TWI708649B - 雷射加工方法及雷射加工裝置 - Google Patents

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Abstract

雷射加工方法，係包含：以矽基板的背面作為雷射光入射面，使具有比1064nm大的波長的雷射光聚光於加工對象物，而使雷射光的第1聚光點沿著切斷預定線而移動，從而沿著前述切斷預定線形成第1改質區域的第1程序；以及於第1程序後，以矽基板的背面作為雷射光入射面，使具有比1064nm大的波長的雷射光聚光於加工對象物，而邊相對於對上雷射光的第1聚光點的位置使雷射光的第2聚光點偏移，邊使雷射光的第2聚光點沿著切斷預定線而移動，從而沿著前述切斷預定線形成第2改質區域的第2程序。

Description

雷射加工方法及雷射加工裝置
本揭示，係有關雷射加工方法及雷射加工裝置。
已知一種雷射加工方法，對於包含在表面矩陣狀地形成有複數個功能元件的矽基板之加工對象物，以矽基板的背面作為雷射光入射面而照射雷射光，從而沿著以通過相鄰的功能元件之間的方式設定為格子狀的切斷預定線，而在矽基板的表面附近形成改質區域，之後將矽基板的背面研磨成矽基板成為既定的厚度，從而將加工對象物按功能元件而切斷(例如，專利文獻1參照)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際專利公開第03/077295號
在如上述之雷射加工方法，係從加工效率提升的觀點而言使對於1個切斷預定線之雷射光的掃描次數(亦即，相對於1個切斷預定線之改質區域的形成行數)減少為重要。所以，有時使透射率對於矽為高的雷射光聚光於矽基板，從而隨著改質區域的形成而使龜裂從改質區域大幅擴展於矽基板的厚度方向。然而，使透射率對於矽為高的雷射光聚光於矽基板時，有時在雷射光入射面的相反側的矽基板的表面產生損傷，功能元件的特性會劣化。
所以，本揭示的一形態，係目的在於提供一種雷射加工方法及雷射加工裝置，可一面抑制在雷射光入射面的相反側的加工對象物的表面產生損傷，一面使加工效率提升。
本揭示的一形態相關的雷射加工方法，係包含：對於包含在表面形成複數個功能元件的矽基板之加工對象物，以矽基板的背面作為雷射光入射面，使具有比1064nm大的波長的雷射光聚光，而邊將矽基板的表面與雷射光的第1聚光點的距離維持為第1距離，邊使雷射光的第1聚光點沿著被設定為通過相鄰的功能元件之間的切斷預定線而移動，從而沿著前述切斷預定線形成第1改質區域的第1程序；以及於第1程序後，對於加工對象物，以矽基板的背面作為雷射光入射面，使具有比1064nm大 的波長的雷射光聚光，而邊將矽基板的表面與雷射光的第2聚光點的距離維持為比第1距離大的第2距離，且邊相對於對上雷射光的第1聚光點的位置，而使雷射光的第2聚光點偏移於垂直於矽基板的厚度方向及切斷預定線的延伸方向兩方向之方向，邊使雷射光的第2聚光點沿著切斷預定線而移動，從而沿著前述切斷預定線形成第2改質區域的第2程序。
在此雷射加工方法，係運用具有比1064nm大的波長的雷射光。藉此，比起運用具有1064nm以下的波長之雷射光的情況，可隨著第1改質區域及第2改質區域的形成而使龜裂從第1改質區域及第2改質區域大幅擴展於矽基板的厚度方向。再者，在第2程序，係相對於對上雷射光的第1聚光點的位置，而使雷射光的第2聚光點偏移於垂直於矽基板的厚度方向及切斷預定線的延伸方向兩方向之方向。藉此，可抑制在雷射光入射面的相反側的加工對象物的表面產生損傷。因此，依此雷射加工方法時，可一面抑制在雷射光入射面的相反側的加工對象物的表面產生損傷，一面使加工效率提升。
在本揭示的一形態相關的雷射加工方法，雷射光係亦可具有1099μm以上、1342μm以下的波長。此情況下，可隨著第1改質區域及第2改質區域的形成而使龜裂從第1改質區域及第2改質區域更大幅擴展於矽基板的厚度方向。
在本揭示的一形態相關的雷射加工方法，相 對於對上雷射光的第1聚光點的位置，而使雷射光的第2聚光點偏移於垂直於矽基板的厚度方向及切斷預定線的延伸方向兩方向之方向的距離，係亦可為24μm以下。此情況下，可在第1改質區域與第2改質區域之間確實連結龜裂，隨著第1改質區域及第2改質區域的形成而使龜裂從第1改質區域及第2改質區域確實擴展於矽基板的厚度方向。
在本揭示的一形態相關的雷射加工方法，相對於對上雷射光的第1聚光點的位置，而使雷射光的第2聚光點偏移於垂直於矽基板的厚度方向及切斷預定線的延伸方向兩方向之方向的距離，係亦可為4μm以上、18μm以下。此情況下，可在第1改質區域與第2改質區域之間更確實連結龜裂，隨著第1改質區域及第2改質區域的形成而使龜裂從第1改質區域及第2改質區域更確實擴展於矽基板的厚度方向。
在本揭示的一形態相關的雷射加工方法，在第1程序，係亦可邊相對於切斷預定線，將使雷射光的第1聚光點偏移於垂直於矽基板的厚度方向及切斷預定線的延伸方向兩方向之方向的距離維持為0，邊使雷射光的第1聚光點沿著切斷預定線而移動。此情況下，可使從第1改質區域朝矽基板的表面側擴展的龜裂對在切斷預定線上。
