TWI422451B - Laser processing method and semiconductor chip - Google Patents

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TWI422451B
TWI422451B TW100146226A TW100146226A TWI422451B TW I422451 B TWI422451 B TW I422451B TW 100146226 A TW100146226 A TW 100146226A TW 100146226 A TW100146226 A TW 100146226A TW I422451 B TWI422451 B TW I422451B
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Ryuji Sugiura
Takeshi Sakamoto
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

雷射加工方法及半導體晶片
本發明係關於一種將形成含有多數個功能元件之積層部的基板加以切斷而使用的雷射加工方法，及關於一種藉由此般雷射加工方法之使用而切斷的半導體晶片。
以往在這種技術方面，係藉由將焦點對準於形成含有複數個功能元件之積層部的基板之內部來照射雷射光，以沿著切斷預定線在基板之內部形成改質領域，並以該改質領域作為起點而將基板及積層部加以切斷之雷射加工方法(例如參考專利文獻1)。
專利文獻1：日本特開2003-334812號公報
發明所欲解決的課題
上述之雷射加工方法，係在可高精度地切斷基板及積層部之點為有效的技術。與該技術有關連，在形成含有複數個功能元件之積層部的基板之內部，沿著切斷預定線形成改質領域之情況，以該改質領域作為起點，尤其可更高精度地切斷積層部之技術最為業界所盼望。
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，將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可以高精度來切斷積層部，以及提供一種藉由該雷射加工方法之使用而切斷的半導體晶片。
 解決課題之手段
為了達成上述目的，本發明之雷射加工方法，將焦點對準於表面上形成含有多數個功能元件之積層部之基板的內部來照射雷射光，以沿著切斷預定線在基板之內部形成改質領域之雷射加工方法，其特徵為：形成改質領域，以產生從改質領域之表面側端部至少到達基板之表面上的龜裂。
該雷射加工方法中，係使龜裂從改質領域之表面側端部至少到達基板之表面上來產生的方式，而沿著切斷預定線使改質領域形成於基板之內部。在產生如此的龜裂之狀態下，例如，將可擴張膠帶等之擴張構件安裝在基板的背面而擴張之時，不僅可將基板尤其可將積層部沿著切斷預定線而精度良好地切斷。從而，該雷射加工方法，將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可以高精度來切斷積層部。
而，所謂功能元件，係指例如利用結晶成長所形成的半導體動作層、光二極體等之受光元件、雷射二極體等之發光元件、作為電路用而形成的電路元件等。並且，改質領域係將焦點對準基板之內部來照設雷射光，而藉由在基板之內部產生多光子吸收或和其同等之光吸收來形成。
並且，在上述雷射加工方法中，可產生從改質領域之表面側端部到達積層部之內部的龜裂，亦可產生從改質領域之表面側端部到達積層部之表面的龜裂。
並且，本發明之雷射加工方法，係將焦點對準於表面上形成含有多數個功能元件之積層部之基板的內部來照射雷射光，以沿著基板之切斷預定線在基板之內部形成作為切斷之起點的改質領域之雷射加工方法，其特徵為：形成改質領域，使改質領域之表面側端部以條紋狀延伸的方式延伸到達基板之表面上。
該雷射加工方法中，係沿著基板之切斷預定線在基板之內部形成改質領域，使改質領域之表面側端部以條紋狀延伸到達基板之表面。形成如此的改質領域之時，會產生從改質領域之表面側端部至少到達基板之表面上的龜裂。接著，在產生如此龜裂的狀態下，例如，將可擴張膠帶等之擴張構件安裝在基板的背面而擴張之時，不僅可將基板尤其可將積層部沿著切斷預定線而精度良好地切斷。從而，該雷射加工方法，將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可以高精度來切斷積層部。
在此，基板係指半導體基板，改質領域係為含有熔融處理領域之情況。該熔融處理領域係為上述改質領域之一個例子，因此即使在該情況，將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可以高精度來切斷積層部。
並且，基板係指半導體基板，改質領域係為含有熔融處理領域、及相對於該熔融處理領域位於基板之表面側的微小空洞之情況。該熔融處理領域及微小空洞係為上述改質領域之一個例子，因此即使在該情況，將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可以高精度來切斷積層部。
並且，基板之厚度宜為30μm~150μm。基板之厚度為30μm~150μm之時，以上述改質領域作為起點，則不僅積層部而且基板亦可以高精度來切斷。
亦可在形成改質領域之後，將基板及積層部沿著切斷預定線來切斷。此情況，由上述之理由，將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可精度良好地沿著切斷預定線來切斷積層部。
