DE112007000608T5

DE112007000608T5 - Laserbearbeitungsverfahren und Laserbearbeitungssystem

Info

Publication number: DE112007000608T5
Application number: DE112007000608T
Authority: DE
Inventors: Fumitsugu Hamamatsu Fukuyo; Etsuji Hirakata Ohmura; Kenshi Hamamatsu Fukumitsu; Masayoshi Hamamatsu Kumagai; Kazuhiro Hamamatsu Atsumi; Naoki Hamamatsu Uchiyama
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2009-01-15
Also published as: KR101408491B1; US8890027B2; KR20080103508A; JP2007245173A; JP4322881B2; US20090236324A1; WO2007105537A1; CN101400475A; CN101400475B

Abstract

Laserbearbeitungsverfahren, die Schritte umfassend:
Bestrahlen eines zu bearbeitenden planaren Objekts mit Laserlicht mit einer ersten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts an einer ersten Position, die durch einen ersten Abstand in einer Dickenrichtung des Objekts von einer Laserlichteintrittsfläche des Objekts getrennt ist, lokalisiert wird, um eine erste modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang einer Linie zum Schneiden des Objekts wird; und
Bestrahlen des Objekts mit Laserlicht mit einer zweiten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts an einer zweiten Position, die durch einen zweiten Abstand in der Dickenrichtung des Objekts von der Laserlichteintrittsfläche getrennt ist, lokalisiert wird, um eine zweite modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang der zu schneidenden Linie wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungsverfahren und eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden eines zu bearbeitenden planaren Objekts entlang einer zu schneidenden Linie.
Stand der Technik
Als eine herkömmliche Technik ist auf dem oben genannten Gebiet ein Halbleiterscheibenteilungsverfahren bekannt, das die Schritte des Bestrahlens einer Halbleiterscheibe mit Laserlicht, das durch die Halbleiterscheibe hindurch übertragbar ist, entlang einer Linie zum Teilen, um eine modifizierte Schicht in der Halbleiterscheibe entlang der Linie zum Teilen auszubilden; und dann des Dehnens eines dehnbaren Schutzbandes, das an einer Fläche der Halbleiterscheibe angehaftet ist, um die Halbleiterscheibe entlang der modifizierten Schicht zu teilen (siehe zum Beispiel Patentdokuments 1) umfasst.
Patentdokument 1: Offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 2005-129607
Offenlegung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Es gibt jedoch verschiedene Arten zu bearbeitender planarer Objekte, die sich in Bezug auf Form, Struktur, Material, Kristallorientierung und Ähnliches unterscheiden, so dass es Fälle gibt, bei denen modifizierte Regionen, die sich in ihren Arten voneinander unterscheiden (Größe, Leichtigkeit der Erzeugung von Brüchen und Ähnliches), in einem einzelnen zu bearbeitenden Objekt ausgebildet werden sollten, um das Objekt genau entlang der zu schneidenden Linie zu schneiden.
In Anbetracht derartiger Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laserbearbeitungsverfahren und eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die modifizierte Regionen, deren Arten sich voneinander unterscheiden, zuverlässig in einem einzelnen zu bearbeitenden Objekt ausbilden können.
Einrichtungen zum Lösen des Problems
Die Erfinder haben sorgfältige Untersuchungen durchgeführt, um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, und haben als Ergebnis festgestellt, dass sich, wenn das Objekt mit impulsoszilliertem Laserlicht bestrahlt wird, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts lokalisiert wird, die Temperaturverteilung in der Umgebung des Konvergenzpunktes gemäß der Impulswellenform ändert, wodurch Arten (Größe, Leichtigkeit des Erzeugens von Brüchen und Ähnliches) modifizierter Regionen verändert werden, die in der Nähe des Konvergenzpunkts ausgebildet sind. Dies kommt daher, weil selbst dann, wenn es durch das Objekt hindurch übertragen werden kann, das Laserlicht leichter absorbiert werden kann, wenn die Temperatur des Objekts höher ist, da der Absorptionskoeffizient von der Temperatur abhängt. Die Erfinder haben auf Basis einer derartigen Erkenntnis weitere Untersuchungen durchgeführt, um dadurch die vorliegende Erfindung abzuschließen.
Das Laserbearbeitungsverfahren nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst nämlich die Schritte des Bestrahlens eines zu bearbeitenden planaren Objekts mit Laserlicht mit einer ersten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts an einer ersten Position, die durch einen ersten Abstand in einer Dickenrichtung des Objekts von einer Laserlichteintrittsfläche des Objekts getrennt ist, lokalisiert wird, um eine erste modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang einer Linie zum Schneiden des Objekts wird; und des Bestrahlens des Objekts mit Laserlicht mit einer zweiten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts an einer zweiten Position, die durch einen zweiten Abstand in der Dickenrichtung des Objekts von der Laserlichteintrittsfläche des Objekts getrennt ist, lokalisiert wird, um eine zweite modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang der zu schneidenden Linie wird.
Dieses Laserbearbeitungsverfahren kann die erste und zweite modifizierte Region, deren Arten sich voneinander unterscheiden, an der ersten und zweiten Position, die durch den ersten bzw. zweiten Abstand in der Dickenrichtung des Objekts von der Laserlichteintrittsfläche des Objekts getrennt sind, zuverlässig entlang der zu schneidenden Linie ausbilden.
Vorzugsweise wird bei diesem Laserbearbeitungsverfahren das Objekt entlang der zu schneidenden Linie ausgehend von der ersten und zweiten modifizierten Region geschnitten, die als Schnittanfangspunkte wirken. Dadurch kann das Objekt genau entlang der zu schneidenden Linie geschnitten werden.
Das Laserbearbeitungsverfahren nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte des Bestrahlens eines zu bearbeitenden planaren Objekts mit Laserlicht mit einer ersten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts lokalisiert wird, um eine erste modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang einer ersten Linie zum Schneiden des Objekts wird; und des Bestrahlens des Objekts mit Laserlicht mit einer zweiten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts lokalisiert wird, um eine zweite modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang einer zweiten Linie zum Schneiden des Objekts wird.
Dieses Laserbearbeitungsverfahren kann die erste und zweite modifizierte Region, deren Arten sich voneinander unterscheiden, zuverlässig innerhalb des Objekts entlang der ersten bzw. zweiten zu schneidenden Linie ausbilden. Es gibt einen Fall, bei dem die erste und zweite zu schneidende Linie einander schneiden.
Vorzugsweise wird bei diesem Laserbearbeitungsverfahren das Objekt entlang der ersten und zweiten zu schneidenden Linie ausgehend von der ersten und zweiten modifizierten Region geschnitten, die als Schnittanfangspunkte wirken. Dadurch kann das Objekt genau entlang der ersten und zweiten zu schneidenden Linie geschnitten werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung, um eine modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb eines zu bearbeitenden planaren Objekts wird, wobei die Vorrichtung einen Anbringungstisch zum Anbringen des Objekts, eine Laserlichtquelle zum Impulsoszillieren von Laserlicht, eine Impulswellenformänderungseinrichtung zum Ändern einer Impulswellenform des Laserlichts, das von der Laserlichtquelle impulsoszilliert wird, und eine Kondensorlinse zum Konvergieren des Laserlichts, das von der Laserlichtquelle impulsoszilliert wird, in das Objekt hinein, das an dem Anbringungstisch angebracht ist, und zum Ausbilden der modifizierten Region an einem Konvergenzpunkt des Laserlichts umfasst.
Bei dieser Laserbearbeitungsvorrichtung kann die Impulswellenform des Laserlichts, das von der Laserlichtquelle impulsoszilliert wird, von der Impulswellenformänderungseinrichtung geändert werden, wodurch modifizierte Regionen, deren Arten sich voneinander unterscheiden, zuverlässig innerhalb eines einzelnen zu bearbeitenden Objekts ausgebildet werden können.
