TWI510321B - Laser processing method - Google Patents

Description

雷射加工方法

本發明係關於從板狀的加工對象物切出複數個有效部之雷射加工方法。

關於上述技術領域的雷射加工方法，藉由對晶圓照射雷射光而沿著切斷預定線在晶圓內部形成改質區域，讓從該改質區域產生的龜裂到達晶圓的表面及背面，藉此沿著切斷預定線將晶圓切斷而取得複數個晶片的技術是已知的(例如參照專利文獻1)。

[專利文獻1]日本特開2004-343008號公報

然而，基於讓從一片晶圓取出的晶片數增加的觀點，相較於將對應於晶片之有效部對於晶圓配置成陣列狀，例如沿列方向配置成鋸齒狀可能更有利。此外，也會有對於晶圓設定複數個例如六角形等、四角形以外的有效部的情況。在該等的情況，在鄰接的第1有效部及第2有效部可能會發生，沿著第2有效部外緣之第2切斷預定線，朝向第1有效部而碰上沿著第1有效部外緣之第1切斷預定線的狀態。在此狀態下，當沿著第2切斷預定線形成改質區域時，從該改質區域產生的龜裂可能到達第1有效部內，而有在第1有效部發生損傷之虞。

於是，本發明目的是為了提供一種雷射加工方法，在沿著第2有效部外緣之第2切斷預定線朝向第1有效部而碰上沿著第1有效部外緣之第1切斷預定線的情況，可防止第1有效部發生損傷並沿著各切斷預定線形成改質區域。

本發明的一態樣之雷射加工方法，是從板狀的加工對象物至少切出第1有效部及第2有效部之雷射加工方法，係具備第1步驟和第2步驟；在該第1步驟，是沿著順沿第1有效部的外緣之第1切斷預定線，讓雷射光的聚光點相對移動，藉此沿著第1切斷預定線在加工對象物內部形成第1改質區域；該第2步驟，是在第1步驟之後，沿著順沿第2有效部的外緣且朝向第1有效部而碰上第1切斷預定線之第2切斷預定線，讓雷射光的聚光點相對移動，藉此沿著第2切斷預定線在加工對象物內部形成第2改質區域。

在該雷射加工方法，首先沿著第1切斷預定線形成第1改質區域，之後沿著第2切斷預定線形成第2改質區域。因此，縱使隨著第2改質區域的形成而從第2改質區域發生龜裂，且該龜裂想要朝向第1有效部伸展，該龜裂之伸展能藉由已經形成之第1改質區域以及從第1改質區域產生的龜裂之至少一方予以擋止。因此，依據此雷射加工方法，在沿著第2有效部外緣之第2切斷預定線朝向第1有效部而碰上沿著第1有效部外緣之第1切斷預定線的情況，可防止第1有效部發生損傷並沿著各切斷預定線形成改質區域。

在此，於第2步驟，可在第2切斷預定線當中離第1切斷預定線既定距離部分以外的部分，形成第2改質區域。如此，在第2切斷預定線當中離第1切斷預定線既定距離的部分不致形成改質區域。因此，可防止隨著第2改質區域的形成而在第1切斷預定線附近從第2改質區域發生龜裂，能將從第2改質區域產生的龜裂朝向第1有效部的伸展予以抑制。

此外，對於第1切斷預定線及第2切斷預定線分別以沿加工對象物的厚度方向排列的方式形成複數列改質區域的情況，只要至少將離加工對象物之雷射光入射面最近的改質區域作為第1改質區域及第2改質區域來形成即可。隨著改質區域的形成之龜裂產生，相較於離雷射光入射面較遠的改質區域，離雷射光入射面較近的改質區域更容易產生。因此，只要至少將離雷射光入射面最近的改質區域作為上述第1改質區域及第2改質區域來形成，即可防止第1有效部發生損傷。

此外，在第2步驟後，可進一步具備第3步驟，其是藉由使從第1改質區域及第2改質區域產生的龜裂到達加工對象物之表面及背面，而沿著第1切斷預定線及第2切斷預定線將加工對象物切斷。如此，可從加工對象物精度良好地切出第1有效部及第2有效部。

依據本發明，當沿著第2有效部外緣之第2切斷預定線朝向第1有效部而碰上沿著第1有效部外緣之第1切斷預定線的情況，可防止第1有效部發生損傷，並沿著各切斷預定線形成改質區域。

