TWI389756B - Laser processing methods and semiconductor wafers - Google Patents

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TWI389756B
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Description

雷射加工方法及半導體晶片
本發明關於使具備基板與形成於基板表面之多數功能元件的加工對象物沿著切斷預定線進行切斷而被使用的雷射加工方法，及藉由該雷射加工方法之使用而被切斷的半導體晶片。
習知技術揭示之此種雷射加工方法有，在晶圓狀之加工對象物內部對準聚光點照射雷射光，於加工對象物內部使沿著切斷預定線之改質區域被形成多數列，以該改質區域為切斷起點(參照例如專利文獻1)。
專利文獻1：特開2002－205180號公報
上述雷射加工方法對於加工對象物厚時特別為有效之技術。此乃因為，即使加工對象物厚時，亦可藉由增加沿著切斷預定線之改質區域之列數，而以良好精確度進行沿著切斷預定線之切斷。關於此技術，被要求在維持切斷品質條件下可以達成加工時間之短時間化。
本發明有鑑於此，目的在於提供一種針對具備基板與形成於基板表面之多數功能元件的加工對象物，即使在厚基板情況下，亦可沿著切斷預定線於短時間內以良好精確度進行切斷的雷射加工方法，及藉由該雷射加工方法之使用而被切斷的半導體晶片。
為達成上述目的，本發明之雷射加工方法，係在加工對象物之基板內部對準聚光點照射雷射光，而沿著上述加工對象物之切斷預定線，使成為切斷起點之改質區域形成於上述基板內部者，該加工對象物為具備上述基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者；其特徵為包含：針對1條上述切斷預定線，形成至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板背面之間的至少1列第3改質區域的工程；沿著上述切斷預定線之方向中之上述第1改質區域之形成密度，係較沿著上述切斷預定線之方向中之上述第2改質區域之形成密度及上述第3改質區域之形成密度為低。
於該雷射加工方法，沿著切斷預定線之方向中之第1改質區域之形成密度，係設為較沿著切斷預定線之方向中之第2改質區域之形成密度及第3改質區域之形成密度為低。因此，和將第1改質區域之形成密度設為等同於第2改質區域之形成密度及第3改質區域之形成密度之情況比較，可達成第1、第2、第3改質區域之形成時間之短時間化。和第1改質區域比較，位於第1改質區域與基板表面之間的第2改質區域，及位於第1改質區域與基板背面之間的第3改質區域，係對加工對象物之切斷品質有較大影響。但是，沿著切斷預定線之方向中之第2改質區域之形成密度及第3改質區域之形成密度，係較沿著切斷預定線之方向中之第1改質區域之形成密度設為較高，因此可防止加工對象物之切斷品質之劣化。依此則，於該雷射加工方法，針對具備基板與形成於基板表面之多數功能性元件的加工對象物，即使該基板厚之情況下，亦可沿著切斷預定線於短時間以良好精確度進行切斷。
其中，功能性元件為例如藉由結晶成長形成之半導體動作層、光二極體等之受光元件、雷射二極體等之發光元件、以電路形成之電路元件等。又，沿著切斷預定線之方向中之改質區域之形成密度(以下稱為「改質區域之形成密度」)，係指沿著切斷預定線之方向之單位長度內分布的改質區域之比例。
又，第1、第2、第3改質區域之各個之形成順序不同。
又，第1、第2、第3改質區域，係於基板內部對準聚光點照射雷射光，於基板內部產生多光子吸收或其他之光吸收而被形成。
又，於上述雷射加工方法中較好是，以基板背面作為雷射光射入面而於基板內部對準聚光點照射雷射光時，以第2改質區域之表面側端部與基板表面間之距離成為5 μ m~20 μ m之方式，形成第2改質區域。
如此則，第2改質區域被形成時，例如即使於基板表面之切斷預定線上被形成積層部時，亦可將該積層部和基板同時沿著切斷預定線於良好精確度下進行切斷。
又，於上述雷射加工方法中較好是，沿著上述切斷預定線之切割係由第3改質區域產生於基板背面之方式，而形成上述第3改質區域。
以如此方式形成上述第3改質區域時，例如將擴展捲帶黏貼於基板背面進行擴展時，由第3改質區域產生於基板背面之切割，可介由第1、第2改質區域朝基板表面圓滑進行。結果，加工對象物可沿著切斷預定線於良好精確度下進行切斷。
又，於上述雷射加工方法中，基板為半導體基板，第1、第2、第3改質區域包含溶融處理區域之情況存在。基板為半導體基板時，作為第1、第2、第3改質區域，存在有形成包含溶融處理區域之改質區域。
又，於上述雷射加工方法中，可另包含：使加工對象物沿著上述切斷預定線依每一功能性元件切斷之工程。和上述理由同樣，即使基板厚之情況下，亦可沿著切斷預定線於短時間以良好精確度進行切斷。
又，本發明之雷射加工方法，係在加工對象物之基板內部對準聚光點照射雷射光，而沿著上述加工對象物之切斷預定線，使成為切斷起點之改質區域形成於上述基板內部者，該加工對象物為具備上述基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者；其特徵為包含：針對1條上述切斷預定線，形成至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板背面之間的至少1列第3改質區域的工程；形成上述第1改質區域時沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度，係較形成上述第2改質區域時與形成上述第3改質區域時沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度為快。
