專利名稱：激光加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于沿著切割預定線切割板狀加工對象物的激光加工方法。
背景技術：
作為沿著切割預定線切割板狀加工對象物的技術有稱為刀具劃片(^ > 一 F夕’ ^ > V )法的技術(例如，參照專利文獻1)。刀具劃片法中，在設于環(huán)形外框的可擴張薄片上粘貼板狀的加工對象物，將其固定在載放臺上，通過高速旋轉的劃片刀具沿著切割預定線切割加工對象物。此時，為了防止對包圍加工對象物的外框造成損傷，僅在外框內側的區(qū)域，使劃片刀具對于加工對象物進行相對移動。另一方面，作為用于沿著切割預定線切割板狀加工對象物的激光加工方法，存在以下方法，即，在設于環(huán)形外框的可擴張薄片上粘貼板狀加工對象物，將其固定在載放臺上，以聚光用透鏡將聚光點對焦在加工對象物的內部而照射加工用激光，從而沿著切割預定線在加工對象物的內部形成構成切割起點的改性區(qū)域(例如，參照專利文獻2)。這樣的激光加工方法中，與刀具劃片法不同，有使聚光用透鏡對于加工對象物在包含外框外側的區(qū)域進行相對移動的必要性。其理由如下。即，為了在聚光用透鏡對于加工對象物的相對移動速度成為等速的狀態(tài)下對加工對象物照射加工用激光，需要在聚光用透鏡對于加工對象物的相對移動距離中，加上相對移動距離成為等速為止的加速距離。另夕卜，具有例如通過使可擴張薄片向著周圍擴張而將改性區(qū)域作為切割的起點沿著切割預定線切割加工對象物的情況，為了實現可靠的切割，需要盡可能相對于加工對象物減小外框。專利文獻1 日本特開2006-13312號公報專利文獻2 日本特開2004-273895號公報

發(fā)明內容
但是，在上述的激光加工方法中，存在有以下的問題。例如，用聚光用透鏡將測定用激光聚光，檢測測定用激光的反射光的光量，該光量超過預定臨界值時，為了在加工對象物的內部形成改性區(qū)域，有時用聚光用透鏡將加工用激光聚光。此時，使聚光用透鏡對于加工對象物在包含外框外側的區(qū)域相對地移動，因此會將具有與加工對象物相同的高反射率的外框誤辨識為加工對象物，而對外框照射加工用激光造成外框的損傷，以至于會有對加工對象物造成損傷的危險。因此，本發(fā)明是有鑒于上述問題而做出的，其目的在于提供在設于環(huán)形外框的可擴張薄片上所粘貼的板狀加工對象物的內部形成改性區(qū)域時，防止對外框照射加工用激光而給外框造成損傷的激光加工方法。為了達成上述目的，本發(fā)明涉及的激光加工方法，在設于環(huán)形外框的可擴張薄片上所粘貼的板狀加工對象物的內部，將聚光點以聚光用透鏡對焦照射加工用激光，由此沿著加工對象物的切割預定線，在加工對象物的內部形成成為切割起點的改性區(qū)域的激光加工方法，其特征為，包含設定在加工對象物與外框之間具有外形的加工區(qū)域的工序；及使聚光用透鏡及加工對象物的至少一方沿著含切割預定線的線上相對移動，聚光用透鏡位于加工區(qū)域時，以聚光用透鏡將測定用激光朝著加工區(qū)域聚光，檢測加工對象物的透鏡光照射面所反射的測定用激光的反射光，一邊調整激光照射面與聚光用透鏡的距離，以使加工用激光的聚光點以激光照射面為基準對焦在預定的位置，一邊將加工用激光以聚光用透鏡朝著加工對象物聚光，在加工對象物的內部形成改性區(qū)域的工序。又，本發(fā)明涉及的激光加工方法，在設于環(huán)形外框的可擴張薄片上所粘貼的板狀加工對象物的內部，將聚光點以聚光用透鏡對焦照射加工用激光，由此沿著加工對象物的切割預定線，在加工對象物的內部形成成為切割起點的改性區(qū)域的激光加工方法，其特征為，包含設定在加工對象物與外框之間具有外型的加工區(qū)域的工序；使聚光用透鏡及加工對象物的至少一方沿著含切割預定線的在線相對移動，聚光用透鏡位在加工區(qū)域時，以聚光用透鏡將測定用激光朝著加工區(qū)域聚光，檢測加工對象物的激光照射面所反射的測定用激光的反射光，由此將加工用激光的聚光點以激光照射面為基準對焦在預定的位置，調整激光照射面與聚光用透鏡的距離，取得相關該調整的調整信息的工序；沿著含切割預定線的在線相對地移動聚光用透鏡及加工對象物的至少一方，聚光用透鏡位在加工區(qū)域上時，根據調整信息，一邊調整激光照射面與聚光用透鏡的距離，一邊將加工用激光以聚光用透鏡朝著加工對象物聚光，在加工對象物的內部形成改性區(qū)域的工序。該等激光加工方法中，沿著含加工對象物的切割預定線的線上相對地移動聚光用透鏡及加工對象物的至少一方，聚光用透鏡位在加工對象物與外框之間具有外形的加工區(qū)域上時，以聚光用透鏡將測定用激光朝著加工區(qū)域聚光，檢測加工對象物的激光照射面所反射的測定用激光的反射光。并且，根據，測定用激光的反射光的檢測結果，一邊調整激光照射面與聚光用透鏡的距離，以使加工用激光的聚光點以激光照射面為基準對焦在預定的位置，一邊將加工用激光以聚光用透鏡朝著加工對象物聚光，在加工對象物的內部形成改性區(qū)域。如上述，該等激光加工方法中，聚光用透鏡位于加工對象物與外框之間具有外型的加工區(qū)域上時，以聚光用透鏡將加工用激光朝著加工對象物聚光，在加工對象物的內部形成改性區(qū)域。因此，聚光用透鏡即使在包含外框外側的區(qū)域相對于加工對象物相對地移動， 仍可防止將外框誤辨識為加工對象物，對于外框照射加工用激光而導致外框的損傷。再者，改性區(qū)域是將聚光點對焦在加工對象物的內部照射激光，由此在加工對象物的內部產生多光子吸收其它的光吸收所形成的。本發(fā)明所涉及的激光加工方法中，在聚光用透鏡位于加工區(qū)域上時，將測定用激光以聚光用透鏡朝著加工區(qū)域聚光，檢測加工區(qū)域所反射測定用激光的反射光的光量，當光量超過預定的臨界值時，調整激光照射面與聚光用透鏡的距離，使加工用激光的聚光點以激光照射面為基準對焦在預定的位置為佳。