本揭示的一形態相關的雷射加工裝置，係具備：對於包含在表面形成複數個功能元件的矽基板之加工 對象物進行支撐的支撐台；射出具有比1064nm大的波長的雷射光的雷射光源；對於以矽基板的背面成為雷射光入射面的方式被支撐台所支撐的加工對象物，使從雷射光源所射出的雷射光聚光的聚光光學系統；以及對於支撐台、雷射光源及聚光光學系統中的至少一者的動作進行控制的控制部；其中，控制部，係邊將矽基板的表面與雷射光的第1聚光點的距離維持為第1距離，邊使雷射光的第1聚光點沿著被設定為通過相鄰的功能元件之間的切斷預定線而移動，在之後邊將矽基板的表面與雷射光的第2聚光點的距離維持為比第1距離大的第2距離，且邊相對於對上雷射光的第1聚光點的位置，而使雷射光的第2聚光點偏移於垂直於矽基板的厚度方向及切斷預定線的延伸方向兩方向之方向，邊使雷射光的第2聚光點沿著切斷預定線而移動。
依此雷射加工裝置時，由於與上述的雷射加工方法同樣的理由，可一面抑制在雷射光入射面的相反側的加工對象物的表面產生損傷，一面使加工效率提升。
依本揭示的一形態時，變得可提供一種雷射加工方法及雷射加工裝置，可一面抑制在雷射光入射面的相反側的加工對象物的表面產生損傷，一面使加工效率提升。
1‧‧‧加工對象物
5‧‧‧切斷預定線
7a‧‧‧第1改質區域
7b‧‧‧第2改質區域
10‧‧‧矽基板
10a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
15a‧‧‧功能元件
100‧‧‧雷射加工裝置
101‧‧‧雷射光源
102‧‧‧雷射光源控制部(控制部)
105‧‧‧聚光用透鏡(聚光光學系統)
107‧‧‧支撐台
115‧‧‧工作台控制部(控制部)
L1‧‧‧雷射光
P1‧‧‧第1聚光點
P2‧‧‧第2聚光點
[圖1]圖1，係使用於改質區域的形成之雷射加工裝置的示意構成圖。
[圖2]圖2，係成為改質區域的形成的對象之加工對象物的平面圖。
[圖3]圖3，係沿著圖2的加工對象物的III-III線下的剖面圖。
[圖4]圖4，係雷射加工後的加工對象物的平面圖。
[圖5]圖5，係沿著圖4的加工對象物的V-V線下的剖面圖。
[圖6]圖6，係沿著圖4的加工對象物的VI-VI線下的剖面圖。
[圖7]圖7的(a)，係沿著雷射加工中的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。圖7的(b)，係切斷後的加工對象物的平面圖。
[圖8]圖8的(a)，係沿著雷射加工中的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。圖8的(b)，係切斷後的加工對象物的平面圖。
[圖9]圖9的(a)，係沿著雷射加工中的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。圖9的(b)，係切斷後的加工對象物的平面圖。
[圖10]圖10的(a)，係沿著雷射加工中的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。圖10的(b)，係切斷後 的加工對象物的平面圖。
[圖11]圖11的(a)，係示出平行於切斷後的矽基板的切斷預定線之面的相片之圖。圖11的(b)，係示出切斷後的矽基板的表面側的相片之圖。
[圖12]圖12的(a)，係示出平行於第1改質區域及第2改質區域形成後的矽基板的切斷預定線之面的相片之圖。圖12的(b)，係示出垂直於第1改質區域及第2改質區域形成後的矽基板的切斷預定線之面的相片之圖。
[圖13]圖13的(a)，係示出平行於第1改質區域及第2改質區域形成後的矽基板的切斷預定線之面的相片之圖。圖13的(b)，係示出垂直於第1改質區域及第2改質區域形成後的矽基板的切斷預定線之面的相片之圖。
[圖14]圖14，係示出偏移量與龜裂的長度的關係之圖形。
[圖15]圖15，係示出偏移量與濺痕的個數的關係之圖形。
[圖16]圖16的(a)，係示出平行於切斷後的矽基板的切斷預定線之面的相片之圖。圖16的(b)，係示出切斷後的矽基板的表面側的相片之圖。
[圖17]圖17的(a)，係示出偏移量2μm的情況下的切斷後的矽基板的表面側的相片之圖。圖17的(b)，係示出偏移量4μm的情況下的切斷後的矽基板的表面側的相片之圖。圖17的(c)，係示出偏移量6μm的情況下的切斷後的矽基板的表面側的相片之圖。
[圖18]圖18的(a)，係示出偏移量小的情況下的垂直於矽基板的切斷預定線的面之圖。圖18的(b)，係示出偏移量大的情況下的垂直於矽基板的切斷預定線的面之圖。
[圖19]圖19，係供於說明使用實施形態的雷射加工方法下的半導體晶片的製造方法用的剖面圖。
[圖20]圖20，係供於說明使用實施形態的雷射加工方法下的半導體晶片的製造方法用的剖面圖。
[圖21]圖21，係供於說明使用實施形態的雷射加工方法下的半導體晶片的製造方法用的剖面圖。
[圖22]圖22，係供於說明使用實施形態的雷射加工方法下的半導體晶片的製造方法用的剖面圖。
[圖23]圖23，係供於說明使用實施形態的雷射加工方法下的半導體晶片的製造方法用的剖面圖。
[圖24]圖24，係供於說明使用實施形態的雷射加工方法下的半導體晶片的製造方法用的剖面圖。
[圖25]圖25的(a)係沿著研磨前的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。圖25的(b)係沿著研磨後的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。
[圖26]圖26的(a)係沿著研磨前的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。圖26的(b)係沿著研磨後的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。
