專利名稱：激光加工方法和激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將板狀的加工對象物沿著切斷預定線切斷的激光加工方法和激光加工裝置。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的激光加工方法，已知通過向板狀的加工對象物照射激光，沿著加工對象物的切斷預定線，以在加工對象物的厚度方向并排的方式，在加工對象物的內(nèi)部形成作為切斷起點的多列改性區(qū)域(例如參照專利文獻1)的方法。
專利文獻1 日本特開2004-；343008號公報發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述激光加工方法中，優(yōu)選最靠近加工對象物中與激光入射的激光入射面(例如，加工對象物的表面)相對向的規(guī)定面(例如，加工對象物的背面)的改性區(qū)域形成在極接近規(guī)定面的位置。并且，優(yōu)選最靠近激光入射面的改性區(qū)域形成在極接近激光入射面的位置。其理由在于，如果這些改性區(qū)域形成在離開規(guī)定面或激光入射面的位置，則切斷加工對象物時，加工對象物的厚度方向的切斷面的各端部可能會大幅偏離切斷預定線。
然而，在上述激光加工方法中，即使將最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域形成在極接近規(guī)定面的位置，例如如果加工對象物的厚度沿著切斷預定線改變，最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域也可能部分形成在離開規(guī)定面的位置。此外，即使將最靠近激光入射面的改性區(qū)域形成在極接近激光入射面的位置，例如由于吸收系數(shù)的溫度依存性(詳細如后述)，激光入射面也可能受到熔融等損傷。因此，即使希望將最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域形成在極接近規(guī)定面的位置，仍存在諸多困難。
因此，本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種激光加工方法和激光加工裝置，其能夠使最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域形成在極接近規(guī)定面的位置，并且能夠使最靠近激光入射面的改性區(qū)域形成在極接近激光入射面的位置。
為了達成上述目的，本發(fā)明的激光加工方法為通過向板狀的加工對象物照射激光，沿著加工對象物的切斷預定線，以在加工對象物的厚度方向并排的方式，在加工對象物的內(nèi)部形成作為切斷起點的多列改性區(qū)域的激光加工方法，其特征在于通過向加工對象物照射由規(guī)定面反射的激光的反射光，形成包括多列改性區(qū)域中最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域和最靠近激光入射面的改性區(qū)域中至少1列的1列或多列改性區(qū)域，其中，上述規(guī)定面與加工對象物中激光入射的激光入射面相對向。
在該激光加工方法中，通過向加工對象物照射由規(guī)定面反射的激光的反射光，形成包括多列改性區(qū)域中最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域和最靠近激光入射面的改性區(qū)域中至少1列的1列或多列改性區(qū)域，其中，上述規(guī)定面與加工對象物中激光入射的激光入射面相對向。由此，能夠使最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域形成在極接近規(guī)定面的位置，并且能夠使最靠近激光入射面的改性區(qū)域形成在極接近激光入射面的位置。
其中，各改性區(qū)域通過向加工對象物照射激光，在加工對象物的內(nèi)部產(chǎn)生多光子吸收以及其他的光吸收而形成。
在本發(fā)明的激光加工方法中，有時該規(guī)定面為加工對象物所具備的金屬膜的激光入射面一側(cè)的面。
在本發(fā)明的激光加工方法中，優(yōu)選將多列改性區(qū)域作為切斷起點，沿著切斷預定線切斷加工對象物。由此，能夠高精度地沿著切斷預定線切斷加工對象物。
在本發(fā)明的激光加工方法中，有時加工對象物具備半導體基板，改性區(qū)域包括熔融處理區(qū)域。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠以良好的控制性使最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域形成在極接近規(guī)定面的位置，并且能夠使最靠近激光入射面的改性區(qū)域形成在極接近激光入射面的位置。