由此可以激光照射面為基準在預定的位置精度良好地形成改性區(qū)域。本發(fā)明所涉及的激光加工方法中，在聚光用透鏡位于加工區(qū)域上時，將測定用激光以聚光用透鏡朝著加工區(qū)域聚光，檢測加工區(qū)域所反射的測定用激光之反射光的光量， 當光量超過預定的臨界值時，調整激光照射面與聚光用透鏡的距離，以使附加有像散的測定用激光的反射光的聚光像一定地形成為佳。由此，加工對象物的激光照射面即使形成面震顫時，從激光照射面到一定距離的位置上仍可精度良好地形成改性區(qū)域。本發(fā)明所涉及的激光加工方法中，優(yōu)選以改性區(qū)域作為切割的起點，沿著切割預定線切割加工對象物。由此可沿著切割預定線精度良好地切割加工對象物。本發(fā)明所涉及的激光加工方法中，加工對象物具備半導體基板，改性區(qū)域包含熔融處理區(qū)域。根據本發(fā)明，在設于環(huán)形外框的可擴張薄片上所粘貼的板狀加工對象物的內部形成改性區(qū)域時，能夠防止對外框照射加工用激光而造成損傷。


圖1為本實施方式所涉及激光加工方法的激光加工中的加工對象物的平面圖。圖2為沿著圖1表示的加工對象物的II - II線的剖視圖。圖3為本實施方式所涉及激光加工方法的激光加工后的加工對象物的平面圖。圖4為沿著圖3表示加工對象物的IV - IV線的剖視圖。圖5為沿著圖3表示加工對象物的V - V線的剖視圖。圖6是通過本實施方式所涉及激光加工方法而切割的加工對象物的平面圖。圖7為本實施方式所涉及激光加工方法的峰值功率密度與裂斑大小的關系圖表。圖8為本實施方式所涉及激光加工方法的第1工序中的加工對象物的剖視圖。圖9為本實施方式所涉及激光加工方法的第2工序中的加工對象物的剖視圖。圖10為本實施方式所涉及激光加工方法的第3工序中的加工對象物的剖視圖。圖11為本實施方式所涉及激光加工方法的第4工序中的加工對象物的剖視圖。圖12是表示通過本實施方式所涉及激光加工方法而切割的硅晶片部分剖面的照片的圖。圖13是表示本實施方式所涉及激光加工方法的激光的波長與硅基板內部透射率的關系圖表。圖14是表示構成本實施方式的激光加工方法的對象的加工對象物的平面圖。圖15是沿著圖14中XV _ XV線的部分剖視圖。圖16為實施本實施方式的激光加工方法的激光加工裝置的構成圖。圖17為本實施方式的激光加工方法的說明圖。圖18為接著圖17的本實施方式的激光加工方法的說明圖。圖19為接著圖18的本實施方式的激光加工方法的說明圖。圖20為接著圖19的本實施方式的激光加工方法的說明圖。符號說明1 加工對象物3:表面(激光射入面)5 切割預定線11 硅晶片(半導體基板)13 熔融處理區(qū)域(改性區(qū)域)22 外框
23 擴張帶(可擴張薄片)50 線108 聚光用透鏡Ll 加工用激光L2 測定用激光L3 測定用激光的反射光P 聚光點
具體實施例方式以下，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，參照附圖加以詳細說明。本實施方式的激光加工方法為了在加工對象物的內部形成改性區(qū)域而利用多光子吸收現象。在此，首先對用于通過多光子吸收形成改性區(qū)域的激光加工方法加以說明。光子的能量hv小于材料吸收的帶隙Ee時成為光學透明。因此，材料上產生吸收的條件是hv >Ee。但是，即使是光學透明，激光的強度非常大時，在nh ν >Ee的條件(η = 2，3，4，· ·)下材料會產生吸收。此現象稱為多光子吸收。在脈沖波的情況下，激光的強度以激光聚光點的峰值功率密度(W/cm2)來決定，例如在峰值功率密度為IXlO8(W/cm2)以上的條件下產生多光子吸收。峰值功率密度是以(聚光點的激光的每1脈沖的能量)+ (激光的束斑截面積X脈沖寬度)所求得的。在連續(xù)波的情況下，激光的強度是以激光聚光點的電場強度(W/cm2)來決定的。對利用這樣的多光子吸收的本實施方式所涉及激光加工方法的原理，參照圖1 圖6說明如下。如圖1表示，晶片狀(板狀)的加工對象物1的表面3具有切割加工對象物1用的切割預定線5。切割預定線5為呈直線形延伸的假想線。本實施方式所涉及激光加工方法中，如圖2表示，在產生多光子吸收的條件下將聚光點P對焦在加工對象物1的內部，照射激光L形成改性區(qū)域7。聚光點P是指激光L聚光的位置。另外，切割預定線5不限于直線形也可以是曲線形，不限于假想線也可以在加工對象物1上繪出實際的線。激光L沿著切割預定線5(S卩，圖1的箭頭A方向)相對地移動，由此使聚光點P 沿著切割預定線5移動。由此，如第3圖 第5圖表示，改性區(qū)域7沿著切割預定線5被形成在加工對象物1的內部，該改性區(qū)域7成為切割起點區(qū)域8。在此，切割起點區(qū)域8是指切割加工對象物1時成為切割切斷(裂縫破裂)起點的區(qū)域。該切割起點區(qū)域8有通過連續(xù)地形成改性區(qū)域7而形成的情況，也有通過斷續(xù)地形成改性區(qū)域7而形成的情況。本實施方式所涉及激光加工方法中，由于加工對象物1的表面3幾乎不吸收激光 L，因此加工對象物1的表面3不會熔融。在加工對象物1的內部形成切割起點區(qū)域8時，由于以該切割起點區(qū)域8為起點容易產生破裂，因此如圖6表示，能夠用比較小的力切斷加工對象物1。因此，在加工對象物 1的表面3不致產生不必要的破裂，可以高精度切割加工對象物1。進行以該切割起點區(qū)域8為起點的加工對象物1的切割，可考慮以下的2方式。其中之一是在切割起點區(qū)域8形成后，對于加工對象物1施加人為的力，由此以切割起點區(qū)域 8為起點使加工對象物1破裂，切割加工對象物1。