TWI376282B - Laser processing method and semiconductor chip - Google Patents

Description

1376282 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明，係有關爲了切斷加工對象物而使用之雷射加 工方法、及使用此方法所製造之半導體裝置。 【先前技術】

已知一種以雷射光之照射來切斷加工對象物時，切換 連續波振盪與脈衝波振盪來將雷射光照射於加工對象物之 雷射加工方法（例如參照專利文獻1 )。此雷射加工方法， 係在切斷預定線之直線部分使雷射光進行連續波振盪，另 一方面，在切斷預定線之曲線部分或角部分使雷射光進行 脈衝波振盪。 專利文獻1 :日本特開昭5 9 - 2 1 2 1 8 5號公報 【發明內容】 發明之揭示 發明所欲解決之問題 已知：將聚光點對準於板狀加工對象物之內部來照射 雷射光，藉此而於加工對象物之內部沿著加工對象物之切 斷預定線形成作爲切斷起點之改質區域的雷射加工方&。 此雷射加工方法中，爲了沿著切斷預定線以高精度切斷加 工對象物’希望於加工對象物之內部沿著切斷預定線之所 希望部分確實地形成改質區域。 因此，本發明，係有鑑於上述之事情而開發，其目的 1376282 在於：提供一種可於加工對象物之內部沿著切斷預定線之 所希望部分確實地形成改質區域的雷射加工方法及使用此 方法來製造之半導體裝置。 用以解決問題之手段 爲了解決上述之問題，本發明之雷射加工方法，係將 聚光點對準於板狀加工對象物之內部來照射雷射光，藉此 而於加工對象物之內部沿加工對象物之切斷預定線形成作 爲切斷起點之改質區域，其特徵爲：一邊使上述雷射光的 聚光點相對於上述加工對象物移動，一邊在上述加工對象 物在要形成上述改質區域的部分使上述雷射光進行脈衝波 振盪來形成上述改質區域：在上述加工對象物不要形成上 述改質區域的部分，使上述雷射光進行連續波振盪而不形 成上述改質區域。 在使雷射光進行脈衝波振盪之時，相較於使雷射光進 行連續波振盪之情況下，可於加工對象物之內部更確實地 形成改質區域。因此，沿著切斷預定線之所希望部分使雷 射光進行脈衝波振盪，沿著此所希望部分以外之部分使雷 射光進行連續波振盪，如此即可於加工對象物之內部沿著 所希望之部分確實地形成改質區域。尤其，在使用Q開關 雷射之情況下，以RF輸出之控制來對Q開關進行on控制， 藉此而切換脈衝波振盪與連續波振盪，故激發用LD光對 固體雷射結晶之施加狀態基本上不改變。因此，能迅速地 進行脈衝波振盪與連續波振盪之切換動作，故能以穩定之 -6 - 1376282

雷射光來做加工，並且能提局加工速度。又，按照雷射振 盪器種類之不同，在連續波振盪時，在時呈現連續波振盪 輸出與脈衝波振盪輸出混合之狀態，但是，脈衝波輸出之 平均輸出已降低，故能量不會超過加工臨界値，在所希望 部分以外，於加工對象物之內部不形成改質區域。在此情 況下，同樣地能迅速地進行脈衝波振盪與連續波振盪之切 換動作，而且，因熱穩定性在脈衝波振盪傳遞時亦更提高 ，故能以更穩定之雷射光做加工並且能提高加工速度。本 案之連續波振盪亦有此情況。 又，希望加工對象物係表面形成有疊層部之基板，且 改質區域係形成於基板內部。在此情況下，可沿著切斷預 定線之所希望部分使雷射光進行脈衝波振盪，沿著此所希 望部分以外之部分使雷射光進行連續波振盪，藉此而於基 板之內部沿著所希望之部分確實地形成改質區域。 又，較佳的是，改質區域之表面側端部與表面之距離 爲5μιη〜20μηι之位置。又，較佳的是，改質區域之表面側 端部與表面之距離爲[5 + (基板之厚度）Χ〇·1]μπι〜[20 + (基板 之厚度）χ〇.1]μηι的位置。在此’所謂「距離」，只要無特 別預告時，均指沿著基板厚度方向之距離。 上述之情況，例如，將擴張帶等能擴張之薄膜貼在基 板之背面並加以擴張，就沿切斷預定線將基板及疊層部切 斷。此時，若於上述之位置形成有改質區域，則能進行疊 層部之高精度切斷》 又，在疊層部沿著切斷預定線之既定部分包含金屬膜 1376282 或絕緣膜之情況下，較佳的是於該既定之部分使雷射光進 行連續波振盪》此情況，相較於沿著該既定之部分使雷射 光進行脈衝波振盪之情況，更能減少對疊層部造成之損傷 。因此，切斷基板及疊層部時，能提高切斷預定線既定部 分之疊層部之切斷精度。 又，較佳的是於切斷預定線交叉之部分使雷射光進行 脈衝波振盪。如此一來，將於加工對象物之內部沿著切斷 預定線交叉之部分確實地形成改質區域。因此，能提高切 斷預定線交叉之部分之加工對象物之切斷精度。 又，較佳的是，在改質區域形成後沿著切斷預定線來 切斷加工對象物。如此一來，能以高精度沿著切斷預定線 切斷加工對象物。 又，本發明之半導體裝置，其特徵爲：其係使用上述 之雷射加工方法而製造。此半導體裝置，係具有以高精度 切斷而成之切斷面。 又，本發明之雷射加工方法，係藉由對具有基板和包 含金屬膜及絕緣膜且形成於上述基板的表面之疊層部之加 工對象物照射雷射光，來沿著上述加工對象物的切斷預定 線，在上述基板之內部形成作爲切斷起點之改質區域，以 上述改質區域作爲切斷的起點，沿著上述切斷預定線切斷 上述加工對象物，其特徵爲：在上述切斷預定線橫切上述 金屬膜之情況，當形成第1改質區域作爲上述改質區域 時，在與上述金屬膜以外的部分相對應之上述切斷預定線 的第1部分，形成上述第1改質區域，而在與上述金屬膜 -8 - 1376282 相對應之上述切斷預定線的第2部分，不形成上述第1改 質區域。

