專利名稱:激光加工方法及半導體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為了切斷加工對象物而使用的激光加工方法、以及使用此方法所制造的半導體裝置。
背景技術(shù)：
已知一種激光加工方法在通過激光的照射來切斷加工對象物時，以切換連續(xù)振蕩與脈沖振蕩的方式，將激光照射在加工對象物上(例如參照專利文獻1)。在改激光加工方法中，在切斷預定線的直線部分使激光進行連續(xù)振蕩，另一方面，在切斷預定線的曲線部分或角部分使激光進行脈沖振蕩。
專利文獻1日本特開昭59-212185號公報
發(fā)明內(nèi)容
已知的一種激光加工方法是，通過將聚光點對準于板狀加工對象物的內(nèi)部照射激光，從而沿著加工對象物的切斷預定線，在加工對象物的內(nèi)部形成作為切斷起點的改質(zhì)區(qū)域。在該激光加工方法中，為了沿著切斷預定線以高精度切斷加工對象物，希望在加工對象物的內(nèi)部沿著切斷預定線的所希望部分確實地形成改質(zhì)區(qū)域。
因此，本發(fā)明是有鑒于上述的事情而完成的，其目的在于提供一種可以在加工對象物的內(nèi)部沿著切斷預定線的所希望部分確實地形成改質(zhì)區(qū)域的激光加工方法，以及使用該方法來制造的半導體裝置。
為了解決上述的問題，本發(fā)明的激光加工方法的特征在于，通過將聚光點對準于板狀加工對象物的內(nèi)部照射激光，在加工對象物的內(nèi)部沿加工對象物的切斷預定線形成成為切斷起點的改質(zhì)區(qū)域，在照射激光時，有選擇性地切換連續(xù)振蕩和脈沖振蕩。
在使激光進行脈沖振蕩時，相比于使激光進行連續(xù)振蕩的情況，可以在加工對象物的內(nèi)部更確實地形成改質(zhì)區(qū)域。因此，通過沿著切斷預定線的所希望部分使激光進行脈沖振蕩、并且沿著該所希望部分以外的部分使激光進行連續(xù)振蕩，從而可以在加工對象物的內(nèi)部沿著所希望的部分確實地形成改質(zhì)區(qū)域。特別是在使用Q開關(guān)激光的情況下，通過RF輸出的控制來對Q開關(guān)進行ON控制，以此來切換脈沖振蕩與連續(xù)振蕩，因此激發(fā)用LD光對固體激光結(jié)晶的施加狀態(tài)基本上不改變。因此，由于可以迅速地進行脈沖振蕩與連續(xù)振蕩的切換動作，在可以以穩(wěn)定的激光來進行加工的同時，還可以提高加工速度。另外，按照激光振蕩器種類的不同，在連續(xù)振蕩時，有時呈現(xiàn)連續(xù)振蕩輸出與脈沖振蕩輸出混合的狀態(tài)，但是，由于脈沖波輸出的平均輸出已降低，故能量不會超過加工臨界值，在加工對象物的內(nèi)部不會在所希望的部分以外形成改質(zhì)區(qū)域。在此情況下，同樣地能迅速地進行脈沖振蕩與連續(xù)振蕩的切換動作的同時，脈沖振蕩轉(zhuǎn)移時的熱穩(wěn)定性也得到了進一步的提高。因此，可以以更穩(wěn)定的激光進行加工，并且能提高加工速度。本申請的連續(xù)振蕩也包括這種情況。
另外，加工對象物優(yōu)選是表面上形成有層疊部的基板，改質(zhì)區(qū)域優(yōu)選形成在基板的內(nèi)部。在此情況下，通過沿著切斷預定線的所希望的部分使激光進行脈沖振蕩，并且沿著該所希望的部分以外的部分使激光進行連續(xù)振蕩，由此，可以在基板的內(nèi)部沿著所希望的部分確實地形成改質(zhì)區(qū)域。
另外，改質(zhì)區(qū)域優(yōu)選形成在與表面、與表面?zhèn)榷瞬康木嚯x為5μm～20μm的位置處。另外，改質(zhì)區(qū)域優(yōu)選形成在與表面以及與背面?zhèn)榷瞬康木嚯x為[5+(基板的厚度)×0.1]μm～[20+(基板的厚度)×0.1]μm的位置。在此，所謂「距離」只要無特別限定，均指沿著基板的厚度方向的距離。
在上述的情況下，例如，如果將擴張帶等能擴張的薄膜貼在基板的背面上并加以擴張，就會沿切斷預定線使基板及層疊部被切斷。此時，如果在上述位置形成有改質(zhì)區(qū)域，則能進行層疊部的高精度切斷。
另外，在層疊部沿著切斷預定線的規(guī)定部分包含金屬膜或絕緣膜的情況下，優(yōu)選在該規(guī)定的部分使激光進行連續(xù)振蕩。此時，相比于沿著該規(guī)定的部分使激光進行脈沖振蕩的情況，可以進一步減少對層疊部造成的損傷。因此，在切斷基板及層疊部時，可以提高切斷預定線的規(guī)定部分上的層疊部的切斷精度。
另外，在切斷預定線交叉的部分，優(yōu)選使激光進行脈沖振蕩。如此一來，在加工對象物的內(nèi)部沿著切斷預定線交叉的部分確實地形成改質(zhì)區(qū)域。因此，可以提高切斷預定線交叉的部分上的加工對象物的切斷精度。
另外，在形成改質(zhì)區(qū)域之后，優(yōu)選沿著切斷預定線來切斷加工對象物。如此一來，可以以高精度地沿著切斷預定線切斷加工對象物。
另外，本發(fā)明的半導體裝置的特征在于，它是使用上述的激光加工方法而制造的。該半導體裝置具有被高精度地切斷而成的切斷面。
根據(jù)本發(fā)明可以在加工對象物的內(nèi)部沿著切斷預定線的所希望的部分確實地形成改質(zhì)區(qū)域。
圖1是利用本實施方式相關(guān)的激光加工方法的激光加工中的加工對象物的平面圖。
圖2是圖1所示加工對象物的沿著II-II線的剖面圖。
圖3是利用本實施方式相關(guān)的激光加工方法的激光加工后的加工對象物的平面圖。
圖4是圖3所示加工對象物的沿著IV-IV線的剖面圖。
