專利名稱：激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于沿著切斷預(yù)定線切斷板狀加工對象物的激光加工 方法。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的激光加工方法，眾所周知如下方法通過使聚光點(diǎn)對 準(zhǔn)板在狀加工對象物的內(nèi)部照射加工用激光束，沿著加工對象物的切 斷預(yù)定線，在加工對象物的內(nèi)部形成成為切斷起點(diǎn)的改性區(qū)域(例 如，參照專利文獻(xiàn)l)。
專利文獻(xiàn)l:日本特開2005-150537號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，上述這樣的激光加工方法，通常是沿著切斷預(yù)定線照射測 定用激光束，將像散附加于由加工對象物的激光束照射面反射的測定 用激光束的反射光，檢測與附加了像散的反射光的聚光像對應(yīng)的檢測 值，通過使該檢測值為一定值，使加工用激光束的聚光點(diǎn)追隨激光束 照射面。然而，在這樣的激光加工方法中，當(dāng)測定用激光束的反射率 極低的區(qū)域局部存在于激光束照射面時(shí)，在該區(qū)域中檢測值會產(chǎn)生誤 差，有無法使加工用激光束的聚光點(diǎn)精度優(yōu)異地追隨激光束照射面的 危險(xiǎn)。
因此，本發(fā)明的課題在于，提供能夠使加工用激光束的聚光點(diǎn)精 度優(yōu)異地追隨加工對象物的激光束照射面的激光加工方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明的激光加工方法，通過使聚光點(diǎn)對準(zhǔn) 在板狀加工對象物的內(nèi)部照射加工用激光束，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(diǎn)的改性區(qū)域，其特
征在于沿著切斷預(yù)定線照射測定用激光束，將像散附加于加工對象 物中被照射測定用激光束的激光束照射面反射的測定用激光束的反射 光，檢測與附加了像散的反射光的聚光像對應(yīng)的檢測值，通過使檢測值成為與反射光的光量對應(yīng)的規(guī)定值，使加工用激光束的聚光點(diǎn)相對 于激光束照射面對準(zhǔn)在規(guī)定位置。
在該激光加工方法中，通過使由測定用激光束的照射所取得的檢 測值為成為與測定用激光束的反射光的光量對應(yīng)的規(guī)定值，使加工用 激光束的聚光點(diǎn)對準(zhǔn)在距激光束照射面規(guī)定距離的位置。所以，例如 即使測定用激光束的反射率極低的區(qū)域局部存在于激光束照射面而降 低測定用激光束的反射光的光量，也能夠使加工用激光束的聚光點(diǎn)精 度優(yōu)異地追隨加工對象物的激光束照射面。
在此，優(yōu)選的是，在使測定用激光束的聚光點(diǎn)位于距激光束照射 面規(guī)定距離的狀態(tài)下預(yù)先取得檢測值與光量的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)對應(yīng)關(guān) 系使檢測值成為與反射光的光量對應(yīng)的規(guī)定值，由此使加工用激光束 的聚光點(diǎn)對準(zhǔn)在距激光束照射面規(guī)定距離的位置。在這種情況下，能 夠容易且可靠地實(shí)現(xiàn)使檢測值成為與測定用激光束的反射光的光量對 應(yīng)的規(guī)定值。
并且，有加工對象物包括半導(dǎo)體基板、改性區(qū)域包括熔融處理區(qū) 域的情況。
并且，優(yōu)選包括將改性區(qū)域作為切斷的起點(diǎn)而沿著切斷預(yù)定線切 斷上述加工對象物的工序。由此，能夠沿著切斷預(yù)定線精度優(yōu)異地切 斷加工對象物。
并且，優(yōu)選的是，檢測檢測值的同時(shí)，沿著切斷預(yù)定線檢測相當(dāng) 于反射光的全光量的全光量值，當(dāng)全光量值為閾值以上時(shí)，沿著其光 軸移動對激光束進(jìn)行聚光的透鏡，使得檢測值成為預(yù)先求得的第一基 準(zhǔn)值，取得用于控制透鏡的移動的第一控制值，當(dāng)全光量值不足所述 閾值時(shí)，在不足閾值的全光量值被檢測到的位置再次檢測檢測值和全 光量值，取得再次檢測出的檢測值和全光量值的對應(yīng)關(guān)系，沿著切斷 預(yù)定線再次照射測定用激光束，再次檢測檢測值和全光量值，在檢測 到閾值以上的全光量值的位置，沿著其光軸移動透鏡使得檢測值成為 第一基準(zhǔn)值，并且在檢測到不足閾值的全光量值的位置，沿著其光軸 移動透鏡使得檢測值成為由全光量值與對應(yīng)關(guān)系算出的第二基準(zhǔn)值， 取得用于控制透鏡的移動的第二控制值。
并且，優(yōu)選的是，根據(jù)第一控制值或第二控制值移動透鏡而將聚光點(diǎn)相對于激光束照射面對準(zhǔn)在規(guī)定位置，并且對加工對象物照射加 工用激光束。
能夠使加工用激光束的聚光點(diǎn)精度優(yōu)異地追隨加工對象物的激光 束照射面。


圖1是利用本實(shí)施方式的激光加工裝置的激光加工中的加工對象 物的俯視圖。
圖2是沿著示于圖i的加工對象物的n-n線的剖視圖。 圖3是利用本實(shí)施方式的激光加工裝置的激光加工后的加工對象 物的俯視圖。
圖4是沿著示于圖3的加工對象物的IV-IV線的剖視圖。
圖5是沿著示于圖3的加工對象物的V-V線的剖視圖。
圖6是由本實(shí)施方式的激光加工裝置所切斷的加工對象物的俯視圖。
