激光加工方法

专利名称：激光加工方法
技术领域：
本发明涉及用于沿着切断预定线切断板状的加工对象物的激光加工方法。
背景技术：
作为现有的激光加工方法，已知有一种方法，其通过将聚光点对准于板状的加工对象物的内部并照射激光，从而沿着加工对象物的切断预定线，在加工对象物的内部形成作为切断的起点的改质区域(例如，参照专利文献l)。
专利文献1:日本专利申请公开第2005-129851号公报

发明内容
但是，上述的激光加工方法中，通过在加工对象物的内部形成有改质区域，在激光加工时可能产生以下的问题。即，如果在加工对象物的内部形成有改质区域，则在于加工对象物的厚度方向平行且相对于包括切断预定线的面垂直的方向上产生内部应力，在加工对象物产生弯曲。该加工对象物的弯曲的程度，例如在制造分立器件等极小芯片的情况下，或者在对一条切断预定线形成多列改质区域的情况下特
别显著。结果，有可能产生以下的问题加工对象物的表面的变位从搭载于激光加工装置并控制激光的聚光点位置的自动聚焦功能的可追踪区偏离，加工对象物被不合意图地切断。
所以，本发明的目的在于，提供一种能够抑制激光加工时的加工对象物的弯曲的激光加工方法。
为了达到上述目的，本发明涉及的激光加工方法，其特征在于，通过将聚光点对准于板状的加工对象物的内部并照射激光，从而沿着加工对象物的切断预定线，在加工对象物的内部形成作为切断的起点的改质区域，该激光加工方法包括在加工对象物的内部形成第1改
4质区域，从第1改质区域产生沿着平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方向延伸的第1裂纹的工序；以及在加工对象物的内部形成第2改质区域，以连接于第1裂纹的方式从第2改质区域产生沿着平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方向延伸的第2裂纹的工序。
该该激光加工方法中，将聚光点对准于加工对象物的内部并照射激光，沿着加工对象物的切断预定线，在加工对象物的内部形成作为切断的起点的第1改质区域和第2改质区域。由此，在平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方向上，产生从第1改质区域延伸的第1裂纹，并且，在平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方向上，产生从第2改质区域延伸的第2裂纹，第1裂纹和第2裂纹连接。S卩，激光加工时，加工对象物的夹着切断预定线的两侧部分分别被咬合，所以，通过形成改质区域，能够减小所产生的平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面垂直的方向的内部应力。结果，能够抑制激光加工时的加工对象物的弯曲。
在此，优选包括通过将聚光点对准于加工对象物的内部并照射
激光，从而沿着切断预定线，在加工对象物的内部形成作为切断的起
点的第3改质区域，从第3改质区域产生平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方向延伸的第3裂纹的工序，形成第2改质区域并产生第2裂纹的工序中，以连接于第3裂纹的方式从第2改质区域产生第2裂纹。
在该情况下，激光加工时，从第3改质区域产生沿着平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方向延伸的第3裂纹，第2裂纹和第3裂纹连接。g卩，激光加工时，第1裂纹、第2裂纹以及第3裂纹使得加工对象物的夹着切断预定线的两侧部分分别咬合，所以，通过形成改质区域，能够进一步减小所产生的平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面垂直的方向的内部应力。结果，能够进一步抑制激光加工时的加工对象物的弯曲。并且，形成第1改质区域并产生第1裂纹的工序和形成第3改质区域并产生第3裂纹的工序的顺序不同。另外，优选加工对象物为，具有沿着平行于加工对象物的厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方向延伸的解离面的晶体结构体。由于该加工对象物沿着平行于其厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方向容易裂开，因而能够可靠地形成改质区域，在该方向上产生裂纹。
另外，加工对象物有时具备半导体基板，改质区域有时包括溶融处理区域。
另外，优选还包括以改质区域为切断的起点，沿着切断预定线切断加工对象物的工序。由此，能够精度良好地沿着切断预定线切断加工对象物。


