CN101400475B - 激光加工方法及激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的激光加工方法，通过照射具有标准的脉冲波形的激光(L)，在硅晶片(111)的内部形成，加工对象物(1)的厚度方向的大小大，且随着容易在加工对象物(1)的厚度方向上发生破裂(24)的溶融处理区域(131)，同时，通过照射具有来自后侧脉冲波形的激光(L)，在硅晶片(112)的内部形成，加工对象物(1)的厚度方向的大小小，且在加工对象物(1)的厚度方向上不容易发生破裂(24)的溶融处理区域(132)。

Description

激光加工方法及激光加工装置
技术领域
本发明涉及用于沿着切断预定线来切断板状的加工对象的激光加工方法以及激光加工装置。
背景技术
作为以往的上述领域的技术有如下晶片的分割方法，即，将对于晶片具有透过性的激光沿着分割预定线照射在晶片上，由此在晶片内部沿着分割预定线形成变质层后，通过使粘贴在晶片一个面上的具有扩张性的保护带扩张，而沿着变质层对晶片进行分割(例如参照日本专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开2005-129607号公报
发明内容
然而，在板状的加工对象中，因为存在形状、构造、材料以及晶体取向等不相同的各种各样种类不同，所以为了沿着切断预定线高精度地切断加工对象，需要在1个加工对象物的内部形成不同种类(大小、破裂发生的容易性)的改质区域。
在此，本发明有鉴于上述问题而提出，目的在于提供一种激光加工方法及激光加工装置，其可在1个加工对象物的内部确实地形成不同种类的改质区域。
本发明人为了达到上述目的经过反复悉心研究讨论，其结果得到如下结论，当在加工对象物内部对准聚光点，并照射脉冲振荡的激光时，根据脉冲波形使聚光点附近的温度分布发生变化，由此，使得在聚光点附近形成的改质区域的种类(大小、破裂发生的容易性)发生变化。这是由于即使激光相对于加工对象物具有透过性，但因吸收率的温度依赖性，使加工对象物的温度越高越容易吸收激光。本发明人根据上述发现进一步进行研究，从而完成了本发明。
即，本发明的激光加工方法，其特征在于：在板状的加工对象物的内部，在加工对象物的厚度方向上距离加工对象物的激光入射面仅第1距离的第1位置上对准聚光点，并照射具有第1脉冲波形的激光，由此沿着加工对象物的切断预定线，在加工对象物的内部形成成为切断的起点的第1改质区域，同时，在加工对象物的内部，在加工对象物的厚度方向上距离激光入射仅第2距离的第2位置上对准聚光点，并照射具有第2脉冲波形的激光，从而沿着切断预定线，在加工对象物的内部形成成为切断的起点的第2改质区域。
根据该激光加工法，可沿着切断预定线分别在加工对象物的厚度方向上距离加工对象物的激光入射面仅第1距离的第1位置，以及加工对象物的厚度方向上距离激光入射仅第2距离的第2位置上确实地形成不同种类的第1该质领域及第2该质领域。
并且，在该激光加工方法中，优选以第1及第2改质区域为切断的起点，沿着切断预定线切断加工对象物。据此，能够沿着切断预定线高精度地切断加工对象物。
另外，本发明所涉及的激光加工方法，其特征在于：在板状的加工对象物的内部对准聚光点，并照射具有第1脉冲波形的激光，从而沿着加工对象物的第1切断预定线在加工对象物的内部形成成为切断的起点的第1改质区域，同时，在加工对象物的内部对准聚光点，并照射具有第2脉冲波形的激光，从而沿着加工对象物的第2切断预定线在加工对象物的内部形成成为切断的起点的第2改质区域。
根据该激光加工方法，可在加工对象物的内部分别沿着第1切断预定线及第2切断预定线确实地形成不同种类的第1改质区域及第2改质区域。而且存在第1切断预定线和第2切断预定线交叉的情况。
而且，在该激光加工方法中，优选以第1及第2改质区域为切断起点沿着第1及第2切断预定线切断加工对象物。由此，能够沿着第1及第2切断预定线高精度地切断加工对象物。
另外，本发明的激光加工装置，其在板状的加工对象物的内部形成成为切断的起点的改质区域，其特征在于：具备载置加工对象物的载置台；使激光脉冲振荡的激光源；使由激光源脉冲振荡的激光的脉冲波形变化的脉冲波形可变模块；和使由激光源脉冲振荡的激光聚光在载置于载置台的加工对象物的内部，并在其激光的聚光点的位置上形成改质区域的聚光用透镜。
根据该激光装置，脉冲波形可变模块可以使由激光源脉冲振荡的激光的脉冲波形发生变化，因此能够确实地在加工对象物的内部形成不同种类的改质区域。
