激光加工方法和激光加工装置的制作方法

专利名称：激光加工方法和激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将板状的加工对象物沿着切断预定线切断的激光 加工方法和激光加工装置。
背景技术：
作为现有的激光加工方法，已知通过向板状的加工对象物照射激 光，沿着加工对象物的切断预定线，以在加工对象物的厚度方向并排 的方式，在加工对象物的内部形成作为切断起点的多列改性区域(例 如参照专利文献l)的方法。
专利文献1:日本特开2004-343008号公报

发明内容
然而，在上述激光加工方法中，优选最靠近加工对象物中与激光 入射的激光入射面(例如，加工对象物的表面)相对向的规定面(例 如，加工对象物的背面)的改性区域形成在极接近规定面的位置。并 且，优选最靠近激光入射面的改性区域形成在极接近激光入射面的位 置。其理由在于，如果这些改性区域形成在离开规定面或激光入射面 的位置，则切断加工对象物时，加工对象物的厚度方向的切断面的各 端部可能会大幅偏离切断预定线。
然而，在上述激光加工方法中，即使将最靠近规定面的改性区域 形成在极接近规定面的位置，例如如果加工对象物的厚度沿着切断预 定线改变，最靠近规定面的改性区域也可能部分形成在离开规定面的 位置。此外，即使将最靠近激光入射面的改性区域形成在极接近激光 入射面的位置，例如由于吸收系数的温度依存性(详细如后述)，激光 入射面也可能受到熔融等损伤。因此，即使希望将最靠近规定面的改 性区域形成在极接近规定面的位置，仍存在诸多困难。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种激光加工方法和激光加工装置，其能够使最靠近规定面的改性区域形成 在极接近规定面的位置，并且能够使最靠近激光入射面的改性区域形 成在极接近激光入射面的位置。
为了达成上述目的，本发明的激光加工方法为通过向板状的加工 对象物照射激光，沿着加工对象物的切断预定线，以在加工对象物的 厚度方向并排的方式，在加工对象物的内部形成作为切断起点的多列 改性区域的激光加工方法，其特征在于通过向加工对象物照射由规 定面反射的激光的反射光，形成包括多列改性区域中最靠近规定面的 改性区域和最靠近激光入射面的改性区域中至少1列的1列或多列改 性区域，其中，上述规定面与加工对象物中激光入射的激光入射面相 对向。
在该激光加工方法中，通过向加工对象物照射由规定面反射的激 光的反射光，形成包括多列改性区域中最靠近规定面的改性区域和最 靠近激光入射面的改性区域中至少1列的1列或多列改性区域，其中， 上述规定面与加工对象物中激光入射的激光入射面相对向。由此，能 够使最靠近规定面的改性区域形成在极接近规定面的位置，并且能够 使最靠近激光入射面的改性区域形成在极接近激光入射面的位置。
其中，各改性区域通过向加工对象物照射激光，在加工对象物的 内部产生多光子吸收以及其他的光吸收而形成。
在本发明的激光加工方法中，有时该规定面为加工对象物所具备 的金属膜的激光入射面一侧的面。
在本发明的激光加工方法中，优选将多列改性区域作为切断起点， 沿着切断预定线切断加工对象物。由此，能够高精度地沿着切断预定 线切断加工对象物。
在本发明的激光加工方法中，有时加工对象物具备半导体基板， 改性区域包括熔融处理区域。
发明效果
根据本发明，能够以良好的控制性使最靠近规定面的改性区域形 成在极接近规定面的位置，并且能够使最靠近激光入射面的改性区域 形成在极接近激光入射面的位置。


图1是利用本实施方式的激光加工方法的激光加工中的加工对象 物的平面图。
图2是图i所示的加工对象物的沿着n-n线的截面图。 图3是利用本实施方式的激光加工方法的激光加工后的加工对象 物的平面图。
图4是图3所示的加工对象物的沿着IV-IV线的截面图。 图5是图3所示的加工对象物的沿着V-V线的截面图。 图6是利用本实施方式的激光加工方法切断后的加工对象物的平 面图。
图7是表示本实施方式的激光加工方法的峰值功率密度与裂纹点 大小的关系的曲线图。
图8是本实施方式的激光加工方法的第一工序的加工对象物的截 面图。
图9是本实施方式的激光加工方法的第二工序的加工对象物的截 面图。
图10是本实施方式的激光加工方法的第三工序的加工对象物的截 面图。
图11是本实施方式的激光加工方法的第四工序的加工对象物的截 面图。