這是例如加工對象物1的厚度大的情況進行的切割。施加人為的力是例如沿著加工對象物1的切割起點區(qū)域8對加工對象物1施以彎曲應力或剪切應力，或賦予加工對象物1溫差使得產生熱應力。另一個是通過形成切割起點區(qū)域8，以切割起點區(qū)域8為起點在加工對象物1的截面方向(厚度方向)形成自然破裂，其結果加工對象物1被切斷。這在例如加工對象物1的厚度小的情況，通過1列改性區(qū)域7形成切割起點區(qū)域8可以做到，在加工對象物1的厚度大的情況，通過在厚度方向形成多列的改性區(qū)域7形成切割起點區(qū)域8可以做到。此外，該自然破裂的情況也是，在切割處，破裂不會進展到對應于未形成切割起點區(qū)域8位置的部分的表面3上，能夠僅切斷對應于形成了切割起點區(qū)域8位置的部分，因此能良好地控制切割。近年來，由于硅晶片等的加工對象物1的厚度有逐漸變薄的傾向，因此這樣的控制性良好的切割方法極為有效。本實施方式所涉及激光加工方法中，通過多光子吸收所形成的改性區(qū)域有以下的 (1) (3)的情況。(1)改性區(qū)域為包含1個或多個裂縫的裂縫區(qū)域的情況聚光點對焦在加工對象物(例如玻璃或LiTaO3所構成的壓電材料)的內部，在聚光點的電場強度為IX IO8 (W/cm2)以上且脈沖寬度為Iys以下的條件下照射激光。該脈沖寬度的大小是持續(xù)產生多光子吸收并且對于加工對象物的表面不致造成多余的破壞而僅對于加工對象物的內部形成裂縫區(qū)域的條件。由此，在加工對象物的內部發(fā)生因多光子吸收造成光學損傷的現象。根據該光學損傷在加工對象物的內部引起熱應變，因此在加工對象物的內部形成裂縫區(qū)域。電場強度的上限值例如為IX IO12 (W/cm2)。脈沖寬度例如以 Ins 200ns為佳。再者，基于多光子吸收的裂縫區(qū)域的形成，記載在例如第45次激光熱加工研究會論文集(1998年，12月)的第23頁 第28頁的「用固體激光高次諧波進行的玻璃基板的內部劃線」中。本發(fā)明人通過實驗求得電場強度與裂縫的大小的關系。實驗條件如下。(A)加工對象物pyreX (商標登記)玻璃(厚度700 μ m)(B)激光光源半導體激光激勵Nd: YAG激光波長1064nm激光斑截面積3.14X IO-8Cm2振蕩形式Q開關脈沖重復頻率100kHz脈沖寬度30ns輸出輸出< ImJ/脈沖激光品質TEMotl偏振特性直線偏振(C)聚光用透鏡對于激光波長的透射率60%(D)載放加工對象物的載放臺的移動速度IOOmm/秒再者，激光品質為TEMcitl是指聚光性高可聚光至激光的波長程度。圖7是表示上述實驗結果的圖表。橫軸為峰值功率密度，由于激光為脈沖激光，電場強度是以峰值功率密度表示的?？v軸表示通過1脈沖的激光形成在加工對象物內部的裂縫部分(裂斑)的大小。裂斑聚集則形成裂縫區(qū)域。裂斑的大小是裂斑形狀中最大長度的部分的大小。圖表中的黑點表示的數據是聚光用透鏡(C)的倍率為100倍，開口數(NA)為 0.80的情況。另一方面，圖表中的白點表示的數據是聚光用透鏡(C)的倍率為50倍、開口數(NA)為0. 55的情況?？芍獜姆逯倒β拭芏萳OMW/cm2)程度起在加工對象物的內部產生裂斑，隨著峰值功率密度的增大裂斑也隨之增大。接著，對基于加工區(qū)域形成的加工對象物切割的機制，參照第8 第11圖說明如下。如圖8表示，在發(fā)生多光子吸收的條件下將聚光點P對焦在加工對象物1的內部，沿著切割預定線照射激光L在內部形成裂縫區(qū)域9。裂縫區(qū)域9為包含1個或多個裂縫的區(qū)域。 以上所形成的裂縫區(qū)域9成為切割起點區(qū)域。如圖9表示，以裂縫區(qū)域9為起點(亦即，以切割起點區(qū)域為起點)裂縫進一步成長，如圖10表示，裂縫到達加工對象物1的表面3與背面21，如圖11表示，通過加工對象物1的破裂加工對象物1被切斷。到達加工對象物1 的表面3與背面21的裂縫有自然成長的情況，也有因力被施加在加工對象物1而成長的情況。(2)改性區(qū)域為熔融處理區(qū)域的情況聚光點對焦在加工對象物(例如硅晶片的半導體材料)的內部，在聚光點的電場強度IX 108(w/cm2)以上且脈沖寬度為1 μ S以下的條件照射激光。由此，加工對象物的內部因多光子吸收而被局部加熱。由該加熱在加工對象物的內部形成熔融處理區(qū)域。熔融處理區(qū)域為暫時熔融后再固化的區(qū)域，或將要熔融狀態(tài)的區(qū)域，或從熔融狀態(tài)再固化的狀態(tài)的區(qū)域，也可以是相變化的區(qū)域或結晶構造變化的區(qū)域。另外，熔融處理區(qū)域是在單晶構造、 非晶構造、多晶構造中，某構造變化為其它構造的區(qū)域。即，意味著例如從單晶構造變化為非晶構造的區(qū)域，從單晶構造變化為多晶構造的區(qū)域，從單晶構造變化為含非晶構造和多晶構造的構造的區(qū)域。加工對象物為硅單晶構造的情況，熔融處理區(qū)域為例如非晶硅構造。 電場強度的上限值為例如1 X IO12 (ff/cm2)。脈沖寬度例如優(yōu)選Ins 200ns。本發(fā)明人以實驗確認了在硅晶片的內部形成有熔融處理區(qū)域。實驗條件如下述。
(A)加工對象物硅晶片(厚度350 μ m、外徑4英吋)
(B)激光
光源半導體激光激勵Nd: YAG激光
波長1064nm
激光斑截面積3. HXIO-W
振蕩形式Q開關脈沖
重復頻率100kHz
脈沖寬度30ns
輸出20μ J/脈沖
激光品質=TEMtltl
偏振特性直線偏振
(C)聚光用透鏡
倍率50倍
N. Α. 0. 55
對于激光波長的透射率60%
(D)載放加工對象物的載放臺的移動速度100mm/秒
