TWI406726B - 切斷方法、及半導體晶片 - Google Patents

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TWI406726B
TWI406726B TW099130075A TW99130075A TWI406726B TW I406726 B TWI406726 B TW I406726B TW 099130075 A TW099130075 A TW 099130075A TW 99130075 A TW99130075 A TW 99130075A TW I406726 B TWI406726 B TW I406726B
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Kenshi Fukumitsu
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

切斷方法、及半導體晶片
本發明係關於雷射加工方法、雷射加工裝置及加工產品。
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1μm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]　荒井一尚「半導體晶圓的雷射切片加工」，砥粒加工學會誌Vol.47、No.5、2003 MAY,P229-231。
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。
本發明之雷射加工方法，其係備有：使集光點對準加工對象物內部而施以雷射光照射，沿著加工對象物的切斷預定線在前述加工對象物的內部、經由多光子吸收形成被處理部外，也在加工對象物內部對應於被處理部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，由於對應於被處理部形成有微小空洞，故可在加工對象物內部形成一對的被處理部與微小空洞。
又本發明之雷射加工方法，其備有切斷預定線的設定製程亦可。由於其備有切斷預定線的設定製程，故可沿著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：對加工對象物的切斷預定線作設定的製程；及使集光點對準加工對象物內部而施以雷射光照射，沿著切斷預定線在前述加工對象物的內部、經由多光子吸收形成被處理部外，也在加工對象物內部對應於被處理部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，由於對應於被處理部形成有微小空洞，故可在加工對象物內部形成一對的被處理部與微小空洞。
又本發明之雷射加工方法，加工對象物係為半導體基板、被處理部係為熔融處理區域亦可。由於在半導體基板照射雷射光，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，加工對象物係為半導體基板、雷射光係為脈波雷射光、該脈波寬度在500nsec以下亦可。由於以脈波寬度500nsec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，加工對象物係為半導體基板、雷射光係為脈波雷射光、該脈波節距係為1.00～7.00μm亦可。由於以脈波節距1.00～7.00μm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500nsec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為1.00～7.00μm者。
經由本發明之雷射光加工方法，由於以脈波節距1.00～7.00μm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，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熔融處理區域之間形成亦可。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，微小空洞係將熔融處理區域包，而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，其備有對形成微小空洞的半導體基板作切斷的製程亦是可以的。
本發明之雷射加工裝置，其備有：雷射光源：載置加工對象物的載置台；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，其係使集光點對準加工對象物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加工對象物的切斷預定線作相對移動、沿著切斷預定線之加工對象物的內部經由多光子吸收形成被處理部之外，也在加工對象物內部對應於被處理部的預定位置形成微小空洞者。
經由本發明之雷射加工裝置，由於對應於被處理部形成有微小空洞，故可在加工對象物內部形成一對的被處理部與微小空洞。
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。
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500nsec以下者。
經由本發明之雷射加工裝置，由於以脈波寬度500nsec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為1.00～7.00μm者。
經由本發明之雷射加工裝置，由於以脈波節距1.00～7.00μm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，加工對象物係為半導體基板、被處理部係為熔融處理區域亦可。由於對加工對象物的半導體基板照射雷射光，故可形成熔融處理區域與微小空洞。
又本發明之加工產品，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，可更有效率地形成微小空洞。
又本發明之加工產品，微小空洞以相互的間隔1.00～7.00μm來形成亦可。由於微小空洞的間隔為1.00～7.00μm，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述切斷預定線的第1區帶被形成、前述複數的微小空洞係在與前述第1區帶有一定間隔的第2區帶被形成亦可。由於被處理部與微小空洞分別被形成於各區帶，故可被當作一群之物而形成。
本發明之雷射加工方法，其備有：使集光點對準加工對象物內部而施以雷射光照射，被處理部係在沿著加工對象物的切斷預定線之加工對象物內部所形成的被處理區域、微小空洞係在沿著切斷預定線之加工對象物內部所形成的微小空洞區域，至少在切斷預定線的一部份之對應位置予以形成之製程者。
經由本發明之雷射加工方法，由於被處理部區域與微小空洞區域係至少在切斷預定線的一部份之對應位置形成的，故對加工對象物作切斷變為容易。
又本發明之雷射加工方法，加工對象物係為半導體基板、被處理部係為熔融處理區域亦可。
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，加工對象物係為半導體基板、被處理部係為熔融處理區域亦可。
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為容易。
