TWI463550B - Laser processing method and laser processing device - Google Patents

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TWI463550B TW095134354A TW95134354A TWI463550B TW I463550 B TWI463550 B TW I463550B TW 095134354 A TW095134354 A TW 095134354A TW 95134354 A TW95134354 A TW 95134354A TW I463550 B TWI463550 B TW I463550B
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Tetsuya Osajima
Ryuji Sugiura
Kazuhiro Atsumi
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

雷射加工方法及雷射加工裝置
本發明是有關一種為了沿著切斷預定線來切斷加工對象物所使用的雷射加工方法及雷射加工裝置。
習知之此種雷射加工方法，具有藉由使聚光點對準加工對象物的內部，來照射雷射光，將成為切斷之起點的改性區域，沿著切斷預定線，形成在加工對象物之內部的雷射加工方法(例如參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本特開2004－179302號公報
但是，如果使用如上述的雷射加工方法，以改性區域作為切斷之起點，來切斷加工對象物，會有在切斷面出現扭梳紋(twist hackle)，在切斷面產生彎曲和凹凸等，切斷面的平坦度受損之虞。
於是，本發明是有鑑於此種事情的發明，其目的在於提供一種可提昇以改性區域為切斷的起點，來切斷加工對象物之際的切斷面之平坦度的雷射加工方法及雷射加工裝置。
為了達成上述目的，有關本發明的雷射加工方法，是藉由使聚光點對準加工對象物的內部，來照射雷射光，沿著加工對象物的切斷預定線，將成為切斷之起點的改性區域，形成在加工對象物之內部的雷射加工方法，其特徵為：照射在聚光點有具，垂直於切斷預定線之方向的最大長度，比平行於切斷預定線之方向的最大長度還短的斷面形狀的特定的雷射光，藉此形成特定的改性區域。
在該雷射加工方法中，將聚光點之特定的雷射光之斷面形狀(垂直於光軸的斷面形狀)形成，垂直於切斷預定線之方向的最大長度，比平行於切斷預定線之方向的最大長度還短的形狀。因此，形成在加工對象物之內部的特定之改性區域的形狀，由雷射光之入射方向觀看的話，為垂直於切斷預定線之方向的最大長度，比平行於切斷預定線之方向的最大長度還短的形狀。具有此種形狀的特定之改性區域，形成在加工對象物之內部的話，在以改性區域為切斷的起點，來切斷加工對象物之際，可抑制切斷面出現扭梳紋，就能提昇切斷面的平坦度。
再者，成為切斷之起點的改性區域，是使聚光點對準加工對象物的內部，照射雷射光，在加工對象物的內部產生多光子吸收其他的光吸收，藉此所形成。
在有關本發明的雷射加工方法中，形成特定的改性區域，藉此自特定的改性區域起，在加工對象物的雷射光入射面，產生沿著切斷預定線的裂縫為佳。如上述，特定之改性區域的形狀，由雷射光的入射方向觀看的話，因垂直於切斷預定線之方向的最大長度，比平行於切斷預定線之方向的最大長度還短的形狀，故針對自特定之改性區域起，在加工對象物的雷射光入射面產生的裂縫，會抑制扭梳紋的出現。因而，能抑制裂縫蛇行，或者裂痕狀行進，使裂縫大致直線行進，就能提昇以改性區域為切斷的起點，來切斷加工對象物之際的切斷面之平坦度。再者，加工對象物之厚度比較薄的時候，沿著切斷預定線的斷層，自特定之改性區域起，產生在加工對象物之雷射光入射面的話，就能以改性區域為切斷之起點，確實的切斷加工對象物。
在有關本發明的雷射加工方法中，在將改性區域，形成在加工對象物的內部之後，以改性區域為切斷的起點，沿著切斷預定線，切斷加工對象物為佳。藉此就能將加工對象物，沿著切斷預定線，精度良好的切斷。
