专利名称：加工对象物切割方法
技术领域：
本发明涉及用于切割半导体材料基板、压电材料基板及玻璃基板等的加工对象物的加工对象物切割方法。
背景技术：
激光的应用之一就是切割，利用激光进行的一般的切割是这样进行的例如，在半导体基板及玻璃基板那样的加工对象物的切割部位，照射加工对象物吸收波长的激光，通过激光的吸收，在切割部位，从加工对象物的表面向背面进行加热溶融，对加工对象物进行切割。但是，用该方法，会使加工对象物的表面的切割部位的领域周边也发生溶融。这样，当加工对象物是半导体基板时，存在半导体基板的表面形成的半导体元件中，位于上述领域附近的半导体元件溶融的危险。
作为防止这样的加工对象物表面溶融的方法、有诸如特开2000-219528号公报及特开2000-15467号公报中公开的激光切割方法。按照这些公报中的切割方法，对加工对象物的切割部位用激光加热，并使加工对象物冷却，使得在加工对象物的切割部位产生热冲击、进而切割加工对象物。
发明内容
但是，按照这些公报中的切割方法，加工对象物中产生热冲击大时，在加工对象物的表面，在切割预定线外以至不照射激光的端头部位有时也发生不必要的破裂。所以，用这些切割方法不能进行精密切割。特别是，当加工对象物为半导体基板，形成液晶显示装置的玻璃基板及形成电极图形的玻璃基板时，该不必要破裂有时会导致半导体芯片、液晶显示装置及电极图形的损伤。此外，采用这些切割方法时，平均输入能量大，所以半导体芯片等受到的热损伤也大。
因此，本发明是针对这些问题提出的，目的在于提供能对加工对象物进行高精度切割的加工对象物切割方法。
为达到上述目的，本发明的加工对象物切割方法，其特征在于，具有使聚光点在基板状的加工对象物的内部聚合，照射激光，在加工对象物的内部形成由多光子吸收生成的调质领域，利用该调质领域，沿加工对象物的切割预定线，形成离加工对象物的厚度方向的中心位置，靠近加工对象物的一端面侧的切割起点领域的切割起点领域形成工序，以及从加工对象物的另一端面侧，挤压加工对象物的挤压工序。
该加工对象物切割方法中，利用由多光子吸收形成的调质领域，沿应切割加工对象物的期望的切割预定线，在加工对象物的内部形成切割起点领域。此时，多光子吸收局部地在加工对象物的内部发生，在加工对象物的一端面及其相反侧的另一端面，激光几乎不被吸收，因此，可防止因激光的照射引起的一端面及另一端面的溶融。而且，由于离加工对象物的厚度方向上的中心位置靠近一端面侧形成切割起点领域，使从另一端面侧挤压加工对象物时，比之在该中心位置形成切割起点领域的情况，可以用小的挤压力，以切割起点领域为起点使加工对象物上发生破裂。因此，可防止在切割预定线外发生不必要的破裂，沿切割预定线进行高精度切割。
这里，所谓聚光点，就是激光聚光的部位。此外，所谓切割起点领域，指的是加工对象物被切割时成为切割起点的领域。因此，切割起点领域，就是加工对象物中预定切割的切割预定部。而且，切割起点领域，有时可通过连续地生成调质领域形成，有时也可通过断续地生成调质领域形成。另外，所谓“形成离加工对象物的厚度方向的中心位置靠近加工对象物的一端面侧的切割起点领域”，指的是，在离加工对象物的厚度方向的一半厚度的位置，靠近加工对象物的一端面侧，形成构成切割起点领域的调质领域。即，加工对象物的厚度方向上的调质领域(切割起点领域)的宽度的中心位置，指的是位于离加工对象物的厚度方向的中心位置靠近一端面侧的情况，而不是仅限于调质领域(切割起点领域)的所有部分，相对于加工对象物的厚度方向的中心位置，位于一端面侧的情况。
此外，挤压工序中，优选沿切割预定线挤压加工对象物。例如，在加工对象物的另一端面，作为积层部使功能元件以矩阵状形成的场合，对该加工对象物切割各功能元件时，如在相邻的功能元件间设定切割预定线，沿该切割预定线挤压加工对象物，则可正确地对每个功能元件切割加工对象物。而且，对功能元件的挤压力的作用几乎不存在。
此外，切割起点领域形成工序中，优选对加工对象物的切割预定线的位置数据进行记忆，在挤压工序中，优选根据位置数据，沿切割预定线挤压加工对象物。这样，对形成于加工对象物内部的切割起点领域，可容易且正确地使挤压力起作用。
图1是采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1所示的加工对象物的沿II-II线的截面图。
图3是采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IV-IV线的截面图。
图5是图3所示的加工对象物的沿V-V线的截面图。
