专利名称：激光加工方法
技术领域：
本发明涉及用于切断板状加工对象物的激光加工方法。
背景技术：
作为利用激光加工来切断加工对象物的方法，有如以下非专利文献1所记载的。该非专利文献1所记载的激光加工方法是切断硅晶片的方法、并且是使用透过硅的近1μm的波长的激光，使该激光汇聚在晶片内部并连续地形成改质层，以其为开端而进行切断的方法。非专利文献1荒井一尚，「半导体晶片中的激光切割加工」，磨粒加工学会志，Vol.47，No.5，2003 MAY.229-231发明内容当使用上述那样的激光加工方法，在加工用激光的入射面是凹凸面的板状的加工对象物的内部形成改质区域时，存在在距离入射面规定距离内侧无法高精度形成改质区域的情况。在此情况下，造成加工对象物的切断精度降低。
因此，本发明有鉴于上述问题而成，其目的是提供一种可对加工用激光的入射面是凹凸面的板状加工对象物高精度地进行切断的激光加工方法。
为解决上述课题，本发明的激光加工方法为，使汇聚点对准板状的加工对象物的内部而照射加工用激光，由此沿着上述加工对象物的切断预定线，而在上述加工对象物的内部形成作为切断起点的改质区域，其特征在于在上述加工对象物的上述加工用激光的入射面为凹凸面，且上述切断预定线为跨越上述入射面的凹区域面及凸区域面的情况下，包含，在距离上述凹区域面规定距离内侧，沿着上述切断预定线形成第1改质区域的第1工序；和在距离上述凸区域面规定距离内侧，沿着上述切断预定线形成第2改质区域的第2工序；且在上述第1工序中，在沿着上述切断预定线上的上述凸区域面上的部分照射上述加工用激光时，使上述汇聚点对准上述加工对象物的外部，在上述第2工序中，在沿着上述切断预定线上的上述凹区域面上的部分照射上述加工用激光时，使上述汇聚点对准上述加工对象物的外部。
在本发明的激光加工方法中，在距离加工对象物上的加工用激光的入射面的凹区域面及凸区域面的规定距离内侧，各自以不同的工序来形成第1及第2改质区域。因此，即使在切断预定线为跨越入射面的凹区域面及凸区域面的情况下，也可在第1工序中，在距离凹区域面的规定距离内侧高精度地形成第1改质区域，且在第2工序中，在距离凸区域面的规定距离内侧高精度形成地第2改质区域。因此，根据本发明的激光加工方法，则可对加工用激光的入射面是凹凸面的板状加工对象物高精度地进行切断。
此外，凹区域面和第1改质区域的间的规定距离与凸区域面和第2改质区域的间的规定距离可以相同，也可以不同。另外，实施第1工序及第2工序的顺序并未特别限定。例如，可以在实施第1工序之后再实施第2工序，也可以在实施第2工序之后再实施第1工序。
另外，在第1工序中，优选在沿着切断预定线上的凹区域面上的部分照射加工用激光时，改变加工用激光的照射条件，以使加工用激光的汇聚点位于距离凹区域面规定距离内侧，在沿着切断预定线上的凸区域面上的部分照射加工用激光时，固定加工用激光的照射条件，而在第2工序中，优选在沿着切断预定线上的凸区域面上的部分照射加工用激光时，改变加工用激光的照射条件，以使加工用激光的汇聚点位于距离凸区域面规定距离内侧，在沿着切断预定线上的凹区域面上的部分照射加工用激光时，固定加工用激光的照射条件。
由此，在第1工序中沿着切断预定线上的凹区域面上的部分照射加工用激光时，可使加工用激光的汇聚点的位置追踪加工对象物的厚度方向上的入射面的位置改变(例如，入射面的凹凸或起伏等)。另外，在第1工序中沿着切断预定线上的凸区域面上的部分照射加工用激光时，可使加工用激光的汇聚点确实地位于加工对象物的外部。同样地，在第2工序中沿着切断预定线上的凸区域面上的部分照射加工用激光时，可使加工用激光的汇聚点的位置追踪加工对象物的厚度方向上的入射面的位置改变(例如，入射面的凹凸或起伏等)。另外，在第2工序中沿着切断预定线上的凹区域面上的部分照射加工用激光时，可使加工用激光的汇聚点确实地位于加工对象物的外部。
另外，优选在形成第1及第2改质区域之后，沿着切断预定线作切断切断加工对象物。由此，可将加工对象物沿着切断预定线高精度地切断。
根据本发明，可提供一种对加工用激光的入射面为凹凸面的板状加工对象物高精度地进行切断的激光加工方法。
图1是根据本实施方式的激光加工方法进行激光加工中的加工对象物的平面图。
图2是沿着图1所示加工对象物的II-II线的剖面图。
图3是根据本实施方式的激光加工方法进行激光加工后的加工对象物的平面图。
图4是沿着图3所示加工对象物的IV-IV线的剖面图。
图5是沿着图3所示加工对象物的V-V线的剖面图。
图6是由本实施方式的激光加工方法所切断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开点的大小的关系的图表。
图8是使用本实施方式的激光加工方法切断加工对象物时的裂开区域形成工序中的加工对象物的剖面图。
图9是使用本实施方式的激光加工方法切断加工对象物时的裂开成长工序中的加工对象物的剖面图。