Effekt der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann modifizierte Regionen, deren Arten sich voneinander unterscheiden, zuverlässig innerhalb eines einzelnen zu bearbeitenden Objekts ausbilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht eines zu bearbeitenden Objekts während der Laserbearbeitung durch das Laserbearbeitungsverfahren nach einer Ausführung;
2 ist eine Schnittansicht des Objekts, die entlang der Linie II-II von 1 ausgeführt ist;
3 ist eine Draufsicht des Objekts nach der Laserbearbeitung durch das Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung;
4 ist eine Schnittansicht des Objekts, die entlang der Linie IV-IV von 3 ausgeführt ist;
5 ist eine Schnittansicht des Objekts, die entlang der Linie V-V von 3 ausgeführt ist;
6 ist eine Draufsicht des Objekts, das mit dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung geschnitten wurde;
7 ist eine graphische Darstellung, die Beziehungen zwischen der Spitzenleistungsdichte und der Rissstellengröße bei dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung zeigt;
8 ist eine Schnittansicht des Objekts in einem ersten Schritt des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung;
9 ist eine Schnittansicht des Objekts in einem zweiten Schritt des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung;
10 ist eine Schnittansicht des Objekts in einem dritten Schritt des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung;
11 ist eine Schnittansicht des Objekts in einem vierten Schritt des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung;
12 ist eine Ansicht, die eine Fotografie eines Schnittabschnitts in einem Teil einer Silizium-Halbleiterscheibe zeigt, die mit dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung geschnitten worden ist;
13 ist eine graphische Darstellung, die Beziehungen zwischen der Laserlichtwellenlänge und der Transmission innerhalb eines Siliziumsubstrats bei dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung zeigt;
14 ist eine Ansicht zum Erklären eines Prinzips des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung;
15 ist eine graphische Darstellung, die Beziehungen zwischen Zeit und Impulsintensität bei dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung zeigt;
16 ist eine Tabelle, die die höchste Temperatur, die erreicht wurde, und den den Schmelzpunkt übersteigenden Bereich für jede Impulswellenform zeigt;
17 ist eine Ansicht, die Fotografien eines Schnittabschnitts einer Silizium-Halbleiterscheibe zeigt, die mit dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung geschnitten worden ist, wobei sich (a) und (b) auf Fälle beziehen, die mit Laserlicht mit Impulswellenformen bestrahlt wurden, wobei α = 0,34 bzw. α = 0,76;
18 ist eine Draufsicht des Objekts, das mit dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung zu bearbeiten ist;
19 ist eine Teilschnittansicht, die entlang der Linie XIX-XIX von 18 ausgeführt ist;
20 ist eine Teilschnittansicht des Objekts zum Erklären des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung und stellt einen Zustand dar, bei dem ein dehnbares Band an dem Objekt angebracht ist;
21 ist eine Teilschnittansicht des Objekts zum Erklären des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung und stellt einen ersten Zustand des Bestrahlens des Objekts mit Laserlicht dar;
22 ist eine Teilschnittansicht des Objekts zum Erklären des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung und stellt einen zweiten Zustand des Bestrahlens des Objekts mit Laserlicht dar;
23 ist eine Teilschnittansicht des Objekts zum Erklären des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung und stellt einen Zustand dar, bei dem das dehnbare Band gedehnt ist;
24 ist eine Teilschnittansicht des Objekts zum Erklären des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung und stellt einen Zustand dar, bei dem das Objekt in Halbleiterchips geschnitten ist;
25 ist eine Teilschnittansicht, die entlang der Linie XXV-XXV von 22 ausgeführt ist; und
26 ist eine schematische Darstellung, die die Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer Ausführung zeigt.
Beste Arten der Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich erklärt. Bei dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung trägt außerdem ein Phänomen, das als Mehrphotonenabsorption bekannt ist, zum Ausbilden einer modifizierten Region innerhalb eines zu bearbeitenden Objekts bei. Daher wird zu Beginn ein Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer modifizierten Region mit der Mehrphotonenabsorption erklärt.
Ein Material wird transparent, wenn seine Absorptionsbandlücke E_G größer ist als die Photonenenergie hv. Folglich ist eine Bedingung, unter der Absorption bei dem Material auftritt, hv > E_G. Jedoch erzeugt das Material selbst dann, wenn es optisch transparent ist, Absorption unter einer Bedingung von nhv > E_G (wobei n = 2, 3, 4, ...), wenn die Intensität von Laserlicht sehr hoch wird. Dieses Phänomen ist als Mehrphotonenabsorption bekannt. Bei gepulsten Wellen wird die Intensität von Laserlicht durch die Spitzenleistungsdichte (W/cm²) von Laserlicht an seinem Konvergenzpunkt bestimmt. Die Mehrphotonenabsorption tritt unter einer Bedingung auf, bei der die Spitzenleistungsdichte zum Beispiel 1 × 10⁸ (W/cm²) oder größer ist. Die Spitzenleistungsdichte wird bestimmt durch (Energie von Laserlicht am Konvergenzpunkt pro Impuls)/(Strahlfleckquerschnittsfläche von Laserlicht × Impulsbreite). Bei Dauerstrich wird die Intensität von Laserlicht durch die Feldintensität (W/cm²) von Laserlicht an dem Konvergenzpunkt bestimmt.
Das Prinzip des Laserbearbeitungsverfahrens nach der Ausführung unter Verwendung derartiger Mehrphotonenabsorption wird mit Bezugnahme auf die 1 bis 6 erklärt. Wie in 1 gezeigt, besteht auf einer Vorderfläche 3 eines halbleiterscheibenförmigen (planaren) zu bearbeitenden Objekts 1 eine zu schneidende Linie 5 zum Schneiden des Objekts 1. Die zu schneidende Linie 5 ist eine virtuelle Linie, die sich gerade erstreckt. Wie in 2 gezeigt, bestrahlt das Laserbearbeitungsverfahren nach dieser Ausführung das Objekt 1 mit Laserlicht L, während ein Konvergenzpunkt P darin lokalisiert wird, unter einer Bedingung des Erzeugens von Mehrphotonenabsorption, um eine modifizierte Region 7 auszubilden. Der Konvergenzpunkt P ist eine Position, an der Laserlicht L konvergiert wird. Die zu schneidende Linie 5 kann statt gerade gekrümmt sein und kann eine Linie sein, die tatsächlich auf das Objekt 1 gezeichnet ist, ohne auf die virtuelle Linie beschränkt zu sein.
Dann wird das Laserlicht L relativ entlang der zu schneidenden Linie 5 bewegt (d. h. in der Richtung von Pfeil A in 1), um den Konvergenzpunkt P entlang der zu schneidenden Linie 5 zu verschieben. Folglich wird, wie in den 3 bis 5 gezeigt, die modifizierte Region 7 entlang der zu schneidenden Linie 5 innerhalb des Objekts 1 ausgebildet und wird eine Anfangspunktregion für das Schneiden 8. Die Anfangspunktregion für das Schneiden 8 bezieht sich auf eine Region, die ein Anfangspunkt für das Schneiden (Bruchbildung) wird, wenn das Objekt 1 geschnitten wird. Die Anfangspunkt region für das Schneiden 8 kann hergestellt werden, indem die modifizierte Region 7 entweder kontinuierlich oder intermittierend ausgebildet wird.
Bei dem Laserbearbeitungsverfahren nach dieser Ausführung absorbiert die Vorderfläche 3 des Objekts 1 das Laserlicht L kaum und schmilzt nicht.
Das Ausbilden der Anfangspunktregion für das Schneiden 8 innerhalb des Objekts 1 macht es einfacher, Brüche ausgehend von der Anfangspunktregion für das Schneiden 8, die als ein Anfangspunkt wirkt, zu erzeugen, wodurch das Objekt 1 mit einer relativ geringen Kraft geschnitten werden kann, wie in 6 gezeigt. Daher kann das Objekt 1 mit einer hohen Genauigkeit geschnitten werden, ohne unnötige Brüche auf der Vorderfläche 3 des Objekts 1 zu erzeugen.