本發明的見識，經由參照作為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。多光子吸收是雷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hν還小，則會形成光學上的透明。因而，材料吸收的生成條件為Hν>EG 。但是，即使是光學上的透明，以強度非常大的雷射光、在使nhν>EG 為條件(n=1，2，3…等)下即會產生材料的吸收。此現象稱為多光子吸收。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值功率密度(W/cm2 )來決定的，例如峰值功率密度1×108 (W/cm2 )以上的話即會生成多光子吸收。峰值功率密度可由(集光點雷射光1個脈波的能量)÷(雷射光聚光束斷面積×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圖為加工中加工對象物1(半導體基板)之平面圖、第2圖為第1圖加工對象物1沿著II-II線的斷面圖、第3圖為雷射加工後加工對象物1之平面圖、第4圖為第3圖加工對象物1沿著IV-IV線的斷面圖、第6圖為切斷後加工對象物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為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1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1×108 (W/cm2 )以上且脈波幅寬為1μs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。
熔融處理區域者，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為非晶質構造的區域、或從單結晶構變化為多結晶構造的區域、或從單結晶構造變化為包含非晶質構造及多結晶構造的區域之意思。工作對象物為矽單結晶結構之場合，則熔融處理區域可為例如非晶質矽構造。再者，以電場強度的上限值來說，例如是1×1012 (W/cm2 )。而脈衝寬度1ns～200ns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：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101的雷射光源控制部102、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105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111(控制手段)、使載置台107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113(控制手段)、及控制此等三個工作台109、111、113之移動的控制部115(控制手段)。又者、雖無圖示，在雷射光源101和集光用透鏡105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為工作對象物1，故在加工對象物1的背面貼有擴張膠帶(Expand tape)106。
因Z軸方向係和加工對象物1的表面3呈直交的方向，故成為加工對象物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113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F的X(Y)軸方向的移動，係經由X(Y)軸工作台109(111)而使加工對象物1沿著X(Y)軸移動。X(Y)軸工作台109(111)，即成為移動手段之一例。
雷射光源101係為產生脈波雷射光的Nd：YAG雷射。可用在雷射光源101的雷射，其他尚有Nd：YVO4雷射、Nd：YLF雷射或鈦藍寶石(titanic sapphire)雷射。要在被處理部形成為熔融處理區域之場合，以利用Nd：YAG雷射、Nd：YVO4 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113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105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：為使載置台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(beam 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117所產生可視光線，由光束分離器119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105，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。
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121及結像透鏡123。以攝像元件121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105、雙色向面鏡103、及光束分離器119，在給像透鏡123結像之，再由攝像元件121攝像之、而成為攝像資料。
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125、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125，其以攝像資料為基礎，對觀察用光源117產生的可見光的焦點，為與表面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115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有自動聚焦單元(auto focus unit)的機能。又，攝像資料處理部125，以攝像資料為基礎，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127，全體控制部可用來做各種處理，再送到監視器129。經由此，監視器129可顯示放大畫像等。
全體控制部127，其將工作台控制部115來的資料、攝像資料處理部125來的畫像資料等予以輸入，以該等資料為基礎來控制雷射光源控制部102、觀察用光源117及工作台控制部115，依此而控制整體的雷射加工裝置100。因此，全體控制部127具有電腦單元(computer unit)的機能。
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101，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(S101)。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)。此乃由於為了將雷射光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的集光點為基準，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100的載置台107。接著，使觀察用光源117產生可見光以照亮加工對象物1(S105)。用攝像元件121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125。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(S107)。
該焦點資料被送到工作台控制部115。工作台控制部115，根據該焦點資料使Z軸工成台113在Z軸方向移動(S109)。經由此，觀察用光源117之可見光之焦點，已對準表面3。再者，攝像資料處理部125根據攝像資料，來演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127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。
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115。工作台控制部115根據該移動量資料，為使雷射光L的集光點F對準加工對象物1的內部、而經由Z軸工作台113使加工對象物1在Z軸方向移動(S111)。
