CN117083696A - 激光加工方法及激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的激光加工装置所实施的激光加工方法包含：第1工序，其中，对在表面侧具有功能元件层的对象物的表面或背面照射激光，通过激光退火进行照射面的平坦化；以及第2工序，其中，对在第1工序中平坦化的照射面照射激光，而在对象物的内部形成改质层，激光的脉冲间距比激光的脉冲间距更短。

Description

激光加工方法及激光加工装置
技术领域
本发明的一个方式涉及激光加工方法及激光加工装置。
背景技术
已知有一种激光加工装置，为了将具备半导体基板和形成于半导体基板的一面的功能元件层的晶圆沿着多条线的每条线切断，通过从半导体基板的另一面侧对晶圆照射激光，从而沿着多条线的每条线在半导体基板的内部形成多列的改质层(参照例如专利文献1)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2017-64746号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，在形成改质层的对象物的激光的照射面不平坦而粗糙的情况下，在该照射面有可能吸收激光或使激光散射，在此情况下，有可能在对象物的内部无法适切地形成改质层。
本发明的一个方式是鉴于上述实情而完成的，其目的在于，使对象物的照射面适切地平坦化而在对象物的内部适切地形成改质层。
用于解决问题的技术手段
本发明的一个方式的激光加工方法包含：第1工序，对在表面侧具有功能元件层的对象物的表面或背面照射第1激光，通过激光退火进行照射面的平坦化；以及第2工序，对在第1工序中平坦化的照射面照射第2激光，而在对象物的内部形成改质层，第1激光的脉冲间距比第2激光的脉冲间距更短。
在本发明的一个方式的激光加工方法中，在为了在对象物的内部形成改质层而照射第2激光的前一阶段，对该第2激光的照射面，照射用于通过激光退火来进行该照射面的平坦化的第1激光。当在形成改质层时的激光的照射面粗糙而不平坦的情况下，有时通过激光的照射无法适切地形成改质层。针对这点，如本发明的激光加工方法那样，对于形成改质层时的照射面，事前照射用于进行该照射面的平坦化的第1激光(实施激光退火)，从而可对平坦化的照射面照射第2激光，而在对象物的内部适切地形成改质层。此外，在本发明的一个方式的激光加工方法中，激光退火的第1激光的脉冲间距比改质层的形成的第2激光的脉冲间距更短。这样，通过使激光退火的激光的脉冲间距较短(比改质层的形成的激光的脉冲间距更短)，可将熔融后再结晶化而平坦化的区域连续地形成，而能够更适切地实现通过激光退火的照射面的平坦化。如上，根据本发明的激光加工方法，可将对象物的照射面适切地平坦化而在对象物的内部适切地形成改质层。
在上述激光加工方法中，也可以为，第1激光及第2激光从共通的光源出射。根据这样的结构，可以使激光加工的结构变简单，而能够实现装置结构的小型化。
在上述激光加工方法中，也可以为，第1激光的频率比第2激光的频率高。在激光退火中，通过在照射激光后、照射区域变冷之前照射下一个激光，从而将热蓄积来适切地进行再结晶，而能够实现照射面的平坦化。针对这点，通过使第1激光高频率化(比第2激光的频率更高)，能够更适切地实现通过激光退火的照射面的平坦化。
在上述激光加工方法中，也可以为，第1激光的加工行进方向上的分支数比第2激光的加工行进方向上的分支数多。对第1激光，通过使加工行进方向上的分支数较多(比第2激光的分支数多)，可缩短激光退火处理所需的时间。
在上述激光加工方法中，也可以为，第1激光的、与加工行进方向交叉的方向且与照射面平行的方向上的分支数，比第2激光的、与加工行进方向交叉的方向且与照射面平行的方向上的分支数多。由此，可扩大通过激光退火处理而平坦化的宽度。
在上述激光加工方法中，也可以为，第1激光的分支的各光束，在照射面上彼此的照射范围的一部分重叠。由此，即使每1点的能量较低，仍可进行平坦化。此外，在激光在光束中心和离开光束中心的部位产生凹凸时，通过照射以照射范围重叠的方式分支的各光束，可抑制上述凹凸，而更适切地使照射面平坦化。
在上述激光加工方法中，也可以为，第1激光是顶帽(top-hat)形状的激光。由此，可在照射面上扩大激光退火区域。此外，可将照射面进一步平坦化。
在上述激光加工方法中，也可以为，在第1工序中，以将照射面平坦化并在对象物的内部形成改质层的方式，对照射面照射第1激光。这样，通过将进行平坦化的激光退火的第1激光还利用于改质层的形成，例如可将改质层的形成的第2激光的路径(pass)数减少，而缩短改质层的形成所需的时间。
在上述激光加工方法中，也可以为，在第1工序中，以在对象物的内部不形成改质层的方式，对照射面照射第1激光。由此，可避免：通过激光退火的激光，无意形成改质层，而变得无法形成期望的改质层。
在上述激光加工方法中，也可以为，在第1工序中，将第1激光的聚光点设为对象物的外部的位置。由此，可适切地避免：通过激光退火的激光，在对象物的内部形成改质层。
在上述激光加工方法中，也可以为，在第1工序中，以背面作为照射面照射第1激光，而进行背面的平坦化。对象物的背面，有时例如被实施雾面处理或粗糙。如果对这样的对象物的背面照射用于改质层形成的激光，则有时在背面产生激光的吸收或散射，无法在对象物的内部适切地形成改质层。针对这点，通过以背面作为照射面来照射激光退火的激光，可将粗糙的背面适切地平坦化，而在对象物的内部适切地形成改质层。
上述激光加工方法，也可以为，在第2工序前，还具备：第1开槽(grooving)工序，其中，通过从对象物的背面照射第3激光，而在表面形成弱化区域；在第1工序中，以第1开槽工序前的背面作为照射面照射第1激光，而进行背面的平坦化。在第1开槽工序中，在具有功能元件层的表面形成了弱化区域之后，在第2工序中，改质层的形成的第2激光照射于背面，从而可利用弱化区域，而适切地形成到达形成有功能元件层的表面侧的龟裂。在此，在实施第1开槽工序时，如果在入射有第3激光的背面带有损伤，难以适切地实施表面侧的开槽(IR开槽)，开槽的第3激光的能量受到限制。针对这点，在第1开槽工序前，实施以背面作为照射面的激光退火的第1工序，从而可在将背面平坦化的状态下实施第1开槽工序，因此，在第1开槽工序可施加于第3激光的能量增加，可对应的对象物(装置)种类增多。由此，可更简易且适切地实施表面侧的开槽(IR开槽)。
上述激光加工方法，也可以为，还具备：第2开槽工序，其中，通过对对象物的表面照射第4激光，而将表面的表层去除，在第1工序中，以通过第2开槽工序而形成于表面的槽的底面作为照射面照射第1激光，而进行槽的底面的平坦化。在第2开槽工序中将表面的表层去除之后，在第2工序中，改质层的形成的第2激光照射于表面，从而可提高加工处理量(throughput)并抑制膜剥离等的加工质量降低。在此，在第2开槽工序后，通过开槽而形成于表面的槽的底面粗糙。因此，通常，在开槽后无法从表面进行隐形切割(stealth dicing)加工，而在背面侧转印并从背面侧照射改质层的形成的第2激光。在此情况，产生转印成本的问题。针对这点，在第2开槽工序后，实施以形成于表面的槽的底面作为照射面的激光退火的第1工序，从而使形成于表面的槽的底面平坦化，因此，可从开槽面侧的表面进行隐形切割加工，变得不需要上述转印工序。如此，可实现加工的迅速化及成本降低。
本发明的一个方式的激光加工装置具备：支承部，其支承在表面侧具有功能元件层的对象物；照射部，其对对象物照射激光；以及控制部，其构成为：实施第1控制及第2控制，第1控制中，以对对象物的表面或背面照射第1激光而通过激光退火使照射面平坦化的方式，控制照射部，第2控制中，以对平坦化的照射面照射脉冲间距比第1激光更长的第2激光而在对象物的内部形成改质层，控制照射部。
在上述激光加工装置，也可以为，控制部，在第1控制中，以将背面作为照射面照射第1激光而使背面平坦化的方式，控制照射部。
在上述激光加工装置，也可以为，控制部，在第2控制实施前，还实施：第1开槽控制，其中，以通过从对象物背面照射第3激光而在表面形成弱化区域的方式，控制照射部，在第1控制中，以第1开槽控制实施前的背面作为照射面照射第1激光而使背面平坦化的方式，控制所述照射部。
在上述激光加工装置，也可以为，控制部还实施：第2开槽控制，其中，以通过对对象物的表面照射第4激光而将表面的表层去除的方式，控制照射部，在第1控制中，以将通过第2开槽控制而形成于表面的槽的底面作为照射面照射第1激光而使槽的底面平坦化的方式，控制照射部。
[发明的效果]
依据本发明的一个方式，可使对象物的照射面适切地平坦化而在对象物的内部适切地形成改质层。
附图说明
图1是一个实施方式的激光加工装置的立体图。
图2是图1所示的激光加工装置的一部分的正视图。
图3是图1所示的激光加工装置的激光加工头的正视图。
图4是图3所示的激光加工头的侧视图。
图5是图3所示的激光加工头的光学系统的结构图。
图6是说明隐形切割(stealth dicing)加工时的问题的图。
