CN100487869C - 激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工方法，在将具备有衬底和含功能元件且形成在衬底表面的层压部的加工对象物切断时，可以特别高精度地切断层压部。在将保护胶带(22)粘贴在层压部(16)的表面(16a)上的状态下，将衬底(4)的背面(4b)作为激光入射面而照射激光(L)，由此沿着切断预定线而在衬底(4)的内部形成改质区域(7)，并产生从改质区域(7)的表面侧端部(7a)起到达衬底(4)的表面(4a)的龟裂(24)。并且，在产生这样的龟裂(24)的状态下，将扩张胶带粘贴在衬底(4)的背面(4b)并使其扩张时，不仅可将衬底(4)，而且可将切断预定线上的层压部(16)，即层间绝缘膜(17a，17b)，沿着切断预定线精度良好地切断。

Description

激光加工方法
技术领域
本发明涉及将具备有衬底和含有功能元件且在衬底的表面形成的层压部的加工对象物沿着切断预定线进行切断的激光加工方法。
背景技术
作为现有的这种技术，是通过将聚光点对准于形成有包含多个功能元件的层压部的衬底的内部来照射激光，而在衬底的内部沿着切断预定线形成改质区域，并以该改质区域为起点而将衬底及层压部进行切断的激光加工方法(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2003-334812号公报
发明内容
上述的激光加工方法，是在可高精度地切断衬底及层压部的方面有效的技术。关于该技术，在形成有包含多个功能元件的层压部的衬底的内部，沿着切断预定线形成改质区域的情况下，以该改质区域作为起点，尤其可进行层压部的更高精度的切断的技术是令人盼望的。
于是，本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种激光加工方法，其在将具备有衬底以及含功能元件并在衬底的表面形成的层压部的加工对象物切断时，尤其可以高精度来切断层压部。
为了达到上述目的，本发明的激光加工方法，其特征在于，将具备有衬底以及含功能元件并在衬底的表面形成的层压部的加工对象物，沿着切断预定线进行切断，该激光加工方法包括：将保护部件安装在层压部的表面的工序；在安装保护部件之后，通过将衬底的背面作为激光入射面，使聚光点对准衬底的内部，来照射激光，而沿着衬底的切断预定线使成为切断的起点的改质区域在衬底的内部形成，并产生从改质区域的表面侧端部起至少到达衬底的表面的龟裂的工序；在使龟裂产生之后，将可扩张部件安装在衬底的背面的工序；在安装可扩张部件之后，通过使可扩张部件扩张，而沿着切断预定线切断加工对象物的工序。
该激光加工方法，在将保护部件安装在层压部的表面的状态下，通过将衬底的背面作为激光入射面来照射激光，而沿着切断预定线在衬底的内部形成改质区域，并产生从改质区域的表面侧端部起至少到达衬底的表面的龟裂。并且，在产生这样的龟裂的状态下，将可扩张部件安装在衬底的背面并使其扩张时，不仅可将衬底沿着切断预定线精度良好地切断，而且尤其可将层压部沿着切断预定线精度良好地切断。因而，依照该激光加工方法，在将具备有衬底以及含功能元件并在衬底的表面形成的层压部的加工对象物进行切断时，尤其可将层压部高精度地切断。
所谓功能元件，意思是指，例如，通过晶体生长而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、作为电路而形成的电路元件等。并且，改质区域是，通过将聚光点对准衬底的内部来照射激光，在衬底的内部产生多光子吸收或与其同等的光吸收而形成的。
并且，在上述激光加工方法中，可产生从改质区域的表面侧端部起到达层压部的内部的龟裂，亦可产生从改质区域的表面侧端部起到达层压部的表面的龟裂。
并且，优选将改质区域形成为，使得在衬底的厚度方向上改质区域的中心位于比衬底的中心更接近衬底的表面侧的位置。通过这样形成改质区域，可以容易地产生从改质区域的表面侧端部起至少到达衬底的表面的龟裂。
在此，存在衬底是半导体衬底且改质区域包含熔融处理区域的情况。该熔融处理区域为上述改质区域的一个例子，因此在该情况下，在将具备有衬底以及含功能元件且在衬底的表面形成的层压部的加工对象物切断时，也可特别高精度地切断层压部。
并且，还存在衬底是半导体衬底，改质区域包括熔融处理区域、及相对于该熔融处理区域而位于衬底的表面侧的微小空洞的情况。该熔融处理区域及微小空洞为上述改质区域的一个例子，因此在该情况下，在将具备有衬底以及含功能元件且在衬底的表面形成的层压部的加工对象物切断时，也可特别高精度地切断层压部。
并且，本发明的激光加工方法，在层压部包含低介电常数的膜时特别有效。低介电常数膜一般具有机械强度低、且难以与其它材料亲和的性质，因此容易引起拉裂或膜剥离，但是根据本发明的激光加工方法，可防止拉裂或膜剥离，可与衬底一起高精度地切断低介电常数的膜。
根据本发明，在将具备有衬底、含功能元件且在衬底的表面形成的层压部的加工对象物切断时，尤其可以高精度地切断层压部。
附图说明
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方法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和龟裂点的大小的关系的图。
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剖面图。