並且，本發明之雷射加工方法，係將焦點對準於表面上形成含有多數個功能元件之積層部之基板的內部來照射雷射光，以沿著基板之切斷預定線在基板之內部形成作為切斷之起點的改質領域之雷射加工方法，其特徵為：形成改質領域，以使改質領域之表面側端部的位置和基板之表面的距離成為3μm~40μm。
該雷射加工方法中，沿著基板之切斷預定線在基板之內部形成改質領域，以使改質領域之表面側端部的位置和基板之表面的距離成為3μm~40μm。形成如此的改質領域時，會產生從改質領域之表面側端部至少到達基板之表面上的龜裂。接著，在產生如此龜裂的狀態下，例如，將可擴張膠帶等之擴張構件安裝在基板的背面而擴張之時，不僅可將基板尤其可將積層部沿著切斷預定線而精度良好地切斷。從而，該雷射加工方法，將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可以高精度來切斷積層部。
並且，在上述雷射加工方法中，當沿著切斷預定線之雷射光的照射為1次之情況中，宜使改質領域之表面側端部的位置和基板之表面的距離成為3μm~35μm的方式來形成改質領域；當沿著切斷預定線之雷射光的照射為多數次之情況中，宜使改質領域之表面側端部的位置和基板之表面的距離成為3μm~40μm的方式來形成改質領域。藉由在如此的條件下來形成改質領域，可確實地產生從改質領域之表面側端部至少到達基板之表面上的龜裂。
並且，本發明之半導體晶片，係具備有基板、在含有功能元件之基板表面上形成的積層部，且在基板之側面形成改質領域之半導體晶片，其特徵為：形成改質領域，以使改質領域之表面側端部的位置和基板之表面的距離成為3μm~40μm。
該半導體晶片，可說係藉由上述雷射加工方法之使用而切斷者，因此對應於形成改質領域之基板側面的積層部之端部，可高精度地切斷。
發明之效果
本發明係將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可以高精度來切斷積層部。
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，為了在加工對象物之內部形成改質領域，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領域的雷射加工方法。
當光子之能hν比材料之吸收的能帶隙EG 更小之時，會變成光學上的透明。因而，在材料上產生吸收的條件係hν>EG 。但是，即使光學上的透明時，將雷射光之強度作成大時，在nhν>EG 。之條件(n=2,3,4,...)下，在材料上產生吸收。將該現象稱為多光子吸收。脈衝波之情況，雷射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，例如尖峰功率密度為1×108 (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×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之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係直線狀延伸的假定線。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，以形成改質領域7。而，所謂聚光點P係指聚光之處。並且，切斷預定線5並不限於直線，亦可為曲線，且並不限於假想線，亦可為實際上拉到加工對象物1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。因而，如第3~5圖所示，改質領域7沿著切斷預定線5而形成於加工對象物1的內部，該改質領域7成為切斷起點領域8。在此，所謂切斷起點領域8，係指加工對象物1被切斷之時成為切斷(龜裂)起點之領域。該切斷起點領域8有在改質領域7連續地形成之時被形成之情況，亦有改質領域7斷續地形成之時被形成之情況。
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發熱而形成改質領域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，來形成改質領域7者。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領域8之時，將該切斷起點領域8作為起點，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。
以該切斷起點領域8作為起點的加工對象物1之切斷中，可考慮下列兩個方式。其一，在切斷起點領域8形成後，藉人為的力量施加於加工對象物1之時，有：以該切斷起點領域8作為起點的加工對象物1產生龜裂而使加工對象物1被切斷之情況。所謂藉人為的力量施加，是指例如沿著加工對象物1之切斷起點領域8施加彎曲應力或剪斷力，或者藉由將溫度差賦予加工對象物1，而產生熱應力之謂。另外一個，係藉形成切斷起點領域8，將切斷起點領域8作為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的厚度為小之場合中，可藉一列之改質領域7來形成切斷起點領域8，在加工對象物1的厚度為大之場合中，在切斷之處，對應於未形成切斷起點領域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領域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領域方面，有下列(1)~(4)之情況。
(1)改質領域為含有一個或複數個之龜裂之龜裂領域之情況