图10是使用本实施方式的激光加工方法切断加工对象物时的裂开成长工序中的加工对象物的剖面图。
图11是使用本实施方式的激光加工方法切断加工对象物时的切断工序中的加工对象物的剖面图。
图12是表示由本实施方式的激光加工方法所切断的硅晶片的一部分的剖面的照片。
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的内部透射率间的关系图表。
图14是以模型表示本实施方式的激光加工方法中的加工对象物的一例的平面图。
图15是沿着图14中的XV-XV箭头的剖面图。
图16是进行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部分剖面图。
图17是进行本实施方式的激光加工方法的第1工序后的加工对象物的部分剖面图。
图18是进行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部分剖面图。
图19是进行本实施方式的激光加工方法的第2工序后的加工对象物的部分剖面图。
符号说明1 加工对象物5 切断预定线51a 切断预定线上的凸区域面上的部分51b 切断预定线上的凹区域面上的部分7 改质区域71 第1改质区域72 第2改质区域r 入射面r1 入射面的凸区域面r2 入射面的凹区域面L 加工用激光P 汇聚点具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。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质区域而利用称为多光子吸收的现象。因此，首先，对用于以多光子吸收形成改质区域的激光加工方法进行说明。
在光子的能量hv小于材料的吸收的带隙(band gap)EG时，在光学上成为透明。因此，在材料中产生吸收的条件是hv＞EG。但是，即便是光学上为透明，当使激光的强度非常大时，则在nhv＞EG的条件(n＝2，3，4，...)下在材料中产生吸收。该现象称为多光子吸收。在脉冲波的情况下，激光的强度由激光的汇聚点的峰值功率密度(W/cm2)所决定，例如在峰值功率密度为1×108(W/cm2)以上的条件下产生多光子吸收。峰值功率密度可由(汇聚点中的激光的每1脉冲的能量)÷(激光束光点剖面积×脉冲宽度)求得。另外，在连续波的情况下，激光的强度由激光的汇聚点的电场强度(W/cm2)决定。
针对利用上述多光子吸收的本实施方式所涉及的激光加工方法的原理，参照图1～图6进行说明。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为直线状延伸的假想线。本实施方式所涉及的激光加工方法中，如图2所示，在产生多光子吸收的条件下使汇聚点P对准加工对象物1的内部，并照射激光L而形成改质区域7。此外，所谓的汇聚点P是指激光L汇聚的位置。另外，切断预定线5不限为直线状、也可以是曲线状，另外，不限为假想线，也可以是在加工对象物1上实际划的线。
而且，通过使激光L沿着切断预定线5(即，图1的箭头A方向)相对移动，而使汇聚点P沿着切断预定线5移动。由此，如图3～图5所示，在加工对象物1的内部沿着切断预定线5形成改质区域7，此改质区域7成为切断起点区域8。在此，所谓切断起点区域8是指加工对象物1被切断时作为切断(裂开)的起点的区域。此切断起点区域8存在连续形成地使改质区域7形成的情况，也存在断续形成地使改质区域7形成的情况。
本实施方式所涉及的激光加工方法并不是通过加工对象物1吸收激光L而使加工对象物1发热并形成改质区域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而形成改质区域7。因此，在加工对象物1的表面3、激光L几乎不被吸收，所以加工对象物1的表面3不会熔融。
当在加工对象物1的内部形成切断起点区域8之后，因为变得容易以此切断起点区域8为起点而产生裂开，所以如图6所示，能以比较小的力将加工对象物1切断。因此，可在加工对象物1的表面3上不产生偏离切断预定线5的不必要的裂开的情况下对加工对象物1作高精度切断。
在以该切断起点区域8为起点的加工对象物1的切断中，考虑如下2种方法。1种是，在形成切断起点区域8后，通过对加工对象物1施加人为的力使加工对象物1以切断起点区域8为起点裂开，而使加工对象物1被切断的情况。这是例如加工对象物1的厚度大的情况下的切断。而所谓的施加人为的力是指，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施加弯曲应力或剪应力，通过对加工对象物1施加温度差而产生热应力。另1种方法是，通过形成切断起点区域8，而以切断起点区域8为起点朝向加工对象物1的剖面方向(厚度方向)自然地裂开，结果使加工对象物1切断的情况。这是，例如在加工对象物1的厚度小的情况下，可以利用1列的改质区域7而形成切断起点区域8，在加工对象物1的厚度大的情况下，可以利用在厚度方向形成多列的改质区域7而形成切断起点区域8。此外，在该自然地裂开的情况下，在要切断的位置上，可以在裂开未先达到与尚未形成切断起点区域8的部位相对应的部分的表面3上的条件下，可仅将与已形成切断起点区域8的部位相对应的部分割断，所以可控制良好地进行割断。近年来，因为硅晶片等的加工对象物1的厚度有变薄的倾向，所以这种控制性好的割断方法相当有效。