圖7是表示本實(shí)施方式的激光加工裝置的電場強(qiáng)度與裂斑的大小 之間的關(guān)系的圖表。
圖8是本實(shí)施方式的激光加工裝置的第1工序的加工對象物的剖 視圖。
圖9是本實(shí)施方式的激光加工裝置的第2工序的加工對象物的剖 視圖。
圖10是本實(shí)施方式的激光加工裝置的第3工序的加工對象物的 剖視圖。
圖11是本實(shí)施方式的激光加工裝置的第4工序的加工對象物的 剖視圖。
圖12是表現(xiàn)由本實(shí)施方式的激光加工裝置所切斷的硅晶圓的一 部分的剖面照片的圖。
圖13是表示本實(shí)施方式的激光加工裝置的激光束的波長與硅基 板內(nèi)部的透射率之間的關(guān)系的圖表。
圖14是表示成為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法的對象 的加工對象物的主視圖。
6圖15是沿著圖14中的XV-XV線的局部剖視圖。
圖16是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法的流程圖。
圖17是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法的全光量信 號與位移傳感器信號之間的關(guān)系的線圖。
圖18是用于說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法的全光 量信號與反饋基準(zhǔn)值之間的關(guān)系的線圖。
圖19是用于說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法的追蹤 記錄的沿著圖14中的XIX-XIX線的圖。
符號說明
1:加工對象物
3:表面(激光束照射面)
5:切斷預(yù)定線 L:激光束 P:聚光點(diǎn)
具體實(shí)施例方式
以下，關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，參照附圖加以詳細(xì)說明。在 本實(shí)施方式的激光加工方法中，為了在加工對象物的內(nèi)部形成改性區(qū) 域而利用稱為多光子吸收的現(xiàn)象。在此，首先，對用于利用多光子吸 收形成改性區(qū)域的激光加工方法加以說明。
當(dāng)光子的能量hv比材料的吸收帶隙Ec小時(shí)，在光學(xué)上為透明。 因此，材料發(fā)生吸收的條件為hv>EG。但是，即使光學(xué)上為透明，如 果將激光束的強(qiáng)度取得極大，則在nlw〉Ec的條件下(n=2， 3， 4，…)，材料也會發(fā)生吸收。將該現(xiàn)象稱為多光子吸收。當(dāng)使用脈 沖波時(shí)，激光束的強(qiáng)度由激光束的聚光點(diǎn)的峰值功率密度(W/cm2) 所決定，例如在峰值功率密度為1X108 (W/cm2)以上的條件下發(fā)生 多光子吸收。峰值功率密度利用(聚光點(diǎn)處的激光束的每一脈沖的能 量)+ (激光束的聚束光點(diǎn)截面積X脈寬)而求出。另外，當(dāng)時(shí)使用 連續(xù)波時(shí)，激光束的強(qiáng)度由激光束的聚光點(diǎn)的電場強(qiáng)度(W/cm2)所 決定。
關(guān)于這樣的利用多光子吸收的本實(shí)施方式的激光加工方法的機(jī)理，參照圖1至圖6加以說明。如圖1所示，在晶圓狀(板狀)的加
工對象物1的表面3，有用于切斷加工對象物1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。如圖2所示，在本實(shí)施方式的激 光加工方法中，在發(fā)生多光子吸收的條件下，使聚光點(diǎn)P對準(zhǔn)在加工 對象物1的內(nèi)部，照射激光束L而形成改性區(qū)域7。并且，聚光點(diǎn)P 是指激光束L聚光的部位。并且，切斷預(yù)定線5并不限定于直線狀， 也可以是曲線狀，或不限定于假想線，也可以是實(shí)際劃在加工對象物 l上的線。
而且，通過沿著切斷預(yù)定線5 (即圖1的箭頭A方向)相對地移 動激光束L，沿著切斷預(yù)定線5移動聚光點(diǎn)P。由此，如圖3至圖5 所示，改性區(qū)域7沿著切斷預(yù)定線5形成在加工對象物1的內(nèi)部，該 改性區(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 加工對象物1被切斷時(shí)成為切斷(破裂)的起點(diǎn)的區(qū)域。該切斷起點(diǎn) 區(qū)域8有通過連續(xù)地形成改性區(qū)域7而形成的情況，也有通過斷續(xù)地 形成改性區(qū)域7而形成的情況。
在本實(shí)施方式的激光加工方法中，在加工對象物1的表面3幾乎 不吸收激光束L，因而不會使加工對象物1的表面3熔融。
當(dāng)在加工對象物1的內(nèi)部形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8時(shí)，容易以該切斷 起點(diǎn)區(qū)域8為起點(diǎn)發(fā)生破裂，因而如圖6所示，能以較小的力量切斷 加工對象物1。由此，在加工對象物1的表面3不會發(fā)生不必要的破 裂，能夠高精度地切斷加工對象物l。
