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    关 键 词:
    激光 加工 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN200680029600.4

    申请日:

    2006.08.04

    公开号:

    CN101242927A

    公开日:

    2008.08.13

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: B23K26/40; H01L21/301; B28D5/00; B23K101/40 主分类号: B23K26/40
    申请人: 浜松光子学株式会社
    发明人: 坂本刚志; 村松宪一
    地址: 日本静冈县
    优先权: 2005.8.12 JP 235037/2005
    专利代理机构: 北京纪凯知识产权代理有限公司 代理人: 刘春成
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200680029600.4

    授权公告号:

    101242927B||||||

    法律状态公告日:

    2011.05.04|||2008.10.08|||2008.08.13

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种用于防止从切断硅晶片所得到的芯片的切断面产生颗粒的激光加工方法。形成改质区域(77~712)时的激光(L)的照射条件,以在自硅晶片(11)的表面(3)起的深度为335μm~525μm的区域的激光(L)的球面象差被修正的方式,相对于形成改质区域(713~719)时的激光(L)的照射条件而发生变化。因此,即使以改质区域(71~719)为切断的起点将硅晶片(11)及功能元件层(16)切断成半导体芯片,在深度为335μm~525μm的区域还是不会明显出现扭梳纹,并且难以产生颗粒。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种激光加工方法,其特征在于:
    通过利用聚光用透镜使激光聚光在厚度为t(500μm<t)的硅晶片的内部,沿着所述硅晶片的切断预定线,在所述硅晶片的内部形成多列成为切断的起点的改质区域,
    该激光加工方法具备:
    在自所述硅晶片的激光入射面起的深度为350μm~500μm的第1区域,沿着所述切断预定线形成第1改质区域的工序;和
    在自所述激光入射面起的深度为0μm~250μm的第2区域,沿着所述切断预定线形成第2改质区域的工序,
    形成所述第1改质区域时的激光的照射条件,以在所述第1区域的激光的球面象差被修正的方式,相对于形成所述第2改质区域时的激光的照射条件而发生变化。

    2.  一种激光加工方法,其特征在于:
    通过利用聚光用透镜使激光聚光在厚度为t(350μm<t≤500μm)的硅晶片的内部,沿着所述硅晶片的切断预定线,在所述硅晶片的内部形成多列成为切断的起点的改质区域,
    该激光加工方法具备:
    在自所述硅晶片的激光入射面起的深度为350μm~tμm的第1区域,沿着所述切断预定线形成第1改质区域的工序;和
    在自所述激光入射面起的深度为0μm~250μm的第2区域,沿着所述切断预定线形成第2改质区域的工序,
    形成所述第1改质区域时的激光的照射条件,以在所述第1区域的激光的球面象差被修正的方式,相对于形成所述第2改质区域时的激光的照射条件而发生变化。

    3.  如权利要求1所记载的激光加工方法,其特征在于:
    所述第1及所述第2改质区域是熔融处理区域。

    4.  如权利要求1所记载的激光加工方法,其特征在于:
    在形成所述第1改质区域时入射到所述聚光用透镜的激光的扩展角,大于在形成所述第2改质区域时入射到所述聚光用透镜的激光的扩展角。

    5.  如权利要求1所记载的激光加工方法,其特征在于:
    形成所述第1改质区域时的所述聚光用透镜的出射NA,大于形成所述第2改质区域时的所述聚光用透镜的出射NA。

    6.  如权利要求1所记载的激光加工方法,其特征在于:
    在形成所述第1改质区域时,在所述聚光用透镜与所述硅晶片之间配置球面象差修正部件。

    7.  如权利要求2所记载的激光加工方法,其特征在于:
    所述第1及所述第2改质区域是熔融处理区域。

    8.  如权利要求2所记载的激光加工方法,其特征在于:
    在形成所述第1改质区域时入射到所述聚光用透镜的激光的扩展角,大于在形成所述第2改质区域时入射到所述聚光用透镜的激光的扩展角。

    9.  如权利要求2所记载的激光加工方法,其特征在于:
    形成所述第1改质区域时的所述聚光用透镜的射出NA,大于形成所述第2改质区域时的所述聚光用透镜的射出NA。