在有關本發明的雷射加工方法中，有加工對象物具備半導體基板，改性區域包含融解處理區域的情形。
藉由本發明，就能提昇以改性區域為切斷的起點，來切斷加工對象物之際的切斷面之平坦度。
 [用以實施發明的最佳形態]
以下，針對本發明的最佳實施形態，參照圖面做詳細說明。在本實施形態的雷射加工方法中，為了在加工對象物的內部形成改性區域，利用所謂多光子吸收的現象。於是，首先，針對為了藉由多光子吸收，來形成改性區域的雷射加工方法做說明。
如果光子的能量hv比材料之吸收的頻帶間隙EG還小，光學上為透明。因而，材料產生吸收的條件為hv>EG 。可是，就算光學上是透明，但雷射光的強度還是非常大的話，在nhv>EG 的條件(n＝2，3，4，…)，材料產生吸收。此現象稱為多光子吸收。脈衝波的情形，雷射光的強度是以雷射光之聚光點的峰值功率密度(W/cm2 )所決定，例如在峰值功率密度為1×108 (W/cm2 )以上的條件下，產生多光子吸收。峰值功率密度是根據(相當聚光點之雷射光的1脈衝的能量)÷(雷射光的射束點斷面積×脈衝寬)所求得。又，連續波的情形，雷射光的強度是以雷射光之聚光點的電場強度(W/cm2 )所決定。
針對有關利用此種多光子吸收的本實施形態的雷射加工方法之原理，參照第1圖~第6圖做說明。如第1圖所示，在晶圓狀(平板狀)的加工對象物1的表面3，具有為了切斷加工對象物1的切斷預定線5。切斷預定線5是直線狀延伸的假想線。在有關本實施形態的雷射加工方法，是如第2圖所示，在產生多光子吸收的條件下，使聚光點P對準加工對象物1的內部，照射雷射光L，形成改性區域7。再者，聚光點P是指雷射光L聚光之處。又，切斷預定線5不限於直線狀，也可為曲線狀，不限於假想線，也可為實際拉在加工對象物1的線。
而且，藉由讓雷射光L，沿著切斷預定線5(即，第1圖的箭頭A方向)，相對性的移動，使聚光點P沿著切斷預定線5移動。藉此，如第3圖~第5圖所示，改性區域7會沿著切斷預定線5，形成加工對象物1的內部，該改性區域7會成為切斷起點區域8。在此，切斷起點區域8意思是加工對象物1被切斷之際，成為切斷(裂縫)之起點的區域。該切斷起點區域8有連續性形成改性區域7所形成的情形，也有斷續性形成改性區域7所形成的情形。
有關本實施形態的雷射加工方法，是藉由加工對象物1吸收雷射光L，不使加工對象物1發熱，來形成改性區域7。讓雷射光L穿透加工對象物1，使加工對象物1的內部發生多光子吸收，形成改性區域7。因而，因雷射光L幾乎不會被加工對象物1的表面3吸收，故加工對象物1的表面3不會融解。
如果在加工對象物1的內部，形成切斷起點區域8，以該切斷起點區域8作為起點，由於易發生裂縫，如第6圖所示，故能以比較小的力來切斷加工對象物1。因而，加工對象物1的表面3，不會發生不必要的裂縫，就能高精度切斷加工對象物1。
以該切斷起點區域8為起點的加工對象物1的切斷，是考慮以下兩點。一為，切斷起點區域8形成後，人為的力施加於加工對象物1，藉此加工對象物1會因以切斷起點區域8為起點而產生裂縫，故會有加工對象物1被切斷的情形。這是例如加工對象物1之厚度較大時的切斷。如果施加入為上的力，例如沿著加工對象物1的切斷起點區域8，在加工對象物1加上彎曲應力和剪應力，或者使加工對象物1賦予溫度差，藉此發生熱應力。另一為，藉由形成切斷起點區域8，以切斷起點區域8為起點，向著加工對象物1的斷面方向(厚度方向)，自然裂縫，結果會有加工對象物1被切斷的情形。這是例如加工對象物1之厚度較小時，可藉由一列改性區域7，形成有切斷起點區域8，加工對象物1之厚度較大時，可藉由複數列形成在厚度方向的改性區域7，形成有切斷起點區域8。再者，該自然裂縫的情形，也是在切斷之處，裂縫不搶先到對應於未形成切斷起點區域8之部位的部分的表面3上，因只能割斷對應於形成切斷起點區域8之部位的部分，故可控制佳的進行割斷。近年來因矽晶圓等之加工對象物1的厚度有變薄的傾向，故此種控制性佳的割斷方法非常有效。