對于將該切斷起點(diǎn)區(qū)域8作為起點(diǎn)的加工對象物1的切斷，考慮 以下兩種情況。第1種情況是，形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8之后，通過將人 為的力量施加于加工對象物1，使得加工對象物1以切斷起點(diǎn)區(qū)域8 為起點(diǎn)裂開，由此加工對象物1被切斷。這是例如加工對象物1的厚 度大時(shí)的切斷。施加人為的力量是指，例如沿著加工對象物1的切斷 起點(diǎn)區(qū)域8將彎曲應(yīng)力或剪切應(yīng)力施加于加工對象物1，或者通過將 溫度差賦予加工對象物1而產(chǎn)生熱應(yīng)力。另一種情況是，通過形成切 斷起點(diǎn)區(qū)域8，以切斷起點(diǎn)區(qū)域8為起點(diǎn)在加工對象物1的截面方向 (厚度方向)自然裂開，結(jié)果加工對象物1被切斷。這樣，例如在加 工對象物1的厚度小時(shí)，能夠由1列改性區(qū)域7形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8，在加工對象物1的厚度大時(shí)，能夠由在厚度方向形成的多列改性
區(qū)域7形成切斷起點(diǎn)區(qū)域8。此外，在該自然裂開的情況下，在切斷 的部位，不會搶先裂開到與未形成有切斷起點(diǎn)區(qū)域8的部位對應(yīng)的部 分的表面3上，能夠只割斷與形成有切斷起點(diǎn)區(qū)域8的部位對應(yīng)的部 分，因而能夠良好地控制割斷。近年來，由于硅晶圓等的加工對象物 1的厚度有變薄的趨勢，這樣的控制性優(yōu)異的方法是極有效的。
在本實(shí)施方式的激光加工方法中，作為改性區(qū)域，有以下(1) 至(3)的情況。
(1)改性區(qū)域?yàn)榘?個(gè)或多個(gè)裂痕的裂痕區(qū)域的情況
在加工對象物(例如由玻璃、LiTa03構(gòu)成的壓電材料)的內(nèi)部對 準(zhǔn)聚光點(diǎn)，在聚光點(diǎn)的電場強(qiáng)度為1X108 (W/cm2)以上、且脈寬為 lus以下的條件下照射激光束。該脈寬的大小，是發(fā)生多光子吸收并 且不會給加工對象物的表面造成多余的損傷、能僅在加工對象物的內(nèi) 部形成裂痕區(qū)域的條件。由此，在加工對象物的內(nèi)部由于多光子吸收 而發(fā)生光學(xué)損傷這種現(xiàn)象。利用該光學(xué)損傷在加工對象物的內(nèi)部誘發(fā) 熱應(yīng)變，由此，在加工對象物的內(nèi)部形成裂痕區(qū)域。作為電場強(qiáng)度的 上限值，例如為1X1012 (W/cm2)。脈寬例如優(yōu)選lns至200ns。并 且，利用多光子吸收形成裂痕區(qū)域的技術(shù)，例如記載于第45次激光 熱加工研究會論文集(1998年，12月)的第23頁至第28頁的「基 于固體激光諧波的玻璃基板的內(nèi)部標(biāo)記」。
本案發(fā)明人，通過實(shí)驗(yàn)求出電場強(qiáng)度與裂痕的大小之間的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)條件如下。
(A) 加工對象物Pyrex (注冊商標(biāo))玻璃(厚度700um)
(B) 激光
光源半導(dǎo)體激光激勵(lì)Nd: YAG激光 波長1064nm
激光束光點(diǎn)截面積3.14X10—8cm2
振蕩形態(tài)Q開關(guān)脈沖
重復(fù)頻率100kHz
脈寬30ns
輸出輸出〈lmJ/脈沖激光束品質(zhì)TEMoo 偏振特性直線偏振
(C) 聚光用透鏡
對激光束波長的透射率60%
(D) 載置有加工對象物的載置臺的移動速度100mm/秒 并且，激光束品質(zhì)為TEM。0，是指聚光性高可聚光至激光束波長
的程度。
圖7是表示上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。橫軸是峰值功率密度，由于激 光束為脈沖激光束，因此電場強(qiáng)度是以峰值功率密度表示的?？v軸表 示利用1脈沖的激光束形成在加工對象物內(nèi)部的裂痕部分(裂斑)的 大小。裂斑聚集成為裂痕區(qū)域。裂斑的大小是裂斑的形狀中成為最大 長度的部分的大小。圖表中以黑圓圈表示的數(shù)據(jù)是聚光用透鏡(C) 的倍率為100倍、數(shù)值孔徑(NA)為0.80的情況。另一方面，圖表 中以白圓圈表示的數(shù)據(jù)是聚光用透鏡(C)的倍率為50倍，數(shù)值孔徑 (NA)為0.55的情況。可知自峰值功率密度為10" (W/cm2)左右起 在加工對象物內(nèi)部產(chǎn)生裂斑，隨著峰值功率密度變大，裂斑也變大。
接著，關(guān)于利用形成裂痕區(qū)域來切斷加工對象物的機(jī)理，參照圖 8至圖11加以說明。如圖8所示，在發(fā)生多光子吸收的條件下，將聚 光點(diǎn)P對準(zhǔn)在加工對象物1的內(nèi)部而照射激光束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是包括1個(gè)或多個(gè)裂痕的區(qū) 域。如此形成的裂痕區(qū)域9成為切斷起點(diǎn)區(qū)域。如圖9所示，以裂痕 區(qū)域9為起點(diǎn)(即，以切斷起點(diǎn)區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn))裂痕進(jìn)一步生長，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， 由于加工對象物1破裂，加工對象物1被切斷。到達(dá)加工對象物1的 表面3與背面21的裂痕有自然生長的情況，也有通過對加工對象物1 施加力量使之生長的情況。
(2)改性區(qū)域?yàn)槿廴谔幚韰^(qū)域的情況
