖波形使聚光點附近的溫度分布發(fā)生變化，由此，使得在 聚光點附近形成的改質(zhì)區(qū)域的種類(大小、破裂發(fā)生的容易性)發(fā)生 變化。這是由于即使激光相對于加工對象物具有透過性，但因吸收率 的溫度依賴性，使加工對象物的溫度越高越容易吸收激光。本發(fā)明人 根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步進(jìn)行研究，從而完成了本發(fā)明。
艮口，本發(fā)明的激光加工方法，其特征在于在板狀的加工對象物 的內(nèi)部，在加工對象物的厚度方向上距離加工對象物的激光入射面僅 第1距離的第1位置上對準(zhǔn)聚光點，并照射具有第1脈沖波形的激光， 由此沿著加工對象物的切斷預(yù)定線，在加工對象物的內(nèi)部形成成為切 斷的起點的第1改質(zhì)區(qū)域，同時，在加工對象物的內(nèi)部，在加工對象 物的厚度方向上距離激光入射僅第2距離的第2位置上對準(zhǔn)聚光點，并照射具有第2脈沖波形的激光，從而沿著切斷預(yù)定線，在加工對象 物的內(nèi)部形成成為切斷的起點的第2改質(zhì)區(qū)域。根據(jù)該激光加工法，可沿著切斷預(yù)定線分別在加工對象物的厚度 方向上距離加工對象物的激光入射面僅第1距離的第1位置，以及加 工對象物的厚度方向上距離激光入射僅第2距離的第2位置上確實地 形成不同種類的第1該質(zhì)領(lǐng)域及第2該質(zhì)領(lǐng)域。并且，在該激光加工方法中，優(yōu)選以第1及第2改質(zhì)區(qū)域為切斷 的起點，沿著切斷預(yù)定線切斷加工對象物。據(jù)此，能夠沿著切斷預(yù)定 線高精度地切斷加工對象物。另外，本發(fā)明所涉及的激光加工方法，其特征在于在板狀的加 工對象物的內(nèi)部對準(zhǔn)聚光點，并照射具有第1脈沖波形的激光，從而 沿著加工對象物的第1切斷預(yù)定線在加工對象物的內(nèi)部形成成為切斷 的起點的第1改質(zhì)區(qū)域，同時，在加工對象物的內(nèi)部對準(zhǔn)聚光點，并 照射具有第2脈沖波形的激光，從而沿著加工對象物的第2切斷預(yù)定 線在加工對象物的內(nèi)部形成成為切斷的起點的第2改質(zhì)區(qū)域。根據(jù)該激光加工方法，可在加工對象物的內(nèi)部分別沿著第1切斷 預(yù)定線及第2切斷預(yù)定線確實地形成不同種類的第1改質(zhì)區(qū)域及第2 改質(zhì)區(qū)域。而且存在第1切斷預(yù)定線和第2切斷預(yù)定線交叉的情況。而且，在該激光加工方法中，優(yōu)選以第1及第2改質(zhì)區(qū)域為切斷 起點沿著第1及第2切斷預(yù)定線切斷加工對象物。由此，能夠沿著第l 及第2切斷預(yù)定線高精度地切斷加工對象物。另外，本發(fā)明的激光加工裝置，其在板狀的加工對象物的內(nèi)部形 成成為切斷的起點的改質(zhì)區(qū)域，其特征在于具備載置加工對象物的 載置臺；使激光脈沖振蕩的激光源；使由激光源脈沖振蕩的激光的脈 沖波形變化的脈沖波形可變模塊；和使由激光源脈沖振蕩的激光聚光
在載置于載置臺的加工對象物的內(nèi)部，并在其激光的聚光點的位置上 形成改質(zhì)區(qū)域的聚光用透鏡。根據(jù)該激光裝置，脈沖波形可變模塊可以使由激光源脈沖振蕩的 激光的脈沖波形發(fā)生變化，因此能夠確實地在加工對象物的內(nèi)部形成 不同種類的改質(zhì)區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，能夠確實地在1個加工對象物的內(nèi)部形成不同種類 的改質(zhì)區(qū)域。


圖1是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是由圖1所表示的加工對象物的沿II-II線的截面圖。 圖3是依據(jù)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是由圖3所表示的加工對象物的沿IV-IV線的截面圖。 圖5是由圖3所表示的加工對象物的沿V-V線的截面圖。 圖6是由本實施方式的激光加工方法進(jìn)行切斷的加工對象物的平 面圖。圖7是表示在本實施方式的激光加工方法中的峰值功率密度與破 裂點的大小的關(guān)系的圖表。圖8是在本實施方式的激光加工方法的第1工序中的加工對象物 的截面圖。圖9是在本實施方式的激光加工方法的第2工序中的加工對象物 的截面圖。圖10是在本實施方式的激光加工方法的第3工序中的加工對象物 的截面圖。圖11是在本實施方式的激光加工方法的第4工序中的加工對象物 的截面圖。圖12是表示根據(jù)本實施方式的激光加工方法在所切斷的硅晶片的 一部分的截面照片的圖。 圖13是表示在本實施方式的激光加工方法中的激光的波長與硅基板的內(nèi)部透過率的關(guān)系的圖表。圖14是為了說明本實施方式的激光加工方法的原理的圖。圖15是表示在本實施方式的激光加工方法中的時間與脈沖強(qiáng)度的關(guān)系的圖表。圖16是表示在本實施方式的激光加工方法中的每個脈沖波形的最 高到達(dá)溫度以及超過熔點的范圍。圖17是表示根據(jù)在本實施方式的激光加工方法切斷的硅晶片的切 斷面的照片的圖，(a)是照射具有o^0.34的脈沖波形的激光的情況，(b) 是照射具有a-0.76的脈沖波形的激光的情況。