那麼，針對有關本實施形態的雷射加工方法，藉由多光子吸收所形成的改性區域，有以下(1)~(3)的情形。
(1)改性區域為包含一個或複數個裂痕的裂痕區域之情形
使聚光點對準加工對象物(例如像是由玻璃或LiTaO3 所形成的壓電材料)的內部，聚光點的電場強度為1×108 (W/cm2 )以上，且脈衝寬為1 μ s以下的條件下，照射雷射光。該脈衝寬的大小，是一邊產生多光子吸收、一邊不使加工對象物的表面賦予多餘的損傷，只在加工對象物的內部形成裂痕區域的條件。藉此，在加工對象物的內部，會因多光子吸收產生光學性損傷的現象。因該光學性損傷，在加工對象物的內部引起熱彎曲，藉此，在加工對象物的內部會形成裂痕區域。電場強度的上限值，例如為1×101 2 (W/cm2 )。脈衝寬例如1ns~200ns為佳。再者，因多光子吸收形成裂痕區域，是例如記載於日本第45回雷射熱加工研究會論文集(1998年．12月)之第23頁~第28頁的「固體雷射高調波的玻璃基板的內部記號」。
本發明人是根據實驗求得電場強度與裂痕之大小的關係。實驗條件如下。
(A)加工對象物：派瑞克斯(註冊商標)玻璃(厚度700 μ m)(B)雷射光源：半導體雷射激勵Nd：YAG雷射波長：1064nm雷射光點斷面積：3.14×10－ 8 cm2 振盪形態：Q開關脈衝重複頻率：100kHz脈衝寬：30ns輸出：輸出<1mJ/脈衝雷射光品質：TEM0 0 偏光特性：直線偏光(C)聚光用透鏡對雷射光波長的穿透率：60%(D)載置有加工對象物之載置台的移動速度：100mm/秒
再者，雷射光品質TEM0 0 是指聚光性較高，可聚光到雷射光之波長程度。
第7圖是表示上述實驗之結果的座標圖。橫軸是峰值功率密度，雷射光為脈衝雷射光，電場強度以峰值功率密度表示。縱軸是表示藉由1脈衝的雷射光，形成在加工對象物之內部的裂痕部分(裂痕點)的大小。裂痕點集中成為裂痕區域。裂痕點的大小，是裂痕點之形狀中，最大之長度的部分之大小。座標圖中以黑圓圈所示的資料，是聚光用透鏡(C)的倍率為100倍、開口數(NA)為0.80的情形。另一方面，座標圖中以白圓圈所示的資料，是聚光用透鏡(C)的倍率為50倍、開口數(NA)為0.55的情形。峰值功率密度會自101 1 (W/cm2 )左右起，在加工對象物的內部產生裂痕點，得知隨著峰值功率密度變大，裂痕點也會變大。
其次，針對因形成裂痕區域，加工對象物之切斷的機構，參照第8圖~第11圖做說明。如第8圖所示，在產生多光子吸收的條件，使聚光點P對準加工對象物1的內部，來照射雷射光L，沿著切斷預定線，在內部形成裂痕區域9。裂痕區域9是包含一個複數個裂痕的區域。像這樣所形成的裂痕區域9則為切斷起點區域。如第9圖所示，以裂痕區域9為起點(即，以切斷起點區域為起點)，進一步長成裂痕，如第10圖所示，裂痕會到達加工對象物1的表面3與背面21，如第11圖所示，加工對象物1會裂縫，藉此加工對象物1就會被切斷。到達加工對象物1的表面3與背面21的裂痕，會自然長成的情形，也有對加工對象物1施加力，藉此所長成的情形。
(2)改性區域為融解處理區域的情形
使聚光點對準加工對象物(例如像是矽的半導體材料)的內部，聚光點的電場強度為1×108 (W/cm2 )以上，且脈衝寬為1 μ s以下的條件下，照射雷射光。藉此，加工對象物的內部會因多光子吸收，局部性加熱。藉由該加熱，在加工對象物的內部形成有融解處理區域。融解處理區域是指暫時融解後再固化的區域，或正好為融解狀態的區域、由融解狀態進行再固化之狀態的區域，也可稱為相變化的區域或結晶構造變化的區域。又，融解處理區域是指於單結晶構造、非晶質構造、多結晶構造，也可稱為某一構造變成別的構造的區域。就是，例如由單結晶構造變為非晶質構造的區域、由單結晶構造變為多結晶構造的區域、由單結晶構造變為包含非晶質構造及多結晶構造的構造的區域。加工對象物為矽單結晶構造時，融解處理區域是例如非晶質矽構造。電場強度的上限值，例如為1×101 2 (W/cm2 )。脈衝寬例如1ns~200ns為佳。
本發明人是根據實驗確認在矽晶圓的內部，形成有融解處理區域。實驗條件如下。