又，較佳的是，在沿著上述切斷預定線，以排列於上 述加工對象物的厚度方向的方式形成複數列上述改質區域 之情況，上述第1改質區域係在複數列上述改質區域中之 最接近上述疊層部之上述改質區域，當形成複數列上述改 質區域中，較上述第1改質區域距離上述疊層部更遠的上 述第2改質區域時，在上述第1部分及上述第2部分形成 上述第2改質區域。 又，較佳的是，當形成上述第1改質區域時，在上述 第1部分’將上述雷射光的能量作成爲特定臨界値以上來 形成上述第1改質區域，而在上述第2部分，將上述雷射 光的能量作成爲未滿上述特定臨界値，使得不會形成上述 第1改質區域，當形成上述第2改質區域時，在上述第1 部分及第2部分，將上述雷射光的能量作成爲上述特定臨 界値以上，用以形成上述第2改質區域。 又’較佳的是，在形成上述改質區域後，藉由對上述 加X對象物施加應力，來以上述改質區域作爲切斷的起點 ’使上述加工對象物沿著上述切斷預定線進行切斷。 發明之功效 依據本發明，可於加工對象物之內部沿著切斷預定線 之所希望部分確實地形成改質區域。 1376282 【實施方式】 用以實施發明之最佳型態 以下，就本發明合適的實施型態’參照圖式詳細說明 。本實施型態之雷射加工方法，係爲了於加工對象物之內 部形成改質區域而利用稱爲多光子吸收之現象。因此’首 先說明用來以多光子吸收來形成改質區域之雷射加工方法 。若光子之能量h V比材料之吸收之能帶間隙EG更小’則 光學上呈透明。因此，材料產生吸收之條件爲hv >EG。 然而，即便光學上呈透明，若使雷射光之強度變得非常大 ，則材料在nh v >EG之條件（n = 2,3,4，···）產生吸收。此現象 稱爲多光子吸收。在脈衝波之情況下，雷射光之強度取決 於雷射光聚光點尖峰功率密度（W/cm2)，例如多光子吸收 在尖峰功率密度爲lxl08(W/cm2)以上之條件產生。尖峰功 率密度，係由（聚光點中雷射光每1個脈衝波之能量）+ (雷 射光射束點之截面積X脈衝波寬度）來求得。又，在連續波 之情況下，雷射光之強度，係取決於雷射光聚光點之電場 強度（W/cm2)。就利用此種多光子吸收之本實施型態之雷 射加工方法之原理，叁照第1圖〜第6圖說明。如第1圖所 示，於晶圓狀（板狀）加工對象物1之表面3有用來切斷加工 對象物1之切斷預定線5»切斷預定線5，係爲直線狀延伸 之假想線》本實施型態之雷射加工方法，如第2圖所示， 係在多光子吸收產生之條件將聚光點P對準於加工對象物1 之內部來照射雷射光L而形成改質區域7 »又，聚光點P， 係指雷射光L聚集之處。又，切斷預定線5亦可爲曲線狀， -10- 1376282

不限於直線狀’亦可爲實際畫在加工對象物1之線，不限 於假想線。又，使雷射光L沿著切斷預定線5(亦即，往第！ 圖之箭號A方向）相對地移動，藉此而使聚光點P沿著切斷 預定線5移動。如此一來，如第3圖〜第5圖所示，改質區 域7沿著切斷預定線5形成於加工對象物1之內部，該改質 區域7成爲切斷起點區域8。在此，切斷起點區域8，係指 加工對象物1切斷時作爲切斷（裂開）起點之區域。此切斷 起點區域8，可爲將改質區域7形成連續狀地形成之情形， 亦有使改質區域7形成間斷狀地形成之情形。本實施型態 之雷射加工方法，並非加工對象物1吸收雷射射光L而使加 工對象物1發熱而形成改質區域7這樣的方法。使雷射光L 穿透加工對象物1，而在加工對象物1之內部產生多光子吸 收以形成改質區域7。因此，在加工對象物1之表面3，雷 射光L幾乎不會被吸收，故加工對象物1之表面3不會熔融 。若於加工對象物1之內部形成切斷起點區域8，則容易以 該切斷起點區域8作爲起點裂開，故如第6圖所示，能以較 小的力量切斷加工對象物1。因此，可在加工對象物1之表 面3不發生大幅偏離切斷預定線5之不必要的裂開之下，以 局精度切斷加工對象物1。以該切斷起點區域8作爲起點之 加工對象物1之切斷有以下2種情況。1種情況，是在切斷 起點區域8形成後，對加工對象物1施加人爲的力量，藉此 而使加工對象物1以切斷起點區域8作爲起點裂開，而將加 工對象物1切斷。這是例如加工對象物1之厚度時之切斷。 所謂施加人爲的力量，例如係指對加工對象物1沿著加工 -11 - 1376282 對象物1之切斷起點區域8施加彎曲應力或剪應力，或者是 對加工對象物1給予溫度差，藉此而產生熱應力。另一種 情況，是形成切斷起點區域8，藉此而以切斷起點區域8作 爲起點往加工對象物1之截面方向（厚度方向）自然地裂開 ，而將加工對象物1切斷。有關這個情況，例如在加工對 象物1之厚度小之情況下，可藉由1列改質區域7來形成切 斷起點區域8，在加工對象物1之厚度大之情況下，可藉由 厚度方向上形成之複數列改質區域7來形成切斷起點區域8 。