依該雷射加工方法，第1改質區域之形成密度可設為，較第2改質區域之形成密度及第3改質區域之形成密度為低。因此，該雷射加工方法，係和上述雷射加工方法同樣，針對具備基板與形成於基板表面之多數功能性元件的加工對象物，即使該基板厚之情況下，亦可沿著切斷預定線於短時間以良好精確度進行切斷。
又，本發明之半導體晶片，係具備基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者；其特徵為：於上述基板側面被形成：至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板背面之間的至少1列第3改質區域；上述基板之厚度方向之正交方向中之上述第1改質區域之形成密度，係較上述基板之厚度方向之正交方向中之上述第2改質區域之形成密度及上述第3改質區域之形成密度為低。
該半導體晶片為使用上述雷射加工方法而被切斷者，因此形成有第1、第2、第3改質區域之基板側面，成為凹凸被抑制之高精確度切斷面。
以下參照圖面說明本發明較佳實施形態。於本實施形態之雷射加工方法，利用多光子吸收之現象而於加工對象物內部形成改質區域。首先，說明藉由多光子吸收而形成改質區域之雷射加工方法。
相較於材料之吸收能階EG ，光子之能階hυ 較小時成為光學透明。因此，材料吸收產生之條件為hυ >EG 。但是，即使於光學透明，在雷射光強度設為極大時於nhυ >EG 之條件(n＝2、3、4、．．．．)下產生材料之吸收，該現象稱為多光子吸收。脈波時，雷射光強度由雷射光之聚光點之峰值電力密度(W/cm2 )決定，例如峰值電力密度於1×108 (W/cm2 )以上之條件下產生多光子吸收。峰值電力密度，可由(聚光點之雷射光之相當於1脈衝之能量)÷(雷射光之光點斷面積×脈寬)算出。又，連續波形時，雷射光強度由雷射光之聚光點之電場強度(W/cm2 )決定。
參照圖1－6說明利用多光子吸收之本實施形態之雷射加工方法之原理。如圖1所示，於板狀加工對象物1之表面3存在切斷預定線5用於切斷加工對象物1。切斷預定線5為直線狀延伸之假想線。於本實施形態之雷射加工方法，如圖2所示，在產生多光子吸收之條件下使聚光點P對準於加工對象物1之內部而進行雷射光照射形成改質區域7。又，聚光點P，係指雷射光L聚光之處。切斷預定線5，不限定於直線狀，可為曲線狀。不限定於假想線，可為描繪於加工對象物1之實際之線。
使雷射光L沿著切斷預定線5(亦即圖1之箭頭A之方向)相對移動，而使聚光點P沿著切斷預定線5移動。如此則，如圖3－5所示，改質區域7沿著切斷預定線5被形成於加工對象物1內部，該改質區域7成為切斷起點區域8。切斷起點區域8表示，加工對象物1被切斷時成為切斷(切割)起點之區域。該切斷起點區域8，有依改質區域7之連續形成而被形成，亦有依改質區域7之斷續形成而被形成。
本實施形態之雷射加工方法，並非藉由加工對象物1之吸收雷射光L使加工對象物1發熱而形成改質區域7者，係使加工對象物1透過雷射光L而於加工對象物1內部產生多光子吸收而形成改質區域7。因此，加工對象物1之表面3幾乎不吸收雷射光L，加工對象物1之表面3不會被溶融。
於加工對象物1內部形成切斷起點區域8時，以該切斷起點區域8作為起點容易產生切割，因此如圖6所示，可以較小之力量切斷加工對象物1。因此，於加工對象物1之表面3不會產生不必要之切割之情況下，可以高精確度地切斷加工對象物1。
以該切斷起點區域8作為起點之加工對象物1之切斷時，可考慮以下2種方法。其一為，切斷起點區域8形成後，藉由人為力量施加於加工對象物1，而以切斷起點區域8為起點使加工對象物1被切割，使加工對象物1被切斷。此為例如加工對象物1之厚度大時之切斷。人為力量之施加，例如沿著加工對象物1之切斷起點區域8對加工對象物1施加彎曲應力或切斷應力，對加工對象物1供給溫度差而產生熱應力。其二為，藉由形成切斷起點區域8，以該切斷起點區域8作為起點朝加工對象物1之斷面方向(厚度方向)自然切割，而使加工對象物1被切斷。此為，例如加工對象物1之厚度小時，藉由1列改質區域7可形成切斷起點區域8，加工對象物1之厚度大時，於厚度方向藉由多數列改質區域7可形成切斷起點區域8。又，自然切割時，於切斷處，切割不會先行到達未形成切斷起點區域8之部位所對應部分之表面3上，僅形成有切斷起點區域8部位所對應之部分會被切斷，切斷之控制良好。近年來，矽晶圓等加工對象物1之厚度有變薄之傾向，因此此種控制性良好之切斷方法大為有效。
又，本實施形態之雷射加工方法中，藉由多光子吸收形成之改質區域有以下(1)~(4)。
(1)改質區域包含1或多數裂痕(crack)之裂痕區域時，於加工對象物1(例如玻璃或LiTaO3 構成之壓電材料)內部對準聚光點，於聚光點之電場強度為1×108 (W/cm2 )以上、且脈寬為1 μ s以下之條件下照射雷射光。該脈寬之大小為，可產生多光子吸收，且於加工對象物1之表面不會產生不必要之損傷，僅於加工對象物1之內部形成裂痕區域之條件。依此則，可於加工對象物1之內部產生多光子吸收之光學損傷現象。藉由該光學損傷現象而於加工對象物內部誘發熱變形，如此則，可於加工對象物內部形成裂痕區域。電場強度之上限值例如為1×101 2 (W/cm2 )、脈寬較好是例如1ns~200ns。又，藉由多光子吸收形成裂痕區域，被揭示於例如第45次雷射熱加工研究會論文集(1998年，12月)之第23~28頁之「藉由固體雷射高頻對玻璃基板內部之標記(marking)」。
本發明人藉由實驗算出電場強度與裂痕大小之關係。實驗條件如下：(A)加工對象物：Pyrex(派熱克斯(登記商標))玻璃(厚度700 μ m)(B)雷射光源：半導體雷射激發Nd：YAG雷射波長：1064nm雷射光點斷面積：3.14×108 cm2 振盪形態：Q開關脈衝重複頻率：100kHz脈寬：30ns輸出：輸出<1mJ/脈衝雷射光品質：TEMo o 偏光特性：直線偏光(C)聚光透鏡對雷射光波長之透過率：60%(D)加工對象物被載置之載置台之移動速度：100mm/秒