(A)加工對象物：矽晶圓(厚度350 μ m、外徑4吋)(B)雷射光源：半導體雷射激勵Nd：YAG雷射波長：1064nm雷射光點斷面積：3.14×10－ 8 cm2 振盪形態：Q開關脈衝重複頻率：100kHz脈衝寬：30ns輸出：20 μ J/脈衝雷射光品質：TEM0 0 偏光特性：直線偏光(C)聚光用透鏡倍率：50倍N.A.：0.55對雷射光波長的穿透率：60%(D)載置有加工對象物之載置台的移動速度：100mm/秒
第12圖是表示在上述條件藉由雷射加工所切斷的矽晶圓的一部分的斷面照片的圖。在矽晶圓11的內部，形成有融解處理區域13。再者，藉由上述條件所形成的融解處理區域13的厚度方向之大小為100 μ m左右。
說明融解處理區域13為藉由多光子吸收所形成。第13圖是表示雷射光之波長與矽基板的內部之穿透率的關係的座標圖。但分別除去矽基板之表面側與背面側的反射成分，只表示內部的穿透率。針對矽基板的厚度t分別為50 μ m、100 μ m、200 μ m、500 μ m、1000 μ m，來表示上述關係。
例如，Nd：YAG雷射之波長於1064nm，矽基板之厚度為500 μ m以下時，得知在矽基板的內部，雷射光會穿透80%以上。因第12圖所示的矽晶圓11之厚度為350 μ m，利用多光子吸收的融解處理區域13，是形成在矽晶圓11的中心附近，就是自表面起175 μ m的部分。若此時的穿透率，以厚度200 μ m的矽晶圓為參考，在90%以上，雷射光在矽晶圓11的內部稍微被吸收，幾乎是穿透。這是雷射光在矽晶圓11的內部被吸收，並未在矽晶圓11的內部形成融解處理區域13(就是利用雷射光以普通的加熱，形成融解處理區域)，藉由多光子吸收形成融解處理區域13。利用多光子吸收形成融解處理區域，是記載在例如日本焊接學會全國大會講演概要第66集(2000年4月)的第72頁~第73頁之「藉由微秒脈衝雷射之矽的加工特性評估」。
再者，矽晶圓是以藉由融解處理區域所形成的切斷起點區域為起點，向著斷面方向產生裂縫，其裂縫會到達矽晶圓的表面與背面，結果就會被切斷。到達矽晶圓的表面與背面的該裂縫，有自然產生的情形，也有藉由對矽晶圓施加力所產生的情形。而且，由切斷起點區域，在矽晶圓的表面與背面，自然產生裂縫的情形，也有由形成切斷起點區域的融解處理區域開始融解的狀態，產生裂縫的情形；和由形成切斷起點區域的融解處理區域開始融解的狀態，予以再固化之際，產生裂縫的情形之任一種情形。但，無論哪種情形，融解處理區域都只是形成在矽晶圓的內部，在切斷後的切斷面，如第12圖，只有內部形成融解處理區域。這樣，如果在加工對象物的內部，藉由融解處理區域來形成切斷起點區域，因割斷時難以產生偏離切斷起點區域線之不必要的裂縫，故割斷控制變很容易。
(3)改性區域為折射率變化區域的情形
使聚光點對準加工對象物(例如玻璃)的內部，聚光點的電場強度為1×108 (W/cm2 )以上，且脈衝寬為1ns以下的條件下，來照射雷射光。脈衝寬極短，在加工對象物的內部引起多光子吸收的話，因多光子吸收的能量不會轉化為熱能，在加工對象物的內部會引起，離子價數變化、結晶化或分極配向等之永久性的構造變化，形成折射率變化區域。電場強度的上限值，例如為1×101 2 (W/cm2 )。脈衝寬例如為1ns以下為佳，1ps以下更佳。因多光子吸收形成折射率變化區域，是記載於例如日本第42回雷射熱加工研究會論文集(1997年11月)之第105頁~第111頁的「藉由飛秒雷射照射之對玻璃內部形成光感應構造」。
以上，雖是藉由多光子吸收所形成的改性區域，說明(1)~(3)的情形，但考慮到晶圓狀之加工對象物的結晶構造或其劈開性等，只要如以下形成切斷起點區域，以其切斷起點區域為起點，就能更進一步以較小的力，且精度良好的來切斷加工對象物。
即，由矽等之鑽石構造的單結晶半導體所形成的基板之情形，最好是在沿著(111)面(第1劈開面)或(110)面(第2劈開面)的方向，形成切斷起點區域為佳。又，由GaAs等之閃鋅礦型構造的III－V族化合物半導體所形成的基板之情形，最好是在沿著(110)面的方向，形成切斷起點區域。進而，具有藍寶石(Al2 O3 )等之六方晶系的結晶構造的基板之情形，最好是以(0001)面(C面)為主面，在沿著(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向，形成切斷起點區域。