將聚光點(diǎn)對準(zhǔn)在加工對象物(例如硅這樣的半導(dǎo)體材料)的內(nèi) 部，在聚光點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為1X108 (W/cm2)以上且脈寬為IPs以 下的條件下照射激光束。由此，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。
10熔融處理區(qū)域是指暫時(shí)熔融后再固化的區(qū)域、或處于己熔融狀態(tài)的區(qū) 域、或處于從熔融狀態(tài)再固化的狀態(tài)的區(qū)域，也可以指發(fā)生了相變的 區(qū)域或晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化的區(qū)域。并且，熔融處理區(qū)域是指在單晶 結(jié)構(gòu)、非晶結(jié)構(gòu)、多晶結(jié)構(gòu)中，從某一結(jié)構(gòu)變化為另一結(jié)構(gòu)的區(qū)域。 即，例如，指從單晶結(jié)構(gòu)變化為非晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、從單晶結(jié)構(gòu)變化為 多晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、從單晶結(jié)構(gòu)變化為包括非晶結(jié)構(gòu)和多晶結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 的區(qū)域。在加工對象物為硅單晶結(jié)構(gòu)的情況下，熔融處理區(qū)域例如是
非晶硅結(jié)構(gòu)。作為電場強(qiáng)度的上限值，例如為1X1012 (W/cm2)。脈 寬優(yōu)選例如lns至200ns。
本案發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了在硅晶圓(半導(dǎo)體基板)的內(nèi)部形成 烙融處理區(qū)域的情況。實(shí)驗(yàn)條件如以下。
(A) 加工對象物硅晶圓(厚度350li m，外徑4英吋)
(B) 激光
光源半導(dǎo)體激光激勵(lì)Nd: YAG激光 波長1064nm
激光束光點(diǎn)截面積3.14X10—8cm2 振蕩形態(tài)Q開關(guān)脈沖 重復(fù)頻率100kHz 脈寬30ns
輸出20uJ/脈沖 激光束品質(zhì)TEMoo 偏振特性直線偏振
(c)聚光用透鏡
倍率50倍
N.A.: 0.55
對激光束波長的透射率60% (D)載置有加工對象物的載置臺的移動速度100mm/秒 圖12是表示由在上述條件下的激光加工切斷的硅晶圓的一部分 的剖面照片的圖。在硅晶圓11內(nèi)部形成有熔融處理區(qū)域13。并且， 利用上述條件所形成的熔融處理區(qū)域13的厚度方向的大小是100Pm 左右。說明由多光子吸收形成熔融處理區(qū)域13的情況。圖13是表示激 光束的波長與硅基板內(nèi)部的透射率之間的關(guān)系的圖表。但是分別除去 硅基板的表面?zhèn)扰c背面板的反射成分，僅表示內(nèi)部的透射率。對于硅
基板厚度t為50um、 100 ym、 200 ym、 500 nm、 1000 nm分別表
示了上述關(guān)系。
例如，可知在Nd: YAG激光的波長為1064nm時(shí)，當(dāng)硅基板的 厚度為500" m以下時(shí)，在硅基板的內(nèi)部，激光束透射80%以上。表 示于圖12的硅晶圓11的厚度是350um，因此基于多光子吸收的熔 融處理區(qū)域13形成在硅晶圓11的中心附近，即形成在距表面的175 ym的部分。如果參考厚度200um的硅晶圓，則這時(shí)的透射率為 90%以上，因而激光束在硅晶圓11的內(nèi)部被吸收的量極小，幾乎全部 透射。這意味著，并不是在硅晶圓11的內(nèi)部吸收激光束而在硅晶圓 11的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域13 (即由激光束的通常加熱形成熔融處 理區(qū)域)，而是利用多光子吸收而形成了熔融處理區(qū)域13。利用多光 子吸收形成熔融處理區(qū)域的技術(shù)，例如記載于日本焊接學(xué)會全國大會 演講概要第66集(2000年4月)的第72頁至第73頁的「基于皮秒 脈沖激光的硅的加工特性評估」。
并且，硅晶圓，以由熔融處理區(qū)域形成的切斷起點(diǎn)區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)而 向剖面方向發(fā)生破裂，由于其裂縫到達(dá)硅晶圓的表面與背面，結(jié)果被 切斷。到達(dá)硅晶圓的表面與背面的該裂縫有自然生長的情況，也有通 過對硅晶圓施加力量而生長的情況。并且，在裂縫從切斷起點(diǎn)區(qū)域自 然生長至硅晶圓的表面與背面的情況下，有裂縫從形成切斷起點(diǎn)區(qū)域 的熔融處理區(qū)域熔融的狀態(tài)生長的情況，也有裂縫在從形成切斷起點(diǎn) 區(qū)域的熔融處理區(qū)域熔融的狀態(tài)再固化時(shí)生長的情況。但是，在任一 情況下，熔融處理區(qū)域都是僅形成在硅晶圓的內(nèi)部，在切斷后的切斷 面上，如圖12所示僅在內(nèi)部形成有熔融處理區(qū)域。當(dāng)如此在加工對 象物內(nèi)部由熔融處理區(qū)域形成切斷起點(diǎn)區(qū)域時(shí)，在割斷時(shí)，難以產(chǎn)生 從切斷起點(diǎn)區(qū)域線偏離的不必要的裂縫，因而容易控制割斷。此外， 熔融處理區(qū)域的形成不僅因?yàn)槎喙庾游?，也有時(shí)因?yàn)槠渌奈兆?用。