雷射光品質為TEMo o 意味著，聚光點高可以聚光至大約包含雷射光波長。
圖7為上述實驗結果之圖。橫軸表示峰值電力密度，雷射光為脈衝雷射光，因此電場強度以峰值電力密度表示。縱軸表示介面1脈衝之雷射光施加形成於加工對象物內部之裂痕部分(裂點)之大小，裂點聚集成為裂痕區域，裂點之大小為，裂點形狀之中成為最大部分之大小。分布圖中之黑圈表示之資料，表示聚光透鏡(C)之倍率為100倍，開口數(NA)為0.80。分布圖中之白圈表示之資料，表示聚光透鏡(C)之倍率為50倍，開口數(NA)為0.55。自峰值電力密度約101 1 (W/cm2 )起於加工對象物內部產生裂點，隨峰值電力密度變大，裂點亦變大。
以下參照圖8－11說明藉由裂痕區域之形成對加工對象物1之切斷之機制。如圖8所示，在產生多光子吸收之條件下於加工對象物1內部對準聚光點照射雷射光L沿著切斷預定線於內部形成裂痕區域9。裂痕區域9為包含1或多數裂痕之區域。如此形成之裂痕區域9成為切斷起點區域。如圖9所示，以裂痕區域9為起點(亦即以切斷起點區域為起點)裂痕繼續成長，如圖10所示，裂痕到達加工對象物1之表面3與背面21，如圖11所示，加工對象物1被切割，加工對象物1被切斷。到達加工對象物1之表面3與背面21之裂痕，有自然成長者，也有對加工對象物1施加力而成長者。
(2)改質區域為溶融處理區域時，於加工對象物(例如矽之半導體材料)內部對準聚光點，於聚光點之電場強度為1×108 (W/cm2 )以上、且脈寬為1 μ s以下之條件下照射雷射光。依此則，加工對象物內部因多光子吸收而被局部加熱。藉由該加熱於加工對象物內部形成溶融處理區域。溶融處理區域為暫時溶融之後再度固化之區域，或溶融狀態之區域，或由溶融狀態再度固化之狀態之區域，亦可為相變化區域或結晶構造變化區域。又，溶融處理區域亦可為，單結晶構造、非晶質構造、多結晶構造之中，某一構造變化為其他構造之區域，亦即，例如由單結晶構造變化為非晶質構造之區域，由單結晶構造變化為多結晶構造之區域，由單結晶構造變化為包含非晶質構造與多結晶構造之區域。加工對象物1為單晶矽時，溶融處理區域為例如非晶質矽。電場強度之上限值為例如1×101 2 (W/cm2 )，脈寬較好是例如1ns~200ns。
本發明人藉由實驗確認於矽晶圓內部形成溶融處理區域。實驗條件如下：(A)加工對象物：矽晶圓(厚度350 μ m，外徑4英吋)(B)雷射光源：半導體雷射激發Nd：YAG雷射波長：1064nm雷射光點斷面積：3.14×108 cm2 振盪形態：Q開關脈衝重複頻率：100kHz脈寬：30ns輸出：20 mJ/脈衝雷射光品質：TEMo o 偏光特性：直線偏光(C)聚光透鏡倍率：50倍N.A.：0.55對雷射光波長之透過率：60%(D)加工對象物被載置之載置台之移動速度：100mm/秒
圖12為藉由上述條件之雷射加工切斷之矽晶圓之一部分之斷面照片圖。於矽晶圓11之內部形成溶融處理區域13。藉由上述條件形成之溶融處理區域13之厚度方向尺寸(大小)約為100 μ m。
說明溶融處理區域13藉由多光子吸收被形成。圖13為雷射光波長與矽基板內部之透過率之關係圖，分別除去矽基板表面側與背面側之反射成份，僅表示內部之透過率，矽基板厚度分別為50 μ m、100 μ m、200 μ m、500 μ m、1000 μ m。
例如於Nd：YAG雷射之波長1064nm，矽基板厚度為500 μ m以下時，於矽基板內部，雷射光有80%以上透過。圖12所示矽晶圓11之厚度為350 μ m，多光子吸收產生之溶融處理區域13被形成於矽晶圓11之中心附近、亦即表面起175 μ m之部分。此情況下之透過率，參考厚度200 μ m之矽晶圓時為90%以上，因此雷射光於矽晶圓11內部僅些微被吸收，大部分均透過。此意味著，並非雷射光於矽晶圓11內部被吸收，溶融處理區域13被形成於矽晶圓11內部(亦即藉由雷射光之通常加熱而形成溶融處理區域者，而是藉由多光子吸收形成溶融處理區域。藉由多光子吸收之溶融處理區域之形成，揭示於例如溶接協會全國大會言講概要第66集(2000年4月)第72－73頁之「10－ 1 2 秒脈衝雷射對矽之加工特性評估」。
又，矽晶圓係以溶融處理區域形成之切斷起點區域作為起點朝斷面方向產生裂痕，藉由該裂痕之到達矽晶圓表面與背面而被切斷。到達矽晶圓表面與背面之裂痕，有自然成長者，也有對矽晶圓施加力而成長者。由切斷起點區域起裂痕自然成長於矽晶圓表面與背面時包含以下任一情況，亦即包含：形成切斷起點區域之溶融處理區域由溶融狀態成長裂痕之情況，及形成切斷起點區域之溶融處理區域由溶融狀態再度固化時成長裂痕之情況，但是任一情況下，溶融處理區域均僅形成於矽晶圓內部，切斷後之切斷面如圖12所示僅於內部形成溶融處理區域。如上述說明，於加工對象物內部藉由溶融處理區域形成切斷起點區域，則切斷時不容易產生偏移切斷起點區域線之不必要之裂痕。
(3)改質區域為溶融處理區域及微小空洞時，於加工對象物(例如矽之半導體材料)內部對準聚光點，於聚光點之電場強度為1×108 (W/cm2 )以上、且脈寬為1 μ s以下之條件下照射雷射光。依此則，於加工對象物內部形成溶融處理區域及微小空洞之情況存在。電場強度之上限值為例如1×101 2 (W/cm2 )，脈寬較好是例如1ns~200ns。
如圖14所示，雷射光L由矽晶圓11之表面3側射入時，微小空洞14相對於溶融處理區域13被形成於背面21側。於圖14，微小空洞14與溶融處理區域13被分離形成，但溶融處理區域13與微小空洞14亦有連續形成之情況存在。亦即，藉由多光子吸收使溶融處理區域13與微小空洞14成對形成時，微小空洞14相對於溶融處理區域13被形成於矽晶圓11之雷射光射入面之相反側。