根据本发明，能够确实地在1个加工对象物的内部形成不同种类的改质区域。
附图说明
图1是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是由图1所表示的加工对象物的沿II-II线的截面图。
图3是依据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是由图3所表示的加工对象物的沿IV-IV线的截面图。
图5是由图3所表示的加工对象物的沿V-V线的截面图。
图6是由本实施方式的激光加工方法进行切断的加工对象物的平面图。
图7是表示在本实施方式的激光加工方法中的峰值功率密度与破裂点的大小的关系的图表。
图8是在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是在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是在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是在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是表示根据本实施方式的激光加工方法在所切断的硅晶片的一部分的截面照片的图。
图13是表示在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过率的关系的图表。
图14是为了说明本实施方式的激光加工方法的原理的图。
图15是表示在本实施方式的激光加工方法中的时间与脉冲强度的关系的图表。
图16是表示在本实施方式的激光加工方法中的每个脉冲波形的最高到达温度以及超过熔点的范围。
图17是表示根据在本实施方式的激光加工方法切断的硅晶片的切断面的照片的图，(a)是照射具有α＝0.34的脉冲波形的激光的情况，(b)是照射具有α＝0.76的脉冲波形的激光的情况。
图18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19是沿着由图18所表示的XIX-XIX线的部分截面图。
图20是为了说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分截面图，是将扩张带贴敷于加工对象物的状态。
图21是为了说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分截面图，是将激光照射于加工对象物的第1状态。
图22是为了说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分截面图，是将激光照射于加工对象物的第2状态。
图23是为了说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分截面图，是使扩张带进行扩张的状态。
图24是为了说明本实施方式的激光加工方法的加工对象物的部分截面图，是加工对象物被切断成半导体芯片的状态。
图25是沿着由图22所表示的XXV-XXV线的部分截面图。
图26是本实施方式的激光加工装置的构成图。
符号说明
1、加工对象物
3、表面
5，51，52、切断预定线
7、改质区域
11，111，112、硅晶片
11a、激光入射面
13，131，132、溶融处理区域
21、背面
L、激光
P、聚光点
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利用了被称为多光子吸收的现象。因此，首先对有关因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hν比材料的吸收的频带间隙EG小时，光学上为透明。因而，材料产生吸收的条件为hν>EG。可是，就算光学上是透明，但激光的强度还是非常大时，在nhν>EG的条件(n＝2，3，4，...)下在材料中产生吸收。此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，产生多光子吸收。峰值功率密度是根据(聚光点上的激光的1脉冲的能量)÷(激光的光点截面积×脉冲宽度)求得。又，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。