Es scheint die folgenden zwei Möglichkeiten zu geben, um das Objekt 1 ausgehend von der Anfangspunktregion für das Schneiden 8, die als ein Anfangspunkt wirkt, zu schneiden. Eine besteht darin, dass eine künstliche Kraft auf das Objekt 1 angewendet wird, nachdem die Anfangspunktregion für das Schneiden 8 ausgebildet worden ist, so dass das Objekt 1 ausgehend von der Anfangspunktregion für das Schneiden 8, die als ein Anfangspunkt wirkt, bricht, wodurch das Objekt 1 geschnitten wird. Dies ist das Schneiden in dem Fall, bei dem das Objekt 1 zum Beispiel eine große Dicke aufweist. Das Anwenden einer künstlichen Kraft bezieht sich auf das Ausüben einer Biegebeanspruchung oder Scherbeanspruchung auf das Objekt 1 entlang der Anfangspunktregion für das Schneiden 8 oder das Erzeugen einer thermischen Beanspruchung zum Beispiel durch Anwenden eines Temperaturunterschieds auf das Objekt 1. Die andere besteht darin, dass das Ausbilden der Anfangspunktregion für das Schneiden 8 ermöglicht, dass das Objekt 1 in seiner Querschnittsrichtung (Dickenrichtung) ausgehend von der Anfangspunktregion für das Schneiden 8, die als ein Anfangspunkt wirkt, natürlich bricht, um dadurch das Objekt 1 zu schneiden. Dies wird möglich, falls die Anfangspunktregion für das Schneiden 8 durch eine Reihe der modifizierten Region 7 ausgebildet wird, wenn das Objekt 1 eine geringe Dicke aufweist, oder falls die Anfangspunktregion für das Schneiden 8 durch eine Vielzahl von Reihen der modifizierten Region 7 in der Dickenrichtung ausgebildet wird, wenn das Objekt 1 eine große Dicke aufweist. Selbst in diesem Fall natürlichen Brechens erstrecken sich Brüche in einem Abschnitt, der einem Bereich, der nicht mit der Anfangspunktregion für das Schneiden 8 ausgebildet ist, in dem zu schneidenden Teil entspricht, nicht auf die Vorderfläche 3, so dass lediglich der Abschnitt, der dem Bereich, der mit der Anfangspunktregion für das Schneiden 8 ausgebildet ist, entspricht, gespaltet werden kann, wodurch die Spaltung gut gesteuert werden kann. Ein derartiges Spaltungsverfahren mit einer günstigen Steuerbarkeit ist sehr wirksam, da das Objekt 1, wie eine Silizium-Halbleiterscheibe, in jüngster Zeit seine Dicke verringern konnte.
Die modifizierte Region bei dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung umfasst die folgenden Fälle (1) bis (3):
(1) Fall, bei dem die modifizierte Region eine Rissregion ist, die einen Riss oder eine Vielzahl von Rissen enthält
Ein zu bearbeitendes Objekt (z. B. Glas oder ein piezoelektrisches Material, das aus LiTaO₃ hergestellt ist) wird, während ein Konvergenzpunkt darin lokalisiert wird, mit Laserlicht unter einer Bedingung mit einer Feldintensität von wenigstens 1 × 10⁸ (W/cm²) an dem Konvergenzpunkt und einer Impulsbreite von 1 μs oder weniger bestrahlt. Diese Größe der Impulsbreite ist eine Bedingung, unter der eine Rissregion lediglich innerhalb des Objekts ausgebildet werden kann, während Mehrphotonenabsorption erzeugt wird, ohne unnötige Schäden an der Vorderfläche des Objekts zu verursachen. Dies erzeugt ein Phänomen optischen Schadens durch Mehrphotonenabsorption innerhalb des Objekts. Dieser optische Schaden induziert einen Wärmeverzug innerhalb des Objekts, um dadurch eine Rissregion darin auszubilden. Die Obergrenze der Feldintensität ist zum Beispiel 1 × 10¹² (W/cm²). Die Impulsbreite beträgt zum Beispiel vorzugsweise 1 ns bis 200 ns. Das Ausbilden einer Rissregion durch Mehrphotonenabsorption wird zum Beispiel in „Internal Marking of Glass Substrate with Solid-state Laser Harmonics", Proceedings of the 45th Laser Materials Processing Conference (Dezember 1998), S. 23 bis 28, offengelegt.
Die Erfinder haben die Beziehung zwischen Feldintensität und Rissgröße durch einen Versuch bestimmt. Das Folgende sind die Bedingungen des Versuchs.

(A) Zu bearbeitendes Objekt: Pyrex(eingetragenes Warenzeichen)-Glas (mit einer Dicke von 700 μm)
(B) Laser Lichtquelle: Halbleiterlaser, pumpender Nd:YAG-Laser Wellenlänge: 1064 nm Laserlichtfleckquerschnittsfläche: 3,14 × 10^–8 cm² Oszillierungsmodus: gütegeschalteter Impuls Wiederholungsfrequenz: 100 kHz Impulsbreite: 30 ns Ausgang: Ausgang < 1 mJ/Impuls Laserlichtqualität: TEM₀₀ Polarisationseigenschaft: lineare Polarisation
(C) Kondensorlinse Transmission bei einer Laserlichtwellenlänge: 60%
(D) Bewegungsgeschwindigkeit des Anbringungstisches, der das Objekt anbringt: 100 mm/Sek.

Die Laserlichtqualität TEM₀₀ bedeutet, dass die Konvergenzcharakteristik so hoch ist, dass eine Konvergenz zu ungefähr der Wellenlänge von Laserlicht möglich ist.
7 ist eine graphische Darstellung, die die Ergebnisse des vorgenannten Versuchs zeigt. Die Abszisse zeigt die Spitzenleistungsdichte an. Da das Laserlicht gepulstes Laserlicht ist, wird die Feldintensität durch die Spitzenleistungsdichte dargestellt. Die Ordinate zeigt die Größe eines Rissteils (Rissstelle) an, der innerhalb des Objekts durch einen Impuls von Laserlicht ausgebildet wird. Rissstellen sammeln sich, um eine Rissregion zu ergeben. Die Rissstellengröße ist die Größe eines Teils, der die maximale Länge unter Formen von Rissstellen ergibt. Daten, die durch schwarze Kreise in der graphischen Darstellung dargestellt werden, beziehen sich auf einen Fall, bei dem die Kondensorlinse (C) eine 100-fache Vergrößerung und eine numerische Apertur (NA) von 0,80 aufweist. Andererseits beziehen sich Daten, die durch geweißte Kreise in der graphischen Darstellung dargestellt werden, auf einen Fall, bei dem die Kondensorlinse (C) eine 50-fache Vergrößerung und eine numerische Apertur (NA) von 0,55 aufweist. Das Auftreten von Rissstellen innerhalb des Objekts ist ab dem Zeitpunkt zu sehen, wenn die Spitzenleistungsdichte ungefähr 10¹¹ (W/cm²) beträgt, und diese werden größer, wenn die Spitzenleistungsdichte steigt.
Ein Mechanismus, mit dem das zu bearbeitende Objekt durch Ausbilden einer Rissregion geschnitten wird, wird nun mit Bezugnahme auf die 8 bis 11 erklärt. Wie in 8 gezeigt, wird, während der Konvergenzpunkt P innerhalb des Objekts 1 lokalisiert wird, das Objekt 1 mit Laserlicht L unter einer Bedingung bestrahlt, bei der Mehrphotonenabsorption auftritt, um eine Rissregion 9 darin entlang einer zu schneidenden Linie auszubilden. Die Rissregion 9 ist eine Region, die einen Riss oder eine Vielzahl von Rissen enthält. Die derart ausgebildete Rissregion 9 wird eine Anfangspunktregion für das Schneiden. Ein Riss wächst ausgehend von der Rissregion 9, die als ein Anfangspunkt wirkt (d. h. ausgehend von der Anfangspunktregion für das Schneiden, die als ein Anfangspunkt wirkt), wie in 9 gezeigt, weiter und erreicht die Vorderfläche 3 und die Rückfläche 21 des Objekts 1, wie in 10 gezeigt, wodurch das Objekt 1 bricht und folglich geschnitten wird, wie in 11 gezeigt. Der Riss, der die Vorderfläche 3 und die Rückfläche 21 des Objekts 1 erreicht, kann natürlich wachsen oder kann wachsen, wenn eine Kraft auf das Objekt 1 angewendet wird.