[圖27]圖27的(a)係沿著研磨前的加工對象物的切斷預定線下的剖面圖。圖27的(b)係沿著研磨後的加 工對象物的切斷預定線下的剖面圖。
以下，針對本揭示的實施形態，參照圖式而詳細進行說明。另外，在各圖中對相同或相當部分係附加相同符號，並省略重複的說明。
在實施形態相關的雷射加工方法及雷射加工裝置，係使雷射光聚光於加工對象物，從而沿著切斷預定線在加工對象物形成改質區域。所以，首先，針對改質區域的形成，參照圖1~圖6進行說明。
如示於圖1，雷射加工裝置100，係具備：使雷射光L脈衝振盪的雷射光源101、以使雷射光L的光軸(光路徑)的方向改變90°的方式而配置的分光鏡103、及使雷射光L聚光用的聚光用透鏡105。此外，雷射加工裝置100，係具備：供以對於被照射以聚光用透鏡105而聚光的雷射光L之加工對象物1進行支撐用的支撐台107、供以使支撐台107移動用的工作台111、為了調節雷射光L的輸出、脈寬、脈衝波形等而控制雷射光源101的雷射光源控制部102、及對工作台111的移動進行控制的工作台控制部115。
在雷射加工裝置100，從雷射光源101所射出的雷射光L，係透過分光鏡103而使其光軸的方向改變90°，透過聚光用透鏡105而聚光於載置在支撐台107上的加工對象物1的內部。與此同時，使工作台111被移 動，使加工對象物1被相對於雷射光L沿著切斷預定線5而相對移動。藉此，沿著切斷預定線5下的改質區域被形成於加工對象物1。另外，在此，係為了使雷射光L相對移動而使工作台111移動，惟可使聚光用透鏡105移動，或亦可使此等兩者移動。
在加工對象物1方面，係使用包含以半導體材料而形成的半導體基板、以壓電材料而形成的壓電基板等的板狀的構材(例如，基板、晶圓等)。如示於圖2，在加工對象物1，係設定供於切斷加工對象物1用的切斷預定線5。切斷預定線5，係直線狀地延伸的假想線。在加工對象物1的內部形成改質區域的情況下，如示於圖3，使聚光點(聚光位置)P對在加工對象物1的內部的狀態下，使雷射光L沿著切斷預定線5(亦即，於圖2的箭頭A方向)相對移動。藉此，如示於圖4、圖5及圖6，改質區域7沿著切斷預定線5而形成於加工對象物1，沿著切斷預定線5而形成的改質區域7成為切斷起點區域8。
聚光點P，係雷射光L聚光之處。切斷預定線5，係不限於直線狀而亦可為曲線狀，亦可為組合此等的3維狀，亦可為經座標指定者。切斷預定線5，係不限於假想線而亦可為實際描繪於加工對象物1的表面3之線。改質區域7，係有時被連續地形成，亦有時被斷續地形成。改質區域7可為列狀亦可為點狀，總之改質區域7至少要形成於加工對象物1的內部。此外，有時以改質區 域7為起點而形成龜裂，龜裂及改質區域7係曝露於加工對象物1的外表面(表面3、背面、或外周面)亦可。形成改質區域7時的雷射光入射面，係不限定於加工對象物1的表面3，亦可為加工對象物1的背面。
順帶一提，在加工對象物1的內部形成改質區域7的情況下，雷射光L係透射加工對象物1並尤其在位於加工對象物1的內部的聚光點P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)。此情況下，在加工對象物1的表面3係雷射光L幾乎不被吸收，故不會發生加工對象物1的表面3熔化。另一方面，在加工對象物1的表面3形成改質區域7的情況下，雷射光L係尤其在位於表面3的聚光點P附近被吸收，從表面3熔化被除去，而形成孔、溝等的除去部(表面吸收型雷射加工)。
改質區域7，係指密度、折射率、機械強度、其他物理特性等成為與周圍係不同的狀態的區域。在改質區域7方面，係有例如熔化處理區域(表示暫時熔化後再固化的區域、熔化狀態中的區域及從熔化而再固化的狀態中的區域之中至少任一者)、破裂區域、電擊穿區域、折射率變化區域等，亦有摻雜此等的區域。再者，在改質區域7方面，係有在加工對象物1的材料中改質區域7的密度與非改質區域的密度比較下發生變化的區域、形成有晶格缺陷的區域等。加工對象物1的材料為單晶矽的情況下，改質區域7係亦可謂之高錯位密度區域。
熔化處理區域、折射率變化區域、改質區域7的密度與非改質區域的密度比較下發生變化的區域、及形成有晶格缺陷的區域，係有時進一步在該等區域的內部、改質區域7與非改質區域的界面等內含龜裂(破裂、微裂縫)。內含的龜裂，係有時形成於遍布改質區域7的整面、一部分、複數部分等。加工對象物1，係包含由具有結晶構造的結晶材料所成的基板。例如加工對象物1，係包含以氮化鎵(GaN)、矽(Si)、碳化矽(SiC)、LiTaO3、及藍寶石(Al2O3)中的至少任一者而形成的基板。換言之，加工對象物1，係包含例如氮化鎵基板、矽基板、SiC基板、LiTaO3基板、或藍寶石基板。結晶材料，係可為異方性結晶及等向性結晶中的任一者。此外，加工對象物1，係可包含由具有非結晶構造(非晶質構造)的非結晶材料所成的基板，亦可包含例如玻璃基板。
在實施形態中，可透過沿著切斷預定線5形成複數個改質點(加工痕)，從而形成改質區域7。此情況下，複數個改質點匯集從而成為改質區域7。改質點，係以脈衝雷射光的1脈衝的射擊(亦即1脈衝的雷射照射：雷射射擊)而形成的改質部分。在改質點方面，係列舉破裂點、熔化處理點或折射率變化點、或摻雜此等中的至少一者的點等。有關改質點，係可考量所要求的切斷精度、所要求的切斷面的平坦性、加工對象物1的厚度、種類、結晶方位等，而酌情控制其大小、產生的龜裂的長度等。此外，在實施形態中，可沿著切斷預定線5而形成改 質點作為改質區域7。
