TWI721006B - 雷射加工方法 - Google Patents

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Abstract

對包含在表面形成有複數之功能元件之半導體基板的加工對象物，使雷射光從半導體基板之背面聚光，而一面將半導體基板之表面和雷射光之第1聚光點的距離維持在第1距離，一面沿著切斷預定線使第1聚光點移動，依此沿著切斷預定線形成第1改質區域。從半導體基板之背面使雷射光聚光於加工對象物上，而一面將半導體基板之表面和雷射光之第2聚光點的距離維持在第2距離，並且相對於對準第1聚光點之位置，使第2聚光點朝向與半導體基板之厚度方向及切斷預定線之延伸方向之雙方向垂直的方向偏置，一面沿著切斷預定線而使第2聚光點移動，依此沿著切斷預定線形成第2改質區域。除去在半導體基板中包含背面及至少第2改質區域的特定部分。

Description

雷射加工方法
本發明之一觀點係關於雷射加工方法。
所知的有對包含在表面矩陣地形成複數之功能元件之矽基板的加工對象物，以矽基板之背面作為雷射光入射面而照射雷射光，而沿著以通過相鄰的功能元件之間之方式被形成格子狀的切斷預定線，在矽基板中之表面附近形成改質區域，之後，藉由將矽基板之背面研磨成矽基板成為特定之厚度，將加工對象物切斷成各個功能元件的雷射加工方法(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第03/077295號
在上述般之雷射加工方法中，雖然減少了雷 射光對一條切斷預定線的掃描次數(即是，改質區域對一條切斷預定線的形成列數)，但是從提升加工效率之觀點來看為重要。依此，隨著改質區域之形成，有使龜裂從改質區域朝向半導體基板之厚度方向伸展很大之情形。但是，在此情況下，於使雷射光聚光於半導體基板之時，有在與雷射光入射面相反側之半導體基板之表面產生損傷，且功能元件之特性劣化之情形。
再者，在上述般之雷射加工方法中，針對切斷加工對象物而能取得的複數晶片，期待提升其良率。因此，要求例如抑制在切斷面出現階差，且提升切斷面之直進性。
本發明之一觀點係以提供抑制在與雷射光入射面相反側之加工對象物之表面產生損傷，同時使切斷面平滑化之雷射加工法為目的。
與本發明之一觀點有關的雷射加工方法具備：第1工程，其係對包含在表面形成有複數之功能元件的半導體基板之加工對象物，將半導體基板之背面作為雷射光入射面而使雷射光聚光，一面將半導體基板之表面和雷射光之第1聚光點的距離維持在第1距離，一面沿著被設定成通過相鄰之功能元件之間的切斷預定線而使雷射光之第1聚光點移動，依此沿著切斷預定線而形成第1改質區域；第2工程，其係於第1工程之後，對加工對象物， 將半導體基板之背面作為雷射光射入面而使雷射光聚光，一面將半導體基板之表面和雷射光之第2聚光點的距離維持在大於第1距離的第2距離，並且相對於對準雷射光之第1聚光點的位置，使雷射光之第2聚光點朝向與半導體基板之厚度方向及切斷預定線之延伸方向之雙方向垂直的方向偏置，一面沿著切斷預定線而使雷射光之第2聚光點移動，依此沿著切斷預定線而形成第2改質區域；及第3工程，其係於第2工程之後，除去在半導體基板中包含背面及至少第2改質區域的特定部分。
在該雷射加工方法中，在第2工程中，於形成第2改質區域之時，相對於對準雷射光之第1聚光點的位置，使雷射光之第2聚光點朝向與半導體基板之厚度方向及切斷預定線之延伸方向的雙方向垂直的方向(以下，單稱為「切斷預定線之垂直方向」)偏置。依此，可以抑制在與雷射光入射面相反側之加工對象物之表面產生損傷之情形。藉由該偏置，雖然在切斷預定線之垂直方向中，第2改質區域之位置相對於第1改質區域之位置具有階差(偏移)，但是至少第2改質區域在第3工程中隨著除去特定部分而被除去。依此，可以抑制在特定部分之除去後，沿著切斷預定線而被切斷的加工對象物中，由於第2改質區域引起切斷面出現切斷面之情形，且能夠使切斷面平滑化而提升直進性。
在與本發明之一觀點有關的雷射加工方法中，在第3工程中，即使除去在半導體基板中進一步包含 第1改質區域的特定部分亦可。若藉由該構成，藉由第3工程不僅第2改質區域即使針對第1改質區域也被除去。依此，也可以抑制在特定部分之除去後，沿著切斷預定線而被切斷之加工對象物中，由於第1改質區域引起切斷面之直進性下降之情形。
在與本發明之一觀點有關的雷射加工方法中，即使半導體基板為矽基板，雷射光具有大於1064nm之波長亦可。在此情況下，比起使用具有1064nm以下之波長的雷射光之情況下，可以使龜裂隨著第1改質區域及第2改質區域之形成，從第1改質區域及第2改質區域朝向矽基板之厚度方向伸展很大。
在與本發明之一觀點有關的雷射加工方法中，即使雷射光具有1099μm以上1342μm以下之波長亦可。在此情況下，可以使龜裂隨著第1改質區域及第2改質區域之形成，從第1改質區域及第2改質區域朝向矽基板之厚度方向伸展很大。
在與本發明之觀點有關的雷射加工方法中，即使相對於對準雷射光之第1聚光點之位置，使雷射光之第2聚光點朝向與矽基板之厚度方向及切斷預定線之延伸方向之雙方向垂直之方向偏置的距離為24μm以下亦可。在此情況下，可以在第1改質區域和第2改質區域之間確實地連繫龜裂，使龜裂隨著第1改質區域及第2改質區域之形成，從第1改質區域及第2改質區域確實地朝向矽基板之厚度方向伸展。
