TWI375599B - Laser processing method - Google Patents

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TWI375599B
TWI375599B TW095109534A TW95109534A TWI375599B TW I375599 B TWI375599 B TW I375599B TW 095109534 A TW095109534 A TW 095109534A TW 95109534 A TW95109534 A TW 95109534A TW I375599 B TWI375599 B TW I375599B
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Koji Kuno
Tatsuya Suzuki
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

1375599 . β 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用以將板狀之加工對象物切斷的雷射 加工方法。 【先前技術】 以往在這種技術方面，例如有記載於專利文獻1之雷射 加工方法。記載於專利文獻1之雷射加工方法，係使雷射 光沿著分割預定線照射在板狀物上，以在板狀物之內部形 β成改質層者。 【專利文獻1】日本特開2005-28423號公報 發明所欲解決的課題 但是，記載於專利文獻1之雷射加工方法，改質層並不 停留在板狀物之內部而到達板狀物之外面（參照專利文獻1 之第6圖），視容易分斷的加工條件，會有對將板狀物分斷 成晶片狀之帶狀擴張裝置等之搬運過程、或在板狀物之反 轉步驟等之中板狀物尙未分斷成所有晶片之前，卻被小片 _化之情形。 如此，板狀物之小片化，會由於小片化後之小片的切斷 面彼此之間的磨合而產生碎片，不僅降低晶片之良品率， \ 更因碎片化產生的粉麈造成對形成於板狀物表面之電路等 • > 的污染之原因。 因而，本發明係鑑於此事而開發者，其目的在提供一種 雷射加工方法，可減少由於已形成改質區域的板狀之加工 對象物在其分斷步驟以外的步驟中被小片化而產生碎片。 1375599 » · 【發明內容】 解.決課題之手段 爲了達成上述目的，本發明之雷射加工方法，係 點對準板狀之加工對象物而照射雷射光，以沿著加 物<之切斷預定線，將成爲切斷之起點的改質區域形 工對象物之內部的雷射加工方法，其特徵爲：加工 具備有：有効部、及包圍此有効部的外緣部，在加 物:中沿著切斷預定線之部分中，含有有効部之中間 ®使雷射光作脈衝振盪，在中間部分之兩側的一端部 一端部分係使雷射光作連續振盪。 此雷射加工方法中，沿著加工對象物中之切斷預 ' 部分，包含有効部之中間部分係使雷射光作脈衝振 中間部分之兩側的一端部分及另一端部分係使雷射 續振盪。連續振盪之情況的雷射光強度，係比脈衝 情況的雷射光強度更低，因此可在中間部分形成 域，而在一端部分及另一端部分不形成改質區域。 ®改質區域不會到達加工對象物之外面，故加工對象 分斷步驟以外的步驟中不會被小片化，因此可降低 片化後之小片的切斷面彼此之間的磨合而產生碎片 ·· 一方面，外緣部所包圍的有効部中可確實地形成 -_ 域，因此可將有効部以改質區域作爲切斷之起點沿 預定線高精度地切斷。而且，改質區域係將聚光點 加工對象物之內部來照射雷射光，使多光子吸收或 光吸收在加工對象物之內部產生而形成。 將聚光 工對象 成於加 對象物 工對象 部分係 分及另 定線的 盪，在 光作連 振盪之 改質區 於是， 物在其 由於小 。其另 改質區 著切斷 對準於 其它之 1375599 * * 並且，在有効部之表面，有多個功能元件形成矩陣狀之 情形。在此處，所謂功能元件係指，例如藉由結晶成長形 成的半導體動作層、發光二極體等之受光元件、雷射二極 體等之發光元件、作爲電路而形成的電路元件等之意。 另外，切斷預定線宜通過相鄰功能元件之間的方式，而 對加工對象物設定成格子狀較佳。 如上述方式，沿著切斷預定線可將有効部高精度地切 ' 斷，因此可使具有功能元件之多個晶片獲得精度良好地切 ®斷之狀態。 此外，有効部及外緣部係由半導體材料而一體地形成， 改質區域有包含溶融處理區域之情況。 此外，亦可在形成改質區域之後，將加工對象物沿著切 斷預定線切斷。此時，如上述方式，可使有効部以改質區 域作爲切斷之起點沿著切斷預定線而高精度地切斷。 發明之效果 依照本發明的話，形成改質區域後之板狀加工對象物不 ®易在其分斷步驟以外的步驟中被小片化，因此可減少由於 小片化後之小片的切斷面彼此之間的磨合而產生碎片。 【實施方式】 •. 以下，將參照附圖來詳細地說明本發明之較佳實施形 - 態。在本實施形態之雷射加工方法中，爲了在加工對象物 之內部形成改質區域，而利用所謂的多光子吸收現象。因 而，首先將說明利用多光子吸收來形成改質區域的雷射加 工方法。 1375599 當光子之能量h v比材料之吸收的能帶隙Ec更小之時， 會澳成光學上的透明。