图12是表示利用本实施方式的激光加工方法切断后的硅晶片一部 分的截面照片的图。
图13是表示本实施方式的激光加工方法的激光波长与硅基板的内 部透过率的关系的曲线图。
图14是本实施方式的激光加工方法的作为对象的加工对象物的平 面图。
图15是沿着图14所示的XV-XV线的部分截面图。 图16是用于说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分 截面图。
图17是用于说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分截面图。
图18是用于说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分 截面图。
图19是用于说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分 截面图。
图20是沿着图14所示的XX-XX线的部分截面图。 图21是用于说明本实施方式的激光加工方法的第一原理的图。 图22是用于说明本实施方式的激光加工方法的第二原理的图。 图23是用于说明本实施方式的其它激光加工方法的加工对象物的 部分截面图。
图24是沿着图14所示的XX-XX线的部分截面图。 图25是沿着图14所示的XX-XX线的部分截面图。
图26是本实施方式的激光加工装置的构成示意图。 图27是用于说明本实施方式的其它激光加工方法的加工对象物的 部分截面图。
符号说明
1:加工对象物；3:表面(激光入射面)；5:切断预定线；11: 硅晶片(半导体基板)13" 132:熔融处理区域(改性区域)；17:金 属膜；17a:表面(规定面)；L:激光；RL:反射光。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。在本实施方式 的激光加工方法中，为了在加工对象物的内部形成改性区域，利用多 光子吸收现象。于是，首先说明用于利用多光子吸收形成改性区域的 激光加工方法。
如果光子的能量hv小于材料的吸收带隙Ec，在光学上就会变得透 明。因此，材料产生吸收的条件为hv>EQ。然而，即使在光学上透明， 如果激光的强度非常大，在nhv〉Ee的条件(n=2、 3、 4…)下，材料 仍会产生吸收。该现象称为多光子吸收。在脉冲波的情况下，激光强 度由激光的聚光点的峰值功率密度(W/cm2)决定，例如在峰值功率密度为1X108 (W/cm2)以上的条件下，产生多光子吸收。峰值功率密度 通过(聚光点的激光每次脉冲的能量)+ (激光的光束点截面积X脉 冲宽)求出。此外，在连续波的情况下，激光强度由激光的聚光点的 电场强度(W/cm2)决定。
参照图1 图6说明利用这种多光子吸收的本实施方式的激光加工 方法的原理。如图1所示，在晶片状(板状)的加工对象物1的表面3 上具有用于切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是呈直线 状延伸的假想线。在本实施方式的激光加工方法中，如图2所示，在 产生多光子吸收的条件下，将聚光点P对准加工对象物1的内部，照 射激光L，形成改性区域7。其中，聚光点P是激光L聚光的部位。并 且，切断预定线5不限于直线状，也可以为曲线状，也不限于假想线， 也可以是实际画在加工对象物1上的线。
接着，通过使激光L沿着切断预定线5 (即，沿图1的箭头A方 向)相对移动，使聚光点P沿着切断预定线5移动。由此，如图3 图 5所示，沿着切断预定线5在加工对象物1的内部形成改性区域7，该 改性区域7为切断起点区域8。在此，切断起点区域8意味着在切断加 工对象物1时作为切断(裂缝)起点的区域。该切断起点区域8有时 通过连续形成改性区域7而形成，也有时通过断续形成改性区域7而 形成。
本实施方式的激光加工方法，并不是通过加工对象物1吸收激光L、 使加工对象物1发热而形成改性区域7。而是使激光L透过加工对象物 1，在加工对象物1的内部产生多光子吸收，形成改性区域7。因此， 由于激光L在加工对象物1的表面3几乎不会被吸收，所以加工对象 物l的表面3不会发生熔融。
一旦在加工对象物1的内部形成切断起点区域8，就会容易以该切 断起点区域8为起点发生裂缝，所以如图6所示，能够以较小的力切 断加工对象物1。因此，不会在加工对象物1的表面3出现不必要的裂 缝，能够高精度地切断加工对象物1。