图1是本实施方式涉及的激光加工装置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ii-n线的截面图。图3是本实施方式涉及的激光加工装置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是由本实施方式涉及的激光加工装置切断的加工对象物的平面图。
图7是本实施方式涉及的激光加工装置中的电场强度和破裂点的大小的关系的示意图。
图8是本实施方式涉及的激光加工装置的第1工序中的加工对象物的截面图。
图9是本实施方式涉及的激光加工装置的第2工序中的加工对象物的截面图。
图10是本实施方式涉及的激光加工装置的第3工序中的加工对象物的截面图。
图11是本实施方式涉及的激光加工装置的第4工序中的加工对象物的截面图。图12是由本实施方式涉及的激光加工装置切断的硅晶圆的一部分 的截面的照片。
图13是本实施方式涉及的激光加工装置中的激光的波长和硅基板 内部的透过率的关系的示意图。
图14是作为本发明的第1实施方式涉及的激光加工方法的对象的 加工对象物的正面示意图。
图15是沿图14中的XV-XV线的部分截面图。
图16是用于说明本发明的第1实施方式涉及的激光加工方法的图。
图17是用于说明图16所示的激光加工方法的作用的图。 图18是用图16所示的激光加工方法切断的加工对象物的切断面 的状态的截面示意图。
图19是用于说明图16所示的激光加工方法的其他示例的图。
图20是用于说明本发明的第2实施方式涉及的激光加工方法的图。
图21是用于说明本发明的第3实施方式涉及的激光加工方法的图。
图22是用于说明图21所示的激光加工方法的后续的说明图。 符号说明
1、 50、 60:加工对象物；5:切断预定线；al、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6、 a8、 a9、 a10、 bl、 b2、 b3、 b4、 b5、 b6、 b8、 b9、 bl0:裂纹； Ml、 M2、 M3、 M5、 M6、 M8、 M9、 M10:改质区域；P:聚光点。
具体实施例方式
以下，参照附图，详细地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质区域，利 用多光子吸收的现象。所以，首先说明利用多光子吸收来形成改质区 域的激光加工方法。
如果光子的能量hi)小于材料的吸收的带隙(band gap) EG，则光 学上透明。所以，在材料上产生吸收的条件为hi)〉EG。但是，即使光学透明，如果激光的强度非常大，则在nhu〉EG的条件(1!=2、3、4、……) 下，在材料上产生吸收。该现象被称为多光子吸收。在脉冲波(pulse wave)的情况下，激光的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。峰值功率密度由(聚光点上的激光的一个脉冲的能量) + (激光的束斑截面积X脉冲宽度)算出。另外，在连续波的情况下，
激光的强度由激光的聚光点的电场强度(W/cm2)决定。
参照图1 6，说明利用这种多光子吸收的本实施方式涉及的激光加 工方法的原理。如图1所示，在晶圆状(板状)加工对象物1的表面3 上，存在着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，将聚光点P对准于加工对象物1的内部 并照射激光L，形成改质区域7。并且，聚光点P是激光L聚光的地方。 切断预定线5不限定于直线状，可以为曲线状，也不限定于假想线， 可以为加工对象物1上实际画出的线。
然后，通过使激光L沿着切断预定线5 (即图1的箭头A方向) 相对地移动，从而使聚光点P沿着切断预定线5移动。由此，如图3 5 所示，改质区域7沿着切断预定线5形成于加工对象物I内部，该改 质区域7成为切断起点区域8。在此，切断起点区域8是指切断加工对 象物1时作为切断(裂纹)的起点的区域。该切断起点区域8，有时通 过改质区域7连续地形成而形成，有时通过改质区域7断续地形成而 形成。
本实施方式涉及的激光加工方法中，由于激光L在加工对象物1 的表面3几乎不被吸收，因而加工对象物1的表面3不熔融。
如果在加工对象物1的内部形成切断起点区域8,则裂纹容易以该 切断起点区域8作为起点而产生，因而如图6所示，能够用较小的力 切断加工对象物l。于是，可以不在加工对象物l的表面3上产生不必 要的裂纹就高精度地切断加工对象物1。
对于以该切断起点区域8作为起点的加工对象物1的切断，可考 虑以下的两种情况。 一种情况为，在形成切断起点区域8后，通过向 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，切断加工对象物1。这是例如加工对象物1的厚度较大时的切 断。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向加 工对象物1施加弯曲应力或剪切应力，或者通过向加工对象物1赋予