再者，只要沿著為了形成上述的切斷起點區域的方向(例如，沿著單結晶矽基板的(111)面的方向)、或正交於為了形成切斷起點區域之方向的方向，在基板形成定向平面，就能以該定向平面為基準，容易且正確的沿著為了形成切斷起點區域的方向，在基板形成切斷起點區域。
其次，針對本發明之最佳實施形態做說明。第14圖是本實施形態之雷射加工方法的加工對象物的平面圖，第15圖是沿著第14圖所示的加工對象物之XV－XV線的部分剖面圖。
如第14圖及第15圖所示，加工對象物1是具備：厚度50 μ m的矽晶圓11(半導體基板)；和包含複數個機能元件15，形成在矽晶圓11之表面11a的機能元件層16。機能元件15是例如藉由結晶成長所形成的半導體動作層、光二極體等的受光元件、雷射二極體等的發光元件，或作為電路所形成的電路元件等，多數矩陣狀形成在平行及垂直於矽晶圓11之定向平面6之方向的方向。
如以上所構成的加工對象物1，是如以下切斷成每個機能元件15。首先，如第16圖所示，在加工對象物1的背面21張貼擴張膠帶(expanded tape)23。接著，如第17圖所示，以機能元件層16為上側，將加工對象物1固定在雷射加工裝置50的載置台51上。而且，以加工對象物1的表面3為雷射光入射面，讓聚光點P對準矽晶圓11的內部，以產生多光子吸收的條件來照射雷射光L，藉由載置台的移動，通過相鄰接的機能元件15，15間，讓聚光點P分別沿著設定成格子狀的切斷預定線5(參照第14圖的虛線)進行掃瞄。
藉此，對一條切斷預定線5，形成沿著切斷預定線5的一列改性區域7，並且讓沿著切斷預定線5的裂縫24，自改性區域7起，產生在加工對象物1的表面3。再者，改性區域7雖為融解處理區域，但也有混合裂痕的情形。
在此，針對雷射加工裝置50做說明。如第17圖所示，雷射加工裝置50具備有：射出雷射光L的雷射頭(雷射光源)52；和讓射出的雷射光L的光束徑予以擴張的雷射整形光學系53；和位於被擴張的雷射光L之光軸上，且形成朝向平行於切斷預定線5之方向延伸的細縫54的一對刀口(可變手段)55。進而，雷射加工裝置50具備有：讓通過細縫54的雷射光L予以聚光的物鏡(聚光用透鏡)56；和為了讓聚光點對準於深度自加工對象物1之表面3起為一定位置，使物鏡56上下動作的壓電元件57。再者，例如藉由雷射整形光學系53被擴張的雷射光L的光束徑為5mm，細縫54的寬度為1mm，物鏡56的入射光瞳之瞳徑為2.7mm。
藉此，聚光點P的雷射光L之斷面形狀(垂直於光軸的斷面形狀)，乃如第18圖(a)所示，為垂直於切斷預定線5之方向的最大長度，比平行於切斷預定線5之方向的最大長度還短的形狀。又，聚光點P的雷射光L之強度分布，乃如第18圖(b)所示，成為朝垂直於切斷預定線5的方向，切過高斯分布之兩側的下擺部之分布。再者，由於刀口55，可對著雷射光L的光軸，朝水平方向進退，因此改變細縫54的寬度，就能改變垂直於切斷預定線5之方向的最大長度。
形成改性區域7，並且產生裂縫24之後，如第19圖所示，讓擴張膠帶23擴張開，以改性區域7為起點，讓裂縫24也到達加工對象物1的背面21，將矽晶圓11及機能元件層16沿著切斷預定線5切斷，並且使得被切斷所得到的各半導體晶片25互相分離。
如以上說明，在上述雷射加工方法中，將聚光點P的雷射光L的斷面形狀形成，垂直於切斷預定線5之方向的最大長度，比平行於切斷預定線5之方向的最大長度還短的形狀。因此，形成在矽晶圓11之內部的改性區域7的形狀，由雷射光L之入射方向觀看的話，為垂直於切斷預定線5之方向的最大長度，比平行於切斷預定線5之方向的最大長度還短的形狀。具有此種形狀的改性區域7，形成在加工對象物1之內部的話，在以改性區域7為切斷的起點，來切斷加工對象物1之際，可抑制切斷面出現扭梳紋，就能提昇切斷面的平坦度。
又，如上述，改性區域7的形狀，由雷射光L的入射方向觀看的話，因垂直於切斷預定線5之方向的最大長度，比平行於切斷預定線5之方向的最大長度還短的形狀，故針對自改性區域7起，在加工對象物1之表面3產生的裂縫24，會抑制扭梳紋的出現。因而，能抑制裂縫24蛇行，或者裂痕狀行進，使裂縫24大致直線行進，此時也有助於以改性區域7為切斷的起點，來切斷加工對象物1之際，提昇切斷面的平坦度。
又，加工對象物1的厚度為50 μ m，比較薄的情形下，讓沿著切斷預定線5的裂縫24，自改性區域7起，產生在加工對象物1的表面3，就能以改性區域7為切斷的起點，確實的將加工對象物1(即，沒有切剩的)切斷成半導體晶片25。
進而，雷射光L，連在加工對象物1的表面3，也具有垂直於切斷預定線5之方向的最大長度，比平行於切斷預定線5之方向的最大長度還短的形狀。因此，即使機能元件15為熱度較弱的情形下，都能將相鄰接的機能元件15，15間的間隔變窄，由一片加工對象物1得到更多的半導體晶片25。
本發明並不限於上述的實施形態。
例如，對一條切斷預定線5，形成在加工對象物1之內部的改性區域7的列數，是因應於加工對象物1之厚度等而變化，不限於一列。又，讓沿著切斷預定線5的裂縫24，自改性區域7起，產生在加工對象物1的表面3，形成在改性區域7亦可。
對一條切斷預定線5，形成複數列的改性區域7的情形下，照射在聚光點具有，垂直於切斷預定線5之方向的最大長度(以下稱「垂直方向長度」)，比平行於切斷預定線5之方向的最大長度(以下稱「平行方向長度」)還短的斷面形狀的雷射光L，藉此形成所有的改性區域7亦可。但，位置形成在自加工對象物1之雷射光入射面起較深的改性區域7，比起位置形成在較淺的改性區域7，由於雷射光L的能量，會因在加工對象物1內受到雷射光L之聚光率的影響而下降，因此有未適當之分斷作用的情形。於是，希望在將改性區域7形成在自加工對象物1之雷射光入射面起較淺的位置之際，照射具有垂直方向長度比平行方向長度還短的斷面形狀的雷射光L，且在將改性區域7形成在自加工對象物1之雷射光入射面起較深的位置之際，比起將改性區域7形成在較淺的位置之際，照射具有垂直方向長度較長的斷面形狀的雷射光L。
又，對一條切斷預定線5，形成複數列的改性區域7的情形下，照射具有垂直方向長度比平行方向長度還短的斷面形狀的雷射光(以下稱「整形雷射光」)，藉此，自加工對象物1的雷射光入射面起，形成第1列及第2列的改性區域7的至少一方，且照射具有垂直方向長度與平行方向長度大致相等的斷面形狀的雷射光(以下稱「非整形雷射光」)，藉此形成剩下的改性區域7亦可。像這樣，自加工對象物1的雷射光入射面起，藉由整形雷射光形成第1列及第2列的改性區域7的至少一方，就能以改性區域7為切斷的起點，在切斷加工對象物1之際，提昇雷射光入射面的切斷品質。再者，整形雷射光與非整形雷射光的切換，於上述的雷射加工裝置50中，如以下進行。即，使刀口55相對於雷射光L的光軸前進，將細縫54的寬度變窄，得到整形雷射光。另一方面，使刀口55相對於雷射光L的光軸後退，將細縫54的寬度變寬，得到非整形雷射光。
第20圖是對一條切斷預定線5形成有5列改性區域71 ~75 的加工對象物1的部分刮面圖，(a)是自加工對象物1的背面21，藉由整形雷射光的照射，形成第1列及第2列的改性區域74 ，75 ，且藉由非整形雷射光的照射，形成剩下的改性區域71 ~73 之情形，(b)是自加工對象物1的背面21，藉由整形雷射光的照射，形成第2列的改性區域74，且藉由非整形雷射光的照射，形成剩下的改性區域71 ~73 ，75 之情形，(c)是自加工對象物1的背面21，藉由整形雷射光的照射，形成第1列的改性區域75 ，且藉由非整形雷射光的照射，形成剩下的改性區域71 ~74 之情形。再者，雖然第20圖(a)的情形，是對於在背面21沿著切斷預定線5產生較深的裂縫很有效，第20圖(b)的情形，對於在背面21沿著切斷預定線5產生較淺的裂縫很有效，但其目的不一定要產生裂縫。
