CN101862906A - 激光加工方法、激光加工装置以及加工产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种易于将加工对象物切断的激光加工方法。所述激光加工方法包括：使集光点集中在加工对象物(1)的内部来照射激光，沿着加工对象物的切断预定线、在加工对象物的内部通过多光子吸收形成被处理部(7、13)，同时，在加工对象物的内部、在对应于被处理部的规定位置形成微小空洞(8)。

Description

激光加工方法、激光加工装置以及加工产品
本申请是申请日为2004年7月16日、申请号为200480020786.8、发明名称为激光加工方法、激光加工装置以及加工产品的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及激光加工方法、激光加工装置以及加工产品。
背景技术
作为通过激光加工来切断加工对象物的方法，在下述非专利文献1中有所揭示。在该非专利文献1中揭示的激光加工方法是一种切断硅芯片的方法，其是使用透过硅质的波长为1μm左右的激光，在芯片内部集光并形成连续的改质层，通过这样来进行切断的方法。
非专利文献1：荒井一尚“半导体芯片的激光切片加工”，砥粒加工学会志、Vol.47、No.5、2003MAY.P229-231。
发明内容
(发明要解决的问题)
当以上述激光加工方法对已加工的硅芯片进行切断的情况下，必须沿着弯曲芯片的方向施加作用力，使内部龟裂来进行切断。因此，采用使粘贴在硅芯片背面上的胶带(tape)与硅芯片一起分离切断的方法(扩张法)，其良品率较差。
在此，本发明的目的在于提供一种能够易于切断加工对象物的激光加工方法以及激光加工装置、和易于切断的加工产品。
(解决问题的手段)
本发明的激光加工方法，包括：使集光点对准加工对象物内部来照射激光，沿着加工对象物的切断预定线在加工对象物的内部通过多光子吸收而形成被处理部，同时，在加工对象物内部、在对应于被处理部的规定位置上形成微小空洞的工序。
在本发明的激光加工方法中，由于对应于被处理部形成有微小空洞，所以可以在加工对象物内部形成一对被处理部与微小空洞。
此外，本发明的激光加工方法，优选还包括设定切断预定线的工序。由于其包括切断预定线的设定工序，所以可以沿着该设定的切断预定线形成被处理部与微小空洞。
本发明的激光加工方法，包括：设定加工对象物的切断预定线的工序；以及使集光点对准加工对象物内部来照射激光，沿着切断预定线在加工对象物的内部通过多光子吸收而形成被处理部，同时，在加工对象物内部、在对应于所述被处理部的规定位置上形成微小空洞的工序。
在本发明的激光加工方法中，由于对应于被处理部形成有微小空洞，所以可以在加工对象物内部形成一对被处理部与微小空洞。
此外，本发明的激光加工方法，优选加工对象物为半导体基板、被处理部为熔融处理区域。由于在半导体基板照射激光，所以可以形成熔融处理区域与微小空洞。
此外，本发明的激光加工方法，优选加工对象物为半导体基板、激光为脉冲激光、该脉冲宽度在500nsec以下。由于以脉冲宽度为500nsec以下的脉冲激光照射半导体基板，所以可以更可靠地形成微小空洞。
此外，本发明的激光加工方法，优选加工对象物为半导体基板、激光为脉冲激光、该脉冲节距为1.00～7.00μm。由于以脉冲节距为1.00～7.00μm的脉冲激光照射半导体基板，所以可以更可靠地形成微小空洞。
此外，本发明的激光加工方法，优选微小空洞沿着切断预定线而形成多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。由于微小空洞以相互之间具有间隔而形成，所以可以更有效地形成微小空洞。
此外，本发明的激光加工方法，优选在加工对象物的主面上形成有功能元件，微小空洞在主面与被处理部之间形成。由于在形成功能元件的主面侧形成有微小空洞，所以可以提高功能元件侧的割断精度。
此外，本发明的激光加工方法，优选微小空洞是将被处理部包夹、且在激光入射侧的相反侧而形成。
此外，本发明的激光加工方法，优选还包括切断形成有微小空洞的加工对象物的工序。
本发明的激光加工方法，包括：设定半导体基板的切断预定线的工序；以及使集光点对准半导体基板的内部来照射激光，沿着切断预定线在半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，在半导体基板内部、在对应于所述熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞的工序。
在本发明的激光加工方法中，由于对应于熔融处理区域形成有微小空洞，所以可以在加工对象物内部形成一对熔融处理区域与微小空洞。
本发明的激光加工方法，包括：设定半导体基板的切断预定线的工序；以及使集光点对准半导体基板的内部来照射脉冲激光，沿着切断预定线在半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，在半导体基板内部、在对应于熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞的工序，其中，脉冲激光的脉冲宽度在500nsec以下。
在本发明的激光加工方法中，由于以脉冲宽度为500nsec以下的脉冲激光对半导体基板进行照射，所以可以更可靠地形成微小空洞。
本发明的激光加工方法，包括：设定半导体基板的切断预定线的工序；以及使集光点对准半导体基板的内部来照射脉冲激光，沿着切断预定线在半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，在半导体基板内部、在对应于熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞的工序，其中，脉冲激光的脉冲节距是为1.00～7.00μm。
在本发明的激光加工方法中，由于以脉冲节距为1.00～7.00μm的脉冲激光照射半导体基板，所以可以更可靠地形成微小空洞。
此外，本发明的激光加工方法，优选微小空洞沿着切断预定线而形成多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。由于微小空洞以相互之间具有间隔来形成，所以能够更有效地形成微小空洞。
