CN1938828A - 激光加工方法及半导体芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工方法，即使在形成有含有多个功能元件的叠层部的基板较厚的情况下，也可高精确度地切断基板及叠层部。是通过将背面(21)作为激光射入面使聚光点(P)对准基板(4)的内部并照射激光(L)，而在基板(4)的内部形成改质区域(71、72、73)。通过在最接近于背面(21)的分断改质区域(72)及背面(21)之间的位置形成HC改质区域(73)，从HC改质区域(73)向背面(21)产生沿着预定切断线延伸的断裂(24)。由此，将伸展带贴附在基板(4)的背面(21)并使其扩张时，断裂经由分断改质区域(72)从基板(4)朝叠层部(16)顺利地进行，其结果，可使基板(4)及叠层部(16)沿着预定切断线精度良好地被切断。

Description

激光加工方法及半导体芯片
技术领域
本发明涉及一种为了将形成有包括多个功能元件的叠层部的基板切断所使用的激光加工方法，及通过使用该激光加工方法所切断的半导体芯片。
背景技术
作为以往的这种技术，是通过在晶圆状的加工对象物的内部使聚光点对准并照射激光，而使沿着预定切断线的改质区域在加工对象物的内部形成多个列，并将该改质区域作为切断的起点的激光加工方法(例如，参考专利文献1)。
专利文献1：日本专利公开2002-205180号公报
发明内容
如上所述的激光加工方法，是对加工对象物较厚的情况特别有效的技术。期待有一种与此技术相关连的技术，将形成有包括多个功能元件的叠层部的基板作为加工对象物，即使在该基板较厚的情况，也可高精确度地切断基板及叠层部。
因此，本发明是鉴于上述情况而开发的，其目的在于提供一种激光加工方法，即使在形成含有多个功能元件的叠层部的基板较厚的情况下，也可高精确度地来切断基板及叠层部，以及通过使用该激光加工方法而进行切断的半导体芯片。
为了达成上述目的，本发明的激光加工方法，是通过将聚光点对准在表面形成有包含多个功能元件的叠层部的基板内部并照射激光，以此沿着基板的预定切断线，在基板内部形成作为切断起点的改质区域的方法，其特征在于，包括：形成多列沿着预定切断线的第1改质区域的工序，和通过在最接于基板的背面的第1改质区域和背面之间的位置上，形成至少1列沿着预定切断线的第2改质区域，从第2改质区域向背面发生沿着预定切断线的断裂的工序。
在该激光加工方法中，例如，在将伸展带等可扩张薄膜贴附在基板背面并使其扩张时，由于预先从第2改质区域向基板背面产生沿着预定切断线的断裂，因此，可经由第1改质区域从基板向叠层部顺利地进行断裂，其结果，可使基板及叠层部沿着预定切断线高精度地切断。因此，该激光加工方法，即使在形成有包含多个功能元件的叠层部的基板较厚的情况下，也可高精度地切断基板及叠层部。
在此，所谓功能元件，例如是指，通过结晶成长所形成的半导体动作层、光电二极管等受光元件、激光二极管等发光元件、形成电路的电路元件等。而且，第1改质区域及第2改质区域，是使聚光点对准基板的内部来照射激光，通过在基板的内部产生多光子吸收或与此同等的光吸收而形成。
另外，在上述激光加工方法中，基板是半导体基板，第1改质区域及第2改质区域包含熔融处理区域的情况。基板为半导体基板时，第1改质区域及第2改质区域，有形成包含熔融处理区域的改质区域的情形。
另外，在上述激光加工方法中，第1改质区域及第2改质区域优选为，以背面作为激光射入面，以距背面较远的顺序逐列地形成。由此，当形成各改质区域时，因为在基板的背面(激光射入面)与激光的聚光点的间不存在改质区域，因此不会有，因已形成的改质区域所引起的激光的散乱、吸收等。因此，可精度良好地形成各改质区域。
另外，在上述激光加工方法中，在形成第1改质区域时的激光的能量优选为2μJ～50μJ。在此条件下形成第1改质区域时，则在基板及叠层部的切断时，以第1改质区域为起点的断裂会有沿着预定切断线精度良好地产生的倾向。而且，激光的能量不足2μJ时，则在切断基板及叠层部时，难以产生以第1改质区域作为起点的断裂。另一方面，激光的能量超过50μJ，则当切断基板及叠层部时，以第1改质区域作为起点的断裂容易偏离预定切断线。
另外，在上述激光加工方法中，在形成第2改质区域时的激光的能量优选为1μJ～20μJ。以此条件形成第2改质区域时，则以第2改质区域作为起点的断裂，有确实达到基板的背面的倾向。而且，激光的能量不足1μJ时，则第2改质区域作为起点的断裂难以达到基板的背面。另一方面，激光的能量超过20μJ时，则在基板的背面容易产生熔融等的损伤。
另外，在上述激光加工方法中，在形成第1改质区域时的激光的能量，优选大于在形成第2改质区域时的激光的能量。例如，在以形成第2改质区域时的激光的能量为1的情况下，在形成第1改质区域时的激光的能量优选为1.6～3.0。以此条件下来形成第1改质区域时，则当切断基板及叠层部时，以第1改质区域作为起点的断裂有沿着预定切断线精度良好地产生的倾向。而且，激光的能量不足1.6时，则当切断基板及叠层部时，难以产生以第1改质区域为起点的断裂。另一方面，当激光的能量超过3.0时，在切断基板及叠层部时，则以第1改质区域为起点的断裂容易偏离从预定切断线。
另外，在上述激光加工方法中，当形成相邻的各第1改质区域时激光的聚光点对准的位置的间的距离优选为24μm～70μm。以此条件形成第1改质区域时，相邻的第1改质区域在基板的厚度方向上有形成连续的倾向，其结果，即使在基板较厚的情况下，也可容易地来切断基板及叠层部。在此，所谓距离，在无特别事先说明时是指，沿着基板的厚度方向的距离(以下，同样)。
另外，在上述激光加工方法中，在形成第1改质区域时从激光的聚光点对准的位置距背面的距离是优选为50μm～[(基板的厚度)×0.9]μm。以此条件形成第1改质区域时，即使基板较厚的情况，也可容易地切断基板及叠层部。
另外，在上述激光加工方法中，在形成第2改质区域时从激光的聚光点所对准位置距背面的距离优选为20μm～110μm。以此条件形成第2改质区域时，则以第2改质区域为起点的断裂有确实地达到基板的背面的倾向。而且，距背面的距离不足20μm，则在基板的背面容易产生熔融等的损坏。另一方面，距背面的距离超过110μm时，则以第2改质区域为起点的断裂难以达到基板的背面。
另外，在上述激光加工方法中，形成多列第2改质区域的情况下，在形成第1改质区域时的激光的能量，优选为大于形成最靠近基板的背面的第2改质区域时的激光的能量。例如，以最靠近基板的背面形成第2改质区域时的激光的能量为1，则形成第1改质区域时的激光的能量优选为1.3～3.3。另外，形成多列第2改质区域的情况下，形成最靠近基板的背面的第2改质区域时激光的聚光点所对准的位置距背面的距离是20μm～110μm，在形成第二靠近基板的背面的第2改质区域时激光的聚光点所对准的位置距背面的距离优选为140μm以下。如上所述，则在形成第二靠近基板的背面的第2改质区域时，由该第2改质区域的形成而产生的断裂未到达基板的背面附近，因此在形成最靠近基板的背面的第2改质区域时，断裂的内面熔解，可防止粉尘的产生。
另外，在上述激光加工方法中，还包含有将基板及叠层部沿着预定切断线进行切断的工序。由上述的理由，即使在形成有包含多个功能元件的叠层部的基板较厚的情况下，也可使基板及叠层部沿着预定切断线精度良好地切断。
此外，本发明的半导体芯片，具有，基板，和含有功能元件、并形成在所述基板的表面的叠层部，其特征在于：在基板的侧面，在基板的厚度方向上连续地形成有沿着背面的多列第1改质区域；在侧面上，在最接近于背面的第1改质区域和背面之间的位置上，形成有沿着背面的至少1列第2改质区域。
该半导体芯片，可以说是通过使用上述激光加工方法而被切断的，因此，形成有第1改质区域及第2改质区域的基板的侧面，是抑制了凹凸的高精度的切断面。
另外，上述半导体芯片中，基板是半导体基板，第1改质区域及第2改质区域是包含熔融处理区域的情况。基板是半导体基板时，则作为第1改质区域及第2改质区域存在，形成有包含熔融处理区域的改质区域的情况。
另外，在上述半导体芯片中，相向的第1改质区域的背面侧端部与第2改质区域的表面侧端部的距离优选为15μm～60μm。以此条件形成第1改质区域及第2改质区域时，则当切断基板及叠层部时，以各改质区域为起点的断裂，有沿着预定切断线精度良好地产生的倾向，因而使半导体芯片的基板的侧面形成高精度的切断面。而且，相向的第1改质区域的背面侧端部及第2改质区域的表面侧端部的距离不足15μm时，则当切断基板及叠层部时，以各改质区域为起点的断裂容易偏离预定切断线，使半导体芯片的基板的侧面难以成为高精确度的切断面。另一方面，相向的第1改质区域的背面侧端部与第2改质区域的表面侧端部的距离超过60μm时，则当切断基板及叠层部时，会使第1改质区域及第2改质区域的相互作用变小，而使半导体芯片的基板的侧面难以形成高精度的切断面。