又，上述實施形態雖是以加工對象物1的表面3為雷射光入射面的情形，但也可以加工對象物1的背面21為雷射光入射面。進而，上述實施形態雖是在切斷預定線5上存在著機能元件層16的情形，但在切斷預定線5上不存在機能元件層16，以露出矽晶圓11之表面11a的狀態，以矽晶圓11的表面11a為雷射光入射面亦可。
[產業上的可利用性]
藉由本發明，就能以改性區域為切斷的起點，來切斷加工對象物之際，提昇切斷面的平坦度。
1．．．加工對象物
3．．．表面(雷射光入射面)
5．．．切斷預定線
7．．．改性區域
11．．．矽晶圓(半導體基板)
13．．．融解處理區域
24．．．裂縫
50．．．雷射加工裝置
52．．．雷射頭(雷射光源)
55．．．刀口(可變手段)
56．．．物鏡(聚光用透鏡)
L．．．雷射光
P．．．聚光點
[第1圖]藉由有關本實施形態的雷射加工方法的雷射加工中的加工對象物的平面圖。
[第2圖]沿著第1圖所示的加工對象物的II－II線的剖面圖。
[第3圖]藉由有關本實施形態的雷射加工方法的雷射加工後的加工對象物的平面圖。
[第4圖]沿著第3圖所示的加工對象物的IV－IV線的剖面圖。
[第5圖]沿著第3圖所示的加工對象物的V－V線的剖面圖。
[第6圖]藉由有關本實施形態的雷射加工方法所切斷的加工對象物的平面圖。
[第7圖]表示藉由有關本實施形態的雷射加工方法的電場強度與裂痕點之大小的關係的座標圖。
[第8圖]有關本實施形態之雷射加工方法的第1工程的加工對象物的剖面圖。
[第9圖]有關本實施形態之雷射加工方法的第2工程的加工對象物的剖面圖。
[第10圖]有關本實施形態之雷射加工方法的第3工程的加工對象物的剖面圖。
[第11圖]有關本實施形態之雷射加工方法的第4工程的加工對象物的剖面圖。
[第12圖]表示藉由有關本實施形態之雷射加工方法所切斷的矽晶圓之一部分的斷面照片的圖。
[第13圖]表示有關本實施形態之雷射加工方法的雷射光之波長與矽基板之內部的穿透率之關係的座標圖。
[第14圖]本實施形態之雷射加工方法的加工對象物的平面圖。
[第15圖]沿著第14圖所示的加工對象物之XV－XV線的部分剖面圖。
[第16圖]表示在第14圖所示的加工對象物之背面，張貼擴張膠帶之狀態的部分剖面圖。
[第17圖]表示對第14圖第示的加工對象物，照射雷射光之狀態的部分剖面圖。
[第18圖]表示聚光點的雷射光之狀態的圖，(a)是聚光點的雷射光之斷面形狀，(b)是聚光點的雷射光之強度分布。
[第19圖]表示使張貼在第14圖所示的加工對象物之背面的擴張膠帶擴張之狀態的部分剖面圖。
[第20圖]對一條切斷預定線形成有5列改性區域的加工對象物的部分剖面圖，(a)是自加工對象物的背面，藉由整形雷射光的照射，形成第1列及第2列的改性區域，且藉由非整形雷射光的照射，形成剩下的改性區域之情形，(b)是自加工對象物的背面，藉由整形雷射光的照射，形成第2列的改性區域，且藉由非整形雷射光的照射，形成剩下的改性區域之情形，(c)是自加工對象物的背面，藉由整形雷射光的照射，形成第1列的改性區域，且藉由非整形雷射光的照射，形成剩下的改性區域之情形。
1．．．加工對象物
3．．．表面(雷射光入射面)
5．．．切斷預定線
7．．．改性區域
11．．．矽晶圓(半導體基板)
11a．．．表面
15．．．機能元件
16．．．機能元件層
21．．．背面
23．．．擴張膠帶
24．．．裂縫
50．．．雷射加工裝置
52．．．雷射頭(雷射光源)
54．．．細縫
55．．．刀口(可變手段)
56．．．物鏡(聚光用透鏡)
57．．．壓電元件
L．．．雷射光
P．．．聚光點

Claims (7)

  1. 一種雷射加工方法，是藉由使聚光點對準加工對象物的內部，來照射雷射光，且沿著前述加工對象物的切斷預定線，將成為切斷之起點的改性區域，形成在前述加工對象物之內部的雷射加工方法，其特徵為：照射在聚光點具有垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度，比平行於前述切斷預定線之方向的最大長度還短的斷面形狀的特定之雷射光，藉此形成特定的改性區域，在對一條前述切斷預定線，形成複數列的前述改性區域的情形下，照射前述特定的雷射光，藉此自前述加工對象物的雷射光入射面起，在淺位置形成前述特定之改性區域之際，照射在前述聚光點具有垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度，比平行於前述切斷預定線之方向的最大長度還短的斷面形狀的前述特定之雷射光，自前述雷射光入射面起，在深位置形成前述特定之改性區域之際，照射在前述聚光點具有比在淺位置形成前述特定之改性區域之際，垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度還長的斷面形狀的前述特定之雷射光。