温度差而产生热应力。另一种情况为，通过形成切断起点区域8，从而 将该切断起点区域8作为起点，向加工对象物1的截面方向(厚度方 向)自然地裂开，切断加工对象物1。这在例如加工对象物1的厚度较 小的情况下，通过由1列改质区域7形成切断起点区域8而成为可能， 在加工对象物1的厚度较大的情况下，通过由在厚度方向上形成的多 列改质区域7形成切断起点区域8而成为可能。并且，在该自然地裂 开的情况下，在切断的地方，切割不会先行到达与未形成有切断起点 区域8的部位相对应的部分的表面3上，能够仅割断与形成有切断起 点区域8的部位相对应的部分，因而能够良好地控制切断。近年来， 由于硅晶圆等加工对象物1的厚度具有变薄的倾向，因而这种控制性 良好的割断方法很有效。
本实施方式涉及的激光加工方法中，改质区域有以下的(1)~(3) 的情况。
(1)改质区域为包含一个或多个裂缝(cmck)的裂缝区域的情况 将聚光点对准于加工对象物(例如玻璃或由LiTa03形成的压电材 料)的内部，在聚光点上的电场强度为lxl08 (W/cm2)以上且脉冲宽 度为lps以下的条件下，照射激光。该脉冲宽度的大小，是在发生多 光子吸收的同时不对加工对象物的表面造成多余的损伤，并能够仅在 加工对象物的内部形成裂缝区域的条件。由此，在加工对象物的内部 产生由多光子吸收引起的光学损伤的现象。由该光学性的损伤在加工 对象物的内部诱发热形变，由此在加工对象物的内部形成裂缝区域。 电场强度的上限值例如为lxl0'2 (W/cm2)。优选脉冲宽度例如为 1ns 200ns。并且，由多光子吸收引起的裂缝区域的形成，例如记载于 第45次激光热加工研究会议论文集(1998年12月)的第23页~第28 页的"利用固体激光高谐波进行的玻璃基板的内部标记"中。
发明者通过实验而求出了电场强度与裂缝的大小之间的关系。实 验条件如下。
(A)加工对象物PYREX (注册商标)玻璃(厚度70(Vm)(B)激光
光源半导体激光激发Nd: YAG激光
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 脉冲宽度30ns 输出输出〈lmJ/脉冲 激光质量TEMqo 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，激光质量为TEM加，是指聚光性高且能够聚光至激光的波 长程度。
图7是表示上述实验的结果的图。横轴为峰值功率密度，激光为 脉冲光，因而电场强度用峰值功率密度表示。纵轴表示由1个脉冲的 激光在加工对象物的内部形成的裂缝部分(裂缝点)的大小。裂缝点 集中而形成裂缝区域。裂缝点的大小，是指裂缝点的形状中作为最大 的长度的部分的大小。图中的黑圆点所表示的数据是聚光用透镜(C) 的倍率为IOO倍、数值孔径(NA)为0.80的情况。另一方面，图中的 白圆点所表示的数据是聚光用透镜(C)的倍率为50倍、数值孔径(NA) 为0.55的情况。可知，从峰值功率密度为1011 (W/ cm2)左右开始， 在加工对象物的内部产生裂缝点，随着峰值功率密度变大，裂缝点也 变大。
下面，参照图8 图11，说明通过形成裂缝区域来切断加工对象物 的机理。如图8所示，在产生多光子吸收的条件下，将聚光点P对准 于加工对象物1的内部并照射激光L，沿着切断预定线在内部形成裂缝 区域9。裂缝区域9是包含一个或多个裂缝的区域。如此形成的裂缝区 域9成为切断起点区域。如图9所示，裂缝以裂缝区域9为起点(即， 以切断起点区域为起点)进一步生长，如图10所示，裂缝到达加工对象物1的表面3和背面21，如图11所示，通过加工对象物1裂开而切 断加工对象物l。到达加工对象物1的表面3和背面21的裂缝，有自 然生长的情况，也有通过向加工对象物1施加力而生长的情况。 (2)改质区域为熔融处理区域的情况
将聚光点对准于加工对象物(例如，类似于硅的半导体材料)的 内部，在聚光点上的电场强度为lxl08(W/cm2)以上且脉冲宽度为l)is 以下的条件下，照射激光。由此，加工对象物的内部因多光子吸收而 被局部地加热。通过该加热，在加工对象物的内部形成熔融处理区域。 熔融处理区域，是指暂时熔融后再固化的区域，或正处于熔融状态的 区域，或从熔融状态再固化的状态的区域，也可以是指相变化的区域 或晶体结构发生变化的区域。并且，熔融处理区域也可以是指在单晶 体结构、非晶体结构、多晶体结构中，某种结构变化为另一种结构的 区域。即，例如是指从单晶体结构变化为非晶体结构的区域、从单晶 体结构变化为多晶体结构的区域、从单晶体结构变化为包括非晶体结 构和多晶体结构的结构的区域。在加工对象物为硅单晶体结构的情况 下，熔融处理区域例如为非晶硅结构。电场强度的上限值例如为lxl012 (W/cm2)。优选脉冲宽度例如为lns 200ns。