为了以该切断起点区域8为起点切断加工对象物1，可以考虑以下 两种方式。第一方式为，在形成切断起点区域8后，通过向加工对象 物l施加人为的力量，以切断起点区域8为起点，加工对象物l裂开，加工对象物1被切断。该方式例如为加工对象物1的厚度大时的切断。 所谓施加人为的力量，例如沿着加工对象物1的切断起点区域8对加 工对象物1施加弯曲应力或剪切应力，或者对加工对象物1给予温度 差以产生热应力。另一方式是通过形成切断起点区域8，以切断起点区 域8为起点朝向加工对象物1的截面方向(厚度方向)自然裂开，结 果加工对象物1被切断。该方式例如在加工对象物1的厚度小的情况 下，可以由l列改性区域7形成切断起点区域8;在加工对象物l的厚
度大的情况下，可以由在厚度方向形成的多列改性区域7形成切断起 点区域8。其中，在该自然裂开的情况下，在进行切断的部位，不会在 与未形成切断起点区域8的部位相对应的部分的表面上3抢先形成裂 缝，仅割断与形成有切断起点区域8的部位相对应的部分，因此容易 控制割断。近年来，硅晶片等加工对象物1的厚度有变薄的趋势，因 此这种控制性良好的割断方法特别有效。
此外，在本实施方式的激光加工方法中，作为利用多光子吸收形 成的改性区域，有以下(1) (3)的情况。
(1)改性区域为包括1个或多个裂纹的裂纹区域的情况
将聚光点对准加工对象物(例如由玻璃或LiTa03构成的压电材料) 内部，在聚光点的电场强度为1X108 (W/cm2)以上、且脉冲宽为l(is 以下的条件下，照射激光。该脉冲宽的大小为产生多光子吸收、且不 致对加工对象物的表面造成不必要的损伤，并且能够仅在加工对象物 内部形成裂纹区域的条件。由此，在加工对象物的内部发生由于多光 子吸收而造成的光学损伤的现象。由于该光学损伤，在加工对象物的 内部诱发热变形，从而在加工对象物的内部形成裂纹区域。作为电场强度 的上限值，例如为1X1012 (W/cm2)。脉冲宽优选为例如lns 200ns。其 中，利用多光子吸收形成裂纹区域，例如记载于第45次激光热加工研 究会论文集(1998年12月)的第23页 第28页的「固体k一f一髙 調波^上^)力、，7基板(D内部7 —年y夕'」(《利用固态激光高次谐波
的玻璃基板的内部标记》)。
本发明人通过实验求出电场强度与裂纹大小的关系。实验条件如 下所述。
(A)加工对象物派热克斯(注册商标)玻璃(Pyrex glass)(厚700—
(B)激光
光源半导体激光激发Nd: YAG激光器 波长1064nm
激光点截面积3.14X10—8cm2 振荡方式Q开关脉冲 重复频率100kHz 脉冲宽30ns 输出输出〈lmJ/脉冲 激光品质TEMoo
偏光特性直线偏光
(c)聚光用透镜
对激光波长的透过率60%
(D)载置有加工对象物的载置台的移动速度100mm/秒 其中，激光品质TEMq()是指聚光性高、能够聚光至激光波长的程度。
图7是表示上述实验的结果的曲线图。横轴为峰值功率密度，由 于激光为脉冲激光，所以电场强度用峰值功率密度代表。纵轴表示由 于1次脉冲的激光而在加工对象物的内部形成的裂纹部分(裂纹点) 的大小。裂纹点聚集，成为裂纹区域。裂纹点的大小为裂纹点的形状 中长度最大的部分的大小。曲线图中实心圆所示的数据为聚光用透镜 (C)的倍率为IOO倍、数值孔径(NA)为0.80的情况。而图中的空 心圆所示的数据为聚光用透镜(C)的倍率为50倍、数值孔径(NA) 为0.55的情况。可知从峰值功率密度1011 (W/cm2)左右起，在加工 对象物的内部会产生裂纹点，随着峰值功率密度增大，裂纹点也会变 大。
下面，参照图8 图11说明通过形成裂纹区域切断加工对象物的 机理。如图8所示，在发生多光子吸收的条件下，使聚光点P对准加 工对象物1的内部，照射激光L，沿着切断预定线在内部形成裂纹区域 9。裂纹区域9是包括1个或多个裂纹的区域。这样形成的裂纹区域9 成为切断起点区域。如图9所示，以裂纹区域9为起点(即以切断起点区域为起点)，裂纹进一步成长，如图10所示，裂纹到达加工对象 物1的表面3和背面21，如图11所示，加工对象物l裂开，由此加工
对象物1被切断。到达加工对象物1的表面3和背面21的裂纹有时是
自然成长的，也有时是通过对加工对象物1施力而使其成长。
(2)改性区域为熔融处理区域的情况