圖5是圖3所示加工對象物的沿著V-V線的剖面圖。
圖6是利用本實施方式相關(guān)的激光加工方法來切斷的加工對象物的平面圖。
圖7是表示本實施方式相關(guān)的激光加工方法中的電場強度與裂縫處大小的關(guān)系的曲線圖。
圖8是本實施方式相關(guān)的激光加工方法的第1工序中的加工對象物的剖面圖。
圖9是本實施方式相關(guān)的激光加工方法的第2工序中的加工對象物的剖面圖。
圖10是本實施方式相關(guān)的激光加工方法的第3工序中的加工對象物的剖面圖。
圖11是本實施方式相關(guān)的激光加工方法的第4工序中的加工對象物的剖面圖。
圖12是表示利用本實施方式相關(guān)的激光加工方法來切斷的硅晶片的一部分截面的照片的圖。
圖13是表示本實施方式相關(guān)的激光加工方法中的激光的波長與硅基板內(nèi)部的透過率的關(guān)系的曲線圖。
圖14是本實施方式激光加工方法中的加工對象物的平面圖。
圖15是圖14所示加工對象物的沿著XV-XV線的部分剖面圖。
圖16是用來說明本實施方式的激光加工方法的圖，(a)是加工對象物貼有保護帶的狀態(tài)，(b)是正在對加工對象物照射激光的狀態(tài)。
圖17是用來說明本實施方式的激光加工方法的圖，(a)是加工對象物貼有擴張帶的狀態(tài)，(b)是正在對保護帶照射紫外線的狀態(tài)。
圖18是用來說明本實施方式的激光加工方法的圖，(a)是自加工對象物剝下保護帶之后的狀態(tài)，(b)是使擴張帶擴張后的狀態(tài)。
圖19是表示利用本實施方式的激光加工方法而形成有改質(zhì)區(qū)域的加工對象物的一部分的平面圖。
圖20是圖19所示加工對象物的沿著XX-XX線的部分剖面圖。
圖21是本實施方式激光加工方法的一實施例中的加工對象物的平面圖，(a)是在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域之后的狀態(tài)，(b)是切斷加工對象物之后的狀態(tài)。
圖22是表示利用本實施方式的激光加工方法的一實施例來切斷的加工對象物的切斷面的照片的圖。
圖23是激光加工方法的一例加工對象物的平面圖，(a)是在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域之后的狀態(tài)，(b)是切斷加工對象物之后的狀態(tài)。
圖24是表示激光加工方法的一例中的加工對象物的切斷面的照片的圖。
符號說明1加工對象物 25半導體芯片(半導體裝置)3表面 71質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域4基板 71a表面?zhèn)榷瞬?a切斷面(側(cè)面) 71b背面?zhèn)榷瞬?切斷預定線 CP切斷預定線交叉的部分
7改質(zhì)區(qū)域 L激光8切斷起點區(qū)域 M金屬膜13熔融處理區(qū)域 P聚光點16層疊部 RC切斷預定線的規(guī)定部分具體實施方式
以下參照附圖詳細說明本發(fā)明合適的實施方式。本實施方式的激光加工方法中，為了在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域而利用被稱為多光子吸收的現(xiàn)象。因此，首先說明用來以多光子吸收來形成改質(zhì)區(qū)域的激光加工方法。
若光子的能量hv比材料吸收的能帶間隙EG更小，則光學上呈透明。因此，材料產(chǎn)生吸收的條件為hv＞EG。然而，即便光學上呈透明，若使激光的強度變得非常大，則材料在nhv＞EG的條件(n＝2，3，4，…)下產(chǎn)生吸收。此現(xiàn)象被稱為多光子吸收。在脈沖波的情況下，激光的強度取決于激光聚光點的峰值功率密度(W/cm2)，例如，多光子吸收在峰值功率密度為1×108(W/cm2)以上的條件下產(chǎn)生。峰值功率密度由(聚光點中激光的每1個脈沖的能量)÷(激光的光束點的截面積×脈沖寬度)來求得。另外，在連續(xù)波的情況下，激光的強度取決于激光的聚光點的電場強度(W/cm2)。
對于利用這樣的多光子吸收的本實施方式相關(guān)的激光加工方法的原理，參照圖1～圖6說明。如圖1所示，在晶片狀(板狀)加工對象物1的表面3有用于切斷加工對象物1的切斷預定線5。切斷預定線5是以直線狀延伸的假想線。在本實施方式相關(guān)的激光加工方法中，如圖2所示，在多光子吸收產(chǎn)生的條件下，將聚光點P對準于加工對象物1的內(nèi)部照射激光L，從而形成改質(zhì)區(qū)域7。另外，聚光點P是指激光L聚光的位置處。另外，切斷預定線5不限于直線狀也可以是曲線狀，并且不限于假想線也可以是實際畫在加工對象物1上的線。
另外，通過使激光L沿著切斷預定線5(即，往圖1的箭頭A方向)相對地移動，使聚光點P沿著切斷預定線5移動。如此一來，如圖3～圖5所示，改質(zhì)區(qū)域7沿著切斷預定線5形成在加工對象物1的內(nèi)部，該改質(zhì)區(qū)域7成為切斷起點區(qū)域8。在此，切斷起點區(qū)域8是指加工對象物1被切斷時作為切斷(切割)起點的區(qū)域。該切斷起點區(qū)域8，可以通過使改質(zhì)區(qū)域7連續(xù)狀地形成來形成，或者，使改質(zhì)區(qū)域7間斷地形成來形成。
本實施方式的激光加工方法并不是加工對象物1吸收激光L，從而使加工對象物1發(fā)熱而形成改質(zhì)區(qū)域7的方法。而是使激光L透過加工對象物1，在加工對象物1的內(nèi)部產(chǎn)生多光子吸收以形成改質(zhì)區(qū)域7。因此，由于在加工對象物1的表面3上激光L幾乎不會被吸收，因此，加工對象物1的表面3不會熔融。