因而，在材料上產生吸收的條件係 hu >EC。但是，即使光學上的透明，而將雷射光之強度作 成非常大時，在nh v > E。之條件（n = 2,3,4,.··)下，在材料上 產:生吸收。將此現象稱爲多光子吸收。脈衝波之情況，雷 射i光之強度係由雷射光之聚光點的尖峰功率密度（W/cm2) 所決定，例如尖峰功率密度爲lxl 08(W/cm2)以上之條件下， 會發生多光子吸收。尖峰功率密度係由（聚光點中雷射光之 ®每‘個脈衝之能量）+ (雷射光之光束點剖面積X脈衝寬）而求 得。並且，連續波之情形，雷射光之強度係由雷射光之聚 光點的電場強度（W/cm2)所決定。 利用這種多光子吸收的本實施形態之雷射加工方法的原 理，將參照第1圖〜第6圖來說明。如第1圖所示，在板狀 之加工對象物1的表面3,有切斷加工對象物1用的切斷預 定線5。切斷預定線5係直線狀延伸的假想線。本實施形 態之雷射加工方法中，如第2圖所示，在多光子吸收產生 ®的條件下將聚光點P對準加工對象物1的內部來照射雷射 光L，以形成改質區域7。而，所謂聚光點P係指雷射光L 聚光之處。並且，切斷預定線5並不限於直線，亦可爲曲 線，且並不限於假想線，亦可爲實際在加工對象物1上所 拉的線。 接著’藉著使雷射光L沿著切斷預定線5(即朝第1圖之 箭頭A方向）相對地移動時，可使聚光點P沿著切斷預定線 5移動。藉此’如第3~5圖所示，改質區域7沿著切斷預定 1375599 « - « 線.5而形成於加工對象物丨的內部，此改質區域7成爲切 斷起點區域8 »在此，所謂切斷起點區域8，係指加工對象 物' ’1被切斷之時成爲切斷（龜裂）起點之區域。此切斷起點 區域8有在連續地形成改質區域7之時被形成之情況，亦 有在斷續地形成改質區域7之時被形成之情況。 本實施形態之雷射加工方法，並非加工對象物1藉由吸 收雷射光L，使加工對象物1發熱而形成改質區域7者。 而係雷射光L透過加工對象物1，而在加工對象物1之內 •部產生多光子吸收，來形成改質區域7。因而，在加工對 象物1的表面3上幾乎不吸收雷射光L，因此加工對象物1 的表面3上並不熔融。 在加工對象物1之內部形成切斷起點區域8之時，將此 切斷起點區域8作爲起點，容易產生龜裂，因此如第6圖 所示，可使用比較小的力量來切斷加工對象物1。於是， 加工對象物1之表面3上並不產生不需要的龜裂，故可高 精度地切斷加工對象物1。 ® 以此切斷起點區域8作爲起點的加工對象物1之切斷 中，可考慮下列兩個方式。其一，在切斷起點區域8形成 後，藉人爲的力量施加於加工對象物1之時，有以切斷起 _ ’ 點區域8作爲起點的加工對象物1產生龜裂而使加工對象 ' - 物1被切斷之情況。此例如係加工對象物1之厚度爲大時 之切斷。所謂藉人爲的力量施加，是指例如沿著加工對象 物1之切斷起點區域8施加彎曲應力或剪斷力於加工對象 物1，或者藉由將溫度差賦予加工對象物1’而產生熱應力 1375599 « 之謂。另外一個，係藉形成切斷起點區域8，將切斷起點 區域8作爲起點而朝向加工對象物1的剖面方向（厚度方向） 自然地龜裂，結果使加工對象物1被切斷的情況。這是例 如在加工對象物1的厚度爲小之場合中，可藉一行之改質 區域7來形成切斷起點區域8,在加工對象物1的厚度爲大 之場合中，可藉由朝厚度方向形成多數行的改質區域7來 ' 形成切斷起點區域8。此外，在此自然割裂之情況，在切 ' 斷.之處，對應於未形成切斷起點區域8的部位之部分的表 ® 面：3上，龜裂並未先走動，僅對應於形成切斷起點區域8 的部位之部分可被割斷，因此可良好地控制割斷。近年來， 矽晶圓等之加工對象物1的厚度有變薄的傾向，因此此種 控制性良好的割斷方法非常有效。 而，本實施形態之雷射加工方法中，藉多光子吸收形成 的改質區域方面，有下列（1)~(4)之情況。 (1)改質區域爲含有一個或複數個之龜裂之龜裂區域之 情況 ® 將聚光點對準加工對象物（例如玻璃或由LiTa03形成的 壓電材料）之內部，聚光點中之電場強度爲lxlOs(W/cm2)以 上且脈衝寬爲l#s以下之條件，來照射雷射光。此脈衝寬 之大小，係一面產生多光子吸收、一面不會對加工對象物 之表面造成多餘的傷害，而僅可在加工對象物之內部形成 龜裂區域之條件。因而，在加工對象物之內部藉由多光子 吸收產生光學的損傷之現象。由於此光學的損傷而在加工 對象物之內部感應熱變形，因而在加工對象物之內部形成 -10- 1375599 龜裂區域。電場強度之上限値方面，可爲例如 lxlOl2(W/cmy。脈衝寬可爲例如Ins〜200ns爲較佳。而，多 光子吸收之龜裂區域的形成，例如記載於第45次雷射熱加 工硏究會論文集（1998年12月）之第23頁~第28頁之「固 勸雷射高調波對玻璃基板之內部的劃記」一文中。 . 本發明人利用實驗而求出電場強度和龜裂之大小的關 係。實驗條件係如下列方式。 (A) • 加工對象物：派立克斯（註冊商標）玻璃（厚度 700 /z m) (B) 雷射 光源··半導體雷射激發Nd : YAG雷射 波長：1064nm 雷射光點剖面積：3.14xl0_8cm2 振盪形態：Q開關脈衝 重複頻率：l〇〇kHz • 脈衝寬：30ns 輸出：輸出< lmJ/脈衝 雷射光品質：TEM。。 