另外，在本实施方式所涉及的激光加工方法中，以利用多光子吸收所形成的改质区域而言，具有以下(1)～(3)的情况。
(1)改质区域为包含1个或多个裂开的裂开区域的情况使汇聚点对准加工对象物(例如由玻璃或LiTaO3所构成的压电材料)的内部，并在汇聚点的电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1μs以下的条件照射激光。该脉冲宽度的大小的条件是，使多光子吸收产生且不会对加工对象物的表面造成多余的损伤，可仅在加工对象物的内部形成裂开区域。由此，在加工对象物的内部会产生所谓因多光子吸收形成的光学损伤的现象。利用该光学损伤在加工对象物的内部诱发热变形，由此在加工对象物的内部形成裂开区域。电场强度的上限值例如是1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选为例如1ns～200ns。此外，因多光子吸收形成的裂开区域的形成记载于例如第45回激光热加工研究会论文集(1998年12月)的第23页～第28页的「利用固体激光高次谐波的玻璃基板的内部标号」。
本发明人利用实验求得电场强度与裂开的大小的关系。该实验条件如下所示。
(A)加工对象物派勒斯(pyrex)(注册商标)玻璃(厚度700μm)(B)激光光源半导体激光激发Nd:YAG激光波长1064nm激光点剖面积3.14×10-8cm2振荡形式Q切换脉冲重复频率100kHz脉冲宽度30ns输出输出＜1mJ/脉冲激光质量TEM00偏光特性直线偏光(C)汇聚用透镜对激光波长的透射率60％(D)承载加工对象物的载物台的移动速度100mm/秒此外，所谓的激光质量为TEM00，是指汇聚性高并可汇聚到激光波长程度。
图7是表示上述实验结果的图表。横轴为峰值功率密度，激光为脉冲激光，而电场强度以峰值功率密度表示。纵轴表示利用1脉冲的激光所形成在加工对象物的内部的裂开部分(裂开点)的大小。裂开点聚集而成为裂开区域。裂开点的大小是裂开点的形状当中的成为最大长度的部分的大小。图表中的黑圆点所示的数据是汇聚用透镜(C)的倍率为100倍而数值孔径(NA)为0.80的情况。一方面，以图表中的白圆点所示的数据是汇聚用透镜(C)的倍率为50倍而数值孔径(NA)为0.55的情况。可知从峰值功率密度为1011(W/cm2)左右时在加工对象物的内部产生裂开点，而随着峰值功率密度变大、裂开点也会变大。
其次，针对利用裂开区域形成而切断加工对象物的机构，参照图8～图11作说明。如图8所示，在发生多光子吸收的条件下使汇聚点P对准加工对象物1的内部并照射激光L，以沿着切断预定线内部形成裂开区域9。裂开区域9是包含1个或多个裂开的区域。如此形成的裂开区域9成为切断起点区域。如图9所示，以裂开区域9为起点(即，以切断起点区域为起点)裂开再成长，如图10所示，裂开到达加工对象物1的表面3和背面21，如图11所示，加工对象物1因加工对象物1裂开而被切断。到达加工对象物1的表面3和背面21的裂开有时是自然成长，也有时利用对加工对象物1施加力而成长。
(2)改质区域为熔融处理区域的情况使汇聚点对准加工对象物(例如，如硅那样的半导体材料)的内部，并在汇聚点的电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1μs以下的条件照射激光。由此，加工对象物的内部因多光子吸收而被局部加热。因该加热而在加工对象物的内部形成熔融处理区域。所谓的熔融处理区域是指一旦熔融后再固化的区域，或即将熔融状态的区域，或从熔融状态再固化的状态的区域，也可以是相变化后的区域或结晶结构改变的区域。另外，所谓的熔融处理区域，也可以是在单结晶结构、非晶结构、多结晶结构中，某结构变成其他结构的区域。即是指例如从单结晶结构变成非晶结构的区域、从单结晶结构变成多结晶结构的区域、以及从单结晶结构变成包含非晶结构及多结晶结构的构造的区域。在加工对象物为单晶硅结构的情况下，熔融处理区域例如为非晶硅结构。作为电场强度的上限值，例如为1×1012(W/cm2)。而脉冲宽度例如优选为1ns～200ns。
本发明人针对在硅晶片的内部形成熔融处理区域已利用实验加以确认。实验条件如下所示。