图6是采用本实施方式的激光加工方法切割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中的电场强度与裂口点的大小的关系的图形。
图8是本实施方式的激光加工方法的第1工序中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2工序中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3工序中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4工序中的加工对象物的截面图。
图12是展示采用本实施方式的激光加工方法切割的硅基板的一部分中的断面照片的图。
图13是表示本实施方式的激光加工方法中的激光的波长与硅基板内部的透过率的关系的图形。
图14是本实施方式的激光加工装置的概略构成图。
图15是说明本实施方式的切割起点领域形成工序用的流程图。
图16是实施例1的加工对象物的平面图。
图17是展示实施例1的加工对象物的制作工序的截面图。
图18是展示实施例1的切割起点领域形成工序的截面图。
图19是展示实施例1的加工对象物中，切割起点领域的位置跨越中心线时的截面图。
图20是展示实施例1的加工对象物中，切割起点领域的全部相对于中心线位于表面侧时的截面图。
图21是展示实施例1的加工对象物中，背面侧的切割起点领域位于中心线上，表面侧的切割起点领域位于背面侧的切割起点领域与表面之间时的截面图。
图22是表示实施例1的挤压工序的截面图。
图23是表示实施例1的扩张片的扩张工序的截面图。
图24是表示实施例1的切割起点领域形成工序中，从加工对象物的背面侧照射激光时的截面图。
图25是表示实施例2的切割起点领域形成工序的截面图。
图26是表示实施例2的挤压工序的截面图。
图27是表示实施例2的切割起点领域形成工序中，从加工对象物的背面侧照射激光时的截面图。
具体实施例方式
以下，结合附图，对适用本发明的实施方式作详细说明。按照本实施方式的加工对象物切割方法的切割起点领域形成工序，在加工对象物的内部，使聚光点聚合，照射激光，在加工对象物的内部形成由多光子吸收生成的调质领域。因此，在说明该激光加工方法时，首先对多光子吸收进行说明。
光子的能量hν低于材料的吸收带隙EG，光学上呈透明。因此，材料产生吸收的条件是hν＞EG。但是，即使光学上呈透明，在激光的强度非常大时，以nhν＞EG的条件(n＝2，3，4…)，材料中会产生吸收。这一现象被称为多光子吸收。如果是脉冲波，激光的强度由激光在聚光点的最大功率密度(W/cm2)决定。例如，最大功率密度在1×108(W/cm2)以上时，产生多光子吸收。最大功率密度可通过(聚光点上的激光的每1脉冲的能量)÷(激光的束光点断面积×脉冲宽度)求得。此外，如果是连续波，激光的强度由激光在聚光点的电场强度(W/cm2)决定。
参照图1～图6，对利用这样的多光子吸收的、本实施方式的激光加工原理进行说明。图1是激光加工中的加工对象物1的平面图，图2是图1所示的加工对象物1的沿II-II线的截面图，图3是激光加工后的加工对象物1的平面图，图4是图3所示的加工对象物1的沿IV-IV线的截面图，图5是图3所示的加工对象物1的沿V-V线的截面图，图6是被切割的加工对象物1的平面图。
如图1及图2所示，在加工对象物1的表面3，有应切割加工对象物1的所希望的切割预定线5。切割预定线5是沿直线状延伸的假设线(也可以在加工对象物1上实际引线来作为切割预定线5)。本实施方式的激光加工，按产生多光子吸收的条件，在加工对象物1的内部使聚光点P聚合，对加工对象物1照射激光L并形成调质领域7。此外，所谓聚光点，是激光L聚光的部位。
通过沿切割预定线5(即，沿箭头A方向)使激光L作相对移动，使聚光点P沿切割预定线5移动。这样，如图3～图5所示，只在加工对象物1的内部沿切割预定线5形成调质领域7，在该调质领域7形成切割起点领域(切割预定部)8。本实施方式的激光加工方法并不是，加工对象物1由于吸收激光L，导致加工对象物1发热，而形成调质领域7。而是在加工对象物1中使激光L透过，在加工对象物1的内部，发生多光子吸收，而形成调质领域7。这样，在加工对象物1的表面3几乎不吸收激光L，所以，加工对象物1的表面3不会溶融。
对加工对象物1的切割，如果切割的部位有起点，加工对象物1就从该起点切割，所以，如图6所示，可以用较小的力切割加工对象物1。这样，就可以切割加工对象物1，而不会在加工对象物1的表面3上发生不必要的破裂。