在與本發明之觀點有關的雷射加工方法中，即使相對於對準雷射光之第1聚光點之位置，使雷射光之第2聚光點朝向與矽基板之厚度方向及切斷預定線之延伸方向之雙方向垂直之方向偏置的距離為4μm以上18μm以下亦可。在此情況下，可以在第1改質區域和第2改質區域之間確實地連繫龜裂，使龜裂隨著第1改質區域及第2改質區域之形成，從第1改質區域及第2改質區域確實地朝向矽基板之厚度方向伸展。
在與本發明之一觀點有關的雷射加工方法中，即使在第2工程中，藉由形成第2改質區域，使從第1改質區域及第2改質區域伸展至半導體基板之厚度方向之龜裂到達至半導體基板之表面，在第3工程中，藉由除去特定部分，使在第2工程中從第1改質區域及第2改質區域伸展至半導體基板之厚度方向的龜裂，到達至特定部分被除去之半導體基板之背面亦可。在此情況下，可以沿著切斷預定線精度佳地切斷加工對象物。
若藉由本發明之一觀點，能夠提供可以使切斷面平滑面之加工對象物切斷方法及加工對象物切斷裝置。
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(半導體基板)
10a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
15a‧‧‧功能元件
F‧‧‧龜裂
K1、K2‧‧‧特定部分
L1‧‧‧雷射光
P1‧‧‧第1聚光點
P2‧‧‧第2聚光點
圖1為被使用於改質區域之形成的雷射加工裝置之概略構成圖。
圖2為成為改質區域之形成之對象的加工對象物之俯視圖。
圖3為沿著圖2之加工對象物之III-III線的剖面圖。
圖4為雷射加工後之加工對象物之俯視圖。
圖5為沿著圖4之加工對象物之V-V線的剖面圖。
圖6為沿著圖4之加工對象物之VI-VI線的剖面圖。
圖7(a)為沿著雷射加工中之加工對象物之切斷預定線的剖面圖。圖7(b)為切斷後之加工對象物之俯視圖。
圖8(a)為沿著雷射加工中之加工對象物之切斷預定線的剖面圖。圖8(b)為切斷後之加工對象物之俯視圖。
圖9(a)為沿著雷射加工中之加工對象物之切斷預定線的剖面圖。圖9(b)為切斷後之加工對象物之俯視圖。
圖10(a)為沿著雷射加工中之加工對象物之切斷預定線的剖面圖。圖10(b)為切斷後之加工對象物之俯視圖。
圖11(a)為表示與切斷後之矽基板之切斷預定線平行之面之照片的圖示。圖11(b)為表示切斷後之矽基板之表面側之照片的圖示。
圖12(a)為表示與第1改質區域及第2改質區域形成後之矽基板之切斷預定線平行之面之照片的圖示。圖12(b)為表示與第1改質區域及第2改質區域形成後之矽基板之切斷預定線垂直之面之照片的圖示。
圖13(a)為表示與第1改質區域及第2改質區域形成 後之矽基板之切斷預定線平行之面之照片的圖示。圖13(b)為表示與第1改質區域及第2改質區域形成後之矽基板之切斷預定線垂直之面之照片的圖示。
圖14為表示偏置量和龜裂之長度之關係的曲線圖。
圖15為表示偏置量和濺痕之個數之關係的曲線圖。
圖16(a)為表示與切斷後之矽基板之切斷預定線平行之面之照片的圖示。圖16(b)為表示切斷後之矽基板之表面側之照片的圖示。
圖17(a)為表示在偏置量2μm之情況下的切斷後之矽基板之表面側之照片的圖示。圖17(b)為表示在偏置量4μm之情況下的切斷後之矽基板之表面側之照片的圖示。
圖17(c)為表示在偏置量6μm之情況下的切斷後之矽基板之表面側之照片的圖示。
圖18(a)為表示偏置量小之情況下與矽基板之切斷預定線垂直之面的圖示。圖18(b)為表示偏置量大之情況下與矽基板之切斷預定線垂直之面的圖示。
圖19為用以說明使用實施型態之雷射加工方法之半導體晶片之製造方法的剖面圖。
圖20為用以說明使用實施型態之雷射加工方法之半導體晶片之製造方法的剖面圖。
圖21為用以說明使用實施型態之雷射加工方法之半導體晶片之製造方法的剖面圖。
圖22為用以說明使用實施型態之雷射加工方法之半導體晶片之製造方法的剖面圖。
圖23為用以說明使用實施型態之雷射加工方法之半導體晶片之製造方法的剖面圖。
圖24為用以說明使用實施型態之雷射加工方法之半導體晶片之製造方法的剖面圖。
圖25(a)為沿著研磨前之加工對象物之切斷預定線的剖面圖。圖25(b)為沿著研磨後之加工對象物之切斷預定線的剖面圖。
以下，參照圖面針對本發明之實施型態予以詳細說明。另外，在各圖中，對相同或相當部分賦予相同符號，省略重覆說明。
在與實施型態有關之雷射加工方法及雷射加工裝置中，藉由使雷射光聚光於加工對象物，沿著切斷預定線而在加工對象物形成改質區域。於是，首先，針對改質區域之形狀，參照圖1~圖6進行說明。
如圖1所示般，雷射加工裝置100具備使雷射光L進行脈衝振盪的雷射光源101、被配置成雷射光L之光軸(光路)之方向改變90°的分光鏡103、用以聚光雷射光L之聚光用透鏡105。雷射加工裝置100具備用以支撐被照射藉由聚光用透鏡105被聚光之雷射光L的加工對象物1的支撐台107、用以使支撐台107移動的平台111、為了調節雷射光L之輸出或脈衝寬度、脈衝波形等，控制雷射光源101的雷射光源控制部102、控制平台111之移 動的平台控制部115。