(A)加工对象物硅晶片(厚度350μm，外径4时)(B)激光光源半导体激光激发Nd:YAG激光波长1064nm激光点剖面积3.14×10-8cm2振荡形态Q切换脉冲重复频率100kHz脉冲宽度30ns输出20μJ/脉冲激光质量TEM00偏光特性直线偏光(C)汇聚用透镜倍率50倍N.A.0.55对激光波长的透射率60％(D)承载加工对象物的载物台的移动速度100mm/秒图12表示利用上述条件的激光加工所切断的硅晶片的一部分的剖面照片。在硅晶片11的内部形成有熔融处理区域13。此外，由上述条件所形成的熔融处理区域13的厚度方向的大小为100μm左右。
对利用多光子吸收形成熔融处理区域13进行说明。图13表示激光的波长与硅基板的内部透射率间的关系图表。其中，除去硅基板的表面侧和背面侧各自的反射成分，仅表示内部的透射率。针对硅基板的厚度t为50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm分别表示上述关系。
例如，在作为Nd:YAG激光波长的1064nm上，在硅基板的厚度是500μm以下的情况下，可知在硅基板的内部、激光透过80％以上。图12所示的硅晶片11的厚度为350μm，所以因多光子吸收产生的熔融处理区域13形成在硅晶片11的中心附近，即形成在距离表面175μm的部分。在此情况下透射率，在参考厚度200μm的硅晶片时，则是90％以上，所以激光仅少部分在硅晶片11的内部被吸收，大部分透过。这并不是指激光在硅晶片11的内部被吸收而使熔融处理区域13形成在硅晶片11的内部(即由激光产生的一般的加热而形成熔融处理区域)，而是指由于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讲演概要第66集(2000年4月)的第72页～第73页的「利用微微秒脉冲激光的硅加工特性评价」。
此外，硅晶片以熔融处理区域所形成的切断起点区域为起点而朝剖面方向产生裂开，并通过其裂开到达硅晶片的表面和背面，结果进行切断。到达硅晶片的表面和背面的该裂开有自然成长的情况，也有通过对硅晶片施加力而成长的情况。而且，在裂开是从切断起点区域自然地成长到硅晶片的表面和背面的情况下，存在从形成切断起点区域的熔融处理区域从熔融的状态使裂开成长的情况，和从形成切断起点区域的熔融处理区域在从熔融状态而再固化时使裂开成长的情况。但是，在任何情况下，熔融处理区域都仅形成在硅晶片的内部，在切断后的切断面上，如图12所示仅在内部形成熔融处理区域。如此，当在加工对象物的内部由熔融处理区域形成切断起点区域时，因为在割断时，难以生成离开切断起点区域线的不必要的裂开，所以割断控制容易。
(3)改质区域为折射率变化区域的情况使汇聚点对准加工对象物(例如玻璃)的内部，并在汇聚点中的电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1ns以下的条件下照射激光。当使脉冲宽度极短而使加工对象物的内部引起多光子吸收时，由多光子吸收产生的能量未转化成热能，在加工对象物的内部诱发离子价数变化、结晶化或分极配向等永久的结构变化，而形成折射率变化区域。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，更优选为1ps以下。由多光子吸收产生的折射率变化区域的形成记载于，例如，第42回激光热加工研究会论文集(1997年11月)第105页～第111页的「利用飞秒激光照射的对玻璃内部的光诱发构造形成」。
以上，针对利用多光子吸收形成的改质区域(1)～(3)的情况进行了说明，如果考虑晶片状加工对象物的结晶结构或其脆裂性(劈开性)等而如下所述形成切断起点区域，则以其切断起点区域为起点，能以更小的力高精度地切断加工对象物。
即，在由硅等钻石结构的单结晶半导体所成的基板的情况下，优选沿着(111)面(第1劈开面)或(110)面(第2劈开面)的方向形成切断起点区域。另外，在由GaAs等闪锌矿型结构的III-V族化合物半导体所构成的基板的情况下，优选沿着(110)面的方向形成切断起点区域。再者，在具有蓝宝石(Al2O3)等六方晶系的结晶结构的基板的情况下，优选以(0001)面(C面)为主面而沿着(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切断起点区域。
而且，若沿着应形成上述切断起点区域的方向(例如，沿着单晶硅基板上的(111)面的方向)，或沿着与应形成切断起点区域的方向垂直的方向在基板形成定向面(orientation flat)，则通过以其定向面为基准，可容易且正确地在基板上形成沿着应形成切断起点区域的方向的切断起点区域。
其次，针对本发明的优选实施方式进行说明。图14是以模型表示本实施方式的激光加工方法中的加工对象物的一例的平面图。图15是沿着图14中的XV-XV箭头的剖面图。