又，在此自然裂開之情況下，同樣地，在待切斷之處， 裂開不會先行至與未形成切斷起點區域8之部位對應之部 分之表面3上，能僅割斷與形成有切斷起點區域8之部位對 應之部分，故能良好地控制割斷。近年來，矽晶圓等加工 對象物1之厚度有變薄之趨勢，故此種控制性佳之割斷方 法非常有效。 在本實施型態之雷射加工方法中，由多光子吸收來形 成之改質區域，有以下（1)〜（3)之情況。 (1)在改質區域爲包含1個或複數個裂縫之裂縫區域之 情況下 將聚光點對準於加工對象物（例如玻璃或LiTa03所構 成之壓電材料）之內部，以聚光點之電場強度爲lx 108(W/cm2)以上且脈衝波寬度爲1μ5以下之條件來照射雷 射光。該脈衝波寬度之大小，係可在產生多光子吸收並對 加工對象物之表面不給予額外之損傷之下僅於加工對象物 之內部形成裂縫區域的條件。如此一來，於加工對象物之 -12- 1376282 內部發生稱爲多光子吸收所引起之光學性損傷這樣的現象 »該光學性損傷使加工對象物之內部產生熱應變，因此於 加工對象物之內部形成裂縫區域。電場強度之上限値例如 爲lxl012(W/cm2)。脈衝波寬度較佳的是例如Ins〜200ns » 又，至於多光子吸收所引起之裂縫區域之形成，例如記載 於日本之第4 5屆雷射熱加工硏究會論文集（1 998年12月）之 第23頁〜第28頁之「以固體雷射諧波來進行之玻璃基板內 部標示」。本發.明者以實驗獲得了電場強度與裂縫大小之 關係。實驗條件如下所述。 (A)加工對象物：PYREX(註冊商標）玻璃（厚度700μιη) (Β)雷射 光源：半導體雷射激發Nd: YAG雷射 波長：1 0 6 4nm 雷射光點截面積：3.14xl(T8cm2 振盪型態：Q開關脈衝波 重現頻率：1 00kHz 脈衝波寬度：30ns 輸出：輸出<lmJ/脈衝波 雷射光品質：TEM00 偏光特性：線性偏光 (C) 聚光用透鏡 相對雷射光波長之透過率：60% (D) 用來載置加工對象物之載置台之移動速度：l〇〇nm/ -13- 1376282 又，所謂雷射光品質爲TEMoo，係指聚光性高’可聚 集至雷射光波長之程度之意。 第7圖，係顯示上述實驗結果之曲線圖。橫軸爲尖峰 功率密度，雷射光爲脈衝波雷射光，故電場強度以尖峰功 率密度來表示。縱軸，係顯示藉由1個脈衝波之雷射光而 形成於加工對象物內部之裂縫部分（裂縫處）之大小。裂縫 處集合成爲裂縫區域。裂縫處之大小，係裂縫處之形狀中 呈最大長度之部分之大小。曲線圖中以黑圓點表示之資料 ，係聚光用透鏡（C)之倍率爲100倍、數値孔徑（NA)爲0.80 之情況。另一方面，曲線圖中以白圓點表示之資料，係聚 光用透鏡（C)之倍率爲50倍、數値孔徑（NA)爲0.55之情況 。得知：加工對象物之內部自尖峰功率密度爲約 10u(W/Cm2)起產生裂縫處，尖峰功率密度越大，裂縫處 亦越大。其次，就利用裂縫區域形成來進行加工對象物之 切斷之機制，叁照第8圖〜第1 1圖來說明。如第8圖所示， 在多光子吸收發生之條件下將聚光點P對準於加工對象物1 之內部來照射雷射光L，而於內部沿著切斷預定線形成裂 縫區域9。裂縫區域9,係包含1個或複數個裂縫之區域。 如此般形成之裂縫區域9成爲切斷起點區域。如第9圖所示 ，裂縫以裂縫區域9作爲起點（亦即，以切斷起點區域作爲 起點）進一步成長，如第1 0圖所示、裂縫抵達加工對象物1 之表面3及背面2 1，如第1 1圖所示，加工對象物1裂開，藉 此而將加工對象物1切斷。用來抵達加工對象物1之表面3 及背面21的裂縫，有自然成長之情況，亦有力量施加於加 -14- 1376282 工對象物1而成長之情況。 (2)在改質區域爲熔融處理區域之情況下 將聚光點對準於加工對象物（例如矽般之半導體材料） 之內部，以聚光點之電場強度爲lxl02(W/cm2)以上且脈衝 波寬度爲1 ps以下之條件來照射雷射光。如此一來，加工 對象物之內部由於多光子吸收而被局部加熱。此加熱使加 工對象物之內部形成熔融處理區域。所謂熔融處理區域， 係熔融一次後再固化後之區域、正常熔融狀態之區域、或 要自熔融狀態再固化之狀態之區域，亦可稱爲相變化之區 域或結晶構造改變之區域》又，所謂熔融處理區域，係在 單結晶構造、非晶質構造、多結晶構造中亦稱爲某構造改 變爲別的構造之區域。亦即，例如係指自單結晶構造改變 爲非晶質構造之區域 '自單結晶構造改變爲多結晶構造之 區域、自單結晶構造改變爲包含非晶質構造及多結晶構造 之構造的區域。在加工對象物爲矽單結晶構造之情況下， 熔融處理區域例如爲非晶質矽構造。電場強度之上限値例 如爲lxl012(W/cm2)。脈衝波寬度較佳的是例如ins〜 200ns 。本發明者以實驗確認了在矽晶圓之內部會形成熔融處理 區域。實驗條件如下所述。 (A)加工對象物：矽晶圓（厚度350μιη、外徑4英吋） (Β)雷射 光源：半導體雷射激發Nd: YAG雷射 波長：1 〇 6 4 n m 雷射光點截面積：3.14xl(T8cm2 -15- 1376282 振盪型態：Q開關脈衝波 重現頻率：100kHz 脈衝波寬度：30ns 輸出：20μ·ί/脈衝波 雷射光品質：ΤΕΜ00 偏光特性：線性偏光 (C) 聚光用透鏡 倍率：50倍 N.A. ： 0.55 相對雷射光波長之透過率：60% (D) 用來載置加工對象物之載置台之移動速度：lOOnm/ 秒 第1 2圖，係顯示以上述條件下之雷射加工而切斷之矽 晶圓一部分之截面照片的圖。