如果在加工對象物1的內(nèi)部形成切斷起點區(qū)域8，則容易以該切斷起點區(qū)域8作為起點發(fā)生裂開，故如圖6所示，能以較小的力量切斷加工對象物1。因此，在加工對象物1的表面3不發(fā)生大幅偏離切斷預定線5的不必要的裂開的情況下，可以以高精度地切斷加工對象物1。
以該切斷起點區(qū)域8作為起點的加工對象物1的切斷有以下2種情況。1種情況是，在形成切斷起點區(qū)域8之后，通過對加工對象物1施加人為的力量，使加工對象物1以切斷起點區(qū)域8作為起點裂開，從而將加工對象物1切斷的情況。這是對于例如加工對象物1的厚度大時所采用的切斷方法。所謂施加人為的力量是指，例如，對加工對象物1沿著加工對象物1的切斷起點區(qū)域8施加彎曲應力或剪切應力，或者，對加工對象物1賦予溫度差由此產(chǎn)生熱應力的情況。另一種情況是，通過形成切斷起點區(qū)域8，以切斷起點區(qū)域8為起點往加工對象物1的截面方向(厚度方向)自然地裂開，其結(jié)果使加工對象物1切斷的情況。其在例如加工對象物1的厚度小的情況下，可以由1列改質(zhì)區(qū)域7來形成切斷起點區(qū)域8，在加工對象物1的厚度大的情況下，可以由厚度方向上形成的多列改質(zhì)區(qū)域7來形成切斷起點區(qū)域8。另外，在此自然裂開的情況下，同樣地，在切斷之處，裂開不會進行至與未形成有切斷起點區(qū)域8的部位對應的部分的表面3上，可以僅僅割斷與形成有切斷起點區(qū)域8的部位對應的部分，因此能夠良好地控制割斷。近年來，硅晶片等加工對象物1的厚度有變薄的趨勢，因此這種控制性良好的割斷方法是非常有效的。
另外，在本實施方式相關(guān)的激光加工方法中，由多光子吸收來形成的改質(zhì)區(qū)域有以下(1)～(3)的情況。
(1)改質(zhì)區(qū)域包含1個或多個裂縫的裂縫區(qū)域的情況將聚光點對準于加工對象物(例如由玻璃或LiTaO3所構(gòu)成的壓電材料)的內(nèi)部，以聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上、且脈沖寬度為1μs以下的條件照射激光。該脈沖寬度的大小是，產(chǎn)生多光子吸收、并在加工對象物的表面不產(chǎn)生額外的損傷，可以僅僅在加工對象物的內(nèi)部形成裂縫區(qū)域的條件。如此一來，在加工對象物的內(nèi)部發(fā)生由多光子吸收所引起的被稱作光學性損傷的現(xiàn)象。該光學性損傷使加工對象物的內(nèi)部產(chǎn)生熱應變，由此在加工對象物的內(nèi)部形成裂縫區(qū)域。電場強度的上限值為，例如1×1012(W/cm2)。脈沖寬度優(yōu)選為，例如1ns～200ns。另外，關(guān)于由多光子吸收所引起的裂縫區(qū)域的形成，例如記載于第45屆激光熱加工研究會論文集(1998年12月)的第23頁～第28頁的“以固體激光高次諧波來進行的玻璃基板內(nèi)部標記”。
本發(fā)明者通過實驗獲得了電場強度與裂縫大小的關(guān)系。實驗條件如下所述。
(A)加工對象物PYREX(注冊商標)玻璃(厚度700μm)(B)激光光源半導體激光激發(fā)Nd:YAG激光波長1064nm激光點截面積3.14×10-8cm2振蕩形態(tài)Q開關(guān)脈沖重復頻率100kHz脈沖寬度30ns輸出輸出＜1mJ/脈沖激光質(zhì)量TEM00偏光特性直線偏振光(C)聚光用透鏡相對激光波長的透過率60％(D)用來裝載加工對象物的裝載臺的移動速度100mm/秒另外，所謂激光質(zhì)量為TEM00，是指聚光性高、可以聚光至激光的波長程度的意思。
圖7是表示上述實驗結(jié)果的曲線圖。橫軸為峰值功率密度，由于激光為脈沖激光，故電場強度以峰值功率密度來表示?？v軸表示由1個脈沖的激光而形成在加工對象物內(nèi)部的裂縫部分(裂縫處)的大小。裂縫處集合成為裂縫區(qū)域。裂縫處的大小，是裂縫處的形狀中呈最大長度的部分的大小。曲線圖中以黑圓點表示的數(shù)據(jù)，是聚光用透鏡(C)的倍率為100倍、數(shù)值孔徑(NA)為0.80的情況。另一方面，曲線圖中以白圓點表示的數(shù)據(jù)，是聚光用透鏡(C)的倍率為50倍、數(shù)值孔徑(NA)為0.55的情況。由此得知加工對象物的內(nèi)部自峰值功率密度為約1011(W/cm2)起產(chǎn)生裂縫處，峰值功率密度越大，裂縫處也就越大。
其次，就利用裂縫區(qū)域形成來進行加工對象物的切斷的機制，參照圖8～圖11來進行說明。如圖8所示，在多光子吸收發(fā)生的條件下，將聚光點P對準于加工對象物1的內(nèi)部來照射激光L，從而在內(nèi)部沿著切斷預定線形成裂縫區(qū)域9。裂縫區(qū)域9是包含1個或多個裂縫的區(qū)域。如此形成的裂縫區(qū)域9成為切斷起點區(qū)域。如圖9所示，裂縫以裂縫區(qū)域9作為起點(即，以切斷起點區(qū)域作為起點)進一步成長，如圖10所示，裂縫到達加工對象物1的表面3及背面21，如圖11所示，加工對象物1裂開，從而使加工對象物1被切斷。到達于加工對象物1的表面3及背面21的裂縫，有自然成長的情況，也有對加工對象物1施加力量而成長的情況。