以下、針對本發明的較佳實施形態，參照圖式詳細地說明。又在各圖中對於同一或相當的部分賦予同一符號而省略重複的說明。

本發明的一實施形態之雷射加工方法，係藉由沿著切斷預定線對加工對象物照射雷射光，以沿著切斷預定線在加工對象物的內部形成改質區域。於是，首先針對該改質區域的形成，參照第1圖~第6圖做說明。

如第1圖所示，雷射加工裝置100係具備：將雷射光L施以脈衝振盪之雷射光源101、配置成讓雷射光L的光軸(光路)方向改變90°之分光鏡103、以及用來將雷射光L聚光之聚光用透鏡105。此外，雷射加工裝置100係具備：用來支承加工對象物1(被經由聚光用透鏡105聚光後之雷射光L所照射)之支承台107、讓支承台107移動之載台111、為了調節雷射光L的輸出、脈衝寬等而控制雷射光源101之雷射光源控制部102、以及控制載台111的移動之載台控制部115。

在該雷射加工裝置100，從雷射光源101射出的雷射光L，經由分光鏡103將其光軸方向改變90°後，藉由聚光用透鏡105聚光於支承台107上所載置之加工對象物1的內部。在此同時，讓載台111移動，使加工對象物1相對於雷射光L沿著切斷預定線5進行相對移動。藉此，讓沿著切斷預定線5之改質區域形成於加工對象物1。

作為加工對象物1，是使用半導體材料、壓電材料等，如第2圖所示，在加工對象物1上，設定有用來切斷加工對象物1之切斷預定線5。切斷預定線5是呈直線狀延伸之假想線。要在加工對象物1內部形成改質區域的情況，如第3圖所示，是在聚光點P對準加工對象物1內部的狀態下，讓雷射光L沿著切斷預定線5(亦即第2圖的箭頭A方向)相對地移動。藉此，如第4圖~第6圖所示，讓改質區域7沿著切斷預定線5形成於加工對象物1的內部，沿著切斷預定線5形成之改質區域7成為切斷起點區域8。

又聚光點P是雷射光L所聚光的部位。此外，切斷預定線5，並不限於直線狀而是曲線狀亦可，並不限於假想線而是在加工對象物1表面3上實際畫設的線亦可。此外，改質區域7，可以是連續形成的情況，也可以是斷續形成的情況。此外，改質區域7是列狀或點狀皆可，重點是改質區域7至少形成於加工對象物1的內部即可。此外，會有以改質區域7為起點而形成龜裂的情況，龜裂及改質區域7是露出加工對象物1的外表面(表面、背面、或外周面)亦可。

附帶一提的，在此的雷射光L，是讓加工對象物1透過且特別是在加工對象物1內部之聚光點附近被吸收，藉此在加工對象物1形成改質區域7(亦即內部吸收型雷射加工)。如此，在加工對象物1的表面3幾乎不會吸收雷射光L，因此加工對象物1的表面3不致發生熔融。一般而言，在從表面3被熔融除去而形成孔洞、溝槽等除去部(表面吸收型雷射加工)的情況，加工區域是從表面3側逐漸朝背面側進展。

然而，本實施形態所形成的改質區域，是指密度、折射率、機械強度、其他的物理特性變成與周圍不同的狀態之區域。作為改質區域，例如包括熔融處理區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，也可以是其等混合存在的區域。再者，作為改質區域，也包括：加工對象物的材料中改質區域的密度相較於非改質區域的密度發生改變的區域、形成有晶格缺陷的區域(其等也能統稱為高密度差排區域)。

此外，熔融處理區域、折射率變化區域、改質區域的密度相較於非改質區域的密度發生改變的區域、形成有晶格缺陷的區域，進一步會有在該等區域的內部、或改質區域和非改質區域的界面包含龜裂(裂縫、微裂痕)的情況。所包含的龜裂，可能遍及改質區域的全面、僅形成於一部分、或是形成於複數部分。作為加工對象物1，例如包括矽、玻璃、LiTaO₃ 或藍寶石(Al₂ O₃ )、或是由其等所構成者。