(3)改性區(qū)域?yàn)檎凵渎首兓瘏^(qū)域的情況將聚光點(diǎn)對準(zhǔn)在加工對象物(例如玻璃)的內(nèi)部，在聚光點(diǎn)處的
電場強(qiáng)度為1X108 (W/cm2)以上且脈寬為lns以下的條件下照射激 光束。當(dāng)將脈寬取得極短而使多光子吸收在加工對象物的內(nèi)部發(fā)生 時(shí)，基于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)部誘 發(fā)離子價(jià)數(shù)變化、結(jié)晶化或分極配向等的持久的結(jié)構(gòu)變化而形成折射 率變化區(qū)域。作為電場強(qiáng)度的上限值，例如為1X1012 (W/cm2)，脈 寬例如優(yōu)選lns以下，進(jìn)一步優(yōu)選lps以下。利用多光子吸收形成折 射率變化區(qū)域的技術(shù)，例如記載于第42次激光熱加工研究會論文集 (1997年，11月)的第105頁至第111頁的「基于飛秒激光照射的 玻璃內(nèi)部的光感應(yīng)構(gòu)造形成」。
以上，作為改性區(qū)域說明了 (1) ~ (3)的情況，如果考慮晶圓 狀的加工對象物的晶體結(jié)構(gòu)或解理性等如下形成切斷起點(diǎn)區(qū)域，則能 夠以該切斷起點(diǎn)區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)、以更小的力量且精度優(yōu)異地切斷加工對 象物。
艮口，對于硅等的金剛石結(jié)構(gòu)的單晶半導(dǎo)體構(gòu)成的基板，優(yōu)選在沿 著(111)面(第一解理面)或(110)(第二解理面)的方向形成切 斷起點(diǎn)區(qū)域。對于GaAs等的閃鋅礦結(jié)構(gòu)的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成 的基板，優(yōu)選在沿著(110)面的方向形成切斷起點(diǎn)區(qū)域。對于藍(lán)寶 石(A1203)等的具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)的基板，優(yōu)選以(0001)面 (C面)作為主面在沿著(1120)面(A面)或(1100)面(M面) 的方向形成切斷起點(diǎn)區(qū)域。
此外，沿著要形成上述切斷起點(diǎn)區(qū)域的方向(例如沿著單晶硅基 板的(111)面的方向〕，或是沿著與要形成切斷起點(diǎn)區(qū)域的方向正 交的方向在基板形成定向邊(orientation flat)，則通過以該定向邊作 為基準(zhǔn)，能夠?qū)⒀刂纬汕袛嗥瘘c(diǎn)區(qū)域的方向的切斷起點(diǎn)區(qū)域容易 且正確地形成在基板上。
以下，說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
如圖14及圖15所示，加工對象物1包括硅晶圓11、和包括多 個(gè)功能元件15并被形成在硅晶圓11的表面lla的功能元件層16。該 加工對象物1是所謂的MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems)晶
圓，為了提升蝕刻耐性而在表面3厚厚地形成氧化膜(未圖示)。
13功能元件15例如是機(jī)械要素零件、傳感器、促動器、電子電路
零件等，在平行于硅晶圓11的定向邊6的方向和垂直于定向邊6的
方向矩陣狀地形成有多個(gè)。這樣的加工對象物1，沿著以通過相鄰接
的功能元件間的方式設(shè)定為格子狀的切斷預(yù)定線5被切斷，成為多個(gè)
半導(dǎo)體芯片。
接下來，說明切斷該加工對象物1的情況的一例。首先，在加工
對象物1的背面21粘貼擴(kuò)展帶(expanded tape)而將該加工對象物1 載置在載置臺上。之后，利用聚光用透鏡將聚光點(diǎn)對準(zhǔn)在硅晶圓11 的內(nèi)部，從加工對象物1的表面3側(cè)照射加工用激光束，沿著各切斷 預(yù)定線5，將成為切斷的起點(diǎn)的改性區(qū)域形成在加工對象物1的內(nèi) 部。并且，通過使擴(kuò)展帶擴(kuò)張，將改性區(qū)域作為切斷的起點(diǎn)，加工對 象物1沿著切斷預(yù)定線5按各功能元件15精度優(yōu)異地切斷，使多個(gè) 半導(dǎo)體芯片互相分離。此外，改性區(qū)域除了熔融處理區(qū)域之外，有時(shí) 也包括裂痕區(qū)域等。
接下來，更詳細(xì)地說明上述的改性區(qū)域的形成。在此，如圖19 所示，將沿著加工對象物1的切斷預(yù)定線5的方向作為X軸方向(X 坐標(biāo))、將加工對象物1的厚度方向作為Z軸方向(Z坐標(biāo))，在X 軸方向中，將從加工對象物1的左端朝向右端的方向作為正方向、在 Z軸方向中將從背面21朝向表面3的方向作為正方向進(jìn)行說明。
首先，在切斷預(yù)定線5上，例如利用CCD攝影機(jī)經(jīng)由聚光用透 鏡(透鏡)對表面3進(jìn)行攝影，使載置臺在Z軸方向相對移動以使被 投影的十字線圖案的對比最大。將此時(shí)的表面3的Z方向位置作為焦 點(diǎn)位置(表面3的位移為0"m)。