(2) Fall, bei dem die modifizierte Region eine geschmolzene bearbeitete Region ist
Ein zu bearbeitendes Objekt (z. B. Halbleitermaterial, wie Silizium) wird, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts lokalisiert wird, mit Laserlicht unter einer Bedingung mit einer Feldintensität von wenigstens 1 × 10⁸ (W/cm²) an dem Konvergenzpunkt und einer Impulsbreite von 1 μs oder weniger bestrahlt. Als Folge wird das Innere des Objekts örtlich durch Mehrphotonenabsorption erwärmt. Dieses Erwärmen bildet eine geschmolzene bearbeitete Region innerhalb des Objekts aus. Die geschmolzene bearbeitete Region umfasst Regionen, die ein Mal geschmolzen werden und sich dann wieder verfestigen, Regionen, die sich lediglich in einem geschmolzenen Zustand befinden, und Regionen, die sich in dem Prozess des Wiederverfestigens aus dem geschmolzenen Zustand befinden, und kann außerdem als eine Region, deren Phase sich geändert hat, oder eine Region, deren Kristallstruktur sich geändert hat, bezeichnet werden. Die geschmolzene bearbeitete Region kann außerdem als eine Region bezeichnet werden, bei der sich eine bestimmte Struktur zu einer anderen Struktur unter monokristallinen, amorphen und polykristallinen Strukturen ändert. Zum Beispiel bedeu tet dies eine Region, die sich von der monokristallinen Struktur zu der amorphen Struktur geändert hat, eine Region, die sich von der monokristallinen Struktur zu der polykristallinen Struktur geändert hat, oder eine Region, die sich von der monokristallinen Struktur zu einer Struktur, die amorphe und polykristalline Strukturen enthält, geändert hat. Wenn das zu bearbeitende Objekt von einer monokristallinen Siliziumstruktur ist, ist die geschmolzene bearbeitete Region zum Beispiel eine amorphe Siliziumstruktur. Die Obergrenze der Feldintensität ist zum Beispiel 1 × 10¹² (W/cm²). Die Impulsbreite beträgt zum Beispiel vorzugsweise 1 ns bis 200 ns.
Durch einen Versuch haben die Erfinder nachgewiesen, dass eine geschmolzene bearbeitete Region innerhalb einer Silizium-Halbleiterscheibe ausgebildet wurde. Das Folgende sind die Bedingungen des Versuchs.

(A) Zu bearbeitendes Objekt: Silizium-Halbleiterscheibe (mit einer Dicke von 350 μm und einem Außendurchmesser von 4 Zoll)
(B) Laser Lichtquelle: Halbleiterlaser, pumpender Nd:YAG-Laser Wellenlänge: 1064 nm Laserlichtfleckquerschnittsfläche: 3,14 × 10^–8 cm² Oszillierungsmodus: gütegeschalteter Impuls Wiederholungsfrequenz: 100 kHz Impulsbreite: 30 ns Ausgang: 20 μJ/Impuls Laserlichtqualität: TEM₀₀ Polarisationseigenschaft: lineare Polarisation
(C) Kondensorlinse Vergrößerung: 50-fach N. A.: 0,55 Transmission bei einer Laserlichtwellenlänge: 60%
(D) Bewegungsgeschwindigkeit des Anbringungstisches, der das Objekt anbringt: 100 mm/Sek.

12 ist eine Ansicht, die eine Fotografie eines Querschnitts eines Teils einer Silizium-Halbleiterscheibe zeigt, die durch die Laserbearbeitung unter den vorgenannten Bedingungen geschnitten wurde. Eine geschmolzene bearbeitete Region 13 ist innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11 ausgebildet. Die geschmolzene bearbeitete Region 13, die unter den vorgenannten Bedingungen ausgebildet wurde, weist eine Größe von ungefähr 100 μm in der Dickenrichtung auf.
Es wird nun die Tatsache erklärt, dass die geschmolzene bearbeitete Region 13 durch Mehrphotonenabsorption ausgebildet wird. 13 ist eine graphische Darstellung, die Beziehungen zwischen der Laserlichtwellenlänge und der Transmission innerhalb des Siliziumsubstrats zeigt. Hier sind die jeweiligen reflektierten Komponenten auf der Vorder- und Rückflächenseite des Siliziumsubstrats beseitigt, um allein die innere Transmission zu zeigen. Die jeweiligen Beziehungen werden in den Fallen gezeigt, bei denen die Dicke t des Siliziumsubstrats 50 μm, 100 μm, 200 μm, 500 μm und 1000 μm beträgt.
Zum Beispiel scheint bei der Nd:YAG-Laserwellenlänge von 1064 nm das Laserlicht zu wenigstens 80% durch das Siliziumsubstrat hindurchgelassen zu werden, wenn das Siliziumsubstrat eine Dicke von 500 μm oder weniger aufweist. Da die in 12 gezeigte Silizium-Halbleiterscheibe 11 eine Dicke von 350 μm aufweist, wird die geschmolzene bearbeitete Region 13, die durch Mehrphotonenabsorption bewirkt wird, in der Nähe der Mitte der Silizium-Halbleiterscheibe 11, d. h. in einem Teil, der 175 μm von der Vorderfläche beabstandet ist, ausgebildet. Die Transmission beträgt in diesem Fall 90% oder mehr in Bezug auf eine Silizium-Halbleiterscheibe mit einer Dicke von 200 μm, wodurch das Laserlicht lediglich geringfügig innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11 absorbiert wird, aber im Wesentlichen dort hindurch übertragen wird. Das bedeutet, dass die geschmolzene bearbeitete Region 13 durch Mehrphotonenabsorption ausgebildet wird. Das Ausbilden einer geschmolzenen bearbeiteten Region durch Mehrphotonenabsorption wird zum Beispiel in „Ultrashort Pulse Laser Microprocessing of Silicon", Preprints oft he National Meetings of Japan Welding Society, Bd. 66 (April 2000), S. 72–73, offengelegt.
Ein Bruch wird in einer Silizium-Halbleiterscheibe ausgehend von einer Anfangspunktregion für das Schneiden, die durch eine geschmolzene bearbeitete Region ausgebildet worden ist und die als ein Anfangspunkt wirkt, in einer Querschnittsrichtung erzeugt und erreicht die Vorder- und Rückfläche der Silizium-Halbleiterscheibe, wodurch die Silizium-Halbleiterscheibe geschnitten wird. Der Bruch, der die Vorder- und Rückfläche der Silizium-Halbleiterscheibe erreicht, kann natürlich wachsen oder kann wachsen, wenn eine Kraft auf die Silizium-Halbleiterscheibe angewendet wird. Der Bruch, der ausgehend von der Anfangspunktregion für das Schneiden natürlich zu der Vorder- und Rückfläche der Silizium-Halbleiterscheibe wächst, umfasst einen Fall, bei dem der Bruch aus einem Zustand heraus wächst, bei dem die geschmolzene bearbeitete Region, die die Anfangspunktregion für das Schneiden ausbildet, geschmolzen ist, und einen Fall, bei dem der Bruch wächst, wenn die geschmolzene bearbeitete Region, die die Anfangspunktregion für das Schneiden ausbildet, aus dem geschmolzenen Zustand heraus wieder verfestigt wird. In beiden Fallen wird die geschmolzene bearbeitete Region lediglich innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe ausgebildet und ist daher nach dem Schneiden lediglich innerhalb des Schnittabschnitts vorhanden, wie in 12 gezeigt. Wenn eine Anfangspunktregion für das Schneiden auf diese Weise durch eine geschmolzene bearbeitete Region innerhalb des Objekts ausgebildet wird, können unnötige Brüche, die von einer Anfangspunktregion für eine Schnittlinie abweichen, zum Zeitpunkt des Spaltens schwerer auftreten, wodurch eine Spaltungssteuerung einfacher wird. Die geschmolzene bearbeitete Region wird nicht nur durch Mehrphotonenabsorption ausgebildet, sondern außerdem durch andere absorbierende Wirkungen.