偏光特性：直線偏光 (C) 聚光用透鏡 對雷射光波長的透過率：60% (D) 載置加工對象物的載置台之移動速度：l〇〇mm/秒 而所謂雷射光品質TEM。。，是指聚光性高雷射光之波長 左右均可聚光之意。 -1 1 - 1375599 - . ’ 第7圖係顯示上述實驗之結果的曲線。橫軸爲尖峰功率 密〃度，雷射光係爲脈衝光，因此電場強度係以尖峰功率來 表&不。縱軸係顯不1個脈衝之雷射光對加工對象物之內部 所形成的龜裂部分（龜裂點）的大小。龜裂點集中時形成龜 裂區域。龜裂點之大小，係指龜裂點的形狀之中爲最大之 長度的部分之大小。曲線中之黑點所表示的資料，係聚光 用透鏡（C)之倍率爲100倍，開口數（NA)爲0.80之情形。另 —方面，曲線中之白點所表示的資料，係聚光用透鏡（C)之 鲁倍j率爲50倍，開口數（NA)爲0.55之情形。尖峰功率密度 從.10" (W/ cm2)左右在加工對象物之內部產生龜裂點，隨著 尖1峰功率密度變大時，龜裂點亦變大。 其次’將參照第8圖〜第11圖來說明龜裂區域形成造成 加工對象物之切斷的機制》如第8圖所示，在產生多光子 吸引之條件下將聚光點P對準加工對象物1的內部來照射 雷射光L’而沿著切斷預定線在內部形成龜裂區域9。龜裂 區域9係含有一個或多個龜裂之區域。如此形成的龜裂區 @域9係成爲切斷起點區域。如第9圖所示，以龜裂區域9 作爲起點（fiP，將切斷起點區域作爲起點），使龜裂更進一 步成長，如第10圖所示，龜裂到達加工對象物1的表面3 及背面21，如第11圖所示，藉加工對象物1之裂痕而使加 工對象物1被切斷。到達加工對象物1的表面3及背面21 的龜裂’有自然成長的情況，亦有將力量施加於加工對象 物1上而成長的情形。 (2)改質區域爲熔融處理區域之情況 -12- 1375599 將聚光點對準加工對象物（例如矽之半導體材料）的內 部，聚光點中之電場強度爲lxl〇8(W/cm2)以上且脈衝寬爲 1 A s以下之條件，來照射雷射光。於是，在加工對象物之 內部藉由多光子吸收而被局部的加熱。藉此加熱在加工對 象物之內部形成熔融處理區域。所謂熔融處理區域，係指 暫時熔融後再固化之狀態的區域、或正式之熔融狀態之區 域：、從熔融狀態再固化之狀態的區域，亦可稱爲相變化後 區域或結晶構造變化後區域。並且，熔融處理區域亦可稱 爲：在單結晶構造、非晶質構造、多結晶構造中，某個構 造變化成另一個構造之區域。亦即，例如從單結晶構造變 化爲非晶質構造之區域、從單結晶構造變化爲多結晶構造 之區域、從單結晶構造變化爲含有非晶質構造及多結晶構 造之構造的區域之意。加工對象物爲矽單結晶構造之情 況，熔融處理區域例如爲非晶質矽構造。電場強度之上限 値方面，可爲例如 lxl012(W/cm2)。脈衝寬可爲例如 1 ns〜200ns爲較佳。 本發明人利用實驗而確認在矽晶圓之內部形成熔融處理 區域之事。實驗條件係如下列方式。 (A) 加工對象物：矽晶圓（厚度3 50 # m，外徑4英吋） (B) 雷射 光源：半導體雷射激發Nd: YAG雷射 波長：1 064nm 雷射光點剖面積：3.14xl(T8cm2 振盪形態：Q開關脈衝 -13- 1375599 重複頻率：100kHz 脈衝寬：30ns 輸出：20// J/脈衝 雷射光品質：TEM。。 偏光特性：直線偏光 (C) 聚光用透鏡 倍率：5 0倍 N.A. ： 0.55 對雷射光波長的透過率：60% (D) 載置加工對象物的載置台之移動速度：100mm/秒 第1 2圖係利用上述條件的雷射加工所切斷的矽晶圓之 一部分中表示剖面的照相圖。在矽晶圓1 1之內部形成熔融 處,理區域1 3。而，利用上述條件形成的熔融處理區域1 3 之厚度方向的大小係爲1〇〇 #ηι左右。 將說明熔融處理區域13藉由多光子吸收來形成之事。第 13圖係顯示雷射光的波長和矽基板之內部的透過率之關係 的曲線圖。但是，將矽基板之表面側及背面側個別的反射 成分加以去除，僅顯示內部之透過率。矽基板之厚度t個 別爲 50/zm、lOOym、200/zm、500//m、1000/zm 時顯示 上述之關係。 例如，在Nd : YAG雷射之波長爲1064nm之時，矽基板 之厚度爲5 00 /zm以下之情況，可瞭解在矽基板之內部雷射 光爲80%以上透過。第12圖所示之矽晶圓11之厚度爲 35〇em，因此藉由多光子吸收而在矽晶圓11之中心附近， -14- 1375599 即從表面算起175/zm之部分中形成熔融處理區域13。此 肾況之透過率，參考厚度200 m m之矽晶圓時爲90%以上， 因此雷射光在矽晶圓11之內部僅少量被吸收，幾乎大部分 透過。此事並非雷射光在矽晶圓11之內部被吸收而使熔融 處·理區域1 3在矽晶圓1 1之內部形成（即由於雷射光利用通 常之加熱形成熔融處理區域），而是熔融處理區域13利用 多光子吸收而形成之意。利用多光子吸收而形成熔融處理 ' 區域，例如係記載於焊接學會全國大會講演槪要第66集 ® (2000年4月）之第72頁〜第73頁之「微微秒脈衝雷射之矽 的加工特性評價」中。 