於矽晶圓11之內部形成有熔 融處理區域13。又，以上述條件形成之熔融處理區域13之 厚度方向上之大小約爲ΙΟΟμηι。 將說明熔融處理區域13藉多光子吸收而形成之事。第 13圖，係顯示雷射光之波長與矽基板內部之透過率之關係 的曲線圖。不過，將矽基板之表面側及背面側各自之反射 成分加以除去，僅顯示內部之透過率。分別就矽基板之厚 度 t爲 50μηι、1 0 0 μ m ' 200μιη ' 5 0 0 μιη ' ΙΟΟΟμιη 之各種情況 顯示上述之關係。 例如，Nd : YAG雷射之波長爲1 064nm、矽基板之厚 度爲5 0 0μιη以下之情況，在矽基板之內部，雷射光有8 0% 1376282 以上透過係爲周知。因第12圖所示之矽晶圓11之厚度爲 350μιη，故多光子吸收所產生之熔融處理區域13形成於矽 晶圓1 1之中心附近，亦即自表面算起175μιη之部分。此情 況之透過率若以厚度200μηι之矽晶圓作爲叁考，則爲90% 以上，故雷射光幾乎均透過，僅有一點點在矽晶圓11之內 部被吸收。這個結果顯示：雷射光在矽晶圓Π之內部被吸 收，熔融處理區域1 3並非形成於矽晶圓1 1之內部（亦即， 熔融處理區域並非因雷射光所產生通常之加熱而形成）， 熔融處理區域13是因多光子吸收而形成的。多光子吸收所 引起之熔融處理區域之形成例如記載於日本之熔融學會全 圖大會演講楠要第66集（2000年4月）之第72頁〜第73頁之 「利用皮秒（pi co second)脈衝波雷射之矽加工特性評價」 〇 又，使矽晶圓以熔融處理區域所形成之切斷起點區域 作爲起點往截面方向裂開，該裂開抵達矽晶圓之表面及背 面，藉此而將矽晶圓切斷。抵達矽晶圓之表面及背面之此 裂開，有自然成長之情況，亦有對矽晶圓施加力量而成長 之情況。又，在裂開自切斷起點區域自然成長至矽晶圓之 表面及背面之情況下，又有裂開自待形成切斷起點區域之 熔融處理區域正熔融之狀態成長情況、及裂開在自待形成 切斷起點區域之熔融處理區域正熔融之狀態再固化時成長 之情況的任一情況。不過，在任一種情況下，均是熔融處 理區域僅形成於矽晶圓之內部，至於切斷後之切斷面，則 如第12圖所示僅有內部形成有熔融處理區域。如此一來， -17- 1376282 若於加工對象物之內部藉熔融處理區域來形成切斷起點區 域，則割斷時，難以發生偏切斷起點區域線之之不必要的 裂開，故割斷控制變得容易》 (3)在改質區域爲折射變化區域之情況下 將聚光點對準於加工對象物（例如玻璃）之內部，以聚 光點之電場強度爲lxl 〇8(W/cm2)以上且脈衝波寬度爲Ins 以下之條件來照射雷射光。若使脈衝波寬極短，使多光子 吸收在加工對象物之內部發生，則多光子吸收所產生之能 量不會轉換爲熱能量，在加工對象物之內部引起離子價數 變化、結晶化或分極配向等永久性的構造變化而形成折射 變化區域。電場強度之上限値例如爲lxl〇l2(W/cm2)。脈 衝波寬度較佳的是例如爲Ins以下，lps以下更佳。多光子 吸收所引起之折射變化區域之形成例如記載於日本之第42 屆雷射熱加工硏究會論文集（1997年11月）之第105頁〜第 1 1 1頁之「利用飛秒（femtosecond)雷射照射來對玻璃內部 進行之光誘起構造形成」。 以上，雖然已就以多光子吸收來形成之改質區域而說 明（1 )〜（3 )之情況，但是若考慮晶圓狀加工對象物之結晶 構造、其劈開性等來以如下方式形成切斷起點區域的話， 則能以該切斷起點區域爲起點以更小之力量且精度良好地 切斷加工對象物。 亦即，在矽等鑽石構造之單結晶半導體所構成之基板 之情況下，較佳的是在沿著（111)面（第1劈開面）、（110)面 (第2劈開面）之方向上形成切斷起點區域。又，在Ga As等 -18- 1376282 閃鋅礦結構之III-V族化合物半導體所構成之基板之情況 下，較佳的是在沿著（110)面之方向上形成切斷起點區域 。再者，在藍寶石（A1 2 03)等具有六方晶系結晶構造之基 板之情況下，較佳的是將（0 00 1)而（C面）作爲主面而沿著 (1 120)面（A面）或（1 100)面（M面）之方向上形成切斷起點區 域。 又，若於基板沿著待形成上述之切斷起點區域的方向 (例如，單結晶矽上沿著基板（III)面之方面）、或與待形成 切斷起點區域之方向正交之方向上形成定向平面，則將此 定向平面作爲基準，便可容易而正確地於基板形成沿著待 形成切斷起點區域之方向上之切斷起點區域。 其次，就本發明合適之實施型態加以說明。第14圖， 係本實施型態雷射加工方法之加工對象物之俯視圖，第1 5 圖，係第14圖所示加工對象物之沿著XV-XV線之局部剖面 圖。 如第1 4圖及第1 5圖所示，本實施型態中，加工對象物 1，例如具備由矽所構成之厚度爲300μιη之基板4、及包含 複數個機能元件15而形成於基板4的表面3之疊層部16。