圖12是表示通過上述條件的激光加工所切割的硅晶片一部分的剖面的照片的圖。在硅晶片11的內部形成有熔融處理區(qū)域13。另外，通過上述條件所形成的熔融處理區(qū)域13厚度方向的大小為IOOym左右。說明熔融處理區(qū)域13是由多光子吸收形成的。第13圖是表示激光波長與硅基板內部的透射率的關系圖表。這里，除去了硅基板的表面?zhèn)扰c背面?zhèn)鹊母鱾€反射成份，僅顯示內部的透射率。針對硅基板的厚度t分別為50μπι、100μπι、200μπι、500μπι、1000μπι表示上述關系。例如Nd:YAG激光的波長為1064nm中，硅基板的厚度為500 μ m以下的情況，可知在硅基板的內部激光80%以上透射。圖12表示的硅晶片11的厚度為350 μ m，因此通過多光子吸收的熔融處理區(qū)域13形成在硅晶片11的中心附近，即形成在從表面175 μ m的部分。此時的透射率參考厚度200 μ m的硅晶片為90%以上，因此激光在硅晶片11的內部僅稍微被吸收，幾乎全部透射。這意味著，并非硅晶片11的內部吸收激光而在硅晶片11的內部形成了熔融處理區(qū)域13 (即以激光的通常加熱形成熔融處理區(qū)域)，而是通過多光子吸收形成了熔融處理區(qū)域13。利用多光子吸收的熔融處理區(qū)域的形成記載在例如焊接學會全國大會演講概要第66集(2000年4月)的第72頁 第73頁的「基于皮秒(picosecond) 脈沖激光的硅的加工特性評估」中。再者，硅晶片是以熔融處理區(qū)域所形成的切割起點區(qū)域為起點產生朝著截面方向的裂縫，該裂縫到達硅晶片的表面和背面，其結果是被切斷。到達硅晶片的表面和背面的該裂縫有自然成長的情況，也有因力被施加在硅晶片而成長的情況。并且，從切割起點區(qū)域裂縫自然成長到硅晶片的表面和背面的情況，有形成切割起點區(qū)域的熔融處理區(qū)域從熔融的狀態(tài)起裂縫成長的情況，和形成切割起點區(qū)域的熔融處理區(qū)域在從熔融的狀態(tài)再固化時裂縫成長情況。但是，任意的情況下都是，熔融處理區(qū)域僅形成在硅晶片的內部，在切割后的切割面上如圖12所示僅在內部形成有熔融處理區(qū)域。這樣，當加工對象物的內部通過熔融處理區(qū)域形成切割起點區(qū)域時，切割時由于不容易產生從切割起點區(qū)域線偏離的不必要的破裂，因此切割控制容易。附帶說一下，熔融處理區(qū)域的形成不僅是多光子吸收為原因的情況，也有其它吸收為原因的情況。(3)改性區(qū)域為折射率變化區(qū)域的情況聚光點對焦在加工對象物(例如玻璃)的內部，在聚光點的電場強度IXlO8OV/ cm2)以上且脈沖寬度為Ins以下的條件照射激光。使脈沖寬度縮得極短，在加工對象物的內部引起多光子吸收時，多光子吸收所產生的能量不能轉換成熱能，在加工對象物的內部感應出離子價數變化、結晶化或分極配向等的持久構造變化而形成折射率變化區(qū)域。電場強度的上限值例如為lX1012(W/cm2)。脈沖寬度例如以Ins以下為佳，尤以Ips以下更佳。 基于多光子吸收的折射率變化區(qū)域的形成，記載在例如第42次激光熱加工研究會論文集 (1997年，11月)的第105頁 第111頁的「基于飛秒(femtosecond)激光照射的玻璃內部的光感應構造形成」中。以上，作為通過多光子吸收所形成的改性區(qū)域雖已說明⑴ (3)的情況，但是考慮晶片狀加工對象物的結晶構造和其劈開性等如下地形成切割起點區(qū)域時，以該切割起點區(qū)域作為起點，可用更小的力并更為高精度切割加工對象物。S卩，在硅等金剛石結構的單晶半導體所構成的基板的情況下，優(yōu)選在沿著(111)面(第1劈開面)或(110)面(第2劈開面)的方向形成切割起點區(qū)域。另外，GaAs等的閃鋅礦結構的III- V族化合物半導體所構成基板的情況下，優(yōu)選以沿著(110)面的方向形成切割起點區(qū)域。并且，藍寶石(Al2O3)等具有六角晶系結晶構造的基板的情況下，優(yōu)選以 (0001)面(C面)為主面沿著(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切割起點區(qū)域。再者，沿著要形成上述切割起點區(qū)域的方向(例如，沿著單晶硅基板的(111)面的方向)，或正交于要形成切割起點區(qū)域的方向，在基板上形成定向邊時，以該定向邊為基準， 可容易且正確地將沿著要形成切割起點區(qū)域方向的切割起點區(qū)域形成在基板上。接著，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式說明如下。如圖14和圖15所示，加工對象物1具備厚度ΙΟΟμπι的硅晶片(半導體基板)11， 和包含多個功能元件15而形成在硅晶片11的表面Ila的功能元件層16。功能元件15是例如通過結晶成長所形成的半導體工作層、光電二極管等的感光元件、激光二極管等的發(fā)光元件或者作為電路所形成的電路元件等，在硅晶片11的定向邊6的平行方向和垂直方向上矩陣狀地形成多個。將以上那樣構成的加工對象物1按各個功能元件15如下那樣地進行切割。首先， 如圖16所示，將加工對象物1的背面21粘貼在設于圓環(huán)型外框22的擴張帶(可擴張薄片)23上。并且，將加工對象物1的表面3朝著上側，將保持加工對象物1的外框22和擴張帶23固定在激光加工裝置100的載放臺101上。接著通過相鄰的功能元件15、15間地將切割預定線5設定成格子狀(參照圖14)。并且，以加工對象物1的表面3作為激光入射面，將聚光點P對焦在硅晶片11的內部照射加工用激光Li，由此沿著各切割預定線5在硅晶片11的內部形成熔融處理區(qū)域13。