本实施方式中，加工对象物1由具有凸部4a及位于凸部4a，4a间的凹部4b的基板4构成。作为这种加工对象物1，可例举MEMS(微机电系统Micro-Electro-Mechanical Systems)。而基板4的厚度d为，在凸部4a存在的位置例如为300μm，在凹部4b存在的位置例如为100μm。作为基板4可举出例如硅晶片等。在加工对象物1中，基板4的凸部4a及凹部4b侧的表面作为激光L(加工用激光)的入射面r。入射面r是，具有作为凸部4a的顶面的凸区域面r1，和作为凹部4b的底面的凹区域面r2的凹凸面。凸区域面r1是，例如相当于剖面矩形的凸部4a的顶面。凹区域面r2是，例如相当于剖面矩形的凹部4b的底面。在凹区域面r2和凸区域面r1之间设置有在加工对象物1的厚度方向的阶梯r3。凸部4a的高度(阶梯r3的高度)ΔH例如为200μm。
此外，凹部4b可以是通过蚀刻硅晶片等的加工对象物1而形成。另外，凸部4a的构成材料，可以是与基板4中的凸部4a以外部分的构成材料相同、或不同。例如，凸部4a由硅氧化物构成，基板4中的凸部4a以外的部分也可以由硅构成。
入射面r上形成有跨越凹区域面r2及凸区域面r1而形成格子状的切割道，在其切割道上设定有作为假想线的切断预定线5。切断预定线5由凸区域面r1上的部分51a和凹区域面r2上的部分51b构成。此外，切断预定线5用于想定切断位置，也可以在加工对象物1上不形成切割道。切断预定线5例如由与基板4的定向面6平行的线及垂直的线构成。
其次，针对切断以上构成的加工对象物1用的本实施方式所涉及的激光加工方法的一例进行说明。图16～图19是本实施方式的激光加工方法的各工序或是在各工序后的加工对象物的部分剖面图。
(第1工序)在第1工序中，如图16(a)所示，在沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L时，使汇聚点P对准基板4的外部并照射激光L。汇聚点P，例如位于基板4的入射面r的相反侧的面的下方。在此情况下，基板4的内部不形成改质区域。
一方面，如图16(b)所示，在沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b照射激光L时，使汇聚点P对准基板4的内部而照射激光L。由此，如图17所示，沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b，在基板4的内部形成作为切断起点的改质区域71(第1改质区域)。改质区域71在加工对象物1的厚度方向上，形成在距离凹区域面r2距离d1内侧。
此外，如图16(a)及图16(b)所示，激光L利用例如由压电组件等构成的致动器32保持的物镜30进行汇聚。致动器32连接有用于控制致动器32的控制器39。通过利用控制器39调整该致动器32的伸缩量而可调整加工对象物1的厚度方向的汇聚点P的位置。由此，可使汇聚点P的位置从加工对象物1的内部往外部，或是从加工对象物1的外部往内部自由地移动。此外，汇聚点P的位置也依赖于从物镜30出射的激光L的出射角、基板4的厚度d及基板4的构成材料的折射率。
在此，如图16(a)所示，在沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L时，优选固定激光L的照射条件。另外，如图16(b)所示，在沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b照射激光L时，优选以激光L的汇聚点P位于距离凹区域面r2距离d1内侧的方式而改变激光L的照射条件。作为激光L的照射条件，可例举如加工对象物1的厚度方向的物镜30的位置。该物镜30的位置利用控制器39控制致动器32的伸缩量而进行调整。
具体的说，例如图16(a)所示，在沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L时，使致动器32的伸缩停止且将加工对象物1的厚度方向的物镜30的位置固定在规定位置，使激光L的汇聚点P的位置确实地位于加工对象物1的外部。另外，例如，如图16(b)所示，在沿着切断预定线5上的区域面r2上的部分51b照射激光L时，使物镜30的位置以追踪凹区域面r2的微小的凹凸或起伏(均为数μm～数十μm)的方式而改变位置。由此，可沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b，在距离凹区域面r2距离d1内侧的规定位置上形成改质区域71。即，在凹区域面r2的内侧，以追踪加工对象物1在厚度方向上的入射面r的位置改变的方式而形成改质区域71。