使聚光点对准加工对象物(例如硅等半导体材料)的内部，在聚 光点的电场强度为1X108 (W/cm2)以上、且脉冲宽为lp以下的条件 下，照射激光。由此，加工对象物的内部由于多光子吸收而被局部加 热。通过该加热，在加工对象物的内部形成熔融处理区域。所谓熔融 处理区域是暂时熔融后再固化的区域、即将达到熔融状态的区域、或 从熔融状态进行再固化的状态的区域，也指发生相变化的区域或结晶 结构发生变化的区域。并且，熔融处理区域也指在单晶构造、非晶构 造、多晶构造中，某构造变成其它构造的区域。目卩，例如意味着从单 晶构造变化成非晶构造的区域、从单晶构造变化成多晶构造的区域、 从单结晶构造变化成包括非晶构造和多晶构造的区域。在加工对象物 为硅单晶构造的情况下，熔融处理区域例如为非晶硅构造。作为电场强度 的上限值，例如为1X1012 (W/cm2)。脉冲宽优选为例如lns 200ns。
本发明人通过实验确认在硅晶片的内部形成熔融处理区域。实验 条件如下所述。
(A) 加工对象物硅晶片(厚350(im、外径4英寸)
(B) 激光
光源半导体激光激发Nd: YAG激光器 波长1064nm
激光点截面积3.14Xl(T8cm2
振荡方式Q开关脉冲 重复频率100kHz
脉冲宽30ns
输出20^J/脉冲 激光品质TEMoo 偏光特性直线偏光
(c)聚光用透镜倍率50倍
N.A.: 0.55
对激光波长的透过率60%
(D)载置有加工对象物的载置台的移动速度100mm/秒 图12是表示通过上述条件下的激光加工切断后的硅晶片的部分截 面的照片的图。在硅晶片11的内部形成有熔融处理区域13。其中，由 上述条件形成的熔融处理区域13的厚度方向的大小为lO(Vm左右。
对熔融处理区域13利用多光子吸收形成的情况进行说明。图13 是表示激光波长与硅基板内部的透过率的关系的曲线图。在此，除去 硅基板表面侧和背面侧各自的反射成分，仅表示内部的透过率。分别 对硅基板的厚度为50(im、 lOO(im、 200jam、 500|im、 lOOOpm的情况表 示上述关系。
例如可知在Nd: YAG激光器的波长1064nm下，硅基板厚度为 500pm以下的情况下，在硅基板内部80%以上的激光透过。由于图12 所示的硅晶片11的厚度为350pm，因此通过多光子吸收所产生的熔融 处理区域13形成在硅晶片11的中心附近，即距表面175pm的部分。 如果参照厚度20(Him的硅晶片，此时的透过率为90%以上，因此激光 在硅晶片11内部被吸收的很少，几乎全部透过。这意味着并不是由于 激光在硅晶片11内部被吸收而在硅晶片11内部形成熔融处理区域13
(即通过利用激光的通常的加热形成熔融处理区域)，而是利用多光子 吸收形成熔融处理区域13。利用多光子吸收形成熔融处理区域例如记 载于溶接学会全国大会講演概要(熔接学会全国大会演讲概要)第66 集(2000年4月)第72页 第73页「匕。〕秒八Vl^7 K上3 V
U 〕y^加工特性評価」(《利用皮秒脉冲激光的硅加工性能评价》)。
其中，对硅晶片而言，以由熔融处理区域形成的切断起点区域为 起点，向截面方向产生裂缝，该裂缝到达硅晶片的表面和背面，结果 硅晶片被切断。到达硅晶片的表面和背面的该裂缝有时是自然进行成 长的，也有时是通过对硅晶片施力而使其成长。并且，在裂缝从切断 起点区域向硅晶片的表面和背面自然成长时，可以是从形成切断起点 区域的熔融处理区域处于熔融状态开始裂缝进行成长的情况、和在形 成切断起点区域的熔融处理区域从处于熔融的状态进行再固化时裂缝进行成长的情况中的任意一种。然而，在任一种情况下，熔融处理区 域均只形成在硅晶片的内部，在切断后的切断面上，如图12所示，仅 在内部形成有熔融处理区域。这样，如果利用熔融处理区域在加工对 象物的内部形成切断起点区域，在割断时，不容易产生偏离切断起点 区域线的不必要的裂缝，因此容易控制割断。并且，形成熔融处理区 域的原因，不仅只是由于多光子吸收，也有时是由于其它吸收作用。 (3)改性区域为折射率变化区域的情况 使聚光点对准加工对象物(例如玻璃)的内部，在聚光点的电场
强度为1X108 (W/cm2)以上、且脉冲宽为lns以下的条件下，照射激 光。如果縮短脉冲宽使其极短，在加工对象物的内部产生多光子吸收， 由于多光子吸收产生的能量不会转化成热量，而在加工对象物的内部 引发离子价态变化、结晶化或极化取向等永久性的构造变化，形成折 射率变化区域。作为电场强度的上限值，例如为1X1012 (W/cm2)。脉 冲宽优选为例如lns以下，更优选为lps以下。利用多光子吸收形成折 射率变化区域例如记载于第42次激光热加工研究会论文集(1997年 11月)的第105页 第111页「7工厶卜秒l/一f 一照射^上3力'y 7內部八0光誘起構造形成」(《利用飞秒激光照射在玻璃内部形成光 引发构造》)。