圖18是成為本實施方式的激光加工方法的對象的加工對象物的平 面圖。圖19是沿著由圖18所表示的XIX-XIX線的部分截面圖。圖20是為了說明本實施方式的激光加工方法的加工對象物的部分 截面圖，是將擴(kuò)張帶貼敷于加工對象物的狀態(tài)。圖21是為了說明本實施方式的激光加工方法的加工對象物的部分 截面圖，是將激光照射于加工對象物的第1狀態(tài)。圖22是為了說明本實施方式的激光加工方法的加工對象物的部分 截面圖，是將激光照射于加工對象物的第2狀態(tài)。圖23是為了說明本實施方式的激光加工方法的加工對象物的部分 截面圖，是使擴(kuò)張帶進(jìn)行擴(kuò)張的狀態(tài)。圖24是為了說明本實施方式的激光加工方法的加工對象物的部分 截面圖，是加工對象物被切斷成半導(dǎo)體芯片的狀態(tài)。圖25是沿著由圖22所表示的XXV-XXV線的部分截面圖。圖26是本實施方式的激光加工裝置的構(gòu)成圖。符號說明1、加工對象物3、表面5， 5,， 52、切斷預(yù)定線7、改質(zhì)區(qū)域11， 11,， 112、硅晶片 lla、激光入射面13， 13,， 132、溶融處理區(qū)域21、背面L、激光P、聚光點具體實施方式
以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在本實施 方式的激光加工方法中，為了在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域利用 了被稱為多光子吸收的現(xiàn)象。因此，首先對有關(guān)因多光子吸收形成改 質(zhì)區(qū)域的激光加工方法進(jìn)行說明。在光子的能量hv比材料的吸收的頻帶間隙Ecj小時，光學(xué)上為透 明。因而，材料產(chǎn)生吸收的條件為hv〉Ec?？墒?，就算光學(xué)上是透明， 但激光的強(qiáng)度還是非常大時，在nhv〉Ec的條件(n=2， 3， 4，...) 下在材料中產(chǎn)生吸收。此現(xiàn)象稱為多光子吸收。在脈沖波的情況下， 激光的強(qiáng)度由激光的聚光點的峰值功率密度(W/cm2)所決定，例如在 峰值功率密度為lxl08 (W/cm2)以上的條件下，產(chǎn)生多光子吸收。峰 值功率密度是根據(jù)(聚光點上的激光的1脈沖的能量)+ (激光的光點 截面積x脈沖寬度)求得。又，在連續(xù)波的情況下，激光的強(qiáng)度由激光 的聚光點的電場強(qiáng)度(W/cm2)決定。針對有關(guān)利用如上多光子吸收的本實施方式的激光加工方法的原 理，參照圖1 圖6進(jìn)行說明。如圖l所示，在晶片狀(平板狀)的加 工對象物1的表面3，具有為了切斷加工對象物l的切斷預(yù)定線5。切 斷預(yù)定線5是直線狀延伸的假想線。在有關(guān)本實施方式的激光加工方 法中，如圖2所示，在產(chǎn)生多光子吸收的條件下，使聚光點P對準(zhǔn)加 工對象物l的內(nèi)部，照射激光L，而形成改質(zhì)區(qū)域7。再者，聚光點P 是指激光L聚光之處。又，切斷預(yù)定線5不限于直線狀，也可為曲線 狀，不限于假想線，也可為實際劃在加工對象物l上的線。而且，通過使激光L沿著切斷預(yù)定線5 (即，圖1的箭頭A方向) 進(jìn)行相對性移動，而使聚光點P沿著切斷預(yù)定線5移動。由此，如圖3 圖5所示，沿著切斷預(yù)定線5在加工對象物1的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域7，
該改質(zhì)區(qū)域7成為切斷起點區(qū)域8。在此，切斷起點區(qū)域8是指加工對 象物1被切斷時，成為切斷(裂縫)的起點的區(qū)域。該切斷起點區(qū)域8 有連續(xù)性形成改質(zhì)區(qū)域7所形成的情形，也有斷續(xù)性形成改質(zhì)區(qū)域7 所形成的情形。在本實施方式的激光加工方法中，由于在加工對象物1的表面3 上激光L基本不被吸收，所以加工對象物l的表面3不會發(fā)生熔融。當(dāng)在加工對象物1的內(nèi)部形成切斷起點領(lǐng)域8時，由于容易以該 切斷起點區(qū)域8為起點發(fā)生破裂，所以如圖6所示，可用比較小的力 切斷加工對象物1。因此，不會在加工對象物1的表面3上發(fā)生不必要 的破裂，從而可高精度地切斷加工對象物1。以該切斷起點區(qū)域8為起點的加工對象物1的切斷，是考慮以下 兩點。 一種情況是，切斷起點區(qū)域8形成后，對加工對象物1施加人 為的力，從而以切斷起點區(qū)域8為起點使加工對象物1裂開，而將加 工對象物1切斷。這是例如加工對象物1的厚度較大時的切斷。施加 人為上的力是指，例如沿著加工對象物l的切斷起點區(qū)域8對加工對 象物1施加彎曲應(yīng)力或剪應(yīng)力，或者通過對加工對象物1賦予溫度差 而發(fā)生熱應(yīng)力。另一種情況是，通過形成切斷起點區(qū)域8，以切斷起點 區(qū)域8為起點，向著加工對象物1的截面方向(厚度方向)自然裂縫， 而將加工對象物1切斷。這種情況下，例如在加工對象物1的厚度較 小時，可由一列改質(zhì)區(qū)域7形成切斷起點區(qū)域8，在加工對象物l的厚 度較大時，可由形成在厚度方向的多列改質(zhì)區(qū)域7來形成切斷起點區(qū) 域8。再者，在該自然裂開的情況下，在切斷之處，裂縫不是先到與未 形成切斷起點區(qū)域8的部位相對應(yīng)的部分的表面3上，而是只能割斷 與形成切斷起點區(qū)域8的部位相對應(yīng)的部分，因此可良好地控制割斷。 近年來因硅晶片等的加工對象物1的厚度有變薄的傾向，故如上控制 性良好的割斷方法非常有效。在本實施方式的激光加工方法中，作為改質(zhì)區(qū)域存在以下的(1) (3)的情況。(1)改質(zhì)區(qū)域為包含一個或多個裂痕的裂痕區(qū)域的情形 使聚光點對準(zhǔn)加工對象物(例如由玻璃或LiTa03所形成的壓電材 料)的內(nèi)部，在聚光點的電場強(qiáng)度為lxl08 (W/cm2)以上，且脈沖寬