將聚光點對準加工對象物(例如玻璃或由LiTaO3形成的壓電材料)之內部，聚光點中之電場強度為1×108 (W/cm2 )以上且脈衝寬為1μs以下之條件，來照射雷射光。該脈衝寬之大小，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領域之條件。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。藉該光學的損傷在加工對象物之內部感應熱歪，因而在加工對象物之內部形成龜裂領域。電場強度之上限值方面，可為例如1×1012 (W/cm2 )。脈衝寬可為例如1ns~200ns為較佳。而，多光子吸收之龜裂領域的形成，例如記載於第45次雷射熱加工研究論文集(1998年12月)之第23頁~第28頁之「固體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700μm)
(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：3.14×10-8 cm2
振盪形態：Q開關脈衝
重複頻率：100kHz
脈衝寬：30ns
輸出：輸出<1mJ/脈衝
雷射光品質：TEM00
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：100mm/秒
而所謂雷射光品質TEM00 ，是指聚光性高雷射光之波長左右均可聚光之意
第7圖係顯示上述實驗之結果的曲線。橫軸為尖峰功率密度，雷射光係為脈衝光，因此電場強度係以尖峰功率來表示。縱軸係顯示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領域。龜裂點之大小，係指龜裂點的形狀之中為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)之倍率為100倍，開口數(NA)為0.80之情形。另一方面，曲線中之白點所表示的資料，係聚光用透鏡(C)之倍率為50倍，開口數(NA)為0.55之情形。尖峰功率密度從1011 (W/cm2 )左右在加工對象物之內部產生龜裂點，隨著尖峰功率密度變大時，龜裂點亦變大係周知者。
其次，將參照第8圖~第11圖來說明龜裂領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領域9。龜裂領域9係含有一個或複數個龜裂之領域。如此形成的龜裂領域9係成為切斷起點領域。如第9圖所示，以龜裂領域9作為起點(即，將切斷起點領域作為起點)，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)改質領域為熔融處理領域之情況
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為1×108 (W/cm2 )以上且脈衝寬為1μs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產生局部的加熱。藉此加熱在加工對象物之內部形成熔融處理領域。所謂熔融處理領域，係指一旦熔融後再固化之狀態的領域，亦可稱為相變化後領域或結晶構造變化後領域。並且，熔融處理領域亦可稱為：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領域。亦即，例如從單結晶構造變化為非晶質構造之領域、從單結晶構造變化為多結晶構造之領域、從單結晶構造變化為含有非晶質構造及多結晶構造之構造的領域之意。加工對象物為矽單結晶構造之情況，熔融處理領域例如為非晶質矽構造。電場強度之上限值方面，可為例如1×1012 (W/cm2 )。脈衝寬可為例如1ns~200ns為較佳。
本發明人利用實驗而確認在矽晶圓之內部形成熔融處理領域之事。實驗條件係如下列方式。
(A)加工對象物：矽晶圓(厚度350μm，外徑4英吋)
(B)雷射
光源：半導體雷射激發Nd：YAG雷射
波長：1064nm
雷射光點剖面積：3.14×10-8 cm2
振盪形態：Q開關脈衝
重複頻率：100kHz
脈衝寬：30ns
輸出：20μJ/脈衝
雷射光品質：TEM00
偏光特性：直線偏光
(C)聚光用透鏡
倍率：50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12圖係顯示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11之內部形成熔融處理領域13。而，利用上述條件形成的熔融處理領域13之厚度方向的大小係為100μm左右。
將說明熔融處理領域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分別的反射成分加以去除，僅顯示內部之透過率。矽基板之厚度為50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm時顯示上述之關係。