另外，在上述半导体芯片中，基板的厚度方向上的第1改质区域的宽度的合计优选为40μm～[(基板的厚度)×0.9]μm。以此条件形成第1改质区域时，则当切断基板及叠层部时，以各改质区域为起点的断裂有沿着预定切断线精度良好地产生的倾向，而使半导体芯片的基板的侧面形成高精确度的切断面。另外，第1改质区域的宽度合计不足40μm时，则当切断基板及叠层部时，则难以产生以第1改质区域作为起点的断裂，而使半导体芯片的基板的侧面难以形成高精度的切断面。另一方面，当第1改质区域的宽度合计超过[(基板的厚度)×0.9]μm时，则当切断基板及叠层部时，容易使以第1改质区域为起点的断裂偏离预定切断线，因而难以在半导体芯片的基板的侧面形成高精确度的切断面。
发明效果
本发明，是即使在形成有包含多个功能元件叠层部的基板较厚的情况下，也可高精度地切断基板及叠层部。
附图说明
图1是利用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是沿着图1所示的加工对象物的II-II线的剖面图。
图3是利用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4是沿着图3所示的加工对象物的IV-IV线的剖面图。
图5是沿着图3所示的加工对象物的V-V线的剖面图。
图6是利用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是显示本实施方式的激光加工方法中的电场强度与断裂点大小的关系曲线图。
图8是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剖面图。
图9是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剖面图。
图10是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剖面图。
图11是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剖面图。
图12是显示利用本实施方式的激光加工方法所切断的硅晶圆一部分中的剖面照片。
图13是本实施方式的激光加工方法中的激光的波长及硅基板的内部的透射率关系曲线图。
图14是本实施方式的激光加工方法中的加工对象物的平面图。
图15是沿着图14所示加工对象物的XV-XV线的部分剖面图。
图16是本实施方式的激光加工方法的说明用图，(a)是在加工对象物上贴附着保护胶带的状态，(b)是在加工对象物上照射激光的状态。
图17是本实施方式的激光加工方法的说明用图，(a)是在加工对象物上贴附有伸展带的状态，(b)是在保护胶带上照射紫外线的状态。
图18是本实施方式的激光加工方法的说明用图，(a)是从加工对象物上剥离保离胶带的状态，(b)是使伸展带扩张的状态。
图19是沿着图16(b)所示的加工对象物的XIX-XIX线的部分剖面图。
图20是显示利用本实施方式的激光加工方法的使用而切断的基板的切断面照片。
图21是显示形成HC改质区域时使激光的聚光点所对准的位置距背面的距离为40μm，使激光的能量为20μJ时基板的背面照片。
图22是显示形成HC改质区域时使激光的聚光点所对准的位置距背面的距离为15μm，使激光的能量为10μJ时基板的背面照片。
图23是显示质量改质区域的形成条件及周缘宽的关系表。
图24是显示形成质量改质区域时使激光的聚光点所对准的位置距表面的距离为3μm，使激光的能量为15μJ时基板的切断面照片。
图25是显示利用使用本实施方式的激光加工方法所切断基板的切断面照片。
图26是当加工对象物被切断成半导体芯片时的平面图，(a)是分断改质区域的形成中未满足分断改质区域的各种形成条件的情况，(b)是分断改质区域的形成中满足分断改质区域的各种形成条件的情况。
图27是表示形成有1列质量改质区域、2列分断改质区域、及1列HC改质区域的基板的切断面照片。
图28是显示形成有1列质量改质区域、2列分断改质区域、及2列HC改质区域的基板的切断面照片。
图29是显示形成有1列质量改质区域、19区域分断改质区域、及2列HC改质区域的基板切断面照片。
符号说明
1   加工对象物
3   表面
4   基板
4a  切断面(侧面)
5   预定切断线
7   改质区域
8   切断起点区域
13  熔融处理区域
15  功能元件
16  叠层部
21  背面
24  断裂
25  半导体芯片
71  质量改质区域
72  分断改质区域(第1改质区域)
73  HC改质区域(第2改质区域)
L  激光
P  聚光点
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明优选实施方式。本实施方式的激光加工方法，是为了在加工对象物的内部形成改质区域而利用所谓多光子吸收的现象。因此，首先，将说明由多光子吸收而形成改质区域的激光加工方法。
当光子的能量hv比材料吸收的能隙EG小时，呈光学透明。因此，在材料中产生吸收的条件为hv＞EG。可是，即使光学透明时，当使激光的强度非常大时，可在nhv＞EG的条件(n＝2、3、4...)下，在材料产生吸收。将这种现象称为多光子吸收。脉冲波的情况下，激光的强度是以激光的聚光点的峰值功率密度(W/cm2)来决定，例如峰值功率密度为1×108(W/cm2)以上的条件下产生多光子吸收。峰值功率密度，是由(聚光点中的激光的每1脉冲的能量)÷(激光的光束点剖面积×脉冲宽)所求出。另外，在连续波的情况下，激光的强度是以激光的聚光点的电场强度(W/cm2)来决定。
利用这种多光子吸收的本实施方式的激光加工方法的原理，将参照图1～图6进行说明。如图1所示，在晶圆状(平板状)的加工对象物1的表面3上，有切断加工对象物1用的预定切断线5。预定切断线5是延伸成直线状的假想线。在本实施方式的激光加工方法中，如图2所示，以产生多光子吸收条件在加工对象物1的内部使聚光点P对准来照射激光L，以形成改质区域7。另外，所谓聚光点P是指，激光L聚光的部位。另外，预定切断线5，并不限定为直线状也可以为曲线状，且不限定为假想线，也可为在加工对象物1中实际拉出的线。
而且，通过使激光沿着预定切断线5(即，图1的箭头A方向)相对地移动，以使聚光点P沿着预定切断线5移动。由此，如图3～图5所示，使改质区域7沿着预定切断线5在加工对象物1的内部形成，该改质区域7成为切断起点区域8。在此，所谓切断起点区域8是指，当切断加工对象物1时成为切断(断裂)的起点的区域。该切断起点区域8，有通过连续地形成改质区域7而形成的情况，也有通过断续地形成改质区域7而形成的情况。
本实施方式的激光加工方法，并非由于加工对象物1吸收激光L而使加工对象物1发热来形成改质区域7。而是使激光L透射加工对象物1，而在加工对象物1的内部产生由多光子吸收而形成的改质区域7。因此，在加工对象物1的表面3几乎不吸收激光L，所以加工对象物1的表面3不会熔融。
在加工对象物1的内部形成切断起点区域8时，将该切断起点区域8作为起点而容易产生断裂，因此如图6所示，以较小的力量即可来切断加工对象物1。因此，在加工对象物1的表面3不会产生不必要的断裂，故可将加工对象物1高精度地切断。
将该切断起点区域8作为起点的加工对象物1的切断，是考虑以下2种方法。1是，切断起点区域8形成后，向加工对象物1通过外加人为的力量，将切断起点区域8作为起点使加工对象物1断裂，来切断加工对象物1的情况。这是，例如切断加工对象物1的厚度较大的情况的切断。所谓外加人为的力量，例如是指，沿着加工对象物1的切断起点区域8向加工对象物1施加弯曲应力或剪断应力，或通过对加工对象物1赋予温度差使产生热应力。另1个是，通过形成切断起点区域8，以切断起点区域8作为起点朝向加工对象物1的剖面方向(厚度方向)自然地断裂，结果切断加工对象物1的情况。这是，例如在加工对象物1的厚度较小的情况下，由1列改质区域7可形成切断起点区域8，在加工对象物1的厚度较大的情况下，在厚度方向形成多个列改质区域7，而可形成切断起点区域8。另外，该自然断裂的情况下，在进行切断的部位上，断裂不会先进行到对应于未形成切断起点区域的部位的部分的表面3上，仅可割断对应于形成切断起点区域8的部位的部分，因此可控制良好的割断。近年来，硅晶圆等的加工对象物1的厚度有变薄的倾向，所以这种控制性好的割断方法非常有效。
而且，在本实施方式的激光加工方法中，通过多光子吸收所形成改质区域方面，是有以下(1)～(3)的情况。
(1)改质区域为包含有1个或多个裂纹的裂纹区域的情况