接著，經(jīng)由聚光用透鏡照射測定用激光束，例如以4分割光電二 極管接收在表面3所反射的反射光。該反射光由例如柱面透鏡與平凸 透鏡構(gòu)成的整形光學(xué)系統(tǒng)附加像散，被聚光于4分割光電二極管的受 光面，而將聚光像形成在該受光面。所以，使得該聚光像與加工對象 物1的表面3的位移(測定用激光束的聚光點(diǎn)相對于表面3的位置) 對應(yīng)地變化。因此，通過如此用4分割光電二極管接收反射光，將表 面3的位移作為像散信號取得，并且取得相當(dāng)于反射光的全光量值的全光量信號(全光量值)。
接著，例如利用控制器，由像散信號與全光量信號求出位移傳感 器信號，將該位移傳感器信號作為反饋基準(zhǔn)值V0 (在此，為-0.4V: 第一基準(zhǔn)值)保存。即，將焦點(diǎn)位置上的位移傳感器信號作為反饋基
準(zhǔn)值保存。在此，在全光量信號的值在0.5V以上的X坐標(biāo)求出反饋 基準(zhǔn)值VO。這是因?yàn)?，在全光量信號的值不?.5V的X坐標(biāo)，反饋 基準(zhǔn)值與全光量信號對應(yīng)地變化(詳細(xì)如后述)。此外，位移傳感器 信號是指像散信號除以全光量信號所得的值，是像散信號對于所接收 的全光量的相對值。由此，在光量的變化量較少時(shí)，能夠穩(wěn)定地檢測 表面3的位移。
接著，沿著切斷預(yù)定線5， 一邊以例如300mm/秒的速度使載置臺 相對移動一邊照射測定用激光，如上所述計(jì)算位移傳感器信號，例如 利用壓電元件來控制聚光用透鏡的Z軸方向位置(追蹤；圖16的 Sl)，使得該位移傳感器信號維持反饋基準(zhǔn)值VO，即表面3與聚光 用透鏡之間的離開距離等于焦點(diǎn)位置上的離開距離。在此，位置的控 制取為采樣周期為0.05m秒的反饋控制。
在此，通常，加工對象物1這樣的MEMS晶圓，如上所述形成 的氧化膜厚，因此其膜厚容易產(chǎn)生不均勻，使得測定用激光束的反射 率極低的區(qū)域容易局部地存在于表面3。如圖19所示，加工對象物 1，在沿著切斷預(yù)定線5的右側(cè)端部由于反射率降低因此全光量信號 變得極低。
當(dāng)如此全光量信號變得極低時(shí)，S/N比極差，而在像散信號中包 含很多的誤差成分。所以，即使在將加工對象物1的表面3的位移作 為全光量的相對值(位移傳感器信號)測定時(shí)，施加于位移傳感器信 號的誤差成分也會大量出現(xiàn)。g卩，即使表面3的位移相同，全光量信 號極低時(shí)的位移傳感器信號也會與其它位移傳感器信號有所不同。
尤其是，在本實(shí)施方式中，如圖17所示，不將測定用激光束的 聚光點(diǎn)C的位置取為表面3，而是取為對準(zhǔn)在比表面3更靠向加工對 象物1的內(nèi)部(表面3的位移為負(fù)的位置)的位置(即，假設(shè)測定用 激光束透過加工對象物1時(shí)聚光的位置)。這是因?yàn)?，通常，?dāng)聚光點(diǎn)C的位置為表面3時(shí)，在4分割光電二極管的受光面的聚光像成為 圓形狀，即使全光量信號有所變化全光量信號也很難不相同，雖然在
這一點(diǎn)上是優(yōu)選的，但聚光點(diǎn)C的位置為對準(zhǔn)在比表面3更靠向加工
對象物1的內(nèi)部的位置時(shí)，則在以下方面更為優(yōu)選。
艮P，如上所述，表面3的位移由于測定用激光束的反射光的聚光 像的變化而被作為像散信號取得，因而其可取得范圍是以測定用激光 束的聚光點(diǎn)為中心對稱的一定范圍，因而在這種情況下，位移傳感器 信號的可取得范圍在朝向加工對象物1的內(nèi)部的方向上整體移動，因 此，容易在更深的位置形成改性區(qū)域(即，容易在厚的加工對象物中 形成改性區(qū)域)，在這一點(diǎn)上是更為優(yōu)選的。并且，當(dāng)使測定用激光 束的聚光點(diǎn)對準(zhǔn)在比表面3更靠向加工對象物1的內(nèi)部的位置時(shí)，在 表面3上的測定用激光束的聚光像面積變大，例如即使在表面3有很 多切削痕等，也使該切削痕在聚光像上所占的比率變小，因而測定用 激光束的反射光的散射被抑制，能夠取得精度優(yōu)異的位移傳感器信 號，在這一點(diǎn)上也是更為優(yōu)選的。
因此，關(guān)于該全光量信號與位移傳感器信號之間的關(guān)系，本案發(fā) 明人等經(jīng)過專心研究，發(fā)現(xiàn)了以下的技術(shù)性思想。
圖18是表示位移相等的激光束照射面上的全光量信號與反饋基 準(zhǔn)值之關(guān)系的線圖。由實(shí)測值S可知在全光量信號為規(guī)定值(在此， 為0.5V)以上的區(qū)域，反饋基準(zhǔn)值大致為一定值(在此，為-0.4V)。而且，可知在全光量信號比規(guī)定值低的區(qū)域，與全光量信號 對應(yīng)，反饋基準(zhǔn)值以規(guī)定的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行變化。具體來說，可知在全 光量信號不足0.5V的X坐標(biāo)，即使表面3的位移相同，隨著全光量 信號減少也使得位移傳感器信號增加。由此，發(fā)現(xiàn)了在全光量信號比 規(guī)定值低的區(qū)域可以與全光量信號對應(yīng)地依次使反饋基準(zhǔn)值以規(guī)定的 對應(yīng)關(guān)系變化的技術(shù)性思想。