例如，在Nd：YAG雷射之波長為1064nm之時，矽基板之厚度為500μm以下之情況，可瞭解在矽基板之內部雷射光為80%以上透過。第12圖所示之矽晶圓11之厚度為350μm，因此藉由多光子吸收而在矽晶圓11之中心附近即從表面算起175μm之部分中形成熔融處理領域13。此情況之透過率，參考厚度200μm之矽晶圓時為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，因而熔融處理領域13在矽晶圓11之內部形成(即由於雷射光利用通常之加熱形成熔融處理領域)，而是熔融處理領域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領域，例如係記載於焊接學會全國大會講演概要第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，係將藉由熔融處理領域形成的切斷起點領域作為起點而朝向剖面方向產生裂痕，藉該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該裂痕，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，從切斷起點領域到矽晶圓之表面及背面，該裂痕為自然成長的情形中，有下列的任何一種情況：裂痕從形成切斷起點領域的熔融處理領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領域的熔融處理領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，熔融處理領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領域。因而，在加工對象物之內部藉由熔融處理領域形成切斷起點領域之時，在割斷時難以產生從切斷起點領域脫離的不必要之裂痕，因此使割斷控制變成容易。
(3)改質領域為熔融處理領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為1×108 (W/cm2 )以上且脈衝寬為1μs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領域及微小空洞之情況。而，電場強度之上限值方面，可為例如1×1012 (W/cm2 )。脈衝寬可為例如1ns~200ns為較佳。
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，微小空洞14相對於熔融處理領域13係形成於背面21側。第14圖中，雖然熔融處理領域13及微小空洞14係分離而形成，但是亦有熔融處理領域13及微小空洞14係連續地形成之情況。亦即，藉由多光子吸收來形成熔融處理領域13及微小空洞14之對的情況，微小空洞14係相對於熔融處理領域13被形成在矽晶圓11中光射入面之相反側。
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領域13之情況，形成對應於個別熔融處理領域13之微小空洞14的原理不一定很明朗。在此處，關於在熔融處理領域13及微小空洞14為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15圖所示將聚光點對準加工對象物(例如矽之半導體材料)的內部之聚光點P，來照射雷射光L時，在聚光點P之附近形成熔融處理領域13。以往，該雷射光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LS之部分的光)。此乃是為了使用雷射光L之高斯分布的中心部分之緣故。
本發明人為了減少雷射光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圖中為相當於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領域13，在對應於該熔融處理領域13的部分形成微小空洞14。亦即，熔融處理領域13及微小空洞14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，係相當於周邊部分的光(第15圖中為相當於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圖中為相當於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，應為由將雷射光L聚光之透鏡的透鏡球面像差(spherical abberation)所導致者。
本發明人推測之第2個假設，係雷射光L之周邊部分的光(第15圖中為相當於L1~L3及L6~L8之部分的光)所聚光的部分，係為理論上之雷射聚光點，因此該部分之光強度高，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，形成熔融處理領域13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，雖然熔融處理領域13係上述(2)所敘述之方式者，但是微小空洞14係其周圍實質上結晶構造未變化者。矽晶圓11為單結晶構造之情況，微小空洞14的周圍係大多保持單結晶構造之情況。
本發明人利用實驗而確認在矽晶圓11之內部形成熔融處理領域13及微小空洞14之事。實驗條件係如下列方式。
(A)加工對象物：矽晶圓(厚度100μm)
(B)雷射
光源：半導體雷射激發Nd：YAG雷射
波長：1064nm
重複頻率：40kHz
脈衝寬：30ns
脈衝間距：7μm
加工深度：8μm
脈動能量：50μJ/脈衝
偏光特性：直線偏光
(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：280mm/秒
第16圖係顯示利用上述條件的雷射加工所切斷的矽晶圓11之切斷面的照相圖。在第16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領域13及微小空洞14之對，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領域13，其在矽晶圓11之厚度方向(圖中之上下方向)的寬度為13μm左右，移動雷射光L的方向(圖中之左右方向)的寬度為3μm左右。並且，微小空洞14，其在矽晶圓11之厚度方向的寬度為7μm左右，移動雷射光L的方向)的寬度為1.3μm左右。熔融處理領域13及微小空洞14之間隔為1.2μm左右。