接著，將保持加工對象物1的外框22和擴張帶23 安裝在擴張帶擴張裝置(未圖示)上，使擴張帶23朝著周圍擴張，由此以熔融處理區(qū)域13 作為切割的起點，沿著切割預定線5切割加工對象物1，并且使切割所獲得的多個半導體芯片彼此分開。由此，可以沿著切割預定線5精度良好地切割加工對象物1。再者，熔融處理區(qū)域13有混有裂縫的情況。在此，對激光加工裝置100說明如下。如圖16表示，激光加工裝置100，具備水平載放加工對象物1的載放臺101 ；激光單元102 ；及與載放臺101和激光單元102分別連接的移動控制部103。移動控制部103使載放臺101在水平方向(X軸方向及Y軸方向)移動，并且使激光單元102在鉛直方向(Ζ軸方向)移動。激光單元102具有脈沖振蕩加工用激光Ll的加工用激光源104。從該加工用激光源104所射出的加工用激光Ll依次通過選擇性進行加工用激光Ll的通過和遮斷的光閘105、擴大光束尺寸的光束擴張器106，透過分色鏡107之后，由聚光用透鏡108聚光而照射在加工對象物1上。另外，聚光用透鏡108安裝有微調整其Z軸方向位置用的壓電元件 109。另外，激光單元102具有射出向后述的加工區(qū)域30照射用的測定用激光L2的測定用激光源111。從測定用激光源111所射出的測定用激光L2依次在反射鏡112、半反射鏡 113、分色鏡107被反射，在加工用激光Ll的光軸上朝著下方行進之后，由聚光用透鏡108 聚光而照射在加工區(qū)域30上。照射在加工區(qū)域30的測定用激光L2在加工區(qū)域30被反射，該測定用激光的反射光L3再射入到聚光用透鏡108在加工用激光Ll的光軸上朝著上方行進之后，在分色鏡107 被反射后穿透透過半反射鏡113。透過半反射鏡113的測定用激光的反射光L3由柱面透鏡和平凸透鏡所構成的整形光學系114賦予了像散后聚光在將光電二極管四等分所形成的4 分割光電二極管115的受光面上。如上述，由于在4分割光電二極管115的受光面上形成賦予了像散的測定用激光的反射光L3的聚光像，因此該聚光像根據對于位于加工區(qū)域30 內的加工對象物1的表面(激光照射面)3的測定用激光L2的聚光點的位置而變化。4分割光電二極管115連接有與壓電組件109連接的聚光用透鏡控制部116。聚光用透鏡控制部116檢測在加工區(qū)域30所反射的測定用激光的反射光L3的光量，其光量超過預定的臨界值時，將形成在4分割光電二極管115的受光面的聚光像作為電壓值取得， 驅動壓電元件109使得該電壓值成為一定(亦即，使聚光像形成一定)，將加工對象物1的表面3與聚光用透鏡108的距離調整到大致一定，并記錄此時壓電元件109的驅動信號。對以上那樣構成的激光加工裝置100的熔融處理區(qū)域13的形成更詳細說明如下。首先，如圖17所示，在設于圓環(huán)形外框22的擴張帶23上粘貼加工對象物1的背面21。并且，使加工對象物1的表面3朝著上側，將保持加工對象物1的外框22和擴張帶 23固定在激光加工裝置100的載放臺101上。接著，如第18圖表示，通過相鄰的功能元件 15,15間地將切割預定線5設定成格子狀，并且以加工對象物1和外框22的至少一方為基準，設定具有較加工對象物1的外徑大且小于外框22內徑的外徑的加工區(qū)域30。亦即，加工對象物30在加工對象物1與外框22之間具有外形。接著，如第19圖表示，取得包含與定向邊6平行的切割預定線5的各線50與加工區(qū)域30的外形的交點坐標。在沿著垂直于定向邊6的切割預定線5形成熔融處理區(qū)域13 的情況，由于與沿著平行于定向邊6的切割預定線5形成熔融處理區(qū)域13的情況相同，因此以下省略其說明。接著，如圖20所示，在與定向邊6平行的切割預定線5延伸的方向上移動載放臺 101，由此使聚光用透鏡108朝著箭頭B方向對于加工對象物1相對地移動。此時，根據以下的理由，使聚光用透鏡108在包含外框22外側的區(qū)域，對于加工對象物1相對地移動。亦即，為了在聚光用透鏡108對于加工對象物1的相對移動速度成為等速的狀態(tài)下對加工對象物1照射加工用激光Li，有在聚光用透鏡108對加工對象物1的相對移動距離上加上相對的移動速度形成等速為止的加速距離的必要。另外，為了通過使擴張帶23朝著周圍的擴張而以熔融處理區(qū)域13作為切割的起點而沿著切割預定線5可靠地切割加工對象物1，有相對加工對象物1盡可能縮小外框22的必要。當由于聚光用透鏡108對于加工對象物1的相對移動聚光用透鏡108到達包含切割預定線5的線50與加工區(qū)域30的一方的交點α 1上時，如圖20(a)表示，測定用激光源 111的控制信號從「OFF」形成為「0N」，從測定用激光源111射出測定用激光L2利用聚光用透鏡108加以聚光。此時，測定用激光L2雖然由擴張帶23所反射，但是擴張帶23與加工對象物1的表面3相比為低反射率，因此如圖20(b)所示，測定用激光的反射光L3的光量不會達到臨界值T。再者，此時如圖20(c)所示，壓電元件109的驅動信號為「OFF」，聚光用透鏡108被保持在預定的位置上。接著，當聚光用透鏡108到達包含切割預定線5的線50與加工對象物1外緣的一方的交點β 1上時，測定用激光L2被加工對象物1的表面3反射，因此如圖20(b)表示，測定用激光的反射光L3的光量超過臨界值T。由此，如圖20(c)表示，壓電元件109的驅動信號從「OFF」成為「0N」，驅動壓電組件109，使得基于測定用激光的反射光L3形成在4分割光電二極管115的受光面的聚光像的電壓值為一定，加工對象物1的表面3與聚光用透鏡 108的距離被調整為大致一定。同時，如圖20(d)所示，光閘105的控制信號從「OFF」成為「0N」，從加工用激光源 104所射出的加工用激光Ll通過光閘105利用聚光用透鏡108聚光。由此，即使加工對象物1的表面3具有面震顫，仍能夠沿著切割預定線5，在自加工對象物1的表面3 —定距離的位置(硅晶片11的內部)精度良好地形成熔融處理區(qū)域13。