如上述說明，於矽晶圓11透過雷射光L，於矽晶圓11內部產生多光子吸收而形成溶融處理區域13時，對應於各個溶融處理區域13之微小空洞14被形成之原理雖未明確，以下說明本發明人針對溶融處理區域13與微小空洞14成對狀態形成之原理推測之2個假設。
本發明人推測之第1假設如下，亦即、如圖15所示，於矽晶圓11內部之聚光點P對準焦點照射雷射光時，於聚光點P附近形成溶融處理區域13，於習知技術，該雷射光係使用由雷射光源照射之雷射光L之中心部份之光(於圖15，相當於L4、L5之部份之光)。此乃使用雷射光L之高斯分布之中心部份。
本發明人為抑制雷射光L對矽晶圓11之表面3之影響而擴大雷射光L。其之一手法為，使雷射光源照射之雷射光L於特定光學系擴展而擴大高斯分布之範圍，使雷射光L之周邊部份之光(於圖15，相當於L1~L3及L6~L8之部份之光)之雷射強度相對上升。使上述擴展之雷射光L透過矽晶圓11，則如上述說明，於聚光點P附近形成溶融處理區域13，於該溶融處理區域13對應之部份形成微小空洞14。亦即，溶融處理區域13與微小空洞14被形成於沿著雷射光L之光軸(圖15之一點虛線)之位置。微小空洞14被形成之位置，相當於雷射光L之周邊部份之光(於圖15，相當於L1~L3及L6~L8之部份之光)理論上被聚光之部份。
如上述說明，雷射光L之中心部份之光(於圖15，相當於L4、L5之部份之光)，與雷射光L之周邊部份之光(於圖15，相當於L1~L3及L6~L8之部份之光)分別被聚光之部分，於矽晶圓11之厚度方向不同卡考慮為聚光雷射光L之透鏡之球面收差引起者。本發明人推測之第1假設為該聚光位置之差是否帶來任何影響。
本發明人推測之第2假設為，雷射光L之周邊部份之光(於圖15，相當於L1~L3及L6~L8之部份之光)被聚光之部份，為理論上之雷射光聚光點，該部份之光強度未引起高的微細構造變化，因此形成周圍實質上不存在結晶構造變化之微小空洞14，形成溶融處理區域13之部分為熱影響變大單純溶解而再度固化者。
溶融處理區域13為如上述說明所述，微小空洞14則為周圍之結晶構造實質上無變化者，矽晶圓11為單晶矽構造時，微小空洞14之周圍大多是單晶矽構造之部分。
本發明人藉由實驗確認於矽晶圓11內部被形成溶融處理區域13與微小空洞14。實驗條件如下：(A)加工對象物：矽晶圓(厚度100 μ m)(B)雷射光源：半導體雷射激發Nd：YAG雷射波長：1064nm重複頻率：4 0kHz脈寬：30ns脈衝間距：7 μ m加工深度：8 μ m脈衝能：50 μ J/脈衝(C)聚光透鏡N.A.：0.55(D)加工對象物被載置之載置台之移動速度：280 mm/秒
圖16為藉由上述條件之雷射加工切斷之矽晶圓11之切斷面照片圖。於圖16，(a)與(b)為以不同縮尺表示同一切斷面之照片。如圖所示，於矽晶圓11之內部，藉由1脈衝之雷射光L之照射而形成之溶融處理區域13與微小空洞14之對，沿著切斷面(亦即沿著切斷預定線)以特定間距被形成。
又，圖16之切斷面之溶融處理區域13，於矽晶圓11之厚度方向(圖中之上下方向)之寬度約為13 μ m，移動雷射光L之方向(圖中之左右方向)之寬度約為3 μ m。又，微小空洞14，於矽晶圓11之厚度方向之寬度約為7 μ m，移動雷射光L之方向之寬度約為1.3 μ m。溶融處理區域13與微小空洞14之間隔約為1.2 μ m。
(4)改質區域為折射率變化區域時於加工對象物(例如玻璃)內部對準聚光點，於聚光點之電場強度為1×108 (W/cm2 )以上、且脈寬為1ns以下之條件下照射雷射光。極度縮短脈寬，於加工對象物內部產生多光子吸收，如此則，多光子吸收引起之能不會轉化為熱能，於加工對象物內部誘發離子價數變化、結晶化或分極配向等之永續構造變化而形成折射率變化區域。電場強度之上限值為例如1×101 2 (W/cm2 )，脈寬較好是例如1ns以下，更好為1ps以下。藉由多光子吸收引起之折射率變化區域之形成，被揭示於例如第42次雷射熱加工研究會論文集(1997年11月月)第105頁~111頁之「10－ 1 5 秒雷射照射對玻璃內部之光誘發構造形成」。
以上以(1)~(4)之情況說明藉由多光子吸收形成之改質區域，但只要考慮晶圓形狀加工對象物之結晶構造或其之劈開性而如下形成切斷起點區域，以該切斷起點區域為起點可以更小之力、而且可以良好精確度切斷加工對象物。
亦即，矽等鑽石構造之單晶半導體構成之基板之情況下，較好是在沿著(111)面(第1劈開面)或(110)面(第2劈開面)之方向形成切斷起點區域。GaAs等之閃鋅礦型構造之III－V族化合物半導體構成之基板之情況下，較好是在沿著(110)面之方向形成切斷起點區域。又，具有藍寶石(Al2 O3 )等六方晶系結晶構造之基板之情況下，較好是以(0001)面為主面，在沿著(1120)面(A面)或(1100)面(M面)之方向形成切斷起點區域。
又，沿著應形成上述切斷起點區域之方向(例如單晶矽基板之沿著(111)面之方向)、或和應形成切斷起點區域之方向正交之方向，於基板形成定位平面，以該定位平面為基準，則可以容易、且正確於基板形成，沿著應形成切斷起點區域之方向的切斷起點區域。
(第1實施形態)
以下說明本發明第1實施形態。圖17為第1實施形態之雷射加工方法之加工對象物之平面圖。圖18為圖17所示加工對象物之XVIII－XVIII線之一部分斷面圖。
如圖17、18所示，加工對象物1具備：矽構成之厚度300 μ m、外徑6英吋之基板4，及包含多數功能性元件15而形成於基板4之表面3的積層部16。功能性元件15具有：層間絕緣膜17a，積層於基板4之表面3；配線層19a，配置於層間絕緣膜17a上；層間絕緣膜17b，覆蓋配線層19a而積層於層間絕緣膜17a上；及配線層19b，配置於層間絕緣膜17b。配線層19a與基板4，係藉由貫穿層間絕緣膜17a之導電性栓塞20a電連接，配線層19b與配線層19a，係藉由貫穿層間絕緣膜17b之導電性栓塞20b電連接。
