专利名称：激光加工方法
技术领域：
本发明涉及用于将板状的加工对象物沿着切割预定线切割的激光加工方法。
背景技术：
作为现有的激光加工方法，已知有通过将聚焦点对准板状加工对象物的内部来照射激光，从而沿着加工对象物的切割预定线，在加工对象物的内部形成多列成为切割的起点的改质区域的方法(例如，参照日本开2004-343008号公报)。
发明内容
但是，如上所述的激光加工方法，例如由于加工对象物的厚度和劈开性等，有可能不能将加工对象物精度良好地切割。于是，本发明的课题是，提供能够进行沿着切割预定线的加工对象物的高精度的切割的激光加工方法以及通过使用这样的激光加工方法而得到的芯片。为了达到上述课题，本发明的激光加工方法，其特征在于，通过将聚焦点对准板状的加工对象物的内部照射激光，从而沿着加工对象物的切割预定线，在加工对象物的内部形成成为切割的起点的改质区域，该激光加工方法包括沿着切割预定线形成在加工对象物的厚度方向排列的第1改质区域和第2改质区域的工序；沿着切割预定线形成位于第1 改质区域与第2改质区域之间的第3改质区域的工序。在这里，优选在形成第1改质区域和第2改质区域的工序中，沿着切割预定线形成第1改质区域，在形成第1改质区域之后，沿着切割预定线形成位于第1改质区域与在加工对象物中激光入射的激光入射面之间的第2改质区域。这样，通过沿着切割预定线，在加工对象物的内部形成第1改质区域，形成位于第1改质区域与激光入射面之间的第2改质区域，形成位于第1改质区域与第2改质区域之间的第3改质区域，其与按顺序在加工对象物的内部形成第1改质区域、第3改质区域、第2改质区域的情况(即，从激光入射面的相反侧起至激光入射面侧依次形成改质区域的情况)相比，在切割加工对象物时，能够防止切割面的激光入射面侧的端部从切割预定线大幅度地脱离。其理由是因为，例如，在加工对象物具有在平行于其厚度方向且相对于包括切割预定线的面倾斜的方向上的解理面的情况下， 如果按该顺序在加工对象物的内部形成第1改质区域、第3改质区域、第2改质区域，则在形成第2改质区域时，割裂从已经形成的第3改质区域向沿着解理面的方向大幅度延伸，该割裂会从切割预定线大幅度脱离而到达至激光入射面。此外，优选在形成第3改质区域之后，沿着切割预定线，形成位于第2改质区域和第3改质区域之间的第4改质区域。由此，与按照如下顺序在加工对象物的内部形成第1改质区域、第2改质区域、第4改质区域、第3改质区域的情况相比，在切割加工对象物时，可以防止切割面成凸凹状。其理由是因为如果按照该顺序在加工对象物的内部形成第1改质区域、第2改质区域、第4 改质区域、第3改质区域，则在形成第3改质区域时，由于存在于第3改质区域与激光入射面之间的第4改质区域引起激光的散射或吸收等，从而不能很好地形成第3改质区域，因此，会产生不形成龟裂本身，或者从第3改质区域延伸的割裂与从相邻于该第3改质区域的改质区域延伸的割裂不连结等的情况。此外，有加工对象物具备半导体基板，改质区域包括熔融处理区域的情况。此外，优选包括以改质区域作为切割的起点，沿着切割预定线切割加工对象物的工序。由此，可以沿着切割预定线精度良好地切割加工对象物。此外，优选在形成第3改质区域的工序中，至少产生跨过第1改质区域与第2改质区域之间的割裂。此时，通过形成在加工对象物的厚度方向上排列的第1改质区域和第2 改质区域，在加工对象物中的第1改质区域和第2改质区域之间的部分，向切割预定线的两侧产生拉伸应力。因此，若形成位于第1改质区域和第2改质区域之间的第3改质区域，则可以以该第3改质区域为开端产生至少跨过第1改质区域和第2改质区域之间的割裂。因此，例如，如果在加工对象物的一个面附近形成第1改质区域、且在加工对象物的另一个面附近形成第2改质区域，则即使在加工对象物的厚度比较厚时，也可以在不增加相对于1条切割预定线应形成的改质区域的列数的情况下，能够在加工对象物中的在沿着切割预定线的部分的大致全体上形成割裂。如上所述，即使在板状的加工对象物的厚度比较厚的情况下，若利用该激光加工方法，也可以缩短在加工对象物上形成改质区域的时间，而且，根据该激光加工方法可以进行沿着切割预定线的加工对象物的高精度的切割。另外，各改质区域是通过将聚焦点对准加工对象物的内部照射激光，由在加工对象物的内部产生多光子吸收和其它的光吸收而形成的。在本发明的激光加工方法中，第3改质区域可以沿着切割预定线的大致全体而形成，也可以沿着切割预定线的一端部分而形成。如上所述，在加工对象物上的第1改质区域与第2改质区域之间的部分，因为向切割预定线的两侧产生拉伸应力，即使减少位于第1改质区域和第2改质区域之间的第3改质区域的形成，有时割裂也会在第1改质区域与第2 改质区域之间的部分的大致全体上行进。因此，如果沿着切割预定线的大致全体来形成第 3改质区域，则可以防止由于某种原因割裂的行进停止的情况，可以可靠地在第1改质区域与第2改质区域之间的部分的大致全体上形成割裂。另一方面，如果沿着切割预定线的一端部分形成第3改质区域，则可以进一步缩短在加工对象物上形成改质区域的时间，可以在第1改质区域和第2改质区域之间的部分的大致全体上形成割裂。在本发明的激光加工方法中优选为，在第1改质区域和第2改质区域中的、偏靠加工对象物中的激光入射的激光入射面附近的一方的改质区域侧，形成第3改质区域。