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101產生雷射光L、使雷射光L照射在加工對象物1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，故作為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X軸工作台109和Y軸工作台111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(S113)。接著，將貼在加工對象物1背面的擴張膠帶106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(S115)。經由此，可將加工對象物1分割成矽晶粒(加工生產物)。
再者，作為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為改質區域，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，也有在矽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、其在熔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10圖所示。第9圖及第10圖所示的切斷面照片，係為相同的切斷面照片，只是不同的比例尺寸而已，形成第9圖及第10圖所示斷切面，其詳細條件如下。
(A)　加工對象物：矽晶圓，厚度100μm
(B)　雷射
光源：半導體雷射勵起，Nd：YAG雷射
波長：1064nm
光束徑：3.99mm
弧度：2.34mrad
操作頻率：40kHz
脈波寬度：200nsec
脈波節距：7μm
加工深度：13μm
脈波能量：20μJ/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：280mm/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13μm，雷射移動方向(圖中的左右方向)的寬度約3μm。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7μm，雷射移動方向(圖中的左右方向)的寬度約1.3μm。熔融處理區域13和微小空洞8之間的距離約1.2μm。第9圖及第10圖所示切斷面的全體照片，如第11圖所示。
接著、如第9圖及第10圖所示切斷面，其經Raman分析的結果，加以說明。測定裝置及測定方法，則如下述。
(1)　裝置：Ramanor U-1000(Jobin Yvon)(II)
(2)　測定模式：微探針顯微鏡(Olympus BH2型)
Beam Splitte：照射系、R=25%
集光系、R=100%
對物透鏡：×90(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Plane Hologarphic 1800gr/mm)
(6)　檢出器：CCD(Jobin Yvon)
該Raman分析為，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13和微小空洞8之間的測定位置3、及在熔融處理區域13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，被認為有此二種可能。
(結晶性的評價)
測定位置2、3、4的頻譜的半值寬度，係有相同的程度。又者，與參考Si(110)比較，也有相同的程度，故被認為測定位置2、3、4，無論任何一個皆為結晶性高的單結晶Si。另一方面，於測定位置1，有觀測到較寬的Raman線。關於測定位置1，被認為可能有多結晶Si。
(應力的評價)
測定位置1，被認為有產生相當大的壓縮應力之可能性。又，測定位置3，被認為有產生壓縮應力之可能性。測定位置2及4，則被認為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100μm的矽晶圓，對著結晶軸方向的平邊(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5mm×5mm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12圖來說明。
該評價係將脈波節距固定、對於厚度100μm的晶圓，當加工深度(微小空洞可能位置的深度)在45μm～90μm之間變化時，對表面狀態與切斷性的評價是也。在第12圖中，有「HC、山」者表示「半切、微凸山狀」的意思，表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4.00μm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，脈波節距為1.00μm～7.00μm是好的，脈波節距為3.00μm～5.00μm更佳。又，加工深度(微小空洞的可能位置之深度)來說，以厚度100μm的晶圓，45μm～90μm是可以的、65μm～85μm則更佳。
例如，以厚度300μm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，係為由矽晶圓2的背面21向正面20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，微小空洞成為無法辨認的狀態。其他的改質區域201、202、204、205、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，微小空洞也容易成為割斷的起點。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，即成為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14圖所示的斷面照片，係與第13圖同樣執行了雷射加工的矽晶圓2a的照片。第15圖為第14圖所表示的矽晶圓2a的模式圖。於矽晶圓2a，形成有改質區域211及212。改質區域211有熔融處理區域211a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。微小空洞212b，一樣地形成有空洞。另一方面，微小空洞211b則有不形成空洞的區域211c。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，微小空洞212b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，成為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洞212b，比起有微小空洞212b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的區域、會使其變為容切斷的作用。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為被處理區域(第1區塊)，微小空洞係沿著切斷預定線被形成為微小空洞區域(第2區塊)，經由將此等作為切斷的起點，加工對象物(半導體基板)變為容易切斷。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為容易。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，切斷預定線的一部分形成改質區域亦可。又者，只有切割精度要提高的部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案時，則雷射光由有圖案面的反面射入較好。微小空洞側的切斷面比熔融處理區域側的切斷面有比較清潔的傾向，故在圖案形成面側形成微小空洞可使良品率提高。更具體的，如第18圖所示，於其表面形成有電子回路、或半導體發光部等的光元件、或MEMS的微小電氣機械系統等的機能元件181之矽晶圓180，經由在形成有機能元件181之側形成微小空洞182，則機能元件181側的切斷精度會比較好。從而，良品率可提高，生產效率也可提昇。又者，內部形成有改質區域之半導體基板，將固定膠帶作擴張、雖是在執行半導體基板的切斷、分離時，成為容易割斷的必要條件是必要的，然經由微小空洞、該條件更可實現。與熔融處理區域同時形成微小空洞，經由膠帶的擴張、要將內部形成有改質層的半導體基板切斷、分離之場合，是特別有效。第18圖表示要將矽晶圓180切斷、分離之場合，第19圖表示矽晶圓180被膠帶183固定。其後，第20圖表示將膠帶183擴張、將矽晶圓180切斷、分離。再者，以切斷、分離製程來說，在半導體基板內部形成改質區域後，再將膠帶(擴張膠帶、晶圓膜)張貼、擴張固然可以；或在半導體基板先貼上膠帶，再在半導體基板的內部形成改質區域，再對膠帶作擴張亦可。