此外，本发明的激光加工方法，优选在半导体基板的主面形成有功能元件，所述微小空洞在主面与熔融处理区域之间形成。由于在形成功能元件的主面侧形成有微小空洞，所以可以提高功能元件侧的割断精度。
此外，本发明的激光加工方法，优选微小空洞是将熔融处理区域包夹、且在激光入射侧的相反侧而形成。
此外，本发明的激光加工方法，优选还包括切断形成有微小空洞的半导体基板的工序。
本发明的激光加工装置，包括：激光源；载置加工对象物的载置台；以及控制激光源与载置台的相对位置关系的控制单元，其中，控制单元控制激光源与载置台的间隔，使集光点对准加工对象物的内部，同时，若激光源有激光射出，则使激光源以及载置台沿着所述加工对象物的切断预定线进行相对移动，沿着切断预定线而在加工对象物的内部经由多光子吸收形成被处理部，同时，也在加工对象物的内部、在对应于被处理部的规定位置形成微小空洞。
在本发明的激光加工装置中，由于对应于被处理部形成有微小空洞，所以可以在加工对象物内部形成一对被处理部与微小空洞。本发明的激光加工装置，包括：激光源；载置半导体基板的载置台；以及控制激光源与载置台的相对位置关系的控制单元，其中，控制单元控制激光源与载置台的间隔，使集光点对准半导体基板的内部，同时，若激光源有激光射出，则使激光源以及载置台沿着半导体基板的切断预定线作相对移动，沿着切断预定线而在半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，也在半导体基板的内部、在对应于熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞。
在本发明的激光加工装置中，由于对应于熔融处理区域形成有微小空洞，所以可以在加工对象物内部形成一对熔融处理区域与微小空洞。
本发明的激光加工装置，包括：激光源；载置半导体基板的载置台；以及控制激光源与载置台的相对位置关系的控制单元，其中，控制单元控制激光源与载置台的间隔，使集光点对准加工对象物的内部，同时，若激光源有脉冲激光射出，则使激光源以及载置台沿着半导体基板的切断预定线进行相对移动，沿着切断预定线而在半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，也在半导体基板的内部、在对应于熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞，此时，脉冲激光的脉冲宽度在500nsec以下。
在本发明的激光加工装置中，由于以脉冲宽度500nsec以下的脉冲激光对半导体基板进行照射，所以可以更可靠地形成微小空洞。
本发明的激光加工装置，包括：激光源；载置半导体基板的载置台；以及控制激光源与载置台的相对位置关系的控制单元，其中，控制单元控制激光源与载置台的间隔，使集光点对准半导体基板的内部，同时，若激光源有脉冲激光射出，则使激光源以及载置台沿着加工对象物的切断预定线进行相对移动，沿着切断预定线而在半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，也在半导体基板的内部、在对应于所述熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞，此时，脉冲激光的脉冲节距为1.00～7.00μm。
在本发明的激光加工装置中，由于以脉冲节距为1.00～7.00μm的脉冲激光照射半导体基板，所以可以更可靠地形成微小空洞。
此外，本发明的激光加工装置，优选微小空洞沿着切断预定线而形成多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。由于微小空洞以相互之间具有间隔而形成，所以可以更有效地形成微小空洞。
本发明的加工产品，是通过激光加工切断加工对象物而生产的加工产品，其特征在于，包括：在沿着通过切断而形成的主面的部分上、通过多光子吸收而改质的被处理部；以及在通过切断而形成的主面上、在对应于被处理部的规定位置上具有开口部的微小空洞。
本发明的加工产品，是在加工对象物上对应形成被处理部与微小空洞而形成加工处理物，在形成有被处理部与微小空洞的部分切断该加工处理物来生产。
此外，本发明的加工产品，优选加工对象物为半导体基板、被处理部为熔融处理区域。由于对加工对象物的半导体基板照射激光，所以可以形成熔融处理区域与微小空洞。
此外，本发明的加工产品，优选微小空洞沿着切断预定线而形成有多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。由于微小空洞以相互之间具有间隔来形成，所以可以更有效地形成微小空洞。
此外，本发明的加工产品，优选微小空洞相互的间隔形成为1.00～7.00μm。由于微小空洞的间隔为1.00～7.00μm，所以可以更可靠地形成微小空洞。
此外，本发明的加工产品，优选被处理部形成于沿着切断预定线的第一区块上，所述多个微小空洞形成在与第一区块隔开一定间隔的第二区块上。由于被处理部与微小空洞分别被形成于各区块上，所以可以被当作一群物而形成。
本发明的激光加工方法，包括：使集光点对准加工对象物内部来照射激光，至少在切断预定线的一部分的对应位置予以形成，被处理部是在沿着加工对象物的切断预定线的加工对象物的内部形成的被处理区域、和微小空洞是在沿着切断预定线的加工对象物的内部形成的微小空洞区域的工序。
在本发明的激光加工方法，由于被处理部区域与微小空洞区域是至少在切断预定线的一部分的对应位置上形成的，所以使切断加工对象物变得容易。
此外，本发明的激光加工方法，优选加工对象物为半导体基板、被处理部为熔融处理区域。
本发明的加工产品，是通过激光加工切断加工对象物而生产的加工产品，其特征在于，包括：在通过切断而形成的主面上形成有被处理部的被处理区域；以及在通过切断而形成的主面上形成有具有开口部的微小空洞的微小空洞区域。
此外，本发明的加工产品，优选加工对象物为半导体基板、被处理部为熔融处理区域。
发明效果：以本发明的激光加工方法在加工对象物形成被处理部与微小空洞，使切断加工对象物变为容易。
附图说明
图1是通过本实施方式的激光加工方法进行激光加工的加工对象物的平面图。
图2是图1所示加工对象物的II-II截面图。
图3是通过本实施方式的激光加工方法已进行激光加工的加工对象物的平面图。
图4是图3所示加工对象物的IV-IV截面图。
图5是图3所示加工对象物的V-V截面图。
图6是通过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是能够使用于本实施方式的激光加工方法的激光加工装置的简要构成图。