接著，說明有關濺痕的檢驗結果。另外，將「以包含矽基板之加工對象物為對象，而實施如上述之雷射加工的情況下，在與雷射光入射面係相反側的加工對象物的表面所產生的損傷」稱為「濺痕」。
如示於圖7~圖10，準備在矽基板10的表面10a形成金屬膜11者作為加工對象物。金屬膜11，係在矽基板10的表面10a作為基底形成厚度20μm的Cr膜，並在該Cr膜上形成厚度50μm的Au膜從而構成。
如示於圖7的(a)，使矽基板10的背面10b作為雷射光入射面，使具有1064nm的波長的雷射光L0聚光於矽基板10的內部，而沿著切斷預定線5使雷射光L0的聚光點P移動，從而沿著切斷預定線5在矽基板10的內部形成改質區域7。此時，調整雷射光L0的照射條件，以使隨著改質區域7的形成而從改質區域7擴展於矽基板10的厚度方向的龜裂F(亦即，即使不使外力作用於矽基板10，仍隨著改質區域7的形成而產生的龜裂F)到達於矽基板10的表面10a。於此情況下，係如示於圖7的(b)，未在金屬膜11產生濺痕。
如示於圖8的(a)，使矽基板10的背面10b作為雷射光入射面，使具有1342nm的波長的雷射光L1聚光於矽基板10的內部，而沿著切斷預定線5使雷射光L1的聚光點P移動，從而沿著切斷預定線5在矽基板10的內部形成改質區域7。此時，調整雷射光L1的照射條 件，以使從改質區域7擴展的龜裂F到達於矽基板10的表面10a。具體而言，除了波長不同以外，使雷射光L1的照射條件與上述的雷射光L0的照射條件相同。於此情況下，係如示於圖8的(b)，在金屬膜11產生濺痕S。
如示於圖9的(a)，使矽基板10的背面10b作為雷射光入射面，使具有1342nm的波長的雷射光L1聚光於矽基板10的內部，而沿著切斷預定線5使雷射光L1的聚光點P移動，從而沿著切斷預定線5在矽基板10的內部形成改質區域7。此時，調整雷射光L1的照射條件，以使從改質區域7擴展的龜裂F不會到達於矽基板10的表面10a，收於矽基板10的內部。具體而言，比圖8的(a)及(b)的情況減少雷射光L1的脈衝能量。於此情況下，係如示於圖9的(b)，未在金屬膜11產生濺痕。
如示於圖10的(a)，使矽基板10的背面10b作為雷射光入射面，使具有1342nm的波長的雷射光L1聚光於矽基板10的內部，而沿著切斷預定線5使雷射光L1的聚光點P移動，從而沿著切斷預定線5在矽基板10的內部形成第1改質區域7a及第2改質區域7b。此時，調整雷射光L1的照射條件，以使得僅形成第1改質區域7a時龜裂F不會到達於矽基板10的表面10a，相對於第1改質區域7a在矽基板10的背面10b側形成第2改質區域7b時龜裂F到達於矽基板10的表面10a。於此情況下，係如示於圖10的(b)，在金屬膜11產生濺痕 S。
圖11的(a)及(b)，係示出以圖10的(a)及(b)的情況下的條件在矽基板10的內部形成第1改質區域7a及第2改質區域7b時的矽基板10的相片之圖。更具體而言，圖11的(a)係示出平行於切斷後的矽基板10的切斷預定線之面的相片之圖，圖11的(b)係示出切斷後的矽基板10的表面10a側(金屬膜11)的相片之圖。參照圖11的(b)時，可證實在金屬膜11以點劃線所圍住的區域，存在帶黑的部分。此為成為問題的濺痕S。
運用如1342nm具有比1064nm大的波長的雷射光L1時，比起運用具有1064nm以下的波長之雷射光L0的情況，可使龜裂F從改質區域7大幅擴展於矽基板10的厚度方向。此外，運用具有如1342nm比1064nm大的波長的雷射光L1時，比起運用具有1064nm以下的波長之雷射光L0的情況，可在從矽基板10的雷射光入射面起深的位置形成改質區域7。此等係原因為具有比1064nm大的波長的雷射光L1比具有1064nm以下的波長的雷射光L0，對於矽透射率高。因此，從使對於1個切斷預定線5之雷射光L的掃描次數(亦即，相對於1個切斷預定線5之改質區域7的形成行數)減少而使加工效率提升的觀點而言，係亦可運用具有比1064nm大的波長的雷射光L1。
然而，如上述的圖8的(a)及(b)以及圖 10的(a)及(b)的情況，打算運用具有比1064nm大的波長的雷射光L1而使龜裂F到達於矽基板10的表面10a時，會在金屬膜11產生濺痕S。在雷射光入射面之相反側的矽基板10的表面10a形成有功能元件(例如，透過結晶成長而形成的半導體動作層、光二極體等的光接收元件、雷射二極體等的發光元件、或作為電路而形成的電路元件等)的情況下產生濺痕S時，存在功能元件的特性劣化之虞。
因此，運用具有比1064nm大的波長的雷射光L1而使龜裂F到達於矽基板10的表面10a的情況下，只要可抑制濺痕S的產生，則在技術上具有重大的意義。
本發明人，認為在矽基板10的表面10a產生濺痕S，係起因於運用具有比1064nm大的波長的雷射光L1時，變成使雷射光L1聚光於從形成完畢的改質區域7大幅擴展的龜裂F，漏光(雷射光L1之中未有助於改質區域7的形成而漏至矽基板10的表面10a側的光)的影響變大。從該發現，本發明人，係認為在圖10的(a)及(b)的情況下在形成第2改質區域7b時，若使雷射光L1的聚光點P偏移，即可減小成為濺痕S的產生的原因之漏光的影響，而進行了以下的檢驗。另外，在形成第2改質區域7b時，將「相對於形成第1改質區域7a時對上雷射光L1的聚光點P的位置，使雷射光L1的聚光點P偏移於垂直於矽基板10的厚度方向及切斷預定線5的延伸方向兩方向之方向(在圖10的(a)的垂直於矽基板 10的剖面的方向)」簡稱為「使雷射光L1的聚光點P偏移」，將使「雷射光L1的聚光點P偏移的距離」稱為「偏移量」。