(2)改質(zhì)區(qū)域為熔融處理區(qū)域的情況將聚光點對準于加工對象物(例如，硅那樣的半導體材料)的內(nèi)部，以聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上、且脈沖寬度為1μs以下的條件來照射激光。如此一來，加工對象物的內(nèi)部由于多光子吸收而被局部加熱。由于該加熱在加工對象物的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域。所謂熔融處理區(qū)域，是熔融后再固化了的區(qū)域、正好處于熔融狀態(tài)的區(qū)域、或處于自熔融狀態(tài)開始進行再固化的狀態(tài)的區(qū)域，也可以稱作相變化的區(qū)域或結(jié)晶結(jié)構(gòu)改變的區(qū)域。另外，所謂熔融處理區(qū)域，在單結(jié)晶結(jié)構(gòu)、非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、多結(jié)晶結(jié)構(gòu)中，也可以是某一結(jié)構(gòu)改變?yōu)榱硗獾慕Y(jié)構(gòu)的區(qū)域。即，例如，意味著自單結(jié)晶結(jié)構(gòu)改變?yōu)榉蔷з|(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)域、自單結(jié)晶結(jié)構(gòu)改變?yōu)槎嘟Y(jié)晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、自單結(jié)晶結(jié)構(gòu)改變?yōu)榘蔷з|(zhì)結(jié)構(gòu)及多結(jié)晶結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的區(qū)域。在加工對象物為硅單結(jié)晶結(jié)構(gòu)的情況下，熔融處理區(qū)域例如為非晶質(zhì)硅結(jié)構(gòu)。電場強度的上限值為，例如1×1012(W/cm2)。脈沖寬度優(yōu)選為，例如1ns～200ns。
本發(fā)明者通過實驗確認了在硅晶片的內(nèi)部形成熔融處理區(qū)域的情況。實驗條件如下所述。
(A)加工對象物硅晶片(厚度350μm、外徑4英時)(B)激光光源半導體激光激發(fā)Nd:YAG激光波長1064nm激光點截面積3.14×10-8cm2振蕩型態(tài)Q開關(guān)脈沖重復頻率100kHz脈沖寬度30ns輸出20μJ/脈沖激光質(zhì)量TEM00偏光特性直線偏振光(C)聚光用透鏡倍率50倍N.A.0.55相對激光波長的透過率60％(D)用來裝載加工對象物的裝載臺的移動速度100mm/秒圖12是表示在上述條件下通過激光加工而被切斷的硅晶片的一部分的截面照片的圖。在硅晶片11的內(nèi)部形成有熔融處理區(qū)域13。另外，以上述條件形成的熔融處理區(qū)域13的厚度方向上的大小約為100μm。
說明熔融處理區(qū)域13通過多光子吸收而形成的情況。圖13是表示激光的波長與硅基板內(nèi)部的透過率的關(guān)系的曲線圖。其去除了硅基板的表面?zhèn)燃氨趁鎮(zhèn)雀髯缘姆瓷涑煞?，僅表示內(nèi)部的透過率。分別對硅基板的厚度t為50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm的各種情況表示上述的關(guān)系。
例如，在Nd:YAG激光的波長為1064nm、硅基板的厚度為500μm以下的情況下，可知在硅基板的內(nèi)部激光透過80％以上。由于圖12所示的硅晶片11的厚度為350μm，故由多光子吸收所產(chǎn)生的熔融處理區(qū)域13形成在硅晶片11的中心附近，即，自表面算起175μm的部分處。此時的透過率若以厚度為200μm的硅晶片作為參考，則為90％以上，因此，激光幾乎全部透過，僅有很少一部分在硅晶片11的內(nèi)部被吸收。這個結(jié)果意味著激光在硅晶片11的內(nèi)部被吸收，熔融處理區(qū)域13并非形成在硅晶片11的內(nèi)部(即，熔融處理區(qū)域并非由激光所引起的通常的加熱而形成)，熔融處理區(qū)域13是由多光子吸收而形成的。由多光子吸收所引起的熔融處理區(qū)域的形成，例如記載在日本的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「利用皮秒(picosecond)脈沖激光的硅加工特性評價」中。
另外，硅晶片以熔融處理區(qū)域所形成的切斷起點區(qū)域作為起點往截面方向發(fā)生裂開，該裂開到達硅晶片的表面及背面，其結(jié)果硅晶片被切斷。到達硅晶片的表面及背面的該裂開，有自然成長的情況，也有對硅晶片施加力量而成長的情況。另外，裂開自切斷起點區(qū)域自然成長至硅晶片的表面及背面的情況中，又有以下的任意一種情況裂開自形成切斷起點區(qū)域的熔融處理區(qū)域正熔融的狀態(tài)開始進行成長的情況；在自形成切斷起點區(qū)域的熔融處理區(qū)域正熔融的狀態(tài)開始再進行固化時，裂開進行成長的情況。但是，無論在任意一種情況下，熔融處理區(qū)域均僅僅形成在硅晶片的內(nèi)部，在切斷后的切斷面上，則如圖12所示，僅僅在內(nèi)部形成有熔融處理區(qū)域。如上所述，如果在加工對象物的內(nèi)部由熔融處理區(qū)域來形成切斷起點區(qū)域，則在割斷時，難以發(fā)生偏離切斷起點區(qū)域線的不必要的裂開，故割斷控制變得容易。
