TW201041680A - Laser beam manufacturing method - Google Patents

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201041680 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 : 本發明係關於雷射加工方法、雷射加工裝置及加工產 品。 【先前技術】 經由雷射加工將加工對象物切斷的方法，下記非專利 文獻1內已有所記載。該非專利文獻1所記載的雷射加工方 法，其係對矽晶圓作切斷者，係使用1 μιη附近波長的雷射 光透過矽質，在其內部集光而形成連續的改質層、藉此而 予以切斷的方法。 [非專利文獻1 ]荒井一尙「半導體晶圓的雷射切片加 工」’胝粒加工學會誌Vol.47、Νο.5、2003 ΜΑΥ，Ρ229- 23卜 【發明內容】 [發明要解決的課題] 以上述的雷射加工方法對加工過的矽晶圓作切斷之場 合’必須依晶圓的彎曲方向施加力量使進行內部龜裂而切 斷。從而，在矽晶圓的背面貼上膠布再一起進行切斷分離 的此種擴張法，其良品率很差。 在此，本發明的課題在提供一種容易切斷加工對象物 的雷射加工方法及雷射加工裝置、及容易加工切斷的加工 產品11 -5- 201041680 [解決課題的手段] 本發明之雷射加工方法，其係備有：使集光點 工對象物內部而施以雷射光照射，沿著加工對象物 預定線在前述加工對象物的內部、經由多光子吸收 處理部外，也在加工對象物內部對應於被處理部的 置形成微小空洞之形成製程者。 經由本發明之雷射加工方法，由於對應於被處 成有微小空洞，故可在加工對象物內部形成一對的 部與微小空洞。 又本發明之雷射加工方法，其備有切斷預定線 製程亦可。由於其備有切斷預定線的設定製程，故 該設定過的切斷預定線形成被處理部與微小空洞。 本發明之雷射加工方法，其係備有··對加工對 切斷預定線作設定的製程；及使集光點對準加工對 部而施以雷射光照射，沿著切斷預定線在前述加工 的內部、經由多光子吸收形成被處理部外，也在加 物內部對應於被處理部的預定位置形成微小空洞之 程者。 經由本發明之雷射加工方法，由於對應於被處 成有微小空洞，故可在加工對象物內部形成一對的 部與微小空洞。 又本發明之雷射加工方法，加工對象物係爲半 板、被處理部係爲熔融處理區域亦可。由於在半導 對準加 的切斷 形成被 預定位 理部形 被處理 的設定 可沿著 象物的 象物內 對象物 工對象 形成製 理部形 被處理 導體基 體基板 -6- 201041680 照射雷射光，故可形成熔融處理區域與微小空洞。 又本發明之雷射加工方法，加工對象物係爲半導體基 板、雷射光係爲脈波雷射光、該脈波寬度在5 0 0 n s e c以下 亦可。由於以脈波寬度5〇〇nsec以下的脈波雷射光照射半 導體基板，故可更確實地形成微小空洞。 又本發明之雷射加工方法，加工對象物係爲半導體基 板、雷射光係爲脈波雷射光、該脈波節距係爲1 · 00〜 7·00μηι亦可。由於以脈波節距1.00〜7·00μηι的脈波雷射光 照射半導體基板，故可更確實地形成微小空洞。 又本發明之雷射加工方法，微小空洞係沿著切斷預定 線以複數形成、個別的微小空洞相互之間使之有間隔亦可 。由於微小空洞以相互之間有間隔來形成，各可更有效率 地形成微小空洞。 又本發明之雷射加工方法，於加工對象物的主面形成 機能元件、微小空洞係在主面與被處理部之間形成亦可。 由於形成機能元件的主面側被形成有微小空洞，故機能元 件側的割斷精度可提高。 又本發明之雷射加工方法，微小空洞係將被處理部包 夾，而被形成在雷射光入射側的相反側也是可以的。 又本發明之雷射加工方法，其備有對形成有微小空洞 的加工對象物作切斷的製程亦可。 本發明之雷射加工方法，其係備有：對半導體基板的 切斷預定線作設定的製程；及使集光點對準半導體基板內 部而施以雷射光照射，沿著切斷預定線在前述半導體基板 201041680 的內部、形成熔融處理區域外，也在半導體基板內部對應 於熔融處理區域的預定位置形成微小空洞之形成製程者。 經由本發明之雷射加工方法，由於對應於熔融處理區 域形成有微小空洞，故可在加工對象物內部形成一對的熔 融處理區域與微小空洞。 本發明之雷射加工方法，其係備有：對半導體基板的 切斷預定線作設定的製程；及使集光點對準半導體基板內 部而施以脈波雷射光照射，沿著切斷預定線在前述半導體 基板的內部、形成熔融處理區域外，也在半導體基板內部 對應於熔融處理區域的預定位置形成微小空洞之形成製程 ，且脈波雷射光的脈波寬度在500nSeC以下者。 經由本發明之雷射加工方法，由於以脈波寬度 5 OOnsec以下的脈波雷射光對半導體基板作照射，故可更 確實地形成微小空洞。 本發明之雷射加工方法，其係備有：對半導體基板的 切斷預定線作設定的製程；及使集光點對準半導體基板內 部而施以脈波雷射光照射，沿著切斷預定線在前述半導體 基板的內部、形成熔融處理區域外，也在半導體基板內部 對應於熔融處理區域的預定位置形成微小空洞之形成製程 ，且脈波雷射光的脈波節距係爲1.00〜7.00 μηι者。 經由本發明之雷射光加工方法，由於以脈波節距1 · 00 〜7. ΟΟμηι的脈波雷射光照射半導體基板，故可更確實地形 成微小空洞。 又本發明之雷射加工方法，微小空洞係沿著切斷預定 -8 - 201041680 線以複數形成、個別的微小空洞 。由於微小空洞以相互之間有間 形成微小空洞。 又本發明之雷射加工方法， 機能元件、微小空洞係在主面與 可。由於形成機能元件的主面側 能元件側的割斷精度可提高。 