    10.  如权利要求2所记载的激光加工方法,其特征在于:
    在形成所述第1改质区域时,在所述聚光用透镜与所述硅晶片之间配置球面象差修正部件。

    说明书

    说明书激光加工方法
    技术领域
    本发明涉及沿着硅晶片的切断预定线在硅晶片的内部形成将成为切断起点的多列改质区域的激光加工方法。
    背景技术
    作为现有技术中的该技术已知如下方法:通过对半导体基板照射激光,沿着半导体基板的切割道在半导体基板的内部形成多列变质部,沿着该其切割道切断半导体基板(例如,参照专利文献1)。
    专利文献1:日本特开2005-19667号公报
    发明内容
    但是,在用上述方法来切断半导体基板时,从其切断面产生颗粒,从而有可能污染切断所得到的半导体芯片。
    因此,本发明是鉴于此完成的发明,其目的在于提供一利激光加工方法,该方法可以防止从切断硅晶片所得到的芯片的切断面产生颗粒。
    本发明者们为了达到上述目的进行了反复的潜心研究,其结果发现,从切断硅晶片所得到的芯片的切断面产生颗粒的起因在于,在硅晶片的特定区域形成的改质区域中出现的扭梳纹(twist hackle)。
    即,利用聚光用透镜使激光聚光在厚度t(500μm<t)的硅晶片的内部,而沿着硅晶片的切断预定线在硅晶片的内部形成多列改质区域并进行切断时,至少在自硅晶片的激光入射面起的深度为350μm~500μm的区域,在切断面出现明显的扭梳纹。因此,扭梳纹间的微小部分会剥离,产生硅颗粒。
    图18是表示利用已知的激光加工方法,在厚度625μm的硅晶片的内部,相对于一条切断预定线形成十九列的改质区域时的硅晶片的切断面的照片的图。各改质区域71~719是,以硅晶片11的表面3作为激光入射面,在如下表1所示的条件下从背面21侧依序形成的。另外,在如下表1中,“聚光点位置”是指从激光的聚光点的位置至表面3的距离(以下相同)。另外,“出口输出”是指从聚光用透镜射出的激光的输出,“扩展角”是指入射到聚光用透镜的激光的扩展角(以下相同)。
    表1
    聚光点位置(μm)出口输出(W)扩展角(°)改质区域71 618 1.2 0.2改质区域72 599 1.2 0.2改质区域73 580 1.2 0.2改质区域74 561 1.2 0.2改质区域75 535 1.2 0.2改质区域76 517 1.2 0.2改质区域77 494 1.2 0.2改质区域78 467 1.2 0.2改质区域79 440 1.2 0.2改质区域710 409 1.2 0.2改质区域711 375 1.2 0.2改质区域712 342 1.2 0.2改质区域713 305 1.2 0.2改质区域714 280 1.2 0.2改质区域715 245 1.2 0.2改质区域716 210 1.2 0.2改质区域717 174 1.2 0.2改质区域718 121 1.2 0.2改质区域719 69 0.72 0.2
    如图18所示,在该例中,在从硅晶片11的表面3的深度为310μm~540μm的区域出现了明显的扭梳纹(较浓的黑色部分)51。如此,如果出现明显的扭梳纹51,则如图1 9所示,由于扭梳纹51间的微小部分52易剥离,因此在深度为310μm~540μm的区域容易产生颗粒。另外,在从硅晶片11的表面3的深度超过540μm的区域,虽然出现扭梳纹51,但如图20所示,由于出现不明显,因此难以产生颗粒。
    而且,本发明者们发现:至少在从硅晶片的激光入射面的深度为350μm~500μm的区域,在切断面明显出现扭梳纹的起因在于,在深度为350μm~500μm的区域激光的球面象差增大。