(4)改質領域為折射率變化領域之情況
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為1×108 (W/cm2 )以上且脈衝寬為1μs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能，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，而形成折射率變化領域。電場強度之上限值方面，可為例如1×1012 (W/cm2 )。脈衝寬可為例如1ns以下較佳，1ps以下更佳。多光子吸收引起折射率變化領域之形成，例如記載於第42次雷射熱加工研究論文集(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領域方面，雖然已說明於(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，而使切斷起點領域以如下方式形成的話，將該切斷起點領域作為起點，則可使用更小的力，而且精度良好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(111)面(第1劈開面)或(110)面(第2劈開面)之方向來形成切斷起點領域為較佳。並且，由GaAs等之閃鋅礦型構造之III-V足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領域為較佳。又，具有藍寶石(Al2O3)等之六方晶系之結晶構造的基板之情況，以(0001)面(C面)作為主面而沿著(1120)面(A面)之方向來形成切斷起點領域為較佳。
而，沿著欲形成上述切斷起點領域的方向(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領域的方向正交之方向在基板上形成指向平坦部的話，藉由以該指向平坦部作為基準，可使切斷起點領域沿著欲形成切斷起點領域的方向，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XV111-XVIII線之局部剖面圖。參照第17圖，為晶圓之加工對象物1為平板狀且成大致圓盤狀。在該加工對象物1的表面，設定有縱橫交叉的複數之切斷預定線5(格子狀之切斷預定線)。切斷預定線5係將加工對象物1切斷成複數之晶片狀的部分用之推測的假想線。
如第17及18圖所示，加工對象物1具備有：具有30μm~150μm之厚度的矽製之基板4、及形成在含有複數個功能元件15之基板4的表面4a上之積層部16。功能元件15具有：積層於基板4的表面4a上之層問絕緣膜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、及形成於層間絕緣膜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20b而電性地連接。
而，雖然功能元件15係在平行於基板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15,15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(保護構件)22黏貼在積層部16之表面16a上，以覆蓋各功能元件15。接著，如第19(b)圖所示，將基板4之背面朝向上方，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15。
接著，以通過相鄰的功能元件15,15之間的方式，將切斷預定線5設定成格子狀(參照第17圖之虛線)，使基板4之背面作為雷射光射入面，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雷射光L之聚光點P沿著切斷預定線5掃瞄。於是，成為切斷之起點的改質領域7，係使其表面側端部7a之位置和基板4之表面4a的距離(尤其只要未預告的話，係指基板4之厚度方向中之距離)成為3μm~40μm的方式，形成在基板4之內部。在此條件下形成改質領域7時，會產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a的龜裂24。
依此方式，將雷射光L照射在加工對象物1之時，係將基板4之背面4b作為雷射光射入面，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，改質領域7亦可沿著切斷預定線5而確實地形成於基板4之內部。而，基板4係為矽所形成的半導體基板，因此改質領域7係為熔融處理領域13。並且，在此，改質領域7相對於一條切斷預定線5係以一列之比例而形成於基板4之內部。
形成改質領域7且產生龜裂24之後，如第20(a)圖所示，將擴張膠帶(可擴張構件)23黏貼在基板4之背面4b。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從積層部16之表面16a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，以改質領域7作為起點產生裂痕，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。於是，可獲得：具備有基板4、及含有功能元件15且形成於基板4之表面4a的積層部16，且表面側端部7a之位置和基板4之表面4a的距離係為3μm~40μm的方式，使改質領域7形成在基板4之側面4c上的半導體晶片25。