发明者通过实验确认了在硅晶圆的内部(半导体基板)形成有熔 融处理区域。实验条件如下。
(A) 加工对象物硅晶圆(厚度350pm，外径4英寸)
(B) 激光
光源半导体激光激发Nd: YAG激光 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 脉冲宽度30ns
输出20(iJ/脉冲
激光质量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)载置加工对象物的载置台的移动速度100mm/秒 图12是利用上述条件下的激光加工切断的硅晶圆的一部分的断面 的照片。在硅晶圆11的内部形成有熔融处理区域13。并且，利用上述 条件形成的熔融处理区域13的厚度方向的大小为10(Vm左右。
说明由多光子吸收形成熔融处理区域13的情况。图13是激光的 波长和硅基板的内部的透过率的关系的示意图。但是，除去了硅基板 的表面侧和背面侧各自的反射成分，仅显示了内部的透过率。对于硅 基板的厚度t为50(im、 lOO(im、 200jim、 500pm、 lOOO(im的各个情况， 显示了上述关系。
可知，例如在Nd: YAG激光的波长1064nm处，当硅基板的厚度 为500pm以下时，在硅基板的内部，激光80%以上透过。图12所示 的硅晶圆11的厚度为350pm，因而，因多光子吸收而形成的熔融处理 区域13形成于硅晶圆11的中心附近，即从表面起175pm的部分。此 情况下的透过率，如果以厚度200pm的硅晶圆为参考，则为90%以上， 因而激光在硅晶圆11的内部仅被少量吸收，几乎透过。这意味着，并 非激光在硅晶圆11的内部被吸收而在硅晶圆11的内部形成熔融处理 区域13(即，由激光引起的通常的加热而形成熔融处理区域)，而是通 过多光子吸收来形成熔融处理区域13。利用多光子吸收的熔融处理区 域的形成，例如记载于焊接学会全国大会讲演概要第66辑(2000年4 月)的第72页~第73页的"利用皮秒脉冲激光进行的硅的加工特性评 价"中。
并且，通过以由熔融处理区域形成的切断起点区域为起点，向着 断面方向产生裂纹，使该裂纹到达硅晶圆的表面和背面，从而最终将 硅晶圆切断。到达硅晶圆的表面和背面的该裂纹，有自然生长的情况， 也有通过向硅晶圆施加力而生长的情况。而且，在裂纹从切断起点区 域向硅晶圆的表面和背面自然生长的情况中，存在着以下情况的任意 一种从形成切断起点区域的熔融处理区域熔融的状态起裂纹进行生 长的情况，以及在形成切断起点区域的熔融处理区域从熔融的状态再
12次固化时裂纹进行生长的情况。但是，无论哪种情况，熔融处理区域 均仅在硅晶圆的内部形成，在切断后的切断面中，如图12所示，仅在 内部形成熔融处理区域。这样，如果在加工对象物的内部由熔融处理 区域形成切断起点区域，则在割断时不易产生偏离切断起点区域线的 不必要的裂纹，因此割断控制变得容易。另外，熔融处理区域的形成， 不仅有多光子吸收为原因的情况，也有其他的吸收作用为原因的情况。
(3)改质区域为折射率变化区域的情况
将聚光点对准于加工对象物(例如玻璃)的内部，在聚光点上的
电场强度为lxl08 (W/cm2)以上且脉冲宽度为lns以下的条件，照射 激光。如果极大地縮短脉冲宽度，在加工对象物的内部引起多光子吸 收，则多光子吸收的能量不转化为热能，而在加工对象物的内部引起 离子价变化、晶体化、或极化取向等的永久性的结构变化，形成折射 率变化区域。电场强度的上限值，例如为lxl012 (W/cm2)。优选脉冲 宽度例如为lns以下，更优选为lps以下。多光子吸收引起的折射率变 化区域的形成，例如记载于第42次激光热加工研究会论文集(1997 年11月)的第105页 第111页的"飞秒激光照射引起的对玻璃内部 的光致结构的形成"中。
以上，说明了改质区域的(1) ~ (3)的情况，然而，如果考虑晶 圆状的加工对象物的晶体结构或其解理性等，如下地形成切断起点区 域，那么，可以以该切断起点区域为起点，用更小的力且精度良好地 切断加工对象物。
艮口，对于由硅等金刚石结构的单晶半导体形成的基板而言，优选 在沿着(111)面(第1解理面)或(110)面(第2解理面)的方向 上形成切断起点区域。另外，对于由GaAs等闪锌矿型结构的m-V族 化合物半导体形成的基板而言，优选在沿着(no)面的方向上形成切 断起点区域。而且，对于具有蓝宝石(A1203)等六方晶系的晶体结构 的基板而言，优选以(0001)面(C面)为主面，在沿着(1120)面 (A面)或(1100)面(M面)的方向上形成切断起点区域。
