JP2004268103A

JP2004268103A - Laser beam machining method

Info

Publication number: JP2004268103A
Application number: JP2003063777A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fukumitsu; 憲志福満; Fumitsugu Fukuyo; 文嗣福世; Naoki Uchiyama; 直己内山; Toshimitsu Wakuta; 敏光和久田; Kazuhiro Atsumi; 一弘渥美; Kenichi Muramatsu; 憲一村松
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-30

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining method by which an objective material to be machined can surely be cut off along a cut-off scheduled line with high accuracy. SOLUTION: In this laser beam machining method, a cut-off starting point zone 8 is formed in the inner part of the objective material 1 to be machined along the cut-off scheduled line 5 with a reformed zone 7 formed with a multiple photon absorption. Thereafter, the objective material 1 to be machined is irradiated along the cut-off scheduled line 5 with the laser beam L2 having the absorbency to the objective material 1 to be machined and crack 24 is developed on the objective material 1 to be machined by forming the cut-off starting point zone 8 as the starting point and the objective material 1 can be cut off along the cut-off scheduled line 5 at good accuracy. Further, since each chip 25 is separated by extending an extending film 19 fixing the objective material 1, the reliability of cut-off to the objective material 1 along the cut-off scheduled line 5 can further be improved. COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、半導体材料基板、圧電材料基板やガラス基板等の加工対象物の切断に使用されるレーザ加工方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来におけるこの種の技術を開示する文献として、下記の特許文献１を例示することができる。この特許文献１の明細書には、レーザ光を照射することにより加工対象物の内部に切断予定ラインに沿って改質領域を形成し、この改質領域を起点として加工対象物を切断する技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
国際公開第０２／２２３０１号パンフレット
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この特許文献１記載の技術は、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することのできる極めて有効な技術であるため、改質領域を起点として加工対象物をより一層確実に且つ高精度に切断する技術が望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、切断予定ラインに沿って加工対象物を確実且つ高精度に切断することのできるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、拡張可能な保持部材の表面に固定されたウェハ状の加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物の内部に改質領域を形成し、この改質領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、切断起点領域を形成する工程後、加工対象物に対して吸収性を有するレーザ光を切断予定ラインに沿って加工対象物に照射することで、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断する工程と、加工対象物を切断する工程後、保持部材を拡張させることで、切断された加工対象物のそれぞれの部分を離間させる工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このレーザ加工方法においては、多光子吸収により形成される改質領域によって、加工対象物を切断すべき所望の切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に切断起点領域を形成することができる。そして、加工対象物に対して吸収性を有するレーザ光を切断予定ラインに沿って加工対象物に照射することで、切断起点領域を起点として加工対象物に割れを発生させ、切断予定ラインに沿って加工対象物を精度良く切断することができる。しかも、加工対象物が固定された保持部材を拡張させることで、加工対象物のそれぞれの部分が離間することになるため、切断予定ラインに沿った加工対象物の切断の確実性をより一層向上させることができる。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ加工方法は、拡張可能な保持部材の表面に固定されたウェハ状の加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物の内部に改質領域を形成し、この改質領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、切断起点領域を形成する工程後、加工対象物に対して吸収性を有するレーザ光を切断予定ラインに沿って加工対象物に照射する工程と、加工対象物に照射する工程後、保持部材を拡張させることで、加工対象物を切断し、かつ切断された加工対象物のそれぞれの部分を離間させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このレーザ加工方法においては、上述したレーザ加工方法と同様に、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に切断起点領域を形成することができる。そして、加工対象物に対して吸収性を有するレーザ光を切断予定ラインに沿って加工対象物に照射することで、このような照射を行わない場合に比べて小さな力によって、切断起点領域を起点とした割れを加工対象物の表面と裏面とに到達させることができる。したがって、加工対象物が固定された保持部材をより小さな力で拡張させることができ、切断予定ラインに沿って加工対象物を精度良く切断することが可能になる。しかも、この保持部材を拡張させることで、加工対象物のそれぞれの部分が離間することになるため、切断予定ラインに沿った加工対象物の切断の確実性をより一層向上させることができる。
【００１１】
なお、集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことである。また、切断起点領域とは、加工対象物が切断される際に切断の起点となる領域を意味する。したがって、切断起点領域は、加工対象物において切断が予定される切断予定部である。そして、切断起点領域は、改質領域が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域が断続的に形成されることで形成される場合もある。また、加工対象物は半導体材料により形成され、改質領域は溶融処理領域である場合がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法における切断起点領域を形成する工程（以下、「切断起点領域形成工程」という）では、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成する。そこで、このレーザ加工方法、特に多光子吸収について最初に説明する。
【００１３】
材料の吸収のバンドギャップＥ_Ｇよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞Ｅ_Ｇである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞Ｅ_Ｇの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まる。
【００１４】
このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工の原理について、図１〜図６を参照して説明する。図１はレーザ加工中の加工対象物１の平面図であり、図２は図１に示す加工対象物１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、図３はレーザ加工後の加工対象物１の平面図であり、図４は図３に示す加工対象物１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、図５は図３に示す加工対象物１のＶ−Ｖ線に沿った断面図であり、図６は切断された加工対象物１の平面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断すべき所望の切断予定ライン５がある。切断予定ライン５は直線状に延びた仮想線である（加工対象物１に実際に線を引いて切断予定ライン５としてもよい）。本実施形態に係るレーザ加工は、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射して改質領域７を形成する。なお、集光点とはレーザ光Ｌが集光した箇所のことである。
【００１６】
レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち矢印Ａ方向に沿って）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動させる。これにより、図３〜図５に示すように改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部にのみ形成され、この改質領域７でもって切断起点領域（切断予定部）８が形成される。本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物１がレーザ光Ｌを吸収することにより加工対象物１を発熱させて改質領域７を形成するのではない。加工対象物１にレーザ光Ｌを透過させ加工対象物１の内部に多光子吸収を発生させて改質領域７を形成している。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。
【００１７】
加工対象物１の切断において、切断する箇所に起点があると加工対象物１はその起点から割れるので、図６に示すように比較的小さな力で加工対象物１を切断することができる。よって、加工対象物１の表面３に不必要な割れを発生させることなく加工対象物１の切断が可能となる。
【００１８】
なお、切断起点領域を起点とした加工対象物の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域形成後、加工対象物に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域を起点として加工対象物が割れ、加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物の切断起点領域に沿って加工対象物に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点領域を形成することにより、切断起点領域を起点として加工対象物の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚さが小さい場合には、１列の改質領域により切断起点領域が形成されることで可能となり、加工対象物の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域により切断起点領域が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域が形成されていない部位に対応する部分の表面上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
【００１９】
さて、本実施形態において多光子吸収により形成される改質領域としては、次の（１）〜（３）がある。
【００２０】
（１）改質領域が１つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
加工対象物（例えばガラスやＬｉＴａＯ_３からなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第４５回レーザ熱加工研究会論文集（１９９８年．１２月）の第２３頁〜第２８頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
【００２１】
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。
【００２２】
（Ａ）加工対象物：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７００μｍ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０^−８ｃｍ^２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：出力＜１ｍＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ_００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００２３】
なお、レーザ光品質がＴＥＭ_００とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。
【００２４】
図７は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は１パルスのレーザ光により加工対象物の内部に形成されたクラック部分（クラックスポット）の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が１００倍、開口数（ＮＡ）が０．８０の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が５０倍、開口数（ＮＡ）が０．５５の場合である。ピークパワー密度が１０^１１（Ｗ／ｃｍ^２）程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
【００２５】
次に、本実施形態に係るレーザ加工において、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて図８〜図１１を用いて説明する。図８に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域９を形成する。クラック領域９は１つ又は複数のクラックを含む領域である。このクラック領域９でもって切断起点領域が形成される。図９に示すようにクラック領域９を起点として（すなわち、切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し、図１０に示すようにクラックが加工対象物１の表面３と裏面２１に到達し、図１１に示すように加工対象物１が割れることにより加工対象物１が切断される。加工対象物の表面と裏面に到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。
【００２６】
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００２７】
本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。
【００２８】
（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０^−８ｃｍ^２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ_００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００２９】
図１２は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。
【００３０】
溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを説明する。図１３は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。
【００３１】
例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０％以上透過することが分かる。図１２に示すシリコンウェハ１１の厚さは３５０μｍであるので、多光子吸収による溶融処理領域１３はシリコンウェハの中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光がシリコンウェハ１１の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【００３２】
なお、シリコンウェハは、溶融処理領域でもって形成される切断起点領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。なお、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図１２のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。加工対象物の内部に溶融処理領域でもって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。
【００３３】
（３）改質領域が屈折率変化領域の場合
加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ以下が好ましく、１ｐｓ以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第４２回レーザ熱加工研究会論文集（１９９７年．１１月）の第１０５頁〜第１１１頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
【００３４】
以上、多光子吸収により形成される改質領域として（１）〜（３）の場合を説明したが、ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く加工対象物を切断することが可能になる。
【００３５】
すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
【００３６】
なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
【００３７】
次に、上述したレーザ加工方法に使用されるレーザ加工装置について、図１４を参照して説明する。図１４はレーザ加工装置１００の概略構成図である。
【００３８】
レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、レーザ光Ｌの反射機能を有しかつレーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、ダイクロイックミラー１０３で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１０５と、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１が載置される載置台１０７と、載置台１０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１０９と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ１１３と、これら３つのステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５とを備える。
【００３９】
この集光点ＰのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、加工対象物１をＸ（Ｙ）軸ステージ１０９（１１１）によりＸ（Ｙ）軸方向に移動させることにより行う。Ｚ軸方向は、加工対象物１の表面３と直交する方向なので、加工対象物１に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。よって、Ｚ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させることにより、加工対象物１の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。これにより、例えば、加工対象物１が多層構造を有しているような場合に、加工対象物１の基板や或いは当該基板上の積層部等、所望の位置に集光点Ｐを合わせることができる。
【００４０】
レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０１に用いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。本実施形態では、加工対象物１の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。
【００４１】
レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された加工対象物１を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９とを備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５との間にダイクロイックミラー１０３が配置されている。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５を透過し、加工対象物１の切断予定ライン５等を含む表面３を照明する。なお、加工対象物１の裏面が集光用レンズ１０５側となるよう加工対象物１が載置台１０７に載置された場合は、ここでいう「表面」が「裏面」となるのは勿論である。
【００４２】
レーザ加工装置１００はさらに、ビームスプリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された撮像素子１２１及び結像レンズ１２３を備える。撮像素子１２１としては例えばＣＣＤカメラがある。切断予定ライン５等を含む表面３を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラー１０３、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されて撮像素子１２１で撮像され、撮像データとなる。
【００４３】
レーザ加工装置１００はさらに、撮像素子１２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御する全体制御部１２７と、モニタ１２９とを備える。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光源１１７で発生した可視光の焦点を加工対象物１の表面３上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３を移動制御することにより、可視光の焦点が加工対象物の表面３に合うようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして表面３の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大画像等が表示される。
【００４４】
全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部１０２、観察用光源１１７及びステージ制御部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュータユニットとして機能する。
【００４５】
次に、上述したレーザ加工装置１００を使用した場合の切断起点領域形成工程について、図１４及び図１５を参照して説明する。図１５は、本実施形態に係る切断起点領域形成工程を説明するためのフローチャートである。
【００４６】
加工対象物１の光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づいて、加工対象物１に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１を選定する（Ｓ１０１）。続いて、加工対象物１の厚さを測定する。厚さの測定結果及び加工対象物１の屈折率を基にして、加工対象物１のＺ軸方向の移動量を決定する（Ｓ１０３）。これは、レーザ光Ｌの集光点Ｐを加工対象物１の基板の内部に位置させるために、加工対象物１の表面３に位置するレーザ光Ｌの集光点Ｐを基準とした加工対象物１のＺ軸方向の移動量である。この移動量は全体制御部１２７に入力される。
【００４７】
加工対象物１をレーザ加工装置１００の載置台１０７に載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させて加工対象物１を照明する（Ｓ１０５）。照明された切断予定ライン５を含む加工対象物１の表面３を撮像素子１２１により撮像する。撮像素子１２１により撮像された撮像データは撮像データ処理部１２５に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理部１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点が表面３に位置するような焦点データを演算する（Ｓ１０７）。
【００４８】
この焦点データはステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向の移動させる（Ｓ１０９）。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点が加工対象物１の表面３に位置する。なお、撮像データ処理部１２５は撮像データに基づいて、切断予定ライン５を含む加工対象物１の表面３の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部１２７を介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９に切断予定ライン５付近の拡大画像が表示される。
【００４９】
全体制御部１２７には予めステップＳ１０３で決定された移動量データが入力されており、この移動量データがステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５はこの移動量データに基づいて、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の基板の内部となる位置に、Ｚ軸ステージ１１３により加工対象物１をＺ軸方向に移動させる（Ｓ１１１）。
【００５０】
続いて、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌを発生させて、レーザ光Ｌを加工対象物１の表面３の切断予定ライン５に照射する。レーザ光Ｌの集光点Ｐは加工対象物１の基板の内部に位置しているので、改質領域は加工対象物１の基板の内部にのみ形成される。そして、切断予定ライン５に沿うようにＸ軸ステージ１０９やＹ軸ステージ１１１を移動させて、切断予定ライン５に沿って改質領域を形成し、この改質領域によって、加工対象物１の基板の内部に切断予定ライン５に沿った切断起点領域を形成する（Ｓ１１３）。
以下、実施例により、本発明についてより具体的に説明する。
【００５１】
［実施例１］
本発明の実施例１について説明する。なお、図１７〜図２０は、図１６に示す加工対象物１のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った部分断面図である。
【００５２】
図１６及び図１７に示すように、加工対象物１の裏面２１に拡張可能な拡張フィルム（保持部材）１９を貼り付けて、この拡張フィルム１９の表面１９ａ上に加工対象物１を固定する。拡張フィルム１９は、その外周部分がリング状のフィルム固定枠２０に貼り付けられて、このフィルム固定枠２０に固定されている。なお、この加工対象物１は、厚さ１００μｍのシリコンウェハである。
【００５３】
このように、加工対象物１、拡張フィルム１９及びフィルム固定枠２０からなるユニットＵを、例えば上述のレーザ加工装置１００の載置台１０７上に、加工対象物１の表面３側が集光用レンズ１０５に対面するように載置する。そして、押え部材１０７ａによりフィルム固定枠２０を載置台１０７に固定すると共に、拡張フィルム１９を載置台１０７に真空吸着する。
【００５４】
続いて、図１６に示すように、加工対象物１のオリエンテーションフラット１６に平行な方向と垂直な方向とに延在する切断予定ライン５を格子状に設定する。この切断予定ラインはウェハ上に形成されている回路素子や受光面などの機能素子からなるデバイス形成面７００の間に設定されている。尚、図面では簡略してデバイス形成面７００は一部のみに記載している。そして、図１７に示すように、加工対象物１の内部に集光点Ｐ１を合わせてレーザ光Ｌ１を照射し、その集光点Ｐ１を切断予定ライン５に沿って移動させることで、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する。この改質領域７によって、加工対象物１の表面（レーザ光入射面）３から所定距離内側に切断起点領域８が切断予定ライン５に沿って形成される。なお、加工対象物１がシリコンウェハであるため、改質領域７としては溶融処理領域が形成される。
【００５５】
続いて、図１８に示すように、加工対象物１の表面３に集光点Ｐ２を合わせて、加工対象物１に対して吸収性を有するレーザ光Ｌ２を照射し、その集光点Ｐ２を切断予定ライン５に沿って移動させる。このレーザ光Ｌ２の照射によって、切断起点領域８を起点として割れ２４が発生し、この割れ２４が加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達する。これにより、加工対象物１は、切断予定ライン５に沿って複数のチップ２５に分割される。
【００５６】
このような割れ２４の主な発生原因としては、レーザ光Ｌ２の照射により切断予定ライン５に沿って加工対象物１が加熱されて、加工対象物１に熱応力が生じることが挙げられる。一例として、レーザ光Ｌ２の照射により、改質領域７と加工対象物１の非改質領域（加工対象物１における改質領域７以外の部分）との界面に微細な亀裂や歪みが生じ、これらの亀裂や歪みを起点として加熱源としてのレーザ光Ｌ２の照射部位に向かって割れが進展するような引張応力が生じることで、改質領域７から表面３又は裏面２１へと割れ２４が発生する。
【００５７】
なお、実施例１では、レーザ光Ｌ２として波長８０８ｎｍ，出力１４Ｗのレーザ光を用い、その光源としてレーザダイオードを用いた。また、集光点Ｐ２におけるビーム径は約２００μｍとした。このようなレーザ光Ｌ２の照射によれば、加工対象物１の表面３の溶融を防止しつつ、加工対象物１を加熱することができる。そして、集光点Ｐ２におけるビーム径を絞れば絞るほど、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精度良く分割することができる。また、ビーム径を絞ることでウエハ表面に形成されているデバイス形成面間のみにレーザ照射できるので、デバイス形成面に無用なレーザ光Ｌ２を照射せずにすみデバイス面を保護できる。
【００５８】
加工対象物１を複数のチップ２５に切断した後、ユニットＵをフィルム拡張装置２００に搬送する。図１９に示すように、ユニットＵは、そのフィルム固定枠２０がリング状の受け部材２０１とリング状の押え部材２０２とで挟持されて、フィルム拡張装置２００に固定される。そして、受け部材２０１の内側に配置された円柱状の押圧部材２０３をユニットＵの下側から拡張フィルム１９の裏面１９ｂに押し当て、さらに、図２０に示すように押圧部材２０３を上昇させる。これにより、拡張フィルム１９における各チップ２５の接触部分が外方側に拡張されて各チップ２５が互いに離間することになり、各チップ２５を容易且つ確実にピックアップすることが可能になる。
【００５９】
以上の実施例１に係るレーザ加工方法においては、多光子吸収により形成される改質領域７によって、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に切断起点領域８を形成することができる。そして、加工対象物１に対して吸収性を有するレーザ光Ｌ２を切断予定ライン５に沿って加工対象物１に照射することで、切断起点領域５を起点として加工対象物１に割れ２４を発生させ、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を精度良く切断することができる。しかも、加工対象物１が固定された拡張フィルム１９を拡張させることで、各チップ２５が離間することになるため、切断予定ライン５に沿った加工対象物１の切断の確実性をより一層向上させることができる。
【００６０】
［実施例２］
本発明の実施例２について説明する。実施例２は、レーザ光Ｌ２を照射した際に発生する割れ２４が加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達しない点で、実施例１と異なる。以下、この実施例１との相異点を中心に説明する。なお、図２１は、図１６に示す加工対象物１のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った部分断面図である。
【００６１】
実施例１と同様に、加工対象物１、拡張フィルム１９及びフィルム固定枠２０からなるユニットＵを用意し、例えば上述のレーザ加工装置１００を用いて加工対象物１の内部に改質領域７を形成し、この改質領域７によって、加工対象物１の表面３から所定距離内側に切断起点領域８を切断予定ライン５に沿って形成する。なお、加工対象物１は、厚さ３００μｍのシリコンウェハである。
【００６２】
続いて、図２１に示すように、加工対象物１の表面３に集光点Ｐ２を合わせて、加工対象物１に対して吸収性を有するレーザ光Ｌ２を照射し、その集光点Ｐ２を切断予定ライン５に沿って移動させる。このレーザ光Ｌ２の照射によって、切断起点領域８を起点として割れ２４が発生する。ただし、実施例２の加工対象物１の厚さ（３００μｍ）は実施例１の加工対象物１の厚さ（１００μｍ）に比べて厚いため、割れ２４は、加工対象物１の表面３と裏面２１とには到達せず、加工対象物１の内部に留まる。なお、レーザ光Ｌ２の照射条件は実施例１と同様である。
【００６３】
続いて、実施例１と同様に、ユニットＵをフィルム拡張装置２００に搬送する。そして、フィルム拡張装置２００において、ユニットＵの下側から拡張フィルム１９の裏面１９ｂに押圧部材２０３押し当て、さらに、この押圧部材２０３を上昇させる。これにより、拡張フィルム１９における加工対象物１の接触部分が外方側に拡張される。この拡張フィルム１９の拡張に伴い、加工対象物１内の割れ２４の先端が加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達して、加工対象物１が切断予定ライン５に沿って複数の各チップ２５に分割され、各チップ２５が互いに離間することになる。
【００６４】
なお、レーザ光Ｌ２の照射条件によっては、レーザ光Ｌ２の照射時に割れ２４が発生しない場合がある。このような場合であっても、レーザ光Ｌ２を照射しない場合に比べれば、拡張フィルム１９の拡張によって、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って容易且つ高精度に分割することができる。
【００６５】
以上の実施例２に係るレーザ加工方法においては、上述した実施例１に係るレーザ加工方法と同様に、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に切断起点領域８を形成することができる。そして、加工対象物１に対して吸収性を有するレーザ光Ｌ２を切断予定ライン５に沿って加工対象物１に照射することで、このような照射を行わない場合に比べて小さな力によって、切断起点領域８を起点とした割れ２４を加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達させることができる。したがって、加工対象物１が固定された拡張フィルム１９をより小さな力で拡張させることができ、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を精度良く切断することが可能になる。しかも、この拡張フィルム１９を拡張させることで、各チップ２４が離間することになるため、切断予定ライン５に沿った加工対象物１の切断の確実性をより一層向上させることができる。
【００６６】
本発明は、上述した実施例１及び実施例２には限定されない。
【００６７】
例えば、加工対象物１の材料、及びその加工対象物１に対して吸収性を有するレーザ光Ｌ２の種類としては、次のようなものが好ましい。すなわち、加工対象物１がシリコンウェハやＧａＡｓ系ウェハの場合は、レーザ光Ｌ２として、波長が５００ｎｍ〜１１００ｎｍのレーザ光を用いることが好ましい。具体的には、ＹＡＧレーザの２倍波（波長５３２ｎｍ）、ＧａＡｓ系の半導体レーザ（波長７８０ｎｍや波長８０８ｎｍ）、Ｎｄドープのファイバーレーザ（波長１０６０ｎｍ）等がある。また、加工対象物１がガラスの場合は、レーザ光Ｌ２として、波長が２μｍ以上のレーザ光を用いることが好ましい。具体的には、ＣＯ_２レーザ（波長１０．６μｍ）、ＣＯレーザ（波長約５．５μｍ）、フッ化水素レーザ（波長約２．９μｍ）等がある。
【００６８】
また、レーザ光Ｌ２の照射により発生する割れ２４を加工対象物１の表面３又は裏面２１のいずれか一方に到達させてもよい。このような制御は、加工対象物１の厚さ方向における中心位置から表面３又は裏面２１のいずれか一方に偏倚させて改質領域７を形成することで可能になる。特に、レーザ光Ｌ２の照射により割れ２４を加工対象物１の拡張フィルム１９側の面に到達させると、拡張フィルム１９の拡張による加工対象物１の割断精度をより一層向上させることができる。
【００６９】
なお、「加工対象物１の厚さ方向における中心位置から加工対象物１の表面３側に偏倚させて改質領域７を形成する」とは、切断起点領域８を構成する改質領域７が、加工対象物１の厚さ方向における厚さの半分の位置から表面３側に偏倚して形成されることを意味する。つまり、加工対象物１の厚さ方向における改質領域７の幅の中心位置が、加工対象物１の厚さ方向における中心位置から表面３側に偏倚して位置している場合を意味し、改質領域７の全ての部分が加工対象物１の厚さ方向における中心位置に対して表面３側に位置している場合のみに限る意味ではない。加工対象物１の裏面２１側に偏倚させて改質領域７を形成する場合についても同様である。
【００７０】
また、上述したレーザ光Ｌ２の照射は切断予定ライン５上への照射であったが、切断予定ライン５近傍への照射であってもよい。また、レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２の位置は加工対象物１の表面３上でなくてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ加工方法によれば、切断予定ラインに沿って加工対象物を確実且つ高精度に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。
【図２】図１に示す加工対象物のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図４】図３に示す加工対象物のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す加工対象物のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図である。
【図７】本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係るレーザ加工方法の第１工程における加工対象物の断面図である。
【図９】本実施形態に係るレーザ加工方法の第２工程における加工対象物の断面図である。
【図１０】本実施形態に係るレーザ加工方法の第３工程における加工対象物の断面図である。
【図１１】本実施形態に係るレーザ加工方法の第４工程における加工対象物の断面図である。
【図１２】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。
【図１３】本実施形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。
【図１４】本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
【図１５】本実施形態に係る切断起点領域形成工程を説明するためのフローチャートである。
【図１６】実施例１に係る加工対象物の平面図である。
【図１７】実施例１に係る加工対象物に切断起点領域を形成している様子を示す断面図である。
【図１８】実施例１に係る加工対象物に吸収性を有するレーザ光を照射している様子を示す断面図である。
【図１９】実施例１に係る加工対象物をフィルム拡張装置にセットした様子を示す断面図である。
【図２０】実施例１に係る加工対象物が固定された拡張フィルムを拡張させた様子を示す断面図である。
【図２１】実施例２に係る加工対象物に吸収性を有するレーザ光を照射している様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１…加工対象物、３…加工対象物の表面（レーザ光入射面）、５…切断予定ライン、７…改質領域、８…切断起点領域、１９…拡張フィルム（保持部材）、１９ａ…拡張フィルムの表面、２５…チップ、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…レーザ光、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２…集光点。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
[0002]
The present invention relates to a laser processing method used for cutting an object to be processed such as a semiconductor material substrate, a piezoelectric material substrate or a glass substrate.
[0003]
[Prior art]
The following patent document 1 can be illustrated as a document disclosing this kind of technology in the past. The specification of Patent Document 1 discloses a technique for forming a modified region along a cutting line inside a workpiece by irradiating a laser beam, and cutting the workpiece from the modified region as a starting point. Is described.
[0004]
[Patent Document 1]
International Publication No. 02/22301 Pamphlet [0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the technique described in Patent Document 1 is an extremely effective technique that can accurately cut a workpiece to be cut along a planned cutting line, the workpiece can be more reliably and highly improved from the modified region as a starting point. A technique for cutting with high precision has been desired.
[0006]
Then, this invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the laser processing method which can cut | disconnect a process target object reliably and with high precision along a cutting plan line. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a laser processing method according to the present invention irradiates a laser beam with a condensing point inside a wafer-like processing object fixed to the surface of an expandable holding member, and performs processing. Forming a modified region in the interior of the object, and forming a cutting start region in a predetermined distance from the laser light incident surface of the processing object along the planned cutting line of the processing object by the modified region; After the step of forming the cutting start region, a step of cutting the processing object along the planned cutting line by irradiating the processing target along the planned cutting line with laser light having absorbency with respect to the processing target And after the step of cutting the workpiece, the holding member is expanded to separate the portions of the cut workpiece.
[0008]
In this laser processing method, the cutting start region can be formed inside the processing object along a desired cutting line to be processed by the modified region formed by multiphoton absorption. Then, by irradiating the processing object along the planned cutting line with a laser beam having absorbency with respect to the processing target, the processing target is cracked starting from the cutting start region, and along the planned cutting line. The workpiece can be cut with high accuracy. In addition, by extending the holding member to which the workpiece is fixed, each part of the workpiece is separated, so the reliability of cutting the workpiece along the planned cutting line is further improved. Can be made.
[0009]
Further, the laser processing method according to the present invention irradiates a laser beam with a focusing point inside the wafer-like workpiece fixed on the surface of the expandable holding member, and modifies the inside of the workpiece. And forming a cutting start area by a predetermined distance inside the laser light incident surface of the processing object along the planned cutting line of the processing object, and a cutting starting area. After the process, after the process of irradiating the processing object with a laser beam having absorptivity to the processing object and the process of irradiating the processing object, the holding member is expanded to expand the processing object. Cutting the object, and separating each part of the cut object to be processed.
[0010]
In this laser processing method, similarly to the laser processing method described above, it is possible to form the cutting start region along the planned cutting line inside the workpiece. Then, by irradiating the processing object with a laser beam having absorptivity to the processing object along the planned cutting line, the starting point of the cutting start area can be set with a small force compared to the case where such irradiation is not performed. It is possible to reach the front and back surfaces of the workpiece. Therefore, the holding member to which the workpiece is fixed can be expanded with a smaller force, and the workpiece can be accurately cut along the scheduled cutting line. In addition, by expanding the holding member, the respective parts of the workpiece are separated from each other, so that the certainty of cutting the workpiece along the planned cutting line can be further improved.
[0011]
In addition, a condensing point is a location which the laser beam condensed. In addition, the cutting start region means a region that becomes a starting point of cutting when the workpiece is cut. Therefore, the cutting start region is a planned cutting portion where cutting is planned for the workpiece. The cutting start region may be formed by continuously forming the modified region, or may be formed by intermittently forming the modified region. In addition, the object to be processed may be formed of a semiconductor material, and the modified region may be a melt processing region.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the step of forming the cutting start region in the laser processing method according to the present embodiment (hereinafter referred to as “cutting start region forming step”), the processing target is irradiated with a laser beam with the focusing point inside the processing target. A modified region by multiphoton absorption is formed inside the object. This laser processing method, particularly multiphoton absorption, will be described first.
[0013]
Photon energy hν is smaller than the band gap E _G of absorption of the material becomes transparent. Therefore, a condition under which absorption occurs in the material is hv> E _G. However, even when optically transparent, increasing the intensity of the laser beam very Nhnyu> of _{E G} condition (n = 2,3,4, ···) the intensity of laser light becomes very high. This phenomenon is called multiphoton absorption. In the case of a pulse wave, the intensity of the laser beam is determined by the peak power density (W / cm ² ) at the condensing point of the laser beam. For example, the multiphoton is obtained under conditions where the peak power density is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more. Absorption occurs. The peak power density is determined by (energy per pulse of laser light at the condensing point) / (laser beam cross-sectional area of laser light × pulse width). In the case of a continuous wave, the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (W / cm ² ) at the condensing point of the laser beam.
[0014]
The principle of laser processing according to this embodiment using such multiphoton absorption will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a workpiece 1 during laser processing, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the workpiece 1 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a workpiece after laser processing. 4 is a plan view of the object 1, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the object 1 shown in FIG. 3, and FIG. 5 is taken along line VV of the object 1 shown in FIG. FIG. 6 is a plan view of the cut workpiece 1.
[0015]
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface 3 of the workpiece 1 has a desired scheduled cutting line 5 on which the workpiece 1 is to be cut. The planned cutting line 5 is a virtual line extending in a straight line (the actual cutting line 5 may be drawn on the workpiece 1 to form the planned cutting line 5). In the laser processing according to the present embodiment, the modified region 7 is formed by irradiating the processing object 1 with the laser beam L by aligning the condensing point P inside the processing object 1 under the condition that multiphoton absorption occurs. In addition, a condensing point is a location where the laser beam L is condensed.
[0016]
The condensing point P is moved along the planned cutting line 5 by relatively moving the laser light L along the planned cutting line 5 (that is, along the direction of the arrow A). Thereby, as shown in FIGS. 3 to 5, the modified region 7 is formed only inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and the modified starting region (scheduled portion) is formed by the modified region 7. 8 is formed. The laser processing method according to the present embodiment does not form the modified region 7 by causing the workpiece 1 to generate heat by causing the workpiece 1 to absorb the laser light L. The modified region 7 is formed by transmitting the laser beam L through the workpiece 1 and generating multiphoton absorption inside the workpiece 1. Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted.
[0017]
In the cutting of the workpiece 1, if there is a starting point at the location to be cut, the workpiece 1 is broken from the starting point, so that the workpiece 1 can be cut with a relatively small force as shown in FIG. 6. Therefore, the processing object 1 can be cut without causing unnecessary cracks on the surface 3 of the processing object 1.
[0018]
It should be noted that the following two methods are conceivable for cutting the object to be processed starting from the cutting start region. One is a case where an artificial force is applied to the workpiece after the cutting start region is formed, so that the workpiece is broken starting from the cutting start region and the workpiece is cut. This is, for example, cutting when the thickness of the workpiece is large. An artificial force is applied when, for example, bending stress or shear stress is applied to the workpiece along the cutting start region of the workpiece, or thermal stress is generated by giving a temperature difference to the workpiece. It is to let you. The other is that when the cutting start region is formed, the cutting start region is used as a starting point, and the workpiece is naturally cracked in the cross-sectional direction (thickness direction) of the processing target, resulting in the processing target being cut. It is. For example, when the thickness of the workpiece is small, the cutting start region is formed by one row of modified regions, and when the thickness of the workpiece is large, the thickness direction This is made possible by forming the cutting start region by the modified regions formed in a plurality of rows. In addition, even when this breaks naturally, in the part to be cut, the part corresponding to the part where the cutting starting point region is formed without cracking ahead on the surface of the part corresponding to the part where the cutting starting point region is not formed Since it is possible to cleave only, the cleaving can be controlled well. In recent years, since the thickness of workpieces such as silicon wafers tends to be thin, such a cleaving method with good controllability is very effective.
[0019]
In the present embodiment, the modified regions formed by multiphoton absorption include the following (1) to (3).
[0020]
(1) In the case where the modified region is a crack region including one or more cracks, the focusing point is set inside the object to be processed (for example, piezoelectric material made of glass or LiTaO ₃ ), and the electric field strength at the focusing point is Irradiation with laser light is performed under conditions of 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more and a pulse width of 1 μs or less. The magnitude of this pulse width is a condition that allows a crack region to be formed only inside the workpiece without causing extra damage to the surface of the workpiece while causing multiphoton absorption. As a result, a phenomenon of optical damage due to multiphoton absorption occurs inside the workpiece. This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 10 ¹² (W / cm ² ). The pulse width is preferably 1 ns to 200 ns, for example. The formation of the crack region by multiphoton absorption is described in, for example, “Inside of glass substrate by solid-state laser harmonics” on pages 23-28 of the 45th Laser Thermal Processing Research Papers (December 1998). It is described in “Marking”.
[0021]
The inventor obtained the relationship between the electric field strength and the size of the cracks by experiment. The experimental conditions are as follows.
[0022]
(A) Workpiece: Pyrex (registered trademark) glass (thickness 700 μm)
(B) Laser light source: semiconductor laser excitation Nd: YAG laser wavelength: 1064 nm
Laser light spot cross-sectional area: 3.14 × 10 ⁻⁸ cm ²
Oscillation form: Q switch pulse repetition frequency: 100 kHz
Pulse width: 30ns
Output: Output <1 mJ / pulse laser light quality: TEM ₀₀
Polarization characteristics: Linearly polarized light (C) Condensation lens Transmittance with respect to laser beam wavelength: 60% (D) Moving speed of mounting table on which workpiece is mounted: 100 mm / second
Note that the laser light quality TEM ₀₀ means that the light condensing performance is high and the light can be condensed up to the wavelength of the laser light.
[0024]
FIG. 7 is a graph showing the results of the experiment. The horizontal axis represents the peak power density. Since the laser beam is a pulsed laser beam, the electric field strength is represented by the peak power density. The vertical axis represents the size of a crack portion (crack spot) formed inside the workpiece by one pulse of laser light. Crack spots gather to form a crack region. The size of the crack spot is the size of the portion having the maximum length in the shape of the crack spot. Data indicated by black circles in the graph is for the case where the magnification of the condenser lens (C) is 100 times and the numerical aperture (NA) is 0.80. On the other hand, the data indicated by the white circles in the graph is when the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0.55. From the peak power density of about 10 ¹¹ (W / cm ² ), it can be seen that a crack spot is generated inside the workpiece, and the crack spot increases as the peak power density increases.
[0025]
Next, in the laser processing according to the present embodiment, a mechanism for cutting a workpiece by forming a crack region will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8, the laser beam L is irradiated to the workpiece 1 by aligning the condensing point P inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs, and a crack region is formed inside along the planned cutting line. 9 is formed. The crack region 9 is a region including one or more cracks. A cutting start region is formed by the crack region 9. As shown in FIG. 9, the crack further grows starting from the crack region 9 (that is, starting from the cutting start region), and the crack reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 as shown in FIG. 10, As shown in FIG. 11, the workpiece 1 is cut when the workpiece 1 is broken. Cracks that reach the front and back surfaces of the workpiece may grow naturally or may grow when a force is applied to the workpiece.
[0026]
(2) When the modified region is a melted region, the focusing point is set inside the object to be processed (for example, a semiconductor material such as silicon), and the electric field strength at the focusing point is 1 × 10 ⁸ (W / cm ^2). ) Irradiation with laser light is performed under the above conditions with a pulse width of 1 μs or less. As a result, the inside of the workpiece is locally heated by multiphoton absorption. By this heating, a melt processing region is formed inside the workpiece. The melt treatment region is a region once solidified after melting, a region in a molten state, or a region re-solidified from a molten state, and can also be referred to as a phase-changed region or a region in which the crystal structure has changed. The melt treatment region can also be said to be a region in which one structure is changed to another structure in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure. In other words, for example, a region changed from a single crystal structure to an amorphous structure, a region changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, or a region changed from a single crystal structure to a structure including an amorphous structure and a polycrystalline structure. To do. When the object to be processed has a silicon single crystal structure, the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 10 ¹² (W / cm ² ). The pulse width is preferably 1 ns to 200 ns, for example.
[0027]
The inventor has confirmed through experiments that a melt-processed region is formed inside a silicon wafer. The experimental conditions are as follows.
[0028]
(A) Workpiece: silicon wafer (thickness 350 μm, outer diameter 4 inches)
(B) Laser light source: semiconductor laser excitation Nd: YAG laser wavelength: 1064 nm
Laser light spot cross-sectional area: 3.14 × 10 ⁻⁸ cm ²
Oscillation form: Q switch pulse repetition frequency: 100 kHz
Pulse width: 30ns
Output: 20 μJ / pulse laser light Quality: TEM ₀₀
Polarization characteristics: Linearly polarized light (C) Condensing lens magnification: 50 × N. A. : 0.55
Transmittance with respect to wavelength of laser beam: 60% (D) Moving speed of mounting table on which workpiece is mounted: 100 mm / second
FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by laser processing under the above conditions. A melt processing region 13 is formed inside the silicon wafer 11. The size in the thickness direction of the melt processing region 13 formed under the above conditions is about 100 μm.
[0030]
The fact that the melt processing region 13 is formed by multiphoton absorption will be described. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance inside the silicon substrate. However, the reflection components on the front side and the back side of the silicon substrate are removed to show the transmittance only inside. The above relationship was shown for each of the thickness t of the silicon substrate of 50 μm, 100 μm, 200 μm, 500 μm, and 1000 μm.
[0031]
For example, when the thickness of the silicon substrate is 500 μm or less at the wavelength of the Nd: YAG laser of 1064 nm, it can be seen that the laser light is transmitted by 80% or more inside the silicon substrate. Since the thickness of the silicon wafer 11 shown in FIG. 12 is 350 μm, the melt processing region 13 by multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer, that is, at a portion of 175 μm from the surface. In this case, the transmittance is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 μm. Therefore, the laser beam is hardly absorbed inside the silicon wafer 11 and almost all is transmitted. This is not because the laser beam is absorbed inside the silicon wafer 11 and the melt processing region 13 is formed inside the silicon wafer 11 (that is, the melt processing region is formed by normal heating with laser light) It means that the melt processing region 13 is formed by multiphoton absorption. The formation of the melt-processed region by multiphoton absorption is described in, for example, “Evaluation of Silicon Processing Characteristics by Picosecond Pulse Laser” on pages 72 to 73 of the 66th Annual Meeting of the Japan Welding Society (April 2000). Has been described.
[0032]
Silicon wafers are cracked in the cross-sectional direction starting from the cutting start region formed by the melt processing region, and the cracks reach the front and back surfaces of the silicon wafer, resulting in cutting. Is done. The cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow naturally or may grow by applying force to the silicon wafer. In addition, when a crack naturally grows from the cutting start region to the front and back surfaces of the silicon wafer, the case where the crack grows from a state where the melt treatment region forming the cutting starting region is melted, and the cutting starting region There are both cases where cracks grow when the solidified region is melted from the molten state. However, in either case, the melt processing region is formed only inside the silicon wafer, and the melt processing region is formed only inside the cut surface after cutting as shown in FIG. When the cutting start region is formed in the object to be processed by the melt processing region, unnecessary cracking off the cutting start region line is less likely to occur at the time of cleaving, so that cleaving control is facilitated.
[0033]
(3) In the case where the modified region is a refractive index changing region, the focusing point is set inside the object to be processed (for example, glass), and the electric field intensity at the focusing point is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more. Laser light is irradiated under the condition that the pulse width is 1 ns or less. When the pulse width is made extremely short and multiphoton absorption occurs inside the workpiece, the energy due to the multiphoton absorption is not converted into thermal energy, and the ion valence change and crystallization occur inside the workpiece. Alternatively, a permanent structural change such as polarization orientation is induced to form a refractive index change region. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 10 ¹² (W / cm ² ). For example, the pulse width is preferably 1 ns or less, and more preferably 1 ps or less. The formation of the refractive index change region by multiphoton absorption is described in, for example, “The Femtosecond Laser Irradiation to the Inside of the Glass” on pages 105 to 111 of the 42nd Laser Thermal Processing Workshop Papers (November 1997). Photo-induced structure formation ”.
[0034]
As described above, the cases of (1) to (3) have been described as the modified regions formed by multiphoton absorption. However, considering the crystal structure of the wafer-like workpiece and its cleavage property, the cutting origin region is described below. If it forms in this way, it will become possible to cut | disconnect a process target object with much smaller force from the cutting | disconnection starting point area | region as a starting point, and still more accurately.
[0035]
That is, in the case of a substrate made of a single crystal semiconductor having a diamond structure such as silicon, the cutting start region is formed in a direction along the (111) plane (first cleavage plane) or the (110) plane (second cleavage plane). Is preferred. In the case of a substrate made of a zinc-blende-type III-V group compound semiconductor such as GaAs, it is preferable to form the cutting start region in the direction along the (110) plane. Further, in the case of a substrate having a hexagonal crystal structure such as sapphire (Al ₂ O ₃ ), the (1120) plane (A plane) or (1100) plane ( It is preferable to form the cutting start region in a direction along the (M plane).
[0036]
Note that the orientation flat on the substrate along the direction in which the above-described cutting start region is to be formed (for example, the direction along the (111) plane in the single crystal silicon substrate) or the direction perpendicular to the direction in which the cutting start region is to be formed. By using the orientation flat as a reference, it is possible to easily and accurately form the cutting start area along the direction in which the cutting start area is to be formed on the substrate.
[0037]
Next, a laser processing apparatus used in the laser processing method described above will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the laser processing apparatus 100.
[0038]
The laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that generates laser light L, a laser light source control unit 102 that controls the laser light source 101 to adjust the output and pulse width of the laser light L, and the reflection function of the laser light L. And a dichroic mirror 103 arranged to change the direction of the optical axis of the laser light L by 90 °, a condensing lens 105 for condensing the laser light L reflected by the dichroic mirror 103, and a condensing lens A mounting table 107 on which the workpiece 1 to be irradiated with the laser beam L condensed by the lens 105 is mounted; an X-axis stage 109 for moving the mounting table 107 in the X-axis direction; A Y-axis stage 111 for moving in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, and a Z-axis stage 1 for moving the mounting table 107 in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis and Y-axis directions 3, and a stage controller 115 for controlling the movement of these three stages 109, 111 and 113.
[0039]
The converging point P is moved in the X (Y) axis direction by moving the workpiece 1 in the X (Y) axis direction by the X (Y) axis stage 109 (111). Since the Z-axis direction is a direction orthogonal to the surface 3 of the workpiece 1, the Z-axis direction is the direction of the focal depth of the laser light L incident on the workpiece 1. Therefore, by moving the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction, the condensing point P of the laser light L can be adjusted inside the workpiece 1. Thereby, for example, when the processing object 1 has a multilayer structure, the condensing point P can be adjusted to a desired position such as a substrate of the processing object 1 or a laminated portion on the substrate. it can.
[0040]
The laser light source 101 is an Nd: YAG laser that generates pulsed laser light. Other lasers that can be used for the laser light source 101 include an Nd: YVO ₄ laser, an Nd: YLF laser, and a titanium sapphire laser. In this embodiment, pulsed laser light is used for processing the workpiece 1, but continuous wave laser light may be used as long as multiphoton absorption can be caused.
[0041]
The laser processing apparatus 100 further includes an observation light source 117 that generates visible light to illuminate the workpiece 1 placed on the mounting table 107 with visible light, and the same light as the dichroic mirror 103 and the condensing lens 105. A beam splitter 119 for visible light disposed on the axis. A dichroic mirror 103 is disposed between the beam splitter 119 and the condensing lens 105. The beam splitter 119 has a function of reflecting about half of visible light and transmitting the other half, and is arranged so as to change the direction of the optical axis of visible light by 90 °. About half of the visible light generated from the observation light source 117 is reflected by the beam splitter 119, and the reflected visible light passes through the dichroic mirror 103 and the condensing lens 105, and the line 5 to be cut of the workpiece 1 or the like. Illuminate the surface 3 containing In addition, when the processing object 1 is placed on the mounting table 107 so that the back surface of the processing object 1 is on the condensing lens 105 side, the “front surface” here is the “back surface”. is there.
[0042]
The laser processing apparatus 100 further includes an imaging element 121 and an imaging lens 123 disposed on the same optical axis as the beam splitter 119, the dichroic mirror 103, and the condensing lens 105. An example of the image sensor 121 is a CCD camera. The reflected light of the visible light that illuminates the surface 3 including the planned cutting line 5 passes through the condensing lens 105, the dichroic mirror 103, and the beam splitter 119, is imaged by the imaging lens 123, and is imaged by the imaging device 121. And becomes imaging data.
[0043]
The laser processing apparatus 100 further includes an imaging data processing unit 125 to which imaging data output from the imaging element 121 is input, an overall control unit 127 that controls the entire laser processing apparatus 100, and a monitor 129. The imaging data processing unit 125 calculates focus data for focusing the visible light generated by the observation light source 117 on the surface 3 of the workpiece 1 based on the imaging data. The stage control unit 115 controls the movement of the Z-axis stage 113 based on the focus data, so that the visible light is focused on the surface 3 of the workpiece. Therefore, the imaging data processing unit 125 functions as an autofocus unit. The imaging data processing unit 125 calculates image data such as an enlarged image of the surface 3 based on the imaging data. This image data is sent to the overall control unit 127, where various processes are performed by the overall control unit, and sent to the monitor 129. Thereby, an enlarged image or the like is displayed on the monitor 129.
[0044]
Data from the stage controller 115, image data from the imaging data processor 125, and the like are input to the overall controller 127. Based on these data, the laser light source controller 102, the observation light source 117, and the stage controller By controlling 115, the entire laser processing apparatus 100 is controlled. Therefore, the overall control unit 127 functions as a computer unit.
[0045]
Next, the cutting start region forming step when using the above-described laser processing apparatus 100 will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a flowchart for explaining the cutting start region forming process according to the present embodiment.
[0046]
The light absorption characteristics of the workpiece 1 are measured with a spectrophotometer (not shown). Based on the measurement result, the laser light source 101 that generates the laser light L having a wavelength transparent to the workpiece 1 or a wavelength with little absorption is selected (S101). Subsequently, the thickness of the workpiece 1 is measured. Based on the measurement result of the thickness and the refractive index of the workpiece 1, the amount of movement of the workpiece 1 in the Z-axis direction is determined (S103). This is because the processing target is based on the focusing point P of the laser beam L located on the surface 3 of the workpiece 1 in order to position the focusing point P of the laser beam L inside the substrate of the workpiece 1. The amount of movement of the object 1 in the Z-axis direction. This movement amount is input to the overall control unit 127.
[0047]
The workpiece 1 is mounted on the mounting table 107 of the laser processing apparatus 100. Then, visible light is generated from the observation light source 117 to illuminate the workpiece 1 (S105). The imaging device 121 images the surface 3 of the workpiece 1 including the illuminated cutting line 5. Imaging data captured by the imaging element 121 is sent to the imaging data processing unit 125. Based on this imaging data, the imaging data processing unit 125 calculates focus data such that the visible light focus of the observation light source 117 is located on the surface 3 (S107).
[0048]
This focus data is sent to the stage controller 115. The stage controller 115 moves the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction based on the focus data (S109). Thereby, the focus of the visible light of the observation light source 117 is located on the surface 3 of the workpiece 1. The imaging data processing unit 125 calculates enlarged image data of the surface 3 of the workpiece 1 including the planned cutting line 5 based on the imaging data. This enlarged image data is sent to the monitor 129 via the overall control unit 127, whereby an enlarged image near the planned cutting line 5 is displayed on the monitor 129.
[0049]
The movement amount data determined in advance in step S 103 is input to the overall control unit 127, and this movement amount data is sent to the stage control unit 115. The stage control unit 115 moves the workpiece 1 in the Z-axis direction by the Z-axis stage 113 to a position where the condensing point P of the laser beam L is inside the substrate of the workpiece 1 based on the movement amount data. (S111).
[0050]
Subsequently, the laser light L is generated from the laser light source 101, and the laser light L is irradiated on the planned cutting line 5 on the surface 3 of the workpiece 1. Since the condensing point P of the laser beam L is located inside the substrate of the workpiece 1, the modified region is formed only inside the substrate of the workpiece 1. Then, the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111 are moved along the planned cutting line 5 to form a modified region along the planned cutting line 5, and the substrate of the workpiece 1 is formed by the modified region. A cutting start region along the planned cutting line 5 is formed inside (S113).
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[0051]
[Example 1]
Example 1 of the present invention will be described. 17 to 20 are partial cross-sectional views along the line XVII-XVII of the workpiece 1 shown in FIG.
[0052]
As shown in FIGS. 16 and 17, an expandable expansion film (holding member) 19 is attached to the back surface 21 of the processing object 1, and the processing object 1 is fixed on the front surface 19 a of the expansion film 19. The outer peripheral portion of the expansion film 19 is affixed to a ring-shaped film fixing frame 20 and fixed to the film fixing frame 20. The processing object 1 is a silicon wafer having a thickness of 100 μm.
[0053]
As described above, the unit U including the processing object 1, the expansion film 19, and the film fixing frame 20 is placed on, for example, the mounting table 107 of the laser processing apparatus 100 described above, and the surface 3 side of the processing object 1 is the condensing lens 105. Place it so as to face. Then, the film fixing frame 20 is fixed to the mounting table 107 by the pressing member 107a, and the expansion film 19 is vacuum-sucked to the mounting table 107.
[0054]
Subsequently, as shown in FIG. 16, the planned cutting lines 5 extending in a direction parallel to the orientation flat 16 of the workpiece 1 and a direction perpendicular thereto are set in a lattice shape. This line to be cut is set between the device formation surface 700 formed of functional elements such as circuit elements and light receiving surfaces formed on the wafer. In the drawings, the device forming surface 700 is shown only partially. Then, as shown in FIG. 17, the processing object 1 is irradiated with the laser beam L 1 by aligning the condensing point P 1 inside the processing object 1, and the converging point P 1 is moved along the scheduled cutting line 5. A modified region 7 is formed inside the object 1. By this modified region 7, a cutting starting point region 8 is formed along the planned cutting line 5 inside a predetermined distance from the surface (laser beam incident surface) 3 of the workpiece 1. In addition, since the workpiece 1 is a silicon wafer, a melt-processed region is formed as the modified region 7.
[0055]
Subsequently, as shown in FIG. 18, the focused point P2 is aligned with the surface 3 of the workpiece 1, and the processing target 1 is irradiated with a laser beam L2 having an absorptivity. Move along the line 5 to be cut. By this irradiation with the laser beam L2, a crack 24 is generated starting from the cutting start region 8, and the crack 24 reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1. Thereby, the workpiece 1 is divided into a plurality of chips 25 along the scheduled cutting line 5.
[0056]
The main cause of the occurrence of such a crack 24 is that the workpiece 1 is heated along the planned cutting line 5 by the irradiation of the laser beam L2, and thermal stress is generated in the workpiece 1. As an example, irradiation with the laser beam L2 causes a fine crack or distortion at the interface between the modified region 7 and the non-modified region of the workpiece 1 (the portion other than the modified region 7 in the workpiece 1). A crack 24 is generated from the modified region 7 to the front surface 3 or the back surface 21 by generating a tensile stress that causes the crack to progress toward the irradiation site of the laser beam L2 as a heating source starting from these cracks and distortions. To do.
[0057]
In Example 1, a laser beam having a wavelength of 808 nm and an output of 14 W was used as the laser beam L2, and a laser diode was used as the light source. The beam diameter at the condensing point P2 was about 200 μm. According to such irradiation of the laser beam L2, the workpiece 1 can be heated while preventing the surface 3 of the workpiece 1 from melting. Then, as the beam diameter at the condensing point P2 is reduced, the workpiece 1 can be divided more accurately along the scheduled cutting line 5. Further, since the laser can be irradiated only between the device forming surfaces formed on the wafer surface by narrowing the beam diameter, the device surface can be protected without irradiating the device forming surface with unnecessary laser light L2.
[0058]
After the workpiece 1 is cut into a plurality of chips 25, the unit U is conveyed to the film expansion device 200. As shown in FIG. 19, the unit U is fixed to the film expansion device 200 with the film fixing frame 20 sandwiched between a ring-shaped receiving member 201 and a ring-shaped pressing member 202. Then, the columnar pressing member 203 disposed inside the receiving member 201 is pressed against the back surface 19b of the expansion film 19 from the lower side of the unit U, and further the pressing member 203 is raised as shown in FIG. Thereby, the contact portion of each chip 25 in the expansion film 19 is expanded outward and the chips 25 are separated from each other, and each chip 25 can be picked up easily and reliably.
[0059]
In the laser processing method according to the first embodiment, the cutting start region 8 can be formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5 by the modified region 7 formed by multiphoton absorption. . Then, by irradiating the processing object 1 with the laser beam L2 having an absorptivity with respect to the processing object 1 along the planned cutting line 5, a crack 24 is generated in the processing object 1 from the cutting start region 5 as a starting point. Then, the workpiece 1 can be accurately cut along the planned cutting line 5. In addition, by extending the expansion film 19 to which the workpiece 1 is fixed, the chips 25 are separated from each other, so that the certainty of cutting the workpiece 1 along the planned cutting line 5 is further improved. Can be made.
[0060]
[Example 2]
A second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is different from the first embodiment in that the crack 24 generated when the laser beam L2 is irradiated does not reach the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1. Hereinafter, the differences from the first embodiment will be mainly described. FIG. 21 is a partial cross-sectional view taken along line XVII-XVII of the workpiece 1 shown in FIG.
[0061]
As in the first embodiment, a unit U including the workpiece 1, the expansion film 19, and the film fixing frame 20 is prepared. For example, the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 using the laser processing apparatus 100 described above. By forming the modified region 7, the cutting start region 8 is formed along the planned cutting line 5 on the inner side by a predetermined distance from the surface 3 of the workpiece 1. The processing object 1 is a silicon wafer having a thickness of 300 μm.
[0062]
Subsequently, as shown in FIG. 21, the focused point P2 is aligned with the surface 3 of the workpiece 1, and the processing target 1 is irradiated with laser light L2 having an absorptivity. Move along the line 5 to be cut. By the irradiation with the laser beam L2, a crack 24 is generated starting from the cutting start region 8. However, since the thickness (300 μm) of the workpiece 1 of the second embodiment is thicker than the thickness (100 μm) of the workpiece 1 of the first embodiment, the crack 24 is formed on the front surface 3 and the back surface of the workpiece 1. 21 does not reach 21 and remains inside the workpiece 1. The irradiation condition of the laser beam L2 is the same as that in the first embodiment.
[0063]
Subsequently, the unit U is transported to the film expansion apparatus 200 as in the first embodiment. And in the film expansion apparatus 200, the press member 203 is pressed against the back surface 19b of the expansion film 19 from the lower side of the unit U, and this press member 203 is further raised. Thereby, the contact part of the workpiece 1 in the expansion film 19 is expanded outward. With the expansion of the expansion film 19, the tip of the crack 24 in the workpiece 1 reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1, and the workpiece 1 has a plurality of cutting lines 5 along the scheduled cutting line 5. Each chip 25 is divided and the chips 25 are separated from each other.
[0064]
Note that, depending on the irradiation condition of the laser beam L2, the crack 24 may not occur when the laser beam L2 is irradiated. Even in such a case, as compared with the case where the laser beam L2 is not irradiated, the workpiece 1 can be easily and highly accurately divided along the planned cutting line 5 by the expansion of the expansion film 19.
[0065]
In the laser processing method according to the second embodiment, the cutting start region 8 can be formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5 as in the laser processing method according to the first embodiment. it can. Then, by irradiating the processing object 1 with the laser beam L2 having an absorptivity with respect to the processing object 1 along the planned cutting line 5, the cutting is performed with a small force compared to the case where such irradiation is not performed. The crack 24 starting from the starting point region 8 can reach the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1. Therefore, the expansion film 19 to which the workpiece 1 is fixed can be expanded with a smaller force, and the workpiece 1 can be accurately cut along the scheduled cutting line 5. In addition, by expanding the expansion film 19, the chips 24 are separated from each other, so that the certainty of cutting the workpiece 1 along the planned cutting line 5 can be further improved.
[0066]
The present invention is not limited to the first and second embodiments described above.
[0067]
For example, the following are preferable as the material of the workpiece 1 and the type of the laser beam L2 that is absorptive with respect to the workpiece 1. That is, when the workpiece 1 is a silicon wafer or a GaAs wafer, it is preferable to use a laser beam having a wavelength of 500 nm to 1100 nm as the laser beam L2. Specifically, there are a YAG laser double wave (wavelength 532 nm), a GaAs semiconductor laser (wavelength 780 nm or wavelength 808 nm), an Nd-doped fiber laser (wavelength 1060 nm), and the like. Moreover, when the workpiece 1 is glass, it is preferable to use a laser beam having a wavelength of 2 μm or more as the laser beam L2. Specifically, there are a CO ₂ laser (wavelength 10.6 μm), a CO laser (wavelength about 5.5 μm), a hydrogen fluoride laser (wavelength about 2.9 μm), and the like.
[0068]
Moreover, you may make the crack 24 which generate | occur | produces by irradiation of the laser beam L2 reach any one of the surface 3 or the back surface 21 of the workpiece 1. FIG. Such control is possible by forming the modified region 7 by deviating from the center position in the thickness direction of the workpiece 1 to either the front surface 3 or the back surface 21. In particular, when the crack 24 reaches the surface of the workpiece 1 on the side of the expansion film 19 by irradiation with the laser beam L2, the cleaving accuracy of the workpiece 1 due to the expansion of the expansion film 19 can be further improved.
[0069]
Note that “the modified region 7 is formed by being biased toward the surface 3 side of the workpiece 1 from the center position in the thickness direction of the workpiece 1” means that the modified region 7 constituting the cutting start region 8 is This means that the workpiece 1 is formed so as to be deviated toward the surface 3 side from the half of the thickness in the thickness direction of the workpiece 1. That is, it means the case where the center position of the width of the modified region 7 in the thickness direction of the processing object 1 is deviated from the center position in the thickness direction of the processing object 1 toward the surface 3 side, The meaning is not limited to the case where all the portions of the modified region 7 are located on the surface 3 side with respect to the center position in the thickness direction of the workpiece 1. The same applies to the case where the modified region 7 is formed by being biased toward the back surface 21 side of the workpiece 1.
[0070]
Moreover, although the irradiation of the laser beam L2 described above is irradiation on the planned cutting line 5, it may be performed near the planned cutting line 5. Further, the position of the condensing point P 2 of the laser beam L 2 may not be on the surface 3 of the workpiece 1.
[0071]
【The invention's effect】
According to the laser processing method according to the present invention, it is possible to reliably and highly accurately cut the object to be processed along the scheduled cutting line.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an object to be processed during laser processing by a laser processing method according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the workpiece shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view of an object to be processed after laser processing by the laser processing method according to the present embodiment.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the workpiece shown in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line VV of the workpiece shown in FIG.
FIG. 6 is a plan view of a processing object cut by the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between electric field strength and crack spot size in the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an object to be processed in a first step of the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an object to be processed in a second step of the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an object to be processed in a third step of the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an object to be processed in a fourth step of the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by the laser processing method according to the embodiment.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light and the transmittance inside the silicon substrate in the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to the present embodiment.
FIG. 15 is a flowchart for explaining a cutting start region forming process according to the embodiment;
FIG. 16 is a plan view of a workpiece according to the first embodiment.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a state in which a cutting start region is formed on the workpiece according to the first embodiment.
18 is a cross-sectional view showing a state in which a processing target according to Example 1 is irradiated with absorptive laser light. FIG.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a state in which the object to be processed according to Example 1 is set in a film expansion device.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a state in which an expansion film to which a workpiece according to Example 1 is fixed is expanded.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state in which a processing target according to Example 2 is irradiated with absorptive laser light.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing target object, 3 ... Surface of processing target object (laser beam incident surface), 5 ... Planned cutting line, 7 ... Modified area | region, 8 ... Cutting origin area, 19 ... Expansion film (holding member), 19a ... Expansion Film surface, 25 ... chip, L, L1, L2 ... laser light, P, P1, P2 ... light condensing point.

Claims

A modified region is formed inside the workpiece by irradiating a laser beam with a focusing point inside the wafer-like workpiece fixed on the surface of the expandable holding member. A step of forming a cutting start region on a predetermined distance inside from a laser light incident surface of the processing object along a cutting planned line of the processing object;
After the step of forming the cutting start region, the processing target is irradiated along the planned cutting line by irradiating the processing target along the planned cutting line with a laser beam having an absorptivity with respect to the processing target. Cutting the object;
And a step of separating the respective portions of the cut object to be processed by expanding the holding member after the step of cutting the object to be processed.

A modified region is formed inside the workpiece by irradiating a laser beam with a focusing point inside the wafer-like workpiece fixed on the surface of the expandable holding member. A step of forming a cutting start region on a predetermined distance inside from a laser light incident surface of the processing object along a cutting planned line of the processing object;
After the step of forming the cutting start region, irradiating the processing object along the planned cutting line with laser light having absorbency with respect to the processing object;
After the step of irradiating the workpiece, the holding member is expanded to cut the workpiece and to separate the cut portions of the workpiece. Laser processing method.

3. The laser processing method according to claim 1, wherein the object to be processed is formed of a semiconductor material, and the modified region is a melt processing region.