此外，在以切割起点领域作为起点的加工对象物的切割方面，可考虑以下2种情况。其一是，切割起点领域形成后，通过在加工对象物上施加人为的力，以切割起点领域作为起点使加工对象物破裂、对加工对象物进行切割的情况。这是例如进行大厚度的加工对象物的切割。所谓施加人为的力是指，例如沿加工对象物的切割起点领域在加工对象物上施加弯曲应力及剪切应力，或对加工对象物施加温差使热应力发生。其二是，通过形成切割起点领域，以切割起点领域作为起点，向加工对象物的断面方向(厚度方向)自然破裂，最终对加工对象物进行切割的情况。在例如进行小厚度的加工对象物的切割时，就可利用1列的调质领域形成切割起点领域；在大厚度的加工对象物的情况下，就可利用厚度方向上形成的多列调质领域，形成切割起点领域。此外，在该自然破裂的情况下，在切割部位，可在对应于没有形成切割起点领域的部位的部分的表面上不先行破裂，仅切割对应于形成切割起点领域的部位的部分，因此，能有效地控制切割。近年，硅基板等的加工对象物的厚度越来越薄，所以，这样控制性好的切割方法非常见效。
本实施方式中，通过多光子吸收形成的调质领域，有以下的(1)～(3)种情况。
(1)调质领域为含有1个或多个裂口的裂口领域的情况在加工对象物(例如由玻璃及LiTaO3构成的压电材料)的内部使聚光点聚合，在聚光点的电场强度为1×108(W/cm2)以上，且脉冲宽度为1μs以下的条件下照射激光。该脉冲宽度的大小是，在使多光子吸收不断发生的同时，在加工对象物的表面不发生无谓的损伤，并能仅在加工对象物内部形成裂口领域的条件。由此，在加工对象物内部发生由多光子吸收引起的所谓光学损伤的现象。由于该光学损伤，在加工对象物内部引起热应变，而在加工对象物的内部形成裂口领域。作为电场强度的上限值，例如为1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选例如为1ns～200ns。此外，由多光子吸收生成的裂口领域的形成，例如，记载于第45次激光器热加工研究会论文集(1998年12月)第23页～第28页的“利用固体激光器高次谐波进行的玻璃加工对象物的内部划线(marking)”。
本发明者通过实验求得电场强度与裂口的大小之间的关系。实验条件如下。
(A)加工对象物派热克斯(pyrex)玻璃(厚度700μm)(B)激光器光源半导体激光器激励Nd:YAG激光器波长1064nm激光点断面积3.14×10-8cm2振荡形态Q开关脉冲重复频率100kHz脉冲宽度30ns输出输出＜1mJ/脉冲激光品质TEM00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)载置加工对象物的载置台的移动速度100mm/秒此外，所谓激光品质TEM00，是表示聚光性高、可聚光至激光的波左右。
图7是表示上述实验的结果的图。横轴是最大功率密度，由于激光是脉冲激光，所以电场强度用最大功率密度表示。纵轴表示用1脉冲的激光在加工对象物的内部形成的裂口部分(裂口点)的大小。破裂点聚集，就成为裂口领域。裂口点的大小，是裂口点的形状中的最大长度部分的大小。图中的黑点表示的数据，是聚光用透镜(C)的倍率为100倍，开口数(NA)为0.80时的数据。另外，图中的白点表示的数据，是聚光用透镜(C)的倍率为50倍，开口数(NA)为0.55时的数据。可知，从最大功率密度1011(W/cm2)左右开始，在加工对象物的内部发生裂口点，随着最大功率密度变大、裂口点也变大。
下面，参照图8～图11，针对在本实施方式的激光加工中，通过形成裂口领域而切割加工对象物的原理进行说明。如图8所示，在多光子吸收产生的条件下，使聚光点P聚合于加工对象物1的内部，用激光L照射加工对象物1，沿切割预定线在内部形成裂口领域9。裂口领域9包含1个或多个裂口。在该裂口领域9形成切割起点领域。如图9所示，以裂口领域9为起点(即，以切割起点领域为起点)，使裂口进一步成长，到达如图10所示的加工对象物1的表面3及背面21，然后如图11所示，通过使加工对象物1裂开来切割加工对象物1。有时到达基板的表面及背面的裂口自然成长，有时则通过在基板上施加力而成长。