图8是说明本实施方式的激光加工方法的流程图。
图9是通过本实施方式的激光加工方法所切断的硅芯片的截面照相图。
图10是通过本实施方式的激光加工方法所切断的硅芯片的截面照相图。
图11是表示图9以及图10所示截面的全体的照相图。
图12是本实施方式的激光加工方法的条件的检讨图。
图13是通过本实施方式的激光加工方法所切断的硅芯片的截面照相图。
图14是通过本实施方式的激光加工方法所切断的硅芯片的截面照相图。
图15是图14的模式图。
图16是本实施方式的激光加工方法的原理的检讨图。
图17是本实施方式的激光加工方法的原理的检讨图。
图18是通过本实施方式的激光加工方法已进行激光加工的加工对象物的截面图。
图19是通过本实施方式的激光加工方法已进行激光加工的加工对象物的截面图。
图20是根据本实施方式的激光加工方法已进行激光加工的加工对象物的截面图。
标号说明：
1加工对象物、3表面、5切断预定线、7被处理部、8微小空洞
具体实施方式
通过参照例示用的附图并研究以下的详细记载，而能够容易地理解本发明的知识。接着，在参照附图的同时，对本发明的实施方式进行说明。其中，在可能的情况下，对相同的部分标注相同的标号，并省略重复的说明。
以下，对本实施方式的激光加工方法进行说明。本实施方式的激光加工方法，是通过多光子吸收而形成被处理部(熔融处理区域)，并在对应于该被处理部的规定位置上形成其周围实质结晶结构不变化的微小空洞。多光子吸收是在激光强度非常大时所产生的现象。首先，简单地对多光子吸收进行说明。
若光子的能量hν比材料的吸收能量带间隙(band gap)EG小，则会形成光学上的透明。因此，材料生成吸收的条件为hν＞EG。但是，即使是光学上的透明，如果使激光强度变得非常大、并且在nhν＞EG的条件(n＝1、2、3、4…)下，则会产生材料吸收。该现象称为多光子吸收。在脉冲波的情况，激光的强度由激光的集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)以上的条件下会产生多光子吸收。峰值功率密度可以通过(集光点的激光的一个脉冲波的能量)÷(激光的聚束光截面积×脉冲宽度)来求得。此外，在连续波的情况下，激光的强度由激光的集光点的电场强度(W/cm2)所决定。
使用图1～图6对利用这种多光子吸收的本实施方式的激光加工方法进行说明。图1是加工中的加工对象物1(半导体基板)的平面图，图2是图1所示的加工对象物1的、沿着II-II线的截面图，图3是激光加工后的加工对象物1的平面图，图4是图3所示的加工对象物1的、沿着IV-IV线的截面图，图5是图3所示的加工对象物1的、沿着V-V线的截面图，图6是切断后的加工对象物1的平面图。
如图1以及图2所示，在工作对象物1的表面3上具有切断预定线5。切断预定线5是呈直线状延伸的假想线。对于本实施方式的激光加工方法来说，以生成多光子吸收的条件在加工对象物1的内部对准集光点F，对加工对象物1照射激光L来形成被处理部7。其中，所谓集光点是指激光L的集光处。
使激光L沿着切断预定线5(即沿着箭头A的方向)相对地以规定的节距P移动，集光点F也沿着切断预定线5移动。因此，如图3～图5所示，由被处理部7和微小空洞8所形成的改质区域沿着切断预定线5、只在加工对象物1的内部形成。此外，对于被处理部7以及微小空洞8来说，如图5所示，是通过使激光L以规定的节距P移动而形成。该节距P相当于激光L的脉冲节距。对于加工对象物1的厚度B来说，微小空洞8是在加工深度C的位置形成。如图5所示，若从激光L的照射方向看微小空洞8，则其是在与被处理部7相反的一侧形成。在图5中，被处理部7以及微小空洞8都具有规定的间隔而隔开，但是也存在连续形成被处理部7以及微小空洞8的情况。对于本实施方式的激光加工方法来说，并非通过加工对象物1吸收激光L以使加工对象物1发热而形成被处理部7。而是通过使激光L透过加工对象物1，在加工对象物1的内部发生多光子吸收来形成被处理部7。因此，加工对象物1的表面3几乎没有吸收激光L，从而加工对象物1的表面3没有发生熔融现象。
在切断加工对象物1时，如上述那样，在加工对象物1上形成被处理部7以及微小空洞8而产生加工处理物，例如，在加工对象物1的背面贴上胶带(tape)，该胶带沿着与加工对象物1的切断预定线5垂直的方向而被分离切断(参照图6)。此外，因在切断处有起点而加工对象物从该起点开始分割，所以如图6所示、可以用较小的作用力切断加工对象物1。因此，能够在加工对象物1的表面3不产生不必要的裂痕、即不产生增大切断预定线以外的额外割裂，来切断加工对象物1。
在本实施方式中，作为通过多光子吸收形成被处理部的一个例子，有熔融处理区域。在该情况下，将激光对准加工对象物(如硅芯片的半导体材料)内部的集光点，对集光点以电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲幅宽为1μs以下的条件予以照射。通过这样，加工对象物内部由于多光子吸收而会局部地被加热。通过该加热，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一旦熔融后再凝固的区域、或者熔融状态中的区域、以及从熔融再凝固状态中的区域这三种中的至少任何一种。此外，熔融处理区域也可以指相变化过的区域、或者结晶构造变化过的区域。此外，熔融处理区域也可以指在单结晶构造、非晶质构造、多结晶构造中、从一种构造变化到另一种构造的区域。
即，例如是指从单结晶构造变化为非晶质构造的区域、或者从单结晶构变化为多结晶构造的区域、或者从单结晶构造变化为包含非晶质构造以及多结晶构造的区域。在工作对象物为硅单结晶结构的情况下，熔融处理区域例如是非晶质硅构造。其中，作为电场强度的上限值，例如为1×1012(W/cm2)。脉冲宽度优选为1ns～200ns。
另一方面，关于在本实施方式中所形成的微小空洞，其周围是实质上结晶构造无变化的。在加工对象物是硅单结晶构造的情况下，在微小空洞的周围部分，以原样保留硅单结晶构造的部分居多。