在加工对象物(例如由玻璃或LiTaO3形成的压电材料)的内部使聚光点对准，在聚光点上的电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1μs以下的条件下照射激光。该脉冲宽的大小，是可产生多光子吸收且不会在加工对象物的表面产生不必要的损伤，仅在加工对象物的内部可形成裂纹区域的条件。因而，在加工对象物内部由于多光子吸收而产生所谓光学的损伤的现象。由于该光学的损伤在加工对象物的内部引起热变形，因而在加工对象物的内部形成裂纹区域。电场强度的上限值方面，例如为1×1012(W/cm2)。优选脉冲宽度例如为1ns～200ns。另外，由多光子吸收所引起的裂纹区域的形成，例如，在第45次激光加工研究会论文集(1998年、12月)的第23页～第28页中「由固体激光高次谐波在玻璃基板的内部作记号」所记载。
本发明人，是将电场强度与裂纹大小的关系根据实验而求出。实验条件如下。
(A)加工对象物：派莱克斯(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
振荡形式：Q开关脉冲
重复频率：100kHz
脉冲宽度：30ns
输出：输出＜1μJ/脉冲
激光质量：TEM00
偏振光特性：线偏振光
(C)聚光透镜
对激光波长的透射率：60％
(D)载置加工对象物的载置台的移动速度：100mm/秒
而且，所谓激光质量是TEM00是指，到集光性高，可聚光至大致激光的波长。
图7是显示上述实验结果的曲线图。横轴是峰值功率密度，激光是脉冲激光，因此电场强度是以峰值功率密度表示。纵轴显示由1个脉冲的激光在加工对象物的内部所形成的裂纹部分(裂纹点)的大小。裂纹点形成汇聚的裂纹区域。裂纹点的大小，是成为裂纹点的形状中最大的长度部分的大小。曲线中的黑圆点所示数据是聚光透镜(C)的倍率为100倍，开口数(NA)是0.80的情况。另一方面，曲线中的白圆点所示数据是聚光透镜(C)的倍率为50倍，开口数(NA)是0.55的情况。可知，峰值功率密度从1011(W/cm2)左右在加工对象物的内部来产生裂纹点，并随着峰值功率密度变大使裂纹点变大。
其次，将参照图8～图11来说明通过裂纹区域形成引起加工对象物的切断的原理。如图8所示，以产生多光子吸收的条件在加工对象物1的内部使聚光点P对准并照射激光L，沿着预定切断线在内部形成裂纹区域9。裂纹区域9是包含1个或多个裂纹的区域。如上形成的裂纹区域9成为切断起点区域。如图9所示，将裂纹区域9作为起点(即，将切断起点区域作为起点)来使裂纹更进一步成长，如图10所示，裂纹到达加工对象物1的表面3及背面21，如图11所示，利用加工对象物1裂纹切断加工对象物1。到达加工对象物1的表面3及背面21的裂纹，有自然成长的情况，也有向加工对象物1施加外力进行成长的情况。
(2)改质区域为熔融处理区域的情况
在加工对象物(如硅半导体材料)的内部使聚光点对焦，聚光点中的电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲宽为1μs以下的条件下照射激光。由此，在加工对象物内部通过多光子吸收进行局部地加热。利用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暂时熔融后再固化的区域，或真正熔融状态的区域，或从熔融状态再固化的状态的区域，也可称为相变的区域或使结晶结构变化的区域。另外，所谓熔融处理区域是，在单晶结构、非晶结构、多晶结构中，某种结构变化成另外结构的区域。即，例如，从单晶结构变化成非晶结构的区域，从单晶结构变化成多晶结构的区域，从单晶结构变化成含非晶结构及多晶结构的区域。加工对象物是单晶硅结构的情况下，熔融处理区域例如是非晶硅结构。作为电场强度的上限值，例如为1×1012(W/cm2)。优选脉冲宽为例如1ns～200ns。
本发明人，在硅晶圆的内部形成熔融处理区域，通过实验来确认。实验条件如下。
(A)加工对象物：硅晶圆(厚度350μm，外径4时)
(B)激光
光源：半导体激光激发Nd：YAG激光
波长：1064nm
激光点剖面积：3.14×10-8cm2
振荡形式：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
偏振光特性：线偏振光
(C)聚光透镜
倍率：50倍
N.A.：0.55
对于激光波长的透射率：60％
(D)载置加工对象物的载置台的移动速度：100mm/秒
图12是显示以上述条件利用激光加工方法所切断的硅圆的一部分的剖面的照片。在硅晶圆11的内部形成熔融处理区域13。另外，根据上述条件所形成的熔融处理区域13的厚度方向的大小为100μm左右。
将说明熔融处理区域13通过多光子吸收而形成的过程。图13是显示激光的波长与硅基板的内部的透射率的关系曲线图。但是，分别除去硅基板的表面侧及背面侧的反射成分，仅显示内部的透射率。显示硅基板的厚度各为50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm各个上述关系。
例如，在Nd：YAG激光的波长的1064nm下，硅基板的厚度为500μm以下时，在硅基板的内部激光80％以上透射。图12所示硅晶圆11的厚度是350μm，因此通过多光子吸收使熔融处理区域13形成在硅晶圆11的中心附近，即，形成在从表面起175μm的部分。该情况的透射率，以厚度为200μm的硅晶圆作为参考时，则有90％以上，所以激光在硅晶圆11的内部被吸收仅是微量而已，几乎全部投射。而且这表示，并不是因激光在硅晶圆11的内部被吸收，而使熔融处理区域13形成在硅晶圆11的内部(即利用激光以通常的加热来形成熔融处理区域)，熔融处理区域13是由多光子吸收所形成的。利用多光子吸收使熔融处理区域的形成，例如，记载于焊接学会全国大会演讲概要第66集(2000年4月)第72页～第73页的「利用微微秒脉冲激光的硅加工特性评价」。
另外，硅晶圆，是将由熔融处理区域所形成的切断起点区域作为起点朝向剖面方向产生裂纹，利用该裂纹到达硅晶圆的表面及背面时，结果使其切断。到达硅晶圆的表面及背面的该裂纹有自然成长的情况，也有在硅晶圆利用施加外力来成长的情况。而且，从切断起点区域在硅晶圆表面及背面使裂纹自然成长的情况，也有形成切断起点区域的熔融处理区域在熔融的状态使裂纹成长的情况，及形成切断起点区域的熔融处理区域从熔融的状态下再固化时使裂纹成长的情况。但，任何情况的熔融处理区域仅在硅晶圆的内部形成，而在切断后的切断面上，如图12仅在内部形成熔融处理区域。这样，在加工对象物的内部由熔融处理区域形成切断起点区域时，则在割断时，难以产生从切断起点区域线偏离的不必要的裂纹，所以割断控制很容易。
(3)改性区域为折射率变化区域的情况
将聚光点对准在加工对象物(例如，玻璃)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。当极大地缩短脉冲宽度，并在加工对象物内部引起多光子吸收时，因多光子吸收而产生的能量不转换为热能，而在加工对象物内部引发离子价数变化、结晶化或极化取向等永久性的结构变化，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1ps以下。由多光子吸收而产生的折射率变化区域的形成，例如，记载在第42届激光热加工研究会论文集(1997年11月)的第105页～第111页的《由毫微微(femto)秒激光照射导致的对玻璃内部的光激发构造形成》中。
以上，作为由多光子吸收而形成的改性区域，对(1)～(3)的情况进行了说明，但若考虑晶圆状加工对象物的结晶结构及其劈开性(cleavage)等，若如下所述形成切断起点区域，则以该切断起点区域为起点，即可以用更小的力量精度良好地切断加工对象物。
即，在由硅等钻石结构的单晶半导体构成的基板的情况下，优选在沿着(111)面(第1劈开面)或(110)面(第2劈开面)的方向形成切断起点区域。另外，在由GaAs等的闪锌矿型结构的III-V族化合物半导体构成的基板的情况在，优选在沿着(110)面的方向形成切断起点区域。而且，在具有红宝石(Al2O3)等六方晶的结晶结构的基板的情况，优选以(0001)面(C面)为主面，在沿着(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切断起点区域。
而且，若沿着所要形成上述切断起点区域的方向(例如，沿着单晶硅基板的(111)面的方向)，或沿着与所要形成上述切断起点区域的方向垂直的方向，而在基板上形成取向平面上，则通过以该取向平面为基准，可容易且正确在基板上形成沿着所要形成切断起点区域的方向的切断起点区域。