功能性元件15，係於和基板4之定位平面6平行及垂直之方向以矩陣狀形成多數，層間絕緣膜17a、17b以覆蓋基板4之表面3全體的方式形成於相鄰功能性元件15、15之間。
上述構成之加工對象物1如下依每一功能性元件15予以切斷(於此切斷為平面上5mm×5mm之正方向薄板形狀晶片)。首先，如圖19(a)所示，以覆蓋積層部16的方式於加工對象物1黏貼保護捲帶22。之後，如圖19(b)所示，使基板4之背面21朝上將加工對象物1固定於雷射加工裝置之載置台(未圖示)上。此時，藉由保護捲帶22使積層部16不直接接觸載置台，而可以保護功能性元件15。
以通過相鄰功能性元件15、15間的方式以5mm間隔設定格子狀之切斷預定線5(參照圖17之虛線)，以背面21作為雷射光射入面於基板4內部對準聚光點P於產生多光子吸收之條件下照射雷射光。同時，藉由載置台之移動，沿著切斷預定線5使雷射光L對加工對象物1相對移動。
對1條切斷預定線5進行6次沿著該切斷預定線5之雷射光L之相對移動，使對準聚光點P之位置之背面21起之距離每一次變化，而由表面3側起依序將1列之品質改質區域(第2改質區域)71、3列之分斷改質區域(第1改質區域)72、及2列之HC(半切割)改質區域(第3改質區域)73，沿著切斷預定線5而於基板4內部1列列地形成。又，基板4為由矽構成之半導體基板，各改質區域71、72、73雖為溶融處理區域，但亦有包含裂痕之情況存在。
其中，品質改質區域71之形成及HC改質區域73之形成中，係將沿著切斷預定線5使雷射光L對加工對象物1之相對移動速度(以下單稱為雷射光L之移動速度)設為300mm/秒。相對於此，分斷改質區域72之形成中，雷射光L之移動速度設為600mm/秒。又，雷射光L之重複頻率設為一定之80kHz。
如此則，如圖22所示，1脈衝雷射光L之照射形成之分斷改質區域72之形成間隔，係大於1脈衝雷射光L之照射形成之改質區域71之形成間隔及HC改質區域73之形成間隔。亦即，分斷改質區域72之形成密度低於改質區域71之形成密度及HC改質區域73之形成密度。
又，品質改質區域71之形成中，以基板4之表面3與改質區域71之表面側端部71a間之距離成為5 μ m~20 μ m的方式將改質區域71形成1列。分斷改質區域72之形成中，以在基板4之厚度方向成為連續的方式將分斷改質區域72形成3列。HC改質區域73之形成中，如圖19(b)所示，將HC改質區域73形成2列，使沿著切斷預定線5之裂痕24自HC改質區域73產生於基板4之背面21(依據形成條件而於相鄰之分斷改質區域72與HC改質區域73之間亦有可能產生裂痕24)。
各改質區域71、72、73形成後，如圖20(a)所示，於加工對象物1之基板4之背面21黏貼擴展捲帶23之後，如圖20(b)所示，對保護捲帶22照射紫外線降低其黏著力，如圖21(a)所示，由加工對象物1之積層部16剝離保護捲帶22。
剝離保護捲帶22之後，如圖21(b)所示，使擴展捲帶23擴展，以各改質區域71、72、73為起點使產生裂痕，使加工對象物1沿著切斷預定線5依據每一功能性元件15予以切斷之同時，使切斷使切斷獲得之各半導體晶片25互相分離。
如上述說明，於上述雷射加工方法中，分斷改質區域72形成時之雷射光L之移動速度(600mm/秒)，設為快於改質區域71與HC改質區域73形成時之雷射光L之移動速度(300mm/秒)，因此分斷改質區域72之形成密度低於改質區域71之形成密度及HC改質區域73之形成密度。結果，和分斷改質區域72之形成密度與改質區域71之形成密度及HC改質區域73之形成密度設為同等之情況比較，可縮短對1條切斷預定線5形成全部改質區域71、72、73之時間。
具體言之為，雷射光L之移動速度設為300mm/秒對1條切斷預定線5形成全部改質區域71、72、73約需要1秒，相對於此，依據本發明雷射加工方法只需要約0.5秒。另外，雷射光L之移動速度設為300mm/秒於基板4內部形成全部改質區域71、72、73約需要342秒，相對於此，依據本發明雷射加工方法只需要約256.5秒。
又，和分斷改質區域72比較，改質區域71及HC改質區域73對加工對象物1之切斷品質之影響較大。例如以改質區域71之表面側端部71a與基板4之表面3之間之距離成為5 μ m~20 μ m之方式形成改質區域71，則基板4之表面3形成之積層部16與基板4可以同時沿著切斷預定線5以良好精確度被切斷。又，以沿著切斷預定線5之裂痕24自HC改質區域73產生於基板4之背面21之方式形成HC改質區域73，則擴展擴展捲帶23時裂痕24將介由分斷改質區域72與改質區域71朝基板4之表面3圓滑進行，結果，加工對象物1可以沿著切斷預定線5於良好精確度下進行切斷。
又，於上述雷射加工方法中，對加工對象物1之切斷品質之影響較大的改質區域71及HC改質區域73之形成密度，被設為大於分斷改質區域72之形成密度，因此可防止加工對象物1之切斷品質之劣化。
又，於上述雷射加工方法中，各改質區域71、72、73由基板4之背面21依據較遠之順序1列列被形成，因此各改質區域71、72、73之形成時，雷射光射入面之背面21與雷射光L之聚光點P之間不存在改質區域。因此，不會因為已經形成之改質區域而導致雷射光L之散亂、吸收等。因此，各改質區域71、72、73可沿著切斷預定線5於基板4之內部以良好精確度形成。
又，於上述雷射加工方法中，以基板4之背面21作為雷射光射入面，因此，即使積層部16之於切斷預定線5上存在反射雷射光L之構件(例如TEG等)時，各改質區域71、72、73亦可沿著切斷預定線5於基板4之內部確實形成。
藉由上述雷射加工方法之使用而被切斷的半導體晶片25，如圖21(b)所示，形成有各改質區域71、72、73之基板4之切斷面(側面)4a，與積層部16之切斷面16a，成為凹凸被抑制之高精確度之切斷面。
(第2實施形態)
以下說以下說明本發明第2實施形態。第2實施形態之雷射加工方法，係以基板4之表面3作為雷射光射入面，此點和以基板4之背面21作為雷射光射入面的第1實施形態之雷射加工方法不同。