(2)调质领域为溶融处理领域的情况在加工对象物(例如硅那样的半导体材料)内部，使聚光点聚合，在聚光点的电场强度为1×108(W/cm2)以上，且脉冲宽度为1μs以下的条件下照射激光。由此，加工对象物的内部通过多光子吸收，局部被加热。通过该加热，在加工对象物内部形成溶融处理领域。所谓溶融处理领域，是一旦溶融后再固化的领域，或处于溶融状态的领域，或从溶融状态再固化的状态的领域，也可以说是相变化的领域和结晶构造变化的领域。此外，溶融处理领域，也可以说是单结晶构造、非结晶构造、多结晶构造中、某种构造变化为其它构造的领域。即，例如，是指从单结晶构造变化为非结晶构造的领域、从单结晶构造变化为多结晶构造的领域、从单结晶构造变化为包含非结晶构造和多结晶构造的领域。加工对象物为硅单结晶构造时，溶融处理领域为例如非晶质硅构造。作为电场强度的上限值，例如为1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选例如为1ns～200ns。
本案发明者，通过实验，确认在硅基板的内部，溶融处理领域形成。实验条件如下。
(A)加工对象物硅基板(厚度350μm，外径4英寸)(B)激光器光源半导体激光器激励Nd:YAG激光器波长1064nm激光点断面积3.14×10-8cm2振荡形态Q开关脉冲重复频率100kHz脉冲宽度30ns输出20μJ/脉冲激光品质TEM00
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)载置加工对象物的载置台的移动速度100mm/秒图12表示以上述条件进行的激光加工切割的硅基板的一部分中的断面照片。在硅基板11的内部形成溶融处理领域13。此外，按照上述条件形成的溶融处理领域13，在厚度方向上的大小为100μm左右。
对通过多光子吸收形成溶融处理领域13进行说明。图13表示激光的波长与硅基板内部的透过率的关系。其中，表示了分别除去硅基板的表面侧与背面侧的反射成分，仅为内部的透过率。示出硅基板的厚度t分别为50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm时的上述关系。
可知，例如，Nd:YAG激光器波长为1064nm、硅基板的厚度为500μm以下时，在硅基板的内部，激光透过80％以上。由于图12中的硅基板11的厚度为350μm，使多光子吸收生成的溶融处理领域13形成于硅基板的中心附近，即，距表面175μm的部分。此时的透过率，以厚度为200μm的硅基板作参考时为90％以上，所以、激光仅少量在硅基板11的内部被吸收，几乎都透过。这意味着，并不是在硅基板11的内部吸收激光、在硅基板11的内部形成溶融处理领域13(即，通过用激光进行的通常的加热形成溶融处理领域)，而是溶融处理领域13是通过多光子吸收形成的。通过多光子吸收形成溶融处理领域，可见于诸如熔接学会全国大会演讲概要第66集(2000年4月)的第72页～第73页的“用微微秒脉冲激光进行的硅的加工特性的评价”。
此外，以溶融处理领域形成的切割起点领域作为起点、使裂口向着断面方向发生，由于其裂口到达硅基板的表面及背面，最终使硅基板被切割。有时，到达硅基板的表面及背面的该裂口自然成长，有时则通过在硅基板上施加力成长。此外，裂口从切割起点领域开始，在硅基板的表面及背面自然成长的情况，无外乎是形成切割起点领域的溶融处理领域从溶融状态使裂口成长的情况，或是形成切割起点领域的溶融处理领域从溶融状态再固化时使裂口成长的情况。其中，无论哪一种情况，溶融处理领域都只在硅基板的内部形成，在切割后的切割面上，如图12所示，只在内部形成溶融处理领域。在加工对象物的内部，在溶融处理领域形成切割起点领域时，由于难以在切割时，在切割起点领域线外发生不必要的破裂，因此使切割控制变得容易。
(3)调质领域为折射率变化领域的情况在加工对象物(例如玻璃)的内部，使聚光点聚合，在聚光点的电场强度为1×108(W/cm2)以上，且脉冲宽度为1μs以下的条件下，照射激光。当脉冲宽度极短，在加工对象物的内部发生多光子吸收时，多光子吸收产生的能不转化为热能、在加工对象物的内部引起离子价数变化、结晶化或分极配向等恒久的构造变化，形成折射率变化领域。作为电场强度的上限值，例如为1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选例如为1ns以下，1ps以下则更好。由多光子吸收使折射率变化领域形成，例如，记载于第42次激光热加工研究会论文集(1997年.11月)第105页～第111页的“利用飞秒激光使玻璃内部形成光感应构造”。
以上，对作为利用多光子吸收形成的调质领域(1)～(3)的情况作了说明。但是，如考虑基板状的加工对象物的结晶构造及其分裂性等，象下面那样形成切割起点领域，则能以其切割起点领域作为起点、用更小的力，高精度地切割加工对象物。