機 能元件1 5，係具有疊層於基板4的表面3之層間絕緣膜1 7a 、配置於層間絕緣膜1 7a上之配線層1 9a、以覆蓋配線層 19a之方式疊層於層間絕緣膜17a上之層間絕緣膜17b、及 配置於層間絕緣膜b上之配線層19b。配線層19a與基板4， 係藉著用來貫穿層間絕緣膜17a之導電性栓塞20a而在電氣 上連接著；配線層19b與配線層19a，係藉著用來貫穿層間 -19- 1376282 絕緣膜17b之導電性栓塞2 Ob而在電氣上連接著。 機能元件1 5舉例來說有由結晶成長而形成之半導體動 作層、光電二極體等受光元件、雷射二極體等發光元件、 作爲電路而形成之電路元件、半導體裝置等。 又，機能元件15，例如有許多個在與基板4定向平面6 平行之方向及垂直之方向上形成矩陣狀，至於層間絕緣膜 1 7a,l 7b則以覆蓋基板4之表面3全體的方式形成於相鄰之 機能元件15,15間。 將如上述般構成之加工對象物1以如下之方式切斷爲 —個一個的機能元件15。首先，如第16圖（a)所示，於加 工對象物1以覆蓋疊層部16之方式貼上保護帶22。接著， 如第16圖（b)所示，使基板4之背面21朝向上方並將加工對 象物1固定於雷射加工裝置之載置台（未圖示）上。此時， 因利用保護帶22避免疊層部16直接接觸載置台，故能保護 各機能元件1 5。 又，以使切斷預定線5通過相鄰之機能元件15,15間的 方式設定成格子狀（叁照第14圖之虛線），以背面21作爲雷 射光入射面將聚光點P對準於基板4之內部，以多光子吸收 發生之條件照射雷射光L，同時，藉由載置台之移動使聚 光點P沿著切斷預定線5進行掃描。 本實施型態中，對1條切斷預定線5進行6次沿著切斷 預定線5之聚光點P掃描，而且，每一次掃描就改變聚光點 P對準之位置之自背面21算起之距離，藉此而於基板4之內 部沿著切斷預定線5以每次1列之方式自表面3側依序形成1 -20- 1376282 列品質改質區域71、3列分斷改質區域72、及2列HC(半切） 改質區域73。各改質區域71，72,73就成爲用來切斷加工對 象物1時之切斷起點。又，因本實施型態之基板4是由矽所 構成之半導體基板，故各改質區域71,72,73是熔融處理區 域。又，亦可使改質區域71，72,73與上述之改質區域7同 樣地由連續形成之改質區域來構成，亦可使改質區域 7 1，72,73由以既定間隔間斷形成之改質區域來構成。 如此，由於將各改質區域7 1,72,73以距離基板4之背 面21由遠而近、每次一列之方式形成，故形成各改質區域 71，72,73時，作爲雷射光入射面之背面21與雷射光L聚光 點P之間不存在改質區域，因此，不會發生已經形成之改 質區域所引起之雷射光L之散射、吸收等。因此，能精度 良好地將各改質區域7 1,72,73沿著切斷預定線5形成於基 板4之內部。又，因將基板4之背面21作爲雷射光入射面， 故即便於疊層部16之切斷預定線5上存在用來反射雷射光L 之構件（例如，TEG)時，亦能於基板4之內部沿著切斷預定 線5確實地形成各改質區域71，72,73。 各改質區域71，72,73形成後，如第17圖（a)所示，於加 工對象物1之基板4之背面21貼上擴張帶23。接著，如第17 圖（b)所示，對保護帶22照射紫外線，以降低其黏著力， 再如第18圖（a)所示，自加工對象物1之疊層部16撕下保護 帶22。 保護帶22撕下後，如第18圖（b)所示，使擴張帶23擴 張，以各改質區域71，72,7 3爲起點發生裂開，而將基板4 -21 · 1376282 及疊層部16沿著切斷預定線5切斷，並且將切斷所獲得之 各半導體晶片25(半導體裝置）互相分開。 在此，將就改質區域71，72,73之形成方法加以詳細說 明。第19圖，係顯示形成有改質區域71，72,73之加工對象 物1之一部分的俯視圖，第20圖，係第19圖所示加工對象 物1沿著XX-XX線之局部剖面圖。 品質改質區域7 1，係在照射雷射光L時，選擇性地切 換連續波振盪與脈衝波振盪而形成。雷射光L之振盪，例 如係利用控制雷射光L之電源控制器（未圖示）來切換。當 使雷射光L進行脈衝波振盪時，相較於使雷射光L進行連 續波振盪之情況其能量較高，故超過加工臨界値，而能於 基板4之內部確實地形成品質改質區域71。因此，使雷射 光L沿著切斷預定線5之所希望部分RP進行脈衝波振盪， 使雷射光L沿著此所希望部分RP以外之部分（既定部分）RC 進行連續波振盪，便能於基板4之內部沿著所希望部分RP 確實地形成品質改質區域7 1。 又，由於沿著既定部分RC使雷射光L進行連續波振盪 ，故能量爲低，不超過加工臨界値，相較於沿著既定部分 RC使雷射光L進行脈衝波振盪之情況，更能降低雷射光L 對疊層部16給予之損傷。因此，切斷基板4及疊層部16時 ，能提高疊層部16在切斷預定線5之既定部分RC上之切斷 精度。因此，如第18圖（b)所示，使用本實施型態之雷射 加工方法所製造出之半導體晶片25中，基板4之切斷面（側 面）4a、及疊層部16之切斷面（側面）1 6a就成爲凹凸被抑制 -22- 1376282 的高精度切斷面。 又，本實施型態中，如第19圖及第20圖所示，金屬膜 Μ沿著切斷預定線5之既定部分RC設於疊層部16內。