度為lps以下的條件下照射激光。該脈沖寬度的大小的條件是，產(chǎn)生 多光子吸收且不對加工對象物的表面造成多余的損傷，并只在加工對 象物的內(nèi)部形成裂痕區(qū)域。從而，在加工對象物的內(nèi)部，會因多光子 吸收產(chǎn)生光學(xué)性損傷的現(xiàn)象。因該光學(xué)性損傷，在加工對象物的內(nèi)部 引起熱彎曲，由此，在加工對象物的內(nèi)部形成裂痕區(qū)域。電場強(qiáng)度的上限值為，例如lx1012 (W/cm2)。脈沖寬度優(yōu)選為例如lns 200ns。 而且，因多光子吸收形成裂痕區(qū)域，例如記載于日本第45回激光熱加 工研究會論文集U998年.12月)的第23頁 第28頁的「固體激光 高調(diào)波的玻璃基板的內(nèi)部記號」。本發(fā)明人是根據(jù)實驗求得電場強(qiáng)度與裂痕的大小的關(guān)系。實驗條 件如下。(A) 加工對象物派熱克斯(Pyrex)(注冊商標(biāo))玻璃(厚度 700,)(B) 激光光源半導(dǎo)體激光激發(fā)Nd: YAG激光 波長1064nm激光點截面積3.14xl0'8cm2 振蕩形態(tài)Q開關(guān)脈沖 重復(fù)頻率100kHz脈沖寬度30ns輸出輸出〈lmJ/脈沖激光質(zhì)量TEMoo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)載置有加工對象物的載置臺的移動速度100mm/秒 而且，激光質(zhì)量TEM(K)是指聚旋光性高可聚光到激光的波長程度。 圖7是表示上述實驗的結(jié)果的圖。橫軸是峰值功率密度，激光為 脈沖激光，電場強(qiáng)度以峰值功率密度表示。縱軸是表示利用1脈沖的 激光，在加工對象物的內(nèi)部形成的裂痕部分(裂痕點)的大小。裂痕 點集中成為裂痕區(qū)域。裂痕點的大小，是裂痕點的形狀中成為最大長
度的部分的大小。圖中以黑圓圈所示的數(shù)據(jù)，是聚光用透鏡(c)的倍率為100倍、開口數(shù)(NA)為0.80的情形。另一方面，圖中以白圓圈 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 的情形。峰值功率密度會自1011 (W/cm2)左右起，在加工對象物的內(nèi) 部產(chǎn)生裂痕點，得知隨著峰值功率密度變大，裂痕點也會變大。其次，對利用形成裂痕區(qū)域?qū)⒓庸ο笪锴袛嗟臋C(jī)構(gòu)，參照圖8 圖11進(jìn)行說明。如圖8所示，在產(chǎn)生多光子吸收的條件下使聚光點P 對準(zhǔn)加工對象物l的內(nèi)部，并照射激光L，沿著切斷預(yù)定線，在內(nèi)部形 成裂痕區(qū)域9。裂痕區(qū)域9包含一個或多個裂痕的區(qū)域。像這樣所形成 的裂痕區(qū)域9成為切斷起點區(qū)域。如圖9所示，以裂痕區(qū)域9為起點 (即，以切斷起點區(qū)域為起點)，進(jìn)一步使裂痕成長，如圖10所示， 裂痕到達(dá)加工對象物1的表面3與背面21，如圖11所示，加工對象物 1會裂開，從而將加工對象物1切斷。到達(dá)加工對象物1的表面3與背 面21的裂痕，有自然成長的情形，也有對加工對象物1施加力從而成 長的情形。(2)改質(zhì)區(qū)域為溶融處理區(qū)域的情形 使聚光點對準(zhǔn)加工對象物(例如像是硅等半導(dǎo)體材料)的內(nèi)部， 在聚光點的電場強(qiáng)度為lxl08 (W/cm2)以上，且脈沖寬度為lp以下 的條件下照射激光。從而，加工對象物的內(nèi)部會因多光子吸收而局部 性加熱。利用該加熱，在加工對象物的內(nèi)部形成溶融處理區(qū)域。溶融 處理區(qū)域是指暫時溶融后再固化的區(qū)域，或正好為溶融狀態(tài)的區(qū)域、 或由溶融狀態(tài)再固化的狀態(tài)的區(qū)域，也可稱為相變化的區(qū)域或結(jié)晶構(gòu) 造變化的區(qū)域。又，溶融處理區(qū)域是指在單結(jié)晶構(gòu)造、非晶構(gòu)造、多 結(jié)晶構(gòu)造中，也可稱為某一構(gòu)造變成另一構(gòu)造的區(qū)域。就是，例如由 單結(jié)晶構(gòu)造變?yōu)榉蔷?gòu)造的區(qū)域、由單結(jié)晶構(gòu)造變?yōu)槎嘟Y(jié)晶構(gòu)造的區(qū) 域、由單結(jié)晶構(gòu)造變?yōu)榘蔷?gòu)造及多結(jié)晶構(gòu)造的構(gòu)造的區(qū)域。加 工對象物為硅單結(jié)晶構(gòu)造時，溶融處理區(qū)域例如是非晶硅構(gòu)造。