又本發明之雷射加工方法， 域包，而形成在雷射光入射側的 又本發明之雷射加工方法， 半導體基板作切斷的製程亦是可 本發明之雷射加工裝置，其 工對象物的載置台；及控制前述 相對位置關係的控制手段者，上 點對準加工對象物內部而控制雷 外，雷射光源一有雷射光射出， 著加工對象物的切斷預定線作相 之加工對象物的內部經由多光子 也在加工對象物內部對應於被處 空洞者。 經由本發明之雷射加工裝置 成有微小空洞，故可在加工對象 部與微小空洞。 本發明之雷射加工裝置，其 相互之間使之有間隔亦可 隔來形成，可更有效率地 於加工對象物的主面形成 溶融處理區域之間形成亦 被形成有微小空洞，故機 微小空洞係將熔融處理區 相反側也是可以的。 其備有對形成微小空洞的 以的。 備有：雷射光源：載置加 雷射光源與前述載置台的 述控制手段，其係使集光 射光源與載置台的間隔之 則使雷射光源及載置台沿 對移動、沿著切斷預定線 吸收形成被處理部之外， 理部的預定位置形成微小 ，由於對應於被處理部形 物內部形成一對的被處理 備有：雷射光源：載置半 -9- 201041680 導體基板的載置台；及控制前述雷射光源與前述載置台的 相對位置關係的控制手段者，上述控制手段，其係使集光 點對準半導體基板內部而控制雷射光源與載置台的間隔之 外’雷射光源一有雷射光射出，則使雷射光源及載置台沿 著半導體基板的切斷預定線作相對移動、沿著切斷預定線 之半導體基板的內部形成熔融處理區域之外，也在半導體 基板內部對應於熔融處理區域的預定位置形成微小空洞者 0 經由本發明之雷射加工裝置，由於對應於熔融處理區 域形成有微小空洞，故可在加工對象物內部形成一對的熔 融處理區域與微小空洞。 本發明之雷射加工裝置，其備有：雷射光源：載置半 導體基板的載置台；及控制前述雷射光源與前述載置台的 相對位置關係的控制手段箸，上述控制手段，其係使集光 點對準半導體基板內部而控制雷射光源與載置台的間隔之 外，雷射光源一有脈波雷射光射出，則使雷射光源及載置 台沿著半導體基板的切斷預定線作相對移動、沿著切斷預 定線之半導體基板的內部形熔融處理區域之外，也在半導 體基板內部對應於熔融處理區域的預定位置形成微小空洞 時、脈波雷射的脈波寬度在5 00nsec以下者。 經由本發明之雷射加工裝置，由於以脈波寬度 5 OOnsec以下的脈波雷射光對半導體基板作照射，故可更 確實地形成微小空洞。 本發明之雷射加工裝置，其備有：雷射光源：載置半 -10- 201041680 導體基板的載置台；及控制前述雷射光源與前述載置台的 相對位置關係的控制手段者，上述控制手段，其係使集光 點對準半導體基板內部而控制雷射光源與載置台的間隔之 外，雷射光源一有脈波雷射光射出，則使雷射光源及載置 台沿著半導體基板的切斷預定線作相對移動、沿著切斷預 定線之半導體基板的內部形成熔融處理區域之外，也在半 導體基板內部對應於熔融處理區域的預定位置形成微小空 洞時、脈波雷射的脈波節距係爲1.00〜7.ΟΟμηι者。 經由本發明之雷射加工裝置，由於以脈波節距1.00〜 7.0 0 μιη的脈波雷射光照射半導體基板，故可更確實地形成 微小空洞。 又本發明之雷射加工裝置，微小空洞係沿著切斷預定 線以複數形成、個別的微小空洞相互之間使之有間隔亦可 。由於微小空洞以相互之間有間隔來形成，各可更有效率 地形成微小空洞。 本發明之加工產品，係以雷射加工對加工對象物作切 斷而生產之加工產品，其係由：沿著由切斷形成的主面之 一部份、其經由多光子吸收而改質的被處理部；及對應於 由切斷形成的主面處之被處理部的預定位置具有開口部的 微小空洞，所形成者。 本發明之加工產品’係在加工對象物將被處理部與微 小空洞予以對應形成的加工處理物，將該加工處理物的形 成有被處理部與微小空洞的部份，予以切斷而生產者。 又本發明之加工產品，加工對象物係爲半導體基板、 -11 - 201041680 被處理部係爲熔融處理區域亦可。由於對加工對象 導體基板照射雷射光，故可形成熔融處理區域與微 0 又本發明之加工產品，微小空洞係沿著切斷預 複數形成、個別的微小空洞相互之間使之有間隔亦 於微小空洞以相互之間有間隔來形成，可更有效率 微小空洞。 又本發明之加工產品，微小空洞以相互的間隔 7. ΟΟμιη來形成亦可。由於微小空洞的間隔爲1.00〜 ，故可更確實地形成微小空洞。 又本發明之加工產品，前述被處理部係沿著前 預定線的第1區帶被形成、前述複數的微小空洞係 述第1區帶有一定間隔的第2區帶被形成亦可。由於 部與微小空洞分別被形成於各區帶，故可被當作一 而形成。 本發明之雷射加工方法，其備有：使集光點對 對象物內部而施以雷射光照射，被處理部係在沿著 象物的切斷預定線之加工對象物內部所形成的被處 、微小空洞係在沿著切斷預定線之加工對象物內部 的微小空洞區域，至少在切斷預定線的一部份之對 予以形成之製程者。 經由本發明之雷射加工方法，由於被處理部區 小空洞區域係至少在切斷預定線的—部份之對應位 的’故對加工對象物作切斷變爲容易。 物的半 小空洞 定線以 可。由 地形成 1 .00 〜 7.0 0 μ m 述切斷 在與前 被處理 群之物 準加工 加工對 理區域 所形成 應位置 域與微 置形成 -12- 201041680 又本發明之雷射加工方法，加工對象物係爲半導體基 板、被處理部係爲熔融處理區域亦可。 本發明之加工產品，係以雷射加工對加工對象物作切 斷而生產之加工產品’其係由：在切斷所形成的主面形成 被處理部的被處理區域；及在切斷所形成的主面形成具有 開口部的微小空洞的微小空洞區域，所形成者。 又本發明之加工產品’加工對象物係爲半導體基板、 q 被處理部係爲熔融處理區域亦可。 