首先，針對從第1改質區域7a朝矽基板10的表面10a側擴展的龜裂F的方向進行檢驗。圖12的(a)及(b)，係示出在形成第2改質區域7b時未使雷射光L1的聚光點P偏移之情況下的矽基板10的相片之圖。更具體而言，圖12的(a)係示出平行於第1改質區域7a及第2改質區域7b形成後的矽基板10的切斷預定線之面的相片之圖，圖12的(b)係示出垂直於第1改質區域7a及第2改質區域7b形成後的矽基板10的切斷預定線之面的相片之圖。參照圖12的(b)時，可證實在形成第2改質區域7b時未使雷射光L1的聚光點P偏移的情況下，係龜裂F從第1改質區域7a朝矽基板10的表面10a側筆直(沿著矽基板10的厚度方向)擴展。
圖13的(a)及(b)，係示出在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的聚光點P偏移的情況(偏移量8μm的情況)下的矽基板10的相片之圖。更具體而言，圖13的(a)係示出平行於第1改質區域7a及第2改質區域7b形成後的矽基板10的切斷預定線之面的相片之圖，圖13的(b)係示出垂直於第1改質區域7a及第2改質區域7b形成後的矽基板10的切斷預定線之面的相片之圖。參照圖13的(b)時，可證實在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的聚光點P偏移的情況下，龜裂F亦從 第1改質區域7a朝矽基板10的表面10a側筆直(沿著矽基板10的厚度方向)擴展。
接著，針對從第1改質區域7a朝矽基板10的表面10a側擴展的龜裂F的長度進行檢驗。圖14，係示出偏移量與龜裂F的長度的關係之圖形。龜裂F的長度，係從第1改質區域7a朝矽基板10的表面10a側擴展的龜裂F的長度。參照圖14時，可證實在形成第2改質區域7b時使或不使(偏移量0μm的情況)雷射光L1的聚光點P偏移，從第1改質區域7a朝矽基板10的表面10a側擴展的龜裂F的長度皆不改變。
接著，針對濺痕S的產生量進行檢驗。圖15，係示出偏移量與濺痕S的個數的關係之圖形。濺痕S的個數，係在從切斷預定線5朝兩側分離20μm以上的區域中產生的濺痕S的個數(切斷預定線5的每長度15mm的個數)。參照圖15時，將在形成第2改質區域7b時使與不使雷射光L1的聚光點P偏移的情況(偏移量0μm的情況)相比，可證實濺痕S的個數減少。另外，針對在從切斷預定線5朝兩側分離20μm以上的區域中產生的濺痕S的個數進行計數之原因，係如此的濺痕S特別引起使形成於矽基板10的表面10a的功能元件的特性劣化的問題。在切斷預定線5的兩側20μm以內的區域，係設置切割道(相鄰的功能元件之間的區域)的情形多，故在該區域產生的濺痕S引起使功能元件的特性劣化的問題的可能性低。
從圖12的(a)及(b)、圖13的(a)及(b)、圖14以及圖15的檢驗結果，得知在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的聚光點P偏移，龜裂F亦會從第1改質區域7a朝矽基板10的表面10a側筆直(沿著矽基板10的厚度方向)擴展，此外，從第1改質區域7a朝矽基板10的表面10a側擴展的龜裂F的長度不變。另一方面，得知在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的聚光點P偏移時，濺痕S的個數減少。另外，圖12的(a)及(b)、圖13的(a)及(b)、圖14以及圖15的檢驗中，偏移量以外的雷射光的照射條件係相同。
本發明人在濺痕S的個數減少方面的考察，係如下。圖16的(a)及(b)，係示出在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的聚光點P偏移之情況下的矽基板10的相片之圖。更具體而言，圖16的(a)係示出平行於切斷後的矽基板10的切斷預定線5之面的相片之圖，圖16的(b)係示出切斷後的矽基板10的表面10a側(金屬膜11)的相片之圖。參照圖16的(a)時，可證實在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的聚光點P偏移，會抑制雷射光L1聚光於從形成完畢的第1改質區域7a及第2改質區域7b擴展的龜裂F的情形，而形成大的第2改質區域7b。亦即，應為有助於第2改質區域7b的形成之雷射光L1的比例增加，漏光的比例減少。參照圖16的(b)時，可證實未產生濺痕S。
另一方面，參照示出在形成第2改質區域7b 時未使雷射光L1的聚光點P偏移之情況下的矽基板10的相片之圖11的(a)時，可證實形成小的第2改質區域7b。此應起因於雷射光L1聚光於從形成完畢的第1改質區域7a及第2改質區域7b擴展的龜裂F，而漏光變多。另外，在圖11的(a)及(b)以及圖16的(a)及(b)的檢驗中，偏移量以外的雷射光的照射條件係相同。