而，矽晶圓係將藉由熔融處理區域形成的切斷起點區域 作爲起點而朝向剖面方向產生裂痕，藉此裂痕到達矽晶圓 之表面及背面.，結果產生切斷。到達矽晶圓之表面及背面 的此裂痕，有自然成長的情形，亦有力量施加於矽晶圓上 而成長的情形。接著，從切斷起點區域到矽晶圓之表面及 背面，裂痕爲自然成長的情形中，有下列的任何一種情況： ®裂痕從形成切斷起點區域的熔融處理區域產生熔融的狀態 之後開始成長之情況，及裂痕從形成切斷起點區域的熔融 處理區域產生熔融的狀態之後再固化之時開始成長之情 - 況。但是，無論任何一個情況，熔融處理區域均僅在矽晶 ' 圓之內部形成，切斷後之切斷面中，如第12圖僅在內部形 成熔融處理區域。因而，在加工對象物之內部藉由熔融處 理區域形成切斷起點區域之時，在割斷時不易產生從切斷 起點區域線偏離的不必要之裂痕，因此使割斷控制變成容 -15- 1375599 易。 (3)改質區域爲熔融處理區域及微小空洞之情況 將聚光點對準加工對象物（例如矽之半導體材料）的內 部’聚光點中之電場強度爲lxl08(W/crn2)以上且脈衝寬爲 1 M s以下之條件，來照射雷射光。於是，在加工對象物之 內部有形成熔融處理區域及微小空洞之情況。而，電場強 度之上限値方面，可爲例如lxlOl2(W/cm2)。脈衝寬可爲例 如Ins〜200ns爲較佳。 如第14圖所示，當雷射光L從矽晶圓11的表面3射入 之情況，微小空洞1 4相對於熔融處理區域1 3係形成於背 面21側。第14圖中，雖然熔融處理區域13及微小空洞14 係分離而形成，但是亦有熔融處理區域13及微小空洞14 連續形成之情況。亦即，藉由多光子吸收來形成熔融處理 區域1 3及微小空洞1 4之成對的情況，微小空洞1 4係相對 於熔融處理區域13被形成在矽晶圓11中雷射光射入面之 相反側。 依此方式，使雷射光L透過矽晶圓11而在矽晶圓11之 內部產生多光子吸收來形成熔融處理區域1 3之情況，形成 對應於個別熔融處理區域13之微小空洞14的原理不一定 要清楚。在此處，關於在熔融處理區域13及微小空洞14 爲成對的狀態下形成的原理，本發明人將以推測之2個假 設來說明。
本發明人推測之第1個假設如下。即，如第1 5圖所示， 將焦點對準矽晶圓1 1的內部之聚光點P來照射雷射光L -16- 1375599 時，在聚光點P之附近形成熔融處理區域13。以往，此雷 射光L方面’係使用從雷射光源照射的雷射光L之中心部 分的光（第15圖中係相當於L4及L5之部分的光）。此乃是 爲了使用雷射光L之高斯分布的中心部分之緣故。 本發明人爲了減少雷射光L對矽晶圓11的表面3的影 響，而將雷射光L擴大。其中一個方法上，係將從雷射光 源照射的雷射光L以既定之光學系統加以擴大，以擴大高 斯分布的地帶，以將雷射光L之周邊部分的光（第15圖中 ® 爲相當於L1~L3及L6~L8之部分的光）之雷射強度相對地提 昇。使依此方式擴張的雷射光L透過矽晶圓11時，如已說 明的方式，在聚光點P的附近形成熔融處理虛域13，在對 應於此熔融處理區域13的部分形成微小空洞14。亦即，熔 融處理區域13及微小空洞1 4係形成於沿著雷射光L之光 軸（第15圖中之一點破折線）的位置上。形成微小空洞14 的位置，係相當於雷射光L之周邊部分的光（第15圖中爲 相當於L1~L3及L6~L8之部分的光）在理論上聚光的部分。 ® 因而，雷射光L之中心部分的光（第15圖中係相當於L4 及L5之部分的光）、及雷射光L之周邊部分的光（第15圖 中爲相當於L1〜L3及L6〜L8之部分的光）分別聚光的部分， 在矽晶圓11之厚度方向中相異的部分，應爲由將雷射光L 聚光之透鏡的透鏡球面像差所導致者。本發明人推測之第 1個假設中，係假設此聚光位置之差是否有受到何般之影 響。 本發明人推測之第2個假設，係雷射光L之周邊部分的 -17- 1375599 光（第15圖中爲相當於L1~L3及L6~L8之部分的光）所聚光 的部分係爲理論上之雷射聚光點，因此此部分之光強度 高，且引起微細構造變化，因而其周圍形成實質上結晶構 造未變化的微小空洞14,形成熔融處理區域π的部分，係 受到熱的影響很大，而單純地熔解且再固化者。 在此處’雖然熔融處理區域13係上述（2)所敘述之方式 者但是微小空洞1 4係其周圍係實質上結晶構造未變化 者.。砂辱圓11爲單結晶構造之情況，微小空洞14的周圍 鲁係.，大多保持單結晶構造之部分。 本發明人利用實驗而確認在矽晶圓1 1之內部形成熔融 處’;理區域1 3及微小空洞1 4之事。實驗條件係如下列方式。 (A) 加工對象物：矽晶圓（厚度100//m) (B) 雷射 光源：半導體雷射激發Nd: YAG雷射 波長：1 0 6 4 n m 重複頻率：40kHz 脈衝寬：30ns 脈衝間距：7 y m 加工深度：8 // m 脈動能量：50 A J/脈衝 (C) 聚光用透鏡 NA : 0.55 (D) 載置加工對象物的載置台之移動速度：28〇nm/秒 第1 6圖係顯示利用上述條件的雷射加工所切斷的矽晶 -18- 1375599 圓1 1之切斷面的照相圖。