此外，在本實施形態，藉由沿著切斷預定線5形成複數個改質點(加工痕)，而形成改質區域7。改質點，是藉由脈衝雷射光之1脈衝的照射(亦即1脈衝的雷射照射：Laser Shot)所形成的改質部分，改質點的集合成為改質區域7。作為改質點，是包含裂痕點、熔融處理點、折射率變化點、或是混合存在有該等之至少一個等。

關於該改質點較佳為，考慮所要求的切斷精度、所要求的切斷面之平坦性、加工對象物的厚度、種類、結晶方位等，來適當地控制其大小、所產生的龜裂長度。

接下來，針對本發明的一實施形態之雷射加工方法詳細地說明。第7圖係本發明的一實施形態之雷射加工方法對象之加工對象物的俯視圖。如第7圖所示，加工對象物1係具備：矽晶圓11、以及包含複數個功能元件15且形成於矽晶圓11上之功能元件層16。加工對象物1，是以功能元件層16側的面為表面3，以與功能元件層16相反側的面為背面4，是呈板狀的。功能元件15，例如包括：經由結晶成長所形成之半導體動作層、光二極體等的受光元件、雷射二極體等的發光元件、或是作為電路而形成之電路元件等。

功能元件15，是形成於每個長方形有效部18。各有效部18，是對應於藉由切斷加工對象物1所取得的半導體晶片。有效部18是配置成，使與矽晶圓11的定向平面6平行的方向成為長邊方向(亦即與定向平面6垂直的方向成為短邊方向)。再者，有效部18，在行方向(與定向平面6平行的方向)是呈列狀配置，在列方向(與定向平面6垂直的方向)則是呈鋸齒狀配置。藉此讓從一片矽晶圓11取出的半導體晶片數量增多。

如此，在列方向相鄰接之兩個有效部18，沿著其中一方有效部18的短邊之切斷預定線52，會朝向另一方的有效部18而碰上沿著另一方有效部18的長邊之切斷預定線51的中間部分。又在加工對象物1的外緣部之無法配置有效部18的部分，是成為非有效部19。

從以上的加工對象物1，如下述般切出複數個有效部18。首先，在加工對象物1的背面4貼附擴展膠帶，將該加工對象物1載置於雷射加工裝置100之支承台107上。而且將載台111控制成，讓雷射光L的聚光點P位於離加工對象物1表面3既定距離之內側。

接著，以加工對象物1的表面3為雷射光入射面，沿著切斷預定線51對加工對象物1照射雷射光L。亦即，沿著順沿有效部18長邊之切斷預定線51，讓雷射光L的聚光點P相對地進行移動(掃描)。在此，是控制載台111以進行雷射光L的掃描。藉由此雷射光L的照射，如第8圖所示，沿著切斷預定線51在加工對象物1的內部形成改質區域71。

沿著切斷預定線51形成改質區域71後，以加工對象物1的表面3為雷射光入射面，沿著切斷預定線52對加工對象物1照射雷射光L。亦即，沿著順沿有效部18短邊之切斷預定線52，讓雷射光L的聚光點P相對移動。藉由此雷射光L的照射，如第9圖所示，沿著切斷預定線52在加工對象物1的內部形成改質區域72。

這時，藉由將雷射光L的照射予以ON/OFF切換，在切斷預定線52當中離切斷預定線51既定距離的端部分52a以外的中間部分52b形成改質區域72。相當於該既定距離之端部分52a的長度較佳為，隨著改質區域72的形成(亦即與改質區域72的形成大致同時)，從改質區域72產生的龜裂朝切斷預定線52方向伸展的距離之範圍，例如為10μm左右。又對於沿著有效部18與非有效部19的邊界之切斷預定線51，並不設置端部分52a(未形成改質區域72)，而是讓改質區域72與改質區域71交叉。

沿著切斷預定線52形成改質區域72之後，讓貼附於加工對象物1的背面4之擴展膠帶擴展，使從改質區域71,72產生的龜裂到達加工對象物1的表面3及背面4，藉此沿著切斷預定線51,52將加工對象物1切斷。如此，如第10圖所示，從加工對象物1切出複數個有效部18，而獲得具有功能元件15之複數個半導體晶片25。