图7是说明隐形切割加工时的问题的图。
图8是说明平坦化处理及平坦化处理后的改质层形成处理的图。
图9是示出关于激光的条件的实验结果的图。
图10是示出图9所示的激光的各条件的激光退火结果的图。
图11是说明通过横向分支的平坦性提高的图。
图12是对通过横向分支的节拍缩短及平坦化宽度的扩大进行说明的图。
图13是说明在与加工行进方向交叉的方向上的分支的效果的图。
图14是示出每个聚光位置的激光退火及改质层形成的一例。
图15是示出GUI的一例。
图16是示出GUI的一例。
图17是示出包含平坦化处理及改质层形成处理的激光加工方法的流程图。
图18是说明平坦化处理、以及平坦化处理后的IR开槽及改质层形成处理的图。
图19是示出包含平坦化处理、IR开槽及改质层形成处理的激光加工方法的流程图。
图20是示意性地示出平坦化处理、以及平坦化处理后的IR开槽及改质层形成处理的一例。
图21是说明激光开槽、以及激光开槽后的平坦化处理及改质层形成处理的图。
图22是示出包含激光开槽、平坦化处理及改质层形成处理的激光加工方法的流程图。
图23是示意性地示出激光开槽、以及激光开槽后的平坦化处理及改质层形成处理的一例。
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式，参照附图，详细地说明。此外，在各图中对同一或相当的部分赋予同一符号，省略重复的说明。
[激光加工装置的结构]
如图1所示，激光加工装置1是实施实施方式的激光加工方法。激光加工装置1包括：多个移动机构5、6；支承部7；1对激光加工头10A、10B；光源单元8；和控制部9。以下，将第1方向称为X方向，将与第1方向垂直的第2方向称为Y方向，将与第1方向和第2方向垂直的第3方向称为Z方向。在本实施例中，X方向和Y方向是水平方向，Z方向是垂直方向。
移动机构5包括：固定部51、移动部53以及安装部55。固定部51安装于装置框架1a。移动部53安装于设于固定部51的轨道，能够沿着Y方向移动。安装部55安装于设于移动部53的轨道，能够沿着X方向移动。
移动机构6包括：固定部61、1对移动部63、64、以及1对安装部65、66。固定部61安装于装置框架1a。1对移动部63、64的各个安装于设于固定部61的轨道，能够各自独立地沿着Y方向移动。安装部65安装于设于移动部63的轨道，能够沿着Z方向移动。安装部66安装于设于移动部64的轨道，能够沿着Z方向移动。即，相对于装置框架1a，1对安装部65、66的各个能够沿着Y方向和Z方向的各个方向移动。
支承部7安装于设于移动机构5的安装部55的旋转轴，能够以与Z方向平行的轴线为中心线进行旋转。即，支承部7能够沿着X方向和Y方向的各个方向移动，能够以与Z方向平行的轴线为中心线进行旋转。支承部7支承对象物100。对象物100是晶圆。对象物100包含半导体基板及多个功能元件(功能元件层)。半导体基板例如是硅基板。各功能元件例如沿着半导体基板的表面二维地配置。各功能元件例如是光电二极管等受光元件、激光二极管等发光元件、内存等电路元件等。各功能元件有时也多层堆栈而3维地构成。
如图1和图2所示，激光加工头10A安装于移动机构6的安装部65。激光加工头10A，在Z方向上与支承部7相对的状态下，对由支承部7支承的对象物100照射激光L1(第1激光)。激光加工头10B安装于移动机构6的安装部66。激光加工头10B，在Z方向与支承部7相对的状态下，对由支承部7支承的对象物100照射激光L2(第2激光)。
光源单元8具有1对光源81、82。光源81输出激光L1。激光L1从光源81的出射部81a出射，通过光纤2而向激光加工头10A导光。光源82输出激光L2。激光L2从光源82的出射部82a出射，通过另一光纤2而向激光加工头10B导光。
控制部9控制激光加工装置1的各部(多个移动机构5、6、1对激光加工头10A、10B、以及光源单元8等)。控制部9构成为包含处理器、内存、储存器和通信设备等的计算机装置。在控制部9中，读入内存等的软件(程序)通过处理器执行，内存和储存器中的数据的读出和写入、以及通信设备的通信通过处理器控制。由此，控制部9能够实现各种功能。
[激光加工头的结构]
如图3和图4所示，激光加工头10A包括：壳体11、入射部12、调整部13、以及聚光部14。
壳体11具有：第1壁部21及第2壁部22、第3壁部23及第4壁部24、以及第5壁部25及第6壁部26。第1壁部21及第2壁部22在X方向上相互相对。第3壁部23及第4壁部24在Y方向上相互相对。第5壁部25及第6壁部26在Z方向上相互相对。
第3壁部23与第4壁部24的距离比第1壁部21与第2壁部22的距离小。第1壁部21与第2壁部22的距离比第5壁部25与第6壁部26的距离小。此外，第1壁部21与第2壁部22的距离，也可以与第5壁部25与第6壁部26的距离相等，或者也可以比第5壁部25与第6壁部26的距离大。
在激光加工头10A中，第1壁部21位于移动机构6的固定部61侧，第2壁部22位于固定部61的相反侧。第3壁部23位于移动机构6的安装部65侧，第4壁部24位于安装部65的相反侧即激光加工头10B侧(图2参照)。第5壁部25位于支承部7的相反侧，第6壁部26位于支承部7侧。
壳体11构成为，在第3壁部23配置于移动机构6的安装部65侧的状态下将壳体11安装于安装部65。具体如下。安装部65具有基座板(base plate)65a和安装板65b。基座板65a安装于设置于移动部63的轨道(图2参照)。安装板65b竖立于基座板65a的激光加工头10B侧的端部(图2参照)。壳体11，在第3壁部23与安装板65b接触的状态下，经由台座27使螺栓28螺合于安装板65b，从而安装于安装部65。台座27设置在第1壁部21及第2壁部22的各个。壳体11相对于安装部65可装拆。
入射部12安装于第5壁部25。入射部12将激光L1入射于壳体11内。入射部12在X方向上靠第2壁部22侧(一个壁部侧)，在Y方向上靠第4壁部24侧。即，X方向上的入射部12与第2壁部22的距离，比X方向上的入射部12与第1壁部21的距离小，Y方向上的入射部12与第4壁部24的距离，比X方向的入射部12与第3壁部23的距离小。
入射部12构成为能够与光纤2的连接端部2a连接。在光纤2的连接端部2a，设置有将从光纤的出射端出射的激光L1准直的准直透镜，未设置抑制返回光的隔离器。该隔离器设置在比连接端部2a更靠光源81侧的光纤的途中。由此，能够实现连接端部2a的小型化，进而实现入射部12的小型化。此外，也可以在光纤2的连接端部2a设置隔离器。
调整部13配置在壳体11内。调整部13调整从入射部12入射的激光L1。调整部13所具有的各结构安装于设置于壳体11内的光学基座29。光学基座29以将壳体11内的区域分隔成第3壁部23侧的区域和第4壁部24侧的区域的方式安装于壳体11。光学基座29与壳体11成为一体。调整部13所具有的各结构在第4壁部24侧安装于光学基座29。对于调整部13所具有的各结构，随后详述。
聚光部14配置于第6壁部26。具体而言，聚光部14在插通形成于第6壁部26的孔26a的状态下配置于第6壁部26。聚光部14将由调整部13调整的激光L1聚光并将向壳体11外出射。聚光部14在X方向上靠第2壁部22侧(一个壁部侧)，在Y方向上靠第4壁部24侧。即，X方向上的聚光部14与第2壁部22的距离，比X方向上的聚光部14与第1壁部21的距离小，Y方向上的聚光部14与第4壁部24的距离，比X方向上的聚光部14与第3壁部23的距离小。
如图5所示，调整部13具有：衰减器31、扩束器32、反射镜33。入射部12、调整部13的衰减器31、扩束器32即反射镜33配置在沿着Z方向延伸的直线(第1直线)A1上。衰减器31和扩束器32在直线A1上配置于入射部12与反射镜33之间。衰减器31调整从入射部12入射的激光L1的输出。扩束器32扩大由衰减器31调整了输出的激光L1的直径。反射镜33将由扩束器32扩径后的激光L1反射。
调整部13还具有反射型空间光调制器34和成像光学系统35。调整部13的反射型空间光调制器34和成像光学系统35以及聚光部14，配置在沿着Z方向延伸的直线(第2直线)A2上。反射型空间光调制器34将由反射镜33反射的激光L1调制。反射型空间光调制器34例如是反射型液晶(LCOS：Liquid Crystal on Silicon)的空间光调制器(SLM：Spatial LightModulator)。成像光学系统35构成：反射式空间光调制器34的反射面34a和聚光部14的入射瞳面14a处于成像关系的双侧远心光学系统。成像光学系统35由3个以上的透镜构成。
直线A1和直线A2位于与Y方向垂直的平面上。直线A1相对于直线A2位于第2壁部22侧(一个壁部侧)。在激光加工头10A，激光L1从入射部12入射至壳体11内而在直线A1上行进，由反射镜33和反射式空间光调制器34依次反射之后，在直线A2上行进并从聚光部14向壳体11外出射。此外，衰减器31和扩束器32的排列顺序也可以相反。另外，衰减器31也可以配置在反射镜33与反射式空间光调制器34之间。另外，调整部13也可以具有其他光学部件(例如配置在扩束器32之前的偏转镜(steering mirror)等)。