亦即，如圖23(a)所示，於基板4之背面21黏貼擴展捲帶23之後，如圖23(b)所示，使積層部16朝上將加工對象物1固定於雷射加工裝置之載置台(未圖示)。
以通過相鄰功能性元件15、15間的方式設定格子狀之切斷預定線5(參照圖17之虛線)，以表面3作為雷射光射入面於基板4內部對準聚光點P於產生多光子吸收之條件下由積層部16側照射雷射光L。同時，藉由載置台之移動，沿著切斷預定線5使雷射光L對加工對象物1相對移動。
對1條切斷預定線5進行6次沿著該切斷預定線5之雷射光L之相對移動，使對準聚光點P之位置之表面3起之距離每一次變化，而由背面21側起依序將4列之分斷改質區域(第3改質區域)72、1列之補助HC改質區域(第1改質區域)74，及1列之HC改質區域(第2改質區域)73，沿著切斷預定線5而於基板4內部1列列地形成。
其中，分斷改質區域72之形成及HC改質區域73之形成中，係將雷射光L之移動速度設為300mm/秒。相對於此，補助HC改質區域74之形成中，雷射光L之移動速度設為600mm/秒。
如此則，如圖26所示，1脈衝雷射光L之照射形成之補助HC改質區域74之形成間隔，係大於1脈衝雷射光L之照射形成之分斷改質區域72之形成間隔及HC改質區域73之形成間隔。亦即，補助HC改質區域74之形成密度低於分斷改質區域72之形成密度及HC改質區域73之形成密度。
又，HC改質區域73之形成中，以基板4之表面3與HC改質區域73之表面側端部73a間之距離成為30 μ m~80 μ m的方式將HC改質區域73形成1列。又，HC改質區域73之形成中，如圖23(b)所示，將補助HC改質區域74形成1列，使沿著切斷預定線5之裂痕24自補助HC改質區域74產生於基板4之表面3(依據形成條件而於相鄰之分斷改質區域72與補助HC改質區域74之間亦有可能產生裂痕24)。
各改質區域72、73、74形成後，如圖24(a)所示，進行擴展捲帶23之擴展。於此狀態下，如圖24(b)所示，對基板4之背面21，介由擴展捲帶23壓接刀緣41，使朝箭頭B方向移動。如此則，於加工對象物1產生使裂痕24擴展之應力，裂痕24朝積層部16與分斷改質區域72伸展，而使加工對象物1沿著切斷預定線5被切斷。
此時，基板4之背面21黏貼之擴展捲帶23處於被擴展之狀態，因此如圖25所示，加工對象物1被切斷後，被切斷獲得之各半導體晶片25互相分離。
如上述說明，於上述雷射加工方法中，補助HC改質區域74形成時之雷射光L之移動速度(600mm/秒)，設為快於分斷改質區域72與HC改質區域73形成時之雷射光L之移動速度(300mm/秒)，因此補助HC改質區域74之形成密度低於分斷改質區域72之形成密度及HC改質區域73之形成密度。結果，和補助HC改質區域74之形成密度設為和分斷改質區域72之形成密度及HC改質區域73之形成密度同等之情況比較，可縮短對1條切斷預定線5形成全部改質區域72、73、74之時間。
又，補助HC改質區域74之形成密度低於HC改質區域73之形成密度，於補助HC改質區域74之形成時點，裂痕24難以到達基板4之表面3。因此，HC改質區域73之形成時，可抑制雷射光L之聚光點P位於裂痕24而引起之溶融殘渣之形成。結果，沿著切斷預定線5切斷加工對象物1時，可防止溶融殘渣之形成所導致粉塵之產生。
又，以基板4之表面3與HC改質區域73之表面側端部73a間之距離成為30 μ m~80 μ m的方式形成HC改質區域73，因此可提升自補助HC改質區域74朝HC改質區域73產生之裂痕24之直進性。另外，以沿著切斷預定線5之裂痕24自HC改質區域73產生於基板4之表面3的方式形成HC改質區域7，3因此可提升切斷預定線5之直進性。。
本發明不限定於上述實施形態。
例如分斷改質區域72之列數不限定於3列(第1實施形態)或4列(第2實施形態)，只要是於基板4之厚度方向能順利進行切割之列數即可。通常而言，基板4薄時減少分斷改質區域72之列數，基板4變厚時增加分斷改質區域72之列數。只要是於基板4之厚度方向能順利進行切割，分斷改質區域72可以互相分離。又，於第1實施形態中，只要是自HC改質區域73能使裂痕24產生於基板4之背面21，則HC改質區域73可為1列。
又，上述實施形態中，於基板4之表面3之切斷預定線5上形成積層部16，但於基板4之表面3之切斷預定線5上未形成積層部16之情況亦存在。
(產業上可利用性)
本發明，針對具備基板與形成於基板表面之多數功能元件的加工對象物，即使在該基板為厚之情況下，亦可沿著切斷預定線於短時間內以良好精確度進行切斷。
(發明效果)
本發明，針對具備基板與形成於基板表面之多數功能性元件的加工對象物，即使該基板厚之情況下，亦可沿著切斷預定線於短時間以良好精確度進行切斷。
1．．．加工對象物
3．．．表面
4．．．基板
4a．．．切斷面(側面)
5．．．切斷預定線
15．．．功能性元件
21．．．背面
24．．．裂痕
25．．．半導體晶片
71．．．品質改質區域
71a．．．表面側端部
72．．．分斷改質區域
73．．．HC改質區域
73a．．．表面側端部
74．．．補助HC改質區域
L．．．雷射光
P．．．聚光點
圖1為本實施形態之雷射加工方法之雷射加工中之加工對象物之平面圖。
圖2為圖1所示加工對象物之II－II線斷面圖。
圖3為本實施形態之雷射加工方法之雷射加工後之加工對象物之平面圖。
圖4為圖3所示加工對象物之IV－IV線斷面圖。
圖5為圖3所示加工對象物之V－V線斷面圖。
圖6為藉由本實施形態之雷射加工方法切斷之加工對象物之平面圖。
圖7為本實施形態之雷射加工方法中之電場強度與斷裂點之大小之關係分布圖。
圖8為本實施形態之雷射加工方法之第1工程中之加工對象物之斷面圖。
圖9為本實施形態之雷射加工方法之第2工程中之加工對象物之斷面圖。
圖10為本實施形態之雷射加工方法之第3工程中之加工對象物之斷面圖。