以上，作为利用多光子吸收形成的改性区域，说明了 (1) (3) 的情况，如果考虑到晶片状加工对象物的结晶构造及其劈开性等，如 下所述形成切断起点区域，则可以将该切断起点区域作为起点，能够 以更小的力且高精度地切断加工对象物。
艮口，在由硅等金刚石构造的单晶半导体构成的基板的情况下，优 选在沿着(111)面(第一劈开面)或(110)面(第二劈开面)的方 向形成切断起点区域。此外，在由GaAs等闪锌矿型构造的III-V族化 合物半导体构成的基板的情况下，优选在沿着(110)面的方向形成切 断起点区域。另外，在具有蓝宝石(A1203)等六方晶系结晶构造的基 板的情况下，优选以(0001)面(C面)为主面，在沿着(1120)面 (A面)或(1100)面(M面)的方向形成切断起点区域。
此外，如果沿着上述希望形成切断起点区域的方向(例如，单晶 硅基板的沿着(111)面的方向)、或沿着与希望形成切断起点区域的方向正交的方向，在基板上形成定向平面，则通过以该定向平面为基 准，能够容易且正确地在基板上形成沿着希望形成切断起点区域的方 向的切断起点区域。
下面，说明本发明的优选实施方式。
如图14和图15所示，加工对象物1具备所谓的MEMS晶片、 即厚度30(Him的硅晶片(半导体基板)11，包含多个功能元件15且形 成于硅晶片11表面的功能元件层16，和形成于硅晶片11背面的金属 膜17。功能元件15例如为机械单元部件、传感器、驱动器、电子回路 等，在沿着与硅晶片11的定向平面6平行的方向和垂直的方向呈矩阵 状形成有多个。金属膜17由金构成，其厚度为3pm。
上述结构的加工对象物1，如下所述，切断成各个功能元件15。 首先，如图16所示，在加工对象物l的背面21、即金属膜17的背面 贴合扩展胶带(expand tape) 23。接着，以功能元件层16为上侧，将 加工对象物1固定在激光加工装置的载置台(未图示)上。
接着，如图17所示，以加工对象物1的表面3、即功能元件层16 的表面为激光入射面，在距硅晶片11表面320pm的位置(硅晶片11 的外部)为聚光点的聚光用透镜的位置(假定激光透过与加工对象物 的激光入射面(在此为表面3)相对向的激光反射面(在此为金属膜 17的表面17a)的情况，下同)照射激光L，通过移动载置台，沿着切 断预定线5 (参照图14的虚线)扫描激光L，该切断预定线5以通过 相邻的功能元件15、 15之间的方式设定成格子状。
此时，激光L在与加工对象物1的表面3相对向的金属膜17的表 面(规定面)17a、即金属膜17的激光入射面一侧的面被反射，其反 射光RL向硅晶片11照射，聚光于硅晶片11内部的极接近背面21的 位置。由此，在硅晶片11内部的极接近背面21的位置，沿着切断预 定线5形成熔融处理区域13,和微小空洞14。其中，此时的激光照射 条件为，脉冲宽150ns、能量15|iJ。上述"距硅晶片11的表面320jim 的位置"表示不考虑球面像差等的理论上的"对准聚光点P的位置"。
下面对微小空洞14进行说明。通常，如果使聚光点对准硅晶片11 的内部，在聚光点的峰值功率密度为1X108 (W/cm2)以上、且脉冲宽 为l)is以下的条件下照射激光，则有时会在硅晶片11的内部形成成对的烙融处理区域13和微小空洞14。微小空洞14有时与熔融处理区域
13分离形成，也有时与熔融处理区域13连续形成，但在激光的行进方 向上形成于熔融处理区域13的下游侧。在上述情况下，由于微小空洞 14相对于熔融处理区域13,形成于加工对象物1的表面3 —侧，所以 可以说反射光RL有助于熔融处理区域13i和微小空洞14的形成。其 中，关于熔融处理区域13和微小空洞14成对形成的原理，详细记载 于日本特开2005-57257号公报中。
接着，如图18所示，以加工对象物1的表面3为激光入射面，使 聚光点P对准硅晶片11内部，照射激光P，通过移动载置台，沿着以 通过相邻的功能元件15、 15之间的方式设定成格子状的切断预定线5 扫描激光L。