在雷射加工裝置100中，從雷射光源101被射出之雷射光L，藉由分光鏡103使其光軸之方向改變90°，藉由聚光用透鏡105在載置於支撐台107上的加工對象物1之內部聚光。同時，使平台111被迫移動，且使加工對象物1被迫沿著切斷預定線5對雷射光L相對移動。依此，在加工對象物1形成沿著切斷預定線5的改質區域。在此，為了使雷射光L相對性移動，雖然使平台111移動，但是即使使聚光用透鏡105移動亦可，或是使該些雙方移動亦可。
作為加工對象物1，使用包含以半導體材料所形成之半導體基板或以壓電材料所形成之壓電基板等的板狀之構件(例如，基板、晶圓等)。如圖2所示般，在加工對象物1，設置有用以切斷加工對象物1之切斷預定線5。切斷預定線5係直線狀延伸的假想線。在加工對象物1之內部形成改質區域之情況下，如圖3所示般，在聚光點(聚光位置)P對準加工對象物1之內部之狀態下，使雷射光L沿著切斷預定線5(即是，圖2之箭號A方向)相對性移動。依此，如圖4、圖5及圖6所示般，沿著切斷預定線5在加工對象物1形成改質區域7，沿著切斷預定線5所形成之改質區域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並不限定於直線狀，即使為曲線狀亦可，即使為組合該些的3次元狀亦可，即使為座標指定者亦可。切斷預定線 5並不限定於假想線，即使為實際繪製在加工對象物1之表面3的線亦可。改質區域7也有具有連續形成之情況，也有斷續形成之情況。改質區域7即使為列狀亦可，即使為點狀亦可，即是改質區域7若至少形成在加工對象物1之內部即可。再者，有改質區域7為起點形成龜裂之情況，龜裂及改質區域7即使露出於加工對象物1之外表面(表面3、背面或外周面)亦可。形成改質區域7之時的雷射光入射面並非限定於加工對象物1之表面3，即使為加工對象物1之背面亦可。
即是，在加工對象物1之內部形成改質區域7之情況下，雷射光L透過加工對象物1，同時在位於加工對象物1之內部的聚光點P附近格外地被吸收。依此，在加工對象物1形成改質區域7(即是，內部吸收型雷射加工)。在此情況下，由於在加工對象物1之表面3，幾乎不吸收雷射光L，故不會有加工對象物1之表面3熔融之情形。另外，在加工對象物1之表面3形成改質區域7之情況下，雷射光L在位於表面3之聚光點P附近格外地被吸收，從表面3熔融且被除去，形成孔或溝等之除去部(表面吸收型雷射加工)。
改質區域7係指成為密度、折射率、機械性強度或其他物理性特性與周圍不同之狀態的區域。作為改質區域7，例如有熔融處理區域(係指一旦熔融後再固化的區域、熔融狀態中之區域及從熔融再固化之狀態中之區域中之至少任一個)、裂縫區域、絕緣破壞區域、折射率變 化區域等，也有該些混合之區域。而且，作為改質區域7，有在加工對象物1之材料中，改質區域7之密度與非改質區域之密度比較而變化的區域，或形成有晶格缺陷的區域。在加工對象物1之材料為單晶矽之情況下，改質區域7也可以稱為高錯位密度區域。
熔融處理區域、折射率變化區域、改質區域7之密度與非改質區域之密度比較而變化之區域，及形成有晶格缺陷之區域，進一步有在該些區域之內部或改質區域7和非改質區域之界面，內含龜裂(破裂、微裂縫)之情形。內含的龜裂有遍及改質區域7之全面的情形或僅有一部分或形成複數部分之情形。加工對象物1包含具有結晶構造之由結晶材料所構成的基板。例如，加工對象物1包含氮化鎵(GaN)、矽(Si)、碳化矽(SiC)、LiTaO3及藍寶石(Al2O3)中之至少任一者所形成的基板。換言之，加工對象物1包含例如氮化鎵基板、矽基板、SiC基板、LiTaO3基板、或藍寶石基板。結晶材料即使為各向異性結晶及各向同性結晶中之任一者亦可。再者，加工對象物1即使包含由具有非結晶構造(非晶質構造)之非結晶材料所構成之基板亦可，即使為包含例如玻璃基板亦可。
在實施型態中，藉由沿著切斷預定線5形成複數改質點(加工痕)，可以形成改質區域7。在此情況下，藉由聚集複數之改質點而成為改質區域7。改質點係以脈衝雷射光之1脈衝之射擊(即是，1脈衝之雷射照射：雷射射擊)所形成之改質部分。作為改質點，可舉出裂縫 點、熔融處理點或折射率變化點，或是混有該些之至少一個者等。針對改質點，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1之厚度、種類、結晶方位等，可以適當地控制其大小或產生的龜裂之長度。再者，在本實施型態中，可以沿著切斷預定線5，形成改質點以作為改質區域7。
接著，針對與濺痕有關之驗證結果進行說明。另外，將「以包含半導體基板之加工對象物作為對象，於實施上述般之雷射加工之情況下，在與雷射光入射面相反側的加工對象物之表面產生的損傷」稱為「濺痕」。在以下中，作為半導體基板例示著矽基板。
如圖7~圖10所示般，準備在矽基板10之表面10a形成金屬膜11者以作為加工對象物。金屬膜11係在矽基板10之表面10a形成厚度20μm之Cr膜以作為基底，藉由在其Cr膜上形成厚度50μm之Au膜而構成。
如圖7(a)所示般，將矽基板10之背面10b當作雷射光入射面，使具有1064nm之波長的雷射光L0聚光於矽基板10之內部，而沿著切斷預定線5使雷射光L0之聚光點P移動，依此沿著切斷預定線5在矽基板10之內部形成改質區域7。此時，調整雷射光L0之照射條件，以使隨著改質區域7之形成從改質區域7在矽基板10之厚度方向伸展之龜裂F(即是，即使外力不作用於矽基板10，也隨著改質區域7之形成而產生的龜裂F)到達至矽基板10之表面10a。在此情況下，如圖7(b)所示般， 在金屬膜11不產生濺痕。