再者，光閘105的控制信號從「OFF」成為「ON」將加工用激光Ll照射在加工對象物1的時刻，可以是與壓電組件109 的驅動信號從「OFF」成為「0N」的時刻大致同時，也可以是稍微延遲。接著，當聚光用透鏡108到達含切割預定線5的線50與加工對象物1外緣的另一交點β 2上時，測定用激光L2被擴張帶23所反射，因此如圖20(b)表示，測定用激光的反射光L3的光量低于臨界值Τ。由此，如圖20(c)表示，壓電組件109的驅動信號從「0Ν」成為「0FF」，將聚光用透鏡108保持在預定的位置。同時，如圖20(d)所示，光閘105的控制信號從「0N」成為「0FF」，截斷從加工用激光104所射出的加工用激光Ll的通過。接著，當聚光用透鏡108到達含切割預定線5的線50與加工區(qū)域30的外形的另一方交點α 2時，如圖20(a)所示，測定用激光源111的控制信號從ΓONj成為「0FF」，停止來自測定用激光111的測定用光L2的射出。如以上說明，本實施方式的激光加工方法中，沿著包含加工對象物1的切割預定線5的線50使聚光用透鏡108對于加工對象物1相對地移動，聚光用透鏡108位于加工對象物1與外框22之間具有外型的加工區(qū)域30上時，用聚光用透鏡108將測定用激光L2朝著加工區(qū)域30聚光，檢測加工對象物1的表面3所反射的測定用激光的反射光L3。通過該測定用激光的反射光L3的檢測，將加工對象物1的表面3與聚光用透鏡108的距離調整為大致一定以使加工用激光Ll的聚光點P對焦在自加工對象物1的表面3 —定距離的位置上，用聚光用透鏡108將加工用激光Ll朝著加工對象物1聚光，在加工對象物1的內部形成熔融處理區(qū)域13。這樣，本實施方式的激光加工方法中，聚光用透鏡108位于加工對象物 1與外框22之間具有外型的加工區(qū)域30上時，用聚光用透鏡108將加工用激光Ll朝著加工對象物1聚光，在加工對象物1的內部形成熔融處理區(qū)域13。因此，即使聚光用透鏡108 對于加工對象物1在包含外框22外側的區(qū)域相對地移動，也能夠防止將外框22誤辨識為加工對象物，朝著外框22照射加工用激光Ll而造成外框22的損傷。本發(fā)明不僅限于上述實施方式。例如，也可以是在沿著橫穿外框22的線50使聚光用透鏡108和加工對象物1的至少一方相對地移動時，實施測定用激光L2的照射狀態(tài)下，實施如下所述的加工裝置100 的控制。即，聚光用透鏡108從一側到達線50與加工區(qū)域30外形的一方的交點α 上為止，停止用于調整加工對象物1的表面3與聚光用透鏡108的距離的基于測定用激光的反射光L3的光量的運算處理(以下，稱為「自動對焦運算處理」)，在加工對象物1的厚度方向將聚光用透鏡108固定在一定的位置，并且停止加工用激光Ll的照射。在聚光用透鏡 108從一方的交點α 1上到達線50與加工對象物1外緣一方的交點β 1上為止，實施自動對焦運算處理，在加工對象物1的厚度方向將聚光用透鏡108固定在一定的位置，并且停止加工用激光Ll的照射。在此，即使實施自動對焦運算處理也將聚光用透鏡108在加工對象物1的厚度方向固定在一定的位置，是由于測定用激光的反射光L3的光量不超過預定的臨界值。在聚光用透鏡108從一方的交點β 1上到達線50與加工對象物1外緣的另一方的交點β 2上為止，實施自動對焦運算處理，調整加工對象物1的表面3與聚光用透鏡108的距離，并且實施加工用激光Ll的照射。另外，也可以是設定在加工對象物1與外框22之間具有外形的加工區(qū)域30之后， 如下述那樣，在加工對象物1的內部形成熔融處理區(qū)域13。亦即，首先，沿著包含切割預定線5的線50上使聚光用透鏡108對于加工對象物1 相對地移動，在聚光用透鏡108位于加工區(qū)域30上時，用聚光用透鏡108將測定用激光L2 朝著加工區(qū)域30聚光，檢測在加工對象物1的表面3所反射的測定用激光的反射光L3，由此驅動壓電組件109，使加工用激光Ll的聚光點P對焦在自加工對象物1的表面3 —定距離的位置上，將加工對象物1的表面3與聚光用透鏡108的距離調整為大致一定，并記錄此時的壓電組件109的驅動信號(調整信息)。接著，沿著包含切割預定線5的線50上使聚光用透鏡108對于加工對象物1相對地移動，在聚光用透鏡108位與加工區(qū)域30上時，再現所記錄的驅動信號驅動壓電元件 109，一邊將加工對象物1的表面3與聚光用透鏡108的距離調整為大致一定，一邊用聚光用透鏡108使加工用激光Ll朝著加工對象物1聚光，在加工對象物1的內部形成熔融處理區(qū)域13。再者，光閘105的控制信號從「OFF」成為「ON」加工用激光Ll照射在加工對象物 1的時刻，可以是與壓電組件109的驅動信號從「OFF」成為「ON」的時刻大致同時，也可以是比其略早。以上的熔融處理區(qū)域13的形成，在加工對象物1比較厚，對于一條切割預定線形成多列的熔融處理區(qū)域13使其排列在加工對象物1厚度方向的情況也是有效的。另外，上述實施方式中，雖是調整加工對象物1的表面3與聚光用透鏡108的距離使得加工用激光Ll的聚光點P對焦在自加工對象物1的表面3—定距離的位置上，但是也可以是調整加工對象物1的表面3與聚光用透鏡108的距離使加工用激光Ll的聚光點P 以加工對象物1的表面3為基準對焦在預定的位置上。此時，能夠以加工對象物1的表面3 為基準在預定的位置精度良好地形成熔融處理區(qū)域13，可以沿著切割預定線5形成自加工對象物1的表面3的距離在途中變更的熔融處理區(qū)域13或波線形的熔融處理區(qū)域13等。另外，上述實施方式中，雖然檢測加工對象物1的表面3所反射的測定用激光的反射光L3，但是也可以是檢測在加工對象物1的背面21等其它激光照射面所反射的測定用激光的反射光L3。另外，上述實施方式中，雖然在加工對象物1的硅晶片11的內部形成熔融處理區(qū)域13，但是也可以是在玻璃或壓電材料等其它材料所構成的晶片內部，形成裂縫區(qū)域或折射率變化區(qū)域等其它的改性區(qū)域。工業(yè)可利用性根據本發(fā)明，能夠防止在設于環(huán)形外框上的可擴張薄片所粘貼的板狀加工對象物的內部形成改性區(qū)域時，對外框照射加工用激光而造成外框的損傷。