因此，在本實(shí)施方式中，在追蹤時(shí)監(jiān)測全光量信號，判斷是否檢 測到不足0.5V (閾值)的全光量信號(圖16的S2)。在未檢測到不 足0.5V的全光量信號的情況下，則仍繼續(xù)進(jìn)行控制信號的記錄(S2 —S7)。即，通過沿著切斷預(yù)定線5照射測定用激光束，計(jì)算位移傳 感器信號，控制聚光用透鏡的Z軸方向位置，使得該位移傳感器信號維持反饋基準(zhǔn)值V0，并且記錄該控制的控制信號(例如，沿著其光 軸驅(qū)動聚光用透鏡的壓電的驅(qū)動信號第一控制值)。另一方面，在檢測到了不足0.5V的全光量信號的情況下，執(zhí)行以下的動作(S2—S3) 。 g口，通過追蹤算出位移傳感器信號之后，使 載置臺移動至全光量信號不足0.5V的X坐標(biāo)的位置，并且，在此時(shí) 的X坐標(biāo)處再次進(jìn)行高度設(shè)置而取得位移傳感器值和全光量值，將這 些所取得的值作為再設(shè)定基準(zhǔn)值進(jìn)行記錄(S4)。接著，在不足0.5V的X坐標(biāo)的不同位置反復(fù)多次進(jìn)行該移動和 記錄。之后，根據(jù)所記錄的多個(gè)再設(shè)定基準(zhǔn)值，導(dǎo)出在全光量比規(guī)定 值低的區(qū)域的反饋基準(zhǔn)值與全光量信號之間的規(guī)定的對應(yīng)關(guān)系 (S5)。即，對全光量信號不足0.5V的X坐標(biāo)(圖19中的箭頭R 的范圍)求出將全光量信號作為變量的反饋基準(zhǔn)值的函數(shù)U (參照圖 18)。在此，對全光量信號為0.5V， 0.3V， 0.2V的各X坐標(biāo)進(jìn)行高 度設(shè)置而分別求出再設(shè)定基準(zhǔn)值，通過對這些值進(jìn)行1次直線近似， 而作為函數(shù)U求出下述(1)式。反饋基準(zhǔn)值^lX全光量信號+0.1 …(l)但是，全光量信號<0.5 (V)接著，按照上述(1)式再進(jìn)行追蹤(S6)，沿著切斷預(yù)定線5 記錄控制信號(S7)。具體地說，如圖19所示，在全光量信號為 0.5V以上的X坐標(biāo)，以反饋基準(zhǔn)值VO進(jìn)行反饋控制，并且記錄該控 制的控制信號，另一方面，在全光量信號不足0.5V的X坐標(biāo)(箭頭 R的范圍)，利用上述(1)式，與全光量信號對應(yīng)地算出反饋基準(zhǔn) 值，以所算出的反饋基準(zhǔn)值(第二基準(zhǔn)值)進(jìn)行反饋控制，并且記錄 該控制的控制信號(第二控制值)。[形成改性區(qū)域]接下來，用壓電元件再現(xiàn)所記錄的控制信號，使聚光用透鏡動 作，并且使聚光點(diǎn)對準(zhǔn)在硅晶圓11的內(nèi)部而對加工對象物1照射加 工用激光束。由此，在硅晶圓11的內(nèi)部形成改性區(qū)域。以上，如上所述，本實(shí)施方式，對測定用激光束的反射光的光量 局部極端減少的加工對象物1，在相當(dāng)于位移傳感器信號不會大量出 現(xiàn)誤差成分的區(qū)域的、全光量信號比0.5V高的區(qū)域進(jìn)行高度設(shè)置，然后，監(jiān)測全光量信號并且進(jìn)行追蹤之后，在所監(jiān)測的全光量信號為 0.5V以上時(shí)，仍進(jìn)行追蹤記錄，另一方面，在所監(jiān)測的全光量信號中存在相當(dāng)于誤差成分容易出現(xiàn)的區(qū)域的不足0.5V的全光量信號時(shí)， 在全光量信號不足0.5V的區(qū)域求出反饋基準(zhǔn)值與全光量信號之間的 對應(yīng)關(guān)系，按照該對應(yīng)關(guān)系重新進(jìn)行追蹤記錄。因此，如上所述，在本實(shí)施方式中，通過使位移傳感器信號為與 測定用激光束的反射光的光量對應(yīng)的規(guī)定值，使加工用激光束的聚光 點(diǎn)對準(zhǔn)在自表面3規(guī)定距離的位置，因而即使測定用激光束的反射率 極低的區(qū)域局部存在于表面3而降低測定用激光束的反射光的光量， 也能使加工用激光束的聚光點(diǎn)可靠且精度優(yōu)異地追隨加工對象物1的 表面3，能夠相對于表面3在規(guī)定位置將改性區(qū)域精度優(yōu)異地形成。 即，在形成有氧化膜且該氧化膜存在不均勻的加工對象物中，也能使 加工用激光束的聚光點(diǎn)穩(wěn)定地追隨表面3。結(jié)果，能夠防止改性區(qū)域 達(dá)到表面3，或是加工用激光束的聚光點(diǎn)接近表面3而對功能元件15 造成損傷。并且，如上所述，在本實(shí)施方式中，預(yù)先導(dǎo)出上述(1)式，按 照該關(guān)系式來對準(zhǔn)加工用激光束的聚光點(diǎn)。即，將上述的技術(shù)性思 想、即在全光量信號比規(guī)定值低的區(qū)域可以與全光量信號對應(yīng)地依次 使反饋基準(zhǔn)值以規(guī)定的對應(yīng)關(guān)系變化的技術(shù)性思想最適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于激 光加工方法，由此，能夠容易且可靠地實(shí)現(xiàn)使位移傳感器信號為與全 光量信號對應(yīng)的反饋基準(zhǔn)值。以上，關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限定 于上述實(shí)施方式。例如，在上述實(shí)施方式中，以1次直線近似求出上述(1)式， 但也可以利用曲線近似、最小二乘近似等各種近似解法求出。并且，在上述實(shí)施方式中，追蹤記錄時(shí)，在全光量信號為0.5V、 0.3V、 0.2V的各X坐標(biāo)進(jìn)行了高度設(shè)置，導(dǎo)出了上述(1)式，但也 有時(shí)根據(jù)加工對象物的種類或特性等共用全光量信號與反饋基準(zhǔn)值的 關(guān)系式。