即，对于由硅等的金刚石构造的单结晶半导体构成的基板，优选在沿(111)面(第1劈开面)及(110)面(第2劈开面)的方向形成切割起点领域。此外，对于由GaAs等的闪锌矿型构造的III-V族化合物半导体构成的基板，优选在沿(110)面的方向形成切割起点领域。另外，对于具有蓝宝石(Al2O3)等的六方晶系的结晶构造的基板，优选以(0001)面(C面)为主面、在沿(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切割起点领域。
另外，如沿着应形成上述的切割起点领域的方向(例如、沿单结晶硅基板中的(111)面的方向)，或与应形成切割起点领域的方向垂直的方向，在基板上形成取向平面，可将该取向平面作为基准，在基板上容易且正确地形成沿着应形成切割起点领域的方向的切割起点领域。
下面，参照图14，对用于上述的激光加工方法的激光加工装置进行说明。图14是激光加工装置100的概略构成图。
激光加工装置100，具有发生激光L的激光源101；为了调节激光L的输出及脉冲宽度等，对激光源101进行控制的激光源控制部102；具有激光L的反射功能并配置得能使激光L的光轴方向改变90°的二向色反射镜103；对二向色反射镜103反射的激光L进行聚光的聚光用透镜105；载置用聚光用透镜105聚光的、激光L照射的加工对象物1的载置台107；使载置台107在X轴方向上移动用的X轴阶台109；使载置台107在垂直于X轴方向的Y轴方向上移动用的Y轴阶台111；使载置台107在垂直于X轴及Y轴方向的Z轴方向上移动用的Z轴阶台113；以及控制这3个阶台109、111、113的移动的阶台控制部115。
该聚光点P在X(Y)轴方向的移动，是通过利用X(Y)轴阶台109(111)使加工对象物1在X(Y)轴方向移动来进行的。Z轴方向是与加工对象物1的表面3垂直的方向，所以，成为入射到加工对象物1的激光L的焦点深度的方向。这样，通过使Z轴阶台113在Z轴方向移动，可使激光L的聚光点P在加工对象物1的内部聚合。这样，例如，在加工对象物1具有多层构造那样的场合，可使聚光点P聚合在加工对象物1的基板或该基板上的积层部等所期望的位置。
激光源101是发生脉冲激光的Nd:YAG激光器。作为可用作激光源101的激光器，另外还有Nd:YVO4激光器、Nd:YLF激光器及钛蓝宝石激光器。本实施方式中，使用脉冲激光进行加工对象物1的加工，但如果能使多光子吸收发生，用连续波激光也行。
激光加工装置100，还具有发生的可见光线用于对载置在载置台107的加工对象物1进行照明的观察用光源117；配置在与二向色反射镜103和聚光用透镜105同一光轴上的可见光用的光束分离器119。在光束分离器119与聚光用透镜105间可配置二向色反射镜103。光束分离器119，具有使可见光线的约一半反射、另一半透过的功能，而且配置得能使可见光线的光轴的方向改变90°。观察用光源117发生的可见光线，被光束分离器119反射约一半，这被反射的可见光线透过二向色反射镜103及聚光用透镜105，对包含加工对象物1的切割预定线5等的表面3实施照明。此外，如果加工对象物1载置于载置台107时加工对象物1的背面处在聚光用透镜105的一侧，那么这里所说的“表面”当然就是“背面”。
激光加工装置100还具有光束分离器119、配置在与二向色反射镜103和聚光用透镜105同一光轴上的摄像元件121及结像透镜123。作为摄像元件121，例如有CCD照相机。对包含切割预定线5等的表面3进行照明的可见光线的反射光，透过聚光用透镜105、二向色反射镜103、及光束分离器119，经结像透镜123结像，被摄像元件121摄像，形成摄像数据。
激光加工装置100还具有输入从摄像元件121输出的摄像数据的摄像数据处理部125、控制激光加工装置100整体的整体控制部127、以及监视器129。摄像数据处理部125，根据摄像数据、演算使观察用光源117发生的可见光的焦点聚合在加工对象物1的表面3上用的焦点数据。根据该焦点数据，阶台控制部115通过对Z轴阶台113进行移动控制，使可见光的焦点聚合于加工对象物1的表面3。这样，摄像数据处理部125起自动聚焦单元的作用。此外，摄像数据处理部125，根据摄像数据演算表面3的扩大图像等的图像数据。该图像数据被送往整体控制部127，由整体控制部进行各种处理，送往监视器129。这样，使扩大图像等在监视器129上显示。
整体控制部127，将来自阶台控制部115的数据、来自摄像数据处理部125的图像数据等进行输入，再根据这些数据控制激光源控制部102、观察用光源117及阶台控制部115，以控制激光加工装置100整体。这样，整体控制部127起计算机单元的作用。
下面，参照图14及图15，对使用上述激光加工装置100时的切割起点领域形成工序进行说明。图15是说明本实施方式的切割起点领域形成工序用的流程图。