圖11為本實施形態之雷射加工方法之第4工程中之加工對象物之斷面圖。
圖12為藉由本實施形態之雷射加工方法切斷之矽晶圓之一部分之斷面照片圖。
圖13為本實施形態之雷射加工方法中之雷射光波長與矽基板內部之透過率之關係圖。
圖14為藉由本實施形態之雷射加工方法被形成有溶融處理區域與微小空洞之矽晶圓之斷面圖。
圖15為藉由本實施形態之雷射加工方法被形成有溶融處理區域與微小空洞之原理說明用矽晶圓之斷面圖。
圖16為藉由本實施形態之雷射加工方法被形成有溶融處理區域與微小空洞之矽晶圓之切斷面之照片圖。
圖17為第1實施形態之雷射加工方法之加工對象物之平面圖。
圖18為圖17所示加工對象物之XVIII－XVIII線之一部分斷面圖。
圖19為第1實施形態之雷射加工方法之說明圖，(a)為加工對象物黏貼有保護捲帶之狀態，(b)為對加工對象物照射雷射光之狀態。
圖20為第1實施形態之雷射加工方法之說明圖，(a)為加工對象物黏貼有擴展捲帶之狀態，(b)為對保護捲帶照射紫外線之狀態。
圖21為第1實施形態之雷射加工方法之說明圖，(a)為由加工對象物剝離保護捲帶之狀態，(b)為將擴展捲帶擴展之狀態。
圖22為圖19(b)所示加工對象物之XXII－XXII線之一部分斷面圖。
圖23為第2實施形態之雷射加工方法之說明圖，(a)為加工對象物黏貼有擴展捲帶之狀態，(b)為對加工對象物照射雷射光之狀態。
圖24為第2實施形態之雷射加工方法之說明圖，(a)為將擴展捲帶擴展之狀態，(b)為使加工對象物壓接於刀緣之狀態。
圖25為第2實施形態之雷射加工方法之說明圖，為加工對象物被切斷成為半導體晶片之狀態。
圖26為圖23(b)所示加工對象物之XXVI－XXVI線之一部分斷面圖。
1．．．加工對象物
3．．．表面
4．．．基板
15．．．功能性元件
16．．．積層部
17a．．．層間絕緣膜
17b．．．層間絕緣膜
19a．．．配線層
19b．．．配線層
20a．．．導電性栓塞
20b．．．導電性栓塞
21．．．背面
22．．．保護捲帶
24．．．裂痕
71．．．品質改質區域
72．．．分斷改質區域
73．．．HC改質區域

Claims (22)

  1. 一種雷射加工方法，係在加工對象物之基板內部對準聚光點照射雷射光，而沿著上述加工對象物之切斷預定線，使成為切斷起點之改質區域形成於上述基板內部者，該加工對象物為具備上述基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者：其特徵為：包含：針對1條上述切斷預定線，形成至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板背面之間的至少1列第3改質區域的工程；沿著上述切斷預定線之方向中之上述第1改質區域之形成密度，係較沿著上述切斷預定線之方向中之上述第2改質區域之形成密度及上述第3改質區域之形成密度為低。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中，以上述基板背面作為雷射光射入面而於上述基板內部對準聚光點照射雷射光時，係以上述第2改質區域之表面側端部與上述基板表面間之距離成為5μm~20μm之方式，形成上述第2改質區域。
  3. 如申請專利範圍第2項之雷射加工方法，其中，以沿著上述切斷預定線之切割由上述第3改質區域產生於上述基板背面之方式，而形成上述第3改質區域。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中，以上述基板表面作為雷射光射入面而於上述基板內部對準聚光點照射雷射光時，係以上述第2改質區域之表面側端部與上述基板表面間之距離成為30μm~80μm之方式，形成上述第2改質區域。
  5. 如申請專利範圍第4項之雷射加工方法，其中，以沿著上述切斷預定線之切割由上述第2改質區域產生於上述基板表面之方式，形成上述第2改質區域。
  6. 如申請專利範圍第1~5項中任一項之雷射加工方法，其中，上述基板為半導體基板，上述第1、第2、第3改質區域係包含溶融處理區域。
  7. 如申請專利範圍第1~5項中任一項之雷射加工方法，其中，更包含：使上述加工對象物沿著上述切斷預定線依上述每一功能性元件切斷之工程。
  8. 一種雷射加工方法，係在加工對象物之基板內部對準聚光點照射雷射光，而沿著上述加工對象物之切斷預定線，使成為切斷起點之改質區域形成於上述基板內部者，該加工對象物為具備上述基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者；其特徵為：包含：針對1條上述切斷預定線，形成至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上 述基板背面之間的至少1列第3改質區域的工程；形成上述第1改質區域時沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度，係較形成上述第2改質區域時與形成上述第3改質區域時沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度為快。
  9. 一種雷射加工方法，係在加工對象物之基板內部對準聚光點照射雷射光，而沿著上述加工對象物之切斷預定線，使成為切斷起點之改質區域形成於上述基板內部者，該加工對象物為具備上述基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者；其特徵為：包含：針對1條上述切斷預定線，形成至少3列改質區域的工程；形成位於最接近上述基板表面之改質區域與最接近上述基板背面之改質區域之間的改質區域之中至少1列改質區域時，沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度，係較形成最接近上述基板表面之改質區域時及形成最接近上述基板背面之改質區域時沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度為快。