    即,如图21所示,在激光L入射到硅晶片11中时,激光L根据斯涅耳定律(Snell′s law)发生折射并行进。因而,为了使激光L聚光于自晶片11的表面3起的深度较深的区域,聚光用透镜53越靠近晶片11附近,中心光线L1的聚光位置P1与周边光线L2的聚光位置P2越偏离硅晶片11的厚度方向。因此,激光L的聚光点在晶片11的厚度方向上扩展导致激光L的聚光程度恶化,形成在晶片11的厚度方向上延伸且品质差的不均匀(不限于激光L的1射束,成为在晶片11的厚度方向上不连续的分断成多个的改质区域)的改质区域。其结果,在分断时由于质差的改质区域要强行连续因此产生扭梳纹,并且起因于不均匀的改质区域还会产生不均匀的龟裂,在该龟裂与扭梳纹之间容易产生从晶片11的切断面剥离的颗粒。另外,在上述例中,在从硅晶片11的表面3起的深度超过540μm的区域不出现明显的扭梳纹51的理由如下。即,在深度超过540μm的区域,由于在聚光点P的激光L的能量密度更小,因此形成在晶片11的厚度方向上的改质区域的宽幅变小(该理由被认为是由于激光L的聚光程度差的部分的能量过小而不能超过加工临界值的缘故),不均匀的改质区域减少,并且分断时不均匀的龟裂也减少,从而抑制了扭梳纹的产生,并且减少了在扭梳纹与龟裂之间所产生的颗粒。
    本发明者们基于上述见解进行了进一步的研究,直至完成了本发明。
    即,本发明有关的激光加工方法的特征在于,通过利用聚光用透镜使激光聚光在厚度t(500μm<t)的硅晶片的内部,沿着硅晶片的切断预定线,在硅晶片的内部形成多列成为切断的起点的改质区域,该激光加工方法具备:在自硅晶片的激光入射面起的深度为350μm~500μm的第1区域,沿着切断预定线形成第1改质区域的工序;在自激光入射面起的深度为0μm~250μm的第2区域,沿着切断预定线形成第2改质区域的工序;形成第1改质区域时的激光的照射条件,以在第1区域的激光的球面象差被修正的方式,相对于形成第2改质区域时的激光的照射条件而发生变化。
    另外,本发明有关的激光加工方法的特征在于,通过利用聚光用透镜使激光聚光在厚度t(350μm<t≤500μm)的硅晶片的内部,沿着硅晶片的切断预定线,在硅晶片的内部形成多列成为切断的起点的改质区域,该激光加工方法具备:在自硅晶片的激光入射面起的深度为350μm~tμm的第1区域,沿着切断预定线形成第1改质区域的工序;在自激光入射面起的深度为0μm~250μm的第2区域,沿着切断预定线形成第2改质区域的工序;形成第1改质区域时的激光的照射条件,以在第1区域的激光的球面象差被修正的方式,相对于形成第2改质区域时的激光的照射条件而发生变化。
    在这些激光加工方法中,对于厚度为t(500μm<t)的硅晶片,在自其激光入射面起的深度为350μm~500μm的第1区域形成第1改质区域时,另外,在对于厚度为t(350μm<t≤500μm)的硅晶片,在自其激光入射面起的深度为350μm~tμm的第1区域形成第1改质区域时,以在第1区域的激光的球面象差被修正的方式,使激光的照射条件发生变化。因此,即使以第1及第2改质区域作为切断的起点将硅晶片切断成芯片,在第1区域还是未明显出现扭梳纹,并且难以产生颗粒。因而,通过这些的激光加工方法,在切断时以及切断后,能够防止从芯片的切断面产生颗粒。另外,在第1区域形成第1改质区域的工序与在第2区域形成第2改质区域的工序,顺序是不同的。
    在本发明有关的激光加工方法中,第1及第2改质区域是通过利用聚光用透镜使激光聚光在硅晶片的内部,从而在硅晶片的内部产生多光子吸收以及其它光吸收而形成的。另外,作为形成在硅晶片的内部的第1及第2改质区域有熔融处理区域。
    在本发明有关的激光加工方法中,在形成第1改质区域时入射到聚光用透镜的激光的扩展角,优选大于在形成第2改质区域时入射到聚光用透镜的激光的扩展角。另外,形成第1改质区域时的聚光用透镜的出射NA,优选大于形成第2改质区域时的聚光用透镜的出射NA。另外,在形成第1改质区域时,优选在聚光用透镜与硅晶片之间配置球面象差修正部件。由此,就能以在第1区域的激光的球面象差被修正的方式,使形成第1改质区域时的激光的照射条件,相对于形成第2改质区域时的激光的照射条件而发生变化。
    根据本发明,即使将硅晶片切断成芯片,在切断时以及切断后,还是能够防止从芯片的切断面产生颗粒。
    附图说明
    图1是利用有关本实施方式的激光加工方法的激光加工中的加工对象物的平面图。
    图2是沿着图1所示的加工对象物的II-II线的截面图。