(3) Fall, bei dem die modifizierte Region eine Brechzahländerungsregion ist
Ein zu bearbeitendes Objekt (z. B. Glas) wird, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts lokalisiert wird, mit Laserlicht unter einer Bedingung mit einer Feldintensität von wenigstens 1 × 10⁸ (W/cm²) an dem Konvergenzpunkt und einer Impulsbreite von 1 ns oder weniger bestrahlt. Wenn Mehrphotonenabsorption innerhalb des Objekts mit einer sehr kurzen Impulsbreite erzeugt wird, wird die durch Mehrphotonenabsorption bewirkte Energie nicht in thermische Energie umgewandelt, wodurch eine ständige Strukturänderung, wie Ionenvalenzänderung, Kristallisation oder Orientierungspolarisation, innerhalb des Objekts induziert wird, wobei auf diese Weise eine Brechzahländerungsregion ausgebildet wird. Die Obergrenze der Feldintensität ist zum Beispiel 1 × 10¹² (W/cm²). Die Impulsbreite beträgt zum Beispiel vorzugsweise 1 ns oder weniger, bevorzugter 1 ps oder weniger. Das Ausbilden einer Brechzahländerungsregion durch Mehrphotonenabsorption wird zum Beispiel in „Forming of Photoinduced Structure within Glass by Femtosecond Laser Irradiation", Proceedings of the 42th Laser Materials Processing Conference (November 1997), S. 105 bis 111, offengelegt.
Auch wenn die Fälle (1) bis (3) im Vorgenannten als modifizierte Regionen erklärt werden, ermöglicht das Ausbilden von Anfangspunktregionen für das Schneiden wie folgt in Anbetracht der Kristallstruktur eines zu bearbeitenden halbleiterscheibenartigen Objekts, seiner Spaltungscharakteristiken und von Ähnlichem, das Objekt mit einer geringeren Kraft und günstiger Genauigkeit ausgehend von den Anfangspunktregionen für das Schneiden zu schneiden.
Nun wird das Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung erklärt.
Wenn das Laserlicht L, das durch die Silizium-Halbleiterscheibe 11 hindurch übertragen werden kann, unter den Bedingungen, die unter dem vorgenannten „(2) Fall, bei dem die modifizierte Region eine geschmolzene bearbeitete Region ist" dargelegt werden, impulsoszilliert wird, während der Konvergenzpunkt P innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11 lokalisiert wird, wird örtlich eine hohe Temperatur an dem Konvergenzpunkt P erreicht. Der Absorptionskoeffizient ist temperaturabhängig und steigt somit an dem Konvergenzpunkt P, wodurch das Laserlicht L beginnt, absorbiert zu werden. Dies verringert das Laserlicht L, das sich zu der gegenüberliegenden Seite des Konvergenzpunkts P von der Laserlichteintrittsfläche 11a der Silizium-Halbleiterscheibe 11 aus bewegt, wodurch der Teil auf der Laserlichteintrittsfläche-11a-Seite des Konvergenzpunkts P örtlich eine hohe Temperatur entlang der optischen Achse Z des Laserlichts L erreicht. Als Folge steigt der temperaturabhängige Absorptionskoeffizient in diesem Teil, so dass das Laserlicht L absorbiert wird, wodurch die Temperatur in diesem Teil dessen Schmelzpunkt übersteigt, um auf diese Weise die geschmolzene bearbeitete Region 13 auszubilden. Die geschmolzene bearbeitete Region wird nämlich nicht nur durch die Mehrphotonenabsorption des Laserlichts L ausgebildet, sondern außerdem durch die Absorption von Laserlicht L, die aus der Temperaturabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten resultiert. Bei der tatsächlichen Bearbeitung wird von Phänomenen wie der Bearbeitung mit Laserlichtabsorption auf Grund der Temperaturabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten und der Bearbeitung mit Mehrphotonenabsorption angenommen, dass sie einander überlappen. Durch Bestrahlen eines Halbleitermaterials, wie Silizium, mit Laserlicht unter einer Bedingung mit einer Feldintensität von wenigstens 1 × 10⁸ (W/cm²) an dem Konvergenzpunkt P darin und einer Impulsbreite von 1 μs oder weniger kann eine modifizierte Region, die eine geschmolzene bearbeitete Region enthält, ausgebildet werden, wie unter dem vorgenannten „(2) Fall, bei dem die modifizierte Region eine geschmolzene bearbeitete Region ist" dargelegt.
Die Länge R in der Optische-Achse-Z-Richtung des Teils, in dem die Temperatur den Schmelzpunkt durch die Absorption von Laserlicht L übersteigt, als „den Schmelzpunkt übersteigenden Bereich" bezeichnet. Als ein Index für die Impulswellenform von Laserlicht L wird eine Wellenform auf Basis eines gaußschen Strahlprofils von Laserlicht, wie in 15 gezeigt, in Betracht gezogen. Wenn α der Grad der Verformung des gaußschen Strahlprofils ist, gilt α = 1 in dem gaußschen Strahlprofil. Wenn α kleiner ist als 1, ergibt sich daraus ein Strahlprofil, dessen Spitzenposition gegenüber der in dem Fall, bei dem α = 1, voreilt. Wenn α größer ist als 1, ergibt sich daraus ein Strahlprofil, dessen Spitzenposition gegenüber der in dem Fall, bei dem α = 1, verzögert ist.
Wie in den 15 und 16 gezeigt, betrugen, wenn die Silizium-Halbleiterscheibe 11 mit dem Laserlicht L in jeweiligen Fällen mit Impulswellenformen bestrahlt wurde, bei denen α = 0,1, α = 1,0 und α = 1,9, die jeweils höchsten Temperaturen, die in der Umgebung des Konvergenzpunkts P erreicht wurden, 14500 K, 17000 K und 9900 K, während sich die jeweiligen den Schmelzpunkt übersteigenden Bereiche um 28,0 μm, 27,5 μm und 27,0 μm ausdehnten. Hier waren die Laserlichtbestrahlungsbedingungen eine Abtastrate von 300 mm/s, eine Wiederholungsfrequenz von 80 kHz, eine Impulsbreite von 150 nm und eine Impulsenergie von 6,5 μJ. Auch wenn diese Werte durch Simulationen bestimmt wurden, sind Mehrphotonenabsorptionsphänomene schwierig in Ergebnissen von Simulationen wiederzugeben und werden somit nicht berücksichtigt. Daher ist die tatsächliche Bearbeitung nicht durch die vorgenannten Werte begrenzt.
Im Allgemeinen wird die höchste Temperatur, die in der Umgebung des Konvergenzpunkts P erreicht wird, beim Bestrahlen mit dem Laserlicht mit einer Impulswellenform, bei der 0,7 ≤ α ≤ 1,3 (hierin im Folgenden als „Standard-Impulswellenform" bezeichnet) höher als bei einer Impulswellenform, bei der α < 0,7 (hierin im Folgenden als „vorgeeilte Impulswellenform" bezeichnet), oder einer Impulswellenform, bei der α > 1,3 (hierin im Folgenden als „verzögerte Impulswellenform" bezeichnet). Dadurch ergibt sich ein steilerer Temperaturgradient für die Umgebung, so dass ein langer Bruch in der Dickenrichtung der Silizium-Halbleiterscheibe 11 ausgehend von der geschmolzenen bearbeiteten Region 13 leichter auftreten kann.
Andererseits wird der den Schmelzpunkt übersteigende Bereich bei Bestrahlung mit dem Laserlicht L mit der vorgeeilten Impulswellenform größer als bei der Standard-Impulswellenform oder der verzögerten Impulswellenform. Dies vergrößert die Größe der geschmolzenen bearbeiteten Region 13 (im Besonderen die Größe in der Dickenrichtung der Silizium-Halbleiterscheibe 11).
Dagegen wird die höchste Temperatur, die in der Umgebung des Konvergenzpunkts P erreicht wird, niedriger, wenn der den Schmelzpunkt übersteigende Bereich bei Bestrahlung mit dem Laserlicht L mit der verzögerten Impulswellenform kleiner wird, als bei der Standard-Impulswellenform oder der vorgeeilten Impulswellenform. Dadurch wird es schwieriger, Brüche in der Dickenrichtung der Silizium-Halbleiterscheibe 11 ausgehend von der geschmolzenen bearbeiteten Region 13 zu erzeugen und die Größe der geschmolzenen bearbeiteten Region 13 zu verringern.
17 ist eine Ansicht, die Fotografien eines Schnittabschnitts der Silizium-Halbleiterscheibe 11 zeigt, die mit dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung geschnitten wurde, wobei sich (a) und (b) auf Fälle beziehen, die mit dem Laserlicht L mit Impulswellenformen bestrahlt wurden, wobei α = 0,34 bzw. α = 0,76. Es ist ersichtlich, dass die Größe der geschmolzenen bearbeiteten Region 13 bei Bestrahlung mit dem Laserlicht L mit der Impulswellenform, bei der α = 0,34 (d. h. vorgeeilte Impulswellenform) ((a) in der Zeichnung), größer ist als bei der Impulswellenform, bei der α = 0,76 (d. h. Standard-Impulswellenform) ((b) in der Zeichnung). Es ist außerdem ersichtlich, dass bei Bestrahlung mit dem Laserlicht L mit der Impulswellenform, bei der α = 0,76 (d. h. Standard-Impulswellenform) ((b) in der Zeichnung) längere Brüche 24 in der Dickenrichtung der Silizium-Halbleiterscheibe 11 ausgehend von der geschmolzenen bearbeiteten Region 13 auftreten als bei der Impulswellenform, bei der α = 0,34 (d. h. vorgeeilte Impulswellenform) ((a) in der Zeichnung).
Nun wird das Schneiden des planaren Objekts 1 mit dem Laserbearbeitungsverfahren nach der Ausführung erklärt.
Wie in den 18 und 19 gezeigt, umfasst das Objekt 1 umfasst eine Silizium-Halbleiterscheibe 11₁ mit einer Dicke von 100 μm, eine Silizium-Halbleiterscheibe 11₂ mit einer Dicke von 50 μm, die auf die Silizium-Halbleiterscheibe 11₁ aufgelegt ist, und eine Funktionsvorrichtungsschicht 16, die an der Silizium-Halbleiterscheibe 11₂ ausgebildet ist und eine Vielzahl von Funktionsvorrichtungen 15 enthält. Eine Anzahl von Funktionsvorrichtungen 15, wobei zu Beispielen dafür durch Kristallzüchtung ausgebildete Halbleiterbetriebsschichten, Lichtempfangsvorrichtungen, wie Laserdioden, und als Schaltungen ausgebildete Schaltvorrichtungen gehören, sind wie eine Matrix in Richtungen parallel und senkrecht zu einer Ausrichtungsabflachung 6 der Silizium-Halbleiterscheiben 11₁ , 11₂ ausgebildet.
Das auf diese Weise konstruierte Objekt 1 wird in die Funktionsvorrichtungen 15 geschnitten. Zuerst wird, wie in 20 gezeigt, ein dehnbares Band 23 an der Rückfläche 21 des Objekts 1 angebracht und das Objekt 1 wird an einem Anbringungstisch (nicht gezeigt) einer Laserbearbeitungsvorrichtung derart befestigt, dass die Funktionsvorrichtungsschicht 16 nach oben zeigt.
Nachfolgend wird, wie in 21 gezeigt, das Laserlicht L mit einer Standard-Impulswellenform impulsoszilliert, während die Vorderfläche 3 des Objekts 1 als die Laserlichteintrittsfläche verwendet wird und der Konvergenzpunkt P innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₁ lokalisiert wird, und der Anbringungstisch wird bewegt, um den Konvergenzpunkt P entlang zu schneidenden Linien 5 abzutasten, die wie Gitterlinien (siehe gestrichelte Linien in 18) eingerichtet sind, die zwischen den benachbarten Funktionsvorrichtungen 15, 15 verlaufen. Bei der Silizium-Halbleiterscheibe 11₁ wird der Konvergenzpunkt P entlang jeder zu schneidenden Linie 5 zwei Mal abgetastet, während er an jeweiligen Positionen mit unterschiedlichen Abständen zu der Vorderfläche 3 lokalisiert wird, um zwei Reihen geschmolzener bearbeiteter Regionen 13₁ innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₁ eine nach der anderen entlang der zu schneiden den Linie 5 ausgehend von der Seite der Rückfläche 21 aufeinanderfolgend auszubilden.
Nächstfolgend wird, wie in 22 gezeigt, das Laserlicht L mit einer verzögerten Impulswellenform impulsoszilliert, während die Vorderfläche 3 des Objekts 1 als die Laserlichteintrittsfläche verwendet wird und der Konvergenzpunkt P innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₂ lokalisiert wird, und der Anbringungstisch wird bewegt, um den Konvergenzpunkt P entlang den zu schneidenden Linien 5 abzutasten. Bei der Silizium-Halbleiterscheibe 11₂ wird der Konvergenzpunkt P entlang jeder zu schneidenden Linie 5 ein Mal abgetastet, um eine Reihe einer geschmolzenen bearbeiteten Region 13₂ innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₂ entlang der zu schneidenden Linie 5 auszubilden.
Wie in den 22 und 25 gezeigt, werden die geschmolzenen bearbeiteten Regionen 13₁ innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₁ durch Bestrahlen mit dem Laserlicht L mit der Standard-Impulswellenform ausgebildet und sind somit in der Dickenrichtung des Objekts 1 größer als die geschmolzene bearbeitete Region 13₂ innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₂ , die durch Bestrahlen mit dem Laserlicht L mit der verzögerten Impulswellenform ausgebildet wird, während Brüche 24 in der Dickenrichtung des Objekts 1 erzeugt werden. Die geschmolzenen bearbeiteten Regionen 13₁ , 13₂ können Risse enthalten, die dort hinein gemischt sind.
Nachfolgend wird das dehnbare Band 23 gedehnt, wie in 23 gezeigt, um das Objekt 1 entlang den zu schneidenden Linien 5 ausgehend von den geschmolzenen bearbeiteten Regionen 13₁ , 13₂ , die als Schnittanfangspunkte wirken, zu schneiden und es werden eine Vielzahl von Halbleiterchips 25, die durch das Schneiden erzielt werden, voneinander getrennt.
Wie im Vorgenannten erklärt wurde, kann das Laserbearbeitungsverfahren nach dieser Ausführung die geschmolzenen bearbeiteten Regionen 13₁ , die eine größere Größe in der Dickenrichtung des Objekts 1 aufweisen und die Brüche 24 in der Dickenrichtung des Objekts 1 leicht erzeugen können, innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₁ durch Bestrahlen mit dem Laserlicht L mit der Standard-Impulswellenform ausbilden und die geschmolzene bearbeitete Region 13₂ , die eine kleinere Größe aufweist und die Brüche 24 in der Dickenrichtung des Objekts 1 schwer erzeugen kann, innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₂ durch Bestrahlen mit dem Laserlicht L mit der verzögerten Impulswellenform ausbilden. Wenn die Impulswellenform des Laserlichts L auf diese Weise gemäß der Struktur des Objekts 1 und Ähnlichem geändert wird, um die geschmolzenen bearbeiteten Regionen 13₁ , 13₂ unterschiedlicher Arten innerhalb des Objekts 1 auszubilden, kann das Objekt 1 genau entlang den zu schneidenden Linien 5 ausgehend von den geschmolzenen bearbeiteten Regionen 13₁ , 13₂ , die als Schnittanfangspunkte wirken, geschnitten werden.
Wenn das Objekt 1 eine Silizium-Halbleiterscheibe 11₃ mit einer Dicke von 120 μm enthält, kann es mit dem Laserlicht L mit einer vorgeeilten Wellenform bestrahlt werden, um eine geschmolzene bearbeitete Region 13₃ mit einer noch größeren Größe in der Dickenrichtung des Objekts 1 innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11₃ auszubilden, wodurch das Objekt 1 genau entlang den zu schneidenden Linien 5 geschnitten werden kann.
Nun wird die Laserbearbeitungsvorrichtung nach der Ausführung erklärt.
Wie in 26 gezeigt, umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 100, die die modifizierte Region 7 derart ausbildet, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des planaren Objekts 1 wird, eine Laserlichtquelle 101 zum Impulsoszillieren des Laserlichts L, eine Laserlichtquellen-Steuereinrichtung 102 zum Steuern des Laserlichts 101, um den Ausgang, die Impulsbreite und Ähnliches des Laserlichts L zu regeln, einen Kaltlichtspiegel 103, der zum Reflektieren des Laserlichts L arbeitet und angeordnet ist, um die Richtung der optischen Achse des Laserlichts L um 90° zu ändern, und eine Kondensorlinse 105, die das von dem Kaltlichtspiegel 103 reflektierte Laserlicht in das Objekt 1 hinein konvergiert und die modifizierte Region 7 an dem Konvergenzpunkt P des Laserlichts L ausbildet.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 umfasst des Weiteren einen Anbringungstisch 107 zum Anbringen des Objekts 1, das mit dem Laserlicht L bestrahlt wird, das von der Kondensorlinse 105 konvergiert wird; eine X-Achsen-Stufe 109 zum Bewegen des Anbringungstisches 107 entlang der X-Achse; eine Y-Achsen-Stufe 111 zum Bewegen des Anbringungstisches 107 entlang der Y-Achse orthogonal zu der X-Achse; und eine Z-Achsen-Stufe 113 zum Bewegen des Anbringungstisches 107 entlang der Z-Achse orthogonal zu der X- und Y-Achse; und eine Stufensteuereinrichtung 115 zum Regeln von Bewegungen der drei Stufen 109, 111, 113.
Das Bewegen des Konvergenzpunkts P entlang der X(Y)-Achse wird durchgeführt, indem die X(Y)-Achsen-Stufe 109 (111) veranlasst wird, das Objekt 1 entlang der X(Y)-Achse zu bewegen. Die Z-Achse ist orthogonal zu der Vorderfläche 3 des Objekts 1 und ist somit eine Richtung der Brennweite des Laserlichts L, das auf das Objekt 1 einfällt. Daher kann das Bewegen der Z-Achsen-Stufe 113 entlang der Z-Achse den Konvergenzpunkt P des Laserlichts L an einer wünschenswerten Position innerhalb des Objekts 1 lokalisieren.
Die Laserlichtquelle 101 ist ein Nd:YAG-Laser, der gepulstes Laserlicht erzeugt. Zu anderen Beispielen für Laser, die bei der Laserlichtquelle 101 verwendet werden können, gehören Nd:YVO₄-, Nd:YLF- und Titan-Saphir-Laser.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 umfasst des Weiteren eine Beobachtungslichtquelle 117, die sichtbare Strahlen zum Beleuchten des Objekts 1 erzeugt, das an dem Anbringungstisch 107 angebracht ist, und einen Strahlenteiler 119, der an der gleichen optischen Achse wie der Kaltlichtspiegel 103 und die Kondensorlinse 105 angebracht ist, für die sichtbaren Strahlen. Der Kaltlichtspiegel 103 ist zwischen dem Strahlenteiler 119 und der Kondensorlinse 105 angeordnet. Der Strahlenteiler 119 arbeitet, um ungefähr eine Hälfte der sichtbaren Strahlen zu reflektieren und die verbleibende Hälfte dort hindurch zu übertragen, und ist angeordnet, um die Richtung der optischen Achse der sichtbaren Strahlen um 90° zu ändern. Der Strahlenteiler 119 reflektiert ungefähr eine Hälfte der sichtbaren Strahlen, die von der Beobachtungslichtquelle 117 erzeugt werden, während derart reflektierte sichtbare Strahlen den Kaltlichtspiegel 103 und die Kondensorlinse 105 durchlaufen, um dadurch die Vorderfläche 3 des Objekts 1 zu beleuchten, die die zu schneidenden Linien 5 und Ähnliches enthält.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 umfasst des Weiteren eine Bildaufnahmevorrichtung 121 und eine Abbildungslinse 123, die an der gleichen optischen Achse wie der Strahlenteiler 119, der Kaltlichtspiegel 103 und die Kondensorlinse 105 angeordnet sind. Ein Beispiel für die Bildaufnahmevorrichtung 121 ist eine CCD-Kamera. Das reflektierte Licht sichtbarer Strahlen durchläuft nach dem Beleuchten der Vorderfläche 3, die die zu schneidenden Linien 5 und Ähnliches enthält, die Kondensorlinse 105, den Kaltlichtspiegel 103 und den Strahlenteiler 119, um von der Abbildungslinse 123 konvergiert zu werden, und das derart ausgebildete Bild wird von der Bildaufnahmevorrichtung 121 erfasst, um Abbildungsdaten zu werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 umfasst des Weiteren einen Abbildungsdatenprozessor 125 zum Eingeben der Abbildungsdaten, die von der Bildaufnahmevorrichtung 121 ausgegeben werden, eine Gesamtsteuereinrichtung 127 zum Steuern der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 als Ganzes und einen Monitor 129. Gemäß den Abbildungsdaten berechnet der Abbildungsdatenprozessor 125 Fokusdaten zum Positionieren des Brennpunkts sichtbarer Strahlen, die von der Beobachtungslichtquelle 129 erzeugt werden, auf der Vorderfläche 3 des Objekts 1. Gemäß den Fokusdaten regelt die Stufensteuereinrichtung 115 das Bewegen der Z-Achsen-Stufe 113, um den Brennpunkt sichtbarer Strahlen auf der Vorderfläche 3 des Objekts 1 zu positionieren. Somit arbeitet der Abbildungsdatenprozessor 125 als eine Autofokuseinheit. Der Abbildungsdatenprozessor 125 berechnet Bilddaten, wie vergrößerte Bilder der Vorderfläche 3, gemäß den Abbildungsdaten. Die Bilddaten werden zu der Gesamtsteuereinrichtung 127 gesendet, um verschiedenen Prozessen darin unterzogen zu werden. Die derart verarbeiteten Daten werden zu dem Monitor 129 gesendet. Als Folge werden vergrößerte Bilder und Ähnliches auf dem Monitor 129 angezeigt.
Der Gesamtsteuereinrichtung 127 werden Daten von der Stufensteuereinrichtung 115, die Bilddaten von dem Abbildungsdatenprozessor 125 und Ähnliches zugeführt und sie steuert die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 als Ganzes, indem die Laserlichtquellensteuereinrichtung 102, die Beobachtungslichtquelle 117 und die Stufensteuereinrichtung 115 ebenfalls gemäß diesen Daten gesteuert werden. Somit arbeitet die Gesamtsteuereinrichtung 127 als eine Computereinheit.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 umfasst des Weiteren eine Impulswellenformänderungseinrichtung 150 zum Ändern der Impulswellenform des Laserlichts L, das von der Laserlichtquelle 101 impulsoszilliert worden ist. Die Impulswellenformänderungseinrichtung 150 ist zum Beispiel wie folgt konstruiert. Die Impulswellenformänderungseinrichtung 150 weist nämlich einen Impulswellenformmo dulator 151, wie zum Beispiel einen EO-Modulator, und eine Impulswellenformsteuereinrichtung 152 zum Steuern des Impulswellenformmodulators 151 mit einem Signal von der Laserlichtquellensteuereinrichtung 102 auf. Zum Bestrahlen mit dem Laserlicht L mit der Standard-Impulswellenform wird das von der Laserlichtquelle 101 emittierte Laserlicht L durch den Impulswellenformmodulator 151 übertragen, während die Impulswellenform so gelassen wird, wie sie ist. Zum Bestrahlen mit dem Laserlicht L mit der vorgeeilten Impulswellenform verzögert die Impulswellenformsteuereinrichtung 152 die Taktung des Freigebens des Impulswellenformmodulators 151 in Bezug auf die Laseremissionsanfangszeit. Zum Bestrahlen mit dem Laserlicht L mit der verzögerten Impulswellenform wird der Impulswellenformmodulator 151 vor der Laseremissionsanfangszeit freigegeben und wird während der Laserimpulsabstrahlung geschlossen. Zu anderen Verfahren zum Steuern der Impulswellenform gehören (1) ein Verfahren, bei dem zwei Laser verwendet werden und diese mit Taktungen übereinander gelagert werden, die gemäß den herzustellenden Impulswellenformen geändert werden, und (2) ein Verfahren, das Laser zum Emittieren jeweiliger Impulswellenformen bereitstellt. Das Verfahren (2) kann verwirklicht werden, indem zum Beispiel Nd:YAG- und Nd:YVO₄-Laser für die Standard-Wellenform bzw. die vorgeeilte Wellenform verwendet werden.
Die derart konstruierte Laserbearbeitungsvorrichtung 100 kann die modifizierten Regionen 7 unterschiedlicher Arten zuverlässig innerhalb eines einzelnen Objekts 1 ausbilden, da die Impulswellenformänderungseinrichtung 150 die Impulswellenform des von der Laserlichtquelle 101 impulsoszillierten Laserlichts L ändern kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungen beschränkt.