以本發明之雷射加工方法在加工對象物形成被處理部 與微小空洞，則對加工對象物作切斷變爲容易。 【實施方式】 本發明的見識，經由參照作爲例示的附圖及以下的詳 細記載，再經考慮後即能容易理解。接著，一面參照添附 圖面、一面說明本發明實施形態。於可能場合，同一部分 Q 附予同一符號，省略其重複說明。 以下說明本實施形態的雷射加工方法。本實施形態的 雷射加工方法，經由多光子吸收形成被處理部（熔融處理 區域）外，也在對應於該被處理部的預定的位置，形成其 周圍實質的結晶結構不起變化的微小空洞。多光子吸收是 ®射光的強度非常大時發生的現象。首先，關於多光子吸 收作簡單的說明。 材料的吸收的能量帶間隙（band gap)EG比光子的能量h V還小，則會形成光學上的透明。因而，材料吸收的生成 -13- 201041680 條件爲H v >EG。但是，即使是光學上的透明，以強度非 常大的雷射光、在使nh v >EG爲條件（n= 1，2，3…等）下即 會產生材料的吸收。此現象稱爲多光子吸收。雷射光是脈 波的情況，雷射光的強度是以雷射光的集光點的峰値功率 密度（W/cm2)來決定的，例如峰値功率密度lxl〇8(W/cm2：) 以上的話即會生成多光子吸收。峰値功率密度可由（集光 點雷射光1個脈波的能量）+ (雷射光聚光束斷面積X脈波寬 度）來求得。又，連續波之場合，雷射光的強度是以雷射 光的集光點之電場強度（W/cm2)來決定的。 利用此種多光子吸收的本實施形態之雷射加工方法， 以下利用第1〜6圖加以說明。第1圖爲加工中加工對象物 1(半導體基板）之平面圖、第2圖爲第1圖加工對象物1沿著 11 -11線的斷面圖、第3圖爲雷射加工後加工對象物1之平面 圖、第4圖爲第3圖加工對象物1沿著IV-IV線的斷面圖、第 6圖爲切斷後加工對象物1之平面圖。 如第1圖及第2圖所示，在工作對象物1的表面3有切斷 預定線5。切斷預定線5爲直線狀延伸的假想線。本實施形 態的雷射加工方法’以生成多光子吸收的條件、使集光點 F對準加工對象物1的內部，在加工對象物i施以雷射光L照 射使之形成被處理部7。再者，集光點者乃係雷射光L所集 光的個所。 使雷射光L沿著切斷預定線5(亦即沿著箭頭a的方向） 相對地以預定的節距P移動，則集光點F亦沿著切斷預定線 5移動。經由如此，如第3〜5圖所示，由被處理部7及微小 -14- 201041680 空洞8所形成的改質區域是只在沿著切斷預定線5的加工對 象物1內部形成。又’被處理部7及微小空洞8，如第5圖所 示，係在雷射光L以預定的節距P移動所形成的。該節距p 相當於雷射光L的脈波節距。對於加工對象物1的厚度b來 說，微小空洞8係在加工深度C的位置形成的。如第5圖所 示，微小空洞8若從雷射光L的照射方向來看，其係在被處 理部7的相反側形成的。於第5圖中，被處理部7及微小空 q 洞8皆係有預定的間隔隔開，但被處理部7及微小空洞8亦 有連續形成的場合。本實施形態的雷射加工方法，並非由 於加工對象物1吸收雷射光L使加工對象物1發熱而形成被 處理部7。而是由於雷射光L透過加工對象物1,在加工對 象物1的內部發生多光子吸收才形成被處理部7。因此，加 工對象物1的表面3全然沒有吸收雷射光L，加工對象物1的 表面3沒有熔融現象。 在切斷加工對象物1時，如上述在加工對象物1形成被 Q 處理部7及微小空洞8後的加工處理物，假如在加工對象物 1的背面貼上膠布，該膠布會在加工對象物1的切斷預定線 5呈垂直的方向被分離切斷（參照第6圖）。又，因切斷之處 有起點，故如第6圖所示、可以用比較小的力量切斷加工 對象物1。因此，加工對象物1的表面3不必要的裂痕、亦 即切斷預定線以外的額外割裂，在對加工對象物1作切割 時不致發生。 本實施形態之經由多光子吸收形成被處理部的一個例 子，亦即熔融處理區域。於該場合，係使雷射光集光點對 -15- 201041680 準加工對象物（如矽晶圓的半導體材料）內部，對於集光點 以電場強度Ixl〇8(W/Cm2)以上且脈波幅寬爲1μ5以下的條 件予以照射。經由此加工對象物內部由於多光子吸收會形 成局部被加熱。經由該加熱，而使使加工對象物內部形成 熔融處理區域。 溶融處理區域者’乃係一旦熔融後再凝固的區域、或 熔融狀態中的區域以及從熔融再凝固狀態中的區域，三種 之中至少有任何一種之意。又者，熔融處理區域也可指相 變化過的區域、或結晶構造變化過的區域。再者，熔融處 理區域也可指單結晶構造 '非晶質構造 '多結晶構造中， 從一種構造變化到別種構造的區域。 亦即’例如從單結晶構造變化爲非晶質構造的區域、 或從單結晶構變化爲多結晶構造的區域、或從單結晶構造 變化爲包含非晶質構造及多結晶構造的區域之意思。工作 對象物爲矽單結晶結構之場合，則熔融處理區域可爲例如 非晶質矽構造。再者，以電場強度的上限値來說，例如是 lxl012(W/cm2)。而脈衝寬度ins〜2〇〇ns是理想的。 另外’關於本實施形態所形成的微小空洞，其周圍是 實質上結晶構造無變化的。加工對象物是矽單結晶構造之 場合，在微小空洞的周圍部份，大多還是保留在矽單結晶 構造。 接著，說明本實施形態的雷射加工方法的具體例。第 7圖表示本發明實施形態的雷射加工方法所使用的雷射加 工裝置100。如第7圖所示，雷射加工裝置100，其具備： -16- 201041680 發生雷射光L的雷射光源101、調整雷射光L的輸出及脈寬 度而控制雷射光源1 〇 1的雷射光源控制部1 〇2、具有雷射光 L反射機能且可使雷射光L之光軸傾向90度變化而配置的 雙色向面鏡（dichroic mirror)103、將雙色向面鏡103所反 射的雷射光L予以集光之集光用透鏡105、載置集光用透鏡 1〇5所集光的雷射光L所照射加工對象物1的載置台107、使 載置台107沿X軸方向移動的X軸工作台109(控制手段）、使 載置台107沿X軸方向的直交方向之Y軸方向移動的Y軸工 作台1 Π (控制手段）、使載置台1 07沿X軸方向及Y軸方向的 直交方向之Z軸方向移動的Z軸工作台1 13(控制手段）、及 控制此等三個工作台1 0 9、1 1 1、1 1 3之移動的控制部1 1 5 ( 控制手段）。