沿著 此既定部分RC之基板4內部，由降低在上述疊層部16產生 之損傷來看’較佳的是不形成品質改質區域71。若金屬膜 Μ設於疊層部16內，則於疊層部16容易產生損傷。此損傷 產生之原因如下所述。有時由於用來聚集雷射光L之透鏡 之像差等影響’雷射光L 一部分之成分會在金屬膜Μ被聚 集》在此情況下，雷射光L被金屬膜Μ反射，改質區域因 反射光而形成於基板4、疊層部16之內部或基板4與疊層部 16之界面。尤其，在基板4之背面21爲入射面之情況下， 於距離入射面遠的一側形成改質區域時，容易受到透鏡像 差之影響。又，疊層部16，相較於基板4，改質區域形成 所必要的能量之閾値低，故在疊層部1 6內，改質區域容易 形成。不過，在疊層部16產生損傷之原因並不限定於這些 內容。金屬膜Μ舉例來說有構成試驗用元件群（TEG)之金 屬配線、金屬墊等。 又，金屬膜Μ亦可爲因熱而剝離之膜。又，亦可低電 容率膜（low-k膜）等絕緣膜代替金屬膜Μ來設於疊層部16內 。此絕緣膜亦可爲因熱而剝離之膜。低電容率膜例如有電 容率比3.8(Si02之電容率）更小的膜。 又，如第19圖所示，在切斷預定線5交叉之部分CP， 較佳的是使雷射光L進行脈衝波振盪。如此一來，品質改 質區域71確實地沿著切斷預定線5交叉之部分CP形成於基 -23- 1376282 板4之內部。因此，能在切斷基板4及疊層部16時，防止缺 口等在切斷預定線5交叉之部分CP上產生。因此，能進一 步提高基板4及疊層部16之切斷精度。 又，如第20圖所示，品質改質區域71，較佳的是在基 板4表面3與品質改質區域71表面側端部71a之距離爲5μπι 〜20μπι之位置形成1列、或在基板4表面3與品質改質區域 71背面側端部71b之距離爲[5 + (基板4之厚度）χ0.1]μιη〜 [20 + (基板4之厚度）χ0·1]μιη之位置形成1歹！J。在此，例如 將作爲可擴張之薄膜的擴張帶23貼在基板4之背面21並加 以擴張，則基板4及疊層部16沿著切斷預定線5切斷。此時 ，若於上述位置形成有品質改質區域7 1，則能將疊層部 16(在此爲層間絕緣膜17a，17b)以高精度切斷。又，即便在 基板4厚度爲300μιη這樣厚之情況下，仍能將基板4及疊層 部16以高精度切斷。 又，有關分斷改質區域72之形成，將分斷改質區域72 例如3列形成在基板4之厚度方向無接縫地相連。再者，有 關HC改質區域73之形成，如第16圖（b)所示，將HC改質區 域73例如2列形成，藉此而使沿著切斷預定線5之裂開24自 HC改質區域73進行到基板4之背面21 »又，按照形成條件 之不同，有時在相鄰之分斷改質區域72與HC改質區域73 之間亦發生裂開24。當將擴張帶2 3貼上基板4之背面2 1並 加以擴張時，裂開透過在厚度方向無接縫地相連之3列分 斷改質區域72自基板4順利地往疊層部16進行，結果，能 精度良好地基板4及疊層部16沿著切斷預定線5切斷。 -24- 1376282 又，只要能使裂開自基板4順利地往疊層部16進行， 分斷改質區域72就不限定於3列。一般來說，若基板4不薄 ，就要減少分斷改質區域72之列數，若基板4不厚，就要 增加分斷改質區域72之列數。又，只要能使列開自基板4 順利地往疊層部16進行，分斷改質區域72就可以相分開。 再者，只要能確實地使裂開24自HC改質區域73進行至基 板4之背面21，HC改質區域73就可爲1列。 以上，已就本發明合適之實施型態詳細說明，但本發 明不限定於上述實施型態。 例如，雖然上述之實施型態中，是在形成品質改質區 域71時，在選擇性地切換脈衝波振盪與連續波振盪，但亦 可在形成其他改質區域時，有選擇性地切換脈衝波振盪連 續波振盪。其他改質區域例如有分斷改質區域72、HC改 質區域73等。在這些區域當中，自提高切斷精度之觀點來 看，較佳的是在形成最靠裝置側之品質改質區域7 1時，有 選擇性地切換脈衝波振盪與連續波振盪。 又，加工對象物1亦可爲GaAs晶圓或厚度ΙΟΟμηι以下 之矽晶圓。在此等加工對象物1之情況下，於加工對象物1 之內部沿著切斷預定線5形成1列改質區域，便能以非常高 之精度將加工對象物1切斷。 又，改質區域71,72,73，並不限於於因在加工對象物 1內部發生之多光子吸收而形成。改質區域71，72,73，亦 可因使與多光子吸收相當之光吸收在加工對象物1內部發 生來形成。 -25- 1376282 又，雖然本實施型態中係使用矽製半導體晶圓來當作 加工對象物1，但半導體晶圓之材料不限定於此。半導體 晶圓之材料例如有矽以外之IV族元素半導體、包含SiC般 IV族元素之化合物半導體、包含III-V族元素之化合物半 導體、包含II-VI族元素之化合物半導體、以及各種摻雜 有摻雜物之半導體等。 以下，就本實施型態雷射加工方法之一實施例詳細說 明，但本發明不限定於此實施例。第21圖（a)及第21圖（b) ，係本實施例雷射加工方法之加工對象物之俯視圖。第22 圖，係顯示第21圖（b)所示加工對象物之基板之切斷面4a 之照片的圖，其與第20圖對應。 首先，沿著位於機能元件1 5，1 5間之切斷預定線5之所 希望部分RP使雷射光L進行脈衝波振盪，藉此而於加工對 象物之內部形成品質改質區域71。