電場 強(qiáng)度的上限值，例如為lxl012 (\V/cm2)。優(yōu)選脈沖寬度例如為lns 200ns。本發(fā)明人是根據(jù)實驗確認(rèn)在硅晶片的內(nèi)部，形成有溶融處理區(qū)域。 實驗條件如下。(A) 加工對象物硅晶片(厚度35(Him、外徑4英寸)(b) 激光光源半導(dǎo)體激光激發(fā)Nd: YAG激光波長1064nm激光點截面積3.14xl0'8cm2振蕩形態(tài)q開關(guān)脈沖重復(fù)頻率100kHz 脈沖寬度30ns 輸出20mJ/脈沖激光質(zhì)量TEMoo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)載置有加工對象物的載置臺的移動速度100mm/秒 圖12是表示利用在上述條件下的激光加工所切斷的硅晶片的一部 分的截面照片的圖。在硅晶片11的內(nèi)部，形成有溶融處理區(qū)域13。而 且，由上述條件所形成的溶融處理區(qū)域13的厚度方向的大小為10(Him 左右。對利用多光子吸收形成溶融處理區(qū)域13進(jìn)行說明。圖13是表示 激光的波長與硅基板的內(nèi)部的透過率的關(guān)系的圖。但除去硅基板的表 面?zhèn)扰c背面?zhèn)确謩e的反射成分，只表示內(nèi)部的透過率。針對硅基板的 厚度t分別為50pm、 100(im、 200pm、 500|im、 1000pm，來表示上述 關(guān)系。例如，在Nd: YAG激光的波長為1064nm下，硅基板的厚度為 500pm以下時，得知在硅基板的內(nèi)部，激光會透過80%以上。因圖12 所示的硅晶片11的厚度為350pm，在硅晶片11的中心附近，就是自 表面起175)am的部分形成溶融處理區(qū)域13。此時的透過率，在以厚度 200lim的硅晶片為參考時為90X以上，激光在硅晶片11的內(nèi)部稍微被 吸收，幾乎是透過。這表示因多光子吸收而形成溶融處理區(qū)域13。利
用多光子吸收形成溶融處理區(qū)域，記載在例如日本焊接學(xué)會全國大會講演概要第66集(2000年4月)的第72頁 73頁的"利用皮秒脈沖 激光的硅的加工特性評估"。而且，以由溶融處理區(qū)域所形成的切斷起點區(qū)域為起點，向著截 面方向產(chǎn)生裂縫，其裂縫到達(dá)硅晶片的表面與背面，結(jié)果將硅晶片切 斷。到達(dá)硅晶片的表面與背面的該裂縫，有自然成長的情形，也有對 硅晶片施加力從而成長的情形。而且，在從切斷起點區(qū)域向硅晶片的 表面與背面自然成長裂縫時，形成切斷起點區(qū)域的溶融處理區(qū)域由溶 融的狀態(tài)成長裂縫的情形；和由形成切斷起點區(qū)域的溶融處理區(qū)域開 始溶融的狀態(tài)再固化之際而成長裂縫的情形。但，無論哪種情形，溶 融處理區(qū)域都只是形成在硅晶片的內(nèi)部，在切斷后的切斷面上，如圖 12，只在內(nèi)部形成溶融處理區(qū)域。這樣，當(dāng)在加工對象物的內(nèi)部利用 溶融處理區(qū)域形成切斷起點區(qū)域時，因割斷時難以產(chǎn)生偏離切斷起點 區(qū)域線的不必要的裂縫，故割斷控制變得容易。而且，溶融處理區(qū)域 的形成并不是只因多光子吸收，也存在因其他的吸收作用的情況。 (3)改質(zhì)區(qū)域為折射率變化區(qū)域的情形使聚光點對準(zhǔn)加工對象物(例如玻璃)的內(nèi)部，在聚光點的電場 強(qiáng)度為lxl08 (W/cm2)以上，且脈沖寬度為lns以下的條件下照射激 光。脈沖寬度極短，在加工對象物的內(nèi)部引起多光子吸收時，多光子 吸收的能量不會轉(zhuǎn)化為熱能，而是在加工對象物的內(nèi)部會引起離子價 數(shù)變化、結(jié)晶化或分極取向等永久性的構(gòu)造變化，而形成折射率變化 區(qū)域。電場強(qiáng)度的上限值，例如為lxl012 (W/ cm2)。脈沖寬度優(yōu)選 為例如lns以下，更優(yōu)選為lps以下。因多光子吸收形成折射率變化區(qū) 域，記載于例如日本第42回激光熱加工研究會論文集(1997年11月) 的第105頁 第111頁的"利用飛秒激光照射的對玻璃內(nèi)部的光誘導(dǎo)構(gòu) 造形成"。以上，對改質(zhì)區(qū)域的(1) (3)的情形進(jìn)行了說明，但考慮到 晶片狀的加工對象物的結(jié)晶構(gòu)造或其劈開性等，如果如下所述來形成 切斷起點區(qū)域，則以該切斷起點區(qū)域為起點可進(jìn)一步以較小的力且精 度良好地切斷加工對象物。以下是就有關(guān)本實施方式的激光加工方法進(jìn)行說明。 如圖14所示，經(jīng)對于硅晶片11具有透過性的激光L的聚光點P 對準(zhǔn)硅晶片11的內(nèi)部，并在上述"(2)改質(zhì)區(qū)域為溶融處理區(qū)域的情形" 中記載的條件下進(jìn)行脈沖振蕩，此時在聚光點P的位置上成為局部高 溫。因此，根據(jù)吸收率的溫度依賴性在聚光點P的位置上吸收率增高， 開始激光L的吸收。由此，相對于聚光點P，在與硅晶片ll的激光入 射面lla相反側(cè)行進(jìn)的激光L減少，相對于聚光點P激光入射面lla 側(cè)的部分沿著激光L的光軸Z成為局部性高溫。其結(jié)果，根據(jù)吸收率 的溫度依賴性，在該部分上吸收率增高，激光L被吸收，所以該部分 的溫度超過熔點而形成溶融處理區(qū)域13。