下面，将说明本发明的优选实施方式。图14是本实施方式的激光加工方法中的加工对象物的平面图，图15是沿着图14所示加工对象物的XV-XV线的部分剖面图。
如图14及图15所示，加工对象物1，具有：由硅形成的厚度为290μm的基板4，和含有多个功能元件15的、在基板4的表面3上形成的叠层部16。功能元件15，具有：在基板4的表面3上叠层的层间绝缘膜17a，和配置在层间绝缘膜17a上的布线层19a、及以覆盖在布线层19a上的方式并叠层在层间绝缘膜17a上的层间绝缘膜17b、及在层间绝缘膜17b上配置的布线层19b。布线层19a和基板4，通过贯通层间绝缘膜17a的导电销20a电连接，布线层19b和布线层19a，通过贯通层间绝缘膜17b的导电销20b电连接。
而且，功能元件15是在平行及垂直于基板4的取向平面6的方向上形成多个的矩阵状，但是层间绝缘膜17a、17b，以覆盖基板4的表面3全体的方式而跨越相邻的功能元件15、15间而形成。
将如上构成的加工对象物1以如下方式切断成每一功能元件15。首先，如图16(a)所示，以覆盖叠层部16的方式将保护胶带22贴附在加工对象物1上。接着，如图16(b)所示，将基板4的背面21朝向上方并将加工对象物1固定在激光加工装置的载置台(未图示)上。此时，可利用保护胶带避免使叠层部16直接接触于载置台，故可保护各功能元件15。
而且，以通过相邻的功能元件15、15间的方式将预定切断线5设定成格子状(参考图14的虚线)，并将背面21作为激光射入面，使聚光点P对准在基板4的内部，而使激光L在产生多光子吸收的条件下一边照射，一边利用载置台的移动而使聚光点P沿着预定切断线5进行扫描。
使沿着该预定切断线5的聚光点P的扫描，对1条预定切断线5进行6次，但是，通过将从聚光点P所对准的位置到背面21的距离每一次都发生改变时，从表面3侧依顺序地，将1列质量改质区域71、3列分断改质区域(第1改质区域)72、及2列HC(half cut：半切割)改质区域(第2改质区域)73沿着预定切断线5逐列地形成在基板4的内部(对于各改质区域71、72、73的形成条件等在后面加以说明)。而且，因为基板4是由硅所形成的半导体基板，所以各改质区域71、72、73是熔融处理区域。
如上所述，将各改质区域71、72、73从基板4的背面21按照较远的顺序逐列地形成，当形成各改质区域71、72、73时，作为激光射入面的背面21与激光L的聚光点P之间不存在改质区域，因此不会由于已经形成的改质区域而引起激光L的散射、吸收等。因此，可使各改质区域71、72、73沿着预定切断线5精度良好地形成在基板4的内部。另外，通过将基板4的背面21作为激光射入面，即使在叠层部16的预定切断线5上存在有反射激光L的部件(例如，TEG)时，也可确实地使各改质区域71、72、73沿着预定切断线5形成在基板4的内部。
在此，在质量改质区域71的形成中，如图19所示，使基板4的表面3与质量改质区域71的表面侧端部71a的距离是在为5μm～15μm的位置，或使基板4的表面3与质量改质区域71的背面侧端部71b的距离在[(基板4的厚度)×0.1]μm～[20+基板4的厚度)×0.1]μm的位置，来形成一列的质量改质区域71。另外，在分断改质区域72的形成中，朝向基板4的厚度方向上以连续的方式来形成3列分断改质区域72。而且，在HC改质区域73的形成中，如图16(b)所示，通过形成2列的HC改质区域73，使沿着预定切断线5的断裂24从HC改质区域73产生在基板4的背面21。而且，根据形成条件，在相邻的分断改质区域72和HC改质区域73之间也有产生断裂24的情况。
形成各改质区域71、72、73之后，如第17(a)所示，将伸展带23贴附在加工对象物1的基板4的背面21。接着，如第17(b)所示，将紫外线照射在保护胶带22上，使其粘着力下降，如第18(a)所示，从加工对象物1的叠层部16来剥离保护胶带22。
剥离保护胶带22之后，如第18(b)所示，使伸展带23扩张，将各改质区域71、72、73作为起点而产生断裂，并将基板4及叠层部16沿着预定切断线5来进行切断，同时将被切而获得的各半导体芯片25相互地分离。
如以上说明，在上述激光加工方法中，将成为切断(断裂)的起点的质量改质区域71、分断改质区域72及HC改质区域73沿着预定切断线5形成在基板4的内部。因此，上述激光加工方法，形成有包括多个功能元件15的叠层部16的基板4的厚度即使为290μm较厚的情况下，也可对基板4及叠层部16进行高精度的切断。
具体地说，在上述激光加工方法中，通过在最接近基板4的背面21的分断改质区域72与背面21之间的位置上，形成2列HC改质区域73时，使沿着预定切断线5的断裂24从HC改质区域73产生在基板4的背面21。因此，将伸展带23贴附于基板4的背面21并使其扩张时，则可顺利地经由朝向厚度方向上以连续的方式形成的3列分断改质区域72，从基板4向叠层部16进行断裂，其结果，可使基板4及叠层部16沿着预定切断线5精度良好地切断。
而且，只要可使断裂从基板4朝向叠层部16顺利地进行，分断改质区域72并不限定于3列。通常，若使基板4变薄的话，则可减少分断改质区域72的列数，若使基板4较厚，则分断改质区域72的列数会增加。另外，只要可使断裂从基板4朝向叠层部16顺利地进行，则也可使分断改质区域72相互分离。另外，只要可使断裂24从HC改质区域73到基板4的背面21确实地产生，则HC改质区域73也可以是1列。
另外，上述激光加工方法中，使基板4的表面3与质量改质区域71的表面侧端部71a的距离在5μm～15μm的位置，或使基板4的表面3与质量改质区域71的背面侧端部71b的距离在[(基板4的厚度)×0.1]μm～[20+(基板4的厚度)×0.1]μm的位置上形成质量改质区域71。在以该位置形成质量改质区域71时，则形成在基板4的表面3上的叠层部16(在此，是层间绝缘膜17a、17b)也可沿着预定切断线5精度良好地切断。
通过使用如上的激光加工方法所切断的半导体芯片25中，如第18(b)所示，形成有各改质区域71、72、73的基板4的切断面(侧面)4a，及叠层部16的切断面(侧面)16a，是抑制了凹凸的高精确度的切断面。
图20是显示通过使用上述激光加工方法所切断的基板4的切断面4a的照片。如上述，基板4是由硅所构成，其厚度为300μm。各改质区域71、72、73的形成条件如下述表1的内容。另外，在表1中，所谓聚光点位置是指，激光L的聚光点P所对准的位置到背面21的距离，所谓能量是指，形成各改质区域71、72、73时的激光L的能量。另外，形成各改质区域71、72、73的时的激光L的脉冲宽度是180ns，激光L沿着预定切断线5照射时，1个脉冲的激光L所照射的位置(聚光点P所对准的位置)的间隔(以下，称为激光照射位置的间隔)为4μm。
表1
聚光点位置(μm)   能量(μJ)
质量改质区域71     267     15
分断改质区域72(表面3侧)     196     20
分断改质区域72     160     20
分断改质区域72(背面21侧)     125     20
 HC改质区域73(表面3侧)     71     10
 HC改质区域73(背面21侧)     39     10
此时，基板4的厚度方向上的质量改质区域71的宽度约为20μm，各分断改质区域72的宽度约为37μm，各HC改质区域73的宽度约为20μm。另外，表面3与质量改质区域71的表面侧端部71a的距离约为7μm，相向的质量改质区域71的背面侧端部71b与分断改质区域72的表面侧端部72a的距离约为59μm，相向的分断改质区域72的背面侧端部72b与HC改质区域73的表面侧端部73a的距离约为24μm。另外，各分断改质区域72，是朝基板4的厚度方向而连续形成。
但是，所谓质量改质区域71的宽度是指，质量改质区域71的表面侧端部71a及背面侧端部71b的距离(参考19图)。另外，所谓质量改质区域71的表面侧端部71a是指，沿着预定切断线5所形成的质量改质区域71的表面3侧端部的「基板4的厚度方向上的平均的位置」，而所谓质量改质区域71的背面侧端部71b是指，沿着预定切断线5所形成的质量改质区域71的背面21侧端部的「基板4的厚度方向上的平均的位置」。上述对于分断改质区域72及HC改质区域73也同样。
下面，将说明上述各改质区域71、72、73的形成条件等。而且，以下的形成条件等，在基板4的厚度为150μm～800μm的情况特别有效。
(1)对于形成HC改质区域73时的激光L的能量
形成HC改质区域73时的激光L的能量，如下述表2的数据可知，优选为1μJ～20μJ。更详细地说，基板4中的激光L的透射率是30％以上的情况下，优选为1μJ～10μJ，透射率为15％以下的情况下，优选为2μJ～20μJ。另外，透射率在基板4较厚、不纯物浓度高的情况下显著下降。