另一方面，沿著切斷預 定線5之既定部分RC使雷射光L進行連續波振盪’藉此而 於加工對象物之內部不形成品質改質區域7 1。又，基板之 背面2 1爲雷射光之入射面。其次，沿著切斷預定線5形成 分斷改質區域72及HC改質區域73。結果，如第21圖（a)所 示，雖然沿著切斷預定線5之既定部分RC之疊層部16包含 金屬膜Μ，但未證實雷射光造成之疊層部16之損傷在存在 〇 改質區域71，72,73形成後，於加工對象物貼上擴張帶 ，以擴張裝置使擴張帶擴張，藉此而將加工對象物切斷（ 叁照第2 1圖（b))。如第2 1圖（b)所示，因未看到切斷面1 6a 1376282 上有凹凸，故可證實已被高精度地切斷》將如此般被切斷 之加工對象物之基板之切斷面4a拍攝所得之照片顯示於第 22圖。如第22圖所示，於沿著切斷預定線5之既定部分RC 之加工對象物之內部並未形成品質改質區域7 1。 接著，說明在上述實施例中形成改質區域7 1,72,73時 之雷射加工條件。雷射光L之脈衝波寬度爲180ns，雷射光 L之照射位置間隔（脈衝波間距）爲4 μιη，雷射光L之頻率爲 75kHz。又，載置有加工對象物之載台之移動速度爲 3 0 0mm/s。再者，自作爲入射面之背面21至聚光點P之距 離（聚光點位置）、與雷射光L之能量及單位時間能量的關 係如表1所示。 表1 聚光點位置 能量 單位時間能量 (μιη) (μΐ) (W) 品質改質區域71 290 9.5 0.71 分斷改質區域72 180 15 1.13 分斷改質區域72 144 15 1.13 HC改質區域73 85 5 0.38 HC改質區域73 46 5 0.38 另一方面，第23圖（a)及第23圖（b)，係雷射加工方法 之一例之加工對象物之俯視圖。第24圖’係顯示第23圖 (b)所示加工對象物之基板之切斷圖l〇4a之照片的圖。 首先，沿著位於機能元件1 1 5，1 1 5間之切斷預定線1 〇5 照射雷射光，藉此而於加工對象物之內部形成改質區域 -27- 1376282 171，172，173。又’基板之背面121爲雷射光之入射面。在 此情況下’如第23圖⑷所示’因沿著切斷預定線1〇5照射 雷射光，故包含金屬膜100M之疊層部116上不發生膜之剝 離等損傷。 在改質區域1 7 1,1 72,1 73形成後，於加工對象物貼上 擴張帶’以擴張裝置使擴張帶擴張，藉此而將加工對象物 切斷（巻照第23圖（b))。如第23圖（b)所示，因看到切斷面 116a上有凹凸’故證實切斷精度不足。將如此般切斷之加 工對象物之基板之l〇4a拍攝所得之照片顯示於第24圖。如 第2 4圖所示’於加工對象物之內部沿著切斷預定線1 〇 5形 成有改質區域1 7 1。 產業上之利用可能性 依據本發明，可於加工對象物之內部沿著切斷預定線 之所希望部分確實地形成改質區域。 【圖式簡單說明】 第1圖，係利用本實施型態雷射加工方法之雷射加工 中之加工對象物之俯視圖。 第2圖，係第1圖所示加工對象物之沿著II-II線之剖面 圖。 第3圖，係利用本實施型態雷射加工方法之雷射加工 後之加工對象物之俯視圖。 第4圖，係第3圖所示加工對象物之沿著IV-IV線之剖 -28- 1376282 面圖。 第5圖，係第3圖所不加工對象物之沿著v_v線之剖面 圖。 第6圖，係利用本實施型態雷射加工方法來切斷之力口 工對象物之俯視圖。 第7圖，係顯不本實施型態雷射加工方法之電場強度 與裂縫處大小之關係的曲線圖。 第8，係本實施型態雷射加工方法第1步驟之加工對象 物之剖面圖。 第9圖，係本實施型態雷射加工方法第2步驟之加工對 象物之剖面圖。 第10圖，係本實施型態雷射加工方法第3步驟之加工 對象物之剖面圖。 第1 1圖，係本實施型態雷射加工方法第4步驟之加工 對象物之剖面圖。 第1 2圖，係顯示利用本實施型態雷射加工方法來切斷 之矽晶圓之一部分之截面之照片的圖。 第13圖，係顯示本實施型態雷射加工方法之雷射光之 波長與矽基板內部之透過率之關係的曲線圖。 第1 4圖，係本實施型態雷射加工方法之加工對象物之 俯視圖。 第15圖，係第14圖所示加工對象物之沿著XV-XV線之 局部剖面圖。 第1 6圖，係用來說明本實施型態雷射加工方法之圖’ -29- 1376282 (a)，係加工對象物貼有保護帶之狀態，（b) ’係正在對加 工對象物照射雷射光之狀態。 第1 7圖，係用來說明本實施型態雷射加工方法之圖’ (a)，係加工對象物貼有擴張帶之狀態’（b)，係正在對保 護帶照射紫外線之狀態》 第18圖，係用來說明本實施型態雷射加工方法之圖’ (a)，係自加工對象物撕下保護帶後之狀態，（b) ’係使擴 張帶擴張後之狀態。 第1 9圖，係顯示利用本實施型態之雷射加工方法而形 成有改質區域之加工對象物之一部分的俯視圖。 第20圖，係第19圖所示加工對象物之沿著XX-XX線之 局部剖面圖。 第2 1圖，係本實施型態雷射加工方法之一實施例之加 工對象物之俯視圖，（a)，係於加工對象物之內部形成改 質區域後之狀態，（b)，係切斷加工對象物後之狀態。 第22圖，係顯示利用本實施型態雷射加工方法一實施 例而切斷之加工對象物之切斷面之照片的圖。 第2 3圖，係雷射加工方法之一例之加工對象物之俯視 圖’（a)，係於加工對象物之內部形成改質區域後之狀態 ，（b)，係切斷加工對象物後之狀態。 第24圖，係顯示雷射加工方法之一例之加工對象物之 切斷面之照片的圖。 【主要元件符號說明】 -30- 1376282 1 :加工對象物 3 :表面 4 :基板 4a :切斷面（側面） 5 :切斷預定線 7 :改質區域 8 :切斷起點區域