如圖8(a)所示般，將矽基板10之背面10b當作雷射光入射面，使具有1342nm之波長的雷射光L1聚光於矽基板10之內部，而沿著切斷預定線5使雷射光L1之聚光點P移動，依此沿著切斷預定線5在矽基板10之內部形成改質區域7。此時，調整雷射光L1之照射條件，以使從改質區域7伸展之龜裂F到達至矽基板10之表面10a。具體而言，除了波長不同之外，將雷射光L1之照射條件設為與上述雷射光L0之照射條件相同。在此情況下，如圖8(b)所示般，在金屬膜11產生濺痕S。
如圖9(a)所示般，將矽基板10之背面10b當作雷射光入射面，使具有1342nm之波長的雷射光L1聚光於矽基板10之內部，而沿著切斷預定線5使雷射光L1之聚光點P移動，依此沿著切斷預定線5在矽基板10之內部形成改質區域7。此時，調整雷射光L1之照射條件，以使從改質區域7伸展之龜裂F不到達至矽基板10之表面10a，而收在矽基板10之內部。具體而言，使雷射光L1之脈衝能量較圖8之情況小。在此情況下，如圖9(b)所示般，在金屬膜11不產生濺痕。
如圖10(a)所示般，將矽基板10之背面10b當作雷射光入射面，使具有1342nm之波長的雷射光L1聚光於矽基板10之內部，而沿著切斷預定線5使雷射光L1之聚光點P移動，依此沿著切斷預定線5在矽基板10之內部形成第1改質區域7a及第2改質區域7b。此時， 調整雷射光L1之照射條件，以使在僅形成第1改質區域7a，龜裂F不到達矽基板10之表面10a，於相對於第1改質區域7a在矽基板10之背面10b側形成第2改質區域7b之時，龜裂F到達至矽基板10之表面10a。在此情況下，如圖10(b)所示般，在金屬膜11產生濺痕S。
圖11係表示在圖10之情況的條件下在矽基板10之內部形成第1改質區域7a及第2改質區域7b之時的矽基板10之照片的圖。具體而言，圖11(a)為表示與切斷後之矽基板10之切斷預定線平行之面之照片的圖示。圖11(b)為表示切斷後之矽基板10之表面10a側(金屬膜11)之照片的圖示。當參照圖11(b)時，可以確認在金屬膜11中以一點鏈線所包含之區域中，存在看似黑色的部分。此為成為問題的濺痕S。
如1342nm般，當使用大於1064nm之波長的雷射光L1時，比起使用具有1064nm以下之波長的雷射光L0之情況，可以使龜裂F從改質區域7朝向矽基板10之厚度伸展很大。如1342nm般，當使用具有大於1064nm之波長的雷射光L1時，比起使用具有1064nm以下之波長的雷射光L0之情況，可以在從矽基板10之雷射光入射面深的位置形成改質區域7。該些係因為具有大於1064nm之波長的雷射光L1，比具有1064nm以下之波長的雷射光L0，相對於矽之穿透率高而引起。因此，從減少相對於一條切斷預定線5之雷射光L之掃描次數(即是，相對於一條切斷預定線5的改質區域7之形成列 數)，提升加工效率之觀點來看，以使用具有大於1064nm之波長的雷射光L1為佳。
但是，如上述圖8及圖10之情況般，當使用具有大於1064nm之波長的雷射光L1而使龜裂F到達至矽基板10之表面10a時，在金屬膜11產生濺痕S。在與雷射光入射面相反側之矽基板10之表面10a形成功能元件(例如，藉由結晶生長的半導體動作層、光二極體等之受光元件、雷射二極體等之發光元件或以電路所形成之電路元件等)之情況下，產生濺痕S時，有功能元件之特性劣化之虞。
因此，在使用大於1064nm之波長的雷射光L1而使龜裂F到達至矽基板10之表面10a之情況下，若可以抑制濺痕S之產生時，則在技術上有很大的意義。
本發明者們認為在矽基板10之表面10a產生濺痕S，係因為當使用具有大於1064nm之波長的雷射光L1時，雷射光L1聚光於從已形成完的改質區域7伸展很大的龜裂F上，漏光(雷射光L1中無助於改質區域7之形成，朝矽基板10之表面10a側漏出的光)之影響變大而引起。從該見解，本發明者們認為在圖10之情況下形成第2改質區域7b之時，若使雷射光L1之聚光點P偏置時，可以縮小成為濺痕S之產生之原因的漏光之影響，進行下述驗證。另外，於形成第2改質區域7b之時，將「相對於形成第1改質區域7a之時對準雷射光L1之聚光點P的位置，使雷射光L1之聚光點P朝向與矽基板10之厚度方 向及切斷預定線5之延伸方向之雙方向垂直的方向(圖10(a)中與矽基板10之剖面垂直的方向)偏置」單稱為「使雷射光L1之聚光點P偏置」。將「使雷射光L1之聚光點P偏置之距離」稱為「偏置量」。
首先，針對從第1改質區域7a伸展至矽基板10之表面10a側的龜裂F之方向進行驗證。圖12係表示於形成第2改質區域7b之時不使雷射光L1之聚光點P偏置之情況下的矽基板10之照片的圖示。具體而言，圖12(a)為表示與第1改質區域7a及第2改質區域7b形成後之矽基板10之切斷預定線平行之面之照片的圖示。具體而言，圖12(b)為表示與第1改質區域7a及第2改質區域7b形成後之矽基板10之切斷預定線垂直之面之照片的圖示。當參照圖12(b)時，可以確認於形成第2改質區域7b之時不使雷射光L1之聚光點P偏置之情況下，龜裂F從第1改質區域7a筆直地(沿著矽基板10之厚度方向)朝向矽基板10之表面10a側伸展之情形。