并且，如果沿着将要形成上述的切断起点区域的方向(例如，沿 着单晶硅基板的(111)面的方向)、或者与将要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(orientation flat)，那么，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将要形 成切断起点区域的方向的切断起点区域。 以下，说明本发明的优选实施方式。 (第1实施方式)
如图14和图15所示，加工对象物1具备直径6英吋、厚度132pm 的硅晶圆11，以及包含多个功能元件15并形成于硅晶圆11的表面lla 上的功能元件层16。硅晶圆11在与其厚度方向t (以下，简称为"厚 度方向")不同的方向上具有裂纹容易延伸的晶体取向。具体而言，硅 晶圆11是具有沿着平行于其厚度方向且相对于包含切断预定线5的面 倾斜的方向的解离面的晶体结构体，例如，硅晶圆11的表面lla成为 (111)面。
功能元件15，例如为因晶体生长而形成的半导体工作层、光电二 极管等受光元件、激光二极管等的发光元件、或形成为电路的电路元 件等，沿着与硅晶圆11的定位平面6平行的方向及垂直的方向以矩阵 状形成多个。这种加工对象物1沿着以通过相邻的功能元件间的方式 设定为格子状的切断预定线5 (参照图14的虚线)，通过激光加工而被 切断，成为作为微小芯片的分立器件。
对切断该加工对象物1的一个示例进行说明。首先，在加工对象 物1的背面21上粘贴例如扩张带。接着，以硅晶圆11的表面3为激 光照射面，将聚光点对准于硅晶圆11内部，照射激光，沿着各切断预 定线5形成改质区域(激光加工)。然后，使扩张带扩张。由此，以改 质区域为切断的起点，沿着切断预定线5切断加工对象物1，使多个半 导体芯片互相分离。另外，改质区域除了包括溶融处理区域以外，有 时还包括裂缝区域。
再次，，以沿着切断预定线5的扫描为例，更详细地说明上述的激 光加工方法。
首先，如图16 (a)所示，将聚光点对准于硅晶圆11的内部的背 面21附近，以激光输出0.92W向加工对象物1照射激光，在沿着厚度 方向自背面21起4^im 32pm的位置形成改质区域Ml。然后，例如以 加工速度300mm/sec使聚光点沿着切断预定线5扫描，在硅晶圆11的 内部形成一列改质区域M1。由此，从改质区域M1的上端和下端分别产生沿着平行于硅晶圆11的厚度方向且相对于包含切断预定线5的面
倾斜的方向延伸的裂纹al、 bl。
此时，由于硅晶圆11为具有上述的解离面的晶体结构体，因而， 沿着平行于其厚度方向且相对于包含切断预定线5的面倾斜的方向容 易裂开。所以，形成改质区域M1时，在该方向上良好地产生裂纹al、 bl。在此，裂纹al沿着硅晶圆11的第1解理方向延伸，具体而言， 沿着具有54.7。的角度的方向延伸。另外，裂纹bl沿着硅晶圆11的第 2解理方向延伸，具体而言，沿着具有19.5。的角度的方向延伸。
接着，如图16 (b)所示，将聚光点对准于硅晶圆11的内部的表 面lla附近，以激光输出0.40W向加工对象物1照射激光，在沿着厚 度方向自硅晶圆11的表面lla起16(im 34pm的位置，形成改质区域 M2。然后，例如以加工速度300mm/sec使聚光点沿着切断预定线5扫 描，在硅晶圆11的内部形成一列改质区域M2。由此，从改质区域M2 的上端及下端分别产生沿着硅晶圆11的第1解理方向延伸的裂纹a2 和沿着第2解理方向延伸的裂纹b2。其中，在此，以从改质区域M2 的上端延伸的裂纹a2到达硅晶圆11的表面3的方式，换言之，以裂 纹a2沿着表面3的切断预定线5露出(所谓的半切割(half cut))的 方式形成改质区域M2。由此，在使扩张带扩张，将加工对象物l切断 为多个半导体芯片时，能够精度良好地沿着切断预定线5进行切断。
接着，如图16 (c)所示，将聚光点对准于硅晶圆11的内部的改 质区域M1和改质区域M2的之间，以激光输出0.80W向加工对象物1 照射激光，在沿着厚度方向自硅晶圆11的表面lla起59pm 69iim的 位置形成改质区域M3。然后，例如以加工速度300mm/sec使聚光点沿 着切断预定线5扫描，在硅晶圆11的内部形成一列改质区域M3。由 此，以连接于从改质区域M2的下端延伸的裂纹b2的方式从改质区域 M3的上端产生沿着硅晶圆11的第1解理方向延伸的裂纹a3，而且， 以连接于从改质区域M1的上端延伸的裂纹al的方式从改质区域M3 的下端产生沿着硅晶圆11的第2解理方向延伸的裂纹b3。并且，在形 成改质区域M3时，由于在激光入射的表面3和激光的聚光点之间存 在着改质区域M2，因而已形成的改质区域M2有可能引起激光的散射 或吸收等，但是，本实施方式中，如上所述，沿着切断预定线5在硅晶圆11的内部可靠地形成改质区域M3。