若形成位于第1改质区域和第2改质区域之间的第3改质区域，则在开始时，割裂从第3改质区域起向第1改质区域和第2改质区域中的靠近第3改质区域的改质区域行进，不久之后，割裂就从第1改质区域和第2改质区域之中的远离激光入射面的另一方的改质区域起、向靠近激光入射面的一方的改质区域行进(以下，将割裂从另一方的改质区域起行进至一方的改质区域所需要的沿着切割预定线的距离称为“助跑距离”)。在此，以偏靠第1改质区域和第2改质区域中的在激光入射面附近的一方的改质区域一侧的方式形成第3区域时，可以以比较短的助跑距离，使割裂从远离激光入射面的另一方的改质区域起、向激光入射面附近的一方的改质区域行进。这样，如果助跑距离变短，则可以以比较小的外力沿着切割预定线切割加工对象物。在本发明的激光加工方法中，也有加工对象物具备半导体基板、改质区域包括熔融处理区域的情况。此外，本发明相关的芯片是具有大致平行于厚度方向的侧面的芯片，其特征在于， 在侧面上形成有在厚度方向上排列的第1改质区域和第2改质区域；位于第1改质区域和第2改质区域之间，厚度方向上的长度短于第1改质区域和第2改质区域的第3改质区域； 至少跨过第1改质区域和第2改质区域之间，并相对于所述厚度方向倾斜地延伸的华纳线 (wallner line)。该芯片通过使用上述本发明相关的激光加工方法而得到。在此，厚度方向上的第 3改质区域的长度短于第1改质区域和第2改质区域是因为在形成第3改质区域之前，由于产生跨过第1改质区域和第2改质区域之间的割裂，所以在形成第3改质区域时，聚焦点上的吸收激光的程度下降的缘故。此外，华纳线(wallner line)相对于厚度方向倾斜地延伸，是因为跨过第1改质区域和第2改质区域之间的割裂相对于厚度方向倾斜地前进的缘故。另外，华纳线(wallner line)是在割裂行进时在大致垂直于其行进方向的方向上延伸地形成。另外，本发明的芯片优选为，还具备功能元件，改质区域包括形成在半导体材料中的熔融处理区域。
图1是利用本实施方式的激光加工装置进行的激光加工中的加工对象物的平面图。图2是沿图1所示的加工对象物的II-II线的剖面图。图3是利用本实施方式的激光加工装置进行的激光加工后的加工对象物的平面图。图4是沿图3所示的加工对象物的IV-IV线的剖面图。图5是沿图3所示的加工对象物的V-V线的剖面图。图6是利用本实施方式的激光加工装置所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装置中的电场强度和裂纹点的大小的关系的图。图8是本实施方式的激光加工装置的第1工序中的加工对象物的剖面图。图9是本实施方式的激光加工装置的第2工序中的加工对象物的剖面图。图10是本实施方式的激光加工装置的第3工序中的加工对象物的剖面图。图11是本实施方式的激光加工装置的第4工序中的加工对象物的剖面图。图12是表示利用本实施方式的激光加工装置所切割的硅晶片的一部分中的剖面的照片的图。图13是表示本实施方式的激光加工装置中的激光的波长与硅基板的内部的透过率之间的关系的图。图14是表示作为本发明的第1实施方式的激光加工方法的对象的加工对象物的主视图。图15是沿着图14中的XV-XV线的局部剖面图。图16是用于说明本发明的第1实施方式的激光加工方法的沿着图14中的 XVI-XVI线的局部剖面图。图17是用于说明图16所示的激光加工方法的后续的图。图18(a)是表示利用现有技术的激光加工方法的加工对象物的切割面的图，图 18(b)是表示利用本发明的第1实施方式的激光加工方法的加工对象物的切割面的图。图19(a)是表示利用本发明的第2实施方式的激光加工方法的加工对象物的切割面的图，图19(b)是表示利用本发明的第3实施方式的激光加工方法的加工对象物的切割面的图。图20是作为本发明的第4实施方式的激光加工方法的对象的加工对象物的平面图。图21是沿着图20所示的XXI-XXI线的局部剖面图。图22是沿着图20所示的XXII-XXII线的局部剖面图。图23是沿着图20所示的XXI-XXI线的局部剖面图。图M是表示沿着图20所示的XXII-XXII线的局部剖面的照片的图。图25是通过使用本实施方式的激光加工方法而得到的半导体芯片的侧面图。图沈是沿着图20所示的XXII-XXII线的局部剖面图。
具体实施例方式以下，将参照附图来详细地说明本发明的优选实施方式。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，利用所谓的多光子吸收现象。因而，首先说明利用多光子吸收来形成改质区域用的激光加工方法。如果光子的能量hv比材料吸收的能带隙&更小，则成为光学上的透明。因而，在材料上产生吸收的条件是hv > &。但是，即使光学上的透明，如果使激光的强度变得非常大，则在nhv > Eg的条件(n = 2，3，4，...)下会在材料上产生吸收。将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聚焦点的峰值功率密度(W/cm2)所决定，例如在峰值功率密度为IX IO8 (W/cm2)以上的条件下发生多光子吸收。峰值功率密度从(聚焦点上激光的每个脉冲的能量)+ (激光的光束点截面积X脉冲宽度)而求得。另外，在连续波的情形中，激光的强度由激光的聚焦点的电场强度(W/cm2)所决定。关于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，将参照图1 图 6来说明。如图1所示，在晶片(板状)的加工对象物1的表面3上，有用于切割加工对象物1的切割预定线5。切割预定线5是直线状延伸的假定线。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焦点P对准加工对象物1的内部来照射激光L，以形成改质区域7。另外，所谓聚焦点P是指激光L聚光之处。并且，切割预定线5 并不限于直线状，亦可为曲线状，且并不限于假定线，亦可为实际上划在加工对象物1上的线。