    图3是利用本实施方式的激光加工方法进行激光加工后的加工对象物的平面图。
    图4是沿着图3所示的加工对象物的IV-IV线的截面图。
    图5是沿着图3所示的加工对象物的V-V线的截面图。
    图6是利用本实施方式的激光加工方法所切断的加工对象物的平面图。
    图7是表示利用本实施方式的激光加工方法所切断的硅晶片的一部分的剖面照片的图。
    图8是表示有关本实施方式的激光加工方法中的激光的波长与硅基板的内部的透过率之间的关系的图表。
    图9是本实施方式的激光加工方法中的加工对象物的平面图。
    图10是沿着图9所示的加工对象物的X-X线的部分截面图。
    图11是用于说明本实施方式的激光加工方法的图,(a)是在加工对象物上粘贴扩张胶带的状态,(b)是激光照射到加工对象物上的状态。
    图12是表示用于改变入射到聚光用透镜的激光的扩展角的扩束器的图。
    图13是说明本实施方式的激光加工方法的图,是将扩张胶带扩张的状态。
    图14是表示通过本实施方式的激光加工方法在厚度625μm的硅晶片的内部相对于一条切断预定线形成十九列的改质区域时的硅晶片的切断面照片的图。
    图15是表示用于改变出射NA的聚光用透镜的图。
    图16是表示用于改变球面象差的聚光用透镜及球面象差修正部件的图。
    图17是表示用于改变入射到聚光用透镜的激光的扩展角的扩束器、及入射到聚光用透镜的激光的高斯分布与聚光用透镜的入射光瞳的瞳径之间的关系的图。
    图18是表示利用现有的激光加工方法在厚度625μm的硅晶片的内部相对于一条切断预定线形成十九列改质区域时的硅晶片的切断面照片的图。
    图19是自硅晶片的表面起的深度为310μm~540μm的区域的切断面的模式图。
    图20是自硅晶片的表面起的深度超过540μm的区域的切断面的模式图。
    图21是表示入射到硅晶片中的激光的行进状态的模式图。
    符号
    3:表面(激光入射面)、5:切断预定线、7:改质区域、11:硅晶片、13:熔融处理区域、53:聚光用透镜、57:球面象差修正部件、L:激光
    具体实施方式
    以下参照附图对本发明的最佳实施方式进行详细说明。为了在加工对象物的内部形成改质区域,本实施方式的激光加工方法中利用所谓的多光子吸收的现象。在此,首先对通过多光子吸收来形成改质区域的激光加工方法进行说明。
    如果光子的能量hν比材料吸收的能带间隙EG还小,则材料在光学上是透明的。因而,材料产生吸收的条件为hν>EG。但是,即使材料在光学上透明,如果激光的強度非常大的话,则在nhν>EG的条件(n=2,3,4,…)下材料上产生吸收。该现象称作多光子吸收。在脉冲波的情况下,激光的强度由激光的聚光点的峰值功率密度(W/cm2)决定,例如在峰值功率密度为1×108(W/cm2)以上的条件下产生多光子吸收。峰值功率密度根据(聚光点上的激光的每一个脉冲的能量)÷(激光的光束点截面积×脉冲宽度)来求得。另外,在连续波的情况下,激光的强度由激光的聚光点的电场强度(W/cm2)所决定。
    参照图1~图6说明利用上述多光子吸收的本实施方式有关的激光加工方法的原理。如图1所示,在晶片状(平板状)的加工对象物1的表面3上具有用于切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是直线状延伸的假定线。在本实施方式相关的激光加工方法中,如图2所示,以产生多光子吸收的条件在加工对象物1的内部对准聚光点P照射激光L,从而形成改质区域7。另外,聚光点P是指激光L聚光之处。另外,切断预定线5不限于直线状也可以是曲线状,并且不限于假定线也可以是实际画在加工对象物1上的线。
    而且,通过让激光L沿着切断预定线5(即,图1的箭头A方向)相对性地移动,使聚光点P沿着切断预定线5移动。由此,如图3~图5所示,改质区域7沿着切断预定线5形成在加工对象物1的内部,该改质区域7将成为切断起点区域8。在此,切断起点区域8是指加工对象物1被切断时成为切断(裂缝)的起点的区域。该切断起点区域8有通过连续性地形成改质区域7而形成的情况,也有断续性地形成改质区域7而形成的情况。