即，溶融處理區(qū)域13的形成， 不僅僅是由激光L的多光子吸收引起的，同時也是由吸收率的溫度依 賴性產(chǎn)生的激光L的吸收引起的。在實際的加工中推測是，基于由吸 收率的溫度依賴性產(chǎn)生的激光的吸收的加工，以及基于多光子吸收的 加工等現(xiàn)象相互重合的結(jié)果。而且，在硅等半導(dǎo)體材料中，通過在使 其內(nèi)部的聚光點的電場強(qiáng)度為lxl08 (W/cm2)以上且脈沖寬度為lps 以下的條件下照射激光，可形成如上述"(2)改質(zhì)區(qū)域為溶融處理區(qū) 域的情形"中記載的含有溶融處理區(qū)域的改質(zhì)區(qū)域。而且，將因激光L的吸收使溫度超過熔點的部分在光軸Z方向上 的長度R稱作"超過熔點的范圍"。另外，作為表示激光L的脈沖波形 的指標(biāo)，如圖15所示，考慮以激光的高斯光束分布(Gaussian Beam Profile)為標(biāo)準(zhǔn)的波形。a是表示高斯光束分布(Gaussian Beam Profile) 的變形度，a-l就是高斯光束分布(Gaussian Beam Profile),在a小于 1的情況下，光束位置成為從01=1向前側(cè)的光束分布，在a大于1的情 況下，光束位置成為從a-l向后側(cè)的光束分布。如圖15以及圖16所示，在向硅晶片11照射具有ofO.I、 a=1.0、 a=1.9的脈沖波形的激光L的情況下，聚光點P附近的最高到達(dá)溫度分 別為14500K、 17000K、 9900K,超過熔點的范圍分別成為28.0, 27.5nm、 27.0nm。此時，激光L的照射條件為，掃描速度300mm/ 秒；重復(fù)頻率80kHz;脈沖寬度150ns;脈沖能量6.5pJ?？墒牵?該值雖然是通過模擬求得的，但因為將多光子吸收現(xiàn)象反映到模擬結(jié) 果是困難的而不予考慮。為此，在實際的加工中并沒于這種限定。
一般在照射具有0.7So^l.3的脈沖波形(以下稱之為"標(biāo)準(zhǔn)的脈沖 波形")的激光L的情況下，與照射具有a<0.7的脈沖波形(以下稱之 為"來自前側(cè)脈沖波形"(前上《9 0/""7波形))的激光L或者照射具 有(x〉1.3的脈沖波形(以下稱之為"來自后側(cè)脈沖波形"(後上"90八。 》7波形))的激光L的情況相比較，在聚光點P附近的最高到達(dá)溫度 變高。由此，與周圍的溫度梯度因為變得急陡，所以容易發(fā)生從溶融 處理區(qū)域13向硅晶片11的厚度方向變長的破裂。另外，在照射具有來自前側(cè)脈沖波形(前上"90八W7波形)的 激光L的情況下，與照射具有標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形的激光L或者照射具有 來自后側(cè)脈沖波形(後上>9 OZ々7波形)的激光L的情況相比較， 超過熔點的范圍變得大。由此，溶融處理區(qū)域13的大小(具體是硅晶 片11的厚度方向的大小)變大。相對于此，在照射具有來自后側(cè)脈沖波形的激光L的情況下，與 照射具有標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形的激光L或者照射具有來自前側(cè)脈沖波形的 激光L的情況相比較，在聚光點P附近的最高到達(dá)溫度變低，并且超 過熔點的范圍變小。由此，難以從溶融處理區(qū)域13向硅晶片11的厚 度方向發(fā)生破裂，溶融處理區(qū)域13的大小變小。圖17是表示利用本實施方式的激光加工方法切斷的硅晶片11的 切斷面的照片的圖，(a)是照射具有a- 0.34的脈沖波形的激光L的情 況，(b)是照射具有a-0.76的脈沖波形的激光L的情況。照射具有a-0.34的脈沖波形(即，來自前側(cè)脈沖波形)的激光L的情況(該圖(a))， 與照射具有a = 0.76的脈沖波形(即，標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形)的激光L的 情況(該圖(b))相比較可知，溶融處理區(qū)域13的大小變大。另外， 照射具有a = 0.76的脈沖波形(即，標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形)的激光L的情 況(圖(b))，與照射具有01 = 0.34的脈沖波形(即，來自前側(cè)脈沖波 形)的激光L的情況(該圖(a))相比較可知，發(fā)生了從溶融處理區(qū) 域13向硅晶片11的厚度方向的長的破裂24。在此，對基于本實施方式的激光加工方法的板狀加工對象物1的 切斷進(jìn)行說明。如圖18以及圖19所示，加工對象物1具備，厚度為lOO)am的硅 晶片ll,、重疊于硅晶片11,之上的厚度為50^im的硅晶片112、含有多