接着，通过使激光L沿着切割预定线5(即，朝图1的箭头A方向)相对地移动，而使聚焦点P沿着切割预定线5移动。由此，如图3 图5所示，改质区域7沿着切割预定线 5而形成在加工对象物1的内部，该改质区域7成为切割起点区域8。在此，所谓切割起点区域8的意思是指加工对象物1被切割时成为切割(割裂)的起点的区域。该切割起点区域8，既存在通过连续地形成改质区域7而形成的情况，也存在通过断断续续地形成改质区域7而形成的情况。本实施方式的激光加工方法中，在加工对象物1的表面3上几乎不吸收激光L，因此加工对象物1的表面3并不熔融。当在加工对象物1的内部形成切割起点区域8时，由于容易以该切割起点区域8 作为起点而产生割裂，因此如图6所示，可以用比较小的力来切割加工对象物1。于是，在加工对象物1的表面3上并不产生不需要的割裂，可以高精度地切割加工对象物1。对于以该切割起点区域8为起点的加工对象物1的切割，可考虑下列两个方式。一种情况是，在切割起点区域8形成之后，通过在加工对象物1上施加人为的力，使得以切割起点区域8作为起点加工对象物1被割裂，从而使加工对象物1被切割。这是，例如，当加工对象物1的厚度较大时的切割。所谓施加人为的力，是指例如沿着加工对象物1的切割起点区域8对加工对象物1施加弯曲应力或剪切应力，或者通过给加工对象物1赋予温度差而产生热应力。另外一种情况是，通过形成切割起点区域8，从而以切割起点区域8作为起点而朝向加工对象物1的剖面方向(厚度方向)自然地产生割裂，结果使加工对象物1 被切割。这在例如加工对象物1的厚度小的情况下，可以通过由一列改质区域7而形成切割起点区域8来进行，在加工对象物1的厚度大的情况下，可以通过在厚度方向上形成多列的改质区域7而形成切割起点区域8来进行。另外，即使在这种自然割裂的情况下，在切割之处，割裂并不会生成至对应于未形成切割起点区域8的部位的部分的表面3上，而能够仅割断对应于形成切割起点区域8的部位的部分，因此可以良好地控制割断。近年来，硅晶片等的加工对象物1的厚度有变薄的倾向，因此这种控制性良好的割断方法是非常有效的。另外，在本实施方式的激光加工方法中，作为改质区域有下列(1) (3)的情况。(1)改质区域为包含一个或多个裂纹(crack)的裂纹区域的情况将聚焦点对准加工对象物(例如玻璃或由LiTaO3制成的压电材料)的内部，在聚焦点上的电场强度为lX108(W/cm2)以上且脉冲宽度为Iys以下的条件下，照射激光。该脉冲宽度的大小满足如下条件，即，使得在产生多光子吸收的同时不会给加工对象物的表面造成多余的损伤，而且可以仅在加工对象物的内部形成裂纹区域。由此，在加工对象物的内部发生由于多光子吸收而产生的光学性的损伤的现象。由该光学性的损伤而在加工对象物的内部引起热形变，由此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，例如是1 X IO12 (W/cm2)。脉冲宽度优选为例如Ins 200ns。另夕卜，由多光子吸收引起的裂纹区域的形成，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 第观页的“由固体激光高谐波产生的玻璃基板的内部条纹”中。本发明人通过实验求出了电场强度与裂纹的大小之间的关系。实验条件如下。(A)加工对象物；派热克斯(注册商标)玻璃(厚度700 μ m)(B)激光光源半导体激光激发Nd: YAG激光器
7
波长1064nm激光点截面积3·14X IO-8Cm2振荡形态Q开关脉冲重复频率100kHz脉冲宽度30ns输出输出< ImJ/脉冲激光品质TEM0。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/秒另外，所谓激光品质为TEMtltl,意思是指聚光性高且可聚光至激光的波长程度。图7是表示上述实验的结果的图表。横轴为峰值功率密度，激光为脉冲激光，因此电场强度以峰值功率密度来表示。纵轴表示由1个脉冲的激光在加工对象物的内部所形成的裂纹部分(裂纹点)的大小。裂纹点集中而形成裂纹区域。裂纹点的大小，是指裂纹点的形状中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100倍、数值孔径(NA)为0.80的情形。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的情形。可知从峰值功率密度为IO11 (W/ cm2)左右开始在加工对象物的内部产生裂纹点，随着峰值功率密度变大，裂纹点也变大。下面，将参照图8 图11来说明由形成裂纹区域来进行的加工对象物的切割的机理。如图8所示，在产生多光子吸收的条件下，将聚焦点P对准加工对象物1的内部，在加工对象物1上照射激光L，沿着切割预定线在内部形成裂纹区域9。裂纹区域9是包含一个或多个裂纹的区域。如此形成的裂纹区域9成为切割起点区域。如图9所示，以裂纹区域 9作为起点(即，以切割起点区域作为起点)裂纹更进一步生长，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，通过分割加工对象物1来切割加工对象物1。 