如以上所說明，在上述雷射加工方法中，在將保護膠帶22黏貼在積層部16之表面16a後的狀態下，藉由將基板4之背面4b作為雷射光射入面來照射雷射光L，改質領域7沿著切斷預定線5而確實地形成於基板4之內部，並產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a的龜裂24。產生如此之龜裂24的狀態下，將擴張膠帶23黏貼在基板4之背面4b並加以擴張時，不僅基板4且切斷預定線5上之積層部16，即層間絕緣膜17a,17b沿著切斷預定線5可精度良好地切斷。亦即，切斷所獲得的半導體晶片25，如第21(b)圖所示，對應於形成改質領域7的基板4之側面4c的積層部16之側面16c，亦可高精度地切斷。
並且，在上述加工對象物1中，基板4係具有30μm~150μm的厚度，依此方式基板4的厚度為30μm~150μm之時，將1列之改質領域7作為起點，不僅積層部16且基板4亦可高精度地切斷。
而，在上述雷射加工方法中，雖然藉由改質領域7沿著切斷預定線5而形成於基板4之內部，而產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a上的龜裂24，但是，如第22圖所示，可產生從改質領域7的表面側端部7a到達積層部16之內部的龜裂24，亦可如第23圖所示，亦可產生從改質領域7的表面側端部7a到達積層部16之表面16a之龜裂24。亦即，藉由改質領域7沿著切斷預定線5而形成於基板4之內部，而產生從改質領域7的表面側端部7a至少到達基板4之表面4a上之龜裂24的話，使具備有基板4、及含有功能元件15且形成於基板4之表面4a的積層部16之加工對象物1被切斷之際，尤其更可使積層部16被高精度地切斷。
並且，在上述雷射加工方法中，雖然係使表面側端部7a之位置和基板4之表面4a的距離為3μm~40μm的方式使改質領域7形成在基板4之內部，但是在基板4之厚度方向中，亦可使改質領域7之中心比基板4之中心更位於基板4之表面4a側的方式，來形成改質領域7。藉此方式來形成改質領域7，可容易地產生從改質領域7的表面側端部7a至少到達基板4之表面4a上之龜裂24。
其次，將說明從改質領域7的表面側端部7a至少到達基板4之表面4a上而產生龜裂24之情況時，可使積層部16被高精度地切斷之理由。而，在此，在矽製之基板4的表面4a上係積層低介電率膜(low-k膜)，以作為積層部16。
(1)產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a上的龜裂24之情況
第24圖係在產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a上的龜裂24之情況時，說明可將低介電率膜26高精度地切斷之第1理由的加工對象物1之局部剖面圖。
如第24(a)圖所示，產生從改質領域7的背面側端部7b到達基板4之背面4b上的龜裂24之狀態下將擴張膠帶23加以擴張時，可使龜裂24非常順利地延伸到基板4之表面4a側。因此，產生從改質領域7的背面側端部7b到達基板4之背面4b上的龜裂24之狀態，可說是為容易地將基板4切斷之狀態。
另一方面，如第24(b)圖所示，產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a上的龜裂24之狀態，可說係比產生從改質領域7的背面側端部7b到達基板4之背面4b上的龜裂24之狀態，為更難以將基板4切斷之狀態。
產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a上的龜裂24之狀態，即難以將基板4切斷之狀態下，將擴張膠帶23加以擴張時，隨著將擴張膠帶23之擴張，並非慢慢地而係瞬問即將基板4切斷。於是，低介電率膜26之機械強度低，一般具有和其它材料難以親和的性質，因此容易引起拉裂或膜剝離，因此考慮防止此現象，而可將低介電率膜26及基板4一起加以高精度地切斷。
第25圖係在產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a上的龜裂24之情況中，說明可將低介電率膜26高精度地切斷之第2理由的加工對象物1之局部剖面圖。
如第25(a)圖所示，產生從改質領域7的背面側端部7b到達基板4之背面4b上的龜裂24之狀態下將擴張膠帶23加以擴張時，隨著將擴張膠帶23之擴張，而慢慢地將基板4切斷。因此，龜裂24到達低介電率膜26之時，低介電率膜26朝谷部凹折方向翹曲，保持此狀態下被拉裂。
另一方面，如第25(b)圖所示，產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a上的龜裂24之狀態，將擴張膠帶23加以擴張時，在既定之擴張力作用於基板4之時點，瞬間即將基板4切斷。因此，可防止低介電率膜26朝谷部凹折方向翹曲的狀態下被拉裂。
從而，產生從改質領域7的表面側端部7a到達基板4之表面4a上的龜裂24之狀態，係比產生從改質領域7的背面側端部7b到達基板4之背面4b上的龜裂24之狀態，更可考慮將低介電率膜26及基板4一起加以高精度地切斷。
(2)產生從改質領域7的表面側端部7a到達低介電率膜26之表面26a上的龜裂24之情況
第26圖係在產生從改質領域7的表面側端部7a到達低介電率膜26之表面26a上的龜裂24之情況中，說明可將低介電率膜26高精度地切斷之理由的加工對象物1之局部剖面圖。如同一圖所示，在情況時，在沿著切斷預定線5使改質領域7形成於基板4之內部的時點，低介電率膜26被切斷。從而，應可防止低介電率膜26被拉裂或膜剝離，可使低介電率膜26被高精度地切斷。