在第1 6圖中，（a)及（b)係顯示同 一切斷面之照片但比例不同者。如同一圖所示，在矽晶圓 11之內部，藉由1個脈衝之雷射光L的照射所形成的熔融 處理區域1 3及微小空洞14之成對，係沿著切斷面（即，沿 著:切斷預定線）以既定之間距而形成。 而，第16圖所示之切斷面的熔融處理區域13,其在矽晶 圓^ 11之厚度方向（圖中之上下方向）的寬度爲I3em左右， 移動雷射光L的方向（圖中之左右方向）的寬度爲3/zm左 ®右：。並且，微小空洞14,其在矽晶圓11之厚度方向的寬度 爲左右，移動雷射光L的方向之寬度爲1.3// m左右。 靜融處理區域13及微小空洞14之間隔爲1.2// m左右。 (4)改質區域爲折射率變化區域之情況 將聚光點對準加工對象物（例如玻璃）之內部，以聚光點 中之電場強度爲lxl08(W/cm2)以上且脈衝寬爲les以下之 條件來照射雷射光。將脈衝寬作成極短，在加工對象物之 內部引起多光子吸收，使多光子吸收的能量不轉化成熱 ®倉旨，而在加工對象物之內部引起離子價變化、結晶化、或 分極配向等之永久的構造變化，而形成折射率變化區域。 電場強度之上限値方面，可爲例如lxl012(W/cm2)。脈衝寬 可爲例如Ins以下較佳，lps以下更佳。多光子吸收引起折 射率變化區域之形成，例如記載於第42次雷射熱加工硏究 論文集（1997年11月）之第105頁〜第111頁之「飛秒雷射 照射對玻璃基板內部之光引起構造的形成」一文中。 以上利用多光子吸收來形成改質區域方面，雖然已說明 -19- 1375599 於（1)〜（4)之情形中，但是考慮晶圓狀之加工對象物的結晶 構造或其劈開性等’而使切斷起點區域以如下方式形成的 話，將此切斷起點區域作爲起點，則可使用更小的力，而 且高精度地將加工對象物切斷。 即，由矽等之鑽石構造的單結晶半導體所形成之基板的 情況，以沿著（1 Π)面（第1劈開面）或（1 10)面（第2劈開面） 之方向來形成切斷起點區域爲較佳。並且，由GaAs等之閃 鋅礦型構造之ΙΠ-V族化合物半導體所形成之基板的情 •況，以沿著（110)面之方向來形成切斷起點區域爲較佳。又， 具有藍寶石（AhCh)等之六方晶系之結晶構造的基板之情 況，以 （0001)面（C面）作爲主面而沿著（1 120)面（A面）或 (11 00)面（M面）之方向來形成切斷起點區域爲較佳。 而，沿著欲形成上述切斷起點區域的方向（例如，沿著單 結晶矽基板中（111)面的方向）、或沿著與欲形成切斷起點區 域的方向正交之方向在基板上形成指向平坦部（orientation flat)的話，藉由以此指向平坦部作爲基準，可使切斷起點 β區域沿著欲形成切斷起點區域的方向容易且正確地形成於 基板上。 其次，將說明本發明之較佳實施形態。第17圖係本實施 形態的雷射加工方法之對象的加工對象物之平面圖，第18 圖係沿著第17圖所示之加工對象物的χνπι-χνιπ線之局 部剖面圖。 如第17及18圖所示，加工對象物1具備有：具有厚度 爲3 00 的矽製基板4、及形成在含有複數個功能元件15 -20- 1375599 之基板4的表面3上之積層部16。功能元件15具有：積層 於基板4的表面3上之層間絕緣膜17a、形成於層間絕緣膜 17a上之配線層19a、以覆蓋配線層19a的方式積層於層間 絕緣膜17a上之層間絕緣膜17b、及配置於層間絕緣膜17b 上之配線層19b。配線層19a及基板4係藉由貫通層間絕緣 膜17a之導電性插槽2 0a而電性地連接》配線層19a及19b 係藉由貫通層間絕緣膜17b之導電性插槽20b而電性地連 接。 ® 而，基板4包含有効部41(第17圖中爲一點破折線之內 側的部分）、包圍有効部41的外緣部42(第17圖中爲一點 破折線之外側的部分）’有効部41及外緣部42係由矽（半導 體材料）一體地形成。雖然功能元件15係於有效部41之表 面3,在平行於基板4之指向平坦部6的方向及垂直的方向 上多數地形成矩陣狀，但是層間絕緣膜17a，17b係涵蓋在 相鄰的功能元件1 5，1 5之間來形成，以覆蓋基板4的表面 4a之全體。 ® 將由以上方式構成的加工對象物1，如以下方式切斷成 每個功能元件15。首先’如第19(a)圖所示，將保護膠帶 22黏貼在加工對象物1以覆蓋積層部16。接著，如第19(b) 圖所示，將基板4之背面21朝向上方，以使加工對象物1 被固定到雷射加工裝置的載置台（未圖示）上。此時，積層 部16藉由保護膠帶22來避免和載置台直接接觸，因此可 保護各功能元件1 5。 接著，以通過相鄰的功能元件1 5，1 5之間的方式，相對 21- 1375599 於加工對象物1將切斷預定線5設定成格子狀（參照第17 圖之虛線），使背面21作爲雷射光射入面’將聚光點P對 準基板4之內部，一面使雷射光L在產生多光子吸收的條 件下照射，一面藉載置台的移動而使聚光點P沿著切斷預 定線5掃瞄。 使沿著此切斷預定線5之聚光點P的掃瞄’相對於1條 切斷預定線5進行6次’每次將從對準聚光點P之位置的 背面21算起之距離加以變更’從表面3側依序地在基板4 ®之內部沿著切斷預定線5逐一地形成1行之品質改質區域 71、3行之分斷改質區域72'及2行HC(半切）改質區域73。 