如上所述，优选在凹区域面r2和凸区域面r1之间，即在阶梯r3的位置，使激光L的照射条件从固定的状态切换为变化的状态，或者是从变化的状态切换成固定的状态。由此，在沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L时，可使汇聚点P确实地对准加工对象物1的外部。这在凸部4a的高度ΔH为100μm以上的情况下特别有效。另外，在入射面r具有微小的凹凸或起伏(均为数μm～数十μm)的情况下，可配合入射面r的位置改变来调整物镜30的位置，以使改质区域形成在距离入射面r规定距离内侧的位置上(自动对焦机构)。但是，在凸部4a的高度ΔH大时则致动器32的驱动量或驱动时间变大，因而难以追踪阶梯r3而驱动物镜30。对此，在本实施方式的第1工序中，以在凹区域面r2上汇聚点P的位置在加工对象物1的内部(更优选在形成改质区域71的位置附近)，且在凸区域面r1上汇聚点P的位置在加工对象物1外部的方式来设定物镜30的位置，该位置为在激光L通过凸区域面r1时的物镜30的固定位置，且是在利用致动器32追踪入射面r的微小凹凸或起伏而可在距离凹区域面r2规定距离内侧的位置上形成改质区域71时用的驱动物镜30的基准位置。因此，在将物镜30从凹区域面r2上往凸区域面r1上移动的情况，或将物镜30从凸区域面r1上往凹区域面r2上移动的情况的任何一者下，在阶梯r3的位置使物镜30从变动的状态改变为固定的状态，或者是从固定的状态改变为变动状态时，即使ΔH大也没有必要使物镜30的位置进行大的移动。因而，在物镜30通过阶梯r3上面时，因为可使物镜30顺畅地移动，所以可在加工对象物1的内部的正确位置上形成改质区域71。
此外，本实施方式在第1工序中，形成了1列的改质区域71，但是改质区域的列数不受此限定。例如，改质区域也可以形成2列以上。
(第2工序)在第2工序中，如图18(a)所示，在沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L时，使汇聚点P对准基板4的内部并照射激光L。由此，沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a，在基板4的内部形成作为切断起点的改质区域72(第2改质区域)。改质区域72在加工对象物1的厚度方向上，形成在距离凸区域面r1距离d2内侧。
一方面，如图18(b)所示，在沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b照射激光L时，使汇聚点P对准基板4的外部而照射激光L。汇聚点P位于例如，基板4的入射面r的上方。在此情况下，在基板4的内部不形成改质区域。
在此，如图18(a)所示，在沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L时，优选以使激光L的汇聚点P位于距离凸区域面r1距离d2内侧的方式而改变激光L的照射条件。另外，如图18(b)所示，在沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b照射激光L时，优选固定激光L的照射条件。在激光L的照射条件方面，可例举在加工对象物1的厚度方向的物镜30的位置。该物镜30的位置利用控制器39控制致动器32的伸缩量而进行调整。
具体的说，例如图18(a)所示，在沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L时，使物镜30的位置以追踪凸区域面r1的微小凹凸或起伏(均为数μm～数十μm)的方式进行位置改变。由此，可沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a，在距离凸区域面r1距离d2内侧的规定位置上形成改质区域72。即，在凸区域面r1上的内侧，以追踪加工对象物1在厚度方向上的入射面r的位置改变方式而形成改质区域72。另外，例如，图18(b)所示，在沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b照射激光L时，使致动器32停止伸缩、并将加工对象物1的厚度方向的物镜30的位置固定在规定位置，而使激光L的汇聚点P的位置确实地位于加工对象物1的外部。
如上所述，优选在凹区域面r2和凸区域面r1之间，即在阶梯r3的位置，使激光L的照射条件从变化的状态切换成固定的状态，或者是从固定的状态切换成变化的状态。由此，在沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b照射激光L时，可使汇聚点P容易确实地对准加工对象物1的外部。这在凸部4a的高度ΔH为100μm以上的情况下特别有效。另外，在入射面r具有微小凹凸或起伏(均为数μm～数十μm)的情况下，可配合入射面r的变位来调整物镜30的位置，以使改质区域形成在距离入射面r规定距离内侧的位置上(自动对焦机构)。但是，当凸部4a的高度ΔH大时则致动器32的驱动量或驱动时间变大，因而难以追踪阶梯r3而驱动物镜30，对此，在本实施方式的第2工序中，以在凸区域面r1上汇聚点P的位置在加工对象物1的内部(更优选在形成有改质区域72的位置附近)，且在凹区域面r2上汇聚点P的位置在加工对象物1的外部的方式来设定物镜30的位置，该位置为在激光L通过凹区域面r2时的物镜30的固定位置，且是在利用致动器32追踪入射面r的微小凹凸或起伏而可在距离凸区域面r1规定距离内侧的位置上形成改质区域72时用的驱动物镜30的基准位置。因此，在将物镜30从凹区域面r2上往凸区域面r1上移动的情况，或者使物镜30从凸区域面r1上往凹区域面r2上移动的情况的任何一者下，在阶梯r3的位置使物镜30从变动的状态改变为固定的状态，或者从固定的状态改变为变动的状态时，即便是ΔH大也没有必要使物镜30的位置进行大的移动。因而，在物镜30通过阶梯r3上面时，因为可使物镜30顺畅移动，所以可在加工对象物1的内部的正确位置上形成改质区域72。