如上所述，通过形成改质区域M1、 M2、 M3，从而一边利用硅晶 圆11具有的至少两方向的解理方向， 一边利用裂纹在己产生的裂纹的 方向上容易延伸的特点，以连接于裂纹al、 a2、 bl、 b2的方式从改质 区域M3产生裂纹a3、 b3。 gp，在硅晶圆11具有的解理方向上诱发裂 纹，由这些裂纹形成沿着该裂纹的凹凸状的面。
此外，如果将改质区域Ml作为第1改质区域，则改质区域M3 相当于第2改质区域，改质区域M2相当于第3改质区域。在该情况 下，裂纹al、 bl相当于第1裂纹，裂纹a3、 b3相当于第2裂纹，裂 纹a2、 b2相当于第3裂纹。另一方面，如果将改质区域M2作为第1 改质区域，则改质区域M3相当于第2改质区域，改质区域M1相当于 第3改质区域。在该情况下，裂纹a2、 b2相当于第l裂纹，裂纹a3、 b3相当于第2裂纹，裂纹al、 bl相当于第3裂纹。
在此，在激光加工时，如图17 (a)所示，由于将聚光点对准于硅 晶圆11的内部并向加工对象物1照射激光，在其内部形成改质区域， 因而在平行于硅晶圆11的厚度方向且相对于包含切断预定线的面垂直 的方向H上产生内部应力，在加工对象物1上有可能产生弯曲。因此， 在现有的激光加工方法中，如图17 (b)所示，例如在使激光的聚光点 沿着切断预定线5扫描时，加工对象物1有可能被不合意图地切断。
因此，本实施方式的激光加工方法中，如上所述，将聚光点对准 于硅晶圆ll的内部，向加工对象物l照射激光，沿着切断预定线5， 在加工对象物1的内部形成作为切断的起点的改质区域M1、M2、M3， 在平行于硅晶圆11的厚度方向且相对于包含切断预定线的面倾斜的方 向上，裂纹al、 a2、 a3、 bl、 b2、 b3以连接的方式产生。所以，如图 17 (c)所示，激光加工时，这些裂纹使得硅晶圆11的夹着切断预定 线5的两侧的部分分别咬合，通过形成改质区域M1、 M2、 M3，可以 减小所产生的内部应力。换言之，由裂纹al、 a2、 a3、 bl、 b2、 b3在 硅晶圆11上形成沿着裂纹的凹凸状的面，通过作用于该面的剪切力， 能够减小内部应力。结果，激光加工时，可以在抑制加工对象物1的 弯曲的同时，防止加工对象物1被不合意图地切断。由此，搭载于激 光加工装置的控制激光的聚光点位置的自动聚焦功能能够可靠地追踪加工对象物1的表面，因而可以精度良好地对加工对象物1进行激光 加工。
此外，如上所述，硅晶圆11的表面3的晶体取向为(111)面， 并且，硅晶圆11是裂纹在与其厚度方向不同的方向上容易延伸，即在 与厚度方向不同的方向上具有解理方向的晶体结构体。所以，在对这 种晶体结构体施加激光加工时，在现有的激光加工方法中，为了不受 解理方向的影响而精度良好地切断加工对象物1，沿着一条切断预定线 以改质区域重叠于厚度方向的方式进行扫描。但是，该情况下，扫描 次数增加，另外，由于解理方向和切断面不同，因而用于将加工对象 物1切断为多个半导体芯片的切断力变大，能制造的芯片尺寸受到限 制。
而且，对这种晶体结构体进行激光加工时，在现有的激光加工方 法中，有时在硅晶圆11的表面附近或背面附近形成改质区域，施加外 力，进行切断。该情况下，虽然能够减少扫描次数，但是，由于未利 用至少两个方向的解理方向，换言之，由于仅利用与厚度方向不同的 一个解理方向进行切断，因而在切断时，裂纹在该一个解理方向上大 幅生长，切断面相对于厚度方向大幅倾斜。
相对于此，本实施方式的激光加工方法中，利用硅晶圆ll具有的 至少两个方向的解理方向，在硅晶圆11的内部形成作为切断的起点的 改质区域M1、 M2、 M3时，在平行于其厚度方向且相对于包含切断预 定线5的面倾斜的方向上，裂纹al、 a2、 a3、 bl、 b2、 b3以连接的方 式产生。所以，切断面与解理方向一致，能够用较小的外力来切断加 工对象物l，且该切断面的质量良好。
图18是用本实施方式的激光加工方法切断的加工对象物1的切断 面的状态的截面示意图。根据本实施方式，切断加工对象物1时，能 够使该切断面为凹凸状，而且，该切断面的最大凹部深度至最大凸部 高度为12 13pm，可以充分地满足例如一般的分立器件的规格值，即 20fxm以下。
图19是用本实施方式的激光加工方法沿着任意的切断预定线5进 行扫描的其他示例。该其他示例与图16所示的上述示例的不同点在于， 形成改质区域M2时，从其下端产生沿着硅晶圆11的第1解理方向延
17伸的裂纹a4，形成改质区域M3时，从其上端产生沿着硅晶圆11的第 2解理方向延伸的裂纹b4，裂纹al、 a2、 a4、 bl、 b2、 b4连接。