個功能元件15并形成在硅晶片112上的功能元件層16。功能元件15 例如是通過結(jié)晶成長而形成的半導(dǎo)體動作層、光電二極管等的受光元 件、激光二極管等的發(fā)光元件或者作為電路而形成的電路元件等，在 平行以及垂直于硅晶片11。 112的定位面(orientation flat) 6的方向上 以矩陣狀形成有多個。將如上所述構(gòu)成的加工對象物1按下述方式切斷為每個功能元件 15。首先，如圖20所示，在加工對象物l的背面21粘貼擴(kuò)張帶23， 使功能元件層16處于上側(cè)并將加工對象物1固定在激光加工裝置的載 置臺(沒有圖示)上。接著，如圖21所示，以加工對象物l的表面3為激光入射面，在 硅晶片ll,的內(nèi)部對準(zhǔn)聚光點P，并使具有標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形的激光L脈沖 振蕩，利用載置臺的移動，使聚光點P沿著通過相鄰的功能元件15、 15間而設(shè)置成格子狀的切斷預(yù)定線5 (參照圖18的虛線)進(jìn)行掃描。 對于硅晶片11,，使沿著該切斷預(yù)定線5的聚光點P的掃描對1個切斷 預(yù)定線5進(jìn)行兩次，但每次改變聚光點P所對準(zhǔn)的位置到表面3的距 離，由此從背面21側(cè)，在硅晶片lli的內(nèi)部依次逐列地沿著切斷預(yù)定 線5形成2列溶融處理區(qū)域13,。接著，如圖22所示，以加工對象物l的表面3為激光入射面，在 硅晶片112的內(nèi)部對準(zhǔn)聚光點P，并使具有來自后側(cè)脈沖波形的激光L 脈沖振蕩，利用載置臺的移動，使聚光點P沿著切斷預(yù)定線5進(jìn)行掃 描。對于硅晶片112，使沿著該切斷預(yù)定線5的聚光點P的掃描對1個 切斷預(yù)定線5進(jìn)行1次，在硅晶片112的內(nèi)部沿著切斷預(yù)定線5形成1 列溶融處理區(qū)域132。如圖22以及圖25所示，硅晶片lh內(nèi)的溶融處理區(qū)域13,是通過 具有標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形的激光L的照射而形成的，因此與通過具有來自 后側(cè)脈沖波形的激光L的照射而形成的硅晶片112內(nèi)的溶融處理區(qū)域 132相比較，加工對象物1的厚度方向的大小較大，且在加工對象物l 的厚度方向上發(fā)生破裂24。而且，在溶融處理區(qū)域13,以及132中，存 在混合存在有裂痕的情況。 接著，如圖23所示，使擴(kuò)張帶23擴(kuò)張，如圖24所示，以溶融處 理區(qū)域13p 132為切斷的起點沿著切斷預(yù)定線5切斷加工對象物1使 由切斷得到的多個半導(dǎo)體芯片25相互分離。如上述說明所示，根據(jù)本實施方式的激光加工方法，通過照射具 有標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形的激光L，在硅晶片ll,的內(nèi)部形成，加工對象物l 的厚度方向的大小較大且容易在加工對象物1的厚度方向上發(fā)生破裂 24的溶融處理區(qū)域13,，并且通過照射具有來自后側(cè)脈沖波形的激光L， 在硅晶片112的內(nèi)部形成，加工對象物1的厚度方向的大小較小且在加 工對象物1的厚度方向上難以發(fā)生破裂24的溶融處理區(qū)域132。如上 所述，根據(jù)加工對象物1的構(gòu)造等，改變激光L的脈沖波形，在加工 對象物1的內(nèi)部形成不同種類的溶融處理區(qū)域13,、 132，則可以以溶 融處理區(qū)域13。 132為切斷的起點沿著切斷預(yù)定線5高精度地切斷加 工對象物1。而且，在加工對象物1具有厚度為120pm的硅晶片113等的情況 下，通過照射具有來自前側(cè)脈沖波形的激光L，在硅晶片113的內(nèi)部形 成加工對象物1的厚度方向的大小更大的溶融處理區(qū)域133,則可沿著 切斷預(yù)定線5高精度地切斷加工對象物1。以下對本實施方式的激光加工裝置進(jìn)行說明。如圖26所示，激光加工裝置100，其在板狀的加工對象物1的內(nèi) 部形成作為切斷的起點的改質(zhì)區(qū)域7，其具有使激光L脈沖振蕩的激光 源IOI，對激光源101進(jìn)行控制以調(diào)節(jié)激光L的輸出和脈沖寬度的激光 源控制部102，具有激光L的反射功能且為使激光L的光軸的方向改 變卯。而配置的分色鏡(dichroic mirror) 103，使由分色鏡103反射的 激光L聚光在加工對象物1的內(nèi)部并在該激光L的聚光點P的位置上 形成改質(zhì)區(qū)域7的聚光用透鏡105。激光加工裝置100還具備載置被照射由聚光用透鏡105聚光的 激光L的加工對象物1的載置臺107;用于使載置臺107向X軸方向 移動的X軸載臺109;用于使載置臺107向垂直于X軸方向的Y軸方 向移動的Y軸載臺111;用于使載置臺107相垂直于X軸以及Y軸方 向的Z軸方向移動的Z軸載臺113;和用于對載臺109、 111、 113的移 動進(jìn)行控制的載臺控制部115。
激光L的聚光點P的X(Y)軸方向的移動是通過由X(Y)軸載臺 109(111)使加工對象物1向X(Y)軸方向移動而進(jìn)行的。Z軸方向因為是 與加工對象物1的表面3相垂直的方向，因此成為入射到加工對象物1 的激光L的焦點深度的方向。因此，通過使Z軸載臺113在Z軸方向 上移動，就能夠使激光L的聚光點P對準(zhǔn)加工對象物1的內(nèi)部的所希 望的位置。激光源101是產(chǎn)生脈沖激光的Nd: YAG激光器。作為能夠使用于 激光源101的激光器，除此以外還有Nd: YV04激光器、Nd: YLF激 光器或者鈦寶石(ti-sapphire)激光器。激光加工裝置100還具備；為了利用可見光對載置在載置臺107 上的加工對象物1進(jìn)行照明而產(chǎn)生可見光的觀察用光源117;配置在與 分色鏡103以及聚光用透鏡105相同的光軸上的可見光用的分束器 119。