權利要求
1.一種激光加工方法，用聚光用透鏡將聚光點對焦在設于環(huán)形外框的可擴張薄片所粘貼的板狀加工對象物的內部，照射加工用激光，由此沿著上述加工對象物的切割預定線，在上述加工對象物的內部形成成為切割起點的改性區(qū)域，其特征為，包含設定在上述加工對象物與上述外框之間具有外形的加工區(qū)域的工序；取得包含上述切割預定線的線與上述加工區(qū)域的上述外形的一方的交點和另一方的交點的坐標的工序；使上述聚光用透鏡和上述加工對象物的至少一方沿著上述線上相對地移動，當上述聚光用透鏡到達上述一方的交點上時開始測定用激光的射出，當上述聚光用透鏡到達上述另一方的交點上時停止上述測定用激光的射出，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時， 用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工對象物的激光照射面所反射的上述測定用激光的反射光，由此一邊調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使上述加工用激光的聚光點以上述激光照射面為基準對焦在預定的位置， 一邊用上述聚光用透鏡使上述加工用激光朝著上述加工對象物聚光，在上述加工對象物的內部形成上述改性區(qū)域的工序。
2.如權利要求1記載的激光加工方法，其中，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工區(qū)域所反射的上述測定用激光的反射光的光量，當上述光量超過預定的臨界值時，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使上述加工用激光的聚光點以上述激光照射面為基準對焦在預定的位置。
3.如權利要求1記載的激光加工方法，其中，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工區(qū)域所反射的上述測定用激光的反射光的光量，當上述光量超過預定的臨界值時，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使賦予了像散的上述測定用激光的反射光的聚光像成為一定。
4.一種激光加工方法，用聚光用透鏡將聚光點對焦在設于環(huán)形外框的可擴張薄片上所粘貼的板狀加工對象物的內部，照射加工用激光，由此沿著上述加工對象物的切割預定線， 在上述加工對象物的內部形成成為切割起點的改性區(qū)域，其特征為，包含設定在上述加工對象物與上述外框之間具有外形的加工區(qū)域的工序；取得包含上述切割預定線的線與上述加工區(qū)域的上述外形的一方的交點和另一方的交點的坐標的工序；使上述聚光用透鏡和上述加工對象物的至少一方沿著上述線上相對移動，當上述聚光用透鏡到達上述一方的交點上時開始測定用激光的射出，當上述聚光用透鏡到達上述另一方的交點上時停止上述測定用激光的射出，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時， 用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工對象物的激光照射面所反射的上述測定用激光的反射光，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使上述加工用激光的聚光點以上述激光照射面為基準對焦在預定的位置，取得關于該調整的調整信息的工序；使上述聚光用透鏡和上述加工對象物的至少一方沿著上述線上相對移動，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，根據上述調整信息，一邊調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，一邊用上述聚光用透鏡將上述加工用激光朝著上述加工對象物聚光，在上述加工對象物的內部形成上述改性區(qū)域的工序。
5.如權利要求4記載的激光加工方法，其中，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工區(qū)域所反射的上述測定用激光的反射光的光量，當上述光量超過預定的臨界值時，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使上述加工用激光的聚光點以上述激光照射面為基準對焦在預定的位置。
6.如權利要求4記載的激光加工方法，其中，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工區(qū)域所反射的上述測定用激光的反射光的光量，當上述光量超過預定的臨界值時，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使賦予了像散的上述測定用激光的反射光的聚光像成 為一定。