  2. 一種雷射加工方法，是藉由使聚光點對準加工對象物的內部，來照射雷射光，且前述沿著加工對象物的切斷預定線，將成為切斷之起點的改性區域，形成在前述加工對象物之內部的雷射加工方法，其特徵為：照射在聚光點具有垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度，比平行於前述切斷預定線之方向的最大長度還短 的斷面形狀的特定之雷射光，藉此形成特定的改性區域，在對一條前述切斷預定線，形成複數列的前述改性區域的情形下，照射前述特定的雷射光，藉此自前述加工對象物的雷射光入射面起，在淺位置形成前述特定之改性區域之際，照射在前述聚光點具有垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度，比平行於前述切斷預定線之方向的最大長度還短的斷面形狀的前述特定之雷射光，自前述雷射光入射面起，在深位置形成前述特定之改性區域之際，照射在前述聚光點具有比在淺位置形成前述特定之改性區域之際，垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度還長的斷面形狀的前述特定之雷射光。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雷射加工方法，其中，形成前述特定的改性區域，藉此自前述特定的改性區域起，在前述加工對象物的雷射光入射面，產生沿著前述切斷預定線的裂縫。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雷射加工方法，其中，在將前述改性區域形成在前述加工對象物的內部之後，以前述改性區域為切斷的起點，且沿著前述切斷預定線，來切斷前述加工對象物。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雷射加工方法，其中，前述加工對象物具備半導體基板，前述改性區域包含 融解處理區域。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的雷射加工方法，其中，前述聚光點的前述特定的雷射光的強度分布，是成為在垂直於前述切斷預定線之方向，高斯(Gaussian)分布的兩側下端部被切斷的分布。
  7. 一種雷射加工裝置，是藉由使聚光點對準加工對象物的內部，來照射雷射光，且沿著前述加工對象物的切斷預定線，將成為切斷之起點的改性區域，形成在前述加工對象物之內部的雷射加工裝置，其特徵為具備：射出前述雷射光的雷射光源；和將從前述雷射光源射出的前述雷射光，聚光在前述加工對象物之內部的聚光用透鏡；和針對前述聚光點之前述雷射光的斷面形狀，可改變垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度的可變手段，因應加工對象物相距雷射光入射面之深度，前述雷射光是藉由前述可變手段切換而成為，前述聚光點具有，垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度，比平行於前述切斷預定線之方向的最大長度還短的斷面形狀的前述雷射光，及前述聚光點具有，垂直於前述切斷預定線之方向的最大長度，比平行於前述切斷預定線之方向的最大長度大約相等的斷面形狀的前述雷射光。
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