利用未图示的分光光度计等测量加工对象物1的光吸收特性。根据该测量结果、选定发生对加工对象物1透明的波长或吸收少的波长的激光L的激光源101(S101)。接着，测量加工对象物1的厚度。根据厚度的测量结果和加工对象物1的折射率，确定加工对象物1在Z轴方向的移动量(S103)。这是为使激光L的聚光点P处于加工对象物1的内部，以位于加工对象物1的表面3的激光L的聚光点P作为基准的加工对象物1在Z轴方向的移动量。该移动量被输入到整体控制部127。
将加工对象物1载置于激光加工装置100的载置台107上。而且，从观察用光源117发生可见光并对加工对象物1进行照明(S105)。利用摄像元件121对包含被照明的切割预定线5的加工对象物1的表面3进行摄像。由摄像元件121摄取的摄像数据被送往摄像数据处理部125。摄像数据处理部125，根据该摄像数据，对观察用光源117的可见光的焦点位于表面3那样的焦点数据进行演算(S107)。
该焦点数据被传输到阶台控制部115。阶台控制部115，根据该焦点数据，使Z轴阶台113在Z轴方向移动(S109)。这样，观察用光源117的可见光的焦点位于加工对象物1的表面3。此外，摄像数据处理部125，根据摄像数据，对包含切割预定线5的加工对象物1的表面3的扩大图像数据进行演算。该扩大图像数据，经整体控制部127被传输到监视器129，以此在监视器129上显示切割预定线5附近的扩大图像。
预先在步骤S103确定的移动量数据被输入到整体控制部127，该移动量数据传输到阶台控制部115。阶台控制部115，根据该移动量数据，在激光L的聚光点P位于加工对象物1的内部，利用Z轴阶台113使加工对象物1在Z轴方向上移动(S111)。
接着，通过激光源101使激光L发生，使激光L照射到加工对象物1的表面3的切割预定线5上。由于激光L的聚光点P位于加工对象物1的内部，所以使调质领域仅在加工对象物1的内部形成。而且，使X轴阶台109和Y轴阶台111能沿着切割预定线5移动，沿切割预定线5形成调质领域，并利用该调质领域，在加工对象物1的内部形成沿切割预定线5的切割起点领域(S113)。
以下，通过实施例，对本发明作更具体的说明。
对有关本发明的加工对象物切割方法的实施例1进行说明。此外，图17、图18及图22～图24，是沿图16中的加工对象物1的XVII-XVII线的部分截面图。此外，图19～图21，是沿图16中的加工对象物1的XIX-XIX线的部分截面图。
如图16及图17所示，在硅基板的加工对象物1的表面3，通过以矩阵状，与加工对象物1的取向平面16平行地形成多个功能元件17，来制作加工对象物1。在该加工对象物1的表面3侧，形成SiO2等的绝缘膜18，用该绝缘膜18覆盖表面3和功能元件17。
因此，加工对象物1是基板，功能元件17和绝缘膜18是设置于基板的表面的积层部。这里，所谓设置于基板的表面的积层部，是可堆积于基板表面、可贴合于基板表面、或安装于基板表面的部分等，不论其材料是否与基板相同。而且，设置于基板的表面的积层部中，有紧贴着基板设置的，还有与基板间存留间隙设置的，等等。例如，有通过结晶成长形成于基板上的半导体活性层、形成于基板上的功能元件(指光电二极管等的受光元件及激光二极管等的发光元件，或作为电路形成的电路元件等)、贴合于玻璃基板的其他玻璃基板等，积层部也包括用异种材料多层形成的部分。
接着，如图18所示，在加工对象物1的背面21贴合可扩张的扩张膜19，之后，例如，在上述的激光加工装置100的载置台107上，使加工对象物1的表面3侧与聚光用透镜105相对地载置加工对象物1。而且，使聚光点P聚合于加工对象物1的内部，照射激光L，在加工对象物1的内部形成调质领域7，利用该调质领域7，在离加工对象物1的表面(激光入射面)3规定距离内侧沿切割预定线5形成切割起点领域8(切割起点领域形成工序)。此外，由于加工对象物1为硅基板，因此，形成溶融处理领域作为调质领域7。
该切割起点领域形成工序中，如图19所示，离通过加工对象物1的厚度方向的中心位置的中心线CL，沿切割预定线5形成靠近表面(一端面)3侧的切割起点领域8。例如，硅基板的加工对象物1的厚度为100μm时，相对于切割起点领域8，位于表面3侧的非调质领域1a的厚度方向的宽度(以下、只说“宽度”)为20μm，切割起点领域8(即调质领域7)的宽度为40μm，相对于切割起点领域8，位于背面21侧的非调质领域1b的宽度为40μm。此外，加工对象物1的厚度为50μm时，非调质领域1a的宽度为10μm，切割起点领域8的宽度为20μm，非调质领域1b的宽度为20μm。