    本实施方式有关的激光加工方法并不是通过加工对象物1吸收激光L而使加工对象物1发热来形成改质区域7。而是让激光L透过加工对象物1,在加工对象物1的内部发生多光子吸收,从而形成改质区域7。因此,激光L几乎不会被加工对象物1的表面3所吸收,所以加工对象物1的表面3不会发生熔融。
    如果在加工对象物1的内部形成切断起点区域8,则由于容易以该切断起点区域8为起点而发生裂缝,所以如图6所示,能够以比较小的力来切断加工对象物1。由此,能够在加工对象物1的表面3不发生不必要的裂缝的情况下高精度地切断加工对象物1。
    以该切断起点区域8为起点的加工对象物1的切断认为有如下2种情况。一种情况是,在形成切断起点区域8之后,通过对加工对象物1施加人为的力,加工对象物1以切断起点区域8为起点而产生裂缝,从而切断加工对象物1的情况。这是例如加工对象物1的厚度较大时的切断。施加人为的力是指,例如沿着加工对象物1的切断起点区域8对加工对象物1施加弯曲应力或剪切应力,或者通过对加工对象物1赋予温度差而产生热应力。另一种情况是通过形成切断起点区域8,以切断起点区域8为起点向着加工对象物1的截面方向(厚度方向)自然地发生裂缝,其结果加工对象物1被切断的情况。这是例如在加工对象物1的厚度较小时,可通过一列改质区域7来形成切断起点区域8,而当加工对象物1的厚度较大时,可以通过在厚度方向形成的多列改质区域7来形成切断起点区域8。另外,该自然裂缝的情况下,在切断之处,裂缝不会行进至对应于未形成有切断起点区域8的部位的部分的表面3上,能够仅仅割断对应于形成切断起点区域8的部位的部分,从而能够良好地控制割断。近年来,硅晶片等的加工对象物1的厚度有变薄的倾向,因此这种控制性良好的割断方法非常有效。
    另外,在本实施方式有关的激光加工方法中,作为通过多光子吸收所形成的改质区域有熔融处理区域。
    在加工对象物(例如硅那样的半导体材料)的内部对准聚光点,在聚光点的电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1μs以下的条件下照射激光。由此,加工对象物的内部因多光子吸收被局部地加热。通过该加热在加工对象物的内部形成熔融处理区域。熔融处理区域是指暂时熔融后再固化的区域、或正好为熔融状态的区域、由熔融状态进行再固化状态的区域,也可称为相变化的区域或结晶结构变化的区域。另外,熔融处理区域也可以是指在单结晶结构、非晶质结构、多结晶结构中某一结构变成其他的结构的区域。也就是说,例如,由单结晶结构变为非晶质结构的区域、由单结晶结构变为多结晶结构的区域、由单结晶结构变为包含非晶质结构及多结晶结构的结构的区域。加工对象物为硅单结晶结构时,熔融处理区域是例如非晶质硅结构。电场强度的上限值例如为1×1012(W/cm2)。脉冲宽度为例如优选1ns~200ns。
    本发明者通过实验确认了在硅晶片内部形成有熔融处理区域。实验条件如下。
    (A)加工对象物:硅晶片(厚度350rm、外径4英寸)
    (B)激光
    光源:半导体激光激励Nd:YAG激光器
    波长:1064nm
    激光点截面积:3.14×10-8cm2
    振荡形态:Q开关脉冲
    重复频率:100kHz
    脉冲宽度:30ns
    输出:20μJ/脉冲
    激光品质:TEM00
    偏光特性:直线偏光
    (C)聚光用透镜
    倍率:50倍
    N.A.:0.55
    对于激光波长的透过率:60%
    (D)载置有加工对象物的载置台的移动速度:100mm/秒
    图7是表示在上述条件下通过激光加工所切断的硅晶片的一部分的截面照片的图。在硅晶片11的内部形成有熔融处理区域13。另外,通过上述条件所形成的熔融处理区域13的厚度方向的大小为100μm左右。