该其他示例中，在硅晶圆11的解理方向上诱发裂纹，由这些裂纹 形成沿着裂纹的凹凸状的面，激光加工时，硅晶圆11的夹着切断预定 线5的两侧部分分别咬合，在抑制加工对象物1的弯曲的同时，防止 加工对象物1被不合意图地切断，起到与上述相同的效果。如此，裂 纹的方向不限于图16所示的示例，可以沿着硅晶圆11的第1解理方 向和第2解理方向的任一方向延伸。而且，裂纹的方向也可以沿着硅 晶圆11具有的其它解理方向(即，与第l解理方向和第2解理方向不 同的方向，沿着平行于硅晶圆11的厚度方向且相对于包含切断预定线 5的面倾斜的方向的方向)延伸。另外，该裂纹的方向，对于后述的裂 纹而言也相同。
并且，如果将改质区域Ml作为第1改质区域，则改质区域M3 相当于第2改质区域，改质区域M2相当于第3改质区域。在该情况 下，裂纹al、 bl相当于第l裂纹，裂纹b3、 b4相当于第2裂纹，裂 纹a2、 a4相当于第3裂纹。另一方面，如果将改质区域M2作为第1 改质区域，则改质区域M3相当于第2改质区域，改质区域M1相当于 第3改质区域。在该情况下，裂纹a2、 a4相当于第l裂纹，裂纹b3、 b4相当于第2裂纹，裂纹al、 bl相当于第3裂纹。 (第2实施方式)
第2实施方式的激光加工方法的加工对象物为，具备将图14和图 15所示的硅晶圆11的厚度设为96pm的硅晶圆51的加工对象物50。 然后，将聚光点对准于硅晶圆的内部并照射激光，沿着切断预定线形 成改质区域时，在硅晶圆的内部的改质区域Ml和改质区域M2之间不 形成图16 (c)所示的改质区域M3，在这一点上，与第1实施方式的 激光加工方法不同。
艮口，如图20 (a)所示，在硅晶圆51的内部的背面51附近形成改 质区域M5，从改质区域M5的上端和下端分别产生沿着硅晶圆51的 第1解理方向延伸的裂纹a5和沿着第2解理方向延伸的裂纹b5 。然后， 如图20 (b)所示，在硅晶圆51的内部的表面51a附近形成改质区域 M6，从改质区域M6的上端产生沿着硅晶圆51的第1解理方向延伸的裂纹a6，同时，以连接于裂纹a5的方式从改质区域M6的下端产生沿 着第2解理方向延伸的裂纹b6。由此，裂纹a5、 a6、 b5、 b6连接，形 成沿着这些裂纹的凹凸状的面。
利用第2实施方式的激光加工方法，在激光加工时，硅晶圆51的 夹着切断预定线5的两侧部分分别咬合，在抑制加工对象物50的弯曲 的同时，防止加工对象物50被不合意图地切断，起到与上述相同的效 果。
并且，改质区域M5相当于第1改质区域，改质区域M6相当于第 2改质区域。裂纹a5、 b5相当于第l裂纹，裂纹a6、 b6相当于第2裂纹。
(第3实施方式)
第3实施方式的激光加工方法的加工对象物为，具备将图14和图 15所示的硅晶圆11的厚度设为169pm的硅晶圆61的加工对象物60。 然后，将聚光点对准于硅晶圆的内部并照射激光，沿着切断预定线形 成改质区域时，在硅晶圆的内部的改质区域Ml和改质区域M2之间形 成图16 (c)所示的改质区域M3，随后，进而在硅晶圆的内部的改质 区域M2和改质区域M3之间形成改质区域，在这一点上，与第1实施
方式的激光加工方法不同。
艮卩，如图21 (a)所示，在硅晶圆61的内部的背面61b附近形成 改质区域M7，从改质区域M7的上端和下端分别产生沿着硅晶圆61 的第1解理方向延伸的裂纹a7和沿着第2解理方向延伸的裂纹b7。接 着，如图21 (b)所示，在硅晶圆61的内部的前面61a附近形成改质 区域M8，从改质区域M8的上端和下端分别产生沿着硅晶圆61的第1 解理方向延伸的裂纹a8和沿着第2解理方向延伸的裂纹b8。
接着，如图21 (c)所示，在硅晶圆61的内部的改质区域M7和 改质区域M8之间的改质区域M7侧，形成改质区域M9，从改质区域 M9的上端产生沿着硅晶圆61的第1解理方向延伸的裂纹a9，同时， 以连接于从改质区域M7的上端延伸的裂纹a7的方式从改质区域M9 的下端产生沿着硅晶圆61的第2解理方向延伸的裂纹b9。
随后，如图21 (d)所示，在硅晶圆61的内部的改质区域M7和 改质区域M8之间的改质区域M8侦ij，形成改质区域MIO，换言之，在改质区域M8和改质区域M9之间形成改质区域MIO，以连接于从 改质区域M8的下端延伸的裂纹b8的方式从改质区域MIO的上端产生 沿着硅晶圆61的第1解理方向延伸的裂纹a10，同时，以连接于从改 质区域M9的上端延伸的裂纹a9的方式从改质区域MIO的下端产生沿 着硅晶圆61的第2解理方向延伸的裂纹b10。由此，裂纹a7、 a8、 a9、 a10、 b7、 b8、 b9、 MO连接，形成沿着这些裂纹的凹凸状的面。