此外，除这样的“切割起点领域8的位置跨越中心线CL的情况”外，作为“离中心线CL靠近表面3的一侧的切割起点领域8”的形态，例如，有下面2种情况。即，如图20所示、“相对于中心线CL，切割起点领域8的所有部分位于表面3的一侧”，以及如图21所示、“2条切割起点领域8a、8b形成于表面3侧和背面21侧，背面21侧的切割起点领域8b位于中心线CL上，表面3侧的切割起点领域8a位于切割起点领域8b与表面3之间”。
例如，图20的情况，加工对象物1的厚度为100μm，非调质领域1a的宽度为30μm，切割起点领域8的宽度为10μm，非调质领域1b的宽度为60μm。此外，图21的情况，加工对象物1的厚度为200μm，非调质领域1a的宽度为20μm，切割起点领域8a的宽度为40μm、切割起点领域8a、8b间的非调质领域1c的宽度为20μm，切割起点领域8b的宽度为40μm，非调质领域1b的宽度为80μm。
此外，上述的切割起点领域形成工序中，激光L在切割预定线5上扫掠，但是，该切割预定线5也可设置成格子状，使在相邻的功能元件17、17间通过(参照图16)。而且，对该加工对象物1的切割预定线5的位置数据，被记忆在例如激光加工装置100的整体控制部127内的记忆部。
切割起点领域形成工序以后，如图22所示，经扩张膜19，从加工对象物1的背面(另一端面)21侧，将作为挤压手段的刀刃23向加工对象物1推压，以切割起点领域8作为起点使裂口24发生，并使该裂口24到达加工对象物1的表面3及背面21(挤压工序)。这样，加工对象物1被分割为各具有1个功能元件17的半导体芯片25。
在该挤压工序，读出记忆在记忆部的切割预定线5的位置数据，根据该位置数据控制刀刃23，刀刃23沿切割预定线5，被推压到加工对象物1上，这样，沿切割预定线5，加工对象物1被挤压。
这样，在切割起点领域形成工序中、记忆对加工对象物1的切割预定线5的位置数据，在挤压工序中、根据该位置数据、通过沿切割预定线5挤压加工对象物1，使得挤压力能够容易且正确地作用于在基板1内部形成的切割起点领域8。而且，通过沿切割预定线5挤压加工对象物1，可正确地为每个功能元件17切割加工对象物1，而且，挤压力对功能元件17的作用几乎不存在。
如图22所示的挤压工序那样，调质领域7位于加工对象物1的表面3附近时，沿调质领域7形成的切割起点领域(切割预定部)8那样将刀刃23向加工对象物1的背面21推压，分割切断加工对象物1。这是由于，刀刃23推压产生的弯曲应力中大的拉伸应力作用于调质领域7，所以能够用较小的力切割加工对象物1。
挤压加工对象物1后，如图23所示，扩张膜19向外方侧扩张，使半导体芯片25相互分离。通过这样使用扩张膜19使半导体芯片25相互分离，可容易地分拣半导体芯片25。
如以上说明的那样，在实施例1的加工对象物切割方法中，利用由多光子吸收形成的调质领域7，沿切割预定线5，在加工对象物1的内部形成切割起点领域8。此时，多光子吸收局部地在加工对象物1的内部发生，在加工对象物1的表面3及背面21几乎不吸收激光L，因此，可防止因激光L的照射引起的表面3及背面21的溶融。而且，由于在离加工对象物1的中心线CL靠近表面3的一侧形成切割起点领域8，因此，用刀刃23从背面21侧挤压加工对象物1时，与中心线CL上形成切割起点领域8的情况相比，可用小的挤压力，以切割起点领域8为起点，使加工对象物1上发生裂口24。因此，可防止在切割预定线5外发生不需要的破裂，而是可以沿切割预定线5高精度地切割加工对象物1。
此外，图16及图17所示的加工对象物1中，在相邻的功能元件17、17间(即，切割预定线5上)形成防静电等用的金属膜，在难以从加工对象物1的表面3侧照射激光L时，可如下那样形成切割起点领域8。即，如图24所示，在贴附扩张膜19前，在加工对象物1的表面3侧贴附保护功能元件17用的保护膜20，例如，在上述的激光加工装置100的载置台107上，使加工对象物1的背面21侧与聚光用透镜105相对地载置加工对象物1。而且，使聚光点P在加工对象物1的内部聚合，照射激光L，在加工对象物1的内部形成调质领域7，利用该调质领域7、沿切割预定线5形成离中心线CL靠近加工对象物1的表面3侧的切割起点领域8。
对有关本发明的加工对象物切割方法的实施例2进行说明。此外，图25～图27，是沿图16中的加工对象物1的XVII-XVII线的部分截面图。