    说明熔融处理区域13是通过多光子吸收所形成的。图8是表示激光的波长与硅基板的内部的透过率之间的关系的图表。但分别除去了硅基板的表面侧与背面侧的反射成分,只表示内部的透过率。针对硅基板的厚度t分别为50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm的各个情况表示了上述关系。
    例如,在Nd:YAG激光器的波长为1064nm、硅基板的厚度为500μm以下的情况下,得知在硅基板的内部,激光会透过80%以上。因图7所示的硅晶片11的厚度为350μm,所以通过多光子吸收产生的熔融处理区域13形成在硅晶片11的中心附近,也就是自表面起175μm的部分。若以厚度200μm的硅晶片作为参考,则此时的透过率在90%以上,激光在硅晶片11的内部被吸收得很少,几乎是全部透过。这意味着激光并未在硅晶片11的内部被吸收、且并未在硅晶片11的内部形成熔融处理区域13(就是利用激光由普通的加热来形成熔融处理区域),而是通过多光子吸收形成了熔融处理区域13。利用多光子吸收形成熔融处理区域的技术记载在例如日本焊接学会全国大会讲演概要第66集(2000年4月)的第72页~第73页“通过皮秒脉冲激光进行的硅的加工特性评估”。
    另外,硅晶片是以通过熔融处理区域所形成的切断起点区域为起点,向着截面方向产生裂缝,其裂缝会到达硅晶片的表面与背面,结果硅晶片就会被切断。到达硅晶片的表面与背面的该裂缝,有自然产生的情况,也有通过对硅晶片施加力所产生的情况。而且,由切断起点区域向硅晶片的表面与背面自然地产生裂缝的情况也有如下两种情况之中的任意一种情况:由形成切断起点区域的熔融处理区域正熔融的状态开始产生裂缝的情况;由形成切断起点区域的熔融处理区域从已熔融的状态开始再固化时产生裂缝的情况。但是,无论哪种情况下,熔融处理区域都只是形成在硅晶片的内部,在切断后的切断面如图7所示仅仅在内部形成有熔融处理区域。这样,如果在加工对象物的内部通过熔融处理区域来形成切断起点区域,则在割断时难以产生偏离切断起点区域线的不必要的裂缝,因而割断控制变很容易。
    以上虽然作为通过多光子吸收所形成的改质区域而对熔融处理区域进行了说明,但只要考虑到晶片状的加工对象物的结晶结构或其劈开性等,并按照如下方式形成切断起点区域,并以其切断起点区域为起点,就能更进一步以较小的力,且精度良好地切断加工对象物。
    即,由硅等的钻石结构的单结晶半导体所形成的基板的情况下,优选在沿着(111)面(第1劈开面)或(110)面(第2劈开面)的方向形成切断起点区域。另外,由GaAs等的闪锌矿型结构的III-V族化合物半导体所形成的基板的情况下,优选在沿着(110)面的方向形成切断起点区域。进一步,在具有蓝宝石(Al2O3)等的六方晶系的结晶结构的基板的情况下,优选以(0001)面(C面)为主面并在沿着(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切断起点区域。
    另外,只要沿着应形成上述的切断起点区域的方向(例如,沿着单结晶硅基板的(111)面的方向),或者沿着与应形成切断起点区域的方向正交的方向在基板上形成定向平面,就能以该定向平面为基准,容易且正确地沿着应形成切断起点区域的方向在基板中形成切断起点区域。
    其次,针对本发明的最佳实施方式做说明。图9是本实施方式的激光加工方法的加工对象物的平面图,图10是沿着图9所示的加工对象物的X-X线的部分截面图。
    如图9及图10所示,加工对象物1具备厚度625μm的硅晶片11和包含多个功能元件15并形成在硅晶片11的表面3上的功能元件层16。功能元件15是例如通过结晶成长所形成的半导体动作层、光电二极管等的受光元件、激光二极管等的发光元件,或者作为电路所形成的电路元件等,多个这些元件以矩阵状形成在与硅晶片11的定向平面6平行的方向以及垂直的方向上。
    将如上构成的加工对象物1以如下方式切断成每个功能元件15。首先,如图11(a)所示,在硅晶片11的背面21张贴扩张胶带(expandedtape)23。接着,如图11(b)所示,以功能元件层16为上侧,将加工对象物1固定在激光加工装置的载置台(未图示)上。