针对有关利用如上多光子吸收的本实施方式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(平板状)的加工对象物1的表面3，具有为了切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是直线状延伸的假想线。在有关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，使聚光点P对准加工对象物1的内部，照射激光L，而形成改质区域7。再者，聚光点P是指激光L聚光之处。又，切断预定线5不限于直线状，也可为曲线状，不限于假想线，也可为实际划在加工对象物1上的线。
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)进行相对性移动，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，沿着切断预定线5在加工对象物1的内部形成改质区域7，该改质区域7成为切断起点区域8。在此，切断起点区域8是指加工对象物1被切断时，成为切断(裂缝)的起点的区域。该切断起点区域8有连续性形成改质区域7所形成的情形，也有断续性形成改质区域7所形成的情形。
在本实施方式的激光加工方法中，由于在加工对象物1的表面3上激光L基本不被吸收，所以加工对象物1的表面3不会发生熔融。
当在加工对象物1的内部形成切断起点领域8时，由于容易以该切断起点区域8为起点发生破裂，所以如图6所示，可用比较小的力切断加工对象物1。因此，不会在加工对象物1的表面3上发生不必要的破裂，从而可高精度地切断加工对象物1。
以该切断起点区域8为起点的加工对象物1的切断，是考虑以下两点。一种情况是，切断起点区域8形成后，对加工对象物1施加人为的力，从而以切断起点区域8为起点使加工对象物1裂开，而将加工对象物1切断。这是例如加工对象物1的厚度较大时的切断。施加人为上的力是指，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，或者通过对加工对象物1赋予温度差而发生热应力。另一种情况是，通过形成切断起点区域8，以切断起点区域8为起点，向着加工对象物1的截面方向(厚度方向)自然裂缝，而将加工对象物1切断。这种情况下，例如在加工对象物1的厚度较小时，可由一列改质区域7形成切断起点区域8，在加工对象物1的厚度较大时，可由形成在厚度方向的多列改质区域7来形成切断起点区域8。再者，在该自然裂开的情况下，在切断之处，裂缝不是先到与未形成切断起点区域8的部位相对应的部分的表面3上，而是只能割断与形成切断起点区域8的部位相对应的部分，因此可良好地控制割断。近年来因硅晶片等的加工对象物1的厚度有变薄的倾向，故如上控制性良好的割断方法非常有效。
在本实施方式的激光加工方法中，作为改质区域存在以下的(1)～(3)的情况。
(1)改质区域为包含一个或多个裂痕的裂痕区域的情形
使聚光点对准加工对象物(例如由玻璃或LiTaO3所形成的压电材料)的内部，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。该脉冲宽度的大小的条件是，产生多光子吸收且不对加工对象物的表面造成多余的损伤，并只在加工对象物的内部形成裂痕区域。从而，在加工对象物的内部，会因多光子吸收产生光学性损伤的现象。因该光学性损伤，在加工对象物的内部引起热弯曲，由此，在加工对象物的内部形成裂痕区域。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。而且，因多光子吸收形成裂痕区域，例如记载于日本第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「固体激光高调波的玻璃基板的内部记号」。
本发明人是根据实验求得电场强度与裂痕的大小的关系。实验条件如下。
(A)加工对象物：派热克斯(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
而且，激光质量TEM00是指聚旋光性高可聚光到激光的波长程度。
图7是表示上述实验的结果的图。横轴是峰值功率密度，激光为脉冲激光，电场强度以峰值功率密度表示。纵轴是表示利用1脉冲的激光，在加工对象物的内部形成的裂痕部分(裂痕点)的大小。裂痕点集中成为裂痕区域。裂痕点的大小，是裂痕点的形状中成为最大长度的部分的大小。图中以黑圆圈所示的数据，是聚光用透镜(C)的倍率为100倍、开口数(NA)为0.80的情形。另一方面，图中以白圆圈所示的数据，是聚光用透镜(C)的倍率为50倍、开口数(NA)为0.55的情形。峰值功率密度会自1011(W/cm2)左右起，在加工对象物的内部产生裂痕点，得知随着峰值功率密度变大，裂痕点也会变大。