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是圖1所示的加工對象物的沿著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是圖3所示的加工對象物的沿著IV-IV線的截面圖。
圖5是圖3所示的加工對象物的沿著V-V線的截面圖。
圖6是利用本實施方式的激光加工方法切斷后的加工對象物的平面圖。
圖7是表示本實施方式的激光加工方法的峰值功率密度與裂紋點大小的關(guān)系的曲線圖。
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是表示利用本實施方式的激光加工方法切斷后的硅晶片一部分的截面照片的圖。
圖13是表示本實施方式的激光加工方法的激光波長與硅基板的內(nèi)部透過率的關(guān)系的曲線圖。
圖14是本實施方式的激光加工方法的作為對象的加工對象物的平面圖。
圖15是沿著圖14所示的XV-XV線的部分截面圖。
圖16是用于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。
圖17是用于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。
圖18是用于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。
圖19是用于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。
圖20是沿著圖14所示的XX-XX線的部分截面圖。
圖21是用于說明本實施方式的激光加工方法的第一原理的圖。
圖22是用于說明本實施方式的激光加工方法的第二原理的圖。
圖23是用于說明本實施方式的其它激光加工方法的加工對象物的部分截面圖。
圖M是沿著圖14所示的XX-XX線的部分截面圖。
圖25是沿著圖14所示的XX-XX線的部分截面圖。
圖沈是本實施方式的激光加工裝置的構(gòu)成示意圖。
圖27是用于說明本實施方式的其它激光加工方法的加工對象物的部分截面圖。
符號說明
1 加工對象物；3 表面(激光入射面)；5 切斷預定線；11 硅晶片(半導體基板)131、132 熔融處理區(qū)域(改性區(qū)域)；17 金屬膜；17a:表面(規(guī)定面)；L 激光；RL 反射光。
具體實施方式
下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。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)部形成改性區(qū)域，利用多光子吸收現(xiàn)象。于是，首先說明用于利用多光子吸收形成改性區(qū)域的激光加工方法。
如果光子的能量h ν小于材料的吸收帶隙&，在光學上就會變得透明。因此，材料產(chǎn)生吸收的條件為h ν >&。然而，即使在光學上透明，如果激光的強度非常大，在nh ν的條件(n = 2、3、4…)下，材料仍會產(chǎn)生吸收。該現(xiàn)象稱為多光子吸收。在脈沖波的情況下，激光強度由激光的聚光點的峰值功率密度(W/cm2)決定，例如在峰值功率密度為 lX108(ff/cm2)以上的條件下，產(chǎn)生多光子吸收。峰值功率密度通過(聚光點的激光每次脈沖的能量)+ (激光的光束點截面積X脈沖寬)求出。此外，在連續(xù)波的情況下，激光強度由激光的聚光點的電場強度(W/cm2)決定。
參照圖1 圖6說明利用這種多光子吸收的本實施方式的激光加工方法的原理。 如圖1所示，在晶片狀(板狀)的加工對象物1的表面3上具有用于切斷加工對象物1的切斷預定線5。切斷預定線5是呈直線狀延伸的假想線。在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，將聚光點P對準加工對象物1的內(nèi)部，照射激光 L，形成改性區(qū)域7。其中，聚光點P是激光L聚光的部位。并且，切斷預定線5不限于直線狀，也可以為曲線狀，也不限于假想線，也可以是實際畫在加工對象物1上的線。
接著，通過使激光L沿著切斷預定線5 ( S卩，沿圖1的箭頭A方向)相對移動，使聚光點P沿著切斷預定線5移動。由此，如圖3 圖5所示，沿著切斷預定線5在加工對象物 1的內(nèi)部形成改性區(qū)域7，該改性區(qū)域7為切斷起點區(qū)域8。在此，切斷起點區(qū)域8意味著在切斷加工對象物1時作為切斷(裂縫)起點的區(qū)域。該切斷起點區(qū)域8有時通過連續(xù)形成改性區(qū)域7而形成，也有時通過斷續(xù)形成改性區(qū)域7而形成。
本實施方式的激光加工方法，并不是通過加工對象物1吸收激光L、使加工對象物 1發(fā)熱而形成改性區(qū)域7。而是使激光L透過加工對象物1，在加工對象物1的內(nèi)部產(chǎn)生多光子吸收，形成改性區(qū)域7。因此，由于激光L在加工對象物1的表面3幾乎不會被吸收，所以加工對象物1的表面3不會發(fā)生熔融。
一旦在加工對象物1的內(nèi)部形成切斷起點區(qū)域8，就會容易以該切斷起點區(qū)域8為起點發(fā)生裂縫，所以如圖6所示，能夠以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出現(xiàn)不必要的裂縫，能夠高精度地切斷加工對象物1。
為了以該切斷起點區(qū)域8為起點切斷加工對象物1，可以考慮以下兩種方式。第一方式為，在形成切斷起點區(qū)域8后，通過向加工對象物1施加人為的力量，以切斷起點區(qū)域 8為起點，加工對象物1裂開，加工對象物1被切斷。該方式例如為加工對象物1的厚度大時的切斷。所謂施加人為的力量，例如沿著加工對象物1的切斷起點區(qū)域8對加工對象物1 施加彎曲應力或剪切應力，或者對加工對象物1給予溫度差以產(chǎn)生熱應力。另一方式是通過形成切斷起點區(qū)域8，以切斷起點區(qū)域8為起點朝向加工對象物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。該方式例如在加工對象物1的厚度小的情況下， 可以由1列改性區(qū)域7形成切斷起點區(qū)域8 ；在加工對象物1的厚度大的情況下，可以由在厚度方向形成的多列改性區(qū)域7形成切斷起點區(qū)域8。其中，在該自然裂開的情況下，在進行切斷的部位，不會在與未形成切斷起點區(qū)域8的部位相對應的部分的表面上3搶先形成裂縫，僅割斷與形成有切斷起點區(qū)域8的部位相對應的部分，因此容易控制割斷。近年來， 硅晶片等加工對象物1的厚度有變薄的趨勢，因此這種控制性良好的割斷方法特別有效。
此外，在本實施方式的激光加工方法中，作為利用多光子吸收形成的改性區(qū)域，有以下⑴ ⑶的情況。
(1)改性區(qū)域為包括1個或多個裂紋的裂紋區(qū)域的情況
將聚光點對準加工對象物(例如由玻璃或LiTaO3構(gòu)成的壓電材料)內(nèi)部，在聚光點的電場強度為IX IO8(W/cm2)以上、且脈沖寬為S以下的條件下，照射激光。該脈沖寬的大小為產(chǎn)生多光子吸收、且不致對加工對象物的表面造成不必要的損傷，并且能夠僅在加工對象物內(nèi)部形成裂紋區(qū)域的條件。由此，在加工對象物的內(nèi)部發(fā)生由于多光子吸收而造成的光學損傷的現(xiàn)象。由于該光學損傷，在加工對象物的內(nèi)部誘發(fā)熱變形，從而在加工對象物的內(nèi)部形成裂紋區(qū)域。作為電場強度的上限值，例如為IX IO12 (W/cm2)。脈沖寬優(yōu)選為例如Ins 200ns。其中，利用多光子吸收形成裂紋區(qū)域，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 第觀頁的「固體 > 一廿一高調(diào)波(二 J: 3力‘，^基板O內(nèi)部7— * >々 (《利用固態(tài)激光高次諧波的玻璃基板的內(nèi)部標記》)。
本發(fā)明人通過實驗求出電場強度與裂紋大小的關(guān)系。實驗條件如下所述。
(A)加工對象物派熱克斯(注冊商標)玻璃(Pyrexglass)(厚 700 μ m)
(B)激光
光源半導體激光激發(fā)Nd: YAG激光器
波長1064nm
激光點截面積:3. HXIO-W
振蕩方式Q開關(guān)脈沖
重復頻率100kHz
脈沖寬:30ns
輸出輸出< ImJ/脈沖
激光品質(zhì)=TEMtltl
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
其中，激光品質(zhì)TEMcitl是指聚光性高、能夠聚光至激光波長的程度。
圖7是表示上述實驗的結(jié)果的曲線圖。橫軸為峰值功率密度，由于激光為脈沖激光，所以電場強度用峰值功率密度代表。縱軸表示由于1次脈沖的激光而在加工對象物的內(nèi)部形成的裂紋部分(裂紋點)的大小。裂紋點聚集，成為裂紋區(qū)域。裂紋點的大小為裂紋點的形狀中長度最大的部分的大小。曲線圖中實心圓所示的數(shù)據(jù)為聚光用透鏡(C)的倍率為100倍、數(shù)值孔徑(NA)為0. 80的情況。而圖中的空心圓所示的數(shù)據(jù)為聚光用透鏡(C) 的倍率為50倍、數(shù)值孔徑(NA)為0. 55的情況?？芍獜姆逯倒β拭芏菼O11 (ff/cm2)左右起， 在加工對象物的內(nèi)部會產(chǎn)生裂紋點，隨著峰值功率密度增大，裂紋點也會變大。
下面，參照圖8 圖11說明通過形成裂紋區(qū)域切斷加工對象物的機理。如圖8所示，在發(fā)生多光子吸收的條件下，使聚光點P對準加工對象物1的內(nèi)部，照射激光L，沿著切斷預定線在內(nèi)部形成裂紋區(qū)域9。裂紋區(qū)域9是包括1個或多個裂紋的區(qū)域。這樣形成的裂紋區(qū)域9成為切斷起點區(qū)域。如圖9所示，以裂紋區(qū)域9為起點(即以切斷起點區(qū)域為起點)，裂紋進一步成長，如圖10所示，裂紋到達加工對象物1的表面3和背面21，如圖11 所示，加工對象物1裂開，由此加工對象物1被切斷。到達加工對象物1的表面3和背面21 的裂紋有時是自然成長的，也有時是通過對加工對象物1施力而使其成長。
(2)改性區(qū)域為熔融處理區(qū)域的情況
使聚光點對準加工對象物(例如硅等半導體材料)的內(nèi)部，在聚光點的電場強度為lX108(W/cm2)以上、且脈沖寬為Iy s以下的條件下，照射激光。由此，加工對象物的內(nèi)部由于多光子吸收而被局部加熱。通過該加熱，在加工對象物的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。所謂熔融處理區(qū)域是暫時熔融后再固化的區(qū)域、即將達到熔融狀態(tài)的區(qū)域、或從熔融狀態(tài)進行再固化的狀態(tài)的區(qū)域，也指發(fā)生相變化的區(qū)域或結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的區(qū)域。并且，熔融處理區(qū)域也指在單晶構(gòu)造、非晶構(gòu)造、多晶構(gòu)造中，某構(gòu)造變成其它構(gòu)造的區(qū)域。即，例如意味著從單晶構(gòu)造變化成非晶構(gòu)造的區(qū)域、從單晶構(gòu)造變化成多晶構(gòu)造的區(qū)域、從單結(jié)晶構(gòu)造變化成包括非晶構(gòu)造和多晶構(gòu)造的區(qū)域。在加工對象物為硅單晶構(gòu)造的情況下，熔融處理區(qū)域例如為非晶硅構(gòu)造。作為電場強度的上限值，例如為IX IO12 (W/cm2)。脈沖寬優(yōu)選為例如 Ins 200ns。
本發(fā)明人通過實驗確認在硅晶片的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。實驗條件如下所述。
(A)加工對象物硅晶片(厚350 μ m、外徑4英寸)
(B)激光
光源半導體激光激發(fā)Nd: YAG激光器
波長1064nm
激光點截面積3.14X IO-8Cm2
振蕩方式Q開關(guān)脈沖
重復頻率100kHz
脈沖寬30ns
輸出20 μ J/脈沖
激光品質(zhì)TEMotl
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是表示通過上述條件下的激光加工切斷后的硅晶片的部分截面的照片的圖。在硅晶片11的內(nèi)部形成有熔融處理區(qū)域13。其中，由上述條件形成的熔融處理區(qū)域 13的厚度方向的大小為IOOym左右。
對熔融處理區(qū)域13利用多光子吸收形成的情況進行說明。圖13是表示激光波長與硅基板內(nèi)部的透過率的關(guān)系的曲線圖。在此，除去硅基板表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)雀髯缘姆瓷涑煞?，僅表示內(nèi)部的透過率。分別對硅基板的厚度為50 μ m、100 μ m、200 μ m、500 μ m、1000 μ m 的情況表示上述關(guān)系。
例如可知在Nd:YAG激光器的波長1064nm下，硅基板厚度為500 μ m以下的情況下，在硅基板內(nèi)部80 %以上的激光透過。由于圖12所示的硅晶片11的厚度為350 μ m，因此通過多光子吸收所產(chǎn)生的熔融處理區(qū)域13形成在硅晶片11的中心附近，即距表面175 μ m 的部分。如果參照厚度200 μ m的硅晶片，此時的透過率為90%以上，因此激光在硅晶片11 內(nèi)部被吸收的很少，幾乎全部透過。這意味著并不是由于激光在硅晶片11內(nèi)部被吸收而在硅晶片11內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域13 (即通過利用激光的通常的加熱形成熔融處理區(qū)域)， 而是利用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會全國大會講演概要(熔接學會全國大會演講概要)第66集(2000年4月)第72 頁 第73頁「-秒/、° A % U^^fizj 6 ν -j ^ > O加工特性評価」(《利用皮秒脈沖激光的硅加工性能評價》)。
其中，對硅晶片而言，以由熔融處理區(qū)域形成的切斷起點區(qū)域為起點，向截面方向產(chǎn)生裂縫，該裂縫到達硅晶片的表面和背面，結(jié)果硅晶片被切斷。到達硅晶片的表面和背面的該裂縫有時是自然進行成長的，也有時是通過對硅晶片施力而使其成長。并且，在裂縫從切斷起點區(qū)域向硅晶片的表面和背面自然成長時，可以是從形成切斷起點區(qū)域的熔融處理區(qū)域處于熔融狀態(tài)開始裂縫進行成長的情況、和在形成切斷起點區(qū)域的熔融處理區(qū)域從處于熔融的狀態(tài)進行再固化時裂縫進行成長的情況中的任意一種。然而，在任一種情況下，熔融處理區(qū)域均只形成在硅晶片的內(nèi)部，在切斷后的切斷面上，如圖12所示，僅在內(nèi)部形成有熔融處理區(qū)域。這樣，如果利用熔融處理區(qū)域在加工對象物的內(nèi)部形成切斷起點區(qū)域，在割斷時，不容易產(chǎn)生偏離切斷起點區(qū)域線的不必要的裂縫，因此容易控制割斷。并且，形成熔融處理區(qū)域的原因，不僅只是由于多光子吸收，也有時是由于其它吸收作用。
(3)改性區(qū)域為折射率變化區(qū)域的情況
使聚光點對準加工對象物(例如玻璃)的內(nèi)部，在聚光點的電場強度為1X108(W/ cm2)以上、且脈沖寬為Ins以下的條件下，照射激光。如果縮短脈沖寬使其極短，在加工對象物的內(nèi)部產(chǎn)生多光子吸收，由于多光子吸收產(chǎn)生的能量不會轉(zhuǎn)化成熱量，而在加工對象物的內(nèi)部引發(fā)離子價態(tài)變化、結(jié)晶化或極化取向等永久性的構(gòu)造變化，形成折射率變化區(qū)域。作為電場強度的上限值，例如為IX IO12 (W/cm2)。脈沖寬優(yōu)選為例如Ins以下，更優(yōu)選為Ips以下。利用多光子吸收形成折射率變化區(qū)域例如記載于第42次激光熱加工研究會論文集(1997年11月)的第105頁 第111頁「7工Λ卜秒l· 一廿一照射(c J 3力‘，7內(nèi)部 O光誘起構(gòu)造形成」(《利用飛秒激光照射在玻璃內(nèi)部形成光引發(fā)構(gòu)造》)。
以上，作為利用多光子吸收形成的改性區(qū)域，說明了⑴ (3)的情況，如果考慮到晶片狀加工對象物的結(jié)晶構(gòu)造及其劈開性等，如下所述形成切斷起點區(qū)域，則可以將該切斷起點區(qū)域作為起點，能夠以更小的力且高精度地切斷加工對象物。
S卩，在由硅等金剛石構(gòu)造的單晶半導體構(gòu)成的基板的情況下，優(yōu)選在沿著(111) 面(第一劈開面)或(110)面(第二劈開面)的方向形成切斷起點區(qū)域。此外，在由GaAs 等閃鋅礦型構(gòu)造的III-V族化合物半導體構(gòu)成的基板的情況下，優(yōu)選在沿著(110)面的方向形成切斷起點區(qū)域。另外，在具有藍寶石(Al2O3)等六方晶系結(jié)晶構(gòu)造的基板的情況下， 優(yōu)選以(0001)面(C面)為主面，在沿著(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切斷起點區(qū)域。
此外，如果沿著上述希望形成切斷起點區(qū)域的方向(例如，單晶硅基板的沿著 (111)面的方向)、或沿著與希望形成切斷起點區(qū)域的方向正交的方向，在基板上形成定向平面，則通過以該定向平面為基準，能夠容易且正確地在基板上形成沿著希望形成切斷起點區(qū)域的方向的切斷起點區(qū)域。
下面，說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
如圖14和圖15所示，加工對象物1具備所謂的MEMS晶片、即厚度300 μ m的硅晶片(半導體基板)11，包含多個功能元件15且形成于硅晶片11表面的功能元件層16，和形成于硅晶片11背面的金屬膜17。功能元件15例如為機械單元部件、傳感器、驅(qū)動器、電子回路等，在沿著與硅晶片11的定向平面6平行的方向和垂直的方向呈矩陣狀形成有多個。金屬膜17由金構(gòu)成，其厚度為3 μ m。
上述結(jié)構(gòu)的加工對象物1，如下所述，切斷成各個功能元件15。首先，如圖16所示， 在加工對象物1的背面21、即金屬膜17的背面貼合擴展膠帶(expand tape)23。接著，以功能元件層16為上側(cè)，將加工對象物1固定在激光加工裝置的載置臺(未圖示)上。
接著，如圖17所示，以加工對象物1的表面3、即功能元件層16的表面為激光入射面，在距硅晶片11表面320μπι的位置(硅晶片11的外部)為聚光點的聚光用透鏡的位置 (假定激光透過與加工對象物的激光入射面(在此為表面幻相對向的激光反射面(在此為金屬膜17的表面17a)的情況，下同)照射激光L，通過移動載置臺，沿著切斷預定線5(參照圖14的虛線)掃描激光L，該切斷預定線5以通過相鄰的功能元件15、15之間的方式設定成格子狀。
此時，激光L在與加工對象物1的表面3相對向的金屬膜17的表面(規(guī)定面)17a、 即金屬膜17的激光入射面一側(cè)的面被反射，其反射光RL向硅晶片11照射，聚光于硅晶片 11內(nèi)部的極接近背面21的位置。由此，在硅晶片11內(nèi)部的極接近背面21的位置，沿著切斷預定線5形成熔融處理區(qū)域U1和微小空洞14。其中，此時的激光照射條件為，脈沖寬 150ns、能量15 μ J0上述“距硅晶片11的表面320 μ m的位置”表示不考慮球面像差等的理論上的“對準聚光點P的位置”。
下面對微小空洞14進行說明。通常，如果使聚光點對準硅晶片11的內(nèi)部，在聚光點的峰值功率密度為IX IO8 (W/cm2)以上、且脈沖寬為1 μ S以下的條件下照射激光，則有時會在硅晶片11的內(nèi)部形成成對的熔融處理區(qū)域13和微小空洞14。微小空洞14有時與熔融處理區(qū)域13分離形成，也有時與熔融處理區(qū)域13連續(xù)形成，但在激光的行進方向上形成于熔融處理區(qū)域13的下游側(cè)。在上述情況下，由于微小空洞14相對于熔融處理區(qū)域U1形成于加工對象物1的表面3 —側(cè)，所以可以說反射光RL有助于熔融處理區(qū)域U1和微小空洞14的形成。其中，關(guān)于熔融處理區(qū)域13和微小空洞14成對形成的原理，詳細記載于日本特開2005-57257號公報中。
接著，如圖18所示，以加工對象物1的表面3為激光入射面，使聚光點P對準硅晶片11內(nèi)部，照射激光P，通過移動載置臺，沿著以通過相鄰的功能元件15、15之間的方式設定成格子狀的切斷預定線5掃描激光L。
該沿著切斷預定線5進行的激光L掃描，對1根切斷預定線5進行5次，且每次都改變硅晶片11表面與聚光點P對準位置的距離，由此在熔融處理區(qū)域13i與硅晶片11的表面之間，沿著切斷預定線5形成5列熔融處理區(qū)域132。其中，對于1根切斷預定線5，形成于硅晶片11內(nèi)部的熔融處理區(qū)域1 的列數(shù)可以根據(jù)硅晶片11的厚度等進行改變，不限于 5列。并且，對于各熔融處理區(qū)域132，有時在加工對象物1的背面21 —側(cè)形成有與熔融處理區(qū)域1 成對的微小空洞14。此外，有時在熔融處理區(qū)域13pl32會混合存在有裂紋。
然后，如圖19所示，使擴展膠帶23擴展，以熔融處理區(qū)域13^ 為切斷起點，沿著切斷預定線5切斷加工對象物1。此時，由于擴展膠帶23被擴展，所以通過切斷所得的多個半導體芯片25彼此分離。
其中，上述激光加工方法利用圖沈所示的激光加工裝置實施。如圖沈所示，激光加工裝置100具備射出激光L的激光光源101、以將激光L的光軸方向改變90°的方式配置的分色鏡103、和用于使激光L聚光的聚光用透鏡105。并且，激光加工裝置100具備用于支承聚光用透鏡105聚光后的激光L照射的對象加工對象物1的載置臺107，用于使載置臺107沿X、Y、Z軸方向移動的平臺111，和用于控制激光L的輸出、脈沖寬等的調(diào)節(jié)或平臺 111的移動等激光加工裝置100整體的控制部115。
在該激光加工裝置100中，從激光光源101射出的激光L由于分色鏡103而使其光軸方向改變90°，利用聚光用透鏡105向載置在載置臺107上的加工對象物1聚光。與此同時，使平臺111移動，使加工對象物1相對于激光L沿著切斷預定線5進行相對移動。 由此，沿著切斷預定線5，在加工對象物1上形成作為切斷起點的改性區(qū)域。
如上述說明，在上述激光加工方法中，通過向硅晶片11照射由金屬膜17的表面 17a反射后的激光L的反射光RL，形成6列熔融處理區(qū)域13^1 中最靠近金屬膜17的表面17a的熔融處理區(qū)域13lt)其中，金屬膜17與加工對象物1的作為激光入射面的表面3 相對向。由此，如圖20所示，能夠?qū)⑷廴谔幚韰^(qū)域U1形成在極接近金屬膜17的表面17a 的位置。在硅晶片11的厚度沿著切斷預定線5發(fā)生變化的情況下、或硅晶片11為高濃度摻雜晶片等激光L的透過率低等情況下，難以在表面17a附近且保持同樣高度的位置沿著切斷預定線5形成熔融處理區(qū)域U1，但是如上所述，通過利用反射光RL形成最靠近金屬膜 17的表面17a的熔融處理區(qū)域131;能夠沿著切斷預定線5在極接近金屬膜17的表面17a 的位置以高密度穩(wěn)定地形成熔融處理區(qū)域13lt)因此，在切斷加工對象物1時，能夠防止切斷面的背面21側(cè)的端部偏離切斷預定線5，而沿著切斷預定線5以高精度切斷加工對象物 1。
下面，對于在利用被金屬膜17的表面17a反射后的激光L的反射光RL的情況下， 使熔融處理區(qū)域H1形成在極接近金屬膜17的表面17a位置的原理進行說明。
本發(fā)明人推測的第一原理如下所述。如圖21所示，如果使聚光點對準硅晶片11的背面、即金屬膜17的表面17a附近，照射激光L，由于球面像差的影響，中心光線和周圍光線的聚光度會變差，各光線無法聚光于一點，各光線特別是周圍光線的聚光部位會偏離激光L 的光軸方向。由此，金屬膜17的表面17a下方以聚光的方式行進的光線聚光部位，由于金屬膜17的表面17a的反射，被補正為在金屬膜17的表面17a上方進行聚光的光線的聚光部位。因此，熔融處理區(qū)域能夠沿著切斷預定線5以高密度形成于極接近金屬膜17的表面17a的位置。如果不考慮球面像差，在理論上熔融處理區(qū)域U1應形成于作為聚光點位置的硅晶片11的背面上，但由于反射的影響，可以說熔融處理區(qū)域U1的形成位置向上側(cè)移動。
本發(fā)明人推測的第二原理如下所述。如圖22(a)所示，如果將聚光點對準硅晶片 11的外部作為聚光點的聚光用透鏡的位置，即將聚光點對準金屬膜17的表面17a下，照射激光L，激光L就會被金屬膜17的表面17a反射，其反射光RL聚光于硅晶片11的內(nèi)部。在被金屬膜17的表面17a反射前，聚光度低，所以激光L幾乎不會被硅晶片11吸收，因此在反射光RL的聚光點P的位置會形成局部高溫。因此，由于吸收系數(shù)的溫度依存性，在聚光點P 的位置吸收系數(shù)增高，從反射光RL的聚光點P的位置開始，在反射光RL的行進方向上，在聚光點P的上游側(cè)(反射表面17a —側(cè))反射光RL容易被吸收。結(jié)果，熔融處理區(qū)域U1 能夠沿著切斷預定線5以高密度(即，作為高分割性的改性區(qū)域)形成于極接近金屬膜17 的表面17a的位置。
另外，如圖22(b)所示，如果將聚光點P對準硅晶片11的內(nèi)部、即金屬膜17的表面17a上，照射激光L，則即便是聚光點P上側(cè)的位置的溫度也會增高。因此，由于吸收系數(shù)的溫度依存性，在聚光點P的上側(cè)位置吸收系數(shù)增高，開始激光L的吸收。從而在激光L 的行進方向上，行進至聚光點P附近的激光L減少，聚光點P的上側(cè)部分沿著激光L的光軸形成局部高溫。因此，由于吸收系數(shù)的溫度依存性，在聚光點P的上側(cè)部分吸收系數(shù)增高， 激光L被吸收。結(jié)果，能夠用于形成熔融處理區(qū)域13的激光L的能量減少，熔融處理區(qū)域 13沿著切斷預定線5以低密度形成于稍稍離開金屬膜17的表面17a(的附近)的上側(cè)位置。推測其原因在于在厚晶片中，距激光入射面越深的位置，吸收的影響越大，激光的能量減少而超過加工臨界值，所以不能忽視吸收的溫度依存的影響。
本發(fā)明并不限于上述實施方式。
例如，在上述實施方式，通過向硅晶片11照射由金屬膜17的表面17a反射后的激光L的反射光RL，在極接近金屬膜17的表面17a的位置形成熔融處理區(qū)域131;但如圖23 和圖M所示，也可以在極接近加工對象物1的表面3的位置形成熔融處理區(qū)域13lt)此時， 將加工對象物1的表面3作為激光入射面，將聚光點對準距硅晶片11的表面600 μ m的位置(硅晶片11的外部)，在脈沖寬150ns、能量15μ J的條件下照射激光L。由此，能夠防止由于上述吸收系數(shù)的溫度依存性而引起的加工對象物1的表面3受到熔融等損傷的現(xiàn)象， 能夠在極接近加工對象物1的表面3的位置形成熔融處理區(qū)域13lt)并且，在切斷加工對象物1時，能夠防止切斷面的表面3側(cè)的端部偏離切斷預定線5，能夠沿著切斷預定線5以高精度切斷加工對象物1。
并且，不僅是最靠近金屬膜17的表面17a的熔融處理區(qū)域13、最靠近加工對象物 1的表面3的熔融處理區(qū)域13，也可以利用由金屬膜17的表面17a反射后的激光L的反射光RL形成包括多列熔融處理區(qū)域13中最靠近金屬膜17的表面17a的熔融處理區(qū)域13和最靠近加工對象物1的表面3的熔融處理區(qū)域13中至少1列的多列熔融處理區(qū)域13。
另外，如圖25所示，在形成最靠近金屬膜17的表面17a的熔融處理區(qū)域U1的同時，也可以在加工對象物1的背面21，沿著切斷預定線5形成具有規(guī)定深度的弱化區(qū)域18。 在這種情況下，將加工對象物1的表面3作為激光入射面，將聚光點對準距硅晶片11的表面305 μ m的位置(硅晶片11的外部)，在脈沖寬150ns、能量15 μ J的條件下照射激光L。 此時，雖然加工對象物1的背面21為金屬膜17的背面，但即便在這種情況下，也能夠沿著切斷預定線5在金屬膜17上形成具有規(guī)定深度的弱化區(qū)域18，因此能夠以較小的外力，沿著切斷預定線5高精度地切斷加工對象物1。并且，由于熔融處理區(qū)域U1形成于硅晶片11 的內(nèi)部，所以能夠防止由熔融處理區(qū)域H1產(chǎn)生微粒。
此外，在上述實施方式中，反射激光L的面為金屬膜17的表面17a，但加工對象物 1也可以不具備金屬膜17，例如反射激光L的面可以為硅晶片11的背面。在這種情況下， 激光L被硅晶片11背面部分反射，其反射光RL照射于硅晶片11。并且，功能元件15例如可以為通過結(jié)晶成長形成的半導體動作層、光電二極管等的受光元件、激光二極管等的發(fā)光元件、或形成為回路的回路元件等。
另外，在上述實施方式中，將加工對象物1的表面3作為激光入射面，但在加工對象物1不具備金屬膜17的情況下，也可以將加工對象物1的背面21作為激光入射面。在將加工對象物1的背面21作為激光入射面的情況下，作為例子，如下所述將加工對象物1 切斷成多個半導體芯片25。S卩，在功能元件層16的表面貼合保護膠帶，在利用保護膠帶保護功能元件層16的狀態(tài)下，將保持有加工對象物1的保護膠帶固定在激光加工裝置的載置臺上。接著，將加工對象物1的背面21作為激光入射面，通過向硅晶片11照射激光L，沿著切斷預定線5形成熔融處理區(qū)域13^13”接著，使固定在載置臺上的保護膠帶與加工對象物1 一起離開。然后，在加工對象物1的背面21貼合擴展膠帶23，從功能元件層16的表面剝離保護膠帶，然后使擴展膠帶23擴展，以熔融處理區(qū)域13^1 為切斷起點，沿著切斷預定線5切斷加工對象物1，并將切斷所得的多個半導體芯片25彼此分離。
此外，在上述實施方式中，雖然在硅晶片11的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域13pl32，但也可以在由玻璃或壓電材料等其它材料構(gòu)成的晶片內(nèi)部，形成裂紋區(qū)域或折射率變化區(qū)域等其它改性區(qū)域。
并且，可以如下所述在加工對象物1上形成改性區(qū)域7。首先，如圖27(a)所示，以與加工對象物1的激光入射面(在此為表面3)相對向的激光反射面(在此為背面21)附近的位置作為聚光點P的方式，照射激光L，由此形成改性區(qū)域7a。然后，如圖27(b)所示， 在假定激光透過激光反射面的情況下，以激光L行進方向上的激光反射面下游側(cè)(相對于激光反射面，與激光光源(激光射出面)相反的一側(cè))的位置作為聚光點P的方式，照射激光L，由此利用其反射光RL形成改性區(qū)域7b。如上所述，如果重疊形成改性區(qū)域7a和改性區(qū)域7b，能夠在加工對象物1上形成高密度(即高分割性)的改性區(qū)域7。
不限定于通過向加工對象物1照射激光L，沿著1根切斷預定線5以在加工對象物1的厚度方向并排的方式在加工對象物1的至少內(nèi)部形成多列改性區(qū)域7的情況，也可以沿著1根切斷預定線5在加工對象物1的至少內(nèi)部形成1列改性區(qū)域7。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明，能夠以良好的控制性使最靠近規(guī)定面的改性區(qū)域形成在極接近規(guī)定面的位置，并且能夠使最靠近激光入射面的改性區(qū)域形成在極接近激光入射面的位置。
權(quán)利要求
1.一種激光加工方法，其為通過向板狀的加工對象物照射激光，沿著所述加工對象物的切斷預定線，在所述加工對象物的內(nèi)部形成作為切斷起點的改性區(qū)域的激光加工方法， 其特征在于在假定激光透過與所述加工對象物的激光入射面相對向的激光反射面的情況下，配置聚光用透鏡，使得在激光的行進方向上所述激光反射面的下游側(cè)的位置成為由所述聚光用透鏡聚光的激光的聚光點，通過向所述加工對象物照射激光，在所述加工對象物的至少內(nèi)部形成所述改性區(qū)域，其中，所述聚光用透鏡用于將激光聚光于所述加工對象物。
2.一種激光加工裝置，其為通過向板狀的加工對象物照射激光，沿著所述加工對象物的切斷預定線，在所述加工對象物的內(nèi)部形成作為切斷起點的改性區(qū)域的激光加工裝置， 其特征在于具備控制部，該控制部，在假定激光透過與所述加工對象物的激光入射面相對向的激光反射面的情況下，配置聚光用透鏡，使得在激光的行進方向上所述激光反射面的下游側(cè)的位置成為由所述聚光用透鏡聚光的激光的聚光點，通過向所述加工對象物照射激光，在所述加工對象物的至少內(nèi)部形成所述改性區(qū)域，其中，所述聚光用透鏡用于將激光聚光于所述加工對象物。
3.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于通過向所述加工對象物照射由所述激光反射面反射的激光的反射光，作為所述改性區(qū)域，成對地形成熔融處理區(qū)域和微小空洞，所述微小空洞相對于所述熔融處理區(qū)域，形成于所述激光入射面一側(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的激光加工方法，其特征在于在向所述加工對象物照射由所述激光反射面反射的激光的反射光時，如果不考慮球面像差，理論上所述激光的聚光點對準所述加工對象物。
全文摘要
通過向硅晶片(11)照射由金屬膜(17)的表面(17a)反射的激光(L)的反射光，形成6列熔融處理區(qū)域(131、132)中最靠近金屬膜(17)的表面(17a)的熔融處理區(qū)域(131)，該金屬膜(17)與加工對象物(1)的作為激光入射面的表面(3)相對向。由此，能夠使熔融處理區(qū)域(131)形成在極接近金屬膜(17)的表面(17a)的位置。
文檔編號B23K26/38GK102489883SQ201110334889
公開日2012年6月13日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者坂本剛志 申請人:浜松光子學株式會社