對於透鏡口徑以較寬廣的高斯分布而將透鏡入射光束，以高帽式(Top hat)地使用較好(亦即將NA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10nsec～500nsec較好。在10 nsec～300 nsec更好。在100 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(Orielntation 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II-VI族元素的化合物半導體，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1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111，可將集光點F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1，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不會熔融，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，因為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。
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，至今總還是尚未完全明瞭。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圖為該假設的說明圖。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，總認為雷射光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。
本發明人為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16圖中L1～L3及L6～L8部分的光)，其雷射強度相對的上昇。
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16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。
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，即是認為該集光位置的差、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17圖中以虛線表示者)，在微小空洞832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831的形成部分之附近被集光。
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
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II-II斷面圖。
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概略構成圖。
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10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12圖係本實施形態的雷射加工方法的條件的檢討圖。
第13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14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14圖的模式圖。
第16圖係本實施形態的雷射加工方法的原理的檢討圖。
第17圖係本實施形態的雷射加工方法的原理的檢討圖。
第18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19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。

Claims (11)

  1. 一種切斷方法，係具備有：使集光點對準半導體基板的內部，在前述集光點之峰值功率密度為1×108 (W/cm2 )以上的條件下，施以脈波雷射光照射，藉由使前述脈波雷射光沿著前述半導體基板的切斷預定線相對地移動，使得沿著前述切斷預定線，在前述半導體基板的內部形成熔融處理區域，並且在前述半導體基板的內部中，包夾著前述熔融處理區域，以沿著前述切斷預定線相互地分離的方式，在脈波雷射光射入側之相反側，形成複數個微小空洞之製程；和以由前述熔融處理區域與前述微小空洞所構成的改質區域作為起點，來產生龜裂，沿著前述切斷預定線，切斷前述半導體基板的製程，前述脈波雷射光的脈波節距係為1.00~7.00μm。
  2. 如申請專利範圍第1項之切斷方法，其中，還具備有設定前述切斷預定線之製程。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之切斷方法，其中，前述脈波雷射光的脈波寬度係為500nsec以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之切斷方法，其中，在前述半導體基板的主面，形成有機能元件，前述脈波雷射光係自與前述主面相反面側射入到前述半導體基板，前述微小空洞係形成於前述主面與前述熔融處理區域之間。
  5. 如申請專利範圍第3項之切斷方法，其中，在前述半導體基板的主面，形成有機能元件，前述脈波雷射光 係自與前述主面相反面側射入到前述半導體基板，前述微小空洞係形成於前述主面與前述熔融處理區域之間。
  6. 一種切斷方法，係具備有：使集光點對準矽晶圓的內部，在前述集光點之峰值功率密度為1×108 (W/cm2 )以上的條件下，施以脈波雷射光照射，藉由使前述脈波雷射光沿著前述矽晶圓的切斷預定線相對地移動，來沿著前述切斷預定線，在前述矽晶圓的內部形成熔融處理區域，並且在前述矽晶圓的內部中，包夾著前述熔融處理區域，以沿著前述切斷預定線相互地分離的方式，於脈波雷射光射入側之相反側，形成複數個微小空洞之製程；和以由前述熔融處理區域與前述微小空洞所構成的改質區域作為起點，來產生龜裂，沿著前述切斷預定線，切斷前述矽晶圓的製程，前述脈波雷射光的脈波節距係為2.00~7.00μm。
  7. 如申請專利範圍第6項之切斷方法，其中，可形成微小空洞的位置之深度為45μm~90μm。
  8. 一種半導體晶片，是自半導體晶圓切出之半導體晶片，其特徵為：具有：當自前述半導體晶圓切出時藉由龜裂所形成的切斷面，在前述切斷面的一部分，以在厚度方向上排列的方式形成有熔融處理區域與微小空洞。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體晶片，其中，前 述熔融處理區域及前述微小空洞係沿著與前述厚度方向呈垂直的方向形成有複數個。
  10. 如申請專利範圍第9項之半導體晶片，其中，前述微小空洞係沿著與前述厚度方向呈垂直的方向，以相互地分離的方式形成有複數個。
  11. 如申請專利範圍第8至10項中任一項之半導體晶片，其中，具有形成有機能元件的表面，前述機能元件係形成於前述表面與前述熔融處理區域之間。
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