所以，根据第3实施方式的激光加工方法，激光加工时，硅晶圆 61的夹着切断预定线5的两侧部分分别咬合，通过形成改质区域M7、 M8、 M9、 MIO，可以减小所产生的内部应力。而且，本实施方式中， 硅晶圆61的夹着切断预定线5的两侧部分咬合的区域大于上述实施方 式，进一步减小了内部应力。结果，激光加工时，在进一步抑制加工 对象物60的弯曲的同时，防止加工对象物60被不合意图地切断。
并且，如果将改质区域M8作为第1改质区域时，则改质区域M10 相当于第2改质区域，改质区域M9相当于第3改质区域。在该情况 下，裂纹a8、 b8相当于第l裂纹，裂纹a10、 b10相当于第2裂纹， 裂纹a9、 b9相当于第3裂纹。另一方面，如果将改质区域M9作为第 1改质区域，则改质区域M10相当于第2改质区域，改质区域M8相 当于第3改质区域。在该情况下，裂纹a9、 b9相当于第l裂纹，裂纹 a10、 bl0相当于第2裂纹，裂纹a8、 b8相当于第3裂纹。
以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限于上述 实施方式。例如，上述实施方式中，使用表面为(111)面的硅晶圆作 为加工对象物，但是，只要是在与厚度方向不同的方向上具有解离面 的晶圆即可。而且，在平行于厚度方向且相对于包含切断预定线的面 倾斜的方向产生裂纹的情况下，也可以不是在与厚度方向不同的方向 上具有解离面的硅晶圆。
另外，也可以不是硅晶圆，例如，可以为镓砷等化合物半导体材 料、压电材料、蓝宝石等具有结晶性的材料等。
产业上可利用性
根据本发明，能够抑制激光加工时的加工对象物的弯曲。
权利要求
1. 一种激光加工方法，其特征在于，通过将聚光点对准于板状的加工对象物的内部并照射激光，从而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的起点的改质区域，所述激光加工方法包括在所述加工对象物的内部形成所述第1改质区域，从所述第1改质区域产生沿着平行于所述加工对象物的厚度方向且相对于包含所述切断预定线的面倾斜的方向延伸的第1裂纹的工序；以及在所述加工对象物的内部形成所述第2改质区域，以连接于所述第1裂纹的方式从所述第2改质区域产生沿着平行于所述加工对象物的厚度方向且相对于包含所述切断预定线的面倾斜的方向延伸的第2裂纹的工序。
2. 如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，还包括通过将聚光点对准于所述加工对象物的内部并照射激光，从而沿着所述切断预定线，在所述加工对象物的内部形成作为切断的起点的第3改质区域，从所述第3改质区域产生沿着平行于所述加工 对象物的厚度方向且相对于包含所述切断预定线的面倾斜的方向延伸 的第3裂纹的工序，形成所述第2改质区域并产生第2裂纹的工序中，以连接于所述 第3裂纹的方式从所述第2改质区域产生所述第2裂纹。
3. 如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于， 所述加工对象物为，具有沿着平行于其厚度方向且相对于包含所述切断预定线的面倾斜的方向延伸的解离面的晶体结构体。
4. 如权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于， 所述加工对象物为，具有沿着平行于其厚度方向且相对于包含所述切断预定线的面倾斜的方向延伸的解离面的晶体结构体。
5. 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，所述改质区域包括溶融处理区域。
6. 如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，包括以所述改质区域为切断的起点，沿着所述切断预定线切断 所述加工对象物的工序。
全文摘要
抑制激光加工时的加工对象物的弯曲。在晶圆(11)的内部形成改质区域(M2)，从改质区域(M2)产生沿着平行于晶圆(11)的厚度方向且相对于包含线(5)的面倾斜的方向延伸的裂纹(a2、b2)。在晶圆(11)的内部形成改质区域(M3)，以连接于裂纹(b2)的方式从改质区域(M3)产生沿着平行于晶圆(11)的厚度方向且相对于包含线(5)的面倾斜的方向延伸的裂纹(a3)。即，以连接裂纹a2、a3、b2的方式产生。所以，激光加工时，这些裂纹使得晶圆(11)的夹着线(5)的两侧部分分别咬合，所以，通过形成改质区域，能够减小所产生的平行于晶圆(11)的厚度方向且相对于包含线(5)的面垂直的方向的内部应力。
文档编号H01L21/301GK101461039SQ20078002048
公开日2009年6月17日 申请日期2007年6月6日 优先权日2006年7月3日
发明者坂本刚志 申请人:浜松光子学株式会社