圖13係表示於形成第2改質區域7b之時使雷射光L1之聚光點P偏置之情況下(偏置量為8μm之情況)的矽基板10之照片的圖示。具體而言，圖13(a)為表示與第1改質區域7a及第2改質區域7b形成後之矽基板10之切斷預定線平行之面之照片的圖示。圖13(b)為表示與第1改質區域7a及第2改質區域7b形成後之矽基板10之切斷預定線垂直之面之照片的圖示。當參照圖13(b)時，可以確認於形成第2改質區域7b之時使雷射光L1之 聚光點P偏置之情況下，龜裂F從第1改質區域7a筆直地(沿著矽基板10之厚度方向)朝向矽基板10之表面10a側伸展之情形。
首先，針對從第1改質區域7a伸展至矽基板10之表面10a側的龜裂F之長度進行驗證。圖14為表示偏置量和龜裂F之長度之關係的曲線圖。龜裂F之長度係從第1改質區域7a伸展至矽基板10之表面10a側的龜裂F之長度。當參照圖14時，可以確認即使於形成第2改質區域7b時，使雷射光L1之聚光點P偏置時，或不使偏置(即使偏置量為0μm之情況下)，從第1改質區域7a伸展至矽基板10之表面10a側之龜裂F之長度也不會改變之情形。
接著，針對濺痕S之產生量進行驗證。圖15為表示偏置量和濺痕S之個數之關係的曲線圖。濺痕S之個數係在從切斷預定線5往兩側分離20μm以上的區域上產生的濺痕S之個數(每切斷預定線5之長度15mm的個數)。當參照圖15時，可以確認於形成第2改質區域7b之時使雷射光L1之聚光點P偏置時，比起不使偏置之情況(偏置量為0μm之情況)，濺痕S之個數減少。另外，計數在從切斷預定線5往兩側分離20μm以上之區域上所產生之濺痕S之個數，係因為尤其如此之濺痕S會引起使形成在矽基板10之表面10a之功能元件之特性劣化之問題之故。由於在切斷預定線5之兩側20μm以內之區域，設置切割道(相鄰之功能元件間之區域)之情形為多， 故產生在該區域的濺痕S引起使功能元件之特性劣化之問題的可能性低。
從圖12~圖15之驗證結果，可知於形成第2改質區域7b之時，即使使雷射光L1之聚光點P偏置，龜裂亦從第1改質區域7a朝向矽基板10之表面10a側筆直地(沿著矽基板10之厚度方向)伸展，再者，從第1改質區域7a伸展至矽基板10之表面10a側之龜裂F之長度也不會改變。另一方面，可知於形成第2改質區域7b之時，當使雷射光L1之聚光點P偏置時，濺痕S之個數減少。另外，在圖12~圖15之驗證中，偏置量以外之雷射光之照射條件相同。
針對濺痕S之個數減少，本發明者們的研究如同下述。圖16係表示於形成第2改質區域7b之時使雷射光L1之聚光點P偏置之情況下的矽基板10之照片的圖示。具體而言，圖16(a)為表示與切斷後之矽基板10之切斷預定線5平行之面之照片的圖示。圖16(b)為表示切斷後之矽基板10之表面10a側(金屬膜11)之照片的圖示。當參照圖16(a)時，可以確認於形成第2改質區域7b時，藉由使雷射光L1之聚光點P偏置，抑制雷射光L1被聚光於從已形成完的第1改質區域7a及第2改質區域7b伸展之龜裂F，而第2改質區域7b被形成較大之情形。即是，被認為有助於第2改質區域7b之形成的雷射光L1之比例增加，漏光之比例減少。當參照圖16(b)時，確認出無產生濺痕S之情形。
另一方面，當參照於形成第2改質區域7b之時，不使雷射光L1之聚光點P偏置之情形的矽基板10之照片的圖11(a)時，可以確認出第2改質區域7b被形成較小。該係被認為雷射光L1被聚光於從已形成完的第1改質區域7a及第2改質區域7b伸展之龜裂F，而漏光變多而所引起。另外，在圖11及圖16之驗證中，偏置量以外之雷射光之照射條件相同。
圖17為表示切斷後之矽基板10之表面10a側(金屬膜11)之照片的圖示。具體而言，圖17(a)係偏置量為2μm之情況。圖17(b)係偏置量為4μm之情況。圖17(c)係偏置量為6μm之情況。在各情況下，偏置量以外之雷射光之照射條件為相同。當參照圖17(a)及(b)時，確認出於形成第2改質區域7b之時，在與使雷射光L1之聚光點P偏置之側相反側生成濺痕S之情形，及越增大偏置量，濺痕S越遠離切斷預定線5之情形。再者，當參照圖17(a)、(b)及(c)，可確認出越增大偏置量，濺痕S之產生區域越減少之情形。另外，即使在圖17(a)及(b)之情況下，若比起於形成第2改質區域7b之時，不使雷射光L1之聚光點P偏置之情形時，濺痕S之產生區域減少。
能得到圖17(a)、(b)及(c)之結果的理由被認為如下述般。圖18(a)為表示偏置量小之情況下與矽基板10之切斷預定線5垂直之面的圖示。圖18(b)為表示偏置量大之情況下與矽基板10之切斷預定線5垂直之面的圖示。另外，將「形成第1改質區域7a之時的雷射光L1之 聚光點P」稱為「第1聚光點P1」。將「形成第2改質區域7b之時的雷射光L1之聚光點P」稱為「第2聚光點P2」。
如圖18(a)所示般，於偏置量小之情況下，從已形成完的第1改質區域7a及第2改質區域7b伸展之龜裂F中，迫使雷射光L1之第2聚光點P2對準之部分F1以小的角度傾斜於矽基板10之厚度方向D。因此，雷射光L1相對於該部分F1之入射角θ變大。因此，雷射光L1中無助於第2改質區域7b之形成的漏光L2，以相對於矽基板10之厚度方向D比較小之角度，朝向與使雷射光L1之聚光點P偏置之側相反側前進。依此，到達至矽基板10之表面10a的漏光L2之光路徑長度變短，在矽基板10內之漏光L2之吸收量及散射程度變小。另外，「小」、「大」、「短」等係在與圖18(b)之情況相比較時使用。