下面，如图19所示，利用与改质区域72的形成方法同样的方法，向入射面r侧依次形成改质区域73～77。沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a形成改质区域73～77。改质区域72～77在加工对象物1的厚度方向上相互间隔配置。
此外，本实施方式中，在第2工序中形成6列的改质区域72～77，但是改质区域的列数不受此限定。例如，仅形成1列改质区域也可以，2列以上形成也可以。优选改质区域的列数对应凸部4a的高度ΔH适宜设定。
另外，改质区域71～77与上述的改质区域7同样，可以由连续形成的改质区域所成，也可以是由隔开规定间隔而断续形成的改质区域所构成。
(切断工序)在形成改质区域71～77之后，将延展带(expand tape)(未图示)等扩张膜贴附于加工对象物1上，利用延展装置(未图标)对扩张膜进行扩张，由此，将加工对象物1沿着切断预定线5切断而使加工切片彼此分离。此外，也可以在形成改质区域71～77之前将扩张膜贴附于加工对象物1上。另外，在切断工序中，不限定为扩张膜的扩张，也可以利用其它的应力施加方法对加工对象物1进行切断。另外，例如，在以已形成的改质区域为起点的裂开延伸到加工对象物1的入射面r及与入射面r的反对侧的面而已完成切断的情况下，利用延展带等扩张膜的延展使加工切片彼此的间隔变宽而使相邻的加工切片分离。如此，可将加工对象物1沿着切断预定线5进行高精度切断。
如上述说明，在本实施方式的激光加工方法中，因为是在入射面r的凹区域面r2及凸区域面r1上的加工对象物1的内部，利用不同的工序而分别形成改质区域71，72，所以在切断预定线5跨越入射面r的凹区域面r2及凸区域面r1的情况下，可在第1工序中，在距离凹区域面r2距离d1内侧高精度地形成改质区域71，且在第2工序中，在距离凸区域面r1距离d2内侧高精度地形成改质区域72。因此，根据本实施方式的激光加工方法，则可对激光L的入射面r为凹凸面的加工对象物1进行高精度的切断。
另外，也可将测量用激光照射在入射面r上，由测量用激光的反射光来判断阶梯r3的位置。具体的说，例如利用在非点相差法中使用的4分割位置检测元件来检测反射光的非点信号或全光量信号。可根据反射光的非点信号或全光量信号判断阶梯r3的位置。例如，在反射光的非点信号超过规定的临界值的情况下，或是反射光的全光量信号超过规定的临界值的情况下，可判断已到达阶梯r3的位置。此外，在测量用激光的汇聚点位于入射面r的情况下，反射光的非点信号大约是零，反射光的全光量信号成为最大。
在得知阶梯r3的位置之后，可在使激光L沿着切断预定线5移动时确定激光L的汇聚点P的位置是从加工对象物1的内部移往外部、或是由加工对象物1的外部移往内部的定时。另外，可决定利用致动器32使物镜30的位置在加工对象物1的厚度方向变化的定时或固定的定时。
以上，已针对本发明的优选实施方式进行了详细地说明，但是本发明不受上述实施方式所限定。
例如，第1及第2工序的实施顺序并未特别限定。例如，可以在第2工序之后再实施第1工序。也可以在形成改质区域72～77之后、再形成改质区域71。
另外，在第1及第2工序任何一者中，激光L的移动的方向并未特别限定。例如，可以在沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L之后，沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b照射激光L，也可以是在沿着切断预定线5上的凹区域面r2上的部分51b照射激光L之后，再沿着切断预定线5上的凸区域面r1上的部分51a照射激光L。
另外，在第1及第2工序任何一者中，在阶梯r3的位置使汇聚点P的位置从加工对象物1的内部往外部或从加工对象物1的外部往内部移动时，例如，也可以使物镜30在加工对象物1的厚度方向进行大的移动。这在凸部4a的高度ΔH不高的情况下特别有效。
另外，在第1及第2工序任何一者中，在汇聚点P的位置处于加工对象物1的内部的情况下，使用具有容易形成改质区域的能量的激光L，而在汇聚点P的位置处于加工对象物1的外部的情况下，使用具有难以形成改质区域的能量的激光L。由此，在加工对象物1的内部中的形成改质区域的部分以外的部分上，可进一步降低激光L所造成的损伤。例如通过使激光L脉冲振荡而可获得具有容易形成改质区域的能量的激光L。另外，例如利用连续振荡激光L可获得具有难以形成改质区域的能量的激光L。