又者、雖無圖示，在雷射光源1 〇 1和集光用透 鏡1〇5之間，配置有使雷射光依高斯（Gaussian)分布而擴寬 的光學系統。本實施形態是以矽晶圓爲工作對象物1，故 在加工對象物1的背面貼有擴張膠帶（EXpand tape)106。 〇 請 方向係和加工對象物1的表面3呈直交的方向， 故成爲加工對象物1的射入雷射光L之焦點深度的方向。因 此’經由Z軸工作台1 1 3向著z軸方向移動，可使雷射光l 的集光點F對準加工對象物1內部。又者，該集光點ρ的 χ(γ)軸方向的移動，係經由χ(γ)軸工作台109(111)而使加 工對象物1沿者χ(γ)軸移動。χ(Υ)軸工作台1〇9(ιιι),即 成爲移動手段之一例。 雷射光源101係爲產生脈波雷射光的Nd : YAG雷射。 可用在雷射光源101的雷射，其他尙有Nd : YV〇4雷射、 -17- 201041680

Nd: YLF雷射或欽藍寶石（titanic sapphire)雷射。要在被 處理部形成爲熔融處理區域之場合，以利用Nd ·· γAG雷射 、Nd : YV04雷射、Nd : YLF雷射較適合。若要在改質區 域形成屈折率變化區域之場合，則利用鈦藍寶石雷射較適 合。 加工對象物1的加工雖是用脈波雷射光，但若能引起 多光子吸收，用連續波雷射光也可以。再者，於本發明、 雷射光有包含雷射光束的意思。集光用透鏡105是集光手 段之一例。Z軸工作台1 1 3是將雷射光的集光點與加工對象 物1的內部對準手段之一例。經由將集光用透鏡1 0 5沿Z軸 方向移動，也可將雷射光的集光點與加工對象物1的內部 對準。 雷射加工裝置100，更進一步具備：爲使載置台107所 載置的加工對象物1經由可視光線予以照明而產生可視光 線的觀察用光源117、與雙色向面鏡103及集光用透鏡105 配置在相同光軸上的可視光用的光束分離器（be am splitter)119。在光束分離器119和集光用透鏡105之間，配 置有雙色向面鏡103。光束分離器119’其具有將可視光線 的大約一半反射、其餘的一半使其透過的機能外，且其配 置係向著可視光線的光軸可作90度的變化。觀察用光源 1 17所產生可視光線，由光束分離器1 19使其約一半反射之 ，該反射的可視光線、會透過雙色向面鏡103及集光用透 鏡1 0 5，而對著包含加工對象物1的切斷預定線5的表面3作 照明。 -18- 201041680 雷射加工裝置100，更進一步具備：與光束分離器119 、雙色向面鏡103及集光用透鏡105配置在相同光軸上的攝 像元件1 2 1及結像透鏡1 2 3。以攝像元件1 2 1而言，例如有 CCD(Charge-Coupled Device)照像機。對包含切斷預定線5 的表面3照明的可視光線的反射光，會透過集光用透鏡i 05 、雙色向面鏡1〇3、及光束分離器119，在結像透鏡123結 像之，再由攝像元件121攝像之、而成爲攝像資料。 Q 雷射加工裝置100，更進一步具備：將攝像元件121所 輸出的攝像資料予以輸入的攝像資料處理部1 2 5、控制全 體雷射加工裝置100的全體控制部127、及監視器129。攝 像資料處理部1 25，其以攝像資料爲基礎，對觀察用光源 117產生的可見光的焦點，爲與表面3對準而計算該焦點資 料。根據該焦點資料、經由工作台控制部1 1 5移動控制Z軸 工作台113，可見光的焦點可對準表面3。因此，攝像資料 處理部125有自動聚焦單兀（auto focus unit)的機能。又， Q 攝像資料處理部125，以攝像資料爲基礎，也可演算出表 面3的擴大畫像等的畫像資料。該畫像資料送到全體控制 部1 27，全體控制部可用來做各種處理，再送到監視器1 29 。經由此，監視器1 2 9可顯示放大畫像等。 全體控制部127 ’其將工作台控制部1 15來的資料、攝 像資料處理部1 25來的畫像資料等予以輸入，以該等資料 爲基礎來控制雷射光源控制部1 0 2、觀察用光源1 1 7及工作 台控制部1 1 5 ’依此而控制整體的雷射加工裝置1 〇〇。因此 ’全體控制部127具有電腦單兀（computer unit)的機能。 *19- 201041680 繼續利用第7圖及第8圖’對本實施形態的雷射加工方 法作具體說明。第8圖係說明該雷射加工方法之流程圖。 加工對象物1是矽晶圓。 首先，加工對象物1的光吸收特性，係經由無圖示出 來的分光光度計等測定的。跟據測定的結果’選定雷射光 源1 ο 1，該光源所產生的雷射光L、其對加工對象物1必須 是透明的波長且吸收很少（S 1 〇 1)。其次，測定加工對象物 1的厚度。根據厚度的測定結果及該加工對象物1的屈折率 ，決定加工對象物1的z軸方向的移動量（S103)。此乃由於 爲了將雷射光L的集光點F對準加工對象物1的內部位置’ 而以對準加工對象物1的表面3的雷射光L的集光點爲基準 ，加工對象物1的Z軸方向的移動量是也。將該移動量輸入 至全體控制部127。 將加工對象物1載置於雷射加工裝置1 〇〇的載置台1 07 。接著，使觀察用光源11 7產生可見光以照亮加工對象物 1 (S 1 05)。用攝像元件1 2 1對包含已被照量的切斷預定線5 的加工對象物1的表面3作攝像。該攝像資料送到攝像資料 處理部I25。