此外，基板4係爲矽所形成之半導體基板，故各改質區域 71，72，73係熔融處理區域。 依此方式，將各改質區域71,72,73從基板4的背面21依 照遠方之順序1行1行地逐一地形成，在形成各改質區域 71,72,73之時，爲雷射光射入面之背面和雷射光L之聚光 點P之間並未存在改質區域，故不會由於已形成的改質區 ®域引起雷射光L之散亂、吸收等。從而，可使各改質區域 71，72,73沿著切斷預定線5而高精度地形成在基板4的內 部。並且，將基板4的背面21作爲雷射光射入面，因此即 使在積層部16之切斷預定線5上存在有將雷射光L反射的 構件（例如TEG)之時，改質區域71，7 2,73亦可沿著切斷預 定線5而確實地形成於基板4之內部。 在此處，品質改質區域71之形成，如第22圖所示，係 在基板4之表面3和品質改質區域71之表面側端部71a之 -22 - 1375599 距離爲5 M m〜20/z m的位置，或基板4之表面3和品質改 質區域7i之背面側端部71b之距離爲[5+ (基板4之厚度）x 〇.l]/zm〜[2 0 + (基板4之厚度）x0.1]/zm的位置，形成1行品 質.改質區域71。並且，分斷改質區域72之形成，係在基板 4之厚度方向中接連地形成3行分斷改質區域72。又，HC 改質區域73之形成，如第19(b)圖所示，形成2行HC改質 區.域73，藉此，使裂痕24沿著切斷預定線5從HC改質區 域7 3生長到基板4的背面2 1。此外，視形成條件亦有在相 ®鄰的分斷改質區域72和HC改質區域73之間產生裂痕24 的情況。 在形成各改質區域71，72,73之後，如第20(a)圖所示，將 擴張膠帶23黏貼在加工對象物1之基板4之背面21。接 著，如第20(b)圖所示，將紫外線照射在保護膠帶22上， 使其黏著力降低，如第21 (a)圖所示將保護膠帶22從加工 對象物1之積層部16剝離。 將保護膠帶22剝離之後，如第21(b)圖所示，將擴張膠 ®帶23加以擴張，以各改質區域71，72,73作爲起點產生裂 痕，使基板4及積層部16沿著切斷預定線5切斷，同時使 被切斷而獲得的各半導體晶片25互相地分離。 如以上所說明，在上述雷射加工方法中，使成爲切斷（裂 痕）之起點的品質改質區域7 1、分斷改質區域72、及HC改 質區域7 3沿著切斷預定線5而形成於基板4之內部。從而’ 上述雷射加工方法中，即使形成含有多個功能元件1 5的積 層部16之基板4的厚度爲30〇βιη之厚度時’亦可高精度 -23 - 1375599 地將基板4及積層部16加以切斷。 具體上’在上述雷射加工方法中’在最靠近基板4.之背 面21的分斷改質區域72和背面21之間的位置上形成2行 HC改質區域73，藉此，使沿著切斷預定線5之裂痕24從 H C改質區域73生長到基板4的背面21。於是，將擴張膠 帶23黏貼在基板4之背面21並加以擴張時，可經由厚度 方向中接連的形成3行之分斷改質區域72從基板4向積層 部1 6順利地進行龜裂，其結果可使基板4及積層部1 6沿 著切斷預定線5高精度地切斷。 並且，只要從基板4向積層部16可順利地進行龜裂的 話，分斷改質區域72並不限定於3行。一般，基板4變薄 的話，將分斷改質區域72的行數減少，基板4變厚的話， 將分斷改質區域72的行數增加。此外，只要從基板4向積 層部16可順利地進行龜裂的話，亦可使分斷改質區域72 互相分離。又，只要使裂痕24可從HC改質區域73朝基板 4之背面21確實地產生的話，HC改質區域73亦可爲1行。 此外，在上述雷射加工方法中，在基板4之表面3和品 質改質區域71之表面側端部71a之距離爲5/z m〜20# m的 位置，或基板4之表面3和品質改質區域7 1之背面側端部 71b之距離爲[5 + (基板4之厚度）x0.1];/m~[20 + (基板4之厚 度）χ0.1] Θ m的位置，形成品質改質區域71。在如此位置上 形成品質改質區域71時，亦可使形成於基板4之表面3的 積層部16(在此處爲層間絕緣膜17a，17b)沿著切斷預定線 5高精度地切斷。 -24- 1375599 藉由使用以上的雷射加工方法所切斷的半導體晶片25 中，如第21(b)圖所示，形成各改質區域71,72,73後的基板 4之切斷面（側面）4a、及積層部16之切斷面（側面）16a可成 爲抑制凹凸之高精度的切斷面。 在此處，將參照第23圖詳細地說明用以形成上述各改質 區域71，72,73之雷射加工方法。第23圖係第17圖所示的 加工對象物中沿著切斷預定線之部分的剖面圖。此外，如 同，·一圖所示，將有効部41和外緣部42之疆界作爲疆界面 4 3° 首先，以連續振盪的方式使雷射光L振盪，將連續振盪 後的雷射光L沿著來自基板4之外部的品質改質區域71之 形成預定線21而朝箭頭A方向掃瞄。然後，在位於點α,(形 成預定線Z1和基板4之外面的交點）和點；Θ ·(形成預定線 Z!和疆界面4 3的交點）之間的點r 1中，將雷射光L的振盪 從連續振盪切換成脈衝振盪，並將脈衝振盪後的雷射光L 從點T，沿著形成預定線Z!