上述(1),(2)之各情況中，切斷結果係如下列之方式。如第27圖所示，龜裂24到達基板4之表面4a上的情況，及龜裂24到達低介電率膜26之表面26a上的情況，均可使低介電率膜26被極高精度地切斷(參照下段之照片)。然後，在切斷預定線5上形成Al接墊27之部分中，亦可抑制低介電率膜26之拉裂到不足5μm(參照中段之照片)。
而，所謂改質領域的表面側端部距離，係指改質領域7的表面側端部7a之位置和基板4之表面4a的距離之意，而所謂改質領域的背面側端部距離，係指改質領域7的背面側端部7b之位置和基板4之背面4b的距離之意。並且，所謂改質領域7的寬度，係指改質領域7的表面側端部7a之位置和背面側端部7b之位置的距離之意。然後，所謂改質領域7的表面側端部7a之位置，係指沿著切斷預定線5而形成之改質領域7的「基板4之表面4a側的端部」之「基板4之厚度方向中平均的位置」之意，所謂改質領域7的背面側端部7b之位置，係指係指沿著切斷預定線5而形成後之改質領域7的「基板4之背面4b側的端部」之「基板4之厚度方向中平均的位置」之意(參照第27圖之上段之照片)。
其次，將說明改質領域7的表面側端部7a之位置和基板4之表面4a之位置的距離，和基板4狀態之關係。
第28圖~第31圖係分別顯示厚度為30μm、50μm、100μm、150μm之基板4的「改質領域7的表面側端部7a之位置和基板4之表面4a之位置的距離、和基板4狀態之關係」之圖。
在各圖中，(a)係為使雷射光L之聚光點P沿著切斷預定線5作1次掃瞄的情況，(b)係為使雷射光L之聚光點P沿著切斷預定線5作2次掃瞄的情況。並且，基板4之狀態DM係在基板4之表面4a有一點一點的傷痕出現之狀態，基板4之狀態FL係龜裂24到達基板4之表面4a的狀態。又，基板4之狀態ST係無論在基板4之表面4a或背面4b均無任何的變化出現之狀態，基板4之狀態HC係龜裂24到達基板4之背面4b的狀態。
而，驗證「改質領域7的表面側端部7a之位置和基板4之表面4a之位置的距離、和基板4狀態之關係」之時，係使用矽製之裸晶作為基板4。並且，雷射光L沿著切斷預定線5之照射條件如下。
重複頻率：80kHz
脈衝寬：150ns
脈動能量：15μJ
加工速度(聚光點P對基板4之移動速度)：300mm/秒
由第28(a)圖~第31(a)圖清楚瞭解，雷射光L之聚光點P沿著切斷預定線5作1次掃瞄的情況中，當使改質領域7的表面側端部7a之位置和基板4之表面4a之位置的距離為3μm~35μm來形成改質領域7時，可使從改質領域7的表面側端部7a到達至少基板4之表面4a的龜裂24確實地產生(基板4之狀態FL)。
由第28(b)圖~第31(b)圖清楚瞭解，雷射光L之聚光點P沿著切斷預定線5作2次掃瞄的情況中，當使改質領域7的表面側端部7a之位置和基板4之表面4a之位置的距離為3μm~40μm來形成改質領域7時，可使從改質領域7的表面側端部7a到達至少基板4之表面4a的龜裂24確實地產生(基板4之狀態FL)。
本發明並不限定於上述之實施形態。
例如，第32圖所示，亦可使改質領域7沿著切斷預定線5形成於基板4之內部，而使改質領域7的表面側端部7a在基板4之表面4a上成條紋狀延伸(第32圖中(a)及(b)係同一切斷面之照片但以不同的比例顯示)。形成如此的改質領域7之時，產生從改質領域7之表面側端部7a至少到達基板4之表面4a的龜裂24。然後，在產生如此的龜裂24之狀態時，將擴張膠帶23黏貼在基板4之背面4b且加以擴張時，不僅基板4而且積層部16(第32圖中為低介電率膜26)可沿著切斷預定線5而精度良好地切斷。而積層部16中之切斷頂定線5上，當存在有反射雷射光L之構件(例如，金屬配線或金屬接墊等)之時，使改質領域7的表面側端部7a大多在基板4之表面4a上成條紋狀延伸。
並且，上述實施形態，雖然係在矽等之半導體基板之內部形成熔融處理領域13來作為改質領域7之情況，但是改質領域7方面，亦可形成熔融處理領域13、及相對於該熔融處理領域13位於基板4之表面4a側的微小空洞14依此方式，當相對於該熔融處理領域13位於基板4之表面4a側的微小空洞14之時，至少到達基板4之表面4a的龜裂24會提高其直進性，其結果，尤其使積層部16可沿著切斷預定線5而精度良好地切斷。
並且，上述實施形態，雖然係在基板4之內部產生多光子吸收以形成改質領域7之情況，但是亦有在基板4之內部產生和多光子吸收同等的光吸收，以形成改質領域7之情況。
並且，在切斷預定線上所形成的積層部方面，可考慮有機絕緣膜或無機絕緣膜、該等之複合膜、低介電率膜、TEG或金屬配線或電極等之導電膜等，包含將此等形成1層以上者。
產業上利用之可能性
本發明係將形成含有多數個功能元件的積層部之基板加以切斷之時，尤其可以高精度地來切斷積層部。
1．．．加工對象物
4．．．基板
4a．．．基板之表面
4b．．．基板之背面
4c．．．基板之側面
5．．．切斷預定線
7．．．改質領域
7a．．．改質領域之表面側端部
13．．．熔融處理領域
14．．．微小空洞
15．．．功能元件
16．．．積層部
16a．．．積層部之表面
22．．．保護膠帶(保護構件)
23．．．擴張膠帶(可擴張構件)
24．．．龜裂
25．．．半導體晶片
26．．．低介電率膜
L．．．雷射光
P．．．聚光點
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II-II線之剖面。
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線之剖面圖。