(3)改質(zhì)區(qū)域為折射率變化區(qū)域的情況將聚光點對準于加工對象物(例如玻璃)的內(nèi)部，以聚光點的電場強度為1×108(W/cm2)以上、且脈沖寬度為1ns以下的條件來照射激光。若使脈沖寬度極短、使多光子吸收發(fā)生在加工對象物的內(nèi)部，則由多光子吸收所產(chǎn)生的能量不會轉(zhuǎn)換為熱能量，在加工對象物的內(nèi)部引起離子價態(tài)變化、結(jié)晶化或定向極化等的永久性的結(jié)構(gòu)變化，從而形成折射率變化區(qū)域。電場強度的上限值例如為1×1012(W/cm2)。脈沖寬度優(yōu)選為例如1ns以下，更優(yōu)選為1ps以下。多光子吸收所引起的折射率變化區(qū)域的形成，例如記載在日本第42屆激光熱加工研究會論文集(1997年11月)第105頁～第111頁的“利用飛秒(femtosecond)激光照射來對玻璃內(nèi)部進行的光誘導結(jié)構(gòu)形成”。
以上，作為由多光子吸收來形成的改質(zhì)區(qū)域，說明了(1)～(3)的情況，但是，若考慮到晶片狀的加工對象物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、以及其解理性等從而以如下方式形成切斷起點區(qū)域的話，則能以該切斷起點區(qū)域為起點以更小的力量且精度良好地切斷加工對象物。
即，在由硅等的鉆石結(jié)構(gòu)的單結(jié)晶半導體所構(gòu)成的基板的情況下，優(yōu)選在沿著(111)面(第1解理面)、(110)面(第2解理面)的方向上形成切斷起點區(qū)域。另外，在由GaAs等的閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的III-V族化合物半導體所構(gòu)成的基板的情況下，優(yōu)選在沿著(110)面的方向上形成切斷起點區(qū)域。進一步，在藍寶石(Al2O3)等具有六方晶系的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基板的情況下，優(yōu)選將(0001)面(C面)作為主面沿著(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向上形成切斷起點區(qū)域。
另外，如果在基板上沿著上述的應形成切斷起點區(qū)域的方向(例如，在單結(jié)晶硅基板上沿著(III)面的方向)、或與應形成切斷起點區(qū)域的方向垂直的方向上形成定向平面(orientation flat)，則通過將此定向平面作為基準，可以容易并且正確地在基板上形成沿著應形成切斷起點區(qū)域的方向上的切斷起點區(qū)域。
接下來說明本發(fā)明合適的實施方式。圖14是本實施方式激光加工方法的加工對象物的平面圖，圖15是圖14所示的加工對象物的沿著XV-XV線的部分剖面圖。
如圖14及圖15所示，在本實施方式中，加工對象物1具備，例如由硅構(gòu)成的厚度為300μm的基板4，和包含多個功能元件15并形成于基板4的表面3的層疊部16。功能元件15具有層疊于基板4的表面3的層間絕緣膜17a、配置在層間絕緣膜17a上的配線層19a、以覆蓋配線層19a的方式層疊在層間絕緣膜17a上的層間絕緣膜17b、以及、配置在層間絕緣膜17b上的配線層19b。配線層19a與基板4由貫穿層間絕緣膜17a的導電性襯套(plug)20a來電連接；配線層19b與配線層19a由貫穿層間絕緣膜17b的導電性襯套20b來電連接。
作為功能元件15，可以舉出例如，由結(jié)晶成長而形成的半導體動作層、光電二極管等的受光元件、激光二極管等的發(fā)光元件、形成為電路的電路元件、半導體裝置等。
另外，多個功能元件15在與基板4的定向平面6平行方向上以及垂直的方向上形成為矩陣狀；層間絕緣膜17a、17b以覆蓋基板4的表面3全體的方式跨過相鄰的功能元件15、15之間而形成。
將如上述地構(gòu)成的加工對象物1以如下方式按每個功能元件15進行切斷。首先，如圖16(a)所示，對加工對象物1以覆蓋層疊部16的方式貼上保護帶22。接著，如圖16(b)所示，使基板4的背面21朝向上方，將加工對象物1固定在激光加工裝置的裝載臺(未圖示)上。此時，由于利用保護帶22避免了層疊部16直接接觸于裝載臺，故可以保護各功能元件15。
另外，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(參照圖14的虛線)，以背面21作為激光入射面將聚光點P對準于基板4的內(nèi)部，以多光子吸收發(fā)生的條件照射激光L，同時，通過載置臺的移動使聚光點P沿著切斷預定線5進行掃描。
在本實施方式中，對1條切斷預定線5進行6次沿著切斷預定線5的聚光點P的掃描，并且，通過每次掃描都改變對準聚光點P的位置的距背面21的距離，從而在基板4的內(nèi)部沿著切斷預定線5從表面3側(cè)依序在每1列形成1列的質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71；3列的截斷改質(zhì)區(qū)域72；以及，2列的HC(半切(half cut))改質(zhì)區(qū)域73。各改質(zhì)區(qū)域71、72、73成為在切斷加工對象物1時的切斷起點。另外，由于本實施方式的基板4是由硅所構(gòu)成的半導體基板，故各改質(zhì)區(qū)域71、72、73是熔融處理區(qū)域。另外，改質(zhì)區(qū)域71、72、73與上述的改質(zhì)區(qū)域7同樣，可以由連續(xù)形成的改質(zhì)區(qū)域構(gòu)成，也可以由以規(guī)定間隔間斷地形成的改質(zhì)區(qū)域構(gòu)成。