另一方面，如圖18(b)所示般，於偏置量大之情況下，從已形成完的第1改質區域7a及第2改質區域7b伸展之龜裂F中，迫使雷射光L1之第2聚光點P2對準之部分F1以大的角度傾斜於矽基板10之厚度方向D。因此，雷射光L1相對於該部分F1之入射角θ變小。因此，雷射光L1中無助於第2改質區域7b之形成的漏光L2，以相對於矽基板10之厚度方向D比較大之角度，朝向與使雷射光L1之聚光點P偏置之側相反側前進。依此，到達至矽基板10之表面10a的漏光L2之光路徑長度 變長，在矽基板10內之漏光L2之吸收量及散射程度變大。另外，「大」、「小」、「長」等係在與圖18(a)之情況相比較時使用。
從以上的圖18之研究，認為形成第2改質區域7b之時，在與使雷射光L1之聚光點P偏置之側相反側產生濺痕S，且越增大偏置量，濺痕S越遠離切斷預定線5，越增大偏置量，濺痕S之產生區域越減少。
接著，針對使用實施型態之雷射加工方法的半導體晶片之製造方法進行說明。首先，如圖19所示般，準備包含在表面10a形成有功能元件層15之矽基板10的加工對象物1。在被保持於環狀之保持構件20之保護薄膜22上黏貼加工對象物1之功能元件層15側。功能元件層15包含被配置成矩陣狀之複數之功能元件。
接著，沿著以通過相鄰之功能元件之間之方式被設定成格子狀的切斷預定線5之各個，形成第1改質區域7a。更具體而言，將矽基板10之背面10b當作雷射光射入面，使具有大於1064nm之波長的雷射光L1聚光於矽基板10，一面將矽基板10之表面10a和雷射光L之第1聚光點P1之距離維持在第1距離，一面沿著切斷預定線5使雷射光L1之第1聚光點P1移動，依此沿著切斷預定線5形成第1改質區域7a(第1工程)。此時，一面將相對於切斷預定線5，使雷射光L1之第1聚光點P1偏置於與矽基板10之厚度方向及切斷預定線5之延伸方向之雙方向垂直之方向的距離維持在0，一面沿著切斷預定線 5使雷射光L1之第1聚光點P1移動。即是，於矽基板10之厚度方向觀看之情況下，一面維持雷射光L之第1聚光點P1位於切斷預定線5上之狀態，一面沿著切斷預定線5而使雷射光L之第1聚光點P1移動。依此，第1改質區域7a係在從矽基板10之厚度方向觀看之情況下，位於切斷預定線5上之狀態下，沿著切斷預定線5而形成在矽基板10之內部。
接著，沿著以通過相鄰之功能元件之間之方式被設定成格子狀的切斷預定線5之各個，形成第2改質區域7b。更具體而言，將矽基板10之背面10b當作雷射光射入面，使具有大於1064nm之波長的雷射光L1聚光於矽基板10，一面將矽基板10之表面10a和雷射光L1之第2聚光點P2之距離維持在大於第1距離之第2距離，並且使雷射光L1之第2聚光點P2偏置，一面沿著切斷預定線5使雷射光L1之第2聚光點P2移動，依此沿著切斷預定線5形成第2改質區域7b(第2工程)。即是，於矽基板10之厚度方向觀看之情況下，一面維持雷射光L之第2聚光點P2僅離切斷預定線5特定距離之狀態，一面沿著切斷預定線5(與切斷預定線5平行)而使雷射光L之第2聚光點P2移動。依此，第2改質區域7b係在從矽基板10之厚度方向觀看之情況下，僅離切斷預定線5特定距離之狀態下，沿著切斷預定線5(與切斷預定線5平行)而形成在矽基板10之內部。
依此，從第1改質區域7a及第2改質區域7b 伸展至矽基板10之厚度方向之龜裂F到達至矽基板10之表面10a，且功能元件層15被切斷成每個功能元件。另外，作為一例，矽基板10之厚度為775μm，第1改質區域7a及第2改質區域7b從矽基板10之表面10a被形成至深度160μm為止的區域。
以上之第1工程及第2工程係藉由上述雷射加工裝置100而被實施。即是，支撐台107支撐加工對象物1。雷射光源101射出具有大於1064nm之波長的雷射光L1。聚光用透鏡(聚光光學系統)105係使從雷射光源101被射出之雷射光L1聚光於以矽基板10之背面10b成為雷射光入射面之方式被支撐於支撐台107之加工對象物1。而且，平台控制部(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之動作以使實施上述第1工程及第2工程。另外，相對於切斷預定線5，雷射光L之第1聚光點P1及第2聚光點P2之移動，即使藉由聚光用透鏡105側之動作而實現亦可，即使藉由支撐台107側及聚光用透鏡105側之雙方之動作而實現亦可。
接著，如圖19及圖20所示般，除去在矽基板10中包含背面10b及第2改質區域7b之特定部分K(第3工程)。具體而言，使用研磨機等機械性研削且研磨形成有位於表面10a側之第1改質區域7a和位於較該第1改質區域7a更背面10b側的第2改質區域7b之矽基板10之背面10b。依此，從背面10b除去包含第2改質 區域7b並且不包含第1改質區域7a之特定部分K1，且使加工對象物1薄型化至特定厚度。即是，以包含第2改質區域7b之特定部分K1被除去之方式，研磨矽基板10之背面10b。
在研磨後之加工對象物1殘留第1改質區域7a及第2改質區域7b中之第1改質區域7a。在研磨後之加工對象物1僅包含第1改質區域7a及龜裂F。藉由除去特定部分K1，龜裂F到達至特定部分K1被除去之矽基板10之背面10b，加工對象物1被切斷成每功能元件。作為一例，矽基板10被薄型化成厚度200μm。