7.一種激光加工裝置，將聚光點對焦在板狀加工對象物的內部，照射加工用激光，由此沿著上述加工對象物的切割預定線，在上述加工對象物的內部形成成為切割起點的改性區(qū)域，其特征為，具備載放臺，載放設于環(huán)形外框的可擴張薄片所粘貼的上述加工對象物；激光單元，具有射出上述加工用激光的加工用激光源以及射出測定用激光的測定用激光源；以及聚光用透鏡，使上述加工用激光和上述測定用激光聚光，設定在上述加工對象物與上述外框之間具有外形的加工區(qū)域，取得包含上述切割預定線的線與上述加工區(qū)域的上述外形的一方的交點和另一方的交點的坐標，使上述聚光用透鏡和上述加工對象物的至少一方沿著上述線上相對地移動，當上述聚光用透鏡到達上述一方的交點上時開始上述測定用激光的出射，當上述聚光用透鏡到達上述另一方的交點上時停止上述測定用激光的出射，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工對象物的激光照射面所反射的上述測定用激光的反射光，由此一邊調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使上述加工用激光的聚光點以上述激光照射面為基準對焦在預定的位置，一邊用上述聚光用透鏡使上述加工用激光朝著上述加工對象物聚光，在上述加工對象物的內部形成上述改性區(qū)域。
8.如權利要求7記載的激光加工裝置，其中，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工區(qū)域所反射的上述測定用激光的反射光的光量，當上述光量超過預定的臨界值時，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使上述加工用激光的聚光點以上述激光照射面為基準對焦在預定的位置。
9.如權利要求7記載的激光加工裝置，其中，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工區(qū)域所反射的上述測定用激光的反射光的光量，當上述光量超過預定的臨界值時，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使賦予了像散的上述測定用激光的反射光的聚光像成為一定。
10.一種激光加工裝置，將聚光點對焦在設于環(huán)形外框的可擴張薄片上所粘貼的板狀加工對象物的內部，照射加工用激光，由此沿著上述加工對象物的切割預定線，在上述加工對象物的內部形成成為切割起點的改性區(qū)域，其特征為，具備載放臺，載放設于環(huán)形外框的可擴張薄片所粘貼的上述加工對象物；激光單元，具有射出上述加工用激光的加工用激光源以及射出測定用激光的測定用激光源；以及聚光用透鏡，使上述加工用激光和上述測定用激光聚光，設定在上述加工對象物與上述外框之間具有外形的加工區(qū)域，取得包含上述切割預定線的線與上述加工區(qū)域的上述外形的一方的交點和另一方的交點的坐標，使上述聚光用透鏡和上述加工對象物的至少一方沿著上述線上相對移動，當上述聚光用透鏡到達上述一方的交點上時開始上述測定用激光的出射，當上述聚光用透鏡到達上述另一方的交點上時停止上述測定用激光的出射，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工對象物的激光照射面所反射的上述測定用激光的反射光，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使上述加工用激光的聚光點以上述激光照射面為基準對焦在預定的位置，取得關于該調整的調整信息，使上述聚光用透鏡和上述加工對象物的至少一方沿著上述線上相對移動，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，根據上述調整信息，一邊調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，一邊用上述聚光用透鏡將上述加工用激光朝著上述加工對象物聚光，在上述加工對象物的內部形成上述改性區(qū)域。
11.如權利要求10記載的激光加工裝置，其中，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工區(qū)域所反射的上述測定用激光的反射光的光量，當上述光量超過預定的臨界值時，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使上述加工用激光的聚光點以上述激光照射面為基準對焦在預定的位置。
12.如權利要求10記載的激光加工裝置，其中，在上述聚光用透鏡位于上述加工區(qū)域上時，用上述聚光用透鏡將上述測定用激光朝著上述加工區(qū)域聚光，檢測在上述加工區(qū)域所反射的上述測定用激光的反射光的光量，當上述光量超過預定的臨界值時，調整上述激光照射面與上述聚光用透鏡的距離，以使賦予了像散的上述測定用激光的反射光的聚光像成為一定。
全文摘要
一種激光加工方法，使聚光用透鏡(108)沿著含切割預定線(5)的線(50)相對地移動，透鏡(108)位于在加工對象物(1)與外框(22)之間具有外形的加工區(qū)域(30)上時，將測定用激光(L2)以透鏡(108)聚光，檢測加工對象物(1)的表面(3)所反射的激光(L2)的反射光。通過該檢測，將表面(3)與透鏡(108)的距離一邊調整為大致一定的方式，一邊以透鏡(108)將激光(L1)聚光，以使加工用激光(L1)的聚光點(P)對焦在距表面(3)一定距離的位置，在加工對象物(1)的內部形成熔融處理區(qū)域(13)。
文檔編號B23K26/38GK102357738SQ20111031923
公開日2012年2月22日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權日2006年10月4日
發(fā)明者久野耕司, 渥美一弘, 鈴木達也 申請人:浜松光子學株式會社