在分束器119和聚光用透鏡105之間配置有分色鏡103。分束器 119具有反射可見光的大約一半并透過剩下的一半的功能，并且配置為 使可見光的光軸的改變90°。從觀察用光源117所產(chǎn)生的可見光由分束 器119反射大約一半，該被反射的可見光透過分色鏡103以及聚光用 透鏡105，對加工對象物1的包含切斷預(yù)定線5等的表面進(jìn)行照明。激光加工裝置100還具備分束器119;配置在與分色鏡103以及聚 光用透鏡105相同光軸上的攝像元件121;成像透鏡123。作為攝像元 件121例如是CCD攝像機(jī)。對包含切斷預(yù)定線5等的表面3進(jìn)行照明 的可見光的反射光透過聚光用透鏡105、分色鏡103以及分束器119， 利用成像透鏡123進(jìn)行成像并以攝像元件121攝像，從而成為了攝像 數(shù)據(jù)。激光加工裝置100還具備，輸入從攝像元件121輸出的攝像數(shù)據(jù) 的攝像數(shù)據(jù)處理部125;控制激光加工裝置IOO全體的全體控制部127 以及監(jiān)視器129。攝像數(shù)據(jù)處理部125根據(jù)攝像數(shù)據(jù)演算焦點數(shù)據(jù)，該 焦點數(shù)據(jù)用于使觀察用光源117所產(chǎn)生的可見光的焦點對準(zhǔn)到加工對 象物1的表面3。通過根據(jù)該焦點數(shù)據(jù)對載臺控制部115沿著Z軸載臺 113進(jìn)行移動控制，而使可見光的焦點對準(zhǔn)加工對象物的表面3。因此， 攝像數(shù)據(jù)處理部125發(fā)揮自動對焦單元的功能。另外，攝像數(shù)據(jù)處理 部125根據(jù)攝像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)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)被發(fā)送至全體控制部127，在全體控制部127中執(zhí)行各種處理， 并發(fā)送至監(jiān)視器129。從而，將擴(kuò)大圖像等表示在監(jiān)視器129上。在全體控制部127中，輸入來自載臺控制部115的數(shù)據(jù)以及來自 攝像數(shù)據(jù)處理部125的圖像數(shù)據(jù)等，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，對激光源控制部 102、觀察用光源117以及載臺控制部115進(jìn)行控制，從而控制激光加 工裝置100的全體。因此，全體控制部127發(fā)揮計算機(jī)單元的功能。激光加工裝置100還具備使由激光源101進(jìn)行脈沖振蕩的激光L 的脈沖波形發(fā)生變化的脈沖波形可變模塊150。脈沖波形可變模塊150 例如以如下方式構(gòu)成。即，脈沖波形可變模塊150具有例如EO調(diào)制器 等的脈沖波形調(diào)制器151，以及根據(jù)激光源控制部102的信號控制脈沖 波形調(diào)制器151的脈沖波形控制部152。在照射具有標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形的 激光L的時候，對于從激光源101射出的激光L，使脈沖波形原封不 動地通過脈沖波形調(diào)制器151。在照射具有來自前側(cè)脈沖波形的激光L 的時候，相對于激光射出開始時間，利用脈沖波形控制部152使脈沖 波形調(diào)制器151的開放定時延遲。在照射具有來自后側(cè)脈沖波形的激 光L的時候，使脈沖波形調(diào)制器151在激光射出開始時間之前幵放脈 沖波形調(diào)制器151，在激光脈沖照射中關(guān)閉脈沖波形調(diào)制器151。而且， 作為控制脈沖波形的其他方法，有(l)使用2臺激光器，并根據(jù)所要制 作的脈沖波形改變定時而進(jìn)行疊加的方法；和(2)設(shè)置射出各種各樣的 脈沖波形的激光器的方法。(2)的方法也可以例如通過使用在標(biāo)準(zhǔn)的脈 沖波形上使用Nd: YAG激光，在來自前側(cè)脈沖波形上使用Nd: YV04 激光來實現(xiàn)。根據(jù)如上所述構(gòu)成的激光加工裝置100，脈沖波形可變模塊150 可以改變由激光源101脈沖振蕩的激光L的脈沖波形，因此可在1個 加工對象物1的內(nèi)部確實地形成不同種類的改質(zhì)區(qū)域7。本發(fā)明并不只限定于上述的實施方式。例如，在上述實施方式中，沿著切斷預(yù)定線5的加工對象物1的 厚度大致為一定，但是當(dāng)沿著切斷預(yù)定線5的加工對象物1的厚度變 化的情況下，也可以在切斷預(yù)定線5的途中改變照射的激光L的脈沖 波形。