攝像資料處理部125根據該攝像資料，來計算 觀察用光源117之可見光之焦點、其要對準表面3的焦點資 料（S 1 0 7 )。 該焦點資料被送到工作台控制部1 1 5。工作台控制部 1 1 5，根據該焦點資料使Z軸工成台1 1 3在Z軸方向移動 (S 1 09)。經由此，觀察用光源1 1 7之可見光之焦點，已對 準表面3。再者’攝像資料處理部1 2 5根據攝像資料，來演 -20- 201041680 算出包含切斷預定線5的加工對象物1的表面3的放大畫像 資料。該放大畫像資料經由全體控制部1 27被送到監視器 129 ’依此監視器129顯示出切斷預定線5附近的放大畫像 〇 全體控制部127，其在先前的S103已將移動量資料輸 入、而將該移動量資料送到工作台控制部1 1 5。工作台控 制部1 1 5根據該移動量資料，爲使雷射光L的集光點F對準 q 加工對象物1的內部、而經由Z軸工作台U 3使加工對象物1 在Z軸方向移動（S1 1 1)。 繼續’在加工對象物1的表面3設定切斷預定線5。切 斷預定線5的設定，乃是在加工對象物1要切斷的所望位置 設定雷射掃瞄位置者也。切斷預定線5的設定，利用設計 資料等預先決定的切粒分離（切斷預定線）的位置資訊亦可 ;或者一邊觀察表面一邊計測表面資訊來設定亦可。亦即 、切斷預定線5的設定，乃是在加工對象物的所望位置要 Q 使能雷射光照射到、而來控制雷射加工裝置。其次，使雷 射光源1 01產生雷射光L、使雷射光L照射在加工對象物i 的表面3的切斷預定線5。由於雷射光L的集光點F已對準加 工對象物1的內部，故作爲改質區域的熔融處理區域只在 加工對象物1的內部被形成。接著，沿著切斷預定線5在χ 軸工作台1 〇 9和Y軸工作台1 1 1依指定的節距p移動，則熔 融處理區域會以預定的節距P沿著加工對象物1的內部被形 成。如此形成熔融處理區域後，再各自對應即可形成微小 空洞（S 1 1 3 )。接著，將貼在加工對象物i背面的擴張膠帶 -21 - 201041680 1 06沿著晶圓周緣方向擴張、再沿著加工對象物1的切斷預 定線5予以切斷分離（S1 15)。經由此’可將加工對象物1分 割成矽晶粒（加工生產物）。 再者’作爲半導體基板的矽晶圓，沿著切斷預定線所 形成的熔融處理區域和微小空洞成爲改質區域，以該區域 形成的切斷預定部的起點開始向斷面方向作切割、經由該 從矽晶圓之表面到達背面的切割’結果是可將矽晶圓切斷 。從矽晶圓表面到背面的切割有自然成長者，也有在砂晶 圓施外加力而使之成長者。再者，從切斷預定部到矽晶圓 之表面、背面的切割以自然成長之場合，則有由切斷預定 部形成改質區域的熔融處理區域、其在溶融狀態而分割成 長的，或由切斷預定部形成改質區域的熔融處理區域、於 該熔融狀態再固化時分割成長的，或經由熔融處理區域和 微小空洞生成割斷面、再經由應力分佈的差排而分割成長 的，等等其中的任一種。但是，無論何種場合，熔融處理 區域和微小空洞只有在矽晶圓之內部形成，切斷後的斷切 面只有在內部有熔融處理區域形成。在半導體基板的內部 ，如以熔融處理區域和微小空洞形成切斷預定部，切斷時 從切斷預定部的外部不必要的分割不易生成，故而切斷控 制容易。又，經由形成微小空洞，熔融處理區域、或熔融 處理區域和微小空洞之間因產生應力分佈，可使切斷比較 容易。 經由該雷射加工方法所切斷的矽晶圓之切斷面照片’ 如第9圖及第1〇圖所示。第9圖及第10圖所示的切斷面照片 -22- 201041680 ，係爲相同的切斷面照片，只是不同的比例尺寸而已，形 成第9圖及第1〇圖所示斷切面，其詳細條件如下。 (A)加工對象物：矽晶圓，厚度100 μιη (Β)雷射 光源：半導體雷射勵起，Nd : YAG雷射 波長:1 0 6 4 n m 光束徑：3.99mm 弧度：2.3 4mrad 操作頻率：40kHz 脈波寬度：200nsec 脈波節距：7 μ m 加工深度：13μπι 脈波能量：20|_iJ/脈波 (C )集光用透鏡 NA : 0.8 (D)載置加工對象物的載置台移動速度：2 8 0mm/SeC 第9圖及第10圖所示切斷面之熔融處理區域13(被處理 部），矽晶圓的厚度方向（圖中的上下方向）的寬度約13μηι ，雷射移動方向（圖中的左右方向）的寬度約3μηι。又，微 小空洞8，其在矽晶圓的厚度方向（圖中的上下方向）的寬 度約7μιη，雷射移動方向（圖中的左右方向）的寬度約1·3μηι 。熔融處理區域13和微小空洞8之間的距離約1·2μιη。第9 圖及第1 0圖所示切斷面的全體照片，如第1 1圖所示。 接著、如第9圖及第10圖所示切斷面，其經Raman分 -23- 201041680 析的結果，加以說明。測定裝置及測定方法，則如下述。 (1) 裝置：Ramanor U- 1 000(Jobin Yvon) (II) (2) 測定模式：微探針顯微鏡（Olympus ΒΗ2型） B e a m S ρ 1 i 11 e :照射系、R = 2 5 % 集光系、R = 1 0 0 % 對物透鏡：x90(長焦點） (3) 光源：Ar +雷射 457.9nm

(4) 偏光：入射光P、散亂光S + P (5) 分光器：U-1000(繞射格子 PlaneHologarphic 1 8 00gr/mm) (6) 檢出器· CCD(Jobin Yvon) 該Ram an分析爲，在熔融處理區域13的近旁的測定位 置1、在微小空洞8的近旁的測定位置2、在熔融處理區域 1 3和微小空洞8之間的測定位置3、及在熔融處理區域1 3的 上方的測定位置4，經由這樣而執行的測定。 (非結晶Si的評價） 無論從何位置對非結晶Si，都不能明確觀測到由來的 Raman線。是由於非結晶Si不存在，或是其存在量在檢出 界限以下，被認爲有此二種可能。 (結晶性的評價） 測定位置2、3、4的頻譜的半値寬度，係有相同的程 度。又者，與參考Si(l 10)比較，也有相同的程度，故被 認爲測定位置2、3、4，無論任何一個皆爲結晶性高的單 結晶Si。另一方面，於測定位置I，有觀測到較寬的Raman -24- 201041680 線。關於測定位置1，被認爲可能有多結晶Si。 (應力的評價） 測定位置1，被認爲有產生相當大的壓縮應力之可能 性。又，測定位置3，被認爲有產生壓縮應力之可能性。 測定位置2及4，則被認爲僅僅能產生檢出界限程度的應力 而已。 在此，使用6英吋直徑大的厚100 μιη的矽晶圓，對著 q 結晶軸方向的平邊（Orientation flat)以平行及垂直的方向 形成5mm節距的改質區域，使分割成複數的5mmx5mm之 晶粒而變化脈波節距與加工深度，則擴張分離時的切斷性 之評價結果，可用第1 2圖來說明。 該評價係將脈波節距固定、對於厚度100 μιη的晶圓， 當加工深度（微小空洞可能位置的深度）在45μιη〜90μιη之 間變化時，對表面狀態與切斷性的評價是也。在第1 2圖中 ，有「HC、山」者表示「半切、微凸山狀」的意思，表 Q 示矽晶圓的雷射入射側的表面、可見到龜裂等。有「ST、 谷」者表示「隱密地、微凹谷狀」的意思，表示雷射入射 側的相反側的表面、可見到龜裂等。「ST」表示「Stealth ’隱密地」的意思，表示無論如何在表面無法確認龜裂。 又者’圓形記號表示背面剝離膠布時、全部斷裂，三角記 號表示背面剝離膠布時、不能全部斷裂。 經由第12圖，吾人知道脈波節距接近4.00 μπ1較合適。 又者。加工深度（微小空洞的可能位置之深度）深的較好。 脈波節距不要太寬比較好。綜合此等來評價的話，脈波節 -25- 201041680 距爲Ι.ΟΟμιη〜7·00μιη是好的，脈波節距爲3.〇〇μιη〜 5 · 0 0 μ m更佳。又’加工深度（微小空洞的可能位置之深度） 來說，以厚度ΙΟΟμιη的晶圓，45μηι〜90μιη是可以的、 65μπι〜85μιη貝丨J更佳。 例如，以厚度3 0 0 μ m的矽晶圓之場合，上述的雷射加 工製程’將加工深度變化、來回數次的操作固然可以，或 至少有一段係熔融處理區域和微小空洞的組合、則是更好 的。 對於厚矽晶圓執行複數回雷射加工後的斷面照片例， 如第13圖及第14圖所示。第13圖所示的斷面照片，係爲由 矽晶圓2的背面2 1向正面2 0行複數回的雷射加工的。其結 果是，形成了改質區域201〜206。對應改質區域203的部 分，在近接的部分由於行複數回的雷射加工，微小空洞成 爲無法辨認的狀態。其他的改質區域2 0 1、2 0 2、2 0 4、2 0 5 、206則有形成微小空洞。經由形成微小空洞，熔融處理 區域、或熔融處理區域與微小空洞之間會產生應力分佈， 可以比較容易割斷。又者，若從外部施加力量時，微小空 洞也容易成爲割斷的起點。因此，內部形成改質區域的半 導體基板、若將其固定膠帶使之擴張’則在行半導體基板 的切斷、分離時，即成爲容易割斷的必要條件，而微小空 洞的形成即在實現該條件。如上述，在形成熔融處理區域 的同時也形成微小空洞，經由膠帶的擴張、對於內部形成 有改質區域的半導體基板的切斷、分離來說’特別有效。 第1 4圖所示的斷面照片’係與第1 3圖同樣執行了雷射 -26- 201041680 加工的砂晶圓2a的照片。第15圖爲第14圖所表示的砍晶圓 2 a的模式圖。於矽晶圓2a，形成有改質區域21 1及212。改 質區域211有熔融處理區域2lla及微小空洞211b。改質區 域212有熔融處理區域212a及微小空洞212b。微小空洞 2 1 2b，一樣地形成有空洞。另一方面，微小空洞2 1 1 b則有 不形成空洞的區域2 1 1 c。微小空洞者’由於雷射入射面的 表面狀態（凹凸或雷射光的穿過率的差異）’而產生較難形 0 成的部分。在此場合，如第14圖所示，熔融處理區域211a 雖也沿著切斷預定線連續形成，微小空洞2 1 2b則是各處分 佈有形成。即使像這樣的場合，由於有微小空洞因此也容 易切斷。此乃由於熔融處理區域211a已大略連續形成，成 爲切斷起點的區域及切斷預定線大略的全都已形成。因此 ，即使切斷預定線沒有全都形成微小空洞2 1 2b，比起有微 小空洞2 1 2b而比較容易切斷，在切斷時熔融處理區域和微 小空洞、其有些區域的龜裂進展，對於僅是熔融處理區域 Q 的區域、會使其變爲容切斷的作用。要之，於加工對象物 (半導體基板）的內部，被處理部（熔融處理區域）係沿著切 斷預定線被形成爲被處理區域（第1區塊），微小空洞係沿 著切斷預定線被形成爲微小空洞區域（第2區塊），經由將 此等作爲切斷的起點，加工對象物（半導體基板）變爲容易 切斷。因此，此等區域即使切斷預定線沒有全都形成（切 斷預定線即使各處分佈存在），由於有微小空洞割斷變爲 容易。又者，GaAs等劈開性良好的半導體基板之場合， 切斷預定線全都形成改質區域沒有必要，切斷預定線的— -27- 201041680 部分形成改質區域亦可。又者，只有切割精 分形成改質區域亦可。 於本實施形態，矽晶圓的表面形成有圖 光由有圖案面的反面射入較好。微小空洞側 融處理區域側的切斷面有比較清潔的傾向， 面側形成微小空洞可使良品率提高。更具體 所示，於其表面形成有電子回路、或半導體 元件、或MEMS的微小電氣機械系統等的榜 矽晶圓1 8 0，經由在形成有機能元件1 8 1之側 1 8 2，則機能元件1 8 1側的切斷精度會比較好 率可提高，生產效率也可提昇。又者，內部 域之半導體基板，將固定膠帶作擴張、雖是 基板的切斷、分離時，成爲容易割斷的必要 ，然經由微小空洞、該條件更可實現。與熔 時形成微小空洞，經由膠帶的擴張、要將內 層的半導體基板切斷、分離之場合，是特別 表示要將矽晶圓180切斷、分離之場合，第 圓180被膠帶1S3固定。其後，第20圖表示步 、將矽晶圓1 8 0切斷、分離。再者，以切斷 說，在半導體基板內部形成改質區域後，ί 膠帶、晶圓膜）張貼、擴張固然可以；或在 貼上膠帶，再在半導體基板的內部形成改質 帶作擴張亦可。 對於透鏡口徑以較寬廣的高斯分布而將 度要提高的部 案時，則雷射 的切斷面比熔 故在圖案形成 的，如第1 8圖 發光部等的光 丨能元件1 8 1之 形成微小空洞 。從而，良品 形成有改質區 在執行半導體 條件是必要的 融處理區域同 部形成有改質 有效。第1 8圖 1 9圖表不砂晶 ?膠帶1 8 3擴張 、分離製程來 I將膠帶（擴張 半導體基板先 區域，再對膠 透鏡入射光束 -28 - 201041680 ’以高帽式（Top hat)地使用較好（亦即將ΝΑ大的光線之能 量提高較好）。Na者，在0.5〜1.0之間較好。 脈波寬度500ns以下是好的。在lOnsec〜500nsec較好 。在 10 nsec 〜300 nsec更好。在 1〇〇 nsec 〜200 nsec則最 好。 熔融處理區域和微小空洞是成對的，各自的深度與厚 度應有一定的關係存在。特別是，因應於NA、熔融處理 區域和微小空洞之間應有一定關係較好。 切斷方向，其對於結晶軸方向的平邊（Orientation flat)應呈平行、或垂直較好。沿著結晶方向而形成熔融處 理區域較好。 於本實施形態，加工對象物雖然使用矽製的半導體晶 圓，但半導體晶圓材料並不限定於此。例如，矽以外的IV 族元素半導體、如SiC的包含IV族元素的化合物半導體、 包含III-V族元素的化合物半導體、包含π·νΙ族元素的化 Q 合物半導體，更近一步、添加種種摻雜物（dopant)的半導 體，皆可被使用。 接著說明本實施形態的效果。經由此，以引起多光子 吸收的條件且使集光點F對準加工對象物！內部，可將脈波 雷射光L對著切斷預定線5照射。接著，經由移動X軸工作 台109或Y軸工作台丨！ ！，可將集光點ρ沿著切斷預定線5以 預定的節距移動。經由此’沿著切斷預定線5在加工對象 物1的內部可形成被處理部外’微小空洞也會形成。依此 ，加工對象物1的表面3，除切斷預定線5以外不會發生額 -29- 201041680 外的割痕、而可以將加工對象物1切斷。 又者，以於加工對象物1引起多光子吸收的條件且使 集光點F對準加工對象物1內部，而將脈波雷射光L對著切 斷預定線5照射。據此，脈波雷射光L穿透加工對象物i , 由於在加工對象物1的表面3之脈波雷射光L，幾乎沒有被 吸收的，改質區域形成的原因，在表面3不存在，故不會 有熔融等的瑕疵。 如以上說明，加工對象物1的表面3，除切斷預定線5 以外不會發生額外的割痕或熔融、而可以將加工對象物1 切斷。據此’加工對象物1例如半導體晶圓之場合，在半 導體晶粒的切斷預定線以外的地方不會割痕或熔融，故可 從半導體晶圓切出半導體晶粒。在表面有電極圖案形成的 加工對象物、或形成壓電元件晶圓或液晶等顯示裝置的玻 璃基板等在其表面上形成有電子元件的加工對象物等也是 一樣的。據此’經由加工對象物切斷後製作的製品（例如 半導體晶粒、壓電元件晶粒、液晶等顯示裝置），其良率 會提高。 又者’由於加工對象物1的表面3的切斷預定線5不會 溶融’切斷預定線5寬度可以很小（該寬度，例如在半導體 晶圓之場合’係指形成半導體晶粒區域中晶粒彼此的間隔 )。經由此’從一片加工對象物1製作的製品數會增加，故 可使製品的生產性提高。 又者’因爲是用雷射光將加工對象物1切斷加工，比 用鑽石切割機的切片可執行比較複雜的加工。 -30- 201041680 再者，將雷射光L透過加工對象物1、而在加工對象物 1的內部發生多光子吸收形成被處理部7之場合’對應各個 被處理部7之微小空洞8的形成原理’至今總還是尙未完全 明瞭。像如此被處理部7及微小空洞8以成對的狀態被形成 的原理，本發明人所推想的一種假設’以下加以說明。 第16圖爲該假設的說明圖。使焦點對準加工對象物1 的內部之集光點F而照射雷射光L的話’在集光點F的附近 會形成被處理部7。在以往，總認爲雷射光L從雷射光源照 射，是使用中心部分雷射光的光（相當於第16圖的L4及L5 部分的光）。這是由於使用了雷射光的高斯分佈的中心部 分的緣故。 本發明人爲了抑制雷射光在加工對象物的表面產生影 響，而將雷射光加寬。一種方法是，將從雷射光源照射出 來的雷射光之預定光學系統予以擴張之’使其高斯分佈更 加散開寬廣，也就是使雷射光周圍部分的光（相當於第1 6 圖中L1〜L3及L6〜L8部分的光），其雷射強度相對的上昇 〇 如此被擴張過的雷射光一透過加工對象物1 ’如上所 述會在集光點F的附近形成被處理部7’也在該被處理部7 的對應部份形成微小空洞8。亦即，被處理部7和微小空洞 8係沿著雷射光的光軸（第1 6圖中的中心點線）位置被形成 。微小空洞8的形成位置，相當於雷射光周圍部分的光（第 16圖中L1〜L3及L6〜L8相當部分的光）理論上集光的部分 -31 - 201041680 如此雷射光中心部分的光（第16圖中L4及L5相當部分 的光）、與雷射光周圍部分的光（第16圖中L1〜L3及L6〜L8 相當部分的光），各自集光的部分對著加工對象物1的厚度 方向所以會互異，推想是由於雷射光集光透鏡的球面收差 所致。本發明人所推想的一個假設，即是認爲該集光位置 的差、應該就是造成影響的因素吧。 本發明人推想的另外一個假設如下。雷射光周圍部分 的光（第16圖中L1〜L3及L6〜L8相當部分的光）的集光部分 、理論上應是雷射集光點，故推想該部分的光強度高。從 而，由於在該部分會引起微細構造的變化，因而在其周圍 會形成實質上結晶結構沒有變化的微小空洞8。另一方面 ，形成被處理部的部分，乃係受熱影響，單純的熔融後再 固化所致的。 該假設的說明圖如第17圖所示。具有高斯分佈81的雷 射光一射出，即通過光學系統82而對加工對象物83照射。 如第17圖所示，雷射光周圍部分的光（第I7圖中以虛線表 示者），在微小空洞83 2的形成部分之附近被集光。另一方 面，高斯分佈81中雷射強度比較強的部分之雷射光，在被 處理部8 3 1的形成部分之附近被集光。 【圖式簡單說明】 第1圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其執行雷 射加工的加工對象物之平面圖。 第2圖係第1圖所示加工對象物的Π· Π斷面圖。 -32- 201041680 第3圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其執行雷 射加工的加工對象物之平面圖。 第4圖係第3圖所示加工對象物的IV-IV斷面圖。 第5圖係第3圖所示加工對象物的V-V斷面圖。 第6圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其切斷過 的加工對象物之平面圖。 第7圖係可使用於本實施形態的雷射加工方法之雷射 加工裝置的槪略構成圖。 第8圖係說明本實施形態的雷射加工方法的流程圖。 第9圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其切斷過 的矽晶圓之斷面照相圖。 第1 0圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其切斷過 的矽晶圓之斷面照相圖。 第11圖係表示第9圖及第10圖所示斷面的全體之照相 圖。 第1 2圖係本實施形態的雷射加工方法的條件的檢討圖 〇 第1 3圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其切斷過 的矽晶圓之斷面照相圖。 第1 4圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其切斷過 的矽晶圓之斷面照相圖。 第15圖係第Μ圖的模式圖。 第1 6圖係本實施形態的雷射加工方法的原理的檢討圖 -33- 201041680 第1 7圖係本實施形態的雷射加工方法的原理的檢討圖 〇 第1 8圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其執行雷 射加工的加工對象物之斷面圖。 第1 9圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其執行雷 射加工的加工對象物之斷面圖。 第20圖係根據本實施形態的雷射加工方法、其執行雷 射加工的加工對象物之斷面圖。 【主要元件符號說明】 1 :加工對象物 3 :表面 5 :切斷預定線 7 :被處理部 8 :微小空洞 -34-

Claims (1)

1. 201041680 七、申請專利範圍 1. 一種雷射加工方法，係具備有： 使集光點對準加工對象物內部而施以雷射光照射，將 沿著前述加工對象物的前述切斷預定線在前述加工對象物 內部形成有被處理部的被處理區域、和沿著前述切斷預定 線在前述加工對象物內部形成有微小空洞的微小空洞區域 的兩區域形成在至少對應於前述切斷預定線的一部份之位 0 置之製程；和 切斷形成有前述微小空洞的加工對象物之製程， 各個前述微小空洞係沿著前述切斷預定線相互間隔著 預定距離， 前述雷射光係爲脈波雷射光，藉由沿著前述切斷預定 線以預定節距使集光點移動，使得脈波雷射光的集光點沿 著前述加工對象物的切斷預定線相對地移動，藉此，來在 前述加工對象物的內部形成前述被處理區域及前述微小空 Q 洞區域， 前述雷射光透過前述加工對象物的表面，前述集光點 之峰値功率密度係爲lxl〇8(W/cm2)以上， 以前述被處理部與前述微小空洞作爲切斷起點，將前 述加工對象物切斷， 在切斷前述加工對象物後，前述微小空洞位在切斷 面’ 前述雷射光的脈波寬度係爲1 μ s，其脈波節距係爲 1.00 〜7.〇〇pm， -35- 201041680 BIJ述加工對象物爲矽晶圓，前述被處理部係爲熔融處 理區域， 則述微小空洞係將前述被處理部包夾，而形成於前述 雷射光入射側的相反俱IJ。 2.如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中， 前述被處理部係沿著前述切斷預定線連續地形成，前述微 小空洞係各處分佈形成。 3 .如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中， 再具備：設定前述切斷預定線之製程。 4 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之雷射加工 方法，其中’在前述加工對象物的主面，形成有機能元 件’前述微小空洞係形成於前述主面與前述被處理部之 間，前述雷射光係自與前述主面相反面側射入。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之雷射加工 方法，其中’在前述主面形成有機能元件，前述微小空洞 係形成於前述主面與前述溶融處理區域之間。 -36-