  10. 一種半導體晶片，係具備基板與形成於上述基板表面之功能性元件者；其特徵為：於上述基板側面被形成：至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板背面之 間的至少1列第3改質區域；上述基板之厚度方向之正交方向中之上述第1改質區域之形成密度，係較上述基板之厚度方向之正交方向中之上述第2改質區域之形成密度及上述第3改質區域之形成密度為低。
  11. 如申請專利範圍第6項之雷射加工方法，其中，更包含：使上述加工對象物沿著上述切斷預定線依上述每一功能性元件切斷之工程。
  12. 一種雷射加工方法，係在加工對象物之基板內部對準聚光點照射雷射光，而沿著上述加工對象物之切斷預定線，使成為切斷起點之改質區域形成於上述基板內部者，該加工對象物為具備上述基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者；其特徵為：包含：針對1條上述切斷預定線，形成至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板背面之間的至少1列第3改質區域的工程；在沿著上述切斷預定線之方向被延伸之相當於1列的上述第1改質區域之形成密度，係較在沿著上述切斷預定線之方向被延伸之相當於1列的上述第2改質區域之形成密度及在沿著上述切斷預定線之方向被延伸之相當於1列的上述第3改質區域之形成密度為低。
  13. 如申請專利範圍第12項之雷射加工方法，其中，以上述基板背面作為雷射光射入面而於上述基板內部 對準聚光點照射雷射光時，係以上述第2改質區域之表面側端部與上述基板表面間之距離成為5μm~20μm之方式，形成上述第2改質區域。
  14. 如申請專利範圍第13項之雷射加工方法，其中，以沿著上述切斷預定線之切割由上述第3改質區域產生於上述基板背面之方式，而形成上述第3改質區域。
  15. 如申請專利範圍第12項之雷射加工方法，其中，以上述基板表面作為雷射光射入面而於上述基板內部對準聚光點照射雷射光時，係以上述第2改質區域之表面側端部與上述基板表面間之距離成為30μm~80μm之方式，形成上述第2改質區域。
  16. 如申請專利範圍第15項之雷射加工方法，其中，以沿著上述切斷預定線之切割由上述第2改質區域產生於上述基板表面之方式，形成上述第2改質區域。
  17. 如申請專利範圍第12~16項中任一項之雷射加工方法，其中，上述基板為半導體基板，上述第1、第2、第3改質區域係包含溶融處理區域。
  18. 如申請專利範圍第12~16項中任一項之雷射加工方法，其中，更包含：使上述加工對象物沿著上述切斷預定線依上述每一功能性元件切斷之工程。
  19. 一種雷射加工方法，係在加工對象物之基板內部對準聚光點照射雷射光，而沿著上述加工對象物之切斷預 定線，使成為切斷起點之改質區域形成於上述基板內部者，該加工對象物為具備上述基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者；其特徵為：包含：針對1條上述切斷預定線，形成至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板背面之間的至少1列第3改質區域的工程；形成在沿著上述切斷預定線之方向被延伸的1列之上述第1改質區域時，沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度，係較形成在沿著上述切斷預定線之方向被延伸的1列之上述第2改質區域時以及形成在沿著上述切斷預定線之方向被延伸的1列之上述第3改質區域時沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度為快。
  20. 一種雷射加工方法，係在加工對象物之基板內部對準聚光點照射雷射光，而沿著上述加工對象物之切斷預定線，使成為切斷起點之改質區域形成於上述基板內部者，該加工對象物為具備上述基板與形成於上述基板表面之多數功能性元件者；其特徵為：包含：針對1條上述切斷預定線，形成至少3列改質區域的工程；形成位於最接近上述基板表面之改質區域與最接近上述基板背面之改質區域之間的改質區域之中、在沿著上述切斷預定線之方向被延伸的1列之改質區域時，沿著上述 切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度，係較形成最接近上述基板表面、而且在沿著上述切斷預定線之方向被延伸的1列之改質區域時以及形成最接近上述基板背面、而且在沿著上述切斷預定線之方向被延伸的1列之改質區域時沿著上述切斷預定線使雷射光對上述加工對象物相對移動之速度為快。
  21. 一種半導體晶片，係具備基板與形成於上述基板表面之功能性元件者：其特徵為：於上述基板側面被形成：至少1列第1改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板表面之間的至少1列第2改質區域，及位於上述第1改質區域與上述基板背面之間的至少1列第3改質區域；在上述基板之厚度方向之正交方向被延伸的相當於1列之上述第1改質區域之形成密度，係較在上述基板之厚度方向之正交方向被延伸的相當於1列之上述第2改質區域之形成密度以及在上述基板之厚度方向之正交方向被延伸的相當於1列之上述第3改質區域之形成密度為低。
  22. 如申請專利範圍第17項之雷射加工方法，其中，更包含：使上述加工對象物沿著上述切斷預定線依上述每一功能性元件切斷之工程。
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