接著，如圖21所示般，將擴張薄膜23黏貼在矽基板10之背面10b及保持構件20。接著，如圖22所示般，除去保護薄膜22。如圖23所示般，藉由將推壓構件24壓接於擴張薄膜23，使擴張薄膜23擴張。依此，使被切斷成每功能元件15a之加工對象物1，即是複數半導體晶片1A互相間隔間。接著，如圖24所示般，藉由對擴張薄膜23照射紫外線，使擴張薄膜23之黏著力下降。拾取個半導體晶片1A。
如上述說明般，在實施型態之雷射加工方法中，於形成第2改質區域7b之時，使雷射光L1之第2聚光點P2偏置。依此，可以抑制在與雷射光入射面相反側之加工對象物1之表面3產生濺痕S之情形。
藉由使第2聚光點P2偏置，在其偏置之方向(切斷預定線5之垂直方向)中，第2改質區域7b之位置 相對於第1改質區域7a之位置具有階差。但是，該第2改質區域7b隨著除去特定部分K1而被除去。依此，可以抑制在特定部分K1之除去後，沿著切斷預定線5而被切斷之加工對象物1中，由於第2改質區域7b而引起在切斷面出現階差之情形。能夠使切斷面平滑化而提升直進性。可以取得半導體晶片1A之良好的端面。
在實施型態之雷射加工方法中，適用矽基板10作為半導體基板。雷射光L1具有大於1064nm之波長。依此，比起使用1064nm以下之波長的雷射光L0之情況下，可以使龜裂F隨著第1改質區域7a及第2改質區域7b之形成，從第1改質區域7a及第2改質區域7b朝向矽基板10之厚度方向伸展很大。
另外，當使用1099μm以上1342μm以下之波長的雷射光L1時，可以使龜裂F隨著第1改質區域7a及第2改質區域7b之形成，從第1改質區域7a及第2改質區域7b朝向矽基板10之厚度方向伸展很大。尤其，具有1342μm之波長的雷射光L1可以該龜裂F伸展更大。
當將形成第2改質區域7b之時使雷射光L1之第2聚光點P2偏置之偏置量設為24μm以下時，在第1改質區域7a和第2改質區域7b之間確實連繫龜裂F。可以使龜裂F隨著第1改質區域7a及第2改質區域7b之形成，從第1改質區域7a及第2改質區域7b確實地朝向矽基板10之厚度方向伸展。而且，當將該偏置量設為4μm以上18μm以下時，可以在第1改質區域7a和第2 改質區域7b更確實地連繫龜裂F。可以使龜裂F從第1改質區域7a及第2改質區域7b更確實地朝向矽基板10之厚度方向伸展。尤其，當將該偏置量設成6μm以上16μm以下時，可以很均勻地實現濺痕S之產生的抑制和龜裂F之連繫及伸展。
在實施型態之雷射加工方法中，藉由形成第2改質區域7b，使從第1改質區域7a及第2改質區域7b伸展至矽基板10之厚度方向的龜裂F到達至表面10a之厚度方向。而且，藉由除去特定部分K1，使龜裂F到達至特定部分K1被除去之矽基板10之背面10b。依此，可以沿著切斷預定線5精度佳地切斷加工對象物1。
圖25係說明與變形例有關之雷射加工方法的圖示。圖25(a)為沿著研磨前之加工對象物1之切斷預定線5的剖面圖。圖25(b)為沿著研磨後之加工對象物1之切斷預定線5的剖面圖。圖25(a)及圖25(b)所示般，於研磨矽基板10之背面10b之情況下，即使除去在矽基板10中包含背面10b並且包含第1及第2改質區域7a、7b之雙方的特定部分K2亦可。即是，即使研磨矽基板10之背面10b，以使進一步包含第1改質區域7a之特定部分K2相對於特定部分K1(參照圖20)被除去亦可。
依此，從矽基板10除去包含第1及第2改質區域7a、7b之特定部分K2，且將加工對象物1薄型化至特定厚度。研磨後之加工對象物1不殘留第1及第2改質區域7a、7b中之任一者，僅包含龜裂F。
在圖25所示之雷射加工方法中，形成第1及第2改質區域7a、7b之後，不僅第2改質區域7b，即使針對第1改質區域7a也從矽基板10被除去。依此，亦可以抑制在特定部分K2之除去後，沿著切斷預定線5而被切斷之加工對象物1中，由於第1改質區域7a而引起切斷面之直進性下降之情形。可以取得半導體晶片1A之更進一步良好的端面。
以上，雖然針對本發明之實施型態進行說明，但是本發明並不限定於上述實施型態，即使在不變更記載於各請求項之主旨的範圍下，進行變形或適用於其他者亦可。
例如，即使於形成第1改質區域7a之時，對切斷預定線5，使雷射光L1之第1聚光點P1，朝向與矽基板10之厚度方向及切斷預定線5之延伸方向之雙方向垂直之方向中之一方側偏置亦可。即使於形成第2改質區域7b之時，對切斷預定線5，使雷射光L1之第2聚光點P2，朝向與矽基板10之厚度方向及切斷預定線5之延伸方向之雙方向垂直之方向中之另一方側偏置亦可。即是，即使於形成第1改質區域7a之時，在從矽基板10之厚度方向觀看之情況下，一面維持雷射光L之第1聚光點P1離切斷預定線5僅特定距離而位於一方之側的狀態，一面沿著切斷預定線5(與切斷預定線5平行)而使雷射光L之第1聚光點P1移動亦可。即使於形成第2改質區域7b之時，在從矽基板10之厚度方向觀看之情況下，一面維持 雷射光L之第2聚光點P2離切斷預定線5僅特定距離而位於另一方之側的狀態，一面沿著切斷預定線5(與切斷預定線5平行)而使雷射光L之第2聚光點P2移動亦可。依此，第1改質區域7a係在從矽基板10之厚度方向觀看之情況下，在離切斷預定線5僅特定距離而位於一方之側的狀態下，沿著切斷預定線5(與切斷預定線5平行)被形成在矽基板10之內部。第2改質區域7b係在從矽基板10之厚度方向觀看之情況下，在離切斷預定線5僅特定距離而位於另一方側之狀態下，沿著切斷預定線5(與切斷預定線5平行)而被形成在矽基板10之內部。在此情況下，相對於切斷預定線5，可以很均勻地在一方之側及另一方側上形成第1改質區域7a及第2改質區域7b。