在上述条件下形成HC改质区域73时，可使以HC改质区域73为起点的断裂24，确实地到达基板4的背面21的倾向。另外，激光L的能量不足1μJ时，则以HC改质区域73为起点的断裂24，难以到达基板4的背面21。另一方面，激光L的能量超过20μJ时，则如图21所示，容易产生在基板4的背面21形成熔融等的损伤30。图21是显示形成HC改质区域73时，使激光L的聚光点P所对准的位置距背面21的距离为40μm，使激光L的能量为25μJ的情况下的基板4的背面21照片。
表2
  能量(μJ)     0.5     1.0     2.0     2.5     5.0     10     15     20     25
  透射率30％以上     △     ○     ○     ○     ○     ○     ×     ×     ×
  透射率15％以下     ×     △     ○     ○     ○     ○     ○     ○     ×
低能量侧的「△」：断裂24到达基板4的背面21部分与未到达部分相混的情况
低能量侧的「×」：断裂24大部分未到达基板4的背面21的情况
高能量侧的「×」：在基板4的背面21产生熔融等的损伤的情况
而且，表2数据，是使HC改质区域73距基板4的背面21为20μm～110μm范围内形成1列以上的情况。
(2)对于形成分断改质区域72时的激光L的能量
形成分断改质区域72时的激光L的能量，从下述的表3的数据可知，以形成HC改质区域73时的激光L的能量为1的情况下，优选为1.6～3.0。更详细地说，基板4中的激光L的透射率为30％以上的情况下，优选为1.6～3.0，透射率为15％以下的情况下，优选为2.3～3.0。
在上述条件下形成分断改质区域72时，则切断基板4和叠层部16时，将分断改质区域72作为起点的断裂由于沿着预定切断线5有精度良好地产生的倾向。另外，激光L的能量不足1.6时，当切断基板4及叠层部16时，难以产生以分断改质区域72为起点的断裂。另一方面，激光L的能量超过3.0时，在切断基板4及叠层部16时，以分断改质区域72为起点的断裂容易从预定切断线5偏离。
表3
    能量比     1.0     1.1     1.3     1.4     1.5     1.6     1.7     1.8
    透射率30％以上     ×     ×     ×     ×     △     ○     ○     ○
    透射率15％以下     ×     ×     ×     ×     ×     ×     ×     ×
    能量比     1.9     2.0     2.1     2.2     2.3     3.0     3.1     3.2
    透射率30％以上     ○     ○     ○     ○     ○     ○     △     ×
    透射率15％以下     ×     ×     △     △     ○     ○     △     ×
低能量侧的「△」：切断质量好的部分与坏的部分相混的情况
低能量侧的「×」：不施加过大的应力则不会产生断裂，切断质量坏的情况
高能量侧的「△」：切断质量好的部分及坏的部分相混的情况
高能量侧的「×」：在切断面产生缺口等，切断质量坏的情况
另外，当形成分断改质区域72时的激光L的能量，由下述表4可知，优选为2μJ～50μJ。更详细地说，基板4中的激光L的透射率为30％以上的情况下，优选为2μJ～20μJ(更优选为2μJ～15μJ)，透射率为15％以下的情况下，优选为3μJ～50μJ(更优选为3μJ～45μJ)。透射率为15％以下的情况下，激光L的能量的优选范围扩大，这是因为透射率变成越低，为了形成改质区域而有需要更大的能量。
在上述条件下形成分断改质区域72时，在切断基板4及叠层部16时，以分断改质区域72为起点的断裂，沿着预定切断线5有精度良好地产生的倾向。另外，激光L的能量2μJ时，在切断基板4及叠层部16时，难以产生以分断改质区域72为起点的断裂。另一方面，激光L的能量超过50μJ时，在切断基板4及叠层部16时，以分断改质区域72为起点的断裂容易从预定切断线5偏离。
表4
能量(μJ) 1.0  2.0  3.0  5.0  10  15  20  25  30  35  40  45  50  55
透射率30％以上 × ○ ○ ○ ○ ○ △ × × × × × × ×
透射率15％以下 × △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ ×
低能量侧的「△」：切断质量好的部分与坏的部分相混的情况
低能量侧的「×」：不施加过大的应力则不会产生断裂，切断质量坏的情况
高能量侧的「△」：切断质量好的部分与坏的部分相混的情况
高能量侧的「×」：在切断面产生缺口等，切断质量坏的情况
(3)对于形成质量改质区域71时的激光L的能量
当形成质量改质区域71时的激光L的能量，如下述表5的数据可知，以形成HC改质区域73时的激光L的能量为1的情况下，基板4中的激光L的透射率为30％以上时，优选为1.4～1.9，透射率为15％以下时，优选为2.3～3.0。
在上述条件下形成质量改质区域71时，在切断基板4及叠层部16时，以质量改质区域71为起点的断裂，沿着预定切断线5有精度良好地到达叠层部16的倾向。另外，激光L的能量低于上述条件时，在切断基板4及叠层部16时，以质量改质区域71为起点的断裂，容易从预定切断线5偏离而到达叠层部16。另一方面，激光L的能量超过上述条件时，则在叠层部16容易产生熔融等的损伤。
表5
能量比     1.0     1.1     1.3     1.4     1.5     1.6     1.7     1.8
透射率30％以上     ×     ×     △     ○     ○     ○     ○     ○
透射率15％以下     ×     ×     ×     ×     ×     ×     ×     ×
能量比     1.9     2.0     2.1     2.2     2.3     3.0     3.1     3.2
透射率30％以上     ○     △     ×     ×     ×     ×     ×     ×
透射率15％以下     ×     ×     △     △     ○     ○     △     ×
低能量侧的「△」：切断质量好的部分与坏的部分相混的情况
低能量侧的「×」：不施加过大的应力则不会产生断裂，切断质量坏的情况
高能量侧的「△」：在叠层部16产生部分性的熔融等损伤情况
高能量侧的「×」：在叠层部16产生熔融等损伤情况
而且，当形成质量改质区域71时的激光L的能量，如下述表6的数据可知，优选为2μJ～50μJ。更详细地说，基板4中的激光L的透射率为30％以上的情况下，优选为2μJ～20μJ(更优选为2μJ～15μJ)，透射率为15％以下的情况下，优选为3μJ～50μJ(更优选为3μJ～45μJ)。
在上述条件下来形成分断改质区域71时，则当切断基板4及叠层部16时，以质量改质区域71为起点的断裂，沿着预定切断线5有精度良好地到达叠层部16的倾向。又，激光L的能量不足2μJ时，则当切断基板4及叠层部16时，以质量改质区域71为起点的断裂，从预定切断线5偏离而容易达到叠层部16。另一方面，激光L的能量超过50μJ时，则在叠层部16容易产生熔融等的损伤。
表6
  能量(μJ) 1.0  2.0  3.0  5.0  10  15  20   25   30  35   40   45   50   55
  透射率30％以上 × ○ ○ ○ ○ ○ △ × × × × × × ×
  透射率15％以下 × △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ ×
低能量侧的「△」：切断质量好的部分与坏的部分相混的情况
低能量侧的「×」：不外加过大的应力则不会产生断裂，切断质量坏的情况
高能量侧的「△」：在叠层部16产生部分性的熔融等损伤的情况
高能量侧「×」：在叠层部16产生熔融等损伤的情况
(4)对于分断改质领域72的形成位置