圖17的(a)、(b)及(c)，係示出切斷後的矽基板10的表面10a側(金屬膜11)的相片之圖。更具體而言，圖17的(a)係偏移量2μm的情況，圖17的(b)係偏移量4μm的情況，圖17的(c)係偏移量6μm的情況。各情況下，偏移量以外的雷射光的照射條件係相同。參照圖17的(a)及(b)時，可證實在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的聚光點P偏移之側的相反側產生濺痕S、及使偏移量越大則濺痕S越從切斷預定線5遠離。此外，參照圖17的(a)、(b)及(c)時，可證實越增加偏移量則濺痕S的產生區域越減少。另外，在圖17的(a)及(b)的情況下，亦比起在形成第2改質區域7b時未使雷射光L1的聚光點P偏移的情況時，濺痕S的產生區域減少。
獲得圖17的(a)、(b)及(c)的結果的理由，應為如下。圖18的(a)係示出偏移量小的情況下的垂直於矽基板10的切斷預定線5的面之圖，圖18的(b)係示出偏移量大的情況下的垂直於矽基板10的切斷預定線5的面之圖。另外，將「形成第1改質區域7a時 的雷射光L1的聚光點P」稱為「第1聚光點P1」，將「形成第2改質區域7b時的雷射光L1的聚光點P」稱為「第2聚光點P2」。
如示於圖18的(a)，偏移量小的情況下，係從形成完畢的第1改質區域7a及第2改質區域7b所擴展的龜裂F之中，對上雷射光L1的第2聚光點P2的部分F1以相對於矽基板10的厚度方向D小的角度而傾斜。為此，相對於該部分F1之雷射光L1的入射角θ變大。因此，雷射光L1之中未有助於第2改質區域7b的形成的漏光L2，係以相對於矽基板10的厚度方向D小的角度，而行進至使雷射光L1的聚光點P偏移之側的相反側。藉此，到達於矽基板10的表面10a的漏光L2的光路徑長變短，在矽基板10內的漏光L2的吸收量及散射度變小。另外，「小」、「大」、「短」等，係在與圖18的(b)的情況的比較下而使用。
另一方面，如示於圖18的(b)，偏移量大的情況下，係從形成完畢的第1改質區域7a及第2改質區域7b所擴展的龜裂F之中，對上雷射光L1的第2聚光點P2的部分F1以相對於矽基板10的厚度方向D大的角度而傾斜。為此，相對於該部分F1之雷射光L1的入射角θ變小。因此，雷射光L1之中未有助於第2改質區域7b的形成的漏光L2，係以相對於矽基板10的厚度方向D大的角度，而行進至使雷射光L1的聚光點P偏移之側的相反側。藉此，到達於矽基板10的表面10a的漏光L2的光 路徑長變長，在矽基板10內的漏光L2的吸收量及散射度變大。另外，「大」、「小」、「長」等，係在與圖18的(a)的情況的比較下而使用。
從以上的圖18的(a)及(b)的考察，應認定為在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的聚光點P偏移之側的相反側產生濺痕S，使偏移量越大則濺痕S越從切斷預定線5遠離，使偏移量越大則濺痕S的產生區域越減少。
接著，說明有關運用實施形態的雷射加工方法下的半導體晶片的製造方法。首先，如示於圖19，準備包含在表面10a形成功能元件層15的矽基板10的加工對象物1，使加工對象物1的功能元件層15側貼附於被環狀的保持構材20所保持的保護膜22。功能元件層15，係包含配置為矩陣狀的複數個功能元件。
接著，沿著以通過相鄰的功能元件之間的方式設定為格子狀的切斷預定線5的各者，而形成第1改質區域7a。更具體而言，使矽基板10的背面10b作為雷射光入射面，使具有比1064nm大的波長的雷射光L1聚光於矽基板10，邊將矽基板10的表面10a與雷射光L的第1聚光點P1的距離維持為第1距離，邊使雷射光L1的第1聚光點P1沿著切斷預定線5而移動，從而沿著切斷預定線5形成第1改質區域7a(第1程序)。此時，邊相對於切斷預定線5，將使雷射光L1的第1聚光點P1偏移於垂直於矽基板10的厚度方向及切斷預定線5的延伸方 向兩方向之方向的距離維持為0，邊使雷射光L1的第1聚光點P1沿著切斷預定線5而移動。亦即，邊維持在從矽基板10的厚度方向所見的情況下雷射光L的第1聚光點P1位於切斷預定線5上的狀態，邊使雷射光L的第1聚光點P1沿著切斷預定線5而移動。藉此，第1改質區域7a，係在從矽基板10的厚度方向所見的情況下位於切斷預定線5上的狀態下，沿著切斷預定線5而形成於矽基板10的內部。
接著，沿著以通過相鄰的功能元件之間的方式設定為格子狀的切斷預定線5的各者，而形成第2改質區域7b。更具體而言，使矽基板10的背面10b作為雷射光入射面，使具有比1064nm大的波長的雷射光L1聚光於矽基板10，邊將矽基板10的表面10a與雷射光L1的第2聚光點P2的距離維持為比第1距離大的第2距離，且邊使雷射光L1的第2聚光點P2偏移，邊使雷射光L1的第2聚光點P2沿著切斷預定線5而移動，從而沿著切斷預定線5形成第2改質區域7b(第2程序)。亦即，邊在從矽基板10的厚度方向所見的情況下維持雷射光L的第2聚光點P2從切斷預定線5分離既定距離的狀態，邊使雷射光L的第2聚光點P2沿著切斷預定線5(平行於切斷預定線5)移動。藉此，第2改質區域7b，係在從矽基板10的厚度方向所見的情況下從切斷預定線5分離既定距離的狀態下，沿著切斷預定線5(平行於切斷預定線5)而形成於矽基板10的內部。
藉此，從第1改質區域7a及第2改質區域7b擴展於矽基板10的厚度方向的龜裂F到達於矽基板10的表面10a，功能元件層15被按功能元件而切斷。另外，作為一例，矽基板10的厚度係775μm，第1改質區域7a及第2改質區域7b係形成於從矽基板10的表面10a起算深度160μm的區域。