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12圖係顯示係利用本實施形態的雷射加工方法所切斷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熔融處理領域及微小空洞後的矽晶圓之剖面圖。
第15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領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領域及微小空洞的矽晶圓之切斷面的照相圖。
第17圖係為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XVIII-XVIII線之局部剖面圖。
第19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21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)係將擴張膠帶加以擴張之狀態。
第22圖係產生從改質領域之表面側端部到達積層部之內部的龜裂之加工對象物之局部剖面圖。
第23圖係產生從改質領域之表面側端部到達積層部之表面的龜裂之加工對象物之局部剖面圖。
第24圖係說明產生從改質領域之表面側端部到達基板之表面的龜裂之情況時，可將低介電率膜高精度地切斷之第1個理由之加工對象物之局部剖面圖。
第25圖係說明產生從改質領域之表面側端部到達低介電率膜之表面的龜裂之情況時，可將低介電率膜高精度地切斷之第2個理由之加工對象物之局部剖面圖。
第26圖係說明產生從改質領域之表面側端部到達低介電率膜之表面的龜裂之情況時，可將低介電率膜高精度地切斷之理由之加工對象物之局部剖面圖。
第27圖係表示龜裂到達基板之表面之情況時，及龜裂到達低介電率膜之表面之情況時，顯示加工對象物之切斷結果的照相圖。
第28圖係顯示厚度為30μm之基板的「改質領域之表面側端部和基板之表面的距離、及基板之狀態的關係」之圖。
第29圖係顯示厚度為50μm之基板的「改質領域之表面側端部和基板之表面的距離、及基板之狀態的關係」之圖。
第30圖係顯示厚度為100μm之基板的「改質領域之表面側端部和基板之表面的距離、及基板之狀態的關係」之圖。
第31圖係顯示厚度為150μm之基板的「改質領域之表面側端部和基板之表面的距離、及基板之狀態的關係」之圖。
第32圖係顯示改質領域之表面側端部以筋狀延伸到基板之表面的方式，來形成改質領域後之基板的切斷面的照相圖。
1．．．加工對象物
4．．．基板
4a．．．基板之表面
4b．．．基板之背面
7．．．改質領域
7a．．．改質領域之表面側端部
15．．．功能元件
16．．．積層部
16a．．．積層部之表面
17a,17b．．．層間絕緣膜
19a,19b．．．配線層
20b．．．導電性插槽
22．．．保護膠帶(保護構件)
24．．．龜裂
L．．．雷射光
P．．．聚光點

Claims (9)

  1. 一種雷射加工方法，係將焦點對準於表面上形成含有多數個功能元件之積層部之基板的內部來照射雷射光，以沿著基板的切斷預定線在基板之內部形成作為切斷之起點的改質領域之雷射加工方法，其特徵為：形成上述改質領域，以使上述改質領域之上述表面側端部的位置和上述基板之表面的距離成為3μm~40μm且使上述改質領域之上述表面側端部在上述基板之表面上呈條紋狀延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中，當沿著切斷預定線之雷射光的照射為1次之情況中，使上述改質領域之上述表面側端部的位置和上述基板之表面的距離成為3μm~35μm的方式，來形成上述改質領域。
  3. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中，當沿著切斷預定線之雷射光的照射為多數次之情況中，係使上述改質領域之上述表面側端部的位置和上述基板之表面的距離成為3μm~40μm的方式，來形成上述改質領域。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中，將焦點對準於上述基板的內部，以上述基板之背面為雷射光射入面來照射雷射光。
  5. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中上述基板是半導體基板，上述改質領域含有熔融處理領域。
  6. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中上述基板是半導體基板；上述改質領域是含有：熔融處理領域、 以及相對於該熔融處理領域位於基板之表面側的微小空洞。
  7. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中，在形成上述改質領域之後，將上述基板及上述積層部沿著上述切斷預定線來切斷。
  8. 一種半導體晶片，係具備有基板、含有功能元件而形成在上述基板表面上的積層部，且在上述基板之側面形成改質領域之半導體晶片，其特徵為：形成上述改質領域，以使上述改質領域之上述表面側端部的位置和上述基板之表面的距離成為3μm~40μm且使上述改質領域之上述表面側端部在上述基板之表面上呈條紋狀延伸。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體晶片，其中，上述基板是半導體基板；上述改質領域是含有：熔融處理領域、以及相對於該熔融處理領域位於基板之表面側的微小空洞。
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