当分别形成相邻的分断改质区域72时，激光L的聚光点P所对准的位置间的距离优选为24μm～70μm。更详细地说，基板4中的激光L的透射率为30％以上的情况下，优选为30μm～70μm，透射率为15％以下的情况下，优选为24μm～50μm。在上述条件下形成分断改质区域72时，使相邻的分断改质区域72、72彼此在基板4的厚度方向上有形成连续的倾向，其结果，即使在基板4较厚的情况下，也可容易地切断基板4及叠层部16。
另外，当形成分断改质区域72时，从激光L的聚光点P所对准的位置距背面21的距离，优选为50μm～[(基板4的厚度)×0.9(优选0.7)]μm。在上述条件下形成分断改质区域72时，即使在基板4较厚的情况下，也可容易切断基板4及叠层部16。
而且，形成相邻的分断改质区域72及HC改质区域73的情况下，当形成分断改质区域72时，激光L的聚光点P所对准的位置，优选处于，在形成HC改质区域73时从激光L的聚光点P所对准的位置到基板4的表面3侧为30μm～100μm的范围内。此时，相向的分断改质区域72的背面侧端部，和HC改质区域73的表面侧端部的距离为15μm～60μm(优选为15μm～35μm)，在相邻的分断改质区域72与HC改质区域73之间，断裂24。
(5)对于HC改质区域73的形成位置
当形成HC改质区域73时，从激光L的聚光点P所对准的位置距背面21的距离，优选为20μm～110μm。在上述条件下形成HC改质区域73时，以HC改质区域73为起点的断裂24，有确实地到达基板4的背面21的倾向。另外，距背面21的距离不足20μm时，如图22所示，在基板4的背面21容易产生熔融等的损伤30。图22，是显示当形成HC改质区域73时，从激光L的聚光点P所对准的位置到背面21的距离为15μm，激光L的能量为10μJ的情况下，基板4的背面21的照片。另一方面，距背面21的距离超过110μm时，以HC改质区域73为起点的断裂24，难以达到基板4的背面21。另外，此时基板4的背面21与HC改质区域73的背面侧端部的距离为10μm～100μm。
(6)对于相向的分断改质区域72的背面侧端部及HC改质区域73的表面侧端部的距离
相向的分断改质区域72的背面侧端部和HC改质区域73的表面侧端部的距离优选为15μm～60μm，更优选为为15μm～35μm。在上述条件下形成分断改质区域72及HC改质区域73时，当切断基板4及叠层部16时，以各改质区域72、73为起点的断裂，沿着预定切断线5有精度良好地产生的倾向，因此半导体芯片25的基板4的切断面4a形成高精确度的切断面。另外，该距离不足15μm时，当切断基板4及叠层部16时，以各改质区域72、73为起点的断裂，容易从预定切断线5偏离，因而半导体芯片25的基板4的切断面4a成为难以形成高精确度的切断面。另一方面，该距离超过60μm时，当切断基板4及叠层部16时，使分断改质区域72及HC改质区域73的相互作用变小，半导体芯片25的基板4的切断面4a难以形成高精确度的切断面。
(7)对于相向的质量改质区域71的背面侧端部和分断改质区域72的表面侧端部的距离
相向的质量改质区域71的背面侧端部和分断改质区域72的表面侧端部的距离优选为0μm～[(基板4的厚度)-(基板4的厚度)×0.6]μm。在上述条件下形成质量改质区域71及分断改质区域72时，当切断基板4及叠层部16时，以各改质区域71、72为起点的断裂，沿着预定切断线5有精度良好地产生的倾向，故半导体芯片25的基板4的切断面4a及叠层部16的切断面16a形成高精度的切断面。另外，该距离超过[(基板4的厚度)-(基板4的厚度)×0.6]μm时，则当切断基板4及叠层部16时，质量改质区域71及分断改质区域72之间，半导体芯片25的基板4的切断面4a难以形成高精确度的切断面。另外，使该距离为0μm时，是只由激光L的照射来完全地切断基板4的情况。
(8)对于质量改质区域71的形成位置
优选在使基板4的表面3与质量改质领域71的表面侧端部的距离为5μm～15μm的位置上，或使基板4的表面3及质量改质区域71的背面侧端部的距离为[(基板4的厚度)×0.1]μm～[20+(基板4的厚度)×0.1]μm的位置上形成质量改质区域71。在上述条件下形成质量改质区域71时，如图23所示，可将周缘(skirt)宽度S抑制在3μm以下，形成在基板4的表面3的叠层部16也可沿着预定切断线5精度良好地被切断。
而且，在使基板4的表面3和质量改质区域71的表面侧端部的距离为5μm～10μm的位置上形成质量改质区域71时，则如图23所示，可将周缘宽度S抑制在1μm以下，使基板4的表面3侧的端部及叠层部16沿着预定切断线5更精度良好地切断。另外，对于基板4的表面3和质量改质区域71的背面侧端部的距离，优选在使该距离为[(5+(基板4的厚度)×0.1]μm～[20+(基板4的厚度)×0.1]μm的位置上形成质量改质区域71，更优选在使该距离为[5+(基板4的厚度)×0.1]μm～[10+(基板4的厚度)×0.1]μm的位置上形成质量改质区域71。在上述条件下形成质量改质区域71时，可使基板4的表面3侧的端部和叠层部16沿着预定切断线5更精度良好地被切断。
而且，在图23中，所谓聚光点位置是指，从激光L的聚光点P所对准的位置到背面21的距离，所谓能量是指，当形成质量改质区域71时的激光L的能量。另外，所谓背面侧端部位置是指，质量改质区域71的背面侧端部到背面的距离，所谓宽度是指，质量改质区域71的表面侧端部与背面侧端部的距离，所谓表面侧端部位置是指，从质量改质区域71的表面侧端部到表面3的距离。
另外，基板4的表面3与质量改质区域71的表面侧端部的距离不足5μm时，则如图24所示，在基板4的表面3容易产生熔融等损伤30。图24是显示当形成质量改质区域71时从激光L的聚光点P所对准的位置距表面3的距离作成3μm，在使激光L的能量为15μJ的情况下的基板4的切断面照片。
(9)对于各改质区域71、72、73的宽度
基板4的厚度方向上的HC改质区域73的宽度(HC改质区域73形成多个列的情况时宽度的合计)优选为110μm以下。在上述条件下形成HC改质区域73时，则从HC改质区域73到达基板4的背面21的断裂24，沿着预定切断线5有精度良好地形成的倾向。另外，HC改质区域73的宽度超过110μm时，则从HC改质区域73到达基板4的背面21的断裂24容易从预定切断线5偏离。
另外，基板4的厚度方向上的分断改质区域72的宽度合计优选为40μm～[(基板4的厚度)×0.9]μm。在上述条件下来形成分断改质区域72时，则当切断基板4及叠层部16时，以分断改质区域72为起点的断裂，沿着预定切断线5有精度良好地产生的倾向，因而半导体芯片25的基板4的切断面4a形成高精度的切断面。而且，分断改质区域72的宽度合计不足40μm时，当切断基板4及叠层部16时，难以产生以分断改质区域72为起点的断裂，半导体芯片25的基板4的切断面4a难以成为高精度的切断面。另一方面，分断改质区域72的宽度合计超过[(基板4的厚度)×0.9]μm时，则当切断基板4及叠层部16时，以分断改质区域72为起点的断裂容易从预定切断线5偏离，半导体芯片25的基板4的切断面4a难以成为高精确度的切断面。
另外，基板4的厚度方向上的质量改质区域71的宽度是优选为「(基板4的厚度)×0.1]μm以下。在上述条件下形成质量改质区域71时，则当切断基板4及叠层部16时，以质量改质区域71为起点的断裂，沿着预定切断线5有精度良好地到达叠层部16倾向。而且，质量改质区域71的宽度超过[(基板4的厚度)×0.1]μm时，则当切断基板4及叠层部16时，以质量改质区域71为起点的断裂容易从预定切断线5偏离而到达叠层部16。
下面，对于有关图25的加工结果进行说明。
图25是显示通过使用上述激光加工方法所切断的基板4的切断面4a的照片。如上所述，基板4是由硅所构成，其厚度为290μm。各改质区域71、72、73的形成条件如下述表7的内容。而且，在表7中，所谓聚光点位置是指，从激光L的聚光点P所对准的位置距背面21的距离，所谓能量是指，当形成各改质区域71、72、73时的激光L的能量。另外，当形成各改质区域71、72、73时的激光L的脉冲宽为150ns，当激光L沿着预定切断线5照射时1个脉冲的激光L照射的位置(聚光点P所对准的位置)的间隔(以下，称为激光照射位置的间隔)是3.75μm。
表7
聚光点位置(μm) 能量(μJ)
质量改质区域71     275     7
分断改质区域72(表面3侧)     228     14
分断改质区域72     194     14
分断改质区域72(背面21侧)     165     14
 HC改质区域73(表面3侧)     104     14
 HC改质区域73(背面21侧)     57     9
此时，基板4的厚度方向上的质量改质区域71的宽度约为22μm，各分断改质区域72的宽度约为33μm，表面3侧的HC改质区域73的宽度约为28μm，背面21侧的HC改质区域73的宽度约为20μm。另外，表面3与质量改质区域71的表面侧端部71a的距离约为8μm，相向的质量改质区域71的背面侧端部71b与分断改质区域72的表面侧端部72a的距离约为25μm，相向的分断改质区域72的背面侧端部72b与HC改质区域73的表面侧端部73a的距离约为25μm。另外，各分断改质区域72，在朝向基板4的厚度方向上连续地形成。
通过如上所述形成改质层，与图20相比，可抑制在从表面3侧的HC改质区域73延伸的裂缝上产生段差(由于该段差使割断面不能成为均匀的面)。而且，由于裂缝的段差，由形成背面21侧的HC改质区域73时的激光射入，而在割断面产生熔融蓄积，这样可以防止形成较大的粉尘。
作为为此的条件，在图20的实施例中，使形成表面3侧的HC改质区域73及背面21侧的HC改质区域73时的激光的能量相同，但是，在本实施例中，使形成表面3侧的HC改质区域73时的激光的能量，比形成背面21侧的HC改质区域73时的激光的能量更大。
而且，此情况下，形成表面3侧的HC改质区域73时，使激光的能量，与形成前述的分断改质区域72时的激光L的能量的条件同样。即，优选为2μJ～50μJ。更详细地说，在基板4中的激光L的透射率为30％以上的情况下，优选为2μJ～20μJ(更优选为2μJ～15μJ)，透射率为15％以下的情况下，优选为3μJ～50μJ(更优选为3μJ～45μJ)。
另外，以背面21侧的HC改质区域73的能量为1时的、形成表面3侧的HC改质区域73时的激光的能量，与形成后述的分断改质区域72时的激光L的能量条件(＝以HC改质区域73的能量为1时的、形成分断改质区域72时的激光的能量)为同样的条件。
即，以背面21侧的HC改质区域73的能量为1时的、形成表面3侧的HC改质区域73时的激光L的能量，优选为1.3～3.3。更详细地说，基板4中的激光L的透射率为30％以上的情况下，优选为1.3～3.0，透射率为15％以下的情况下，优选为1.5～3.3。
(10)对于形成分断改质区域72时的激光L的能量和形成HC改质区域73时的激光L的能量的关系
在形成多个列的HC改质区域73的情况下，形成分断改质区域72时的激光L的能量，如下述表8的数据可知，以形成最接近于基板4的背面21的HC改质区域73时的激光L的能量为1，则形成分断改质区域72时的激光的能量优选为1.3～3.3。更详细地说，基板4中的激光L的透射率为30％以上的情况下，优选为1.3～3.0，透射率为15％以下的情况下，优选为1.5～3.3。
在上述条件下形成多个列的HC改质区域73时，则形成第二接近于基板4的背面21的HC改质区域73时，由于，由该HC改质区域73的形成所产生的断裂24并未到达基板4的背面21附近，因此，当形成最接近于基板4的背面21的HC改质区域73时，断裂24的内面熔融而可用来防止粉尘的产生。
表8
  能量比     1.0     1.1     1.3     1.4     1.5     1.6     1.7     1.8
  透射率30％以上     ×     ×     ○     ○     ○     ○     ○     ○
  透射率15％以下     ×     ×     ×     △     ○     ○     ○     ○
  能量比     1.9     2.0     2.1     2.2     2.3     3.0     3.1     3.2
  透射率30％以上     ○     ○     ○     ○     ○     ○     ×     ×
  透射率15％以下     ○     ○     ○     ○     ○     ○     ○     ○
  能量比     3.3     3.4     3.5     3.6
  透射率30％以上     ×     ×     ×     ×
  透射率15％以下     ○     △     ×     ×
低能量侧的「△」：切断质量好的部分与坏的部分相混的情况
低能量侧的「×」：不外加过大的应力则不会产生断裂，切断质量坏的情况
高能量侧的「△」：切断质量好的部分与坏的部分相混的情况
高能量侧的「×」：在切断面产生缺口等，切断质量坏的情况
(11)对于形成质量改质区域71时的激光L的能量
在形成质量改质区域71时的激光L的能量，如下述表9可知，以形成背面21侧的HC改质区域73时的激光L的能量为1的情况下，基板4中的激光L的透射率为30％以上时，优选为0.6～1.9，透射率为15％以下时，优选为0.6～3.0。
在上述条件下形成质量改质区域71时，则当切断基板4及叠层部16时，以质量改质区域71为起点的断裂，沿着预定切断线5有精度良好地到达叠层部16的倾向。而且，在激光L的能量低于上述条件时，则当切断基板4及叠层部16时，以质量改质区域71为起点的断裂容易从预定切断线5偏离而到达叠层部16。另一方面，激光L的能量超过上述条件时，则在叠层部16容易产生熔融等损伤。
表9
  能量比     0.3     0.4     0.5     0.6     0.7     0.8     0.9
  透射率30％以上     ×     ×     △     ○     ○     ○     ○
  透射率15％以下     ×     ×     △     ○     ○     ○     ○
  能量比     1.0     1.1     1.3     1.4     1.5     1.6     1.7     1.8
  透射率30％以上     ○     ○     ○     ○     ○     ○     ○     ○
  透射率15％以下     ○     ○     ○     ○     ○     ○     ○     ○
  能量比     1.9     2.0     2.1     2.2     2.3     3.0     3.1     3.2
  透射率30％以上     ○     △     ×     ×     ×     ×     ×     ×
  透射率15％以下     ○     ○     ○     ○     ○     ○     △     ×
低能量侧的「△」：切断质量好的部分及坏的部分相混的情况
低能量侧的「×」：不外加过大的应力则不会产生断裂，切断质量坏的情况
高能量侧的「△」：在叠层部16产生部分性的熔融等损伤的情况
高能量侧的「×」：在叠层部16产生熔融等损伤的情况
而且，形成质量改质区域71时的激光L的能量，与前述表6的数据相同。即，优选为2μJ～50μJ。更详细地说，基板4中的激光L的透射率为30％以上的情况下，优选为2μJ～20μJ(更优选为2μJ～15μJ)，透射率为15％以下的情况下，优选为3μJ～50μJ(更优选为3μJ～45μJ)。
(12)对于HC改质区域73形成多个列的情况的HC改质区域73的形成位置
在HC改质区域73形成多个列的情况下，当形成最接近于基板4的背面21的HC改质区域73时，从激光L的聚光点P所对准的位置距背面21的距离为20μm～110μm，当形成第二接近于基板4的背面21的HC改质区域73时，从激光L的聚光点P所对准的位置距背面21的距离优选为140μm以下。
在上述条件下形成多个列形成HC改质区域73时，则当形成第二接近于基板4的背面21的HC改质区域73时，由于形成该HC改质区域73所产生的断裂24并未到达基板4的背面21附近，因此，当形成最接近于基板4的背面21的HC改质区域73时，断裂24的内面熔融可防止产生粉尘。
以上，对各改质区域71、72、73的形成条件等进行了说明，但是形成各改质区域71、72、73时的激光L的脉冲宽度优选为500ns以下，更优选为10ns～300ns(最优选为100ns～300ns)。另外，激光照射位置的间隔优选为0.1μm～10μm。激光照射位置的间隔，可由激光重复频率及激光的移动速度适当地设定。
另外，在分断改质区域72的形成时，当未满足对于上述分断改质区域72的各种形成条件时，则如图26(a)所示，加工对象物1在半导体芯片25中会产生未切断的部分。另一方面，当满足对于上述分断改质区域72的各种形成条件时，则如图26(b)所示，加工对象物1的全体被确实地被切断为半导体芯片25。
本发明，并不限定于上述实施方式。例如，虽然上述实施方式是在基板4的内部产生多光子吸收而形成各改质区域71、72、73的情况，但是也有在基板4的内部产生与多光子吸收同等的光吸收而形成各改质区域71、72、73的情况。
另外，上述实施方式，是从叠层部16侧依次在基板4的内部形成1列质量改质区域71、3列分断改质区域72、及2列HC改质区域73的情况，但是也可如下列方式在基板4的内部形成各改质区域71、72、73。
例如，如图27所示，也可从基板4的表面3侧依次在基板4的内部形成1列质量改质区域71、2列分断改质区域72、及1列HC改质区域73。在此，基板4是由硅构成，其厚度为200μm。各改质区域71、72、73的形成条件如下述表10的内容。而且，当形成各改质区域71、72、73时的激光L的脉冲宽度是150ns，激光照射位置的间隔是4μm。
表10
聚光点位置(μm) 能量(μJ)
质量改质区域71 167  15
分断改质区域72(表面3侧) 121  20
分断改质区域72(背面21侧) 71  20
 HC改质区域73 39  10
另外，如图28所示，也可从基板4的表面3侧依次在基板4的内部形成1列质量改质区域71、2列分断改质区域72、及2列HC改质区域73。在此，基板4是由硅构成，其厚度为300μm。各改质区域71、72、73的形成条件如下述表11的内容。而且，在形成各改质区域71、72、73时的激光L的脉冲宽度是150ns，激光照射位置的间隔，在质量改质区域71为4μm，在分断改质区域72(表面3侧)为1μm，在分断改质区域72(背面21侧)为4μm，在HC改质区域73(表面3侧)为4μm，在HC改质区域73(背面21侧)为4μn。
表11
聚光点位置(μm) 能量(μJ)
质量改质区域71     256     15
分断改质区域72(表面3侧)     153     20
分断改质区域72(背面21侧)     121     20
 HC改质区域73(表面3侧)     71     10
 HC改质区域73(背面21侧)     39     10
而且，如图29所示，也可从基板4的表面3侧依次在基板4的内部形成1列质量改质区域71、19列分断改质区域72、及2列HC改质区域73形成在基板4的内部。在此，基板4是由硅构成，其厚度为725μm。各改质区域71、72、73的形成条件如下述表12的内容。而且，在形成各改质区域71、72、73时的激光L的脉冲宽度是150ns，激光照射位置的间隔是4μm。
表12
聚光点位置(μm) 能量(μJ)
质量改质区域71     644     15
分断改质区域72(表面3侧)     641     20
分断改质区域72     612     20
分断改质区域72     584     20
分断改质区域72     555     20
分断改质区域72     527     20
分断改质区域72     498     20
分断改质区域72     470     20
分断改质区域72     441     20
分断改质区域72     413     20
分断改质区域72     384     20
分断改质区域72     356     20
分断改质区域72     328     20
分断改质区域72     299     20
分断改质区域72     271     20
分断改质区域72     242     20
分断改质区域72     214     20
分断改质区域72     185     20
分断改质区域72     157     20
分断改质区域72(背面21侧)     121     20
HC改质区域73(表面3侧)     71     10
HC改质区域73(背面21侧)     39     10
而且，在表10～表12中，所谓聚光点位置是指，从激光L的聚光点P所对准的位置距背面21的距离，所谓能量是指，当形成各改质区域71、72、73时的激光L的能量。
产业上的利用可能性
本发明，即使在形成有含有多个功能元件的叠层部的基板较厚的况下，也可高精度地切断基板及叠层部。

Claims (19)

1.一种激光加工方法，是通过将聚光点对准在表面形成有包含多个功能元件的叠层部的基板内部并照射激光，以此沿着所述基板的预定切断线，在所述基板内部形成作为切断起点的改质区域的方法，其特征在于，包括：
形成多列沿着所述预定切断线的第1改质区域的工序，和
通过在最接于所述基板的背面的所述第1改质区域和所述背面之间的位置上，形成至少1列沿着所述预定切断线的第2改质区域，以此，从所述第2改质区域向所述背面发生沿着所述预定切断线的断裂的工序。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：所述基板为半导体基板，所述第1改质区域及所述第2改质区域包含熔融处理区域。
3.如权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于：以所述背面为激光射入面，并以距所述背面较远的顺序逐列形成所述第1改质区域及所述第2改质区域。
4.如权利要求1～3中任何一项所述的激光加工方法，其特征在于：形成所述第1改质区域时的激光的能量为2μJ～50μJ。
5.如权利要求1～4中任何一项所述的激光加工方法，其特征在于：形成所述第2改质区域时的激光的能量为1μJ～20μJ。
6.如权利要求1～5中任何一项所述的激光加工方法，其特征在于：形成所述第1改质区域时的激光的能量，大于形成所述第2改质区域时的激光的能量。
7.如权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于：以形成所述第2改质区域时的激光的能量为1时，形成所述第1改质区域时的激光的能量为1.6～3.0。
8.如权利要求1～7中任何一项所述的激光加工方法，其特征在于：形成相邻的所述第1改质区域时，使激光的聚光点所对准的位置之间的距离为24μm～70μm。
9.如权利要求1～8中任何一项所述的激光加工方法，其特征在于：形成所述第1改质区域时，使激光的聚光点所对准的位置距所述背面的距离为50μm～[(所述基板的厚度)×0.9]μm。
10.如权利要求1～8中任何一项所述的激光加工方法，其特征在于：形成所述第2改质区域时，使激光的聚光点所对准的位置距所述背面的距离为20μm～110μm。
11.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：在形成多列所述第2改质区域的情况下，形成所述第1改质区域时的激光的能量，大于形成最接于所述基板的背面的所述第2改质区域时的激光的能量。
12.如权利要求11所述的激光加工方法，其特征在于：在形成多列所述第2改质区域的情况下，在以形成最接近于所述基板的背面的所述第2改质区域时的激光的能量为1时，形成距所述基板的背面最远的所述第2改质区域时的激光的能量为1.3～3.3。
13.如权利要求11所述的激光加工方法，其特征在于：在形成多列所述第2改质区域的情况下，在以形成最接近于所述基板的背面的所述第2改质区域时的激光的能量为1时，形成所述第1改质区域时的激光的能量为1.3～3.3。
14.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：在形成多列所述第2改质区域的情况下，在形成最接近于所述基板的背面的所述第2改质区域时，使激光的聚光点所对准的位置距所述背面的距离为20μm～110μm，在形成第二接近于所述基板的背面的所述第2改质区域时，使激光的聚光点所对准的位置距所述背面的距离为140μm以下。
15.如权利要求1～14中任何一项所述的激光加工方法，其特征在于：还包括沿着所述预定切断线将所述基板及所述叠层部切断的工序。
16.一种半导体芯片，该芯片具有，基板，和含有功能元件、并形成在所述基板的表面的叠层部，其特征在于：
在所述基板的侧面，在所述基板的厚度方向上连续地形成有沿着所述背面的多列第1改质区域；
在所述侧面上，在最接近于所述背面的所述第1改质区域和所述背面之间的位置上，形成有沿着所述背面的至少1列第2改质区域。
17.如权利要求16所述的半导体芯片，其特征在于：所述基板为半导体基板，所述第1改质区域及所述第2改质区域包含熔融处理区域。
18.如权利要求16或17所述的半导体芯片，其特征在于：相向的所述第1改质区域的背面侧端部与所述第2改质区域的表面侧端部的距离为15μm～60μm。
19.如权利要求16～18中任何一项所述的半导体芯片，其特征在于：在所述基板的厚度方向上的所述第1改质区域的宽度的合计为40μm～[(所述基板的厚度)×0.9]μm。
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