并且，在該情況下，能夠適當(dāng)?shù)貙?shí)施在測定激光束照射面的 位移的同時(shí)形成改性區(qū)域的所謂實(shí)時(shí)加工。并且，在上述實(shí)施方式中，在全光量信號不足0.5V的區(qū)域求出反饋基準(zhǔn)值與全光量信號的對應(yīng)關(guān)系，按照該對應(yīng)關(guān)系重新進(jìn)行追蹤 記錄，但也可以在全光量信號不足0.5V的區(qū)域固定聚光用透鏡的Z軸方向位置、換言之在全光量信號不足0.5V的X坐標(biāo)將控制信號取 為一定值而重新進(jìn)行追蹤記錄。此外，在如此將控制信號取為一定值 時(shí)，能夠適當(dāng)?shù)貙?shí)施實(shí)時(shí)加工。并且，也可以不是硅晶圓11，而是例如鎵砷等的半導(dǎo)體化合物材 料、壓電材料、藍(lán)寶石、玻璃等。并且，在本實(shí)施方式中，激光束的 照射條件并不限定于脈寬或輸出等，而是可以取為各種照射條件。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性按照本發(fā)明，能夠使加工用激光束的聚光點(diǎn)精度優(yōu)異地追隨加工 對象物的激光束照射面。
權(quán)利要求
1. 一種激光加工方法，通過使聚光點(diǎn)對準(zhǔn)在板狀加工對象物的內(nèi)部照射加工用激光束，沿著所述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(diǎn)的改性區(qū)域，其特征在于沿著所述切斷預(yù)定線照射測定用激光束，將像散附加于所述加工對象物中被照射所述測定用激光束的激光束照射面反射的所述測定用激光束的反射光，檢測與附加了所述像散的所述反射光的聚光像對應(yīng)的檢測值，通過使所述檢測值成為與所述反射光的光量對應(yīng)的規(guī)定值，使所述加工用激光束的聚光點(diǎn)相對于所述激光束照射面對準(zhǔn)在規(guī)定位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于在使所述測定用激光束的聚光點(diǎn)位于距所述激光束照射面規(guī)定距離的位置的狀態(tài)下預(yù)先取得所述檢測值與所述光量的對應(yīng)關(guān)系，通過根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系使所述檢測值成為與所述反射光的光量對應(yīng)的規(guī)定值，使所述加工用激光束的聚光點(diǎn)相對于所述激光束照射面對準(zhǔn)在所述規(guī)定位置。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于所述加工對象物包括半導(dǎo)體基板，所述改性區(qū)域包括熔融處理區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的激光加工方法，其特征在于包括將所述改性區(qū)域作為切斷的起點(diǎn)而沿著所述切斷預(yù)定線切斷所述加工對象物的工序。
5. 如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的激光加工方法，其特征在于檢測所述檢測值的同時(shí)，沿著所述切斷預(yù)定線檢測相當(dāng)于所述反射光的全光量的全光量值，當(dāng)所述全光量值為閾值以上時(shí)，沿著其光軸移動對所述激光束進(jìn)行聚光的透鏡，使得所述檢測值成為預(yù)先求得的第一基準(zhǔn)值，取得用于控制所述透鏡的移動的第一控制值，當(dāng)所述全光量值不足所述閾值時(shí)，在不足所述閾值的所述全光量值被檢測到的位置再次檢測所述檢測值和所述全光量值，取得再次檢測出的所述檢測值和所述全光量值的對應(yīng)關(guān)系，沿著所述切斷預(yù)定線再次照射所述測定用激光束，再次檢測所述檢測值和所述全光量值，在檢測到所述閾值以上的所述全光量值的位置，沿著其光軸移動所述透鏡使得所述檢測值成為所述第一基準(zhǔn)值，并且在檢測到不足所述閾值的所述全光量值的位置，沿著其光軸移動所述透鏡使得所述檢測值成為由所述全光量值與所述對應(yīng)關(guān)系算出的第二基準(zhǔn)值，取得用于控制所述透鏡的移動的第二控制值。
6.如權(quán)利要求5所述的激光加工方法，其特征在于根據(jù)所述第一控制值或所述第二控制值移動所述透鏡而使所述聚光點(diǎn)相對于所述激光束照射面對準(zhǔn)在所述規(guī)定位置，并且對所述加工對象物照射所述加工用激光束。
全文摘要
使加工用激光束的聚光點(diǎn)精度優(yōu)異地追隨加工對象物的激光束照射面。沿著切斷預(yù)定線(5)照射測定用激光，將像散附加于由加工對象物(1)中測定用激光所照射的表面(3)反射的反射光，檢測與附加了像散的反射光的聚光像對應(yīng)的位移傳感器信號，使位移傳感器信號成為與反射光的光量對應(yīng)的反饋基準(zhǔn)值，由此使加工用激光束的聚光點(diǎn)相對于表面(3)對準(zhǔn)在規(guī)定位置。由此，即使測定用激光束的反射率極低的區(qū)域局部存在于表面(3)而降低測定用激光束的反射光的光量，也能夠使加工用激光的聚光點(diǎn)可靠且精度優(yōu)異地追隨加工對象物(1)的表面(3)。
文檔編號B23K26/38GK101522361SQ20078003718
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月3日
發(fā)明者久野耕司, 渥美一弘, 鈴木達(dá)也 申請人:浜松光子學(xué)株式會社