CN103358016A - 激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光加工方法，能够与被加工物的被激光光束照射的被照射面的状态无关地在被加工物内形成均匀的改性层。所述激光加工方法包括下述步骤：反射率检测步骤，检测被加工物（1）的被激光光束照射的被照射面对所照射的激光光束的反射率；防反射膜形成步骤，基于检测出的反射率在被加工物（1）的被照射面形成防反射膜（5）以使被照射面的反射率达到预定的反射率以下；以及激光加工步骤，对被加工物（1）的被照射面，即防反射膜（5）的表面照射具有透过性的波长的激光光束（L）以在被加工物（1）的内部形成改性层。由于将防反射膜（5）的表面作为被照射面来向被加工物（1）的内部照射激光光束，因此能够形成均匀的改性层。

Description

激光加工方法

技术领域

本发明涉及一种对半导体晶片等薄板状的被加工物照射具有透过性的波长的激光光束来在被加工物的内部形成改性层的激光加工方法。

背景技术

例如，半导体器件是通过下述工艺制造的：在由硅或砷化镓等半导体构成的晶片的表面形成由IC（Integrated Circuit：集成电路）、LSI（Large Scale Integration：大规模集成电路）等构成的大量的电子电路，接着在磨削晶片的背面使其薄化至预定厚度后，将晶片分割成形成有电子电路的各器件区域。在分割这种晶片等薄板状的被加工物时，一般采用以切削刀具将晶片切断的方法，不过，近些年，也采用下述方法：在对被加工物照射具有透过性的波长的激光光束而在被加工物的内部形成改性层后，对晶片施加外力，以改性层为起点使晶片断开来进行分割（专利文献1等）。

专利文献1：日本专利第3408805号公报

另外，在上述半导体晶片等中，存在着在进行背面磨削前的状态的背面残留有氧化膜或氮化膜的情况。而且，各种晶片包括在表面形成有由聚酰亚胺或聚对二甲苯类聚合物等有机物类膜构成的低介电常数绝缘体覆膜（Low-k膜）的晶片、在背面形成有金属膜的晶片等。

当将这些带膜的晶片作为被加工物并从膜侧照射激光来实施激光加工时，存在着照射的激光光束的一部分被膜反射的情况。反射率随膜的种类和厚度等不同而不同，而且，存在着各个被加工物的表面的反射率不同的情况、以及一个被加工物内的反射率不均匀的情况。在各个被加工物的反射率不同的情况下，以单一的加工条件对多个被加工物实施激光加工的话，由激光光束的照射而形成的改性层会产生不均。而且，在一个被加工物内反射率不均匀的情况下以单一的加工条件实施激光加工的话，改性层与反射率不同的区域对应地产生不均。另外，此处所谓的改性层的不均指的是从激光光束照射的被照射面到形成改性层的深度或改性层的厚度等不同的情况。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其主要的技术课题在于提供一种激光加工方法，能够与被加工物的被激光光束照射的被照射面的状态无关地在被加工物内形成均匀的改性层。

本发明的激光加工方法为对被加工物照射具有透过性的波长的激光光束以在被加工物形成改性层的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法包括下述步骤：反射率检测步骤，在该反射率检测步骤中，检测被加工物的被激光光束照射的被照射面对所照射的激光光束的反射率；防反射膜形成步骤，在该防反射膜形成步骤中，在所述反射率检测步骤实施后，基于检测出的反射率在被加工物的所述被照射面形成防反射膜以使所述被照射面的反射率达到预定的反射率以下；以及激光加工步骤，在该激光加工步骤中，在所述防反射膜形成步骤实施后，对被加工物的所述被照射面照射具有透过性的波长的激光光束以在被加工物的内部形成改性层。

在本发明中，在实施激光加工之前检测被加工物的被照射面的反射率，基于检测出的反射率在被加工物的被照射面形成防反射膜以使所述被照射面的反射率达到预定的反射率以下，然后，从防反射膜侧对被加工物的内部照射激光光束。因此，能够使激光光束有效地达到被加工物的内部，其结果是，能够与被照射面的状态无关地在被加工物内形成均匀的改性层。