1 3 :熔融處理區域 1 6 :疊層部

25 :半導體晶片（半導體裝置） 7 1 :品質改質區域 7 1 a :表面側端部 7 1 b :背面側端部 CP :切斷預定線交叉之部分 L :雷射光 Μ :金屬膜 Ρ :聚光點 RP :切斷預定線之所希望部分 RC :切斷預定線之既定部分 -31 -

Claims (1)

1376282 十、申請專利範圍 i ~種雷射加工方法，係將聚光點對準於板狀加工 對象物之內部來照射雷射光，藉此而於加工對象物之內部 沿加工對象物之切斷預定線形成作爲切斷起點之改質區 域，其特徵爲： —邊使上述雷射光的聚光點相對於上述加工對象物移 動’一邊在上述加工對象物在要形成上述改質區域的部分 使上述雷射光進行脈衝波振盪來形成上述改質區域；在上 述加工對象物不要形成上述改質區域的部分，使上述雷射 光進行連續波振盪而不形成上述改質區域》 2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中， 該加工對象物，係表面形成有疊層部之基板，該改質區 域，係形成於基板之內部。 3. 如申請專利範圍第2項之雷射加工方法，其中， 該改質區域之表面側端部與表面之距離爲5μιη〜20μιη的 位置。 4·如申請專利範圍第2項之雷射加工方法，其中， 該改質區域之表面側端部與表面之距離爲[5+ (基板之厚度） χΟ·1]μηι〜[20 + (基板之厚度）Χ〇·1]μιη的位置。 5. 如申請專利範圍第2項之雷射加工方法，其中， 該疊層部沿著切斷預定線之既定部分包含金屬膜或絕緣膜 之情況下，於該既定部分使雷射光進行連續波振盪。 6. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中， 於該切斷預定線交叉之部分使雷射光進行脈衝波振盪。 -32- 1376282 7. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中， 在該改質區域形成後，沿切斷預定線切斷加工對象物。 8. —種半導體裝置，其特徵爲：其係使用申請專利 範圍第1項之雷射加工方法而製造。 9. 一種雷射加工方法，係藉由對具有基板和包含金 屬膜及絕緣膜且形成於上述基板的表面之疊層部之加工對 象物照射雷射光，來沿著上述加工對象物的切斷預定線， 在上述基板之內部形成作爲切斷起點之改質區域，以上述 改質區域作爲切斷的起點，沿著上述切斷預定線切斷上述 加工對象物，其特徵爲： 在上述切斷預定線橫切上述金屬膜之情況，當形成第 1改質區域作爲上述改質區域時，在與上述金屬膜以外的 部分相對應之上述切斷預定線的第1部分，形成上述第1 改質區域，而在與上述金屬膜相對應之上述切斷預定線的 第2部分，不形成上述第1改質區域。 1〇·如申請專利範圍第9項之雷射加工方法，其中， 在沿著上述切斷預定線，以排列於上述加工對象物的厚度 方向的方式形成複數列上述改質區域之情況， 上述第1改質區域係在複數列上述改質區域中之最接 近上述疊層部之上述改質區域， 當形成複數列上述改質區域中，較上述第1改質區域 距離上述疊層部更遠的上述第2改質區域時，在上述第1 部分及上述第2部分形成上述第2改質區域。 11·如申請專利範圍第1 0項之雷射加工方法，其 -33- 1376282 中’當形成上述第1改質區域時，在上述第1部分，將上 述雷射光的能量作成爲特定臨界値以上來形成上述第1改 質區域’而在上述第2部分，將上述雷射光的能量作成爲 未滿上述特定臨界値’使得不會形成上述第〗改質區域， 當形成上述第2改質區域時，在上述第i部分及第2 部分’將上述雷射光的能量作成爲上述特定臨界値以上， 用以形成上述第2改質區域。 1 2.如申請專利範圍第9至1 1項中任一項之雷射加 工方法，其中，在形成上述改質區域後，藉由對上述加工 對象物施加應力，來以上述改質區域作爲切斷的起點，使 上述加工對象物沿著上述切斷預定線進行切斷。 -34- 1376282 七、指定代表圖： (一） 、本案指定代表圊為：第（20 )圊 (二） 、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 1 :加工對象物 3 :表面 4 :基板 5 =切斷預定線 16 :疊層部 1 7 a，1 7 b :層間絕緣膜 2 1 :背面 7 1 :品質改質區域 7 1 a :表面側端部 7 1 b :背面側端部 72 :分斷改質區域 73 : HC(半切）改質區域 Μ :金屬膜 · 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：無