该沿着切断预定线5进行的激光L扫描，对1根切断预定线5进 行5次，且每次都改变硅晶片11表面与聚光点P对准位置的距离，由 此在熔融处理区域13,与硅晶片11的表面之间，沿着切断预定线5形 成5列熔融处理区域132。其中，对于1根切断预定线5，形成于硅晶 片11内部的熔融处理区域132的列数可以根据硅晶片11的厚度等进行 改变，不限于5列。并且，对于各熔融处理区域132，有时在加工对象 物1的背面21 —侧形成有与熔融处理区域132成对的微小空洞14。此 外，有时在熔融处理区域13,、 132会混合存在有裂纹。
然后，如图19所示，使扩展胶带23扩展，以熔融处理区域13,、 132为切断起点，沿着切断预定线5切断加工对象物1。此时，由于扩 展胶带23被扩展，所以通过切断所得的多个半导体芯片25彼此分离。
其中，上述激光加工方法利用图26所示的激光加工装置实施。如 图26所示，激光加工装置100具备射出激光L的激光光源101、以 将激光L的光轴方向改变90。的方式配置的分色镜103、和用于使激 光L聚光的聚光用透镜105。并且，激光加工装置100具备用于支承 聚光用透镜105聚光后的激光L照射的对象加工对象物1的载置台107， 用于使载置台107沿X、 Y、 Z轴方向移动的平台111，和用于控制激 光L的输出、脉冲宽等的调节或平台111的移动等激光加工装置100 整体的控制部115。
在该激光加工装置100中，从激光光源101射出的激光L由于分色镜103而使其光轴方向改变90。，利用聚光用透镜105向载置在载 置台107上的加工对象物1聚光。与此同时，使平台111移动，使加 工对象物1相对于激光L沿着切断预定线5进行相对移动。由此，沿 着切断预定线5，在加工对象物1上形成作为切断起点的改性区域。
如上述说明，在上述激光加工方法中，通过向硅晶片ll照射由金 属膜17的表面17a反射后的激光L的反射光RL，形成6列熔融处理 区域13" 132中最靠近金属膜17的表面17a的熔融处理区域13,。其 中，金属膜17与加工对象物1的作为激光入射面的表面3相对向。由 此，如图20所示，能够将熔融处理区域13,形成在极接近金属膜17的 表面17a的位置。在硅晶片11的厚度沿着切断预定线5发生变化的情 况下、或硅晶片11为高浓度掺杂晶片等激光L的透过率低等情况下， 难以在表面17a附近且保持同样高度的位置沿着切断预定线5形成熔 融处理区域13,，但是如上所述，通过利用反射光RL形成最靠近金属 膜17的表面17a的熔融处理区域13。能够沿着切断预定线5在极接 近金属膜17的表面17a的位置以高密度稳定地形成熔融处理区域13,。 因此，在切断加工对象物l时，能够防止切断面的背面21侧的端部偏 离切断预定线5，而沿着切断预定线5以高精度切断加工对象物1。
下面，对于在利用被金属膜17的表面17a反射后的激光L的反射 光RL的情况下，使熔融处理区域13,形成在极接近金属膜17的表面 17a位置的原理进行说明。
本发明人推测的第一原理如下所述。如图21所示，如果使聚光点 对准硅晶片11的背面、即金属膜17的表面17a附近，照射激光L，由 于球面像差的影响，中心光线和周围光线的聚光度会变差，各光线无 法聚光于一点，各光线特别是周围光线的聚光部位会偏离激光L的光 轴方向。由此，金属膜17的表面17a下方以聚光的方式行进的光线聚 光部位，由于金属膜17的表面17a的反射，被补正为在金属膜17的 表面17a上方进行聚光的光线的聚光部位。因此，熔融处理区域13, 能够沿着切断预定线5以高密度形成于极接近金属膜17的表面17a的 位置。如果不考虑球面像差，在理论上熔融处理区域13,应形成于作为 聚光点位置的硅晶片11的背面上，但由于反射的影响，可以说熔融处 理区域13t的形成位置向上侧移动。本发明人推测的第二原理如下所述。如图22 (a)所示，如果将聚 光点对准硅晶片11的外部作为聚光点的聚光用透镜的位置，即将聚光 点对准金属膜17的表面17a下，照射激光L，激光L就会被金属膜17 的表面17a反射，其反射光RL聚光于硅晶片11的内部。在被金属膜 17的表面17a反射前，聚光度低，所以激光L几乎不会被硅晶片11 吸收，因此在反射光RL的聚光点P的位置会形成局部高温。因此，由 于吸收系数的温度依存性，在聚光点P的位置吸收系数增高，从反射 光RL的聚光点P的位置开始，在反射光RL的行进方向上，在聚光点 P的上游侧(反射表面17a—侧)反射光RL容易被吸收。结果，熔融 处理区域13!能够沿着切断预定线5以高密度(即，作为高分割性的改 性区域)形成于极接近金属膜17的表面17a的位置。