到达加工对象物1的表面3和背面21的裂纹，既有自然生长的情况，也有通过在加工对象物1上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焦点对准加工对象物(例如硅那样的半导体材料)的内部，在聚焦点中的电场强度为lX108(W/cm2)以上且脉冲宽度为Iys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而被局部加热。由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，是指暂时熔融后再固化了的区域，或熔融状态中的区域，或从熔融状态起进行再固化的状态的区域，亦可以指相变化的区域或晶体结构发生变化的区域。并且，熔融处理区域亦可以指在单晶体结构、非结晶结构、多晶体结构中，某种结构变化成另一种结构的区域。即，例如意味着，从单晶体结构变化为非结晶结构的区域、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结晶结构及多晶体结构的结构的区域。加工对象物为硅单晶体结构时，熔融处理区域例如为非结晶硅结构。作为电场强度的上限值，例如为1 X IO12 (W/cm2)。脉冲宽度优选为例如Ins 200ns。本发明人通过实验确认了在硅晶片(半导体基板)的内部形成熔融处理区域。实验条件如下。(A)加工对象物硅晶片(厚度350 μ m,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3·14X IO-8Cm2振荡形态Q开关脉冲重复频率100kHz脉冲宽度30ns输出20 μ J/脉冲激光品质=TEM00偏光特性直线偏光(C)聚光用透镜倍率δ0倍N. Α. 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IOOmm/秒图12是表示通过在上述条件下的激光加工而被切割的硅晶片的一部分中的剖面的照片的图。在硅晶片11的内部形成有熔融处理区域13。另外，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IOOym左右。说明通过多光子吸收来形成熔融处理区域13的情形。图13是表示激光的波长与硅基板的内部的透过率之间的关系的图。但是，除去了硅基板的表面侧及背面侧各自的反射成分，仅表示了内部的透过率。对于硅基板的厚度t为50μπι、100μπι、200μπι、500μπι、 1000 μ m的各个情况表示了上述关系。例如，在Nd: YAG激光器的波长1064nm处，硅基板的厚度为500 μ m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350 μ m，因此通过多光子吸收形成的熔融处理区域13形成在硅晶片11的中心附近，即，从表面起175 μ m 的部分上。此时的透过率如果参考厚度200 μ m的硅晶片，则由于成为90%以上，因此在硅晶片11的内部被吸收的激光很少，几乎全部透过。这意味着，并非在硅晶片11的内部吸收激光，在硅晶片11的内部形成了熔融处理区域13(即，由于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形成了熔融处理区域13。利用多光子吸收进行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集(2000年4月)的第72 页 第73页的“利用皮秒脉冲激光进行的硅加工特性评价”中。另外，以由熔融处理区域所形成的切割起点区域为起点，通过朝向剖面方向产生割裂，该割裂到达硅晶片的表面和背面，由此硅晶片被最终切割。到达硅晶片的表面和背面的该割裂，有自然生长的情形，也有通过在硅晶片上施加力而生长的情形。并且，割裂从切割起点区域到硅晶片的表面和背面是自然生长的情形中，有下列的任何一种情况从形成切割起点区域的熔融处理区域发生熔融的状态开始起割裂生长的情况；和，从形成切割起点区域的熔融处理区域发生熔融的状态开始起再固化时割裂生长的情况。但是，无论哪种情况，熔融处理区域均仅在硅晶片的内部形成，在切割后的切割面中，如图12所示，仅在内部形成熔融处理区域。这样，在加工对象物的内部由熔融处理区域形成切割起点区域的情况下，在割断时不容易产生脱离切割起点区域线的不必要的割裂，因此割断控制变得容易。 顺便说一下，熔融处理区域的形成不仅有由多光子吸收而产生的情况，也有因为其它吸收作用而产生的情况。(3)改质区域为折射率变化区域的情况将聚焦点对准加工对象物(例如玻璃)的内部，在聚焦点中的电场强度为 lX108(ff/cm2)以上且脉冲宽度为Ins以下的条件下，照射激光。如果使脉冲宽度极短，在加工对象物的内部引起多光子吸收，则由多光子吸收产生的能量不转化成热能，而在加工对象物的内部引起离子价变化、结晶化、或极化取向等的永久性的结构变化，从而形成折射率变化区域。作为电场强度的上限值，例如是IX IO12 (W/cm2)。脉冲宽度优选为例如Ins以下，更优选为Ips以下。由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。以上在改质区域方面说明了⑴ (3)的情形，但是如果考虑到晶片状的加工对象物的晶体结构或其劈开性等而以如下方式形成切割起点区域，则可以将该切割起点区域作为起点，用更小的力，且精度良好地切割加工对象物。S卩，在由硅等的金刚石结构的单晶半导体所形成的基板的情况中，优选在沿着 (111)面(第1解理面)或(110)面(第2解理面)的方向上形成切割起点区域。并且， 在由GaAs等的闪锌矿型结构的III-V族化合物半导体所形成的基板的情况下，优选在沿着
(110)面的方向上形成切割起点区域。并且，在具有蓝宝石(Al2O3)等的六方晶系的晶体结构的基板的情况下，优选以(0001)面(C面)为主面在沿着(1120)面(A面)或(1100)面 (M面)的方向上形成切割起点区域。另外，如果沿着应形成上述切割起点区域的方向(例如，沿着单晶硅基板中的
(111)面的方向)、或与应形成切割起点区域的方向正交的方向，在基板上形成定向平面 (orientation flat)，则通过以该定向平面作为基准，可以容易且正确地在基板上形成沿着应形成切割起点区域的方向的切割起点区域。下面，将说明本发明的优选的实施方式。[第1实施方式]如图14和图15所示，加工对象物1具备硅晶片11，和包含多个功能元件15且在硅晶片11的表面Ila上形成的功能元件层16。硅晶片11具有在与其厚度方向t不同的方向上割裂容易延伸的结晶方位。具体而言，硅晶片11是具有平行于其厚度方向且沿着相对于包括后述的切割预定线5的面倾斜的方向的解理面的结晶结构体，割裂容易沿着该解解理面的方向延伸。在此，硅晶片11以其表面Ila为(111)面。功能元件15是例如，由晶体生长所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、或者作为电路而形成的电路元件等，在平行于或垂直于硅晶片11的定向平面6的方向上以矩阵状形成有多个。这样的加工对象物1，沿着以通过相邻的功能元件间的方式被设定成格子状的切割预定线5 (参照图14的虚线)，通过激光加工被切割成为微小芯片，即分立器件(Discrete Device)。
切割该加工对象物1时，首先，例如将扩张胶带粘贴于加工对象物1的背面21。接着，以加工对象物1的表面3作为激光入射面，将聚焦点对准硅晶片11的内部，从该激光入射面Ila照射激光，沿着各切割预定线5形成将成为切割起点的改质区域。然后，使扩张胶带扩张。由此，以改质区域为切割的起点，沿着切割预定线5，按照每个功能元件15精度优良地切割加工对象物1，使多个半导体芯片互相分离。另外，改质区域除了熔融处理区域以夕卜，也有包括裂纹区域等的情况。在此，对上述改质区域的形成更详细地进行说明。首先，如图16(a)所示，将聚焦点对准硅晶片11的内部向加工对象物1上照射激光，使聚焦点沿着切割预定线5相对移动，由此，沿着切割预定线5在加工对象物1的内部形成一列改质区域Ml。在此，改质区域Ml位于硅晶片11的内部的背面21附近。接着，如图16(b)所示，将聚焦点对准硅晶片11的内部向加工对象物1上照射激光，使聚焦点沿着切割预定线5相对移动，由此，沿着切割预定线5在加工对象物1的内部形成一列位于改质区域Ml和激光入射面3之间的改质区域M2。在此，改质区域M2位于硅晶片11的内部的表面3附近。接着，如图17(a)所示，将聚焦点对准硅晶片11的内部向加工对象物1上照射激光，使聚焦点沿着切割预定线5相对移动，由此，沿着切割预定线5在加工对象物1的内部形成一列位于改质区域Ml和改质区域M2之间的改质区域M3。在此，改质区域M3位于硅晶片11的内部的，改质区域Ml和改质区域M2之间的背面21侧。接着，如图17(b)所示，将聚焦点对准硅晶片11的内部向加工对象物1上照射激光，使聚焦点沿着切割预定线5相对移动，由此，沿着切割预定线5在加工对象物1的内部形成一列位于改质区域M2和改质区域M3之间的改质区域M4。在此，改质区域M4位于硅晶片11的内部的改质区域M2和改质区域M3之间。另外，在现有技术的激光加工方法中，为了防止由在加工对象物1中位于入射激光的表面3和激光的聚焦点之间的改质区域引起的激光的散射和吸收等，通常从背面21侧到表面3侧依次在加工对象物1的内部形成多列改质区域，即，在加工对象物1的内部通常依次形成改质区域Ml、改质区域M3、改质区域M4、改质区域M2。但是，这种情况下，在切割加工对象物1时，切割面的表面3侧的端部会大幅度脱离切割预定线5，该端部会成裙状凹陷或成裙状突出(参照图18(a))。于是，本发明者们经过反复的专心研究的结果，发现了在切割加工对象物1时切割面的表面3侧的端部会大幅度脱离切割预定线5是由于以下的现象引起的。即，如果在加工对象物1的内部按照以下顺序形成多列改质区域Ml、改质区域M3、改质区域M4、改质区域M2，则在形成改质区域M2时，从相邻于该改质区域M2的已经形成的改质区域M4起在沿着硅晶片11的解理面的方向上将产生割裂，或者，从改质区域M4延伸的割裂在沿着解理面的方向上大幅度地生长，该割裂从会切割预定线5大幅度脱离而到达表面3。进而，如上所述，如果从背面21侧起向表面3侧依次形成多列改质区域，则在形成改质区域M2时，从已经形成的改质区域M3起在沿着硅晶片11的解理面的方向上将产生割裂，或者，从改质区域 M3延伸的割裂在沿着解理面的方向上大幅度地生长，该割裂从切割预定线5会大幅度脱离而到达表面3。因此，在切割加工对象物1时切割面的表面3侧的端部会大幅度脱离切割预定线5。
本发明人基于上述的知识，经过进一步的反复研究后，如上所述，沿着切割预定线 5，在加工对象物1的内部形成改质区域M1，形成位于改质区域Ml和加工对象物1的表面3 之间的改质区域M2，形成位于改质区域Ml和改质区域M2之间的改质区域M3。换而言之， 在加工对象物1的内部，按照距离表面3深的位置、浅的位置的顺序形成改质区域后，再在这些改质区域之间的中间位置形成改质区域。由此，可以抑制上述现象，S卩，可以抑制割裂大幅度脱离切割预定线5而到达加工对象物1的表面3的现象，并且，与在加工对象物1的内部按照如下顺序形成多列改质区域 Ml、改质区域M3、改质区域M4、改质区域M2的情况相比，能够防止在切割加工对象物1时切割面的表面3侧的端部大幅度脱离切割预定线5的情况的发生。其结果是，如图18(b)所示，即使加工对象物是具有平行于其厚度方向且沿着相对于包括切割预定线的面倾斜的方向的解理面的晶体结构体，也可以抑制切割面的表面侧成裙状突出，可以提高切割面的端面品质。另一方面，在按照如下顺序在加工对象物1的内部形成改质区域Ml、改质区域M2、 改质区域M4、改质区域M3的情况下，当切割加工对象物1时切割面成凸凹状。这是因为 在这种情况中，当形成改质区域M3时，在存在于形成的改质区域M3和表面3之间的改质区域M4上激光发生散射和吸收等，因而不能很好地形成改质区域M3，因此，会发生不能形成龟裂本身，或者从改质区域M3延伸的割裂与从相邻于该改质区域M3的改质区域Ml、M4延伸的割裂不连结等的情况。但是，在本实施方式的激光加工方法中，如上所述，在形成改质区域M3后，沿着切割预定线5，在加工对象物1的内部形成位于改质区域M2和改质区域M3之间的改质区域 M4，因此与在加工对象物1的内部按照如下顺序形成多列改质区域Ml、改质区域M2、改质区域M4、改质区域M3的情况相比，可以可靠地连结从改质区域M3延伸的割裂与从相邻的改质区域M1、M4延伸的割裂，可以防止在切割加工对象物1时切割面变成凸凹状。其结果是，即使加工对象物是具有平行于其厚度方向且沿着倾斜于包括切割预定线的面的方向的解理面的结晶结构体，也可以沿着切割预定线在其厚度方向上比较笔直地切割加工对象物，可以进一步提高切割面的端面品质。[第2实施方式]接着，对本发明的第2实施方式的激光加工方法进行说明。该第2实施方式的激光加工方法与图16和图17所示的第1实施方式的激光加工方法的不同点是，没有形成改质区域M4。具体而言，在第2实施方式的激光加工方法中，沿着切割预定线，在加工对象物的内部，在离激光入射面较深的位置上形成改质区域，然后在离激光入射面较浅的位置上形成改质区域，之后在它们之间形成改质区域，然后进行切割。在这种情况中，如图19(a) 所示，在切割加工对象物时起到与上述同样的作用效果，即，防止切割面的激光入射面侧的端部大幅度地从切割预定线脱离。[第3实施方式]接着，对本发明的第3实施方式的激光加工方法进行说明。该第3实施方式的激光加工方法与图16和图17所示的第1实施方式的激光加工方法的不同点是，在形成改质区域Ml之前，从激光入射面的相反侧起向激光入射面侧依次形成多个改质区域。具体而言， 在第3实施方式的激光加工方法中，例如，使用厚度250 μ m的加工对象物，沿着切割预定线，在加工对象物的内部，以激光入射面为厚度方向的基准(Ομπι的位置)从67μπι的位置到23 μ m的位置依次形成多列的即11列的改质区域，在7 μ m的位置上形成第12列改质区域，在13. 5 μ m的位置上形成第13列改质区域，在10 μ m的位置上形成第14列改质区域， 然后进行切割。在这种情况中，如图19(b)所示，在切割加工对象物时起到与上述同样的作用效果，即，防止切割面的激光入射面侧的端部大幅度地从切割预定线脱离。[第4实施方式]如图20和图21所示，加工对象物1具备厚度为200 μ m的硅晶片(半导体基板)11，和包含多个功能元件15且在硅晶片11的表面上形成的功能元件层16。功能元件 15是例如，由晶体生长所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、或者作为电路而形成的电路元件等，在平行于或垂直于硅晶片11的定向平面6 的方向上以矩阵状形成有多个。将具有如上构成的加工对象物1以如下的方式按照每个功能元件15进行切割。首先，在加工对象物1的表面3 (即，功能元件层16的表面)上粘贴保护胶带，在用保护胶带保护功能元件层16的状态下，在激光加工装置的载置台上，固定保持着加工对象物1的保护胶带。接着，以通过相邻的功能元件15，15之间的方式，将切割预定线5设定为格子状。 然后，以加工对象物1的背面21 (即，硅晶片11的背面)为激光入射面，将聚焦点对准硅晶片11的内部，并在产生多光子吸收的条件下照射激光，由此沿着各切割预定线5在硅晶片 11的内部形成熔融处理区域。在这里，沿着各切割预定线5在加工对象物1的厚度方向上形成3列熔融处理区域。接着，将固定在载置台上的胶带与加工对象物1 一起实施分离。然后，在加工对象物1的背面21粘贴扩张胶带，从功能元件层16的表面剥离保护胶带后，使扩张胶带扩张，从而沿着切割预定线5切割加工对象物1，同时使通过切割而得到的多个半导体芯片互相分离。在此，对上述熔融处理区域的形成进行更详细的说明。首先，如图22 (a)所示，将聚焦点对准距离加工对象物1的背面21的距离为68 μ m 的位置上照射激光，由此沿着各切割预定线5在硅晶片11的内部形成熔融处理区域(第1 改质区域)13^接着，将聚焦点对准距离加工对象物1的背面21的距离为195 μ m的位置上照射激光，由此沿着各切割预定线5在硅晶片11的内部形成熔融处理区域(第2改质区域)Π2。作为形成熔融处理区域H1Ul时的激光的照射条件的具体例有，激光的能量为 0. 68W，沿着切割预定线5的激光的聚焦点的移动速度为350mm/s。另外，还有到达至加工对象物1的背面21的割裂是从熔融处理区域U1起产生的情况，以及到达至加工对象物1的表面3的割裂是从熔融处理区域1 起产生的情况。在形成熔融处理区域U1UIB2之后，通过将聚焦点对准距离加工对象物1的背面21 的距离为160 μ m的位置处照射激光，从而沿着各切割预定线5在硅晶片11的内部形成熔融处理区域(第3改质区域)133。作为形成熔融处理区域1 时的激光的照射条件的具体例有，激光的能量为0. 68W，沿着切割预定线5的激光的聚焦点的移动速度为600mm/s。另夕卜，也存在割裂混合存在于熔融处理区域13^1 ^ 中的情况。此时，熔融处理区域1 形成在熔融处理区域13^1 中的，偏靠激光入射面即背面21附近的熔融处理区域U1的一侧。由此，在开始时，割裂M从熔融处理区域1 起行进至熔融处理区域13^ 中的靠近熔融处理区域133的熔融处理区域U1，不久，如图22(b)所示，割裂M从熔融处理区域13^1 中的远离激光入射面即背面21的熔融处理区域132 起，行进至靠近激光入射面即背面21的熔融处理区域13lt) 这样，通过形成熔融处理区域1 而产生跨过熔融处理区域13pl32之间的割裂 24，如图23所示，这是由于通过形成在加工对象物1的厚度方向上并列的熔融处理区域 13pl32，而在加工对象物1上的熔融处理区域U1UIB2之间的部分上，朝向切割预定线5的两侧产生拉伸应力而导致的。也就是说，由于该拉伸应力的存在，形成在加工对象物1中的熔融处理区域U1UIB2之间的部分上的熔融处理区域1 变成起点，产生跨过熔融处理区域 13^1 之间的割裂24。 另外，如图22 (b)所示，助跑距离D ( S卩，割裂M从熔融处理区域132行进至熔融处理区域U1所需要的沿着切割预定线5的距离)通过后，加工对象物1的厚度方向上的熔融处理区域1 的长度变得短于熔融处理区域13^14。这是因为在形成熔融处理区域133 之前产生跨过熔融处理区域U1UIB2之间的割裂对，因而在形成熔融处理区域1 时聚焦点上的激光的吸收的程度下降的缘故。顺便说一下，应用上述激光的照射条件的情况下，助跑距离D为100 μ m左右。此外，熔融处理区域1 可以沿着切割预定线5的大致全体形成，也可以仅在切割预定线5的某些地方形成。如后者那样，尽管照射了激光还是出现未形成熔融处理区域133 之处是因为，吸收激光的程度由于割裂而降低，因而为达到用于形成熔融处理区域1 的加工能量的缘故。由于这样的理由，有时仅在加工对象物1的一端部分形成熔融处理区域133。但是，由于以下的理由，优选激光的聚焦点从加工对象物1的切割预定线5的一端移动至另一端。即，虽然希望割裂沿着切割预定线5的大致全体形成，但是如前所述，由于出现未形成熔融处理区域1 之处等的理由，也存在产生暂时不产生割裂之处的情况。于是，通过在切割预定线5的全部上照射激光，可以使割裂在切割预定线5的各个部分上产生，从而可以进行加工对象物1的高精度的切割。如上所述，由于熔融处理区域U1形成在加工对象物1的背面21附近，且熔融处理区域1 形成在加工对象物1的表面3附近，因此，即使在200 μ m以上这样的加工对象物1 的厚度比较厚的情况下，也可以不增加相对于1条切割预定线5需要形成的熔融处理区域 13的列数，而可以在加工对象物1上沿着切割预定线5的部分的大致全体上形成割裂M。 因此，即使加工对象物1的厚度比较厚的情况下，也可以缩短在加工对象物1上形成熔融处理区域13的时间，可以沿着切割预定线5精度良好地切割加工对象物1。而且，熔融处理区域1 仅仅是用于产生跨过熔融处理区域U1UIB2之间的割裂M 的开端，因此，相比于形成熔融处理区域13”1\时的沿着切割预定线5的激光的聚焦点的移动速度，可以提高形成熔融处理区域1 时的沿着切割预定线5的激光的聚焦点的移动速度。此外，如图所示，熔融处理区域1 形成在熔融处理区域13^1 中的，偏靠激光入射面即背面21附近的熔融处理区域U1的一侧。由此，如图M(b)所示，相比于熔融处理区域1 的形成在熔融处理区域13^1 中的、偏靠远离激光入射面即背面21的熔融处理区域1 的一侧的情况相比，可以通过较短的助跑距离D使割裂从熔融处理区域132 向熔融处理区域瑪行进。这样，助跑距离D变短的话，与助跑距离D较长的情况相比，可以以较小的外力沿着切割预定线5切割加工对象物1。另外，在图M(a)、(b)中，与图22(a)、(b)的情况相反，使激光的聚焦点沿着切割预定线5从右向左移动。图25是通过使用上述本实施方式的激光加工方法而得到的半导体芯片(芯片)25 的侧面图。半导体芯片25是矩形薄板状，在大致平行于其厚度方向的侧面2 上，形成有在半导体芯片25的厚度方向上排列的熔融处理区域13^1 以及位于熔融处理区域