    之后,以硅晶片11的表面3为激光入射面,将聚光点P对准硅晶片11的内部,以产生多光子吸收的条件来照射激光L,通过载置台的移动,以通过相邻接的功能元件15、15之间的方式,让聚光点P沿着设定成格子状的切断预定线5(参照图9的虚线)进行扫瞄。
    将沿着该切断预定线5的聚光点P的扫瞄对一条切断预定线5进行十九次,但每次改变自表面3起的对准聚光点P的位置的距离,从背面21侧依次以下述表2的条件沿着切断预定线5在硅晶片11的内部形成一列列的十九列的改质区域71~719°另外,各改质区域71~719虽是熔融处理区域,但也有混合裂痕的情况。
    〔表2〕
      聚光点位置(μm)  出口输出(W)扩展角(°)  改质区域71  618  1.2  0.2  改质区域72  603  1.2  0.2  改质区域73  588  1.2  0.2  改质区域74  573  1.2  0.2  改质区域75  558  1.2  0.2  改质区域76  545  1.2  0.2  改质区域77  520  0.92  0.4  改质区域78  496  0.92  0.4  改质区域79  469  0.92  0.4  改质区域710  434  0.92  0.4  改质区域711  404  0.92  0.4  改质区域712  368  0.92  0.4  改质区域713  330  1.2  0.2  改质区域714  299  1.2  0.2  改质区域715  261  1.2  0.2  改质区域716  220  1.2  0.2  改质区域717  175  1.2  0.2  改质区域718  120  1.2  0.2  改质区域719  73  0.72  0.2
    由上述表2可知:在形成位于自硅晶片11的表面3起的深度为335μm~525μm的区域的改质区域77~712时,入射到激光加工装置的聚光用透镜的激光L的扩展角为0.4°。另一方面,在形成位于自硅晶片11的表面3起的深度超过525μm的区域的改质区域71~76时,以及形成位于自深度不满335μm的区域的改质区域713~719时,入射到激光加工装置的聚光用透镜的激光L的扩展角为0.2°。另外,为了加大入射到聚光用透镜的激光L的扩展角,如图12(a),(b)所示,只要在扩束器54中将凸透镜55设置在凹透镜56附近即可。
    在形成各改质区域713~719之后,如图1 3所示,让扩张胶带23扩张开,以各个改质区域713~719为起点产生裂缝,将硅晶片11及功能元件层16沿着切断预定线5切断,并且使得被切断所得到的各半导体芯片25互相分离。
    如以上说明所述,在上述激光加工方法中,在形成改质区域77~712时入射到聚光用透镜的激光L的扩展角(0.4°)大于在形成改质区域713~719时入射到聚光用透镜的激光L的扩展角(0.2°)。由此,形成改质区域77~712时的激光L的照射条件,以在自硅晶片11的表面3起的深度为335μm~525μm的区域修正激光L的球面象差的方式,相对于形成改质区域713~719时的激光L的照射条件而发生变化。因此,即使以改质区域71~719为切断的起点将硅晶片11及功能元件层16切断成半导体芯片25,在深度为335μm~525μm的区域也不会明显出现扭梳纹,并且难以产生颗粒。因而,通过上述激光加工方法就能防止从半导体芯片25的切断面产生颗粒。
    图14是表示通过本实施方式的激光加工方法在厚度625μm的硅晶片的内部相对于一条切断预定线形成十九列的改质区域时的硅晶片的切断面照片的图。如同图所示,在此例中,不仅在自硅晶片11的表面3起的深度超过525μm的区域以及深度不满335μm的区域,连深度为335μm~525μm的区域,都未明显出现扭梳纹。因而认为硅晶片11的切断面为难以产生颗粒的状态。
    可是,在自硅晶片11的表面3起的深度超过525μm的区域,以与对于深度为335μm~525μm的区域相同的方式,如果入射到激光加工装置的聚光用透镜的激光L的扩展角为0.4°,则由于激光L的能量不足而产生改质区域71~76无法连接的问题。为了解决此问题,也可以不让入射到聚光用透镜的激光L的扩展角为0.2°,而是加大激光L的能量。