上述實施型態並不限定於對被設定成格子狀之所有的切斷預定線5，實施第1改質區域7a之形成工程(第1工程)，之後，對被設定成格子狀之所有的切斷預定線5，實施第2改質區域7b之形成工程(第2工程)之例。作為其他之例，即使如下述般實施第1改質區域7a之形成工程(第1工程)及第2改質區域7b之形成工程(第2工程)亦可。首先，設定成格子狀的所有切斷預定線5中，在第1方向延伸的切斷預定線5，實施第1改質區域7a之形成工程(第1工程)。之後，對在該第1方向延伸之切斷預定線5實施第2改質區域7b之形成工程(第2工程)。接著，設定成格子狀的所有切斷預定線5中，在第2方向(與第1方向垂直之方向)延伸的切斷預定線5，實施 第1改質區域7a之形成工程(第1工程)。之後，對在該第2方向延伸之切斷預定線5實施第2改質區域7b之形成工程(第2工程)。對複數條之切斷預定線5，在每一條切斷預定線5，實施第1改質區域7a之形成工程(第1工程)。之後，即使實施第2改質區域7b之形成工程(第2工程)亦可。即是，即使對一條切斷預定線5，實施第1改質區域7a之形成工程(第1工程)及第2改質區域7b之形成工程(第2工程)，接著，對其他一條切斷預定線5，實施第1改質區域7a之形成工程(第1工程)及第2改質區域7b之形成工程(第2工程)亦可。
特定部分K之除去即使藉由蝕刻等之化學性研磨來取代藉由機械性研削的研磨或是加上此來實現亦可。即使藉由眾知之各種手法除去特定部分亦可。在上述實施型態中，若藉由使雷射光L1聚光，形成改質區域7時，半導體基板則不限定於矽基板10。在上述實施型態中，若藉由使雷射光L1聚光而形成改質區域7時，雷射光L1之波長並不限定於大於1064nm之波長。
在上述實施型態中，於除去特定部分K1之時，藉由使龜裂F到達至矽基板10之背面10b，沿著切斷預定線5切斷加工對象物1。但是，即使藉由對黏貼有已除去特定部分K1之矽基板10的擴張薄膜進行擴張之時，使龜裂F到達至矽基板10之背面10b，而沿著切斷預定線5切斷加工對象物1，以取代此或加上此亦可。
[產業上之利用可行性]
本發明之一觀點係以提供抑制在與雷射光入射面相反側之加工對象物之表面產生損傷，同時使切斷面平滑化之雷射加工方法為目的。
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(半導體基板)
10a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
15‧‧‧功能元件層
20‧‧‧保持構件
22‧‧‧保護薄膜
F‧‧‧龜裂
L1‧‧‧雷射光

Claims (7)

  1. 一種雷射加工方法，具備：第1工程，其係對包含在表面形成有複數之功能元件的半導體基板之加工對象物，將上述半導體基板之背面作為雷射光入射面而使雷射光聚光，一面將上述半導體基板之上述表面和上述雷射光之第1聚光點的距離維持在第1距離，一面沿著被設定成通過相鄰之上述功能元件之間的切斷預定線而使上述雷射光之上述第1聚光點移動，依此沿著上述切斷預定線而形成第1改質區域；第2工程，其係於上述第1工程之後，對上述加工對象物，將上述半導體基板之上述背面作為雷射光射入面而使上述雷射光聚光，一面將上述半導體基板之上述表面和上述雷射光之第2聚光點的距離維持在大於上述第1距離的第2距離，並且相對於對準上述雷射光之上述第1聚光點的位置，使上述雷射光之上述第2聚光點朝向與上述半導體基板之厚度方向及上述切斷預定線之延伸方向之雙方向垂直的方向偏置，一面沿著上述切斷預定線而使上述雷射光之上述第2聚光點移動，依此沿著上述切斷預定線而形成第2改質區域；及第3工程，其係於上述第2工程之後，除去在上述半導體基板中包含上述背面及至少上述第2改質區域的特定部分。
  2. 如請求項1所記載之雷射加工方法，其中在上述第3工程中，除去在上述半導體基板中進一步 包含上述第1改質區域的上述特定部分。
  3. 如請求項1或2所記載之雷射加工方法，其中上述半導體基板為矽基板。上述雷射光具有大於1064nm之波長。
  4. 如請求項3所記載之雷射加工方法，其中上述雷射光具有1099μm以上1342μm以下之波長。
  5. 如請求項3所記載之雷射加工方法，其中相對於對準上述雷射光之上述第1聚光點的位置，使上述雷射光之上述第2聚光點朝向與上述矽基板之上述厚度方向及上述切斷預定線之上述延伸方向之雙方向垂直的上述方向偏置之距離為24μm以下。
  6. 如請求項5所記載之雷射加工方法，其中相對於對準上述雷射光之上述第1聚光點的位置，使上述雷射光之上述第2聚光點朝向與上述矽基板之上述厚度方向及上述切斷預定線之上述延伸方向之雙方向垂直的上述方向偏置之上述距離為4μm以上18μm以下。
  7. 如請求項1或2所記載之雷射加工方法，其中在上述第2工程中，藉由形成上述第2改質區域，使從上述第1改質區域及上述第2改質區域朝向上述半導體基板之厚度方向伸展之龜裂到達至上述半導體基板之表面，在上述第3工程中，藉由除去上述特定部分，使在上述第2工程中從上述第1改質區域及上述第2改質區域伸 展至上述半導體基板之厚度方向的龜裂，到達至上述特定部分被除去之上述半導體基板之上述背面。
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