而朝箭頭A方向掃瞄。然後， 在位於點p ,(形成預定線Zi和疆界面43的交點）和點σ , (形成預定線Ζ>和基板4之外面的交點）之間的點r，中，將 雷射光L的振盪從脈衝振盪切換成連續振盪，並將連續振 盪後的雷射光L沿著從點r ,到基板4之外部的形成預定線 Ζι而朝箭頭Α方向掃瞄。而且，雷射光L的連續振盪和脈 衝振盪之切換，例如，係藉由控制雷射光L的電源控制器 而輕易且簡便地執行。 並且，以連續振盪的方式使雷射光L振盪’將連續振盪 -25- 1375599 後的雷射光L沿著來自基板4之外部之表面3側的分斷 質區域72之形成預定線Z2而朝箭頭A方向掃瞄。然後 在位於點α 2和點召2之間的點T 2中，將雷射光L的振盪 連續振盪切換成脈衝振盪，並將脈衝振盪後的雷射光L 點Τ 2沿著形成預定線Ζ2而朝箭頭Α方向掃瞄。然後， 位於點P 2和點σ 2之間的點r 2中，將雷射光L的振盪從 衝振盪切換成連續振盪，並將連續振盪後的雷射光L沿 從;點τ 2到基板4之外部的形成預定線1而朝箭頭A方 掃*瞄。同樣地亦使雷射光L沿著中央之分斷改質區域72 形成預定線Z;及背面2 1側之分斷改質區域72之形成預 線' Z4掃瞄。 又，以連續振盪的方式使雷射光L振盪，將連續振盪 的雷射光L沿著來自基板4之外部之表面3側的HC改 區域7 3之形成預定線Z5而朝箭頭A方向掃瞄。然後， 位於點α 5和點沒5之間的點r 5中，將雷射光L的振盪從 續振盪切換成脈衝振盪，並將脈衝振盪後的雷射光L從 75沿著形成預定線Z5而朝箭頭A方向掃瞄。然後，在 於點5和點（7 5之間的點r 5中，將雷射光L的振盪從脈 振盪切換成連續振盪，並將連續振盪後的雷射光L沿著 點15到基板4之外部的形成預定線Z5而朝箭頭A方向 瞄。同樣地亦使雷射光L沿著背面2 1側之HC改質區域 之形成預定線Z6掃瞄。 如以上所說明，在用以形成各改質區域71，72,73的雷 加工方法中，沿著加工對象物1中之切斷預定線5之部 改 從 從 在 脈 著 向 之 定 後 質 在 連 點 位 衝 從 掃 73 射 分 -26 - 1375599 50，使雷射光L在包含有効部41的中間部分51中作脈衝 振盪，並使雷射光L在中間部分51之兩側的一端部分5 2 及另一端部分53作連續振盪。因爲連續振盪之情況的雷射 光L之強度係比脈衝振盪之情況的雷射光L之強度更低， 因此可在中間部分51形成各改質區域71，72,73，而在一端 部分52及另一端部分53並未形成各改質區域71，72,73。 於是，各改質區域71，72,73並未到達基板4之外面，故基 板4在其分斷步驟以外的步驟中不會小片化，因此可防止 ® 由於小片化後之小片的切斷面彼此之間的磨合而產生碎 片。其另一方面，外緣部42所包圍的有効部41中可確實 地形成各改質區域7 1，7 2，7 3，因此可將有効部4 1以各改質 區域7 1,72,7 3作爲切斷之起點沿著切斷預定線5高精度地 切斷。 而且，如第24圖所示，從沿著既定之切斷預定線5之雷 射光L的掃瞄，移轉到沿著和此切斷預定線5相鄰之切斷 預定線5之雷射光L的掃瞄中，暫時將雷射光L之振盪從 ® 連續振盪切換成脈衝振盪之後，較佳爲再度從脈衝振盪切 換成連續振盪。於是，在該移轉中可將雷射光L的連續振 盪時間作成短，因此沿著和此切斷預定線5相鄰之切斷預 定線5之雷射光L的掃瞄中，使雷射光L之振盪從連續振 盪切換成脈衝振盪之時，可獲得穩定的雷射光L之強度。 而且，本發明之更進一步之效果方面，貼附在基板4之 保護膠帶22或膨脹膠帶23等之有機系薄膜和基板4之外 緣部42之疆界部分周邊區域（即基板4在未貼附的薄膜 -27 - 1375599 上、薄膜和基板之外緣部42之疆界部、及到基板4之 部4 1的外周之區域），係以不形成改質區域來作爲連 盪模式’在基板4之有効部中，係以形成改質區域來 脈衝振盪模式時，主要由於雷射光焦點位置控制（自動 裝置之位置控制的追從性造成的基板4和薄膜之段差 起的雷射光之舉動的變化，藉此，可防止所要部位以 加工所產生的粉塵。 本發明並不被限定於上述實施形態。 例如，在上述實施形態之加工對象物1中，基板4 緣部4 2的表面3側之角部，和背面21側之角部一起 飾成圓面狀，如第25圖所示，外緣部42的表面3側 部和背面21側之角部並不一起被修飾成圓面狀亦可。 如第26圖所示，亦可僅將外緣部42的表面3側之角 成圓面狀，如第27圖所示，亦可僅將外緣部42的背 側之角部修飾成圓面狀。 此外，在上述實施形態中，雖然將雷射光L的振盪 續振盪切換成脈衝振盪之點7 6，在基板4之厚度 中係爲一致，但是只要在基板4之外緣部42內的話， 在基板4之厚度方向中不一致。此事在將雷射光L的 從脈衝振盪切換成連續振盪之點r 5〜r 5亦爲相同。 產業上利用之可能性 根據本發明之時，已形成改質區域的板狀加工對象 其分斷步驟以外的步驟中難被小片化，因此可降低由 片化後之小片的切斷面彼此之間的磨合而產生碎片。 