    另外,在自硅晶片11的表面3起的深度不满335μm的区域,与对于深度为335μm~525μm的区域相同的方式,如果入射到激光加工装置的聚光用透镜的激光L的扩展角为0.4°,就会发生扭梳纹增加等的问题。为了解决此问题,有效的方法是使入射到聚光用透镜的激光L的扩展角为0.2°。
    本发明并不限于上述的实施方式。
    例如,除了使形成改质区域77~712时入射到聚光用透镜的激光L的扩展角大于形成改质区域713~719时入射到聚光用透镜的激光L的扩展角之外,也可以通过如下方法,以修正激光L的球面象差的方式,使形成改质区域77~712时的激光L的照射条件相对于形成改质区域713~719时的激光的照射条件而发生变化。
    即,也可以让形成改质区域77~712时的聚光用透镜53的出射NA(开口数)(参照图12(b))大于形成改质区域713~719时的聚光用透镜53的出射NA(开口数)(参照图12(a))。
    另外,也可以在形成改质区域713~719时不配置球面象差修正部件57(参照图13(a)),在形成改质区域77~712时在聚光用透镜53与硅晶片之间配置球面象差修正部件57(参照图13(b))。球面象差修正部件57是例如厚度为0.5mm的石英玻璃板等的,在消除对应于自硅晶片的激光入射面起的深度的球面象差的方向上产生球面象差的部件。
    另外,除此之外,也可以准备球面象差保留原样的聚光用透镜,该透镜将消除对应于自硅晶片的激光入射面起的深度的球面象差,并相应于自硅晶片的激光入射面起的深度来切换聚光用透镜。进而也可以通过聚光用透镜内部的修正管等的可动,准备可变更透镜性能的聚光用透镜,该透镜将消除对应于自硅晶片的激光入射面起的深度的球面象差,并且相应于自硅晶片的激光入射面起的深度来变更聚光用透镜的透镜性能。
    另外,也可以不修正球面象差,而是通过减少球面象差的影响来抑制扭梳纹的出现。
    也就是说,为了让激光聚光在自硅晶片的激光入射面起的深度较深的区域,而使聚光用透镜愈靠近硅晶片附近,则激光的中心光线的聚光位置与激光的周边光线的聚光位置愈偏离硅晶片的厚度方,因而能量分布较广,在形成切断面时将会出现扭梳纹。于是,只要周围光线的能量低于加工临界值,就能减少周围光线的影响,从而能够抑制扭梳纹的出现。
    作为其一例,在形成改质区域713~719时,如图17(a)所示,通过扩束器54加大激光L的扩展角,让入射到聚光用透镜的入射光瞳(瞳径d)的周围光线的能量高于加工临界值。另一方面,在形成改质区域77~712时,如图17(b)所示,通过扩束器54缩小激光L的扩展角,让入射到聚光用透镜的入射光瞳(瞳径d)的周围光线的能量低于加工临界值。
    另外,上述实施方式虽是在厚度t(500μm<t)的硅晶片的内部沿着切断预定线形成多列改质区域的情况,但在厚度t(350μm<t≤500μm)的硅晶片的内部沿着切断预定线形成多列改质区域的情况下,只要按照如下方法,就能防止从切断硅晶片所得到的芯片的切断面产生颗粒。即,以在自硅晶片的激光入射面起的深度为350μm~tμm的区域的激光的球面象差被修正的方式,将在深度为350μm~tμm的区域形成改质区域时的激光的照射条件,相对于在深度为0μm~250μm的区域形成改质区域时的激光的照射条件而进行改变即可。
    另外,上述实施方式虽是以硅晶片的表面为激光入射面的情况,但也可为以硅晶片的背面为激光入射面。另外,上述实施方式虽然是在切断预定线上存在功能元件层的情况,但也可以在切断预定线上不存在功能元件层,在露出硅晶片的表面的状态下,以硅晶片的表而为激光入射面。
    另外,相对于一条切断预定线形成在硅晶片的内部的改质区域的列数,相应于硅晶片的厚度等而发生变化,不限于十九列。
    产业上的可利用性
    根据本发明即使将硅晶片切断成芯片,在切断时以及切断后,能够防止从芯片的切断面产生颗粒。

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