如此，由于將各改質(zhì)區(qū)域71、72、73以距離基板4的背面21由遠而近、每次一列的方式來形成，故在形成各改質(zhì)區(qū)域71、72、73時，在激光入射面——背面21與激光L的聚光點P之間不存在改質(zhì)區(qū)域，因此，不會發(fā)生已經(jīng)形成的改質(zhì)區(qū)域所引起的激光L的散射、吸收等。因此，可以將各改質(zhì)區(qū)域71、72、73沿著切斷預定線5精度良好地形成在基板4的內(nèi)部。另外，通過將基板4的背面21作為激光入射面，即使在層疊部16的切斷預定線5上存在反射激光L的部件(例如，TEG)的情況下，也可以在基板4的內(nèi)部確實地形成沿著切斷預定線5的各改質(zhì)區(qū)域71、72、73。
在形成各改質(zhì)區(qū)域71、72、73之后，如圖17(a)所示，在加工對象物1的基板4的背面21貼上擴張帶23。接著，如圖17(b)所示，對保護帶22照射紫外線，以降低其粘著力，再如圖18(a)所示，從加工對象物1的層疊部16剝下保護帶22。
剝下保護帶22之后，如圖18(b)所示，使擴張帶23擴張，以各改質(zhì)區(qū)域71、72、73為起點發(fā)生裂開，從而將基板4及層疊部16沿著切斷預定線5切斷的同時，將切斷所獲得的各半導體芯片25(半導體裝置)互相分開。
在此，對改質(zhì)區(qū)域71、72、73的形成方法進行詳細說明。圖19是表示形成有改質(zhì)區(qū)域71、72、73的加工對象物1的一部分的平面圖，圖20是圖19所示的加工對象物1沿著XX-XX線的部分剖面圖。
質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71是通過在照射激光L時選擇性地切換連續(xù)振蕩和脈沖振蕩而形成的。激光L的振蕩，例如是利用控制激光L的電源控制器(未圖示)來切換的。當使激光L進行脈沖振蕩時，相比于使激光L進行連續(xù)振蕩的情況其能量較高超過加工臨界值，可以在基板4的內(nèi)部確實地形成質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71。因此，使激光L沿著切斷預定線5的所希望部分RP進行脈沖振蕩，通過使激光L沿著其所希望部分RP以外的部分(規(guī)定部分)RC進行連續(xù)振蕩，可以在基板4的內(nèi)部沿著所希望部分RP確實地形成質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71。
另外，由于沿著規(guī)定部分RC使激光L進行連續(xù)振蕩，因此能量較低不超過加工臨界值，相比于沿著規(guī)定部分RC使激光L進行脈沖振蕩的情況，可以降低激光L對層疊部16給予的損傷。因此，在切斷基板4以及層疊部16時，可以提高切斷預定線5的規(guī)定部分RC上的層疊部16的切斷精度。因此，如圖18(b)所示，使用本實施方式的激光加工方法所制造出的半導體芯片25中，基板4的切斷面(側(cè)面)4a、以及層疊部16的切斷面(側(cè)面)16a成為凹凸被抑制的高精度切斷面。
另外，在本實施方式中，如圖19及圖20所示，金屬膜M沿著切斷預定線5的規(guī)定部分RC設置在層疊部16內(nèi)。在沿著該規(guī)定部分RC的基板4的內(nèi)部，從降低在上述層疊部16上產(chǎn)生的損傷的觀點來看，優(yōu)選不形成質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71。若金屬膜M設置在層疊部16內(nèi)，則容易在層疊部16上產(chǎn)生損傷。如下所述事實被認為是產(chǎn)生該損傷的原因。有時由于用來使激光L聚光的透鏡的像差等的影響，激光L的一部分成分會被聚集在金屬膜M上。在此情況下，激光L被金屬膜M反射，改質(zhì)區(qū)域因反射光而形成在基板4、層疊部16的內(nèi)部、或基板4與層疊部16的界面。特別是在基板4的背面21為入射面的情況下，在從距離入射面遠的一側(cè)形成改質(zhì)區(qū)域時，容易受到透鏡的像差的影響。另外，層疊部16由于相比于基板4用于形成改質(zhì)區(qū)域所必要的能量的閾值低，故在層疊部16內(nèi)容易形成改質(zhì)區(qū)域。但是，在層疊部16上產(chǎn)生損傷的原因并不限定于這些。
作為金屬膜M可以舉出構(gòu)成試驗用元件組(TEG)的金屬配線、金屬墊等。另外，金屬膜M也可以是因熱而剝離的膜。另外，也可以用低電容率膜(low-k膜)等絕緣膜來代替金屬膜M，并將其設置在層疊部16內(nèi)。該絕緣膜也可以是因熱而剝離的膜。作為低電容率膜例如可以舉出電容率比3.8(SiO2的電容率)更小的膜。
另外，如圖19所示，在切斷預定線5交叉的部分CP，優(yōu)選使激光L進行脈沖振蕩。如此一來，質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71確實地沿著切斷預定線5交叉的部分CP而形成在基板4的內(nèi)部。因此，在切斷基板4及層疊部16時，可以防止在切斷預定線5交叉的部分CP上產(chǎn)生碎屑(chipping)等。因此，能進一步提高基板4及層疊部16的切斷精度。