接着，对本实施方式的激光加工方法的具体实施例进行说明。图7是表示本发明实施方式的激光加工方法所使用的激光加工装置100。如图7所示，激光加工装置100包括：发生激光L的激光源101，为了调整激光L的输出以及脉冲宽度而控制激光源101的激光源控制部102，具有激光L反射功能且可使激光L的光轴倾向90度变化而配置的二向色镜(dichroic mirror)103，将二向色镜103所反射的激光L予以集光的集光用透镜105，载置由集光用透镜105集光的激光L所照射的加工对象物1的载置台107，用于使载置台107沿着X轴方向移动的X轴工作台109(控制单元)，用于使载置台107沿着与X轴方向直交的Y轴方向移动的Y轴工作台111(控制单元)，用于使载置台107沿着与X轴方向以及Y轴方向直交的Z轴方向移动的Z轴工作台113(控制单元)，以及控制这三个工作台109、111、113的移动的控制部115(控制单元)。此外，虽然没有图示，但是在激光源101和集光用透镜105之间，配置有用于使激光的高斯(Gaussian)分布扩宽的光学系统。因为本实施方式是以硅芯片为工作对象物1，所以在加工对象物1的背面粘贴有扩张胶带(Expand tape)106。
因为Z轴方向是与加工对象物1的表面3呈直交的方向，所以成为射入加工对象物1的激光L的焦点深度的方向。因此，通过Z轴工作台113向着Z轴方向移动，而能够在加工对象物1内部对准激光L的集光点F。此外，该集光点F的X(Y)轴方向的移动，是通过X(Y)轴工作台109(111)使加工对象物1沿着X(Y)轴移动。X(Y)轴工作台109(111)成为移动单元的一例。
激光源101为产生脉冲激光的Nd:YAG激光。作为可用在激光源101的激光，其它还有Nd:YVO4激光、Nd:YLF激光或者钛蓝宝石(titanium sapphire)激光。在被处理部形成为熔融处理区域的情况下，优选利用Nd:YAG激光、Nd:YVO4激光、Nd:YLF激光。在改质区域形成折射率变化区域的情况下，优选利用钛蓝宝石激光。
虽然在加工对象物1的加工中使用的是脉冲激光，但是，若能引起多光子吸收，则也可以用连续波激光。其中，在本发明中，激光有包含激光束的意思。集光用透镜105只是集光单元的一个例子。Z轴工作台113只是将激光的集光点与加工对象物的内部对准的单元的一个例子。也可以通过将集光用透镜105沿着Z轴方向移动来将激光的集光点与加工对象物的内部对准。
激光加工装置100还包括：为了使载置台107所载置的加工对象物1经由可视光线照明而产生可视光线的观察用光源117，与二向色镜103以及集光用透镜105配置在相同光轴上的可视光用的光束分离器(beam splitter)119。在光束分离器119和集光用透镜105之间，配置有二向色镜103。对于光束分离器119来说，其具有将可视光线的大约一半反射并使其余一半透过的功能，并且其配置向着可视光线的光轴可作90度的变化。从观察用光源117产生的可视光线，通过光束分离器119而使其大约一半反射，该反射的可视光线透过二向色镜103和集光用透镜105，对包含有加工对象物1的切断预定线5的表面3进行照明。
激光加工装置100还包括：与光束分离器119、二向色镜103以及集光用透镜105配置在相同光轴上的摄像元件121以及成像透镜123。以摄像元件121而言，例如有CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合器件)照像机。对包含切断预定线5的表面3进行照明的可视光线的反射光，透过集光用透镜105、二向色镜103、以及光束分离器119，在成像透镜123成像并由摄像元件121摄像而成为摄像数据。
激光加工装置100还包括：将从摄像元件121输出的摄像数据予以输入的摄像数据处理部125、控制全体激光加工装置100的全体控制部127、以及监视器129。对于摄像数据处理部125来说，其以摄像数据为基础，对观察用光源117产生的可见光的焦点为了与表面3对准的焦点数据进行计算。根据该焦点数据并通过工作台控制部115移动控制Z轴工作台113，使可见光的焦点对准在表面3上。因此，摄像数据处理部125有自动聚焦单元(auto focus unit)的功能。此外，摄像数据处理部125也能够以摄像数据为基础而演算出表面3的扩大画像等的画像数据。该画像数据被送到全体控制部127，在全体控制部进行各种处理，再送到监视器129。通过这样，监视器129可以显示放大画像等。
全体控制部127，其将来自工作台控制部115的数据、来自摄像数据处理部125的画像数据等予以输入，通过以这些数据为基础来控制激光源控制部102、观察用光源117以及工作台控制部115，从而控制整体的激光加工装置100。因此，全体控制部127具有计算机单元(computer unit)的功能。
接着，利用图7以及图8，对本实施方式的激光加工方法进行具体说明。图8是说明该激光加工方法的流程图。加工对象物1是硅芯片。
首先，通过图未示出的分光光度计等对加工对象物1的光吸收特性进行测定。根据测定的结果来选定激光源101，该光源所产生的激光L对加工对象物1必须是透明的波长且吸收很少(S101)。其次，测定加工对象物1的厚度。根据厚度的测定结果以及该加工对象物1的折射率，决定加工对象物1的Z轴方向的移动量(S103)。这是为了使激光L的集光点F位于加工对象物1的内部，而以位于加工对象物1的表面3的激光L的集光点为基准的加工对象物1沿Z轴方向的移动量。将该移动量输入至全体控制部127。
将加工对象物1载置于激光加工装置100的载置台107上。接着，使观察用光源117产生可见光以照亮加工对象物1(S105)。通过摄像元件121对被照亮的包含切断预定线5的加工对象物1的表面3进行摄像。将该摄像数据送到摄像数据处理部125。摄像数据处理部125根据该摄像数据来计算使观察用光源117的可见光的焦点位于表面3上的焦点数据(S107)。
该焦点数据被送到工作台控制部115。工作台控制部115根据该焦点数据使Z轴工作台113在Z轴方向移动(S109)。从而，观察用光源117的可见光的焦点位于表面3上。其中，摄像数据处理部125根据摄像数据对包含切断预定线5的加工对象物1的表面3的放大画像数据进行演算。该放大画像数据经由全体控制部127而被送到监视器129，从而在该监视器129中显示出切断预定线5附近的放大画像。
向全体控制部127输入预先在步骤S103中所决定的移动量数据、将该移动量数据送到工作台控制部115。工作台控制部115根据该移动量数据，为了使激光L的集光点F位于加工对象物1的内部、而通过Z轴工作台113使加工对象物1在Z轴方向移动(S111)。
接着，在加工对象物1的表面3上设定切断预定线5。切断预定线5的设定，是设定用于在期望位置切断加工对象物1的激光扫瞄位置。切断预定线5的设定，也可以利用设计数据等预先决定的切片分离(dicing street)(切断预定线)的位置信息；或者也可以一边观察表面一边计测表面信息来设定。即，所谓切断预定线的设定，是指在加工对象物的期望位置照射激光来控制激光加工装置。其次，使激光源101产生激光L、使激光L照射在加工对象物1的表面3的切断预定线5上。由于激光L的集光点F已对准加工对象物1的内部，所以作为改质区域的熔融处理区域只在加工对象物1的内部形成。接着，沿着切断预定线5使X轴工作台109和Y轴工作台111以规定的节距P移动，从而，熔融处理区域以规定的节距P沿着切断预定线5而在加工对象物1的内部形成。若这样形成熔融处理区域，则以分别对应的方式形成微小空洞(S113)。接着，将粘贴在加工对象物1背面的扩张胶带106沿着芯片周缘方向扩张，从而沿着切断预定线5将加工对象物1切断分离(S115)。从而，可将加工对象物1分割成硅芯片(加工生产物)。
其中，对于作为半导体基板的硅芯片来说，由沿着切断预定线所形成的熔融处理区域和微小空洞形成改质区域，以该区域形成的切断预定部作为起点向截面方向产生切割、经由该从硅芯片的表面到达背面的切割，结果能够将硅芯片切断。从硅芯片表面到背面的切割也有自然成长的时候，也有向硅芯片施加外力而使其成长的时候。其中，对于从切断预定部到硅芯片的表面、背面的切割以自然成长的情况来说，有形成切断预定部的改质区域的熔融处理区域从熔融状态而分割成长的情况，或者形成切断预定部的熔融处理区域从熔融状态再固化时的分割成长的情况，或者经由熔融处理区域和微小空洞在割截面生成应力分布的偏移而分割成长的情况，等等其中的任一种。但是，无论何种情况，熔融处理区域和微小空洞都只在硅芯片的内部形成，切断后的断切面只有在内部形成有熔融处理区域。若在半导体基板的内部以熔融处理区域和微小空洞形成切断预定部，则在切断时不易从切断预定部的外部生成不必要的分割，所以容易控制切断。此外，通过形成微小空洞而在熔融处理区域或者熔融处理区域与微小空洞之间产生应力分布，这样可使切断变得比较容易。
通过该激光加工方法所切断的硅芯片的切断面照片，如图9以及图10所示。图9以及图10所示的切断面照片，是相同的切断面照片，只是比例尺寸不同而已。形成图9以及图10所示切断面的详细条件如下。
(A)加工对象物：硅芯片(厚度100μm)
(B)激光
光源：半导体激光励起Nd:YAG激光
波长：1064nm
光束径：3.99mm
张开角(広がり角)：2.34mrad
操作频率：40kHz
脉冲宽度：200nsec
脉冲节距：7μm
加工深度：13μm
脉冲能量：20μJ/脉冲波
(C)集光用透镜
NA：0.8
(D)载置加工对象物的载置台移动速度：280mm/sec
对于图9以及图10所示切断面的熔融处理区域(被处理部)13来说，硅芯片的厚度方向(图中的上下方向)的宽度大约为13μm，激光移动方向(图中的左右方向)的宽度大约为3μm。此外，对于微小空洞8来说，其在硅芯片的厚度方向(图中的上下方向)的宽度大约为7μm，激光移动方向(图中的左右方向)的宽度大约为1.3μm。熔融处理区域13和微小空洞8之间的距离大约为1.2μm。图9以及图10所示切断面的全体照片，如图11所示。
接着，对如图9以及图10所示切断面经Raman(拉曼)分析的结果进行说明。测定装置以及测定方法，则如下述。
(1)装置：Ramanor U-1000(Jobin Yvon) (II)
(2)测定模式：微探针显微镜(Olympus BH-2型)
Beam Splitte：照射系、R＝25％
集光系、R＝100％
对物透镜：×90(长焦点)
(3)光源：Ar+激光457.9nm
(4)偏光：入射光P、散射光S+P
(5)分光器：U-1000(回折格子Plane Hologarphic1800gr/mm)
(6)检测器：CCD Jobin Yvon
该Raman分析是，在熔融处理区域13的附近的测定位置1、在微小空洞8的附近的测定位置2、在熔融处理区域13和微小空洞8之间的测定位置3、以及在熔融处理区域13的上方的测定位置4，经由这样而执行的测定。
(非结晶Si的评价)
无论从何位置对非结晶Si，都不能明确观测到由来的Raman线。被认为是由于非结晶Si不存在，或者是其存在量在检测界限以下这两种可能。
(结晶性的评价)
测定位置2、3、4的频谱的半值宽度为同等程度。此外，因为即使与参考Si(110)相比也为同等程度，所以，认为测定位置2、3、4，无论任何一个皆为结晶性高的单结晶Si。另一方面，在测定位置1，有观测到较宽的Raman线。关于测定位置1，被认为可能有多结晶Si。
(应力的评价)
测定位置1被认为有产生相当大的压缩应力的可能性。此外，测定位置3被认为有产生压缩应力的可能性。测定位置2以及4则被认为仅仅能产生检测界限程度的应力而已。
在此，使用6英寸大小且厚度为100μm的硅芯片，相对于定向平面(Orientation flat)以平行以及垂直的方向形成5mm节距的改质区域，以分割成多个5mm×5mm的晶片的方式来变化脉冲节距与加工深度，对扩张分离时的切断性的评价结果，可以用图12来说明。
该评价是将脉冲节距固定、相对于厚度为100μm的芯片，当加工深度(微小空洞可能位置的深度)在45μm～90μm之间变化时，对表面状态与切断性的评价。在图12中，“HC、山”表示“半切、微凸山状”的意思，表示在硅芯片的激光入射侧的表面可见到龟裂等。“ST、谷”表示“隐密地、微凹谷状”的意思，表示在激光入射侧的相反侧的表面可见到龟裂等。“ST”表示“Stealth，隐密地”的意思，表示在任何表面上都确认没有龟裂。此外，圆形记号表示在背面剥离胶带时全部断裂，三角记号表示在背面剥离胶带时不能全部断裂。
经由图12，得知脉冲节距接近4.00μm比较合适。此外，优选加工深度(微小空洞的可能位置的深度)深。优选脉冲节距不要太宽。对其进行综合评价，优选脉冲节距为1.00μm～7.00μm，更优选脉冲节距为3.00μm～5.00μm。此外，对于加工深度(微小空洞的可能位置的深度)来说，在厚度为100μm的芯片中，优选45μm～90μm、更优选65μm～85μm。
例如，在厚度为300μm的硅芯片的情况下，优选变化加工深度来多次反复进行上述激光加工工序，或者优选至少有一段是熔融处理区域和微小空洞的组合。
对厚硅芯片多次进行激光加工后的截面照片例，如图13以及图14所示。图13所示的截面照片，表示的是从硅芯片2的背面21向正面20多次进行激光加工。其结果是，形成了改质区域201～206。对应改质区域203的部分，在近接的部分由于多次进行激光加工，微小空洞成为无法辨认的状态。其它的改质区域201、202、204、205、206则形成有微小空洞。通过形成微小空洞，使得熔融处理区域、或者熔融处理区域与微小空洞之间会产生应力分布，从而可以比较容易地割断。此外，若从外部施加作用力，则微小空洞也容易成为割断的起点。因此，若使固定内部形成有改质区域的半导体基板的胶带扩张，则在进行半导体基板的切断、分离时，成为容易割断的必要条件，通过微小空洞的形成能够实现该条件。如上所述，在形成熔融处理区域的同时也形成微小空洞，通过胶带的扩张、对于内部形成有改质区域的半导体基板的切断、分离来说，是特别有效的。
图14所示的截面照片，是与图13同样进行激光加工的硅芯片2a的照片。图15是图14所示的硅芯片2a的模式图。在硅芯片2a中，形成有改质区域211以及212。改质区域211具有熔融处理区域211a以及微小空洞211b。改质区域212具有熔融处理区域212a以及微小空洞212b。微小空洞212b，一样地均形成有空洞。而另一方面，微小空洞211b则有不形成空洞的区域211c。对于微小空洞来说，由于激光入射面的表面状态(凹凸或者激光的穿过率的差异)，而产生较难形成的部分。在此情况下，如图14所示，虽然熔融处理区域211a沿着切断预定线连续形成，但是微小空洞212b却是处处零落地形成。即使在这样的情况下，由于有微小空洞因此也容易切断。这是由于熔融处理区域211a大致连续形成，成为切断起点的区域大致全都在切断预定线上形成。因此，即使切断预定线没有全都形成微小空洞212b，但因为有用于更容易切断的微小空洞212b，在切断时、具有熔融处理区域和微小空洞的区域的龟裂进展，对于仅是熔融处理区域的区域、会使其切断变为容易。在加工对象物(半导体基板)的内部，被处理部(熔融处理区域)是沿着切断预定线而形成为被处理区域(第一区块)，微小空洞是沿着切断预定线而形成为微小空洞区域(第二区块)，经由将这些作为切断的起点，而使加工对象物(半导体基板)变为易于切断。因此，这些区域即使没有全都在切断预定线上形成(切断预定线即使处处存在)，由于有微小空洞而使割断变为容易。此外，对于GaAs等劈开性良好的半导体基板的情况，没有必要在切断预定线上全都形成改质区域，也可以在切断预定线的一部分上形成改质区域。此外，也可以只在切割精度要提高的部分上形成改质区域。
在本实施方式中，当硅芯片的表面形成有图案时，优选激光从具有图案面的反面射入。微小空洞侧的切断面比熔融处理区域侧的切断面有比较整齐的倾向，所以在图案形成面一侧形成微小空洞可使良品率得到提高。更具体地说，如图18所示，对于在表面形成有电子回路、或者半导体发光部等的光元件、或者MEMS的微小电气机械系统等的功能元件181的硅芯片180，通过在形成有功能元件181一侧形成微小空洞182，而使功能元件181侧的切断精度进一步得到提高。从而，可使良品率得到提高，使生产效率也能够得到提高。此外，在通过扩张固定有内部形成改质区域的半导体基板的胶带来进行导体基板的切断、分离时，成为容易割断的必要条件是必要的，通过微小空洞可以进一步实现该条件。同时与熔融处理区域形成微小空洞，对于在通过胶带的扩张将内部形成有改质层的半导体基板切断、分离的情况下是特别有效的。图18表示的是要将硅芯片180切断、分离的情况，图19表示的是硅芯片180被胶带183固定。其后，图20表示的是将胶带183扩张、将硅芯片180切断、分离。其中，以切断、分离工序来说，既可以在半导体基板内部形成改质区域后，再将胶带(扩张胶带、芯片膜)张贴来扩张；或者也可以在半导体基板先贴上胶带，再在半导体基板的内部形成改质区域，再对胶带进行扩张。
优选相对于透镜口径扩大高斯分布使透镜入射光束作为顶帽(Tophat)那样来使用(即优选将NA大的光线的能量提高)。NA优选在0.5～1.0之间。
脉冲宽度优选在500nsec以下。更优选在10nsec～500nsec。更优选在10nsec～300nsec。最优选在100nsec～200nsec。
熔融处理区域和微小空洞是成对的，各自的深度与厚度应有一定的关系存在。特别是，优选对应于NA，熔融处理区域和微小空洞之间具有一定关系。
切断方向优选相对于定向平面(Orientation flat)平行、或垂直。优选沿着结晶方向形成熔融处理区域。
在本实施方式中，加工对象物虽然使用的是硅制的半导体芯片，但是半导体芯片材料并不局限于此。例如，硅以外的IV族元素半导体、如SiC那样的包含IV族元素的化合物半导体、包含III-V族元素的化合物半导体、包含II-VI族元素的化合物半导体，而且添加各种掺杂物(dopant)的半导体，都可以使用。
接着，对本实施方式的效果进行说明。通过这样，以引起多光子吸收的条件且使集光点F对准加工对象物1内部，将脉冲激光L对着切断预定线5照射。接着，通过移动X轴工作台109或者Y轴工作台111，而能够将集光点F沿着切断预定线5以规定的节距P移动。通过这样，可以沿着切断预定线5在加工对象物1的内部形成被处理部，同时，也会形成微小空洞。从而，可以在加工对象物1的表面3除切断预定线5以外不会发生额外的割痕、来将加工对象物1切断。
此外，对加工对象物1，以引起多光子吸收的条件且对准加工对象物1内部的集光点F，将脉冲激光L对着切断预定线5进行照射。据此，脉冲激光L穿透加工对象物1，由于在加工对象物1的表面3的脉冲激光L几乎没有被吸收，所以，不会因形成改质区域而在表面3产生熔融等损伤。
如以上所述，可以在加工对象物1的表面3上，除切断预定线5以外不会产生额外的割痕或者熔融、来将加工对象物1切断。据此，加工对象物1例如半导体芯片的情况，在半导体晶片的切断预定线以外的地方不会产生割痕或者熔融，所以可以从半导体芯片切出半导体晶片。对于在表面具有电极图案形成的加工对象物、或者形成压电元件芯片或者液晶等显示装置的玻璃基板等在其表面上形成有电子元件的加工对象物等也是一样的。因此，通过切断加工对象物而制作的制品(例如半导体晶片、压电元件晶片、液晶等显示装置)，能够使其优良率得到提高。
此外，由于加工对象物1的表面3的切断预定线5不会熔融，所以，切断预定线5宽度可以很小(该宽度，例如在半导体芯片的情况，是指形成半导体晶片区域中的晶片彼此的间隔)。从而，从一片加工对象物1制作的制品数会增加，因此可使制品的生产性得到提高。
此外，因为是用激光对加工对象物1进行切断加工，所以能够进行比用钻石切割机的切片更复杂的加工。
其中，当将激光L透过加工对象物1而在加工对象物1的内部发生多光子吸收并形成被处理部7的情况下，对应各个被处理部7的微小空洞8的形成原理，未必完全明确。像这样被处理部7以及微小空洞8以成对的状态形成的原理，本发明人推想出一种假说，下面对其加以说明。
图16是该假说的说明图。若使焦点对准加工对象物1的内部的集光点F来照射激光L，则在集光点F附近会形成被处理部7。以前，总认为激光L从激光源照射，是使用中心部分激光的光(相当于图16中的L4以及L5部分的光)。这是由于使用激光的高斯分布的中心部分的缘故。
本发明人为了抑制激光在加工对象物的表面产生影响，而将激光加宽。一种方法是，将从激光源照射出的激光以规定光学系统予以扩张，使其高斯分布更加散开宽广，也就是使激光周围部分的光(相当于图16中的L1～L3以及L6～L8部分的光)的激光强度相对上升。
若这样被扩张过的激光透过加工对象物1，则如上所述会在集光点F的附近形成被处理部7，也在该被处理部7的对应部分形成微小空洞8。即，被处理部7和微小空洞8是沿着激光的光轴(图16中的中心点线)位置而形成的。微小空洞8的形成位置，相当于激光周围部分的光(图16中的L1～L3以及L6～L8相当部分的光)理论上集光的部分。
如此一来，激光中心部分的光(相当于图16中的L4以及L5部分的光)、与激光周围部分的光(相当于图16中的L1～L3以及L6～L8部分的光)，各自集光的部分对着加工对象物1的厚度方向互异，推想是由于激光集光透镜的球面收差所致。本发明人所推想的一个假说，即认为该集光位置的差有可能是造成影响的因素。
本发明人推想的另一个假说如下。激光周围部分的光(相当于图16中L1～L3及L6～L8部分的光)的集光部分、理论上应是激光集光点，因此，推想该部分的光强度高。从而，由于在该部分会引起微细构造的变化，因而在其周围会形成实质上结晶结构没有变化的微小空洞8。另一方面，形成被处理部7的部分，是受热影响而单纯地熔融后再固化所致。
该假说的说明图如图17所示。若具有高斯分布81的激光射出，则通过光学系统82而对加工对象物83进行照射。如图17所示，激光周围部分的光(图17中以虚线表示者)，在微小空洞832的形成部分的附近被集光。另一方面，高斯分布81中的激光强度比较强的部分的激光，在被处理部831的形成部分的附近被集光。

Claims (32)

1.一种激光加工方法，其特征在于，包括：
使集光点对准加工对象物内部来照射激光，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通过多光子吸收而形成被处理部，同时，在所述加工对象物内部、在对应于所述被处理部的规定位置上形成微小空洞的工序。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：
还包括设定所述切断预定线的工序。
3.一种激光加工方法，其特征在于，包括：
设定加工对象物的切断预定线的工序；以及
使集光点对准加工对象物内部来照射激光，沿着所述切断预定线在所述加工对象物的内部通过多光子吸收而形成被处理部，同时，在所述加工对象物内部、在对应于所述被处理部的规定位置上形成微小空洞的工序。
4.如权利要求1至3中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述加工对象物为半导体基板，所述被处理部为熔融处理区域。
5.如权利要求1至3中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述加工对象物为半导体基板，所述激光为脉冲激光，其脉冲宽度为500nsec以下。
6.如权利要求1至3中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述加工对象物为半导体基板，所述激光为脉冲激光，其脉冲节距为1.00～7.00μm。
7.如权利要求1至6中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述微小空洞沿着所述切断预定线而形成多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。
8.如权利要求1至7中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述微小空洞沿着所述切断预定线而形成多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。
9.如权利要求1至8中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
在所述加工对象物的主面上形成有功能元件，所述微小空洞在所述主面与所述被处理部之间形成。
10.如权利要求1至9中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述微小空洞是将所述被处理部包夹、且在所述激光入射侧的相反侧而形成。
11.如权利要求1至10中任一项的激光加工方法，其特征在于：
还包括切断形成有所述微小空洞的加工对象物的工序。
12.一种激光加工方法，其特征在于，包括：
设定半导体基板的切断预定线的工序；以及
使集光点对准半导体基板的内部来照射激光，沿着所述切断预定线在所述半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，在所述半导体基板内部、在对应于所述熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞的工序。
13.一种激光加工方法，其特征在于，包括：
设定半导体基板的切断预定线的工序；以及
使集光点对准半导体基板的内部来照射脉冲激光，沿着所述切断预定线在所述半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，在所述半导体基板内部、在对应于所述熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞的工序，其中，
所述脉冲激光的脉冲宽度在500nsec以下。
14.一种激光加工方法，其特征在于，包括：
设定半导体基板的切断预定线的工序；以及
使集光点对准半导体基板的内部来照射脉冲激光，沿着所述切断预定线在所述半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，在所述半导体基板内部、在对应于所述熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞的工序，其中，
所述脉冲激光的脉冲节距是为1.00～7.00μm。
15.如权利要求12至14中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述微小空洞沿着所述切断预定线而形成多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。
16.如权利要求12至15中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述半导体基板的主面形成有功能元件，所述微小空洞在所述主面与所述熔融处理区域之间形成。
17.如权利要求12至16中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
所述微小空洞是将所述熔融处理区域包夹、且在所述激光入射侧的相反侧而形成。
18.如权利要求12至17中任一项所述的激光加工方法，其特征在于：
还包括切断形成有所述微小空洞的半导体基板的工序。
19.一种激光加工装置，其特征在于，包括：
激光源；载置加工对象物的载置台；以及控制所述激光源与所述载置台的相对位置关系的控制单元，其中，
所述控制单元控制所述激光源与所述载置台的间隔，使集光点对准加工对象物的内部，同时，若所述激光源有激光射出，则使所述激光源以及所述载置台沿着所述加工对象物的切断预定线进行相对移动，
沿着所述切断预定线而在所述加工对象物的内部经由多光子吸收形成被处理部，同时，也在所述加工对象物的内部、在对应于所述被处理部的规定位置形成微小空洞。
20.一种激光加工装置，其特征在于，包括：
激光源；载置半导体基板的载置台；以及控制所述激光源与所述载置台的相对位置关系的控制单元，其中，
所述控制单元控制所述激光源与所述载置台的间隔，使集光点对准半导体基板的内部，同时，若所述激光源有激光射出，则使所述激光源以及所述载置台沿着所述半导体基板的切断预定线进行相对移动，
沿着所述切断预定线而在所述半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，也在所述半导体基板的内部、在对应于所述熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞。
21.一种激光加工装置，其特征在于，包括：
激光源；载置半导体基板的载置台；以及控制所述激光源与所述载置台的相对位置关系的控制单元，其中，
所述控制单元控制所述激光源与所述载置台的间隔，使集光点对准半导体基板的内部，同时，若所述激光源有脉冲激光射出，则使所述激光源以及所述载置台沿着所述半导体基板的切断预定线作相对移动，
沿着所述切断预定线而在所述半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，也在所述半导体基板的内部、在对应于所述熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞，此时，所述脉冲激光的脉冲宽度在500nsec以下。
22.一种激光加工装置，其特征在于，包括：
激光源；载置半导体基板的载置台；以及控制所述激光源与所述载置台的相对位置关系的控制单元，其中，
所述控制单元控制所述激光源与所述载置台的间隔，使集光点对准半导体基板的内部，同时，若所述激光源有脉冲激光射出，则使所述激光源以及所述载置台沿着所述半导体基板的切断预定线作相对移动，
沿着所述切断预定线而在所述半导体基板的内部形成熔融处理区域，同时，也在所述半导体基板的内部、在对应于所述熔融处理区域的规定位置上形成微小空洞，此时，所述脉冲激光的脉冲节距为1.00～7.00μm。
23.如权利要求19至22中任一项所述的激光加工装置，其特征在于：
所述微小空洞沿着所述切断预定线而形成多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。
24.一种加工产品，是通过激光加工切断加工对象物而生产的加工产品，其特征在于，包括：
在沿着通过所述切断而形成的主面的部分上、通过多光子吸收而改质的被处理部；以及
在通过所述切断而形成的主面上、在对应于所述被处理部的规定位置上具有开口部的微小空洞。
25.如权利要求24所述的加工产品，其特征在于：
所述加工对象物为半导体基板，所述被处理部为熔融处理区域。
26.如权利要求24或25所述的加工产品，其特征在于：
所述微小空洞沿着所述切断预定线而形成多个，各个微小空洞相互之间具有间隔。
27.如权利要求26所述的加工产品，其特征在于：
所述微小空洞相互的间隔形成为1.00～7.00μm。
28.如权利要求24至27中任一项所述的加工产品，其特征在于：
所述被处理部形成于沿着所述切断预定线的第一区块上，所述多个微小空洞形成在与所述第一区块隔开一定间隔的第二区块上。
29.一种激光加工方法，其特征在于，包括：
使集光点对准加工对象物内部来照射激光，至少在所述切断预定线的一部分的对应位置上形成，被处理部是在沿着所述加工对象物的切断预定线的所述加工对象物的内部形成的被处理区域、和微小空洞是在沿着所述切断预定线的所述加工对象物的内部形成的微小空洞区域的工序。
30.如权利要求29所述的激光加工方法，其特征在于：
所述加工对象物为半导体基板，所述被处理部为熔融处理区域。
31.一种加工产品，是通过激光加工切断加工对象物而生产的加工产品，其特征在于，包括：
在通过所述切断而形成的主面上形成有被处理部的被处理区域；以及
在通过所述切断而形成的主面上形成有具有开口部的微小空洞的微小空洞区域。
32.如权利要求31所述的加工产品，其特征在于：
所述加工对象物为半导体基板，所述被处理部为熔融处理区域。
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