激光加工头10A还包括：分色镜15、测量部16、观察部17、驱动部18以及电路部19。
分色镜15在直线A2上配置在成像光学系统35与聚光部14之间。即，分色镜15在壳体11内配置于调整部13与聚光部14之间。分色镜15在第4壁部24侧安装于光学基座29。分色镜15使激光L1透射。分色镜15在抑制像散的观点下，优选为，例如方体型或配置成具有扭转的关系的2个板型。
测量部16在壳体11内相对于调整部13配置在第1壁部21侧(一个壁部侧的相反的侧)。测量部16在第4壁部24侧安装于光学基座29。测量部16输出用于测量对象物100的表面(例如，激光L1入射侧的表面)与聚光部14的距离的测定光L10，经由聚光部14检测由对象物100的表面反射的测定光L10。即，从测量部16输出的测定光L10经由聚光部14照射在对象物100的表面，被对象物100的表面反射的测定光L10经由聚光部14而被测量部16检测。
更具体而言，从测量部16输出的测定光L10，在第4壁部24侧由安装于光学基座29的分束镜20和分色镜15依次反射，从聚光部14向壳体11外出射。被对象物100的表面反射的测定光L10从聚光部14入射至壳体11内而被分色镜15和分束镜20依次反射，入射至测量部16而被测量部16检测。
观察部17在壳体11内相对于调整部13配置在第1壁部21侧(一个壁部侧的相反侧)。观察部17在第4壁部24侧安装于光学基座29。观察部17输出用于观察对象物100的表面(例如，激光L1入射侧的表面)的观察光L20，经由聚光部14检测被对象物100的表面反射的观察光L20。即，从观察部17输出的观察光L20经由聚光部14照射在对象物100的表面，由对象物100的表面反射的观察光L20经由聚光部14被观察部17检测。
更具体而言，从观察部17输出的观察光L20透过分束镜20并被分色镜15反射，从聚光部14向壳体11外出射。由对象物100的表面反射的观察光L20，从聚光部14入射至壳体11内并被分色镜15反射，透过分束镜20并入射至观察部17，被观察部17检测。此外，激光L1、测定光L10和观察光L20各自的波长彼此不同(至少各自的中心波长互相错开)。
驱动部18在第4壁部24侧安装于光学基座29。安装在壳体11的第6壁部26。驱动部18例如通过压电元件的驱动力而使配置于第6壁部26的聚光部14沿着Z方向移动。
电路部19在壳体11内相对于光学基座29配置在第3壁部23侧。即，电路部19在壳体11内相对于调整部13、测量部16和观察部17配置在第3壁部23侧。电路部19例如是多个电路基板。电路部19处理从测量部16输出的信号和输入反射型空间光调制器34的信号。电路部19基于从测量部16输出的信号来控制驱动部18。作为一例，电路部19基于从测量部16输出的信号，以使对象物100的表面与聚光部14的距离维持为一定的方式(即以使对象物100的表面与激光L1的聚光点的距离维护为一定的方式)控制驱动部18。此外，在壳体11，设有：连接器(图示省略)，其连接有由于将电路部19与控制部9(图1参照)等电连接的配线。
激光加工头10B与激光加工头10A同样地包括：壳体11、入射部12、调整部13、聚光部14、分色镜15、测量部16、观察部17、驱动部18以及电路部19。但是，激光加工头10B的各结构如图2所示，配置成关于通过1对安装部65、66间的中点且与Y方向垂直的假想平面，与激光加工头10A的各结构具有面对称的关系。
例如，激光加工头10A的壳体(第1壳体)11，以第4壁部24相对于第3壁部23位于激光加工头10B侧且第6壁部26相对于第5壁部25位于支承部7侧的方式，安装于安装部65。相对于此，激光加工头10B的壳体(第2壳体)11，以第4壁部24相对于第3壁部23位于激光加工头10A侧且使第6壁部26相对于第5壁部25位于支承部7侧的方式，安装于安装部66。
激光加工头10B的壳体11构成为，在第3壁部23配置于安装部66侧的状态下壳体11安装于安装部66。具体如下。安装部66包括基座板66a和安装板66b。基座板66a安装于设于移动部63的轨道。安装板66b竖立在基座板66a的激光加工头10A侧的端部。激光加工头10B的壳体11，在第3壁部23与安装板66b接触的状态下，安装于安装部66。激光加工头10B的壳体11相对于安装部66可装拆。
[通过激光加工装置的加工的一例(隐形切割)]
接下来，对通过激光加工装置1的对象物100的加工的一例进行说明。在此，说明激光加工装置1对对象物100进行隐形切割加工的例子。
首先，对隐形切割加工时的问题进行说明。图6及图7是说明隐形切割加工时的问题的图。图6的(a)示意性地示出对具有镜面的对象物1000照射激光L而在对象物1000的内部形成改质层的方式。图6的(b)示出激光L的入射面(照射面)即背面1000b。图6的(c)示出对象物1000的截面。对象物1000是晶圆，具有：成为激光L的入射面的背面1000b、及形成有功能元件的表面1000a。在图6的(a)所示的例子中，对象物1000的激光L的入射面即背面1000b成为镜面(参照图6的(b))。如果对这样的对象物1000照射激光L，如图6的(c)所示，在对象物1000的内部适切地形成改质层1050(SD层)。
图7的(a)是示意性地示出对背面100b粗糙的对象物100照射激光L而在对象物100的内部形成改质层的方式。图7的(b)示出激光L的入射面(照射面)即背面100b。图7的(c)是示出对象物100的截面。对象物100是晶圆，具有：成为激光L的入射面的背面100b、及形成有功能元件的表面100a。在图7的(a)所示的例子，对象物100的激光L的入射面即背面100b为带有凹凸的粗糙面(粗面)(参照图7的(b))。粗糙的背面100b是指，例如算术平均粗糙度Ra>0.02μm的背面100b。作为具有像这样粗糙的背面100b的对象物100可举出：例如背面100b实施雾面处理的晶圆(例如8英寸等规定尺寸以下的晶圆)、或未实施充分地磨削的晶圆等。若果对这样的对象物100照射激光L，如图7的(a)所示，在入射面(照射面)产生激光L的无意的散射等，有可能无法在对象物100的内部适切地形成改质层。例如，图7的(c)所示，有可能在对象物100的内部无法充分地形成改质层150的区域。为了避免这样的情况，可考虑例如将晶圆充分地磨削，但存在磨削所需的成本增大的问题。
针对这样的问题，在本实施方式的激光加工装置1所实施的激光加工方法中，在对背面100b照射激光L而在对象物100的内部形成改质层的改质层形成处理之前，对激光L的入射面即背面100b进行通过激光退火的平坦化处理。激光退火是通过照射激光来对照射面进行熔融及再结晶化等的材料改质的技术。在本实施方式的激光加工方法中，通过激光退火对照射面再结晶化且平坦化。由此，因为对平坦化的背面100b照射用于改质层形成的激光L，因此，可解决上述问题，在对象物100的内部适切地形成改质层。即，通过在平坦化处理后实施改质层形成处理，可在对象物100的内部适切地形成改质层。
图8是说明平坦化处理及平坦化处理后的改质层形成处理的图。形成改质层的隐形切割加工，为了将晶圆即对象物100切断成多个芯片而实施。在此，光源81输出激光退火的激光L1，激光加工头10A对对象物100照射激光L1。此外，光源82是输出改质层的形成的激光L2，激光加工头10B对对象物100照射激光L2。光源81例如是出射超短脉冲激光的光源。光源82例如是出射纳秒脉冲激光的光源。从光源81出射的激光退火的激光L1的脉冲间距，至少比从光源82出射的改质层的形成的激光L2的脉冲间距更短(详如后述)。这样，通过将平坦化处理用的激光L1的光源81及激光加工头10A、以及改质层形成处理用的激光L2的光源82及激光加工头10B分别独立地搭载，在平坦化处理之后改质层形成处理的激光可进行后续加工。再者，也可以将平坦化处理用的激光切割机和改质层形成处理用的激光切割机分成2台而以独立的装置来设置。在此情况下，因为可进行以2台装置并行地处理，能谋求节拍缩短(tact-up)。此外，在本方式中，激光L1及激光L2也可从共通的光源82出射。即，激光L1及激光L2也可以是彼此相同种类的激光(例如从出射纳秒脉冲激光的光源82出射的透过性的激光)。此外，在本方式中，激光L1及激光L2也可从共通的激光加工头照射。