与上述实施例1同样，制作图16及图17所示的加工对象物1，在离该加工对象物1的表面(激光入射面)3规定距离的内侧沿切割预定线5形成切割起点领域8(切割起点领域形成工序)。在实施例2的切割起点领域形成工序中，如图25所示，离通过加工对象物1的厚度方向的中心位置的中心线CL、沿切割预定线5形成靠近背面(一端面)21侧的切割起点领域8。
接着，如图26所示，在加工对象物1的表面3侧贴附保护膜20，再利用该保护膜20覆盖功能元件17。而且，经由扩张膜19从加工对象物1的表面(另一端面)3的一侧使刀刃23向加工对象物1推压，以切割起点领域8作为起点使裂口24发生，并使该裂口24到达加工对象物1的表面3及背面21(挤压工序)。这样，加工对象物1被分割为各具有1个功能元件17的半导体芯片25。
在该挤压工序，与实施例1同样，读出记忆在记忆部的切割预定线5的位置数据，根据该位置数据控制刀刃23，刀刃23沿切割预定线5被推压到加工对象物1，这样，加工对象物1就沿切割预定线5被挤压。
如图26所示的挤压工序那样，调质领域7位于加工对象物1的背面21附近时，沿调质领域7形成的切割起点领域(切割预定部)8那样将刀刃向加工对象物1的表面3推压，分割切断加工对象物1。这是由于，刀刃23推压产生的弯曲应力中大的拉伸应力作用于调质领域7，所以能够用较小的力切割加工对象物1。
接着，从加工对象物1上剥去保护膜20，与实施例1同样，扩张膜19向外方侧扩张，使半导体芯片25相互分离，对各半导体芯片25进行分拣。
如以上说明的那样，在实施例2的加工对象物切割方法中，可在离加工对象物1的中心线CL靠近背面21侧形成切割起点领域8。因此，用刀刃23从表面3侧挤压加工对象物1时，与中心线CL上形成切割起点领域8时比较，可用小的挤压力、以切割起点领域8为起点、使加工对象物1上发生裂口24。因此、可防止在切割预定线5外发生不需要的破裂、沿切割预定线5高精度地切割加工对象物1。而且，由于能用小的挤压力切割加工对象物1，可减轻从表面3侧挤压加工对象物1时对功能元件17的影响。
此外，在加工对象物1，在相邻的功能元件17、17间形成防静电等用的金属膜，在难以从加工对象物1的表面3侧照射激光L时，如图27所示，采取与上述实施例1同样的方法，使聚光点P在加工对象物1的内部聚合，照射激光L，在加工对象物1的内部形成调质领域7，利用该调质领域7，沿切割预定线5形成离中心线CL靠近加工对象物1的背面21侧的切割起点领域8。
本发明不限于前述实施方式。例如、在实施例1及实施例2的挤压工序中，沿切割预定线5挤压加工对象物1的表面3侧或背面21侧，但也可以使用辊等挤压加工对象物1的表面3侧或背面21侧的整体。此时，以切割起点领域8作为起点发生裂口24，所以能沿切割预定线5高效率地切割加工对象物1。此外，也可使用加压针等依次挤压加工对象物1的表面3侧或背面21侧的一部分(例如各功能元件17的部分)。此外，作为沿切割预定线5挤压加工对象物1的手段，除上述刀刃23外，还有割刀(cutter)等。
工业上的可利用性如以上说明的那样，按照本发明的加工对象物切割方法，可高精度切割加工对象物。
权利要求
1.一种加工对象物切割方法，其特征在于，具有使聚光点在基板状的加工对象物的内部聚合，照射激光，在所述加工对象物的内部形成由多光子吸收生成的调质领域，利用该调质领域，沿所述加工对象物的切割预定线，形成离所述加工对象物的厚度方向的中心位置，靠近所述加工对象物的一端面侧的切割起点领域的切割起点领域形成工序，以及从所述加工对象物的另一端面侧，挤压所述加工对象物的挤压工序。
2.根据权利要求1所述的加工对象物切割方法，其特征在于，所述挤压工序中，沿所述切割预定线挤压所述加工对象物。
3.根据权利要求2所述的加工对象物切割方法，其特征在于，所述切割起点领域形成工序中，记忆针对所述加工对象物的所述切割预定线的位置数据，所述挤压工序中，根据所述位置数据，沿所述切割预定线挤压所述加工对象物。
全文摘要
本发明提供一种能高精度切割加工对象物的加工对象物切割方法。按照该方法，使聚光点P在硅基板等的加工对象物1的内部聚合，照射激光L，在加工对象物1的内部形成由多光子吸收生成的调质领域7，利用该调质领域7，沿切割预定线形成离加工对象物1的厚度的中心线CL靠近加工对象物1的表面3侧的切割起点领域8。接着，从加工对象物1的背面21侧挤压加工对象物。这样，以切割起点领域8为起点发生破裂，可沿切割预定线实现高精度切割加工对象物1。
文档编号H01L21/301GK1642687SQ0380586
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月11日 优先权日2002年3月12日
发明者福世文嗣, 福满宪志 申请人:浜松光子学株式会社