其次，对利用形成裂痕区域将加工对象物切断的机构，参照图8～图11进行说明。如图8所示，在产生多光子吸收的条件下使聚光点P对准加工对象物1的内部，并照射激光L，沿着切断预定线，在内部形成裂痕区域9。裂痕区域9包含一个或多个裂痕的区域。像这样所形成的裂痕区域9成为切断起点区域。如图9所示，以裂痕区域9为起点(即，以切断起点区域为起点)，进一步使裂痕成长，如图10所示，裂痕到达加工对象物1的表面3与背面21，如图11所示，加工对象物1会裂开，从而将加工对象物1切断。到达加工对象物1的表面3与背面21的裂痕，有自然成长的情形，也有对加工对象物1施加力从而成长的情形。
(2)改质区域为溶融处理区域的情形
使聚光点对准加工对象物(例如像是硅等半导体材料)的内部，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。从而，加工对象物的内部会因多光子吸收而局部性加热。利用该加热，在加工对象物的内部形成溶融处理区域。溶融处理区域是指暂时溶融后再固化的区域，或正好为溶融状态的区域、或由溶融状态再固化的状态的区域，也可称为相变化的区域或结晶构造变化的区域。又，溶融处理区域是指在单结晶构造、非晶构造、多结晶构造中，也可称为某一构造变成另一构造的区域。就是，例如由单结晶构造变为非晶构造的区域、由单结晶构造变为多结晶构造的区域、由单结晶构造变为包含非晶构造及多结晶构造的构造的区域。加工对象物为硅单结晶构造时，溶融处理区域例如是非晶硅构造。电场强度的上限值，例如为1×1012(W/cm2)。优选脉冲宽度例如为1ns～200ns。
本发明人是根据实验确认在硅晶片的内部，形成有溶融处理区域。实验条件如下。
(A)加工对象物：硅晶片(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)载置有加工对象物的载置台的移动速度：100mm/秒
图12是表示利用在上述条件下的激光加工所切断的硅晶片的一部分的截面照片的图。在硅晶片11的内部，形成有溶融处理区域13。而且，由上述条件所形成的溶融处理区域13的厚度方向的大小为100μm左右。
对利用多光子吸收形成溶融处理区域13进行说明。图13是表示激光的波长与硅基板的内部的透过率的关系的图。但除去硅基板的表面侧与背面侧分别的反射成分，只表示内部的透过率。针对硅基板的厚度t分别为50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm，来表示上述关系。
例如，在Nd:YAG激光的波长为1064nm下，硅基板的厚度为500μm以下时，得知在硅基板的内部，激光会透过80％以上。因图12所示的硅晶片11的厚度为350μm，在硅晶片11的中心附近，就是自表面起175μm的部分形成溶融处理区域13。此时的透过率，在以厚度200μm的硅晶片为参考时为90％以上，激光在硅晶片11的内部稍微被吸收，几乎是透过。这表示因多光子吸收而形成溶融处理区域13。利用多光子吸收形成溶融处理区域，记载在例如日本焊接学会全国大会讲演概要第66集(2000年4月)的第72页～73页的“利用皮秒脉冲激光的硅的加工特性评估”。
而且，以由溶融处理区域所形成的切断起点区域为起点，向着截面方向产生裂缝，其裂缝到达硅晶片的表面与背面，结果将硅晶片切断。到达硅晶片的表面与背面的该裂缝，有自然成长的情形，也有对硅晶片施加力从而成长的情形。而且，在从切断起点区域向硅晶片的表面与背面自然成长裂缝时，形成切断起点区域的溶融处理区域由溶融的状态成长裂缝的情形；和由形成切断起点区域的溶融处理区域开始溶融的状态再固化之际而成长裂缝的情形。但，无论哪种情形，溶融处理区域都只是形成在硅晶片的内部，在切断后的切断面上，如图12，只在内部形成溶融处理区域。这样，当在加工对象物的内部利用溶融处理区域形成切断起点区域时，因割断时难以产生偏离切断起点区域线的不必要的裂缝，故割断控制变得容易。而且，溶融处理区域的形成并不是只因多光子吸收，也存在因其他的吸收作用的情况。
(3)改质区域为折射率变化区域的情形