132之间的熔融处理区域133。在半导体芯片25的厚度方向上的熔融处理区域1 的长度， 如上所述，短于熔融处理区域13^13”具体而言，在应用上述激光的照射条件的情况下，在半导体芯片25的厚度方向上，相对于熔融处理区域U1的长度为20 25 μ m、熔融处理区域1 的长度为25 30 μ m,而熔融处理区域1 的长度为15 20 μ m。而且，在半导体芯片25的侧面2 上形成有横跨熔融处理区域13pl32之间的华纳线(wallner line06。如图22(a)、(b)所示，当割裂M行进时，华纳线(wallner line) 在大致垂直于其行进方向的方向上延伸，因此成倾斜于半导体芯片25的厚度方向地延伸 (参照图^⑷、(b))。以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，作为加工对象物使用了具备其表面为(111)面的硅晶片11的加工对象物1，但也可以是具备在不同于厚度方向的方向上具有解理面的硅晶片的加工对象物，也可以具备具有厚度方向上的解理面的硅晶片的加工对象物。此外，也可以不是硅晶片11，而是例如镓砷等的半导体化合物材料、压电材料、蓝宝石等的具有结晶性的材料。此外，在上述实施方式中，激光的照射条件可以不限定于脉冲距(pulse pitch)宽度和输出等，而可以为各种照射条件。例如，激光的照射条件可以是使激光的脉冲距变窄、 提高输出或者将它们组合等的割裂比较难以延伸的条件，此时可以抑制割裂的生长。此外，在上述实施方式中，在形成熔融处理区域13^1 中的靠近激光入射面的熔融处理区域U1之后，形成远离激光入射面的熔融处理区域132，但是熔融处理区域13pl32 的形成顺序也可以相反，或者也可以同时形成。此外，如图沈所示，也可以形成多列(这里为2列)位于熔融处理区域13^ 之间的熔融处理区域133。由此，在图22(b)所示的状态下不产生割裂M的区域R中，可以增补作为割裂的起点的熔融处理区域1 ，可以用更小的外力沿着切割预定线5切割加工对象物1。此外，在250μπι以上这样的加工对象物1的厚度更厚的情况下，可以形成多列 (例如2列)熔融处理区域13^1 中的靠近激光入射面的熔融处理区域U1，或者形成多列(例如2列)远离激光入射面的熔融处理区域132。此外，在上述实施方式中，在由半导体材料形成的晶片的内部形成熔融处理区域， 但也可以在由玻璃或压电材料等其它材料形成的晶片的内部形成裂纹区域或折射率变化区域等其它的改质区域。利用本发明可以进行沿着切割预定线的加工对象物的高精度切割。
权利要求
1.一种激光加工方法，其特征在于，通过将聚焦点对准板状的加工对象物的内部照射激光，从而沿着所述加工对象物的切割预定线，在所述加工对象物的内部形成成为切割的起点的改质区域，所述板状的加工对象物具备一表面和与该一表面相对的另一表面， 所述激光加工方法包括从所述一表面入射激光，沿着所述切割预定线，形成在所述加工对象物的厚度方向上排列的第1改质区域和第2改质区域的工序；在所述形成第1改质区域和第2改质区域的工序之后，从所述一表面照射激光并透过所述第1改质区域或所述第2改质区域的任意一个区域，由此，沿着所述切割预定线，形成位于所述第1改质区域与所述第2改质区域之间的第3改质区域的工序，在形成所述第1改质区域和第2改质区域的工序中，从所述一表面入射激光，沿着所述切割预定线形成第1改质区域；在形成所述第1改质区域之后，从所述一表面入射激光，沿着所述切割预定线，形成位于所述第1改质区域与所述一表面之间的第2改质区域；在形成所述第3改质区域的工序中，至少产生跨过所述第1改质区域与所述第2改质区域之间的割裂。
2.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改质区域和第2改质区域的工序中，从所述一表面入射激光，沿着所述切割预定线形成所述第1改质区域；在形成所述第1改质区域之后，从所述一表面入射激光，沿着所述切割预定线，形成位于所述第1改质区域与所述另一表面之间的所述第2改质区域。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于， 包括在形成所述第3改质区域之后，沿着所述切割预定线，形成位于所述第2改质区域与所述第3改质区域之间的第4改质区域的工序。
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，所述改质区域包括熔融处理区域。
5.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作为切割的起点，沿着所述切割预定线切割所述加工对象物的工序。
6.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于， 沿着所述切割预定线的全体形成所述第3改质区域。
7.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，沿着所述切割预定线的一端部分形成所述第3改质区域。
8.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改质区域和所述第2改质区域中的，偏靠所述加工对象物中的激光入射的激光入射面附近的一方的改质区域侧，形成所述第3改质区域。
全文摘要
本发明提供一种激光加工方法，其能够进行沿着切割预定线的加工对象物的高精度的切割。通过将聚焦点对准硅晶片(11)的内部在加工对象物(1)上照射激光，并使聚焦点沿着切割预定线(5)相对移动，由此，沿着切割预定线(5)分别形成位于加工对象物(1)的内部的改质区域(M1)、(M2)之后，在加工对象物(1)的内部形成位于改质区域(M1)和改质区域(M2)之间的改质区域(M3)。
文档编号H01L21/301GK102554462SQ20121003296
公开日2012年7月11日 申请日期2007年7月3日 优先权日2006年7月3日
发明者坂本刚志, 杉浦隆二 申请人:浜松光子学株式会社