另外，在加工對象物l中，當(dāng)沿著切斷預(yù)定線5,的部分的厚度和 沿著切斷預(yù)定線52的部分的厚度在不同的情況下，在沿著切斷預(yù)定線 5，的部分和沿著切斷預(yù)定線52的部分上，使照射的激光L的沖波形 發(fā)生變化，從而在沿著切斷預(yù)定線5,的部分上形成改質(zhì)區(qū)域7,，在沿 著切斷預(yù)定線52的上形成與改質(zhì)區(qū)域7,不同種類的改質(zhì)區(qū)域72。由此， 能夠以改質(zhì)區(qū)域7,、 72為切斷的起點沿著切斷預(yù)定線5,、 52高精度地 切斷加工對象物l。而且，所謂切斷預(yù)定線5,和切斷預(yù)定線52例如可 以是以大致垂直交叉的，也可以是不交叉的。另外，加工對象物1的厚度在不足100pm的情況下，優(yōu)選沿著切 斷預(yù)定線5照射具有來自后側(cè)脈沖波形的激光L。由此，防止對加工對 象物1的表面3以及背面21造成損壞(熔融痕跡)的發(fā)生。另夕卜，加工對象物1是(lll)晶片、(IIO)晶片、(100)45。旋轉(zhuǎn)晶片等， 在加工對象物1的劈開方向和加工對象物1的切斷預(yù)定線5的方向不 一致的情況下，優(yōu)選沿著與劈開方向不相一致的切斷預(yù)定線5，照射具 有來自前側(cè)脈沖波形的激光L。由此，使改質(zhì)區(qū)域7的大小(具體是加 工對象物1的厚度方向上的大小)變大，因此，可與劈開方向交叉地， 沿著切斷預(yù)定線5高精度地切斷加工對象物1。另外，加工對象物1為0FF角晶片等，在加工對象物l的劈開面 的方向和加工對象物1的厚度方向不相一致的情況下，也優(yōu)選照射具 有來自前側(cè)脈沖波形的激光L。由此，使改質(zhì)區(qū)域7的大小(具體是加 工對象物1的厚度方向上的大小)變大，因此，可與劈開面交叉地， 在其厚度方向上高精度地切斷加工對象物1。另外，在上述實施方式中，以加工對象物1的表面3為激光入射 面，但是也可以以加工對象物1的背面21為激光入射面。另外，在上述實施方式中，在硅晶片11的內(nèi)部形成溶融處理區(qū)域 13，但是也可以在由玻璃或壓電材料等其他材料構(gòu)成的加工對象物1 的內(nèi)部，形成裂痕區(qū)域或者折射率變化區(qū)域等其他的改質(zhì)區(qū)域7。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，可確實地在1個加工對象物1的內(nèi)部形成不同種類 的改質(zhì)區(qū)域。
權(quán)利要求
1. 一種激光加工方法，其特征在于在板狀的加工對象物的內(nèi)部，在所述加工對象物的厚度方向上距離所述加工對象物的激光入射面僅第1距離的第1位置上對準(zhǔn)聚光點，并照射具有第1脈沖波形的激光，由此沿著所述加工對象物的切斷預(yù)定線，在所述加工對象物的內(nèi)部形成成為切斷的起點的第1改質(zhì)區(qū)域，同時，在所述加工對象物的內(nèi)部，在所述加工對象物的厚度方向上距離所述激光入射僅第2距離的第2位置上對準(zhǔn)聚光點，并照射具有第2脈沖波形的激光，從而沿著所述切斷預(yù)定線，在所述加工對象物的內(nèi)部形成成為切斷的起點的第2改質(zhì)區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于 以所述第1及所述第2改質(zhì)區(qū)域為切斷的起點，沿著所述切斷預(yù)定線切斷所述加工對象物。
3. —種激光加工方法，其特征在于在板狀的加工對象物的內(nèi)部對準(zhǔn)聚光點，并照射具有第1脈沖波 形的激光，從而沿著所述加工對象物的第1切斷預(yù)定線在所述加工對 象物的內(nèi)部形成成為切斷的起點的第l改質(zhì)區(qū)域，同時，在所述加工對象物的內(nèi)部對準(zhǔn)聚光點，并照射具有第2脈沖波形 的激光，從而沿著所述加工對象物的第2切斷預(yù)定線在所述加工對象 物的內(nèi)部形成成為切斷的起點的第2改質(zhì)區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求3所述的激光加工方法，其特征在于-所述第1切斷預(yù)定線和所述第2切斷預(yù)定線交叉。
5. 如權(quán)利要求3所述的激光加工方法，其特征在于 以所述第1及所述第2改質(zhì)區(qū)域為切斷的起點，沿著所述第1及所述第2切斷預(yù)定線切斷所述加工對象物。
6. —種激光加工裝置，其在板狀的加工對象物的內(nèi)部形成成為切 斷的起點的改質(zhì)區(qū)域，其特征在于-具備載置所述加工對象物的載置臺； 使激光脈沖振蕩的激光源；使由所述激光源脈沖振蕩的激光的脈沖波形變化的脈沖波形可變 模塊；和使由所述激光源脈沖振蕩的激光聚光在載置于所述載置臺的所述 加工對象物的內(nèi)部，并在其激光的聚光點的位置上形成所述改質(zhì)區(qū)域 的聚光用透鏡。
全文摘要
本發(fā)明的激光加工方法，通過照射具有標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形的激光(L)，在硅晶片(11₁)的內(nèi)部形成，加工對象物(1)的厚度方向的大小大，且隨著容易在加工對象物(1)的厚度方向上發(fā)生破裂(24)的溶融處理區(qū)域(13₁)，同時，通過照射具有來自后側(cè)脈沖波形的激光(L)，在硅晶片(11₂)的內(nèi)部形成，加工對象物(1)的厚度方向的大小小，且在加工對象物(1)的厚度方向上不容易發(fā)生破裂(24)的溶融處理區(qū)域(13₂)。
文檔編號B23K26/38GK101400475SQ200780008910
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者內(nèi)山直己, 大村悅二, 渥美一弘, 熊谷正芳, 福世文嗣, 福滿憲志 申請人:浜松光子學(xué)株式會社