如以上所說明，當沿著一方的有效部18的短邊之切斷預定線52，朝向另一方的有效部18而碰上沿著該另一方的有效部18之長邊之切斷預定線51的中間部分的情況，首先，沿著順沿長邊之切斷預定線51形成改質區域71，之後，沿著順沿短邊之切斷預定線52形成改質區域72。藉此，如第11圖所示，隨著改質區域72的形成，從改質區域72產生龜裂17，縱使該龜裂17想要朝向另一方的有效部18伸展，該龜裂17之伸展會被已經形成的改質區域71、從改質區域71產生的龜裂17所擋止。因此，可防止各有效部18發生損傷，並能沿著各切斷預定線51,52形成改質區域71,72。

又此處的龜裂17，是隨著改質區域71,72的形成(即使不讓任何的外力作用於加工對象物1)，而從改質區域71,72朝加工對象物1的厚度方向及切斷預定線51,52的方向所產生的。

此外，如第11圖所示，沿著順沿短邊的切斷預定線52形成改質區域72時，是在切斷預定線52的中間部分52b形成改質區域72，但在切斷預定線52的端部分52a並不形成改質區域72。藉此，隨著改質區域72的形成，在沿著長邊之切斷預定線51附近從改質區域72產生龜裂17的現象能被防止，而能抑制從改質區域72產生的龜裂17朝向另一方的有效部18伸展。

此外，藉由使從改質區域71,72產生之龜裂17到達加工對象物1的表面3及背面4，可沿著切斷預定線51,52將加工對象物1切斷，因此可從加工對象物1精度良好地切出各有效部18。這時，在位於有效部18與非有效部19的邊界之有效部18的角部，由於改質區域71與改質區域72是形成交叉，因此可防止在該有效部18的角部發生損傷。

第12圖係顯示，沿著切斷預定線51,52形成改質區域71,72後，且讓貼附於加工對象物1的背面4之擴展膠帶擴展前之加工對象物1的平面相片。如第12圖所示，在此情況，隨著改質區域71,72的形成而從改質區域71,72產生之龜裂17雖會到達加工對象物1的表面3，但沿著切斷預定線52之龜裂17的伸展，會被沿著切斷預定線51之改質區域71、龜裂17擋止。

第13圖係顯示，讓貼附於第12圖之加工對象物1的背面4之擴展膠帶擴展後之加工對象物的平面相片。如第13圖所示，可防止各有效部18發生損傷，而能從加工對象物1精度良好地切出複數個半導體晶片25。第14圖係顯示半導體晶片25的切斷面25a之相片。如第14圖所示，在切斷預定線52的中間部分52b形成有改質區域72，但在切斷預定線52的端部分52a並未形成改質區域72，可沿著切斷預定線52將加工對象物1精度良好地切斷。又在第12圖，未形成改質區域72之端部分52a的長度為約10μm。

以上雖是針對本發明的一實施形態做說明，但本發明並不限定於上述實施形態。例如，對於各切斷預定線51,52所形成之改質區域71,72的列數，並不限定於1列，亦可為複數列。其列數可對應於加工對象物1之厚度等而適當地決定。

如第15圖所示，即使是對於各切斷預定線51,52，以沿著加工對象物1的厚度方向排列的方式形成複數列改質區域71,72的情況，只要先沿著順沿長邊之切斷預定線51形成複數列的改質區域71，之後再沿著順沿短邊之切斷預定線52形成複數列的改質區域72即可。而且在沿著順沿短邊之切斷預定線52形成改質區域72時，只要在切斷預定線52的中間部分52b形成改質區域72，且在切斷預定線52的端部分52a不形成改質區域72即可。如此，可防止各有效部18發生損傷，並能沿著各切斷預定線51,52形成改質區域71,72。

但是也會有以下的情況，亦即至少對於離加工對象物1之雷射光入射面(在此為表面3)最近之改質區域71,72，只要在形成改質區域71後再形成改質區域72，且在切斷預定線52的端部分52a不形成改質區域72，即可防止在各有效部18發生損傷，並能沿著各切斷預定線51,52形成改質區域71,72。這是因為，隨著改質區域71,72的形成之龜裂17產生，相較於離雷射光入射面較遠的改質區域71,72，離雷射光入射面較近的改質區域71,72更容易產生。此作法在採用以下形成順序的情況是有效的。亦即，首先，對於所有的切斷預定線51,52，形成離加工對象物1之雷射光入射面最遠的改質區域71,72，之後，對於所有的切斷預定線51,52，依序形成離加工對象物1之雷射光入射面之每個距離的改質區域71,72。