另外，如圖20所示，優(yōu)選在與基板4的表面3以及與質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71的表面?zhèn)榷瞬?1a的距離為5μm～20μm的位置、或者、在與基板4的表面3以及與質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71的背面?zhèn)榷瞬?1b的距離為[5+(基板4的厚度)×0.1]μm～[20+(基板4的厚度)×0.1]μm的位置，形成1列質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71。在此，例如，如果將作為可擴張的薄膜的擴張帶23貼在基板4的背面21并加以擴張，則基板4以及層疊部16沿著切斷預定線5被切斷。此時，若在上述位置形成有質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71，則可以進行層疊部16(在此為層間絕緣膜17a、17b)的高精度的切斷。另外，即使在基板4厚度為300μm這樣的厚度較厚的情況下，仍能進行基板4及層疊部16的高精度的切斷。
另外，在截斷改質(zhì)區(qū)域72的形成中，以在基板4的厚度方向上連續(xù)的方式，形成例如3列截斷改質(zhì)區(qū)域72。進一步，在HC改質(zhì)區(qū)域73的形成中，如圖16(b)所示，通過形成例如2列HC改質(zhì)區(qū)域73，使沿著切斷預定線5的裂開24自HC改質(zhì)區(qū)域73產(chǎn)生到基板4的背面21處。另外，按照形成條件的不同，有時在相鄰的截斷改質(zhì)區(qū)域72與HC改質(zhì)區(qū)域73之間也發(fā)生裂開24。如果將擴張帶23貼在基板4的背面21并加以擴張，則經(jīng)由在厚度方向上連續(xù)地形成的3列截斷改質(zhì)區(qū)域72，自基板4往層疊部16平穩(wěn)地進行裂開，其結(jié)果，能精度良好地沿著切斷預定線5切斷基板4及層疊部16。
另外，只要能使裂開自基板4平穩(wěn)地往層疊部16進行，則截斷改質(zhì)區(qū)域72就不限定于3列。一般來說，若基板4薄就要減少截斷改質(zhì)區(qū)域72的列數(shù)，若基板4厚就要增加截斷改質(zhì)區(qū)域72的列數(shù)。另外，只要能使裂開自基板4平穩(wěn)地往層疊部16進行，則截斷改質(zhì)區(qū)域72也可以是互相分開的形態(tài)。進一步，只要能確實地使裂開24自HC改質(zhì)區(qū)域73進行至基板4的背面21，則HC改質(zhì)區(qū)域73也可以為1列。
以上對本發(fā)明合適的實施方式進行了詳細說明，但本發(fā)明不限定于上述實施方式。
例如，在上述的實施方式中，在形成質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71時有選擇性地切換了脈沖振蕩與連續(xù)振蕩，但在形成其它改質(zhì)區(qū)域時也可以有選擇性地切換脈沖振蕩與連續(xù)振蕩。作為其它改質(zhì)區(qū)域，例如可以舉出截斷改質(zhì)區(qū)域72、HC改質(zhì)區(qū)域73等。其中，從提高切斷精度的觀點考慮，在形成最靠近裝置側(cè)的質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71時，優(yōu)選有選擇性地切換脈沖振蕩與連續(xù)振蕩。
另外，加工對象物1也可以是GaAs晶片或厚度100μm以下的硅晶片。此時，通過在加工對象物1的內(nèi)部沿著切斷預定線5形成1列改質(zhì)區(qū)域，可以以非常高的精度進行加工對象物1的切斷。
另外，改質(zhì)區(qū)域71、72、73并不限定于通過在加工對象物1內(nèi)部發(fā)生的多光子吸收來形成。改質(zhì)區(qū)域71、72、73也可以通過在加工對象物1內(nèi)部發(fā)生與多光子吸收等同的光吸收來形成。
另外，雖然在本實施方式中使用硅制半導體晶片來作為加工對象物1，但半導體晶片的材料不限定于此。作為半導體晶片的材料，例如可以舉出硅以外的IV族元素半導體、包含SiC那樣的IV族元素的化合物半導體、包含III-V族元素的化合物半導體、包含II-VI族元素的化合物半導體、以及、摻雜有各種摻雜物的半導體等。
以下，對本實施方式的激光加工方法的一實施例進行詳細說明，但本發(fā)明不限定于改實施例。圖21(a)及圖21(b)是本實施例的激光加工方法中的加工對象物的平面圖。圖22是表示圖21(b)所示加工對象物的基板的切斷面4a的照片的圖，其對應于圖20。
首先，沿著位于功能元件15、15間的切斷預定線5的所希望的部分RP，使激光L進行脈沖振蕩，從而在加工對象物的內(nèi)部形成質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71。另一方面，沿著切斷預定線5的規(guī)定部分RC使激光L進行連續(xù)振蕩，從而在加工對象物的內(nèi)部不形成質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71。另外，基板的背面21為激光的入射面。其次，沿著切斷預定線5形成截斷改質(zhì)區(qū)域72及HC改質(zhì)區(qū)域73。其結(jié)果，如圖21(a)所示，雖然沿著切斷預定線5的規(guī)定部分RC的層疊部16中包含有金屬膜M，但未確認到由激光造成的層疊部16的損傷。