根据本发明，起到了下述效果：提供一种激光加工方法，能够与被加工物的被激光光束照射的被照射面的状态无关地在被加工物内形成均匀的改性层。

附图说明

图1的（a）和（b）示出了在本发明的一实施方式涉及的激光加工方法中将被激光加工的被加工物隔着粘贴带支承于框架的状态，（a）为立体图，（b）为剖视图。

图2是适合实施一实施方式的激光加工方法的激光加工装置的整体立体图。

图3是示出该激光加工装置具备的激光照射构件的光学系统的图。

图4是示出在一实施方式涉及的激光加工方法的防反射膜形成步骤中使用的膜形成装置的剖视图。

图5是示出进行一实施方式涉及的激光加工方法的激光加工步骤的状态的侧视图。

图6是示出激光加工步骤的细节的剖视图。

图7是示出在激光加工步骤后在通过磨削构件磨削被加工物的背面侧的同时施加外力以将被加工物分割为器件的状态的立体图。

标号说明

1：被加工物；

1c：改性层；

5：防反射膜；

L：激光光束。

具体实施方式

以下，参考附图说明本发明的一个实施方式。

图1的（a）和（b）的标号1示出了本实施方式中实施激光加工的被加工物，图2示出了对被加工物1实施激光加工的激光加工装置20。

（1）被加工物

图1的（a）和（b）所示的被加工物1为厚度例如是数百μm左右的圆板状的半导体晶片等，为了将所述被加工物1供给到激光加工装置20，将被加工物1的表面侧粘接到粘贴带11，所述粘贴带11粘接于环状框架10。在被加工物1的表面利用格子状的分割预定线2设定有多个矩形形状的器件区域3，在这些器件区域3形成有例如由IC、LSI构成的电子电路。如图1的（b）所示，在被加工物1的背面1b的整个表面形成有膜4。膜4是例如氧化膜或氮化膜或者金属膜等。

被加工物1的表面1a侧粘接于粘贴带11，从而成为背面1b露出的状态。框架10由不锈钢等具有刚性的金属板等构成，被加工物1借助框架10和粘贴带11而被搬送并放置到激光加工装置20。

本实施方式的激光加工为沿分割预定线2照射激光光束来在被加工物1的内部形成改性层，以下，说明激光加工装置20和激光加工方法的工序。

（2）激光加工装置

根据图2说明对被加工物1实施激光加工的激光加工装置20。

激光加工装置20具有基座21，在该基座21上以沿水平的X轴方向和Y轴方向移动自如的方式设有XY移动工作台22。在该XY移动工作台22设有用于保持被加工物1的卡盘工作台51。在卡盘工作台51的上方以与卡盘工作台51对置的状态配设有激光照射构件60的照射部62，所述激光照射构件60的照射部62用于朝向由卡盘工作台51保持的被加工物1照射激光光束。

XY移动工作台22由X轴底座30和Y轴底座40的组合构成，所述X轴底座30以沿X轴方向移动自如的方式设于基座21上，所述Y轴底座40以沿Y轴方向移动自如的方式设于所述X轴底座30上。X轴底座30以滑动自如的方式安装在一对平行的导轨31，所述一对平行的导轨31固定于基座21上并沿X轴方向延伸，并且X轴底座30借助X轴驱动机构34而沿X轴方向移动，所述X轴驱动机构34利用马达32使滚珠丝杠33动作。另一方面，Y轴底座40以滑动自如的方式安装在一对平行的导轨41，所述一对平行的导轨41固定于X轴底座30上并沿Y轴方向延伸，并且Y轴底座40借助Y轴驱动机构44而沿Y轴方向移动，所述Y轴驱动机构44利用马达42使滚珠丝杠43动作。

在Y轴底座40的上表面，将圆筒状的卡盘底座50支承成以Z轴方向（上下方向）为旋转轴线旋转自如，在该卡盘底座50上呈同心状地固定有卡盘工作台51。卡盘工作台51是通过真空抽吸作用而吸附保持被加工物1的一般公知的真空卡盘式的卡盘工作台。卡盘工作台51由未图示的旋转驱动构件与卡盘底座50一体地被驱动旋转。在卡盘工作台51的周围，在彼此离开180°的位置配设有一对夹紧器52，该一对夹紧器52用于以装拆自如的方式保持上述框架10。这些夹紧器52通过支柱（参照图5）53安装于卡盘底座50。

在XY移动工作台22中，当X轴底座30沿X轴方向移动时，进行沿被加工物1的分割预定线2照射激光光束的加工进给。并且，通过使Y轴底座40沿Y轴方向移动，进行切换作为照射激光光束的对象的分割预定线2的分度进给。另外，加工进给方向和分度进给方向也可以相反地设定，即，将Y轴方向设定为加工进给方向并将X轴方向设定为分度进给方向，并不限制。

激光照射构件60具有朝向卡盘工作台51的上方沿Y轴方向延伸的长方体状的外壳61，在该外壳61的末端设有上述照射部62。外壳61以能够沿铅直方向（Z轴方向）上下移动的方式设于立柱23，所述立柱23竖立设置于基座21，并且外壳61借助收纳于立柱23内的未图示的上下驱动构件而上下移动。

在外壳61的末端且在照射部62的附近固定有对准构件70，所述对准构件70用于检测被加工物1的分割预定线2。对准构件70具备用于拍摄被加工物1的摄像机71，对准构件70基于通过摄像机71取得的图像来检测（对准）分割预定线2。

以下，对激光照射构件60进行说明。

如图3所示，在外壳61内收纳有功率调整单元64、反射光量检测器65和用于振荡发出激光光束的激光振荡单元63。激光振荡单元63具备：激光振荡器631，其用于振荡发出YAG或YVO等脉冲激光；以及重复频率设定单元632，其用于设定激光振荡器631振荡发出的激光光束的频率。在激光振荡器631中，振荡发出具有由重复频率设定单元632设定的频率的波长的脉冲激光，该激光光束被朝向照射部62的方向照射。

从激光振荡器631照射出的激光光束在由功率调整单元64调整功率后照射到在照射部62内的上部配设的反射镜621。在照射部62内从上方向下方地收纳有反射镜621、半透半反镜622和聚光透镜623。照射到反射镜621的激光光束由反射镜621反射到下方，入射并透过聚光透镜623，然后照射到由卡盘工作台51保持的被加工物1。

而且，照射到被加工物1的激光光束如图3的虚线所示地由被加工物1的上表面即被照射面反射，其反射光由半透半反镜622引导至反射光量检测器65。反射光量检测器65检测被照射面的反射光量。接着，将该反射光量与预先检测到的镜面晶片等基准被加工物的反射光量进行比较来求得相对的反射率的值。如后所述，从照射部62照射反射率检测用的激光光束和用于形成改性层的激光加工用的激光光束。

（3）激光加工方法

以上是激光加工装置20的结构，接下来，对使用该激光加工装置20在被加工物1的内部形成改性层的激光加工方法的工序进行说明。

首先，将被加工物1隔着粘贴带11载置到激光加工装置20的卡盘工作台51上，将被加工物1通过真空抽吸作用而吸附保持在卡盘工作台51。被加工物1在背面1b侧即膜4露出的状态下被保持在卡盘工作台51。而且，通过夹紧器52保持框架10。

接着，使XY移动工作台22的X轴底座30和Y轴底座40适当移动以将被加工物1定位到激光照射构件60的照射部62的下方，一边进行使X轴底座30沿X轴方向移动的加工进给，一边从照射部62对被加工物1照射反射率检测用的激光光束，并检测照射到被加工物1的被照射面（膜4的表面）的激光光束的反射率（反射率检测步骤）。使被加工物1与卡盘工作台51一起移动的加工进给速度例如为400mm/s左右。而且，反射率检测用的激光光束的功率比形成改性层时的功率小，例如为下述条件的激光光束。

·波长：1064nm脉冲激光

·重复频率：100kHz

·平均功率：0.1W

如图3所示，将由被加工物1的被照射面（膜4的表面）反射的激光光束的反射光通过半透半反镜622引导至反射光量检测器65，通过对由反射光量检测器65检测出的反射光量和预先检测出的基准被加工物的反射光量进行比较来求得反射率。

在求得被加工物1的被照射面的反射率后，将被加工物1从激光加工装置20搬出，基于检测出的反射率在被加工物1的被照射面形成防反射膜，使被照射面的反射率达到预定的反射率以下（防反射膜形成步骤）。

图4是在被加工物1的被照射面适当地形成防反射膜的膜形成装置。该膜形成装置80是从树脂供给喷嘴83向保持于装置壳体81内的圆板状的旋转工作台82上的被加工物1的上表面即膜4的表面滴下液状的树脂P来实施旋转涂敷的形式的装置。

装置壳体81由上方开口且在中心形成有孔811a的圆筒状的壳体主体811和堵塞壳体主体811的孔811a的罩812构成，马达84的驱动轴85从下方贯通罩812。旋转工作台82的中心固定于驱动轴85的突出到装置壳体81内的上端，并且被支承成能够借助马达84的驱动而水平旋转。

被加工物1隔着粘贴带11被载置于旋转工作台82的上表面，并且被加工物1通过真空抽吸作用而吸附保持在旋转工作台82的上表面。在旋转工作台82的周缘部安装有多个离心夹紧器86，所述多个离心夹紧器86以在因旋转工作台82的旋转而产生离心力时从上方按压框架10的方式动作，框架10由这些离心夹紧器86保持。

树脂供给喷嘴83以能够回转的方式被支承在壳体主体811的底部，通过回转，能够将末端的树脂供给口831定位到旋转工作台82的中心的正上方。

在防反射膜形成步骤中，将被加工物1隔着粘贴带11保持在旋转工作台82上，驱动旋转工作台82旋转并以离心夹紧器86保持框架10。接着，从树脂供给喷嘴83的树脂供给口831将树脂P滴下到自转状态的被加工物1的上表面即膜4的表面的中心。滴下至膜4的树脂P在离心力的作用下旋转涂敷到膜4的整个面，从而均匀地形成由树脂P构成的防反射膜5（参照图5）。

作为为形成防反射膜5而使用的树脂P，可以列举出聚酰亚胺、光学塑料、聚乙烯醇（PVA）等。而且，通过下述方式选择树脂P的材料的折射率：对于在此后的激光加工时照射到被加工物1的激光光束的波长来说，使所述激光光束相对于防反射膜5的折射率与膜4的折射率的差比所述激光光束相对于空气的折射率与膜4的表面的折射率的差小。这是为了在激光加工时通过防反射膜5使激光加工用的激光光束不易被反射从而使激光光束有效地透过到被加工物1的内部。

而且，使所形成的防反射膜5的厚度与在反射率检测步骤中检测出的反射率对应，例如，检测出的反射率为30%的话，使防反射膜5的厚度为2μm～100nm，将激光加工时的被加工物1的被照射面即防反射膜5的表面的反射率调整为0～18%。

当在被加工物1的被照射面形成防反射膜5后，将被加工物1从膜形成装置80搬出并再次放置到激光加工装置20，沿分割预定线2照射具有透过性的波长的激光光束，在被加工物1的内部形成沿着分割预定线的改性层（激光加工步骤）。

与反射率检测步骤时同样地，将被加工物1隔着粘贴带11保持在卡盘工作台51上，并以夹紧器52保持框架10。接着，在利用对准构件70检测出分割预定线2的位置后，如图5和图6所示，从激光照射构件60的照射部62将相对于被加工物1具有透过性的激光加工用的激光光束L的聚光点定位到被加工物1的内部，并沿检测出的分割预定线2进行扫描。

激光加工用的激光光束L比反射率检测时的激光光束的功率大，例如采用下述条件的激光光束。

·波长：1064nm脉冲激光

·重复频率：100kHz

·平均功率：1.5W

如图6所示，激光加工时的激光光束L通过防反射膜5、膜4并在被加工物1内聚光，由此，在被加工物1的内部形成沿分割预定线2的改性层1c。改性层1c在相对于被加工物1的表面1a具有固定深度的位置形成固定的层厚。改性层1c具有比被加工物1内的其他部分强度低的特性。

激光加工装置20沿分割预定线2的激光光束的扫描如下进行：通过使卡盘工作台51旋转而将分割预定线2设定为与加工进给平行，通过使卡盘工作台51沿X轴方向移动来进行加工进给。图5的箭头B为激光加工时的卡盘工作台51的移动方向，与此相伴地使照射部62沿箭头A方向相对地加工进给。该情况下的加工进给速度例如为400mm/s左右。而且，照射激光光束的分割预定线2的切换是通过使卡盘工作台51沿Y轴方向移动的分度进给来进行。由此，在被加工物1内，沿所有的分割预定线2形成改性层1c。

按照上文完成对被加工物1的激光加工。此后，通过对被加工物1施加外力而以强度降低了的改性层1c为起点将被加工物1分割为一个个的器件区域3而成为芯片状的器件。作为对被加工物1施加外力的方法可以列举下述方法：如图7所示，通过磨削构件90磨削被加工物1的背面1b侧，所述磨削构件90为将由主轴91驱动旋转的磨削轮92的多个磨具93对被加工物按压来进行磨削的形式的磨削构件。被加工物1在背面1b侧即防反射膜5侧露出的状态下被保持在能够旋转的保持构件94上。

当如此通过磨削施加外力后，能够将防反射膜5和膜4除去，且在将被加工物1薄化至预定的厚度的同时将被加工物1分割为大量的器件。另外，对被加工物1施加外力的方法并不限于磨削，例如也可以通过使粘贴带11扩张来进行。

另外，也有在形成改性层1c后不磨削背面1b侧的情况，在该情况下，形成防反射膜5的液状树脂选择水溶性的树脂，在形成改性层1c后以水洗净并除去防反射膜5即可。在该情况下，可以利用图4所示的膜形成装置80，通过供给水而取代液状树脂来除去水溶性的防反射膜5。另外，作为水溶性的液状树脂，优选采用上述的聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、聚氧化乙烯（PEO）等水溶性抗蚀剂。

而且，上述激光加工步骤是在将被加工物1隔着粘贴带11支承于框架10的状态下进行的，不过根据情况不同也可以将被加工物1从粘贴带11剥离，而在将被加工物1直接保持于卡盘工作台51的状态下形成改性层1c。

根据上述实施方式的激光加工方法，在实施激光加工前检测出被加工物1的被照射面（膜4的表面）的反射率，基于检测出的反射率在被加工物1的被照射面形成预定厚度的防反射膜5以使被照射面的反射率达到预定的反射率以下，然后，从防反射膜5侧照射激光光束来在被加工物1内形成改性层1c。即，形成改性层1c时的激光光束的被照射面并非预先在被加工物1的背面1b形成的膜4的表面，而是改变为具有预定厚度的预定的反射率以下的防反射膜5。因此，能够避免受到膜4的状态影响，有效地使激光光束到达被加工物1的内部。其结果是，能够与膜4的表面状态无关地在被加工物1内形成均匀的改性层1c。

另外，在被加工物1的表面1a预先形成的膜4存在不均的情况下，可以在反射率检测步骤中，检测出存在不均的表面1a整个面的反射率，检测出反射率的不均的状态，并与该不均的状态对应地设定在防反射膜形成步骤中形成的防反射膜5的厚度。

Claims (1)

1.一种激光加工方法，所述激光加工方法为对被加工物照射具有透过性的波长的激光光束以在被加工物形成改性层的激光加工方法，其特征在于，

所述激光加工方法包括下述步骤：

反射率检测步骤，在该反射率检测步骤中，检测被加工物的被激光光束照射的被照射面对所照射的激光光束的反射率；

防反射膜形成步骤，在该防反射膜形成步骤中，在所述反射率检测步骤实施后，基于检测出的反射率在被加工物的所述被照射面形成防反射膜以使所述被照射面的反射率达到预定的反射率以下；以及

激光加工步骤，在该激光加工步骤中，在所述防反射膜形成步骤实施后，对被加工物的所述被照射面照射具有透过性的波长的激光光束以在被加工物的内部形成改性层。

Images