首先，如图8的(a)所示，准备对象物100，通过支承部7(参照图1)支承对象物100。如图8的(a)所示，对象物100具有：成为激光L的入射面的背面100b、及形成有功能元件的表面100a。接着，如图8的(b)所示，通过控制部9控制的移动机构6，以激光L1的聚光点位于沿着背面100b的沿一个方向延伸的一条线的方式，使激光加工头10A移动，由控制部9控制的光源81输出激光退火的激光L1。即，控制部9实施：第1控制，其中，以对对象物100的背面100b照射激光L1而通过激光退火使照射面即背面100b平坦化的方式，控制光源81及移动机构6。该第1控制是关于第1工序(平坦化处理)的控制，第1工序中，对背面100b照射激光L1而通过激光退火进行背面100b的平坦化。在第1工序中，以背面100b作为照射面来照射激光L1而进行背面100b的平坦化。由此，上述的一条线，成为实施了激光退火的激光退火线100x。激光退火线100x至少包含：照射有后述的改质层形成的激光L2的切割线(dicing line)。此外，平坦化处理也可对器件面侧即表面100a的粗糙的区域(例如，因蚀刻而变粗糙的切割道(dicing street))实施。
接着，如图8的(c)所示，通过控制部9控制的移动机构6，以激光L2的聚光点位于沿着上述激光退火线100x的方式，使激光加工头10B移动，通过控制部9控制的光源82输出改质层的形成的激光L2。即，控制部9实施：第2控制，其中，以对平坦化的背面100b(照射面)照射激光L2而在对象物100的内部形成改质层的方式，控制光源82及移动机构6。该第2控制是关于第2工序(改质层形成处理)的控制，第2工序中，对在第1工序中平坦化的背面100b照射激光L2而在对象物100的内部形成改质层。这样形成了改质层之后，在分割工序中实施扩展(expanding)处理(图8的(d))，对象物100切断成多个芯片。此外，也可以在形成了改质层之后，在实施了磨削处理(参照图8的(e))之后，实施扩展处理(图8的(f))。
在此，针对平坦化处理的激光L1及改质层形成处理的激光L2的条件，参照图9所示的实验结果进行说明。如上所述，激光L1及激光L2也可以是从共通的光源出射的相同种类的激光。图9是，对从共通的光源(例如光源82)出射的相同种类的激光L1及激光L2，一边改变激光L1的条件一边判定通过激光退火的平坦化处理是否被适切地实施的结果。
上述实验对晶圆厚度为300μm的硅晶圆(结晶方位<100>)，磨削号数为2000号的对象物100实施。激光L1及激光L2的波长为1099nm，脉冲宽度为700nsec，能量为90μJ而成为共通。此外，如图9所示，激光L2的加工行进方向的分支数为1，频率为120kHz，加工速度为800mm/sec，脉冲间距为6.7μm。这样的激光L2的加工条件是用于对对象物100形成期望的改质层的条件。而且，如图9所示，一边改变激光L1的加工行进方向的分支数、频率、加工速度、及脉冲间距的各条件，一边判定是否通过激光L1适切地进行平坦化处理。在本实验中，对激光退火后的对象物100的背面100b进行镜面(mirror)化判定，在被镜面化的情况下，判定为平坦化处理被适切地进行，在未被镜面化的情况下，判定为平坦化处理未被适切地进行。
如图9所示，对激光L1，将加工行进方向的分支数设为1，将频率设为80kHz，如果一边改变加工速度一边将脉冲间距设为10μm、5μm、2.5μm、1μm、0.2μm，在脉冲间距为10μm、5μm、及2.5μm的激光L1，在镜面化判定中为不合格。另一方面，在脉冲间距1μm及0.2μm的激光L1，在镜面化判定中，为合格。图10示出上述各激光L1的激光退火结果。如图10所示，在脉冲间距为10μm、5μm、及2.5μm的激光L1，在激光退火线100x产生波纹形状，无法镜面化而未适切地进行平坦化处理。另一方面，如图10所示，在脉冲间距为1μm及0.2μm的激光L1，在激光退火线100x没有产生波纹形状，能够镜面化而适切地进行平坦化处理。这样，在能量等共通的条件下，脉冲间距越短，平坦化处理越能适切地实施。这是因为，脉冲间距越短，通过激光退火而熔融再结晶化并平坦化的区域越连续地形成。激光L1的脉冲间距设定成至少比激光L2的脉冲间距更短。
再者，如图9所示，将激光L1的频率设为150kHz，通过比激光L2的频率120kHz更高，激光L1的镜面化判定成为合格。在激光退火中，通过激光照射后、照射区域变冷前打下一个脉冲，从而热被蓄积而适切地进行再结晶化，可实现照射面的平坦化。针对这点，通过使激光L1的频率较高(例如高于激光L2的频率)，可适切地实施平坦化处理。
此外，如图9所示，通过将激光L1的加工行进方向的分支数增多(在此为2分支或4分支)，可一边实现短脉冲间距(在此为1μm)一边使加工速度提高。激光L1的加工行进方向的分支数，例如设定为比激光L2的加工行进方向的分支数更多。
针对激光L1的分支，参照图11～图13进行说明。此处的激光L1的分支，不是Z方向的分支(纵向分支)，而是X方向及Y方向的分支(横向分支)。激光L1的横向分支包含：加工行进方向上的分支、及与加工行进方向交叉的方向(且与激光L1的照射面平行的方向)上的分支。以下，对于该横向分支的2个例子，只存在以下情况，即，加工行进方向上的分支、以及与加工行进方向交叉的方向上的分支。
图11是说明通过横向分支的平坦性提高的图。将激光L1横向分支的各光束，为了使通过激光退火的平坦化效果提高，在照射面即背面100b，彼此照射范围的一部分也可以重叠。在图11中示出，一边改变激光L1的条件一边验证激光退火线100x的平坦性的结果。在图11中，在上段示出：将无横向分支的36μJ的激光L1以彼此不重叠(overlap)的方式对背面100b照射2次的情况下的可否平坦化及平坦性；在中段示出：将无横向分支的72μJ的激光L1对背面100b照射1次的情况下的可否平坦化及平坦性；在下段示出：将有横向分支(36μJ×2分支，分支间隔8μm)的激光L1以各光束彼此重叠的方式对背面100b照射1次的情况下的可否平坦化及平坦性。此处的可否平坦化表示激光退火线100x的形成的有无，图11中的“○”表示形成有激光退火线100x，“×”表示未形成激光退火线100x。此外，此处的平坦性表示平坦化区域(激光退火线100x)的平坦度(凹凸少)，图11中的“○”表示激光退火线100x十分地平坦，“△”表示激光退火线100x包含不平坦的区域，“×”表示不平坦到平坦化区域不存在的程度。此外，在图11中的表示平坦性的区域，照射面的凹凸用波形表示。如上所述，激光L1的能量的合计，在各例中是相同的。
如图11的上段所示，在无横向分支的36μJ的激光L1以彼此不重叠的方式对背面100b照射2次的情况下，因为每1点的能量低，因此，激光退火线100x未适切地形成(无法平坦化)，可否平坦化为“×”、平坦性为“×”。如图11的中段所示，在无横向分支的72μJ的激光L1对背面100b照射1次的情况下，因为每1点的能量比上述情形高，因此，形成有激光退火线100x(可否平坦化为“○”)。然而，对于激光L1，存在光束中心的平坦性成为凸、离开光束中心的部位成为凹的特征，因此，如图11的中段所示，通过无横向分支的72μJ的激光L1，平坦性不能说是足够的(平坦性为“△”)。针对这点，如图11的下段所示，在有横向分支(36μJ×2分支，分支间隔为8μm)的激光L1以各光束彼此重叠的方式对背面100b照射的情况下，即使每1点的能量低，通过被2分支的光束来适切地形成激光退火线100x(可否平坦化为“○”)。此外，因为以各光束彼此重叠的方式(照射范围重叠的方式)进行照射，因此，即使在光束中心和离开光束中心的部位在平坦性上具有凹凸，由于通过彼此重叠的光束抑制该凹凸，因此平坦性也成为“○”。这样，通过激光L1的分支的各光束在背面100b彼此照射范围的一部分重叠，可让平坦化处理的平坦性提高。
图12是对通过横向分支的节拍缩短及平坦化宽度的扩大的说明图。图12的(a)示出加工行进方向上的4分支的例子。在图12的(a)所示的例子，在实施了用于上述平坦性提高的2分支(8μm间隔的2分支)的状态下，进一步实施1μm间隔的2分支。即，如图12的(a)所示，对激光L1，以聚光点L111、L113的间隔成为8μm的方式，进行2分支，进一步，以聚光点L111、L112的间隔及聚光点L113、L114的间隔成为1μm的方式，分别进行2分支。如果照射这样地被合计4分支的激光L1，如上述那样，通过使8μm间隔的光束重叠，从而使平坦化处理的平坦性提高，进一步，通过照射1μm间隔的光束，可将脉冲间距变长，可将加工速度提高。即，例如在加工行进方向上的分支数为1的情况下，为了使光束的间隔成为1μm，必须将脉冲间距设为1μm，但如图12的(a)所示，在加工行进方向上照射有1μm的分支的光束的情况下，为了使光束的间隔成为1μm，只要将脉冲间距设为2μm即可。这样，通过使脉冲间距变长，可将加工速度提高。即，通过加工行进方向上的分支，可实现节拍缩短。
图12的(b)示出在与加工行进方向交叉的方向上的分支的例子。更详细的说，图12的(b)示出，在加工行进方向上2分支并且在与加工行进方向交叉的方向上2分支，合计4分支的例子。在图12的(b)中示出：对激光L1的4分支了的各光束的聚光点L115、L116、L117、L118。在图12的(b)所示的例子，以在加工行进方向上相互相对的聚光点L115及聚光点L116的间隔、以及在加工行进方向上相互相对的聚光点L117及聚光点L118的间隔成为8μm，使在与加工行进方向交叉的方向上相对相对的聚光点L115及聚光点L117的间隔、以及在与加工行进方向交叉的方向上相互相对的聚光点L116及聚光点L118的间隔成为15μm的方式，将激光L1分支。这样，通过在与加工行进方向交叉的方向上使激光L1分支，可将通过由激光L1的激光退火而平坦化的激光退火线100x的宽度(与加工行进方向交叉的方向的长度)增大。因此，激光退火的激光L1在与加工行进方向交叉的方向上的分支数，也可以比改质层形成的激光L2在与加工行进方向交叉的方向上的分支数更多。而且，同样地基于将激光退火区域(退火宽度)扩大的观点，激光L1，也可以设为比高斯形状更顶帽形状(top hat)。此外，也可以通过调整聚光点位置来调整退火宽度。即，在要扩大退火宽度的情况下，使聚光点位置变深，在要缩小退火宽度的情况下，使聚光点位置变浅。
图13是说明在与加工行进方向交叉的方向上的激光L1的分支效果的图。图13的(a)示出，为了形成具有规定的宽度的激光退火线100x，在与加工行进方向交叉的方向上将激光L1分支之后(实施平坦化处理之后)，通过激光L2进行改质层形成处理的例子。图13的(b)示出，为了形成具有规定的宽度的激光退火线100x，在与加工行进方向交叉的方向上，照射2次激光L1之后(实施平坦化处理之后)，通过激光L2进行改质层形成处理的例子。通过哪一个加工都能通过激光L1来形成具有规定的宽度的激光退火线100x，但相对于图13的(b)所示的例子中照射2次激光L1(必须2路径(pass))，在图13的(a)所示的例子中，通过在与加工行进方向交叉的方向上将激光L1分支，通过照射1次激光L1就能形成具有规定的宽度的激光退火线100x。这样，在激光退火线100x的宽度大到某程度的情况下，通过在与加工行进方向交叉的方向上将激光L1分支，可将照射激光L1的路径数减少，而能够缩短平坦化处理所需的时间。
在此，在例如激光L1为透过性激光的情况下，即使通过平坦化处理的激光L1，有时也在对象物100的内部形成改质层。图14示出每个聚光位置的激光退火及改质层形成的一例。图14的(a)示出，以激光L1的聚光点位于对象物100的内部的方式实施激光退火的情况。在此情况下，除了如图14的(b)所示通过激光L1在背面100b形成激光退火线100x以外，如图14的(c)所示，可在对象物100的内部形成改质层150。因为激光退火的激光L1的脉冲间距比改质层的形成的激光L2短，因此，即使形成了改质层150的情况下，也难以从改质层150让龟裂延伸。因此，通常，通过激光L1形成的改质层本身不成为分割的起点，其后，在通过激光L2脉冲间距长而形成改质层的情况下，从通过激光L2形成的改质层产生的龟裂与通过上述激光L1形成的改质层的龟裂相连，通过该激光L1形成的改质层的龟裂成为分割的辅助。在此情况下，可将改质层的形成的激光L2的路径数减少。在期待这样的效果的情况下，在第1工序(通过激光退火进行照射面的平坦化的工序)中，以将照射面平坦化并且在对象物100的内部形成改质层的方式，对照射面照射激光L1。
另一方面，在激光退火的激光L1仅用于平坦化处理的情况下，也可以在第1工序中，以在对象物100的内部未形成改质层的方式，对照射面照射激光L1。具体而言，在第1工序中，如图14的(d)所示，也可以将激光L1的聚光点设定在对象物100的外部的位置(例如，对象物100的上方的位置)。在此情况下，可以：如图14的(e)所示，通过激光L1在背面100b形成激光退火线100x，并且如图14的(f)所示，未通过激光L1在对象物100的内部形成改质层。关于这个情况的激光退火线100x的形成，通过将照射面积设定成与聚光在对象物100的内部的情况相同程度，可实现与聚光在对象物100的内部的情况同样的平坦化处理。此外，即使将激光L1的聚光点设为对象物100的外部的位置，根据其他的条件，有时也在照射面附近形成改质层。
接下来，针对加工条件的一例进行说明。现在，说明对晶圆厚度300μm的硅晶圆(结晶方位<100>)进行平坦化处理及改质层形成处理的情况。在激光L1及激光L2是从共通的光源出射的相同种类的激光的情况下考虑，例如设定：激光退火的激光L1的波长为1099nm、脉冲宽度为700nsec、频率为150kHz、加工速度为150mm/sec、脉冲间距为1μm，在加工行进方向具有横向分支(分支距离为8μm)，聚光点在对象物100的外部(上方)，合计输出为14W。此外考虑，例如设定：改质层形成的激光L2的波长1099nm、脉冲宽度为700nsec、频率为120kHz、加工速度为800mm/sec、脉冲间距为6.67μm，互不相同深度的改质层的形成的输出为2.78W及1.85W。在激光L1及激光L2从各不相同的光源出射的情况下考虑，例如设定：激光退火的激光L1的波长为1064nm、脉冲宽度为9psec、频率为1MHz、加工速度为1000mm/sec、脉冲间距为1μm、合计输出为30W，丛发脉冲(burst pulse)的丛发数为2。此处的丛发是指，将各脉冲分割，可以获得与上述激光的分支同样的效果。此外考虑，例如设定：改质层形成的激光L2的波长为1099nm、脉冲宽度为700nsec、频率为120kHz、加工速度为800mm/sec、脉冲间距为6.67μm，互不相同深度的改质层的形成的输出为2.78W及1.85W。
接下来，参照图15及图16，针对用于实施关于上述平坦化处理的第1工序及关于改质层形成处理的第2工序的GUI111的设定画面进行说明。在图15及图16中，(a)～(d)示意性地示出所实施的工序，(e)示出GUI111的设定画面。如图15的(a)～图15的(d)所示，准备对象物100(参照图15(的a))，以激光退火线100x形成在所有的切割线上的方式实施平坦化处理(参照图15的(b)及图15的(c))，在形成了全部的激光退火线100x之后，沿着各激光退火线100x分别实施隐形切割加工来形成改质层112(参照图15的(d))。在此情况的GUI111的设定画面中，如图15的(e)所示，设定关于平坦化处理的配方(recipe)1、关于改质层形成处理的配方2。在配方1中，设定1路径分的Z高度(height)、输出、加工速度、激光条件、横向分支的有无。Z高度是表示进行激光加工时的加工深度的用语。例如，在不想通过激光退火的激光L1来形成改质层的情况下，激光L1的聚光点设定在对象物100的上方的位置。在此情况下，Z高度例如成为负值。现在，在配方1设定：Z高度为“-30”、输出为“14μJ”、加工速度为“150mm/sec”、激光条件为“A”、横向分支为“有-8μm”。激光条件“A”是设定成可预先选择的激光L1的条件，例如，脉冲宽度为700nsec、频率为150kHz等条件。横向分支“有-8μm”表示有横向分支且分支间隔为8μm。此外，在关于改质层形成处理的配方2中，设定：关于互不相同深度的2个改质层112的2路径分的Z高度、功率、速度、激光条件、横向分支的有无。现在，在配方2中，设定：第1路径的Z高度为“64”、输出为“2.78μJ”、加工速度为“800mm/sec”、激光条件为“B”、横向分支为“无”。此外，设定：第2路径的Z高度为“24”、输出为“1.85μJ”、加工速度为“800mm/sec”、激光条件为“B”、横向分支为“无”。激光条件“B”是设定成可预先选择的激光L2的条件，例如，脉冲宽度为700nsec、频率为120kHz等条件。此外，脉冲间距可由加工速度/频率计算，在图15的(e)所示的例子，未示出于GUI111的设定画面。在GUI111的设定画面中，表示2个配方的加工顺序(配方1先，配方2后)。
现在，如图16的(a)～图16的(d)所示，准备对象物100(参照图16的(a))，以1条激光退火线100x形成在1条切割线上的方式，实施平坦化处理(参照图16的(b))，沿着形成的1条激光退火线100x实施隐形切割加工来形成改质层112(参照图16的(c))，对所有的切割线实施图16的(b)及图16的(c)所示的处理并对所有的切割线形成改质层112(参照图16的(d))。即，对每条切割线重复实施平坦化处理的扫描及改质层形成处理的扫描。在此情况下的GUI111的设定画面中，如图16的(e)所示，第1路径作为平坦化处理，第2路径及第3路径作为改质层形成处理，对各路径设定Z高度、输出、加工速度、激光条件、横向分支的有无。现在，在图16的(e)所示的配方中，设定：第1路径的Z高度为“-30”、输出为“14μJ”、加工速度为“150mm/sec”、激光条件为“A”、横向分支为“有-8μm”。此外，设定：第2路径的Z高度为“64”、输出为“2.78μJ”、加工速度为“800mm/sec”、激光条件为“B”、横向分支为“无”。此外，设定：第3路径的Z高度为“24”、输出为“1.85μJ”、加工速度为“800mm/sec”、激光条件为“B”、横向分支为“无”。
接下来，参照图17，针对本实施方式的激光加工装置1所实施的包含平坦化处理及改质层形成处理的激光加工方法做说明。图17是示出包含平坦化处理及改质层形成处理的激光加工方法的流程图。
如图17所示，在本激光加工方法中，首先，在激光加工装置1中将晶圆即对象物100投入，通过支承部7支承对象物100(步骤S1)。接着，实施激光的照射位置的对准(步骤S2)。接下来，基于设定的配方设置Z高度(步骤S3)。
接下来，实施平坦化处理(步骤S4)。具体而言，通过控制部9，以对对象物100的背面100b照射激光L1而通过激光退火使照射面即背面100b平坦化的方式，控制光源81及移动机构6。
接下来，实施形成用于将对象物100分割的改质层的改质层形成处理(步骤S5)。具体而言，通过控制部9，以在对平坦化的背面100b(照射面)照射了激光L2的对象物100的内部形成改质层的方式，控制光源82及移动机构6。最后，将晶圆即对象物100从激光加工装置1取出(步骤S6)。
[激光加工装置的加工的其他例(IR开槽(grooving)+隐形切割)]
接下来，针对激光加工装置1的对象物100的加工的其他例进行说明。在此，说明在激光加工装置1对对象物100进行IR开槽后进行隐形切割加工的例子。
此处的IR开槽是，对形成在对象物100的表面100a的功能元件从背面100b侧照射激光，在该功能元件形成弱化区域的处理。弱化区域是指，使功能元件弱化的区域。使其弱化包含使其变脆。弱化区域，也可以说是产生通过激光照射的痕迹的区域，是变成比非处理区域更容易切断或破坏的状态的区域。此外，弱化区域，在功能元件的至少一部分的区域，也可以呈线状地连续形成，也可根据激光照射的脉冲间距而断续地形成。
在此，当在IR开槽中在照射有激光的背面100b存在损伤的情况下，有可能通过从背面100b入射的激光无法对表面100a(装置面)的功能元件适切地进行IR开槽的疑虑，存在可使用的能量受到限制的问题。于是，在本方式中，在实施IR开槽前，对对象物100的背面100b实施通过激光退火的平坦化处理。
图18是说明平坦化处理、以及平坦化处理后的IR开槽及改质层形成处理的图。如图18的(a)所示，最初，准备对象物100，通过支承部7(参照图1)支承对象物100。接下来，如图18的(b)所示，通过控制部9控制的移动机构6，以激光L1的聚光点位于沿着背面100b上的沿一方向延伸的一条线的方式，使激光加工头10A移动，由控制部9控制的光源81输出激光退火的激光L1。此处的光源81例如是出射超短脉冲激光的光源。即，控制部9实施：第1控制，其中，以对对象物100的背面100b照射激光L1而通过激光退火使照射面即背面100b平坦化的方式，控制光源81及移动机构6。该第1控制是关于第1工序(平坦化处理)的控制。在第1工序中，对背面100b照射激光L1而通过激光退火进行背面100b的平坦化。在第1工序，以IR开槽(第1开槽)工序前的背面100b作为照射面来照射激光L1。由此，上述一条线，成为实施了激光退火的激光退火线100x。激光退火线100x至少包含：在IR开槽中照射有激光的线(即，切割线)。
接下来，如图18的(c)所示，通过控制部9控制的移动机构6，以IR开槽的激光L3的聚光点位于沿着上述激光退火线100x的方式，使激光加工头10A移动，由控制部9控制的光源81(例如，出射超短脉冲激光的光源)输出IR开槽的激光L3。即，控制部9实施：第1开槽控制，其中，以通过从对象物100的背面100b照射激光L3而在表面100a的功能元件层形成弱化区域100y的方式，控制光源81及移动机构6。该第1开槽控制是关于第1开槽工序(IR开槽)的控制，第1开槽工序中，在关于改质层形成处理的第2工序前，通过从对象物100的背面100b照射激光L3来在表面100a形成弱化区域100y。由此，对表面100a的功能元件进行IR开槽，在功能元件形成弱化区域100y。
接着，如图18的(d)所示，通过控制部9控制的移动机构6，以激光L2的聚光点位于沿着上述激光退火线100x的方式，使激光加工头10B移动，通过控制部9控制的光源82输出改质层的形成的激光L2。此处的光源82例如是出射纳秒脉冲激光的光源。控制部9实施：第2控制，其中，以对平坦化的背面100b(照射面)照射激光L2而在对象物100的内部形成改质层的方式，控制光源82及移动机构6。该第2控制是关于第2工序(改质层形成处理)的控制，第2工序中，对在第1工序中平坦化的背面100b照射激光L2而在对象物100的内部形成改质层。这样形成了改质层之后，在分割工序中实施扩展处理(图18的(e))，对象物100切断成多个芯片。此外，也可以在形成了改质层之后，在实施了磨削处理(参照图18的(f))之后，实施扩展处理(图18的(g))。
此外，IR开槽的加工条件的一例如下。例如，在对晶圆厚度为300μm的硅晶圆(结晶方位<100>)的图案的膜进行IR开槽的情况下考虑，设定：在1路径、丛发脉冲的丛发数为15，输出为5.6μJ×15＝合计84μJ、加工速度为500mm/sec、脉冲间距为5μm。此外考虑，在例如对图案的金属焊盘(pad)及膜进行IR开槽的情况下，设定：设为2路径，第1路径的丛发数为2、输出为8.5μJ×2＝合计17μJ、加工速度为300mm/sec、脉冲间距为3μm，第2路径的丛发数为15、输出为5.6μJ×15＝合计84μJ、加工速度为500mm/sec、脉冲间距为5μm。
在上述例子，虽然以平坦化处理的光源81和IR开槽的光源81设为共通(例如，出射透过性的超短脉冲激光的光源)进行说明，但并不限定于此，也可以将进行平坦化处理的光源和进行IR开槽的光源分开。在此情况下，例如平坦化处理的光源也可以是出射532nsec那样的吸收性波长的光的光源。此外，IR开槽的光源，也可以是和改质层形成处理的光源共通的光源(例如，出射纳秒脉冲激光的光源)。此外，例如在将平坦化处理的光源和IR开槽的光源设为共通的情况下，平坦化处理及IR开槽的激光切割机和改质层形成处理用的激光切割机，也可以是共通，也可以作为各自独立的装置来设置。
接着，参照图19及图20，针对本实施方式的激光加工装置1所实施的、包含平坦化处理、IR开槽及改质层形成的激光加工方法进行说明。图19是示出包含平坦化处理、IR开槽及改质层形成的激光加工方法的流程图。图20是示意性地示出平坦化处理、以及平坦化处理后的IR开槽及改质层形成处理的一例。以下，说明平坦化处理及IR开槽的装置、和改质层形成处理的装置是各自独立的装置的情况的处理的一例。此外，平坦化处理及IR开槽的光源，是出射超短脉冲激光的共通的光源，以上述“光源81”进行说明。此外，改质层形成处理的光源，在此，是与平坦化处理及IR开槽的装置不同装置的光源，为了便于说明，记载为“光源82”。
如图19所示，在本激光加工方法中，首先，在激光加工装置1的平坦化处理及IR开槽的装置中，将晶圆即对象物100投入(步骤S11)。对象物100设置成可对背面100b照射激光(参照图20的(a))。接着，实施激光的照射位置的对准(步骤S12)。接下来，基于设定的配方设置Z高度(步骤S13)。
接下来，实施平坦化处理(步骤S14)。具体而言，通过控制部9以对对象物100的背面100b照射激光L1而通过激光退火使照射面即背面100b平坦化的方式，控制光源81及移动机构6。关于平坦化处理，1条线1条线地让所有的激光退火线100x依序形成(参照图20的(b)及图20的(c))。
接下来，在形成了所有的激光退火线100x之后，实施IR开槽(步骤S15)。具体而言，通过控制部9，以从对象物100的背面100b的各激光退火线100x照射激光L3来在表面100a的功能元件层形成弱化区域100y的方式，控制光源81及移动机构6(参照图20的(d))。接着，将晶圆即对象物100，从激光加工装置1中的平坦化处理及IR开槽的装置取出(步骤S16)。
此外，关于平坦化处理及IR开槽，以在形成了所有的激光退火线100x之后，从背面100b的各激光退火线100x照射激光L3来形成各弱化区域100y进行说明，但并不限定于此。即，平坦化处理及IR开槽，也可以，对于每一条线重复实施以下处理，即，在形成了激光退火线100x(参照图20的(f))之后，从该激光退火线100x照射激光L3来在表面100a的功能元件层形成弱化区域100y(参照图20的(g))，由此形成所有的弱化区域100y(参照图20的(h))。
接续于步骤S16，在激光加工装置1的改质层形成处理的装置中，将至步骤S16的处理已经完毕的晶圆即对象物100投入(步骤S17)。接着，实施激光的照射位置的对准(步骤S18)。接下来，基于设定的配方，设置Z高度(步骤S19)。
接下来，实施形成用于将对象物100分割的改质层的改质层形成处理(步骤S20)。具体而言，通过控制部9，以在对平坦化的背面100b(照射面)照射了激光L2的对象物100的内部形成改质层112的方式，控制光源82及移动机构6(参照图20的(e))。最后，将晶圆即对象物100从激光加工装置1取出(步骤S21)。
[激光加工装置的加工的其他例(表面激光开槽+隐形切割)]
接下来，针对激光加工装置1的对象物100的加工的其他例做说明。在此，说明在激光加工装置1对对象物100进行表面激光开槽后进行隐形切割加工的例子。
此处的表面激光开槽是，在改质层形成处理之前，将表面100a的切割道的表层去除的处理。表层是切割道上的TEG、膜。通过进行这样的表面激光开槽，可抑制在将对象物100芯片化为各个功能元件时发生膜剥离等。
在此，在表面激光开槽后，有时通过表面激光开槽形成于表面100a的槽的底面粗糙。在此情况下，无法在表面激光开槽后从表面100a进行隐形切割加工，必须对背面100b进行一次转印，从背面100b照射改质层形成的激光。在此情况下，存在转印成本增大的问题。于是，在本方式中，在表面激光开槽后且改质层形成处理前，对对象物100的表面100a实施基于激光退火的平坦化处理。
图21是激光开槽、以及激光开槽后的平坦化处理及改质层形成处理的说明图。如图21的(a)所示，最初，准备对象物100，通过支承部7(参照图1)支承对象物100。接下来，如图21的(b)所示，通过控制部9控制的移动机构6，以表面激光开槽的激光L4的聚光点位于沿着表面100a的沿一方向延伸的一条线的方式，使激光加工头10A移动，通过控制部9控制的光源81(例如，出射超短脉冲激光的光源)输出表面激光开槽的激光L4。即，控制部9实施：第2开槽控制，其中，通过对对象物100的表面100a照射激光L4来将表面100a的表层去除的方式，控制光源81及移动机构6。该第2开槽控制是关于第2开槽工序(表面激光开槽)的控制，第2开槽工序中，通过对对象物100的表面照射激光L4来将表面100a的表层去除。实施了表面激光开槽的槽的底面100z成为粗面。
接下来，如图21的(c)所示，通过控制部9控制的移动机构6，以激光L1的聚光点位于沿着上述槽的底面100z的方式，使激光加工头10B移动，通过控制部9控制的光源82输出激光退火的激光L1。此处的光源82例如是出射纳秒脉冲激光的光源。即，控制部9实施：第1控制，其中，以对对象物100的表面100a的槽的底面100z照射激光L1而通过激光退火使底面100z成为平坦化的激光退火线100x的方式，控制光源82及移动机构6。该第1控制是关于第1工序(平坦化处理)的控制，第1工序中，对表面100a照射激光L1而通过激光退火进行表面100a的平坦化。在第1工序中，将通过表面激光开槽(第2开槽)工序而形成在表面100a的槽的底面100z作为照射面来照射激光L1，进行槽的底面100z的平坦化(激光退火线100x化)。
接下来，如图21的(d)所示，通过控制部9控制的移动机构6，以激光L2的聚光点位于沿着激光退火线100x的方式，使激光加工头10B移动，通过控制部9控制的光源82输出改质层的形成的激光L2。此处的光源82例如是出射纳秒脉冲激光的光源。控制部9实施：第2控制，其中，以对平坦化的底面100z(即，激光退火线100x)照射激光L2而在对象物100的内部形成改质层的方式，控制光源82及移动机构6。该第2控制是关于第2工序(改质层形成处理)的控制，第2工序中，对在第1工序中平坦化的底面100z(即激光退火线100x)照射激光L2而在对象物100的内部形成改质层。这样形成了改质层之后，在分割工序实施扩展处理(图21的(e))，对象物100切断成多个芯片。
在上述例子，以表面激光开槽的光源81和平坦化处理的光源82是不同进行说明，但并不限定于此，表面激光开槽的光源和平坦化处理的光源也可以是共通的(例如，出射超短脉冲激光的光源)。此外，例如在表面激光开槽的光源和平坦化处理的光源是不同的情况下，表面激光开槽的激光切割机、和平坦化处理及改质层形成处理的激光切割机也可以是共通的，也可以作为各自独立的装置来设置。
接着，参照图22及图23，针对本实施方式的激光加工装置1所实施的、包含激光开槽、平坦化处理及改质层形成处理的激光加工方法进行说明。图22是示出包含激光开槽、平坦化处理及改质层形成处理的激光加工方法的流程图。图23是示意性地示出激光开槽、以及激光开槽后的平坦化处理及改质层形成处理的一例。以下，说明表面激光开槽的装置、和平坦化处理及改质层形成处理的装置是各自独立的装置的情况的处理的一例。此外，表面激光开槽的光源是出射超短脉冲激光的共通的光源，以上述“光源81”进行说明。此外，平坦化处理及改质层形成处理的光源，在此，是与表面激光开槽的装置不同装置的光源，为便于说明，记载为“光源82”。
如图22所示，在本激光加工方法中，首先，在激光加工装置1的表面激光开槽的装置中，将晶圆即对象物100投入(步骤S101)。对象物100设置成可对背面100b照射激光(参照图23的(a))。接着，实施激光的照射位置的对准(步骤S102)。接下来，实施将表面100a的配线及金属膜等的表层去除的表面激光开槽(步骤S103)。具体而言，通过控制部9，以通过对对象物100的表面100a照射激光L4来将表面100a的表层去除的方式，控制光源81及移动机构6。关于表面激光开槽，1条线1条线地对所有的线实施(参照图23的(b))。由此，在所有的线，实施了表面激光开槽的槽的底面100z成为粗面。接着，将晶圆即对象物100从激光加工装置1的表面激光开槽的装置取出(步骤S104)。
接下来，在激光加工装置1的平坦化处理及改质层形成处理的装置中，将到步骤S104的处理已经完毕的晶圆即对象物100投入(步骤S105)。接着，实施激光的照射位置的对准(步骤S106)。接下来，基于设定的配方设置Z高度(步骤S107)。
接下来，实施平坦化处理(步骤S108)。具体而言，通过控制部9，以对对象物100的表面100a的槽的底面100z照射激光L1，通过激光退火而底面100z成为平坦化的激光退火线100x的方式，控制光源82及移动机构6。关于平坦化处理，1条线1条线地让所有的激光退火线100x依序形成(参照图23的(c))。
接下来，实施形成用于将对象物100分割的改质层的改质层形成处理(步骤S109)。具体而言，通过控制部9，以在对平坦化的底面100z(即激光退火线100x)照射了激光L2的对象物100的内部形成改质层112的方式，控制光源82及移动机构6(参照图23的(d))。最后，将晶圆即对象物100从激光加工装置1取出(步骤S110)。
此外，关于表面激光开槽及平坦化处理，以在对所有的线进行了表面激光开槽之后，对各线进行平坦化处理进行说明，但并不限定于此。即，表面激光开槽及平坦化处理，也可以，对每一条线重复实施以下处理，即，在实施表面激光开槽而去除了表层的底面100z成为粗面(图23的(e))后，使该底面100z平坦化而成为激光退火线100x(参照图23的(f))，由此对所有的线实施表面激光开槽后的平坦化处理(参照图23的(g))。在此情况下，表面激光开槽及平坦化处理在同一装置实施，平坦化完毕后的对象物在改质层形成处理的其他装置实施。或者，也可以将所有的处理在同一装置实施。
接下来，针对本实施方式的激光加工方法的作用效果进行说明。
本实施方式的激光加工装置1所实施的激光加工方法，包含：第1工序及第2工序，第1工序中，对在表面100a侧具有功能元件层的对象物100的表面100a或背面100b照射激光L1，通过激光退火来进行照射面的平坦化；第2工序中，对在第1工序中平坦化的照射面照射激光L2，而在对象物100的内部形成改质层，激光L1的脉冲间距比激光L2的脉冲间距更短。
在本实施方式的激光加工方法中，在为了在对象物100的内部形成改质层而照射激光L2的前一阶段，对激光L2的照射面，照射用于通过激光退火来进行该照射面的平坦化的激光L1。当在形成改质层时的激光L2的照射面粗糙而不平坦的情况下，有时通过激光L2的照射无法适切地形成改质层。针对这点，像本实施方式的激光加工方法那样，对于形成改质层时的照射面，事前照射进行该照射面的平坦化的激光L1(实施激光退火)，从而可对平坦化的照射面照射激光L2，能够在对象物100的内部适切地形成改质层。此外，在本实施方式的激光加工方法中，激光退火的激光L1的脉冲间距比改质层的形成的激光L2的脉冲间距更短。这样，通过激光退火的激光L1的脉冲间距更短(比改质层的形成的激光L2的脉冲间距更短)，可将熔融后再结晶化而平坦化的区域连续地形成，能够更适切地实现通过激光退火的照射面的平坦化。这样，根据本实施方式的激光加工方法，可将对象物100的照射面适切地平坦化而在对象物100的内部适切地形成改质层。
在上述激光加工方法中，激光L1及激光L2也可以从共通的光源出射。根据这样的结构，可以使激光加工的结构变简单，而能够实现装置结构的小型化。
在上述激光加工方法中，激光L1的频率也可以比激光L2的频率更高。在激光退火中，通过在照射激光L1后、照射区域变冷之前照射下一个激光L1，从而将热蓄积来适切地进行再结晶，可实现照射面的平坦化。针对这点，通过使激光L1高频率化(例如，高于激光L2的频率)，可更适切地实现基于激光退火的照射面的平坦化。
在上述激光加工方法中，激光L1的加工行进方向上的分支数，也可以比激光L2的加工行进方向上的分支数更多。对激光L1，通过加工行进方向上的分支数较多(例如，多于激光L2的分支数)，可缩短激光退火处理所需的时间。
在上述激光加工方法中，激光L1的、与加工行进方向交叉的方向且与照射面平行的方向上的分支数，也可以多于激光L2的、与加工行进方向交叉的方向且与照射面平行的方向上的分支数。由此，可增大通过激光退火处理而平坦化的宽度。
在上述激光加工方法中，激光L1的分支的各光束，也可以在照射面上彼此照射范围的一部分重叠。由此，即使每1点的能量较低，仍可进行平坦化。此外，在激光在光束中心和离开光束中心的部位产生凹凸时，通过照射以照射范围重叠的方式分支的各光束，可抑制上述凹凸，而更适切地使照射面平坦化。
在上述激光加工方法中，激光L1也可以是顶帽形状的激光。由此，可将照射面上的激光退火区域扩大。此外，可将照射面进一步平坦化。
在上述激光加工方法中，也可以，在第1工序中，以将照射面平坦化并且在对象物100的内部形成改质层的方式，对照射面照射激光L1。这样，通过将用于平坦化的激光退火的激光L1也用于改质层的形成，从而可削减例如改质层的形成的激光L2的路径数，而缩短改质层的形成所需的时间。
在上述激光加工方法中，也可以，在第1工序中，以在对象物100的内部不形成改质层的方式，对照射面照射激光L1。由此，可避免：通过激光退火的激光L1无意形成改质层，而变得无法形成期望的改质层。
在上述激光加工方法中，也可以，在第1工序中，将激光L1的聚光点设为对象物100的外部的位置。由此，可适切地避免：通过激光退火的激光L1，在对象物100的内部形成改质层。
在上述激光加工方法中，也可以，在第1工序中，以背面100b作为照射面来照射激光L1，而进行背面100b的平坦化。对象物100的背面100b，有时例如被实施雾面处理或粗糙。如果对这样的对象物100的背面100b照射用于改质层形成的激光L2，在背面100b产生激光L2的吸收或散射，有时无法在对象物100的内部适切地形成改质层。针对这点，通过以背面100b作为照射面来照射激光退火的激光L1，可将粗糙的背面100b适切地平坦化，而在对象物100的内部适切地形成改质层。
上述激光加工方法，也可以，在第2工序前还具备：第1开槽工序，其中，通过从对象物100的背面100b照射激光L3，而在表面100a形成弱化区域100y；在第1工序中，以第1开槽工序前的背面100b作为照射面来照射激光L1，进行背面100b的平坦化。在第1开槽工序中，在具有功能元件层的表面100a形成了弱化区域100y之后，在第2工序中，改质层形成的激光L2照射于背面100b照射，由此可利用弱化区域100y，而适切地形成到达形成有功能元件层的表面100a侧的龟裂。在此，如果在实施第1开槽工序时在入射有激光L3的背面100b带有损伤，则难以适切地实施表面100a侧的开槽(IR开槽)，开槽的激光L3的能量受到限制。针对这点，通过在第1开槽工序前，实施以背面100b作为照射面的激光退火的第1工序，从而在将背面100b平坦化的状态下实施第1开槽工序，因此，在第1开槽工序中可施加于激光L3的能量增加，可对应的对象物100(装置)种类增多。由此，可更简易且适切地实施表面100a侧的开槽(IR开槽)。
也可为，上述激光加工方法还具备：第2开槽工序，其中，通过对对象物100的表面100a照射激光L4来将表面100a的表层去除；在第1工序中，以通过第2开槽工序而形成于表面100a的槽的底面100z作为照射面来照射激光L1，进行槽的底面100z的平坦化。在第2开槽工序中，在将表面100a的表层去除之后，在第2工序中改质层的形成的激光L2照射于表面100a，从而可提高加工处理量(throughput)并抑制膜剥离等的加工质量降低。在此，在第2开槽工序后，通过开槽而形成于表面100a的槽的底面100z粗糙。因此，通常，在开槽后无法从表面100a进行隐形切割加工，而在背面100b侧转印并从背面100b侧照射改质层的形成的激光L2。在此情况下，产生转印成本的问题。针对这点，在第2开槽工序后，实施以形成于表面100a的槽的底面100z作为照射面的激光退火的第1工序，从而使形成于表面100a的槽的底面100z平坦化，因此，可从开槽面侧的表面100a进行隐形切割加工，变得不需要上述转印工序。如此，可实现加工的迅速化及成本降低。
[符号的说明]
1…激光加工装置、7…支承部、9…控制部、81、82…光源、100…对象物、100a…表面、100b…背面、100y…弱化区域、100z…底面、L1…激光、L2…激光。

Claims (17)

1.一种激光加工方法，其中，
包含：
第1工序，对在表面侧具有功能元件层的对象物的表面或背面照射第1激光，通过激光退火进行照射面的平坦化；以及
第2工序，对在所述第1工序中平坦化的所述照射面照射第2激光，而在所述对象物的内部形成改质层，
所述第1激光的脉冲间距比所述第2激光的脉冲间距更短。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，
所述第1激光及所述第2激光从共通的光源出射。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其中，
所述第1激光的频率比所述第2激光的频率更高。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工方法，其中，
所述第1激光的加工行进方向上的分支数比所述第2激光的所述加工行进方向上的分支数更多。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光加工方法，其中，
所述第1激光的、与加工行进方向交叉的方向且与所述照射面平行的方向上的分支数，比所述第2激光的、与所述加工行进方向交叉的方向且与所述照射面平行的方向上的分支数更多。
6.根据权利要求4或5所述的激光加工方法，其中，
所述第1激光的分支的各光束，在所述照射面上彼此照射范围的一部分重叠。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光加工方法，其中，
所述第1激光是顶帽形状的激光。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光加工方法，其中，
在所述第1工序中，以使所述照射面平坦化并在所述对象物的内部形成改质层的方式，对所述照射面照射所述第1激光。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的激光加工方法，其中，
在所述第1工序中，以在所述对象物的内部不形成改质层的方式，对所述照射面照射所述第1激光。
10.根据权利要求9所述的激光加工方法，其中，
在所述第1工序中，将所述第1激光的聚光点设为所述对象物的外部的位置。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的激光加工方法，其中，
在所述第1工序中，以所述背面作为所述照射面照射所述第1激光，而进行所述背面的平坦化。
12.根据权利要求11所述的激光加工方法，其中，
在所述第2工序前，还具备：第1开槽工序，其中，通过从所述对象物的所述背面照射第3激光，而在所述表面形成弱化区域，
在所述第1工序中，以所述第1开槽工序前的所述背面作为所述照射面照射所述第1激光，而进行所述背面的平坦化。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的激光加工方法，其中，
还具备：第2开槽工序，其中，通过对所述对象物的所述表面照射第4激光，而将所述表面的表层去除，
在所述第1工序中，以通过所述第2开槽工序而形成于所述表面的槽的底面作为所述照射面照射所述第1激光，而进行所述槽的底面的平坦化。
14.一种激光加工装置，其具备：
支承部，其支承在表面侧具有功能元件层的对象物；
照射部，其对所述对象物照射激光；以及
控制部，其构成为：实施第1控制及第2控制，所述第1控制中，以对所述对象物的所述表面或背面照射第1激光而通过激光退火使照射面平坦化的方式，控制所述照射部，所述第2控制中，以对平坦化的所述照射面照射脉冲间距比所述第1激光更长的第2激光而在所述对象物的内部形成改质层的方式，控制所述照射部。
15.根据权利要求14所述的激光加工装置，其中，
所述控制部，在所述第1控制中，以将所述背面作为所述照射面照射所述第1激光而使所述背面平坦化的方式，控制所述照射部。
16.根据权利要求15所述的激光加工装置，其中，
所述控制部，
在所述第2控制实施前，还实施：第1开槽控制，其中，以通过从所述对象物的所述背面照射第3激光而在所述表面形成弱化区域的方式，控制所述照射部，
在所述第1控制中，以所述第1开槽控制实施前的所述背面作为所述照射面照射所述第1激光而使所述背面平坦化的方式，控制所述照射部。
17.根据权利要求14所述的激光加工装置，其中，
所述控制部，
还实施：第2开槽控制，其中，以通过对所述对象物的所述表面照射第4激光而将所述表面的表层去除的方式，控制所述照射部，
在所述第1控制中，以将通过所述第2开槽控制而形成于所述表面的槽的底面作为所述照射面照射所述第1激光而使所述槽的底面平坦化的方式，控制所述照射部。
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