以上的第1程序及第2程序，係透過上述的雷射加工裝置100而實施。亦即，支撐台107支撐加工對象物1。雷射光源101射出具有比1064nm大的波長的雷射光L1。聚光用透鏡(聚光光學系統)105將從雷射光源101所射出的雷射光L1聚光於被支撐台107支撐為矽基板10的背面10b成為雷射光入射面之加工對象物1。並且，工作台控制部(控制部)115及雷射光源控制部(控制部)102分別控制支撐台107及雷射光源101的動作，以實施上述的第1程序及第2程序。另外，相對於切斷預定線5之雷射光L的第1聚光點P1及第2聚光點P2的移動，係可透過聚光用透鏡105側的動作而實現，亦可透過支撐台107側及聚光用透鏡105側雙方的動作而實現。
接著，如示於圖20，透過研磨矽基板10的背面10b，從而將加工對象物1薄型化為既定的厚度。藉此，從第1改質區域7a及第2改質區域7b擴展於矽基板10的厚度方向的龜裂F到達於矽基板10的背面10b，加工對象物1被按功能元件而切斷。另外，作為一例，矽基板10係薄型化為厚度200μm。
接著，如示於圖21，將擴張膜23貼附於矽基板10的背面10b及保持構材20。接著，如示於圖22，除去保護膜22。接著，如示於圖23，將按壓構材24按壓於擴張膜23，從而使被按功能元件15a而切斷的加工對象物1，亦即使複數個半導體晶片1A互相分離。接著，如示於圖24，對擴張膜23照射紫外線從而使擴張膜23的黏著力降低，拾取各半導體晶片1A。
另外，在研磨矽基板10的背面10b時，如示於圖25的(a)及(b)，可將矽基板10的背面10b研磨成第1改質區域7a及第2改質區域7b殘留，亦可如示於圖26的(a)及(b)，將矽基板10的背面10b研磨成第1改質區域7a殘留而第2改質區域7b不殘留，亦可如示於圖27的(a)及(b)，將矽基板10的背面10b研磨成第1改質區域7a及第2改質區域7b不殘留。
如以上所說明，在實施形態的雷射加工方法及雷射加工裝置100，係運用具有比1064nm大的波長的雷射光L1。藉此，比起運用具有1064nm以下的波長之雷射光L0的情況，可隨著第1改質區域7a及第2改質區域7b的形成而使龜裂F從第1改質區域7a及第2改質區域7b大幅擴展於矽基板10的厚度方向。再者，在形成第2改質區域7b時係使雷射光L1的第2聚光點P2偏移。藉此，可抑制在雷射光入射面的相反側的加工對象物1的表面10a產生濺痕S。因此，依實施形態的雷射加工方法及雷射加工裝置100時，可一面抑制產生濺痕S，一面使加 工效率提升。
另外，運用具有1099μm以上、1342μm以下的波長的雷射光L1時，可隨著第1改質區域7a及第2改質區域7b的形成而使龜裂F從第1改質區域7a及第2改質區域7b更大幅擴展於矽基板10的厚度方向。尤其具有1342μm的波長的雷射光L1，係可使該龜裂F更大幅擴展。
此外，在形成第2改質區域7b時使雷射光L1的第2聚光點P2偏移的偏移量為24μm以下時，可在第1改質區域7a與第2改質區域7b之間確實連結龜裂F，而隨著第1改質區域7a及第2改質區域7b的形成而使龜裂F從第1改質區域7a及第2改質區域7b確實擴展於矽基板10的厚度方向。再者，使該偏移量為4μm以上、18μm以下時，可在第1改質區域7a與第2改質區域7b之間更確實連結龜裂F，而使龜裂F從第1改質區域7a及第2改質區域7b更確實擴展於矽基板10的厚度方向。尤其使該偏移量為6μm以上、16μm以下時，可平衡佳地實現濺痕S的產生的抑制與龜裂F的連結及擴展。
此外，在實施形態的雷射加工方法及雷射加工裝置100，係在形成第1改質區域7a時，邊相對於切斷預定線5，將使雷射光L1的第1聚光點P1偏移於垂直於矽基板10的厚度方向及切斷預定線5的延伸方向兩方向之方向的距離維持為0，邊使雷射光L1的第1聚光點P1沿著切斷預定線5而移動。藉此，可使從第1改質區 域7a朝矽基板10的表面10a側擴展的龜裂F對在切斷預定線5上。
以上，雖說明有關本揭示的實施形態，惟本揭示的一形態，係非限於上述實施形態者，亦可在不變更記載於各請求項之要旨的範圍內進行變形，或應用於其他者。
例如，亦可在形成第1改質區域7a時，相對於切斷預定線5，使雷射光L1的第1聚光點P1朝垂直於矽基板10的厚度方向及切斷預定線5的延伸方向兩方向之方向上的其中一側偏移，在形成第2改質區域7b時，相對於切斷預定線5，使雷射光L1的第2聚光點P2朝垂直於矽基板10的厚度方向及切斷預定線5的延伸方向兩方向之方向上的另一側偏移。亦即，亦可在形成第1改質區域7a時，邊在從矽基板10的厚度方向所見的情況下維持雷射光L的第1聚光點P1從切斷預定線5朝其中一側分離既定距離的狀態，邊使雷射光L的第1聚光點P1沿著切斷預定線5(平行於切斷預定線5)移動，在形成第2改質區域7b時，邊在從矽基板10的厚度方向所見的情況下維持雷射光L的第2聚光點P2從切斷預定線5朝另一側分離既定距離的狀態，邊使雷射光L的第2聚光點P2沿著切斷預定線5(平行於切斷預定線5)移動。藉此，第1改質區域7a，係在從矽基板10的厚度方向所見的情況下從切斷預定線5朝其中一側分離既定距離的狀態下，沿著切斷預定線5(平行於切斷預定線5)而形成於 矽基板10的內部，第2改質區域7b，係在從矽基板10的厚度方向所見的情況下從切斷預定線5朝另一側分離既定距離的狀態下，沿著切斷預定線5(平行於切斷預定線5)而形成於矽基板10的內部。此情況下，可相對於切斷預定線5在其中一側及另一側平衡佳地形成第1改質區域7a及第2改質區域7b。