Zum Beispiel kann, auch wenn das Objekt 1 eine im Wesentlichen festgelegte Dicke entlang den zu schneidenden Linien 5 aufweist, die Impulswellenform des bestrahlenden Laserlichts L bei den zu schneidenden Linien 5 geändert werden, wenn sich die Dicke des Objekts 1 entlang den zu schneidenden Linien 5 ändert.
Wenn die Dicke des Objekts 1 zwischen einem Teil, der sich entlang einer zu schneidenden Linie 5₁ erstreckt, und einem Teil, der sich entlang einer zu schneidenden Linie 5₂ erstreckt, variiert, kann die Impulswellenform des bestrahlenden Laserlichts L dazwischen geändert werden, um eine modifizierte Region 7₁ in dem Teil, der sich entlang der zu schneidenden Linie 5₁ erstreckt, und eine modifizierte Region 7₂ , deren Art sich von derjenigen der modifizierten Region 7₁ unterscheidet, in dem Teil, der sich entlang der zu schneidenden Linie 5₂ erstreckt, auszubilden. Als Folge kann das Objekt 1 genau entlang den zu schneidenden Linien 5₁ , 5₂ ausgehend von den modifizierten Regionen 7₁ , 7₂ , die als Schnittanfangspunkte wirken, geschnitten werden. Die zu schneidenden Linien 5₁ , 5₂ können sich schneiden, z. B. um im Wesentlichen senkrecht zueinander zu sein, oder nicht.
Wenn die Dicke des Objekts 1 geringer als 100 μm ist, wird das Objekt 1 vorzugsweise mit dem Laserlicht L mit der verzögerten Impulswellenform entlang den zu schneidenden Linien 5 bestrahlt. Dies ermöglicht ein Bearbeiten ohne Schäden (geschmolzene Markierungen) an der Vorderfläche 3 und der Rückfläche 21 des Objekts 1.
Wenn das Objekt 1 eine (111) Halbleiterscheibe, eine (110) Halbleiterscheibe, eine (100) um 45° gedrehte Halbleiterscheibe oder Ähnliches ist, bei dem die Spaltungsrichtung des Objekts 1 und die Richtung der zu schneidenden Linie 5 in dem Objekt 1 nicht aneinander ausgerichtet sind, wird die zu schneidende Linie 5, die nicht an der Spaltungsrichtung ausgerichtet ist, vorzugsweise mit dem Laserlicht L mit der vorgeeilten Impulswellenform bestrahlt. Dies vergrößert die Größe der modifizierten Region 7 (im Besonderen die Größe in der Dickenrichtung des Objekts 1), wodurch das Objekt 1 entlang der zu schneidenden Linie 5 gegen die Spaltungsrichtung genau geschnitten werden kann.
Wenn das Objekt 1 eine schräge Halbleiterscheibe oder Ähnliches ist, bei dem die Richtung der Spaltungsebene des Objekts 1 nicht an der Dickenrichtung davon ausgerichtet ist, wird das Objekt 1 ebenfalls vorzugsweise mit dem Laserlicht L mit der vorgeeilten Impulswellenform bestrahlt. Dies vergrößert die Größe der modifizierten Region 7 (im Besonderen die Größe in der Dickenrichtung des Objekts 1), wodurch das Objekt 1 in der Dickenrichtung davon genau geschnitten werden kann.
Auch wenn die Vorderfläche 3 des Objekts 1 bei den vorgenannten Ausführungen die Laserlichteintrittsfläche ist, kann die Rückfläche 21 des Objekts 1 die Laserlichteintrittsfläche sein.
Auch wenn die geschmolzenen bearbeiteten Regionen 13 bei den vorgenannten Ausführungen innerhalb der Silizium-Halbleiterscheibe 11 ausgebildet sind, können andere modifizierte Regionen 7, wie Rissregionen und Brechzahländerungsregionen, innerhalb des Objekts 1 ausgebildet werden, das aus anderen Materialien, wie Glas und dielektrische Materialien, hergestellt ist.
Gewerbliche Verwertbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann modifizierte Regionen, deren Arten sich voneinander unterscheiden, zuverlässig innerhalb eines einzelnen zu bearbeitenden Objekts ausbilden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein zu bearbeitendes Objekt 1 wird bestrahlt mit Laserlicht L mit einer Standard-Impulswellenform, um eine geschmolzene bearbeitete Region 13₁ , die eine größere Größe in der Dickenrichtung des Objekts 1 aufweist und leicht einen Bruch 24 in der Dickenrichtung des Objekts 1 erzeugen kann, innerhalb einer Silizium-Halbleiterscheibe 11₁ auszubilden, und mit Laserlicht L mit einer verzögerten Impulswellenform, um eine geschmolzene bearbeitete Region 13₂ , die eine kleinere Größe in der Dickenrichtung des Objekts 1 aufweist und schwer den Bruch 24 in der Dickenrichtung des Objekts 1 erzeugen kann, innerhalb einer Silizium-Halbleiterscheibe 11₂ auszubilden.

1: zu bearbeitendes Objekt;
3: Vorderfläche;
5, 5₁, 5₂: zu schneidende Linie;
7: modifizierte Region;
11, 11₁, 11₂: Silizium-Halbleiterscheibe;
11a: Laserlichteintrittsfläche;
13, 13₁, 13₂: geschmolzene bearbeitete Region;
21: Rückfläche;
L: Laserlicht;
P: Konvergenzpunkt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005-129607 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Internal Marking of Glass Substrate with Solid-state Laser Harmonics", Proceedings of the 45th Laser Materials Processing Conference (Dezember 1998), S. 23 bis 28 [0049]
- „Ultrashort Pulse Laser Microprocessing of Silicon", Preprints oft he National Meetings of Japan Welding Society, Bd. 66 (April 2000), S. 72–73 [0058]
- „Forming of Photoinduced Structure within Glass by Femtosecond Laser Irradiation", Proceedings of the 42th Laser Materials Processing Conference (November 1997), S. 105 bis 111 [0060]

Claims

Laserbearbeitungsverfahren, die Schritte umfassend: Bestrahlen eines zu bearbeitenden planaren Objekts mit Laserlicht mit einer ersten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts an einer ersten Position, die durch einen ersten Abstand in einer Dickenrichtung des Objekts von einer Laserlichteintrittsfläche des Objekts getrennt ist, lokalisiert wird, um eine erste modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang einer Linie zum Schneiden des Objekts wird; und Bestrahlen des Objekts mit Laserlicht mit einer zweiten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts an einer zweiten Position, die durch einen zweiten Abstand in der Dickenrichtung des Objekts von der Laserlichteintrittsfläche getrennt ist, lokalisiert wird, um eine zweite modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang der zu schneidenden Linie wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Objekt entlang der zu schneidenden Linie ausgehend von der ersten und zweiten modifizierten Region, die als Schnittanfangspunkte wirken, geschnitten wird.
Laserbearbeitungsverfahren, die Schritte umfassend: Bestrahlen eines zu bearbeitenden planaren Objekts mit Laserlicht mit einer ersten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts lokalisiert wird, um eine erste modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang einer ersten Linie zum Schneiden des Objekts wird; und Bestrahlen des Objekts mit Laserlicht mit einer zweiten Impulswellenform, während ein Konvergenzpunkt innerhalb des Objekts lokalisiert wird, um eine zweite modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb des Objekts entlang einer zweiten Linie zum Schneiden des Objekts wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 3, wobei die erste und die zweite zu schneidende Linie einander schneiden.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 3, wobei das Objekt entlang der ersten und zweiten zu schneidenden Linie ausgehend von der ersten und zweiten modifizierten Region, die als Schnittanfangspunkte wirken, geschnitten wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung, um eine modifizierte Region derart auszubilden, dass sie ein Schnittanfangspunkt innerhalb eines zu bearbeitenden planaren Objekts wird, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Anbringungstisch zum Anbringen des Objekts; eine Laserlichtquelle zum Impulsoszillieren von Laserlicht; eine Impulswellenformänderungseinrichtung zum Ändern einer Impulswellenform des Laserlichts, das von der Laserlichtquelle impulsoszilliert wird; und eine Kondensorlinse zum Konvergieren des Laserlichts, das von der Laserlichtquelle impulsoszilliert wird, in das Objekt hinein, das an dem Anbringungstisch angebracht ist, und zum Ausbilden der modifizierten Region an einem Konvergenzpunkt des Laserlichts.