另外，如图22 (b)所示，如果将聚光点P对准硅晶片ll的内部、 即金属膜17的表面17a上，照射激光L，则即便是聚光点P上侧的位 置的温度也会增高。因此，由于吸收系数的温度依存性，在聚光点P 的上侧位置吸收系数增高，幵始激光L的吸收。从而在激光L的行进 方向上，行进至聚光点P附近的激光L减少，聚光点P的上侧部分沿 着激光L的光轴形成局部高温。因此，由于吸收系数的温度依存性， 在聚光点P的上侧部分吸收系数增高，激光L被吸收。结果，能够用 于形成熔融处理区域13的激光L的能量减少，熔融处理区域13沿着 切断预定线5以低密度形成于稍稍离开金属膜17的表面17a (的附近) 的上侧位置。推测其原因在于在厚晶片中，距激光入射面越深的位 置，吸收的影响越大，激光的能量减少而超过加工临界值，所以不能 忽视吸收的温度依存的影响。
本发明并不限于上述实施方式。
例如，在上述实施方式，通过向硅晶片11照射由金属膜17的表 面Ha反射后的激光L的反射光RL，在极接近金属膜17的表面17a 的位置形成熔融处理区域13p但如图23和图24所示，也可以在极接 近加工对象物1的表面3的位置形成熔融处理区域13!。此时，将加工 对象物1的表面3作为激光入射面，将聚光点对准距硅晶片11的表面 60(Him的位置(硅晶片11的外部)，在脉冲宽150ns、能量15pJ的条 件下照射激光L。由此，能够防止由于上述吸收系数的温度依存性而引起的加工对象物1的表面3受到熔融等损伤的现象，能够在极接近加
工对象物1的表面3的位置形成熔融处理区域131Q并且，在切断加工 对象物1时，能够防止切断面的表面3侧的端部偏离切断预定线5，能 够沿着切断预定线5以高精度切断加工对象物1。
并且，不仅是最靠近金属膜17的表面17a的熔融处理区域13、最 靠近加工对象物1的表面3的熔融处理区域13，也可以利用由金属膜 17的表面17a反射后的激光L的反射光RL形成包括多列熔融处理区 域13中最靠近金属膜17的表面17a的熔融处理区域13和最靠近加工 对象物1的表面3的熔融处理区域13中至少1列的多列熔融处理区域 13。
另外，如图25所示，在形成最靠近金属膜17的表面17a的熔融处 理区域13,的同时，也可以在加工对象物1的背面21，沿着切断预定 线5形成具有规定深度的弱化区域18。在这种情况下，将加工对象物 1的表面3作为激光入射面，将聚光点对准距硅晶片11的表面305|am 的位置(硅晶片11的外部)，在脉冲宽150ns、能量15pJ的条件下照 射激光L。此时，虽然加工对象物1的背面21为金属膜17的背面，但 即便在这种情况下，也能够沿着切断预定线5在金属膜17上形成具有 规定深度的弱化区域18，因此能够以较小的外力，沿着切断预定线5 高精度地切断加工对象物l。并且，由于熔融处理区域13,形成于硅晶 片11的内部，所以能够防止由熔融处理区域13,产生微粒。
此外，在上述实施方式中，反射激光L的面为金属膜17的表面17a， 但加工对象物1也可以不具备金属膜17，例如反射激光L的面可以为 硅晶片11的背面。在这种情况下，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例如可以为通过结 晶成长形成的半导体动作层、光电二极管等的受光元件、激光二极管 等的发光元件、或形成为回路的回路元件等。
另外，在上述实施方式中，将加工对象物1的表面3作为激光入 射面，但在加工对象物1不具备金属膜17的情况下，也可以将加工对 象物1的背面21作为激光入射面。在将加工对象物1的背面21作为 激光入射面的情况下，作为例子，如下所述将加工对象物1切断成多 个半导体芯片25。 g卩，在功能元件层16的表面贴合保护胶带，在利用保护胶带保护功能元件层16的状态下，将保持有加工对象物1的保护 胶带固定在激光加工装置的载置台上。接着，将加工对象物1的背面
21作为激光入射面，通过向硅晶片11照射激光L，沿着切断预定线5 形成熔融处理区域13,、 132。接着，使固定在载置台上的保护胶带与 加工对象物1 一起离开。然后，在加工对象物1的背面21贴合扩展胶 带23，从功能元件层16的表面剥离保护胶带，然后使扩展胶带23扩 展，以熔融处理区域13,、 132为切断起点，沿着切断预定线5切断加 工对象物l，并将切断所得的多个半导体芯片25彼此分离。
此外，在上述实施方式中，虽然在硅晶片11的内部形成熔融处理 区域13^ 132，但也可以在由玻璃或压电材料等其它材料构成的晶片 内部，形成裂纹区域或折射率变化区域等其它改性区域。
并且，可以如下所述在加工对象物1上形成改性区域7。首先，如 图27 (a)所示，以与加工对象物1的激光入射面(在此为表面3)相 对向的激光反射面(在此为背面21)附近的位置作为聚光点P的方式， 照射激光L，由此形成改性区域7a。然后，如图27 (b)所示，在假定 激光透过激光反射面的情况下，以激光L行进方向上的激光反射面下 游侧(相对于激光反射面，与激光光源(激光射出面)相反的一侧) 的位置作为聚光点P的方式，照射激光L，由此利用其反射光RL形成 改性区域7b。如上所述，如果重叠形成改性区域7a和改性区域7b， 能够在加工对象物1上形成高密度(即高分割性)的改性区域7。
不限定于通过向加工对象物1照射激光L，沿着1根切断预定线5 以在加工对象物1的厚度方向并排的方式在加工对象物1的至少内部 形成多列改性区域7的情况，也可以沿着1根切断预定线5在加工对 象物1的至少内部形成1列改性区域7。
产业上的可利用性
根据本发明，能够以良好的控制性使最靠近规定面的改性区域形 成在极接近规定面的位置，并且能够使最靠近激光入射面的改性区域 形成在极接近激光入射面的位置。
权利要求
1.一种激光加工方法，其为通过向板状的加工对象物照射激光，沿着所述加工对象物的切断预定线，以在所述加工对象物的厚度方向并排的方式，在所述加工对象物的内部形成作为切断起点的多列改性区域的激光加工方法，其特征在于通过向所述加工对象物照射由规定面反射的激光的反射光，形成包括多列所述改性区域中最靠近所述规定面的改性区域和最靠近激光入射面的改性区域中至少1列的1列或多列改性区域，其中，所述规定面与所述加工对象物中激光入射的激光入射面相对向。
2. 如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于 所述规定面为所述加工对象物所具备的金属膜的所述激光入射面
3. 如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于 将多列所述改性区域作为切断起点，沿着所述切断预定线切断所述加工对象物。
4. 如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于 所述加工对象物具备半导体基板，所述改性区域包括熔融处理区域。
5. —种激光加工方法，其为通过向板状的加工对象物照射激光， 沿着所述加工对象物的切断预定线，在所述加工对象物的内部形成作 为切断起点的改性区域的激光加工方法，其特征在于在假定激光透过与所述加工对象物的激光入射面相对向的激光反 射面的情况下，配置聚光用透镜，使得在激光的行进方向上所述激光 反射面的下游侧的位置成为由所述聚光用透镜聚光的激光的聚光点， 通过向所述加工对象物照射激光，在所述加工对象物的至少内部形成 所述改性区域，其中，所述聚光用透镜用于将激光聚光于所述加工对象物。
6. —种激光加工装置，其为通过向板状的加工对象物照射激光， 沿着所述加工对象物的切断预定线，在所述加工对象物的内部形成作 为切断起点的改性区域的激光加工装置，其特征在于具备控制部，该控制部，在假定激光透过与所述加工对象物的激光入射面相对 向的激光反射面的情况下，配置聚光用透镜，使得在激光的行进方向 上所述激光反射面的下游侧的位置成为由所述聚光用透镜聚光的激光 的聚光点，通过向所述加工对象物照射激光，在所述加工对象物的至 少内部形成所述改性区域，其中，所述聚光用透镜用于将激光聚光于 所述加工对象物。
全文摘要
通过向硅晶片(11)照射由金属膜(17)的表面(17a)反射的激光(L)的反射光，形成6列熔融处理区域(13₁、13₂)中最靠近金属膜(17)的表面(17a)的熔融处理区域(13₁)，该金属膜(17)与加工对象物(1)的作为激光入射面的表面(3)相对向。由此，能够使熔融处理区域(13₁)形成在极接近金属膜(17)的表面(17a)的位置。
文档编号B23K101/40GK101516566SQ20078003468
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月18日 优先权日2006年9月19日
发明者坂本刚志 申请人:浜松光子学株式会社