此外，本揭示的一形態，係不限定於對於設定為格子狀的全部的切斷預定線5實施第1改質區域7a的形成程序(第1程序)，並在之後對於設定為格子狀的全部的切斷預定線5實施第2改質區域7b的形成程序(第2程序)之例。在其他例方面，亦可如下實施第1改質區域7a的形成程序(第1程序)及第2改質區域7b的形成程序(第2程序)。首先，對於設定為格子狀的全部的切斷預定線5之中延伸於第1方向的切斷預定線5實施第1改質區域7a的形成程序(第1程序)，在之後對於延伸於該第1方向的切斷預定線5實施第2改質區域7b的形成程序(第2程序)。接著，對於設定為格子狀的全部的切斷預定線5之中延伸於第2方向(垂直於第1方向之方向)的切斷預定線5實施第1改質區域7a的形成程序(第1程序)，在之後對於延伸於該第2方向的切斷預定線5實施第2改質區域7b的形成程序(第2程序)。此外，亦可對於複數個切斷預定線5，按1個切斷預定線5，實施第1改質區域7a的形成程序(第1程序)，在之後實施第2改質區域7b的形成程序(第2程序)。亦 即，亦可對於1個切斷預定線5實施第1改質區域7a的形成程序(第1程序)及第2改質區域7b的形成程序(第2程序)，接著對於其他1個切斷預定線5實施第1改質區域7a的形成程序(第1程序)及第2改質區域7b的形成程序(第2程序)。
此外，亦可在第1改質區域7a的形成程序(第1程序)及第2改質區域7b的形成程序(第2程序)之後，不研磨矽基板10的背面10b。加工對象物1的厚度相對於每1個切斷預定線5而形成的改質區域7的行數而相對小的情況下，或者每1個切斷預定線5而形成的改質區域7的行數相對於加工對象物1的厚度而相對多的情況下等，係有時即使不研磨矽基板10的背面10b，仍可沿著切斷預定線5而切斷加工對象物1。
1‧‧‧加工對象物
5‧‧‧切斷預定線
7a‧‧‧第1改質區域
7b‧‧‧第2改質區域
10‧‧‧矽基板
10a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
15‧‧‧功能元件層
20‧‧‧保持構材
22‧‧‧保護膜
F‧‧‧龜裂
L1‧‧‧雷射光

Claims (5)

  1. 一種雷射加工方法，包含：對於包含在表面形成複數個功能元件的矽基板之加工對象物，以前述矽基板的背面作為雷射光入射面，使具有1099μm以上且1342μm以下的波長的雷射光聚光，而邊將前述矽基板的前述表面與前述雷射光的第1聚光點的距離維持為第1距離，邊使前述雷射光的前述第1聚光點沿著被設定為通過相鄰的前述功能元件之間的切斷預定線而移動，從而沿著前述切斷預定線形成第1改質區域的第1程序；以及於前述第1程序後，對於前述加工對象物，以前述矽基板的前述背面作為雷射光入射面，使具有1099μm以上且1342μm以下的波長的前述雷射光聚光，而邊將前述矽基板的前述表面與前述雷射光的第2聚光點的距離維持為比前述第1距離大的第2距離，且邊相對於對位前述雷射光的前述第1聚光點的位置，而使前述雷射光的前述第2聚光點偏移於垂直於前述矽基板的厚度方向及前述切斷預定線的延伸方向兩方向之方向，邊使前述雷射光的前述第2聚光點沿著前述切斷預定線而移動，從而沿著前述切斷預定線形成第2改質區域的第2程序。
  2. 如申請專利範圍第1項的雷射加工方法，其中，相對於對位前述雷射光的前述第1聚光點的位置，而使前述雷射光的前述第2聚光點偏移於垂直於前述矽基板的前 述厚度方向及前述切斷預定線的前述延伸方向兩方向的前述方向的距離，係24μm以下。
  3. 如申請專利範圍第2項的雷射加工方法，其中，相對於對位前述雷射光的前述第1聚光點的位置，而使前述雷射光的前述第2聚光點偏移於垂直於前述矽基板的前述厚度方向及前述切斷預定線的前述延伸方向兩方向的前述方向的前述距離，係4μm以上、18μm以下。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項的雷射加工方法，其中，在前述第1程序，係邊相對於前述切斷預定線，將使前述雷射光的前述第1聚光點偏移於垂直於前述矽基板的前述厚度方向及前述切斷預定線的前述延伸方向兩方向的前述方向的距離維持為0，邊使前述雷射光的前述第1聚光點沿著前述切斷預定線而移動。
  5. 一種雷射加工裝置，具備：對於包含在表面形成複數個功能元件的矽基板之加工對象物進行支撐的支撐台；射出具有1099μm以上且1342μm以下的波長的雷射光的雷射光源；對於以前述矽基板的背面成為雷射光入射面的方式而被前述支撐台支撐的前述加工對象物，使從前述雷射光源所射出的前述雷射光聚光的聚光光學系統；以及對於前述支撐台、前述雷射光源及前述聚光光學系統中的至少一者的動作進行控制的控制部；其中， 前述控制部，係邊將前述矽基板的前述表面與前述雷射光的第1聚光點的距離維持為第1距離，邊使前述雷射光的前述第1聚光點沿著被設定為通過相鄰的前述功能元件之間的切斷預定線而移動，在之後邊將前述矽基板的前述表面與前述雷射光的第2聚光點的距離維持為比前述第1距離大的第2距離，且邊相對於對位前述雷射光的前述第1聚光點的位置，而使前述雷射光的前述第2聚光點偏移於垂直於前述矽基板的厚度方向及前述切斷預定線的延伸方向兩方向之方向，邊使前述雷射光的前述第2聚光點沿著前述切斷預定線而移動。
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