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剖面图。
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剖面图。
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剖面图。
图12是表示利用本实施方式的激光加工方法所切断的硅晶圆的一部分中的断面的照片的图。
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衬底的内部的透过率的关系的图。
图14是利用本实施方式的激光加工方法形成了熔融处理区域及微小空洞后的硅晶圆的剖面图。
图15是用于说明利用本实施方式的激光加工方法形成熔融处理区域及微小空洞的原理的硅晶圆的剖面图。
图16是表示利用本实施方式的激光加工方法形成了熔融处理区域及微小空洞的硅晶圆的切断面的照片的图。
图17是成为本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18是沿着图17所示的加工对象物的XVIII-XVIII线的局部剖面图。
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局部剖面图，(a)是将保护胶带粘贴在加工对象物上的状态，(b)是将激光照射在加工对象物上的状态。
图20是用于说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的局部剖面图，(a)是将扩张胶带粘贴在加工对象物上的状态，(b)是将紫外线照射在保护胶带上的状态。
图21是用于说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的局部剖面图，(a)是将保护胶带从加工对象物剥离的状态，(b)是使扩张胶带扩张的状态。
图22是产生了从改质区域的表面侧端部起到达层压部的内部的龟裂的加工对象物的局部剖面图。
图23是产生了从改质区域的表面侧端部起到达层压部的表面的龟裂的加工对象物的局部剖面图。
图24是用于说明产生从改质区域的表面侧端部起到达衬底的表面的龟裂时可将低介电常数膜高精度地切断的第1个理由的加工对象物的局部剖面图。
图25是用于说明产生从改质区域的表面侧端部起到达衬底的表面的龟裂时可将低介电常数膜高精度地切断的第2个理由的加工对象物的局部剖面图。
图26是用于说明产生从改质区域的表面侧端部起到达低介电常数膜的表面的龟裂时可将低介电常数膜高精度地切断的理由的加工对象物的局部剖面图。
图27是表示显示龟裂到达衬底的表面的情况及龟裂到达低介电常数膜的表面的情况的加工对象物的切断结果的照片的图。
图28是表示关于厚度为30μm的衬底的“改质区域的表面侧端部的位置与衬底的表面之间的距离、与衬底的状态之间的关系”的图。
图29是表示关于厚度为50μm的衬底的“改质区域的表面侧端部的位置与衬底的表面之间的距离、与衬底的状态之间的关系”的图。
图30是表示关于厚度为100μm的衬底的“改质区域的表面侧端部的位置与衬底的表面之间的距离、与衬底的状态之间的关系”的图。
图31是表示关于厚度为150μm的衬底的“改质区域的表面侧端部的位置与衬底的表面之间的距离、与衬底的状态之间的关系”的图。
图32是表示改质区域被形成为使得改质区域的表面侧端部条纹状延伸向衬底的表面后的衬底的切断面的照片的图。
符号说明
1...加工对象物，4...衬底，4a...衬底的表面，4b...衬底的背面，4c...衬底的侧面，5...切断预定线，7...改质区域，7a...改质区域的表面侧端部，13...熔融处理区域，14...微小空洞，15...功能元件，16...层压部，16a...层压部的表面，22...保护胶带(保护部件)，23...扩张胶带(可扩张部件)，24...龟裂，25...半导体芯片，26...低介电常数膜，L...激光，P...聚光点
具体实施方式
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，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，首先将说明利用多光子吸收来形成改质区域的激光加工方法。
当光子的能量hv比材料的吸收的能带隙EG更小时，会变成光学上透明。因而，在材料上产生吸收的条件是hv>EG。但是，即使光学上透明，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，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光点的峰值功率密度(W/cm2)所决定，例如在峰值功率密度为1×108(W/cm2)以上的条件下发生多光子吸收。峰值功率密度是由(聚光点上激光的每个脉冲的能量)÷(激光的光束点截面积×脉冲宽度)而求得。而在连续波的情形中，激光的强度由激光的聚光点的电场强度(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，在板状的加工对象物1的表面3上，有用于切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是直线状延伸的假定线。本实施方式的激光加工方法，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的内部来照射激光L，以形成改质区域7。而，所谓聚光点P是指激光L聚光之处。并且，切断预定线5并不限于直线状，亦可为曲线状，且并不限于假定线，亦可为实际上在加工对象物1上划的线。
接着，通过使激光L沿着切断预定线5(即朝图1的箭头A方向)相对地移动，而使聚光点P沿着切断预定线5移动。由此，如图3～图5所示，改质区域7沿着切断预定线5而形成于加工对象物1的内部，该改质区域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被切断时成为切断(裂痕)的起点的区域。既存在通过连续地形成改质区域7而形成该切断起点区域8的情况，也存在通过断续地形成改质区域7而形成该切断起点区域8的情况。
本实施方式的激光加工方法，并非由于加工对象物1吸收激光L而使加工对象物1发热从而形成改质区域7的。而是使激光L透过加工对象物1，而在加工对象物1的内部产生多光子吸收，来形成改质区域7。因而，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。
在加工对象物1的内部形成切断起点区域8时，将该切断起点区域8作为起点，容易产生裂痕，因此如图6所示，可使用比较小的力来切断加工对象物1。于是，加工对象物1的表面3上并不产生不需要的裂缝，可高精度地切断加工对象物1。
对于以该切断起点区域8为起点的加工对象物1的切断，可考虑下列两个方式。一种情况是，在切断起点区域8形成后，通过在加工对象物1上施加人为的力，而以切断起点区域8作为起点分割加工对象物1，并切断加工对象物1。这是，例如，当加工对象物1的厚度较大时的切断。所谓施加人为的力，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施加弯曲应力或剪切应力，或者通过将温度差赋予加工对象物1而产生热应力。另外一种情况是，通过形成切断起点区域8，从而将切断起点区域8作为起点而朝向加工对象物1的剖而方向(厚度方向)自然地破裂，结果使加工对象物1被切断。这在例如加工对象物1的厚度小的情况下，可通过由一列改质区域7形成切断起点区域8来进行，在加工对象物1的厚度大的情况下，可通过利用在厚度方向上形成多列的改质区域7而形成切断起点区域8来进行。在这种自然割裂的情况中，在切断之处，裂缝并不会抢先跑到对应于未形成切断起点区域8的部位的部分的表面3上，而能够仅割断对应于形成切断起点区域8的部位的部分，因此可良好地控制割断。近年来，硅晶圆等的加工对象物1的厚度有变薄的倾向，因此这种控制性良好的割断方法非常有效。
而，本实施方式的激光加工方法中，作为由多光子吸收形成的改质区域，有下列(1)～(4)种情况。
(1)改质区域为包含一个或多个裂纹(crack)的龟裂区域的情况
将聚光点对准加工对象物(例如玻璃或由LiTaO3制成的压电材料)的内部，在聚光点上的电场强度为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，而可仅在加工对象物的内部形成龟裂区域的条件。由此，在加工对象物的内部发生由多光子吸收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龟裂区域。作为电场强度的上限值，为例如1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选为例如1ns～200ns。而，由多光子吸收引起的龟裂区域的形成，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衬底的内部标记”中。
本发明人通过实验而求出了电场强度与龟裂的大小之间的关系。实验条件如下。
(A)加工对象物：PYREX(注册商标)玻璃(厚度700μm)
(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：3.14×10-8cm2
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
激光质量：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)载置有加工对象物的载置台的移动速度：100mm/秒
而所谓激光质量为TEM00，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龟裂部分(龟裂点)的大小。龟裂点集中而形成龟裂区域。龟裂点的大小，是指龟裂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1011(W/cm2)左右开始，在加工对象物的内部产生龟裂点，随着峰值功率密度变大时，龟裂点也变大。
下面，将参照图8～图11来说明由龟裂区域形成而进行加工对象物的切断的机理。如图8所示，在产生多光子吸收的条件下，将聚光点P对准加工对象物1的内部来照射激光L，而沿着切断预定线在内部形成龟裂区域9。龟裂区域9是包含一个或多个龟裂的区域。如此形成的龟裂区域9成为切断起点区域。如图9所示，以龟裂区域9作为起点(即，将切断起点区域作为起点)，使龟裂更进一步生长，如图10所示，裂纹到达加工对象物1的表面3及背面21，如图11所示，通过割裂加工对象物1而切断加工对象物1。既有到达加工对象物1的表面3及背面21的裂纹自然生长的情况，也有通过在加工对象物1上施加力而生长的情形。
(2)改质区域为熔融处理区域的情况
将聚光点对准加工对象物(例如硅这样的半导体材料)的内部，在聚光点中的电场强度为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而被局部加热。由该加热而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，或正当熔融状态的区域，或从熔融状态起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1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选为例如1ns～200ns。
本发明人通过实验确认了在硅晶圆的内部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350μm，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：3.14×10-8cm2
振荡形态：Q开关脉冲
重复频率：100kHz
脉冲宽度：30ns
输出：20μJ/脉冲
激光质量：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是表示通过在上述条件下的激光加工而切断的硅晶圆的一部分中的断面的照片的图。在硅晶圆11的内部形成有熔融处理区域13。而，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100μm左右。
说明熔融处理区域13通过多光子吸收来形成的情形。图13是表示激光的波长与硅衬底的内部的透过率之间的关系的图。但是，除去了硅衬底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。对于硅衬底的厚度t为50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm的各个情况表示了上述关系。
例如可知，在Nd：YAG激光的波长1064nm处，硅衬底的厚度为500μm以下的情况下，在硅衬底的内部激光透过80％以上。图12所示的硅晶圆11的厚度为350μm，因此通过多光子吸收形成的熔融处理区域13在硅晶圆11的中心附近，即，从表面起175μm的部分中形成。此时的透过率，参考厚度200μm的硅晶圆时为90％以上，因此激光在硅晶圆11的内部仅少量被吸收，几乎大部分透过。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而形成熔融处理区域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集(2000年4月)的第72页～第73页的“利用微微秒脉冲激光进行的硅的加工特性评价”中。
而，通过以由熔融处理区域所形成的切断起点区域为起点而朝向断面方向产生裂痕，该裂痕到达硅晶圆的表面及背面，硅晶圆被最终切断。到达硅晶圆的表面及背面的该裂痕，有自然生长的情形，也有通过在硅晶圆上施加力而生长的情形。并且，裂痕从切断起点区域到硅晶圆的表面及背面自然生长的情形中，有下列的任何一种情况：裂痕从形成切断起点区域的熔融处理区域发生熔融的状态之后开始生长的情况，及裂痕从形成切断起点区域的熔融处理区域发生熔融的状态之后再固化时开始生长的情况。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，在加工对象物的内部通过熔融处理区域形成切断起点区域时，在割断时不容易产生脱离切断起点区域线的不必要的裂痕，因此使割断控制变得容易。
(3)改质区域为熔融处理区域及微小空洞的情况
将聚光点对准加工对象物(例如硅这样的半导体材料)的内部，在聚光点中的电场强度为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，在加工对象物的内部有形成熔融处理区域及微小空洞的情况。而，作为电场强度的上限值，例如为1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选为例如1ns～200ns。
如图14所示，当使激光L从硅晶圆11的表面3侧射入时，微小空洞14相对于熔融处理区域13而在背面21侧形成。虽然在图14中，熔融处理区域13和微小空洞14是分离而形成的，但是也有熔融处理区域13和微小空洞14连续地形成的情况。即，通过多光子吸收而成对形成熔融处理区域13及微小空洞14时，微小空洞14相对于熔融处理区域13在硅晶圆11中的激光入射面的相反侧形成。
关于这样在使激光L透过硅晶圆11而在硅晶圆11的内部产生多光子吸收来形成熔融处理区域13的情况下，形成对应于各个熔融处理区域13的微小空洞14的原理，不一定很明确。在此处，关于在熔融处理区域13及微小空洞14在成对的状态下形成的原理，对本发明人设想的2种假设进行说明。
本发明人设想的第1种假设如下。即，如图15所示，将焦点对准硅晶圆11的内部的聚光点P，来照射激光L时，在聚光点P的附近形成熔融处理区域13。在现有技术中，作为该激光L，是使用从激光光源照射的激光L的中心部分的光(图15中相当于L4及L5的部分的光)。这是为了使用激光L的高斯分布的中心部分的缘故。
本发明人为了抑制激光L带给硅晶圆11的表面3的影响，而将激光L扩展。作为其中一个方法，是将从激光光源照射的激光L用规定的光学系统进行扩展，以扩展高斯分布的范围，从而使激光L的周边部分的光(图15中为相当于L1～L3及L6～L8的部分的光)的激光强度相对地提高。使依此方式扩展的激光L透过硅晶圆11时，如已说明的那样，在聚光点P的附近形成熔融处理区域13，在对应于该熔融处理区域13的部分形成微小空洞14。即，熔融处理区域13及微小空洞14在沿着激光L的光轴(图15中的点划线)的位置上形成。形成微小空洞14的位置，相当于激光L的周边部分的光(图15中为相当于L1～L3及L6～L8的部分的光)理论上聚光的部分。
这样，激光L的中心部分的光(图15中是相当于L4及L5的部分的光)、及激光L的周边部分的光(图15中为相当于L1～L3及L6～L8的部分的光)分别会聚的部分，在硅晶圆11的厚度方向上不同，这被认为是由将激光L会聚的透镜的球面像差(spherical abberation)所引起的。本发明人设想的第1种假设，是说该聚光位置之差是否会带来某种影响。
本发明人设想的第2个假设是说，激光L的周边部分的光(图15中为相当于L1～L3及L6～L8的部分的光)被会聚的部分是理论上的激光聚光点，因此该部分的光强度高且引起细微结构变化，因而其周围形成实质上晶体结构未变化的微小空洞14，形成熔融处理区域13的部分受到热的影响大而单纯地熔解且再固化。
在此处，虽然熔融处理区域13如上述(2)所述，但是微小空洞14其周围实质上晶体结构未发生变化。硅晶圆11为单晶体结构的情况下，微小空洞14的周围有很多保持单晶体结构的部分。
本发明人利用实验确认了在硅晶圆11的内部形成熔融处理区域13及微小空洞14的情况。实验条件如下。
(A)加工对象物：硅晶圆(厚度100μm)
(B)激光
光源：半导体激光激发Nd：YAG激光
波长：1064nm
重复频率：40kHz
脉冲宽度：30ns
脉冲间距：7μm
加工深度：8μm
脉动能量：50μJ/脉冲
(C)聚光用透镜
NA：0.55
(D)载置加工对象物的载置台的移动速度：280mm/秒
图16是表示利用在上述条件下的激光加工所切断的硅晶圆11的切断面的照片的图。在图16中，(a)和(b)是用不同的比例尺表示同一切断面的照片的图。如该图所示，在硅晶圆11的内部，通过1个脉冲的激光L的照射所形成的熔融处理区域13及微小空洞14的对，沿着切断面(即，沿着切断预定线)以规定的间距形成。
而，图16所示的切断面的熔融处理区域13，其在硅晶圆11的厚度方向(图中的上下方向)的宽度为13μm左右，移动激光L的方向(图中的左右方向)的宽度为3μm左右。并且，微小空洞14，其在硅晶圆11的厚度方向的宽度为7μm左右，移动激光L的方向的宽度为1.3μm左右。熔融处理区域13与微小空洞14的间隔为1.2μm左右。
(4)改质区域为折射率变化区域的情况
将聚光点对准加工对象物(例如玻璃)的内部，以聚光点中的电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1ns以下的条件，来照射激光。使脉冲宽度极短，在加工对象物的内部引起多光子吸收，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、或分极配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，为例如1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选为例如1ns以下，更优选为1ps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。
以上在利用多光子吸收来形成改质区域方面说明了(1)～(4)的情形，但是如果考虑晶圆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断起点区域，则可以将该切断起点区域作为起点，用更小的力，而精度良好地将加工对象物切断。
即，在由硅等的金刚石结构的单晶半导体所形成的衬底的情况中，优选在沿着(111)面(第1解理面)或(110)面(第2解理面)的方向上形成切断起点区域。并且，由GaAs等的闪锌矿型结构的III-V族化合物半导体所形成的衬底的情况，优选在沿着(110)面的方向上形成切断起点区域。并且，具有蓝宝石(Al2O3)等的六方晶系的晶体结构的衬底的情况，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。
而，沿着欲形成上述切断起点区域的方向(例如，沿着单晶硅衬底中的(111)面的方向)、或与欲形成切断起点区域的方向正交的方向而在衬底上形成定向平面(orientation flat)，则通过以该定向平面为基准，可容易且正确地在衬底上形成沿着欲形成切断起点区域的方向的切断起点区域。
下面，将说明本发明的优选的实施方式。图17是作为本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18是沿着图17所示的加工对象物的XVIII-XVIII线的局部剖面图。参照图17，为晶圆的加工对象物1为平板状且成大致圆盘状。在该加工对象物1的表面，设定有纵横交叉的多个切断预定线5(格子状的切断预定线)。切断预定线5是为了将加工对象物1切断成多个芯片状的部分而设想的假想线。
如图17及图18所示，加工对象物1具备有：具有30μm～150μm的厚度的硅制的衬底4、及包含多个功能元件15且在衬底4的表面4a上形成的层压部16。功能元件15具有：层压于衬底4的表面4a上的层间绝缘膜17a、形成于层间绝缘膜17a上的配线层19a、以覆盖配线层19a的方式层压于层间绝缘膜17a上的层间绝缘膜17b、及形成于层间绝缘膜17b上的配线层19b。配线层19a与衬底4通过贯通层间绝缘膜17a的导电性插头(plug)20a而电连接，配线层19b与配线层19a通过贯穿层间绝缘膜17b的导电性插头20b而电连接。
功能元件15在与衬底4的定向平面6平行的方向及垂直的方向上成矩阵状而形成多个，而层间绝缘膜17a，17b覆盖衬底4的表面4a的全体而在相邻的功能元件15，15之间形成。
将由以上方式构成的加工对象物1按以下方式切断成每个功能元件15。首先，如图19(a)所示，将保护胶带(保护部件)22粘贴在层压部16的表面16a上，以覆盖各功能元件15。接着，如图19(b)所示，将衬底4的背面4b朝向上方，使加工对象物1固定到激光加工装置的载置台(未图示)上。此时，利用保护胶带22避免层压部16与载置台直接接触，因此可保护各功能元件15。
接着，以通过相邻的功能元件15，15之间的方式，将切断预定线5设定成格子状(参照图17的虚线)，一面以衬底4的背面4b为激光入射面，将聚光点P对准衬底4的内部，在产生多光子吸收的条件下照射激光L，一面通过载置台的移动而使激光L的聚光点P沿着切断预定线5扫描。由此，在衬底4的内部形成作为切断的起点的改质区域7，以使其表面侧端部7a的位置与衬底4的表面4a之间的距离(只要无特别声明，是指在衬底4的厚度方向上的距离)成为3μm～40μm。在此条件下形成改质区域7时，会产生从改质区域7的表面侧端部7a到达衬底4的表面4a的龟裂24。
依此方式，将激光L照射在加工对象物1上时，由于将衬底4的背面4b作为激光入射面，因此即使在层压部16的切断预定线5上存在有使激光L反射的部件(例如TEG)，也可以沿着切断预定线5而在衬底4的内部可靠地形成改质区域7。而，衬底4是由硅所形成的半导体衬底，因此改质区域7是熔融处理区域13。并且，在此，以对于1条切断预定线5为1列的比例而在衬底4的内部形成改质区域7。
形成改质区域7且产生龟裂24之后，如图20(a)所示，将扩张胶带(可扩张部件)23粘贴在衬底4的背面4b。接着，如图20(b)所示，将紫外线照射在保护胶带22上，使其粘着力降低，如图21(a)所示，将保护胶带22从层压部16的表面16a剥离。
将保护胶带22剥离之后，如图21(b)所示，使扩张胶带23扩张，以改质区域7作为起点产生割裂，将衬底4及层压部16沿着切断预定线5切断，同时使被切断而获得的各半导体芯片25互相分离。由此，可获得半导体芯片25，其具备有衬底4、及包含功能元件15且形成于衬底4的表面4a的层压部16，且以使表面侧端部7a的位置与衬底4的表面4a的距离为3μm～40μm的方式在衬底4的侧面4c形成改质区域7。
如以上所说明，在上述激光加工方法中，在将保护胶带22粘贴在层压部16的表面16a后的状态下，将衬底4的背面4b作为激光入射面来照射激光L，由此沿着切断预定线5而在衬底4的内部形成改质区域7，并产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a的龟裂24。然后，在产生这样的龟裂24的状态下，将扩张胶带23粘贴在衬底4的背面4b并使其扩张时，不仅能够沿着切断预定线5精度良好地切断衬底4，而且能够沿着切断预定线5精度良好地切断切断预定线5上的层压部16，即层间绝缘膜17a，17b。即，切断所获得的半导体芯片25，如图21(b)所示，是对应于形成有改质区域7的衬底4的侧面4c的层压部16的侧面16c也被高精度地切断而成的。
并且，在上述加工对象物1中，衬底4具有30μm～150μm的厚度，依此方式衬底4的厚度为30μm～150μm时，将1列改质区域7作为起点，不仅可更高精度地切断层压部16而且可更高精度地切断衬底4。
在上述激光加工方法中，虽然通过沿着切断预定线5而在衬底4的内部形成改质区域7，而产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a的龟裂24，但是，如图22所示，也可以产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达层压部16的内部的龟裂24，也可如图23所示，产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达层压部16的表面16a的龟裂24。即，如果通过沿着切断预定线5而在衬底4的内部形成改质区域7，而产生从改质区域7的表面侧端部7a起至少到达衬底4的表面4a上的龟裂24，则将具备有衬底4、及包含功能元件15且形成于衬底4的表面4a的层压部16的加工对象物1切断时，可特别高精度地切断层压部16。
并且，在上述激光加工方法中，虽然是以使表面侧端部7a的位置和衬底4的表面4a的距离为3μm～40μm的方式，使改质区域7形成在衬底4的内部，但是也可以将改质区域7形成为，使得在衬底4的厚度方向上，改质区域7的中心位于比衬底4的中心更靠近衬底4的表面4a一侧。通过这样形成改质区域7，可容易地产生从改质区域7的表面侧端部7a起至少到达衬底4的表面4a上的龟裂24。
下面，将说明产生从改质区域7的表面侧端部7a起至少到达衬底4的表面4a上的龟裂24的情况下，可高精度地切断层压部16的理由。在此，在硅制的衬底4的表面4a上层压有低介电常数膜(low-k膜)作为层压部16。
(1)产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a上的龟裂24的情况
图24是用于说明在产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a上的龟裂24的情况下能够高精度地切断低介电常数膜26的第1理由的加工对象物1的局部剖面图。
如图24(a)所示，在产生从改质区域7的背面侧端部7b起到达衬底4的背面4b上的龟裂24的状态下使扩张胶带23扩张时，龟裂24非常顺利地延伸向衬底4的表面4a侧。因此，产生从改质区域7的背面侧端部7b起到达衬底4的背面4b上的龟裂24的状态，可说是容易将衬底4切断的状态。
另一方面，如图24(b)所示，产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a上的龟裂24的状态，相比于产生从改质区域7的背面侧端部7b起到达衬底4的背面4b上的龟裂24的状态，可以说是难以将衬底4切断的状态。
在产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a上的龟裂24的状态，即难以将衬底4切断的状态下，使扩张胶带23扩张时，随着扩张胶带23的扩张，并非慢慢地切断衬底4，而是一下子将衬底4切断。于是，虽然由于低介电常数膜26一般具有机械强度低、与其它材料难以亲和的性质，因而容易引起拉裂或膜剥离，但是被认为能够防止此现象，而可将低介电常数膜26与衬底4一起进行高精度地切断。
图25是用于说明在产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a上的龟裂24的情况下，能够高精度地切断低介电常数膜26的第2理由的加工对象物1的局部剖面图。
如图25(a)所示，在产生从改质区域7的背面侧端部7b起到达衬底4的背面4b上的龟裂24的状态下使扩张胶带23扩张时，随着扩张胶带23的扩张，衬底4被慢慢地切断。因此，龟裂24到达低介电常数膜26时，低介电常数膜26朝折线的内侧方向弯曲，在保持这样的状态下被拉裂。
另一方面，如图25(b)所示，在产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a上的龟裂24的状态下，使扩张胶带23扩张时，在既定的扩张力作用于衬底4的当时，衬底4被一下子切断。因此，可防止低介电常数膜26在朝折线的内侧方向弯曲的状态下被拉裂。
因而认为，产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达衬底4的表面4a上的龟裂24的状态，相比于产生从改质区域7的背面侧端部7b起到达衬底4的背面4b上的龟裂24的状态，可将低介电常数膜26与衬底4一起更高精度地切断。
(2)产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达低介电常数膜26的表面26a上的龟裂24的情况
图26是用于说明在产生从改质区域7的表面侧端部7a起到达低介电常数膜26的表面26a上的龟裂24的情况下可将低介电常数膜26高精度地切断的理由的加工对象物1的局部剖面图。如同一图所示，在该情况下，在沿着切断预定线5使改质区域7形成于衬底4的内部之时，低介电常数膜26被切断。从而认为，可防止拉裂或膜剥离，而将低介电常数膜26高精度地切断。
上述(1)，(2)的各情况中的切断结果如下。如图27所示，龟裂24到达衬底4的表面4a上的情况，及龟裂24到达低介电常数膜26的表面26a上的情况，均可将低介电常数膜26极高精度地切断(参照下段的照片)。并且，即使在切断预定线5上形成有Al垫片27的部分中，也可将低介电常数膜26的拉裂抑制到不足5μm(参照中段的照片)。
而，所谓改质区域7的表面侧端部距离，意思是改质区域7的表面侧端部7a的位置与衬底4的表面4a之间的距离，而所谓改质区域7的背面侧端部距离，意思是改质区域7的背面侧端部7b的位置与衬底4的背面4b之间的距离。并且，所谓改质区域7的宽度，意思是改质区域7的表面侧端部7a的位置与背面侧端部7b的位置之间的距离。并且，所谓改质区域7的表面侧端部7a的位置，意思是指沿着切断预定线5而形成的改质区域7的“在衬底4的表面4a一侧的端部”的“在衬底4的厚度方向上的平均的位置”，所谓改质区域7的背面侧端部7b的位置，意思是指沿着切断预定线5而形成的改质区域7的“在衬底4的背面4b一侧的端部”的“在衬底4的厚度方向上的平均的位置”(参照图27的上段的照片)。
接着，将说明改质区域7的表面侧端部7a的位置与衬底4的表面4a之间的距离、与衬底4的状态之间的关系。
图28～图31是分别表示厚度为30μm、50μm、100μm、150μm的衬底4的“改质区域7的表面侧端部7a的位置与衬底4的表面4a之间的距离、与衬底4的状态之间的关系”的图。
在各图中，(a)是沿着切断预定线5而将激光L的聚光点P进行1次扫描的情况，(b)是沿着切断预定线5而将激光L的聚光点P进行2次扫描的情况。并且，衬底4的状态DM是在衬底4的表面4a有一点一点和伤痕出现的状态，衬底4的状态FL是龟裂24到达衬底4的表面4a的状态。而且，衬底4的状态ST是无论在衬底4的表面4a还是背面4b均无任何的变化出现的状态，衬底4的状态HC是龟裂24到达衬底4的背面4b的状态。
而，验证“改质区域7的表面侧端部7a的位置与衬底4的表面4a之间的距离、与衬底4状态之间的关系”时，使用了硅制的裸晶作为衬底4。并且，沿着切断预定线5的激光L的照射条件如下。
重复频率：80kHz
脉冲宽度：150ns
脉动能量：15μJ
加工速度(聚光点P相对衬底4的移动速度)：300mm/秒
由图28(a)～图31(a)可明确，沿着切断预定线5的激光L的照射为1次的情况中，当使改质区域7的表面侧端部7a的位置与衬底4的表面4a之间的距离为3μm～35μm来形成改质区域7时，可以可靠地产生从改质区域7的表面侧端部7a起至少到达衬底4的表面4a的龟裂24(衬底4的状态FL)。
由图28(b)～图31(b)可明确，沿着切断预定线5的激光L的照射为2次的情况中，当使改质区域7的表面侧端部7a的位置与衬底4的表面4a之间的距离为3μm～40μm来形成改质区域7时，可使从改质区域7的表面侧端部7a起至少到达衬底4的表面4a的龟裂24可靠地产生(衬底4的状态FL)。
本发明并不限定于上述的实施方式。
例如，如图32所示，也可沿着切断预定线5而使改质区域7在衬底4的内部形成为，使得改质区域7的表面侧端部7a向衬底4的表面4a成条纹状延伸(图32中(a)和(b)是将同一切断面的照片以不同的比例表示的图)。这样形成改质区域7时，会产生从改质区域7的表面侧端部7a起至少到达衬底4的表面4a的龟裂24。并且，在产生如此的龟裂24的状态下，将扩张胶带23粘贴在衬底4的背面4b且使其扩张时，不仅可沿着切断预定线5而精度良好地切断衬底4，而且特别地能够沿着切断预定线5而精度良好地切断层压部16(图32中为低介电常数膜26)。而在层压部16中切断预定线5上，存在反射激光L的部件(例如，金属配线或金属垫片等)时，改质区域7的表面侧端部7a向衬底4的表面4a成条纹状延伸的情况很多。
并且，上述实施方式，是在硅晶圆等的半导体衬底的内部形成熔融处理区域13来作为改质区域7的情况，但是作为改质区域7，也可形成熔融处理区域13和与该熔融处理区域13相对而位于衬底4的表面4a侧的微小空洞14。依此方式，当相对于熔融处理区域13而在衬底4的表面4a侧形成微小空洞14时，可以提高至少到达衬底4的表面4a的龟裂24的直进性，其结果是，特别可沿着切断预定线5而更加精度良好地切断层压部16。
并且，上述实施方式是在衬底4的内部产生多光子吸收而形成改质区域7的情况，但是也有在衬底4的内部产生与多光子吸收同等的光吸收而能够形成改质区域7的情况。
并且，作为形成在切断预定线上的层压部，可考虑有机绝缘膜或无机绝缘膜，它们的复合膜，低介电常数膜，TEG或金属配线或电极等的导电膜等，包括将它们形成1层以上的形态。
产业上的可利用性
根据本发明，在将具备有衬底、及含功能元件且在衬底的表面形成的层压部的加工对象物进行切断时，特别能够高精度地切断层压部。

Claims (8)

1.一种激光加工方法，其特征在于，
在具备有衬底和包含功能元件且形成在所述衬底的表面的层压部的加工对象物上形成改质区域，以所述改质区域为切断的起点，沿着切断预定线切断所述加工对象物，
所述激光加工方法包括：
将保护部件安装在所述层压部的表面的工序；
在安装所述保护部件之后，通过将所述衬底的背面作为激光入射面，使聚光点对准所述衬底的内部来照射激光，从而沿着所述切断预定线而在所述衬底的内部形成所述改质区域的工序；
在形成所述改质区域之后，将可扩张部件安装在所述衬底的背面的工序；
在安装所述可扩张部件之后，通过扩张所述可扩张部件，而沿着切断预定线切断所述加工对象物的工序，
在形成所述改质区域的工序中，通过形成所述改质区域，产生从所述改质区域的表面侧端部起至少到达所述衬底的表面的龟裂，并且不产生从所述改质区域的背面侧端部起到达所述衬底的背面的龟裂。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
产生从所述改质区域的表面侧端部起到达所述层压部的内部的所述龟裂。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
产生从所述改质区域的表面侧端部起到达所述层压部的表面的所述龟裂。
4.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
将所述改质区域形成为，使得在所述衬底的厚度方向上所述改质区域的中心位于比所述衬底的中心更接近所述衬底的表面侧的位置。
5.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
所述衬底是半导体衬底，所述改质区域包含熔融处理区域。
6.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
所述衬底是半导体衬底，所述改质区域包含熔融处理区域、以及相对于该熔融处理区域而位于所述衬底的表面侧的微小空洞。
7.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
所述层压部包含低介电常数膜。
8.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
将所述保护部件剥离之后，扩张所述可扩张部件。
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