有効 續振 作爲 對焦） 所引 外的 之外 被修 之角 又， 修飾 S 21 從連 方向 亦可 振盪 物在 於小 -28- 1375599 【圖式簡單說明】 第1圖係本實施形態的雷射加工方法之雷射加工中的加 工對象物之平面圖。 第2圖係沿著第1圖所示之加工對象物的11 - Π線之剖面 圖。 第3圖係本實施形態的雷射加工方法之雷射加工後的加 工對象物之平面圖。 第4圖係沿著第3圖所示之加工對象物的IV-IV線之剖 面圖。 第5圖係沿著第3圖所示之加工對象物的V-V線之剖面 匯：。 第6圖係利用本實施形態的雷射加工方法所切斷的加工 對象物之平面圖。 第7圖係顯示本實施形態的雷射加工方法中電場強度和 龜裂點之大小的關係之曲線圖。 第8圖係本實施形態的雷射加工方法之第1步驟中的加 工對象物之剖面圖。 第9圖係本實施形態的雷射加工方法之第2步驟中的加 工對象物之剖面圖。 第10圖係係本實施形態的雷射加工方法之第3步驟中的 加工對象物之剖面圖。 第11圖係本實施形態的雷射加工方法之第4步驟中的加 工對象物之剖面圖。 第1 2圖係顯示係利用本實施形態的雷射加工方法所切 -29- 1375599 斷ί的矽晶圓之一部分中之剖面之照相圖。 第13圖係顯示本實施形態的雷射加工方法中雷射光的 波/長和矽基板之內部的穿透率之關係的曲線圖。 第14圖係藉由本實施形態的雷射加工方法來形成溶融 處另理區域及微小空洞後的矽晶圓之剖面圖。 第1 5圖係說明藉由本實施形態的雷射加工方法來形成 熔融處理區域及微小空洞的原理用之矽晶圓之剖面圖。 第16圖係藉由本實施形態的雷射加工方法來形成熔融 處理區域及微小空洞的矽晶圓之切斷面的照相圖。 第1 7圖係爲本實施形態的雷射加工方法之對象的加工 辦象物之平面圖。
第18圖係沿著第17圖所示之加工對象物的XVIII-XVIII 線、之局部剖面圖。 第1 9圖係說明本實施形態的雷射加工方法用之加工對 象物之局部剖面圖，（a)係將保護膠帶黏貼在加工對象物上 之狀態，（b)係將雷射光照射在加工對象物上之狀態。 第20圖係說明本實施形態的雷射加工方法用之加工對 象物之局部剖面圖，（a)係將擴張膠帶黏貼在加工對象物上 之狀態，（b)係將紫外線光照射在保護膠帶上之狀態。 第2 1圖係說明本實施形態的雷射加工方法用之加工對 象物之局部剖面圖，（a)係從加工對象物將保護膠帶剝離之 狀態，（b)係使擴張膠帶予以擴張之狀態。 第 22圖係係沿著第19(b)圖所示之加工對象物的 X X11 - X X11線之局部剖面圖。 -30- 1375599
第23圖係第17圖所示的 之部分的剖面圖β 第2 4圖係第1 7圖所示的 第2 5圖係其它之加工對 的剖面圖。 第26圖係其它之加工對 的剖面圖。 第2 7圖係其它之加工對 的剖面圖。 【符號之說明】 加工對象物中沿著切斷預定線 加工對象物之底面圖。 象物中沿著切斷預定線之部分 象物中沿著切斷預定線之部分 象物中沿著切斷預定線之部分
1 加 工 對 象 物 5 切 斷 預 定 線 7 改 質 區 域 13 熔 融 處 理 領域 41 有 効 部 42 外 緣 部 5 1 中 間 部 分 52 一 端 部 分 53 另 —' 端 部 分 71 品 質 改 質 區域 72 分 斷 改 質 區域 73 HC改質區域 Ρ 聚 光 點 L 雷 射 光

Claims (1)

1375599 第095109534號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國101年4月 13 日修正 十、申請專利範圍 1. 一種雷射加工方法’係將聚光點對準板狀之加工 對象物而照射雷射光，以沿著該加工對象物之切斷預定線 ’將成爲切斷之起點的改質區域形成於該加工對象物之內 部的雷射加工方法，其特徵爲：
該加工對象物具備有：有效部、及包圍此有效部的外 緣部； 在讓該雷射光的聚光點沿著該切斷預定線移動的狀態 下’在該加工對象物中沿著該切斷預定線之部分中，在含 有該有效部之中間部分，將該雷射光作脈衝振盪以形成該 改質區域；在該中間部分之兩側的一端部分及另一端部分 ，將該雷射光作連續振盪而未形成該改質區域。 2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中在 φ 該有效部之表面，多個功能元件形成矩陣狀。 3. 如申請專利範圍第2項之雷射加工方法，其中該 切斷預定線係以通過相鄰該功能元件之間的方式，而在該 加工對象物上設定成格子狀。 4. 如申請專利範圍第1至3中任一項之雷射加工方 ； 法，其中該有效部及該外緣部係由半導體材料而一體地形 成，該改質區域含有熔融處理區域。 5. 如申請專利範圍第1至3中任一項之雷射加工方 法，其中在形成該改質區域之後’將該加工對象物沿著該 1375599 切斷預定線切斷。 6.如申請專利範圍第4項之雷射加工方法，其中在 形成該改質區域之後，將該加工對象物沿著該切斷預定線 切斷。 -2- 1375599 第095109534號專利申請案 清晰版之中文圖式 民國101年了月6曰呈 第16圖
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