使聚光点对准加工对象物(例如玻璃)的内部，在聚光点的电场强度为1×108(W/cm2)以上，且脉冲宽度为1ns以下的条件下照射激光。脉冲宽度极短，在加工对象物的内部引起多光子吸收时，多光子吸收的能量不会转化为热能，而是在加工对象物的内部会引起离子价数变化、结晶化或分极取向等永久性的构造变化，而形成折射率变化区域。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以下，更优选为1ps以下。因多光子吸收形成折射率变化区域，记载于例如日本第42回激光热加工研究会论文集(1997年11月)的第105页～第111页的“利用飞秒激光照射的对玻璃内部的光诱导构造形成”。
以上，对改质区域的(1)～(3)的情形进行了说明，但考虑到晶片状的加工对象物的结晶构造或其劈开性等，如果如下所述来形成切断起点区域，则以该切断起点区域为起点可进一步以较小的力且精度良好地切断加工对象物。
以下是就有关本实施方式的激光加工方法进行说明。
如图14所示，经对于硅晶片11具有透过性的激光L的聚光点P对准硅晶片11的内部，并在上述“(2)改质区域为溶融处理区域的情形”中记载的条件下进行脉冲振荡，此时在聚光点P的位置上成为局部高温。因此，根据吸收率的温度依赖性在聚光点P的位置上吸收率增高，开始激光L的吸收。由此，相对于聚光点P，在与硅晶片11的激光入射面11a相反侧行进的激光L减少，相对于聚光点P激光入射面11a侧的部分沿着激光L的光轴Z成为局部性高温。其结果，根据吸收率的温度依赖性，在该部分上吸收率增高，激光L被吸收，所以该部分的温度超过熔点而形成溶融处理区域13。即，溶融处理区域13的形成，不仅仅是由激光L的多光子吸收引起的，同时也是由吸收率的温度依赖性产生的激光L的吸收引起的。在实际的加工中推测是，基于由吸收率的温度依赖性产生的激光的吸收的加工，以及基于多光子吸收的加工等现象相互重合的结果。而且，在硅等半导体材料中，通过在使其内部的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，可形成如上述“(2)改质区域为溶融处理区域的情形”中记载的含有溶融处理区域的改质区域。
而且，将因激光L的吸收使温度超过熔点的部分在光轴Z方向上的长度R称作“超过熔点的范围”。另外，作为表示激光L的脉冲波形的指标，如图15所示，考虑以激光的高斯光束分布(Gaussian BeamProfile)为标准的波形。α是表示高斯光束分布(Gaussian Beam Profile)的变形度，α＝1就是高斯光束分布(Gaussian Beam Profile)，在α小于1的情况下，光束位置成为从α＝1向前侧的光束分布，在α大于1的情况下，光束位置成为从α＝1向后侧的光束分布。
如图15以及图16所示，在向硅晶片11照射具有α＝0.1、α＝1.0、α＝1.9的脉冲波形的激光L的情况下，聚光点P附近的最高到达温度分别为14500K、17000K、9900K，超过熔点的范围分别成为28.0μm、27.5μm、27.0μm。此时，激光L的照射条件为，扫描速度：300mm/秒；重复频率：80kHz；脉冲宽度：150ns；脉冲能量：6.5μJ。可是，该值虽然是通过模拟求得的，但因为将多光子吸收现象反映到模拟结果是困难的而不予考虑。为此，在实际的加工中并没于这种限定。
一般在照射具有0.7≤α≤1.3的脉冲波形(以下称之为“标准的脉冲波形”)的激光L的情况下，与照射具有α<0.7的脉冲波形(以下称之为“来自前侧脉冲波形”(前よりのパルス波形))的激光L或者照射具有α>1.3的脉冲波形(以下称之为“来自后侧脉冲波形”(後よりのパルス波形))的激光L的情况相比较，在聚光点P附近的最高到达温度变高。由此，与周围的温度梯度因为变得急陡，所以容易发生从溶融处理区域13向硅晶片11的厚度方向变长的破裂。
另外，在照射具有来自前侧脉冲波形(前よりのパルス波形)的激光L的情况下，与照射具有标准的脉冲波形的激光L或者照射具有来自后侧脉冲波形(後よりのパルス波形)的激光L的情况相比较，超过熔点的范围变得大。由此，溶融处理区域13的大小(具体是硅晶片11的厚度方向的大小)变大。
相对于此，在照射具有来自后侧脉冲波形的激光L的情况下，与照射具有标准的脉冲波形的激光L或者照射具有来自前侧脉冲波形的激光L的情况相比较，在聚光点P附近的最高到达温度变低，并且超过熔点的范围变小。由此，难以从溶融处理区域13向硅晶片11的厚度方向发生破裂，溶融处理区域13的大小变小。
图17是表示利用本实施方式的激光加工方法切断的硅晶片11的切断面的照片的图，(a)是照射具有α＝0.34的脉冲波形的激光L的情况，(b)是照射具有α＝0.76的脉冲波形的激光L的情况。照射具有α＝0.34的脉冲波形(即，来自前侧脉冲波形)的激光L的情况(该图(a))，与照射具有α＝0.76的脉冲波形(即，标准的脉冲波形)的激光L的情况(该图(b))相比较可知，溶融处理区域13的大小变大。另外，照射具有α＝0.76的脉冲波形(即，标准的脉冲波形)的激光L的情况(图(b))，与照射具有α＝0.34的脉冲波形(即，来自前侧脉冲波形)的激光L的情况(该图(a))相比较可知，发生了从溶融处理区域13向硅晶片11的厚度方向的长的破裂24。
在此，对基于本实施方式的激光加工方法的板状加工对象物1的切断进行说明。
如图18以及图19所示，加工对象物1具备，厚度为100μm的硅晶片111、重叠于硅晶片111之上的厚度为50μm的硅晶片112、含有多个功能元件15并形成在硅晶片112上的功能元件层16。功能元件15例如是通过结晶成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或者作为电路而形成的电路元件等，在平行以及垂直于硅晶片111、112的定位面(orientation flat)6的方向上以矩阵状形成有多个。
将如上所述构成的加工对象物1按下述方式切断为每个功能元件15。首先，如图20所示，在加工对象物1的背面21粘贴扩张带23，使功能元件层16处于上侧并将加工对象物1固定在激光加工装置的载置台(没有图示)上。
接着，如图21所示，以加工对象物1的表面3为激光入射面，在硅晶片111的内部对准聚光点P，并使具有标准脉冲波形的激光L脉冲振荡，利用载置台的移动，使聚光点P沿着通过相邻的功能元件15、15间而设置成格子状的切断预定线5(参照图18的虚线)进行扫描。对于硅晶片111，使沿着该切断预定线5的聚光点P的扫描对1个切断预定线5进行两次，但每次改变聚光点P所对准的位置到表面3的距离，由此从背面21侧，在硅晶片111的内部依次逐列地沿着切断预定线5形成2列溶融处理区域131。
接着，如图22所示，以加工对象物1的表面3为激光入射面，在硅晶片112的内部对准聚光点P，并使具有来自后侧脉冲波形的激光L脉冲振荡，利用载置台的移动，使聚光点P沿着切断预定线5进行扫描。对于硅晶片112，使沿着该切断预定线5的聚光点P的扫描对1个切断预定线5进行1次，在硅晶片112的内部沿着切断预定线5形成1列溶融处理区域132。
如图22以及图25所示，硅晶片111内的溶融处理区域131是通过具有标准的脉冲波形的激光L的照射而形成的，因此与通过具有来自后侧脉冲波形的激光L的照射而形成的硅晶片112内的溶融处理区域132相比较，加工对象物1的厚度方向的大小较大，且在加工对象物1的厚度方向上发生破裂24。而且，在溶融处理区域131以及132中，存在混合存在有裂痕的情况。
接着，如图23所示，使扩张带23扩张，如图24所示，以溶融处理区域131，132为切断的起点沿着切断预定线5切断加工对象物1使由切断得到的多个半导体芯片25相互分离。
如上述说明所示，根据本实施方式的激光加工方法，通过照射具有标准的脉冲波形的激光L，在硅晶片111的内部形成，加工对象物1的厚度方向的大小较大且容易在加工对象物1的厚度方向上发生破裂24的溶融处理区域131，并且通过照射具有来自后侧脉冲波形的激光L，在硅晶片112的内部形成，加工对象物1的厚度方向的大小较小且在加工对象物1的厚度方向上难以发生破裂24的溶融处理区域132。如上所述，根据加工对象物1的构造等，改变激光L的脉冲波形，在加工对象物1的内部形成不同种类的溶融处理区域131、132，则可以以溶融处理区域131、132为切断的起点沿着切断预定线5高精度地切断加工对象物1。
而且，在加工对象物1具有厚度为120μm的硅晶片113等的情况下，通过照射具有来自前侧脉冲波形的激光L，在硅晶片113的内部形成加工对象物1的厚度方向的大小更大的溶融处理区域133，则可沿着切断预定线5高精度地切断加工对象物1。
以下对本实施方式的激光加工装置进行说明。
如图26所示，激光加工装置100，其在板状的加工对象物1的内部形成作为切断的起点的改质区域7，其具有使激光L脉冲振荡的激光源101，对激光源101进行控制以调节激光L的输出和脉冲宽度的激光源控制部102，具有激光L的反射功能且为使激光L的光轴的方向改变90°而配置的分色镜(dichroic mirror)103，使由分色镜103反射的激光L聚光在加工对象物1的内部并在该激光L的聚光点P的位置上形成改质区域7的聚光用透镜105。
激光加工装置100还具备：载置被照射由聚光用透镜105聚光的激光L的加工对象物1的载置台107；用于使载置台107向X轴方向移动的X轴载台109；用于使载置台107向垂直于X轴方向的Y轴方向移动的Y轴载台111；用于使载置台107相垂直于X轴以及Y轴方向的Z轴方向移动的Z轴载台113；和用于对载台109、111、113的移动进行控制的载台控制部115。
激光L的聚光点P的X(Y)轴方向的移动是通过由X(Y)轴载台109(111)使加工对象物1向X(Y)轴方向移动而进行的。Z轴方向因为是与加工对象物1的表面3相垂直的方向，因此成为入射到加工对象物1的激光L的焦点深度的方向。因此，通过使Z轴载台113在Z轴方向上移动，就能够使激光L的聚光点P对准加工对象物1的内部的所希望的位置。
激光源101是产生脉冲激光的Nd:YAG激光器。作为能够使用于激光源101的激光器，除此以外还有Nd:YVO4激光器、Nd:YLF激光器或者钛宝石(ti-sapphire)激光器。
激光加工装置100还具备；为了利用可见光对载置在载置台107上的加工对象物1进行照明而产生可见光的观察用光源117；配置在与分色镜103以及聚光用透镜105相同的光轴上的可见光用的分束器119。在分束器119和聚光用透镜105之间配置有分色镜103。分束器119具有反射可见光的大约一半并透过剩下的一半的功能，并且配置为使可见光的光轴的改变90°。从观察用光源117所产生的可见光由分束器119反射大约一半，该被反射的可见光透过分色镜103以及聚光用透镜105，对加工对象物1的包含切断预定线5等的表面进行照明。
激光加工装置100还具备分束器119；配置在与分色镜103以及聚光用透镜105相同光轴上的摄像元件121；成像透镜123。作为摄像元件121例如是CCD摄像机。对包含切断预定线5等的表面3进行照明的可见光的反射光透过聚光用透镜105、分色镜103以及分束器119，利用成像透镜123进行成像并以摄像元件121摄像，从而成为了摄像数据。
激光加工装置100还具备，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全体的全体控制部127以及监视器129。摄像数据处理部125根据摄像数据演算焦点数据，该焦点数据用于使观察用光源117所产生的可见光的焦点对准到加工对象物1的表面3。通过根据该焦点数据对载台控制部115沿着Z轴载台113进行移动控制，而使可见光的焦点对准加工对象物的表面3。因此，摄像数据处理部125发挥自动对焦单元的功能。另外，摄像数据处理部125根据摄像数据数据演算表面3的扩大图像等的图像数据。该图像数据被发送至全体控制部127，在全体控制部127中执行各种处理，并发送至监视器129。从而，将扩大图像等表示在监视器129上。
在全体控制部127中，输入来自载台控制部115的数据以及来自摄像数据处理部125的图像数据等，根据这些数据，对激光源控制部102、观察用光源117以及载台控制部115进行控制，从而控制激光加工装置100的全体。因此，全体控制部127发挥计算机单元的功能。
激光加工装置100还具备使由激光源101进行脉冲振荡的激光L的脉冲波形发生变化的脉冲波形可变模块150。脉冲波形可变模块150例如以如下方式构成。即，脉冲波形可变模块150具有例如EO调制器等的脉冲波形调制器151，以及根据激光源控制部102的信号控制脉冲波形调制器151的脉冲波形控制部152。在照射具有标准的脉冲波形的激光L的时候，对于从激光源101射出的激光L，使脉冲波形原封不动地通过脉冲波形调制器151。在照射具有来自前侧脉冲波形的激光L的时候，相对于激光射出开始时间，利用脉冲波形控制部152使脉冲波形调制器151的开放定时延迟。在照射具有来自后侧脉冲波形的激光L的时候，使脉冲波形调制器151在激光射出开始时间之前开放脉冲波形调制器151，在激光脉冲照射中关闭脉冲波形调制器151。而且，作为控制脉冲波形的其他方法，有(1)使用2台激光器，并根据所要制作的脉冲波形改变定时而进行叠加的方法；和(2)设置射出各种各样的脉冲波形的激光器的方法。(2)的方法也可以例如通过使用在标准的脉冲波形上使用Nd:YAG激光，在来自前侧脉冲波形上使用Nd:YVO4激光来实现。
根据如上所述构成的激光加工装置100，脉冲波形可变模块150可以改变由激光源101脉冲振荡的激光L的脉冲波形，因此可在1个加工对象物1的内部确实地形成不同种类的改质区域7。
本发明并不只限定于上述的实施方式。
例如，在上述实施方式中，沿着切断预定线5的加工对象物1的厚度大致为一定，但是当沿着切断预定线5的加工对象物1的厚度变化的情况下，也可以在切断预定线5的途中改变照射的激光L的脉冲波形。
另外，在加工对象物1中，当沿着切断预定线51的部分的厚度和沿着切断预定线52的部分的厚度在不同的情况下，在沿着切断预定线51的部分和沿着切断预定线52的部分上，使照射的激光L的脉冲波形发生变化，从而在沿着切断预定线51的部分上形成改质区域71，在沿着切断预定线52的上形成与改质区域71不同种类的改质区域72。由此，能够以改质区域71、72为切断的起点沿着切断预定线51、52高精度地切断加工对象物1。而且，所谓切断预定线51和切断预定线52例如可以是以大致垂直交叉的，也可以是不交叉的。
另外，加工对象物1的厚度在不足100μm的情况下，优选沿着切断预定线5照射具有来自后侧脉冲波形的激光L。由此，防止对加工对象物1的表面3以及背面21造成损坏(熔融痕迹)的发生。
另外，加工对象物1是(111)晶片、(110)晶片、(100)45°旋转晶片等，在加工对象物1的劈开方向和加工对象物1的切断预定线5的方向不一致的情况下，优选沿着与劈开方向不相一致的切断预定线5，照射具有来自前侧脉冲波形的激光L。由此，使改质区域7的大小(具体是加工对象物1的厚度方向上的大小)变大，因此，可与劈开方向交叉地，沿着切断预定线5高精度地切断加工对象物1。
另外，加工对象物1为OFF角晶片等，在加工对象物1的劈开面的方向和加工对象物1的厚度方向不相一致的情况下，也优选照射具有来自前侧脉冲波形的激光L。由此，使改质区域7的大小(具体是加工对象物1的厚度方向上的大小)变大，因此，可与劈开面交叉地，在其厚度方向上高精度地切断加工对象物1。
另外，在上述实施方式中，以加工对象物1的表面3为激光入射面，但是也可以以加工对象物1的背面21为激光入射面。
另外，在上述实施方式中，在硅晶片11的内部形成溶融处理区域13，但是也可以在由玻璃或压电材料等其他材料构成的加工对象物1的内部，形成裂痕区域或者折射率变化区域等其他的改质区域7。
产业上的利用可能性
根据本发明，可确实地在1个加工对象物1的内部形成不同种类的改质区域。

Claims (6)

1.一种激光加工方法，其特征在于：
在板状的加工对象物的内部，在所述加工对象物的厚度方向上距离所述加工对象物的激光入射面仅第1距离的第1位置上对准聚光点，并照射具有第1脉冲波形的激光，由此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成为切断的起点的第1改质区域，同时，
在所述加工对象物的内部，在所述加工对象物的厚度方向上距离所述激光入射面仅第2距离的第2位置上对准聚光点，并照射具有第2脉冲波形的激光，从而沿着所述切断预定线，在所述加工对象物的内部形成成为切断的起点的第2改质区域，
所述第1脉冲波形不同于所述第2脉冲波形。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：
以所述第1及所述第2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。
3.一种激光加工方法，其特征在于：
在板状的加工对象物的内部对准聚光点，并照射具有第1脉冲波形的激光，从而沿着所述加工对象物的第1切断预定线在所述加工对象物的内部形成成为切断的起点的第1改质区域，同时，
在所述加工对象物的内部对准聚光点，并照射具有第2脉冲波形的激光，从而沿着所述加工对象物的第2切断预定线在所述加工对象物的内部形成成为切断的起点的第2改质区域，
所述第1脉冲波形不同于所述第2脉冲波形。
4.如权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于：
所述第1切断预定线和所述第2切断预定线交叉。
5.如权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于：
以所述第1及所述第2改质区域为切断的起点，沿着所述第1及所述第2切断预定线切断所述加工对象物。
6.一种激光加工装置，其在板状的加工对象物的内部形成成为切断的起点的改质区域，其特征在于：
具备载置所述加工对象物的载置台；
使激光脉冲振荡的激光源；
使由所述激光源脉冲振荡的激光的脉冲波形变化的脉冲波形可变模块；和
使由所述激光源脉冲振荡的激光聚光在载置于所述载置台的所述加工对象物的内部，并在其激光的聚光点的位置上形成所述改质区域的聚光用透镜。
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