另外，形成改质区域71～77的顺序没有特别限定。例如，也可以依次形成改质区域77，76，75，74，73，72，71。此外，在使改质区域72～77向入射面r侧依次形成的情况下，可防止激光L被已经形成的改质区域遮断。
另外，改质区域71～77不受限为利用在加工对象物1的内部产生的多光子吸收而形成的。也可以利用在加工对象物1的内部产生与多光子吸收同等的光吸收而形成改质区域71～77。
另外，凹区域面r2和改质区域71之间的距离d1与凸区域面上r1和改质区域72之间的距离d2可以相同，也可以是互异。
另外，入射面r中的阶梯r3的位置可以是例如预先利用阶梯计来测量。另外，也可以由加工对象物1的设计值来算出阶梯r3的位置。而在得知阶梯r3的位置之后，将载置有加工对象物1的载物台的标尺坐标读取到激光L的控制装置，在阶梯r3的位置，使激光L的汇聚点P从加工对象物1的内部往外部移动也可以，也可以将激光L的汇聚点P从加工对象物1的外部往内部移动。另外，在阶梯r3的位置上，可以使激光L的照射条件从变化的状态切换为固定的状态，也可以将激光L的照射条件从固定的状态切换为变化的状态。
另外，也可以沿着切断预定线5一边形成改质区域71～77一边将测量用激光对入射面r照射以测量其反射光，并由反射光的变化来判断阶梯r3的位置。
另外，在本实施方式中，使用硅制的半导体晶片作为加工对象物1，但是半导体晶片的材料不受此所限定。在半导体晶片的材料方面，例如可举出硅以外的IV族元素半导体、含有像SiC那样的IV族元素的化合物半导体、含有III-V族元素的化合物半导体、含有II-VI族元素的化合物半导体、以及再掺杂有各种掺杂物(不纯物)的半导体等。而且，加工对象物1也可以是设置在半导体装置与支持基板之间设置有绝缘层的SOI(绝缘硅Silicon-On-insulator)晶片。
产业上的利用性根据本发明，则可提供一种可对加工用激光的入射面为凹凸面的板状加工对象物进行高精度切断的激光加工方法。
权利要求
1.一种激光加工方法，是使汇聚点对准板状的加工对象物的内部而照射加工用激光，由此沿着所述加工对象物的切断预定线，而在所述加工对象物的内部形成作为切断起点的改质区域，其特征在于在所述加工对象物中的所述加工用激光的入射面为凹凸面，且所述切断预定线为跨越所述入射面的凹区域面及凸区域面的情况下，包含在距离所述凹区域面规定距离内侧，沿着所述切断预定线形成第1改质区域的第1工序；和在距离所述凸区域面规定距离内侧，沿着所述切断预定线形成第2改质区域的第2工序；且在所述第1工序中，在沿着所述切断预定线上的所述凸区域面上的部分照射所述加工用激光时，使所述汇聚点对准所述加工对象物的外部，在所述第2工序中，在沿着所述切断预定线上的所述凹区域面上的部分照射所述加工用激光时，使所述汇聚点对准所述加工对象物的外部。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于在所述第1工序中，在沿着所述切断预定线上的所述凹区域面上的部分照射所述加工用激光时，改变所述加工用激光的照射条件，以使所述加工用激光的汇聚点位于距离所述凹区域面规定距离内侧，在沿着所述切断预定线上的所述凸区域面上的部分照射所述加工用激光时，固定所述加工用激光的照射条件；在所述第2工序中，在沿着所述切断预定线上的所述凸区域面上的部分照射所述加工用激光时，改变所述加工用激光的照射条件，以使所述加工用激光的汇聚点位于距离所述凸区域面规定距离内侧，在在沿着所述切断预定线上所述凹区域面上的部分照射所述加工用激光时，固定所述加工用激光的照射条件。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于在形成所述第1及第2改质区域之后，沿着所述切断预定线切断所述加工对象物。
全文摘要
本发明提供一种可对加工用激光的入射面为凹凸面的板状加工对象物进行高精度切断的激光加工方法。其通过使汇聚点对准板状加工对象物的内部而照射激光，由此沿着切断预定线5形成作为切断起点的改质区域(71～77)。切断预定线(5)跨越入射面(r)的凹区域面(r2)及凸区域面(r1)。改质区域(71)形成在距离凹区域面(r2)规定距离内侧。在沿着凸区域面(r1)上的部分(51a)照射激光时，使汇聚点对准加工对象物的外部。改质区域(72)形成在距离凸区域面(r1)规定距离内侧。在沿着凹区域面(r2)上的部分(51b)照射激光时，使汇聚点对准加工对象物的外部。
文档编号B23K101/40GK101040369SQ200580035120
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月5日 优先权日2004年10月13日
发明者久野耕司, 铃木达也 申请人:浜松光子学株式会社