此外，在上述實施形態，是藉由擴展膠帶之擴展而讓外力作用於加工對象物1，使龜裂17到達加工對象物1的表面3及背面4，但並不限定於此。對於各切斷預定線51,52形成1列或複數列的改質區域71,72(對於加工對象物1沒有任何外力的作用)，在此同時讓龜裂17到達加工對象物1的表面3及背面4，藉此沿著切斷預定線51,52將加工對象物1切斷亦可。

依據本發明，在沿著第2有效部外緣之第2切斷預定線，朝向第1有效部而碰上沿著第1有效部外緣之第1切斷預定線的情況，可防止第1有效部發生損傷，並沿著各切斷預定線形成改質區域。

1．．．加工對象物

3．．．表面

4．．．背面

17．．．龜裂

18．．．有效部

51,52．．．切斷預定線

52a．．．端部分

52b．．．中間部分

71,72．．．改質區域

L．．．雷射光

P．．．聚光點

第1圖係形成改質區域所使用的雷射加工裝置之概略構造圖。

第2圖係作為改質區域的形成對象之加工對象物的俯視圖。

第3圖係沿著第2圖的加工對象物之III-III線之截面圖。

第4圖係雷射加工後的加工對象物之俯視圖。

第5圖係沿著第4圖的加工對象物之V-V線的截面圖。

第6圖係沿著第4圖的加工對象物之VI-VI線的截面圖。

第7圖係本發明的一實施形態之雷射加工方法對象之加工對象物的俯視圖。

第8圖係實施本發明的一實施形態之雷射加工方法之加工對象物的局部截面圖。

第9圖係實施本發明的一實施形態之雷射加工方法之加工對象物的局部截面圖。

第10圖係實施本發明的一實施形態之雷射加工方法之加工對象物的俯視圖。

第11圖係實施本發明的一實施形態之雷射加工方法後之加工對象物的概念圖。

第12圖係顯示形成有龜裂之加工對象物的平面相片。

第13圖係顯示切斷後的加工對象物之平面相片。

第14圖係顯示切斷後的加工對象物之切斷面的相片。

第15圖係實施本發明的其他實施形態之雷射加工方法後的加工對象物之概念圖。

11．．．矽晶圓

19．．．非有效部

51,52．．．切斷預定線

52a．．．端部分

52b．．．中間部分

71,72．．．改質區域

Claims (3)

1. 一種雷射加工方法，是從板狀的加工對象物至少切出第1有效部及第2有效部之雷射加工方法，係具備第1步驟和第2步驟；在該第1步驟，是沿著順沿前述第1有效部的外緣之第1切斷預定線，讓雷射光的聚光點相對移動，藉此沿著前述第1切斷預定線在前述加工對象物內部形成第1改質區域；該第2步驟，是在前述第1步驟之後，沿著順沿前述第2有效部的外緣且朝向前述第1有效部而碰上前述第1切斷預定線之第2切斷預定線，讓雷射光的聚光點相對移動，藉此沿著前述第2切斷預定線在前述加工對象物內部形成第2改質區域；於前述第2步驟，是在前述第2切斷預定線當中離前述第1切斷預定線既定距離部分以外的部分，形成前述第2改質區域；且在隨著前述第2改質區域的形成而產生沿著前述第2切斷預定線伸展的龜裂，被前述第1改質區域或隨著第1改質區域的形成所產生的龜裂予以擋止之位置，形成前述第1改質區域及前述第2改質區域；並且前述第1切斷預定線沿著有效部與非有效部的邊界，所以在前述第2切斷預定線朝向非有效部而碰上前述第1切斷預定線的情況，在前述第2切斷預定線並不設置未形成改質區域的部分，而讓前述第2改質區域與前述第1改 質區域交叉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工方法，其中，對於前述第1切斷預定線及前述第2切斷預定線分別以沿前述加工對象物的厚度方向排列的方式形成複數列改質區域的情況，至少將離前述加工對象物之雷射光入射面最近的前述改質區域作為前述第1改質區域及前述第2改質區域來形成。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射加工方法，其中，在前述第2步驟後進一步具備第3步驟；該第3步驟，係藉由使從前述第1改質區域及前述第2改質區域產生的龜裂到達前述加工對象物之表面及背面，而沿著前述第1切斷預定線及前述第2切斷預定線將前述加工對象物切斷。