在形成改質(zhì)區(qū)域71、72、73之后，在加工對象物上貼上擴張帶，通過由擴張裝置使擴張帶擴張切斷加工對象物(參照圖21(b))。如圖21(b)所示，在切斷面16a上看不到凹凸，確認了其已被高精度地切斷的事實。拍攝這樣被切斷的加工對象物的基板的切斷面4a所得的照片，顯示于圖22中。如圖22所示，在沿著切斷預定線5的規(guī)定部分RC的加工對象物的內(nèi)部并未形成有質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域71。
接著說明在上述實施例中形成改質(zhì)區(qū)域71、72、73時的激光加工條件。激光L的脈沖寬度為180ns，激光L的照射位置間隔(脈沖間距)為4μm，激光L的頻率為75kHz。另外，裝載有加工對象物的裝載臺的移動速度為300mm/s。再者，自作為入射面的背面21至聚光點P為止的距離(聚光點位置)、激光L的能量、以及單位時間能量之間的關(guān)系如表1所示。
表1
另一方面，圖23(a)及圖23(b)是激光加工方法的一例中的加工對象物的平面圖。圖24是表示圖23(b)所示加工對象物的基板的切斷面104a的照片的圖。
首先，通過沿著位于功能元件115、115間的切斷預定線105照射激光，從而在加工對象物的內(nèi)部形成改質(zhì)區(qū)域171、172、173。另外，基板的背面121為激光的入射面。在此情況下，如圖23(a)所示，由于沿著切斷預定線105照射激光，因此在包含金屬膜100M的層疊部116上產(chǎn)生膜的剝離等的損傷。
在形成改質(zhì)區(qū)域171、172、173之后，在加工對象物上貼上擴張帶，通過由擴張裝置使擴張帶擴張來切斷加工對象物(參照圖23(b))。如圖23(b)所示，可以在切斷面116a上看到凹凸，確認到切斷精度不足。拍攝這樣切斷的加工對象物的基板的104a所得的照片顯示于圖24。如圖24所示，在加工對象物的內(nèi)部沿著切斷預定線105形成有改質(zhì)區(qū)域171。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，可以在加工對象物的內(nèi)部沿著切斷預定線的所希望部分確實地形成改質(zhì)區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種激光加工方法，其特征在于，通過將聚光點對準于板狀加工對象物的內(nèi)部照射激光，在加工對象物的內(nèi)部沿加工對象物的切斷預定線形成成為切斷起點的改質(zhì)區(qū)域，在照射激光時，有選擇性地切換連續(xù)振蕩和脈沖振蕩。
2.如權(quán)利要求
1所述的激光加工方法，其特征在于，所述加工對象物是在表面上形成有層疊部的基板，所述改質(zhì)區(qū)域形成在所述基板的內(nèi)部。
3.如權(quán)利要求
2所述的激光加工方法，其特征在于，所述改質(zhì)區(qū)域形成在與所述表面以及與表面?zhèn)榷瞬康木嚯x為5μm～20μm的位置處。
4.如權(quán)利要求
2所述的激光加工方法，其特征在于，所述改質(zhì)區(qū)域形成在與所述表面以及與背面?zhèn)榷瞬康木嚯x為[5+(所述基板的厚度)×0.1]μm～[20+(所述基板的厚度)×0.1]μm的位置處。
5.如權(quán)利要求
2所述的激光加工方法，其特征在于，在所述層疊部沿著所述切斷預定線的規(guī)定部分包含金屬膜或絕緣膜的情況下，在該規(guī)定部分使所述激光進行連續(xù)振蕩。
6.如權(quán)利要求
1所述的激光加工方法，其特征在于，在所述切斷預定線交叉的部分使所述激光進行脈沖振蕩。
7.如權(quán)利要求
1所述的激光加工方法，其特征在于，在形成所述改質(zhì)區(qū)域之后，沿所述切斷預定線切斷所述加工對象物。
8.一種半導體裝置，其特征在于，是使用權(quán)利要求
1中記載的激光加工方法來制造的。
專利摘要
本發(fā)明提供一種可以在加工對象物的內(nèi)部沿著切斷預定線的所希望的部分確實地形成改質(zhì)區(qū)域的激光加工方法。在該激光加工方法中，將聚光點(P)對準于基板(4)的內(nèi)部照射激光(L)，從而在基板(4)的內(nèi)部沿切斷預定線(5)形成成為切斷起點的質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域(71)。此時，沿切斷預定線(5)的所希望的部分(RP)使激光(L)進行脈沖振蕩，并沿切斷預定線(5)的規(guī)定部分(RC)使激光(L)進行連續(xù)振蕩。由此，在沿著切斷預定線(5)的所希望部分(RP)的基板(4)的內(nèi)部形成質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域(71)，并且在沿著切斷預定線(5)的規(guī)定部分RC的基板(4)的內(nèi)部不形成質(zhì)量改質(zhì)區(qū)域(71)。
文檔編號B23K101/40GK1993201SQ200580026680
公開日2007年7月4日 申請日期2005年7月27日
發(fā)明者久野耕司, 鈴木達也, 坂本剛志 申請人:浜松光子學株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan