CN109382591B - 激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

提供激光加工方法，在实施激光加工之前容易地判定是否为能够按照其加工条件在内部形成改质层的被加工物。至少包含如下的步骤：第1检测步骤，使激光光线照射单元(24)的聚光器(241)与功率计(36)对置而照射激光光线(LB)，并检测第1功率(P1)；第2检测步骤，将被加工物(100、110)定位在聚光器与功率计之间而照射激光光线，并检测第2功率(P2)；透过率计算步骤，根据第1功率和第2功率来计算表示被加工物的透过率(R)的指标；改质层形成判定步骤，根据表示透过率的指标来判定是否能够在被加工物的内部形成改质层；和改质层形成步骤，对于通过改质层形成判定步骤判定为能够形成改质层的被加工物，将激光光线(LB’)的聚光点定位在内部而进行照射，从而形成改质层(120)。

Description

激光加工方法
技术领域
本发明涉及激光加工方法，该激光加工方法能够对被加工物可靠地形成改质层。
背景技术
由分割预定线划分而在正面上形成有IC、LSI等多个器件的晶片被切割装置、激光加工装置等分割成各个器件，并被应用在移动电话、个人计算机等电子设备中。
激光加工装置被大致分为如下类型：将对于被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在被加工物的内部而进行照射从而形成改质层而实施内部加工的类型(例如，参照专利文献1)；以及将对于被加工物具有吸收性的波长的激光光线的聚光点定位在被加工物的上表面而进行照射从而实施烧蚀加工的类型(例如参照专利文献2)。
专利文献1：日本特许第3408805号公报
专利文献2：日本特开平10-305420号公报
在上述的将对于被加工部具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在被加工物的内部而进行照射从而形成改质层而实施内部加工的类型的激光加工中，例如将硅(Si)晶片作为被加工物来实施激光加工。然而，在形成硅晶片时，会进行为了使晶体的物性变化而对硅晶片添加少量杂质的所谓的掺杂。所掺杂的物质的种类或所掺杂的物质的量根据形成该硅晶片的基板的制造商或者根据形成于硅晶片的器件的种类而不同，有时即使使用被设定为对于硅具有透过性的波长的激光光线，所照射的激光光线也不会充分地透过被加工物，即使按照预先设定的加工条件来实施激光加工也会产生加工不良。
并且，并不限于因上述的掺杂的不同而使透过性的程度产生变化的情况，例如，在制造硅晶片之后经过了一段时间的情况下，也会在表面上形成氧化膜等而使透过率发生变化，从而产生同样的问题。这样的问题并不限于硅晶片，在由其他材质构成的被加工物中也会产生。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于，提供激光加工方法，能够在实施激光加工之前容易地判定是否为能够按照其加工条件在内部形成改质层的被加工物。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供激光加工方法，该激光加工方法使用了激光加工装置，该激光加工装置至少具有：保持单元，其对被加工物进行保持；激光光线照射单元，其具有聚光器，该聚光器将对于该保持单元所保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在被加工物的内部而进行照射从而形成改质层；以及加工进给单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元相对地进行加工进给，其中，该激光加工方法至少包含如下的步骤：第1检测步骤，使该激光光线照射单元的聚光器与功率计对置而照射激光光线，并检测第1功率；第2检测步骤，将被加工物定位在该聚光器与该功率计之间而照射激光光线，并检测第2功率；透过率计算步骤，根据该第1功率和该第2功率来计算表示被加工物的透过率的指标；改质层形成判定步骤，根据表示该透过率的指标对是否能够在被加工物的内部形成改质层进行判定；以及改质层形成步骤，对于通过该改质层形成判定步骤判定为能够形成改质层的被加工物，将激光光线的聚光点定位在内部而进行照射从而形成改质层。
该功率计可以与该卡盘工作台相邻地配设，使该聚光器与该保持单元相对地移动而实施该第1检测步骤。
也可以将被加工物按照从该保持单元的卡盘工作台探出至该功率计的方式保持于该卡盘工作台，从而实施该第2检测步骤。并且，被加工物可以是硅晶片，激光光线的波长可以是近红外线。
本发明的激光加工方法使用了激光加工装置，该激光加工装置至少具有：保持单元，其对被加工物进行保持；激光光线照射单元，其具有聚光器，该聚光器将对于该保持单元所保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在被加工物的内部而进行照射从而形成改质层；以及加工进给单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元相对地进行加工进给，其中，该激光加工方法至少包含如下的步骤：第1检测步骤，使该激光光线照射单元的聚光器与功率计对置而照射激光光线，并检测第1功率；第2检测步骤，将被加工物定位在该聚光器与该功率计之间而照射激光光线，并检测第2功率；透过率计算步骤，根据该第1功率和该第2功率来计算表示被加工物的透过率的指标；改质层形成判定步骤，根据表示该透过率的指标对是否能够在被加工物的内部形成改质层进行判定；以及改质层形成步骤，对于通过该改质层形成判定步骤判定为能够形成改质层的被加工物，将激光光线的聚光点定位在内部而进行照射从而形成改质层，由此，能够容易地判定被加工物是否能够形成改质层，能够实施可靠地形成改质层的激光加工。
附图说明
图1是示出本发明的实施所使用的激光加工装置的整体的立体图以及示出被加工物的硅晶片的立体图。
图2是示出根据本发明而实施的激光加工方法的过程的流程图。
图3的(a)是对本发明的第1检测步骤的动作进行说明的概略图，图3的(b)是对第2检测步骤的动作进行说明的概略图。
图4是用于对本发明的改质层形成步骤进行说明的概略图。
标号说明
2：激光加工装置；20：控制装置；22：保持单元；23：移动单元；33：盖板；34：卡盘工作台；35：吸附卡盘；36：功率计；40：X方向移动单元；42：Y方向移动单元；100：仿制晶片；110：硅晶片；110a：正面；110b：背面；110c：外周剩余区域；112：分割预定线；114：器件。
具体实施方式
以下，参照附图对根据本发明而构成的激光加工方法进行详细地说明。
图1示出了用于实施根据本发明而构成的激光加工方法的激光加工装置2的整体立体图以及作为被加工物的硅晶片(100、110)的立体图。另外，通过本发明来检测透过率的被加工物可以是在正面上形成器件等之前的硅晶片100(参照图1的(a)，以下称为“仿制晶片”)，也可以是在该仿制晶片100的正面110a上的由分割预定线112划分出的区域内形成有器件114的硅晶片110(图1的(b))。
图1所示的激光加工装置2具有：保持单元22，其对被加工物进行保持；移动单元23，其配设在静止基台2a上，使保持单元22移动；激光光线照射单元24，其对保持于保持单元22的被加工物照射激光光线；以及框体50，其由垂直壁部51和水平壁部52构成，其中，该垂直壁部51在静止基台2a上的移动单元23的侧方沿箭头Z所示的Z方向竖立设置，该水平壁部52从垂直壁部51的上端部沿水平方向延伸。在框体50的水平壁部52内部内置有激光光线照射单元24的光学系统，该激光光线照射单元24构成了本发明的激光加工装置2的主要部分，在水平壁部52的前端部下表面侧配设有构成激光光线照射单元24的聚光器241，并且在与聚光器241沿图中箭头X所示的方向相邻的位置配设有拍摄单元26。该拍摄单元26包含：通常的拍摄元件(CCD)，其通过可见光线来进行拍摄；红外线照射单元，其向被加工物照射红外线；光学系统，其捕捉由红外线照射单元照射的红外线；以及拍摄元件(红外线CCD)，其输出与该光学系统所捕捉到的红外线对应的电信号。
保持单元22包含：矩形的X方向可动板30，其按照沿图中箭头X所示的X方向移动自如的方式搭载在基台2a上；矩形的Y方向可动板31，其按照沿图中箭头Y所示的Y方向移动自如的方式搭载在X方向可动板30上；圆筒状的支柱32，其固定在Y方向可动板31的上表面上；以及矩形的盖板33，其固定在支柱32的上端。在盖板33上配设有卡盘工作台34，该卡盘工作台34构成为能够通过未图示的旋转驱动单元进行旋转，其穿过形成在该盖板33上的长孔而向上方延伸，对圆形的被加工物进行保持。在卡盘工作台34的上表面配置有吸引保持单元，该吸引保持单元由圆形的吸附卡盘35构成，该吸附卡盘35由多孔质材料形成，实际上水平延伸。吸附卡盘35借助穿过支柱32的流路而与未图示的吸引单元连接。在盖板33上的与卡盘工作台34沿X方向相邻的位置配设有功率计36，该功率计36检测从激光光线照射单元24照射的激光光线的功率(输出)。功率计36由多个受光元件构成，通过未图示的线缆与后述的控制装置20连接，将所接收的激光光线的功率输出到控制装置20，其中，该多个受光元件按照能够接收要测量的激光光线的全部光量的面积配置。另外，X方向是图1中箭头X所示的方向，Y方向是箭头Y所示的方向，是与X方向垂直的方向。由X方向、Y方向规定的平面实际上是水平的。
控制装置20由计算机构成，该控制装置20具有：中央运算处理装置(CPU)，其根据控制程序来进行运算处理；只读存储器(ROM)，其储存控制程序等；可读写的随机存取存储器(RAM)，其用于临时储存检测出的检测值、运算结果等；以及输入接口和输出接口(省略了详细的图示)。
移动单元23被控制装置20控制，该移动单元23包含X方向移动单元40和Y方向移动单元42。X方向移动单元40将电动机的旋转运动经由滚珠丝杠转换成直线运动而传递到X方向可动板30，使X方向可动板30沿着基台2a上的导轨在X方向上进退。Y方向移动单元42将电动机的旋转运动经由滚珠丝杠转换成直线运动而传递到Y方向可动板31，使Y方向可动板31沿着X方向可动板30上的导轨在Y方向上进退。另外，虽然省略了图示，但在X方向移动单元40和Y方向移动单元42上分别配设有位置检测单元，该位置检测单元准确地检测卡盘工作台34的X方向的位置、Y方向的位置以及周向的旋转位置，根据从控制装置20指示的信号来驱动X方向移动单元40、Y方向移动单元42以及未图示的旋转驱动单元，能够将卡盘工作台34准确地定位成任意的位置和角度。另外，上述的激光加工装置2整体以及移动单元23等在通常的加工状态下被为了方便说明而省略的未图示的罩、折皱等覆盖，构成为防止粉尘或尘埃等进入到内部。
实施本发明的激光加工装置2大致如以上那样构成，以下，对本发明的激光加工方法进行说明。
图2用流程图示出了通过本发明来实施的激光加工方法的过程。参照该流程图对本发明的激光加工方法进行说明。
(第1检测步骤)
在实施本发明的激光加工方法时，首先，实施第1检测步骤(S1)。为了实施第1检测步骤，首先进行配设在盖板33上的功率计36与激光光线照射单元24的聚光器241的对位。在该对位中，通过对使保持单元22在X方向和Y方向上移动的X方向移动单元40和Y方向移动单元42进行控制，利用拍摄单元26来拍摄功率计36的中心位置从而检测该位置，通过使聚光器241和功率计36相对地移动而使聚光器241与功率计对置。另外，聚光器241与功率计36的对位并非必须限定于使用拍摄单元26来实施，也可以是操作人员一边通过目视来确认从聚光器241照射的激光光线的照射位置一边进行该对位。
在实施了聚光器241与功率计36的对位之后，如图3的(a)所示，从激光光线照射单元24的未图示的激光振荡器振荡出激光光线LB，从聚光器241对功率计36进行照射而将激光光线LB的功率输出到控制装置20。此时，激光光线LB的聚光位置P并不与功率计36的受光元件的高度一致，而是定位在按照规定的距离靠上方的位置(离焦)。由此，功率计36所计测的聚光光斑的功率密度不会过大，抑制了功率计36的劣化。并且，按照向功率计36照射的激光光线LB的全部光量被功率计36接收的方式设定激光光线LB的上述离焦量。另外，优选此时照射的激光光线LB的功率比实际对被加工物实施加工时的功率低。
在上述第1检测步骤中照射的激光光线的照射条件例如能够按照以下方式来设定。
波长：1342nm
重复频率：90kHz
平均输出：1000mW
如从图3的(a)所理解的那样，通过第1检测步骤检测出的激光光线的功率是从激光光线照射单元24照射的激光光线LB的功率，在本实施方式中，检测为1000mW(1W)。检测出的功率在控制装置20的存储器中被存储为“第1功率(P1)”。另外，搭载于激光光线照射单元24的未图示的激光振荡器的功率有时随时间变化等而降低，或者因激光振荡器的品质差异等而发生变化，通过实施该第1检测步骤来准确地检测激光光线LB的第1功率(P1)。
(第2检测步骤)
如上述那样，在实施了第1检测步骤并将第1功率(P1)存储于控制装置20的存储器之后，实施图2所示的第2检测步骤(S2)。具体来说，准备图1所示的仿制晶片100，如图3的(b)所示，仿制晶片100按照覆盖功率计36的受光元件的方式定位。此时，优选按照从卡盘工作台34探出至功率计36的方式载置仿制晶片100，并使与吸附卡盘35连接的未图示的吸引单元进行动作而按照仿制晶片100不会发生偏移的方式进行保持。在以这种方式将仿制晶片100进行了定位之后，按照与上述第1检测步骤相同的照射条件向功率计36照射激光光线LB。另外，上述仿制晶片100是作为被加工物而被加工的硅晶片110的基板，是从与硅晶片110的基板相同的锭经过相同的制造过程而生产的。因此，通过掌握仿制晶片100的透过率，能够掌握硅晶片110的基板的透过率。
当如上述那样在保持着仿制晶片100的状态下朝向功率计36照射激光光线LB时，未被仿制晶片100吸收而透过的激光光线LB被功率计36接受。在本实施方式中，检测为600mW，检测出的功率在控制装置20的存储器中被存储为“第2功率(P2)”。
(透过率计算步骤)
如上述那样，在执行了第1检测步骤(S1)、第2检测步骤(S2)之后，实施
图2所示的透过率计算步骤(S3)。在该透过率计算步骤(S3)中，根据存储于控制装置20的第1功率(P1＝1000mW)和第2功率(P2＝600mW)来计算表示被加工物的透过率的指标。具体来说实施以下那样的运算。
透过率(R)＝(第2功率(P2)/第1功率(P1))×100
＝(600(mW)/1000(mW))×100＝60(％)
通过执行上述透过率计算步骤(S3)，检测出本实施方式的仿制晶片100的透过率(R＝60％)，并存储于控制装置20的存储器。另外，只要通过透过率计算步骤(S3)计算出的透过率(R)是表示透过率的指标，则并不限定于通过上述运算来进行计算。例如，也可以计算激光光线LB被仿制晶片100吸收的吸收率。在计算吸收率的情况下，将从第1功率(P1)减去第2功率(P2)而得的值(P1-P2)设为分子，将第1功率(P1)设为分母，从而能够计算吸收率。关于该吸收率，透过率越高则吸收率越低，透过率越低则吸收率越高，能够在本发明中作为实际上表示透过率的指标来使用。
(改质层形成判定步骤)
在执行了上述透过率计算步骤(S3)之后，实施改质层形成判定步骤(S4)，判定是否能够形成改质层。具体来说，对是否满足与透过率相关的规定的判定基准(例如，相对于从激光光线照射单元24照射的激光光线LB的波长(1342nm)，透过率是否为30％以上)进行判定，由于在本实施方式中计测出的透过率为R＝60％(≥30％)，所以判定为满足该判定基准，即在改质层形成判定步骤(S4)中判定为能够形成改质层(是)。另外，在使用吸收率作为表示透过率的指标的情况下，只要以吸收率是否为70％以下来作为判定基准即可。并且，可以考虑所使用的激光加工装置的加工条件、被加工物的物性、厚度等来适当确定该判定基准。
(改质层形成步骤)
当在上述改质层形成判定步骤(S4)中判定为“是”之后，接着实施改质层形成步骤(S5)。如上述那样，透过率(R)的计算是根据仿制晶片100而计算出的，但实际的改质层的形成是对形成有器件14的硅晶片110实施的。具体来说，对从收纳有多个硅晶片110的盒(省略图示)中搬送并载置于卡盘工作台34的硅晶片110实施激光加工。此时照射的激光光线LB’是与在第1检测步骤(S1)、第2检测步骤(S2)中照射的激光光线LB具有相同的波长的激光光线，但由于要实际形成改质层，所以设定成比计算透过率时的激光光线LB高的输出。
在该改质层形成步骤(S5)中，首先将硅晶片110的背面110b侧作为上表面而将硅晶片110载置在上述图1所示的激光加工装置2的卡盘工作台34上。然后，如图4所示，通过使未图示的吸引单元进行动作而将硅晶片110吸引保持在卡盘工作台34的吸附卡盘35上。另外，也可以在硅晶片110的正面110a侧粘贴保护带并隔着保护带将硅晶片110吸附在吸附卡盘35上。利用移动单元23将这样吸引保持着硅晶片110的卡盘工作台34定位在拍摄单元26的正下方。
当保持着硅晶片110的卡盘工作台34被定位在拍摄单元26的正下方时，通过拍摄单元26和控制装置20来执行检测硅晶片110的待激光加工的加工区域的对准作业。即，拍摄单元26和控制装置20执行图案匹配等图像处理，并完成激光光线照射位置的对准，其中，该图案匹配等图像处理用于进行形成在半导体晶片2的规定方向上的分割预定线112与沿着分割预定线112照射激光光线的激光光线照射单元24的聚光器241的对位。并且，对形成于硅晶片110的在与上述规定方向垂直的方向上延伸的分割预定线112也同样执行激光光线照射位置的对准。此时，硅晶片110的形成有分割预定线112的正面110a位于下侧，但如上述那样，由于拍摄单元26由红外线照明单元、捕捉红外线的光学系统以及输出与红外线对应的电信号的拍摄元件(红外线CCD)等构成，所以能够从背面110b侧透过而对正面110a侧的分割预定线112进行拍摄。
在对如以上那样保持在卡盘工作台34上的硅晶片110上所形成的分割预定线112进行检测并进行了激光光线照射位置的对准之后，如图4所示，将卡盘工作台34移动到聚光器241所位于的激光光线照射区域，将规定的分割预定线112的一端定位在激光光线照射单元24的聚光器241的正下方。接着，将从聚光器241照射的激光光线LB’的聚光点定位在距离半导体晶片2的正面110b规定的深度位置。然后，一边从聚光器241对硅晶片110照射与在第1检测步骤(S1)和第2检测步骤(S2)中照射的激光光线LB为相同波长、输出较大的激光光线LB’，一边使卡盘工作台34在图4中箭头X所示的方向上按照规定的加工进给速度进行移动。然后，在分割预定线112的另一端到达聚光器241的照射位置之后，停止激光光线LB’的照射并且停止卡盘工作台34的移动。在以这种方式形成改质层120的激光加工中，一边通过移动单元22来实施卡盘工作台34的旋转和移动，一边在硅晶片110的内部形成图4所示的改质层120，最终沿着全部分割预定线112形成改质层120。
在上述改质层形成步骤(S5)中实施的激光加工条件例如按照如下方式设定。
波长：1342nm的脉冲激光
重复频率：90kHz
平均输出：1.7W
加工进给速度：700mm/秒
另外，在上述第1检测步骤(S1)、第2检测步骤(S2)、改质层形成步骤(S5)中照射波长为1342nm的激光光线LB、LB’，但本发明并不限定于波长为1342nm的激光光线，能够根据被加工物的物性及所选择的激光光线照射单元24，从近红外线的波段(例如波长为1000nm～2500nm的激光光线)中选择任意的波长。
(激光加工中止步骤)
当返回到图2继续进行说明时，在改质层形成判定步骤(S4)中，假设计算出的透过率(R)不满足规定的条件(30％以上)而判定为“否”，则不进入改质层形成步骤(S5)，而进入激光加工中止步骤(S6)。在这样的透过率(R)的硅晶片110中，由于透过率过低，所以判断为即使根据所设定的条件的加工条件来实施激光加工也无法在硅晶片110的内部形成良好的改质层120。因此，中止之后设定的激光加工。另外，即使在通过该激光加工中止步骤(S6)中止了激光加工的情况下，在能够通过变更激光加工条件来应对的情况下，可以在进行激光加工条件的重新设定(激光光线的波长、输出的变更等)之后，执行进行改质层120的形成的改质层形成步骤。
本发明并不限定于上述实施方式，只要属于本发明的技术范围，则可想到各种变形例。
例如，在上述实施方式中，使用构成被加工物(即硅晶片110)的仿制晶片100来计算透过率，并对硅晶片110是否适合于改质层的形成进行判断，但本发明并不限定于此。也可以是：在硅晶片110中存在未形成器件114的外周区域110c，在上述的第2检测步骤中代替仿制晶片100而载置硅晶片110，此时按照外周区域110c将功率计36的受光元件覆盖的方式进行配置并保持。然后，对硅晶片110的外周区域110c照射激光光线LB而利用功率计36接受所透过的激光光线来检测第2功率，从而计算出实际上被实施加工的硅晶片110的透过率。这样的话，能够得到还对实际在基板上形成器件114的过程中产生的透过率的变化加以考虑的透过率，能够更精准地把握透过率，并能够反映在改质层形成判定中。

Claims (4)

1.一种激光加工方法，该激光加工方法使用了激光加工装置，该激光加工装置至少具有：
保持单元，其对被加工物进行保持；
激光光线照射单元，其具有聚光器，该聚光器将对于该保持单元所保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在被加工物的内部而按照既定的加工条件进行照射从而形成改质层；以及
加工进给单元，其对该保持单元和该激光光线照射单元相对地进行加工进给，
其中，该激光加工方法至少包含如下的步骤：
第1检测步骤，使该激光光线照射单元的聚光器与功率计对置而以比所述既定的加工条件中的功率低的功率照射激光光线，并检测第1功率；
第2检测步骤，将被加工物定位在该聚光器与该功率计之间而以与所述第1检测步骤相同的照射条件照射激光光线，并检测第2功率；
透过率计算步骤，根据该第1功率和该第2功率来计算表示被加工物的透过率的指标；
改质层形成判定步骤，根据表示该透过率的指标对是否能够在被加工物的内部形成改质层进行判定；以及
改质层形成步骤，对于通过该改质层形成判定步骤判定为能够形成改质层的被加工物，将激光光线的聚光点定位在内部而进行照射从而形成改质层，
由此，能够在实施激光加工之前容易地判定是否为能够按照既定的加工条件在内部形成改质层的被加工物。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，
该功率计与卡盘工作台相邻地配设，使该聚光器与该保持单元相对地移动而实施该第1检测步骤。
3.根据权利要求2所述的激光加工方法，其中，
将被加工物按照从该保持单元的卡盘工作台探出至该功率计的方式保持于该卡盘工作台，从而实施该第2检测步骤。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的激光加工方法，其中，
被加工物是硅晶片，激光光线的波长是近红外线。
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