被加工物的激光加工方法与流程

1.本发明涉及被加工物的激光加工方法。


背景技术：

2.作为对半导体晶片等板状物沿着间隔道(分割预定线)进行分割而进行芯片化的方法，公知有使切削刀具一边旋转一边切入从而进行分割的切削方法和照射对于板状物具有吸收性的波长的脉冲激光束从而进行分割的激光加工方法(参照专利文献1、2)。
3.激光加工方法具有如下优点：由于能够使槽宽相比于使用切削刀具的情况下的槽宽减小，因此能够使板状物的间隔道变窄从而增加芯片的获取个数。
4.专利文献1：日本特开平4
‑
99607号公报
5.专利文献2：日本特开2004
‑
188475号公报
6.但是，存在如下问题：会由于沿着间隔道进行激光加工时所产生的脉冲激光束带来的热损伤等而导致分割后的半导体器件的抗折强度降低。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制半导体器件中的抗折强度的降低的被加工物的激光加工方法。
8.根据本发明，提供一种被加工物的激光加工方法，使用激光加工装置对被加工物进行加工，该激光加工装置具有：脉冲激光束照射单元，该脉冲激光束照射单元包含激光振荡器、聚光透镜以及分支单元，该激光振荡器射出对于被加工物具有吸收性的波长的脉冲激光束，该聚光透镜将该脉冲激光束聚光，该分支单元配设在该激光振荡器与该聚光透镜之间，将该脉冲激光束分支成多个脉冲激光束；卡盘工作台，其对该被加工物进行保持；以及加工进给单元，其使该卡盘工作台与该聚光透镜在加工进给方向上相对地移动，其中，该被加工物的激光加工方法具有如下的激光加工步骤：一边对该卡盘工作台进行加工进给，一边将该脉冲激光束在加工进给方向上分支成多个脉冲激光束而经由该聚光透镜向保持于该卡盘工作台上的该被加工物进行照射，在该激光加工步骤中，在将被加工物的正面上的该脉冲激光束的分支间隔设为l、将该加工进给单元的加工进给速度除以加工点处的该脉冲激光束的频率而得的值设为s、将n设为任意的整数的情况下，按照满足l≠n
×
s的方式设定脉冲激光束的分支间隔、该加工进给速度以及该频率。
9.本发明能够抑制半导体器件中的抗折强度的降低。
附图说明
10.图1是示出作为实施方式的被加工物的激光加工方法的加工对象的被加工物的立体图。
11.图2是以局部剖面示意性地示出实施方式的被加工物的激光加工方法中使用的激光加工装置的结构例的侧视图。
12.图3是示意性地示出图2的被加工物的正面的主要部分的放大俯视图。
13.图4是示意性地示出实施方式的脉冲激光束的加工线的图。
14.图5是将图4的加工线在分度进给方向上分解而示意性地示出的图。
15.图6是示意性地示出比较例的脉冲激光束的加工线的图。
16.图7是将图6的加工线在分度进给方向上分解而示意性地示出的图。
17.标号说明
18.1：激光加工装置；10：卡盘工作台；14：加工进给单元；20：脉冲激光束照射单元；21：脉冲激光束；22：激光振荡器；23：反射镜；24：分支单元；25：聚光透镜；30、31、32、33、34、35：聚光光斑；36：分支间隔；37：激发间隔；38：光束直径；39：重叠宽度；100：被加工物。
具体实施方式
19.以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本发明并不限定于以下的实施方式所记载的内容。另外，在以下记载的构成要素中，包含本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素。而且，以下记载的结构能够适当组合。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的各种省略、置换或变更。
20.根据附图对本发明的实施方式的被加工物100的加工方法进行说明。首先，对作为实施方式的加工对象的被加工物100的结构进行说明。图1是示出作为实施方式的被加工物的激光加工方法的加工对象的被加工物100的立体图。在以下的说明中，x轴方向是水平面上的一个方向。y轴方向是在水平面上与x轴方向垂直的方向。
21.如图1所示，被加工物100是圆板状的半导体晶片、光器件晶片等晶片，将硅(si)、蓝宝石(al2o3)、砷化镓(gaas)或碳化硅(sic)等作为基板101。被加工物100具有：分割预定线103，其呈格子状设定于基板101的正面102；以及器件104，其形成于由分割预定线103划分的区域中。器件104例如是ic(integrated circuit：集成电路)或lsi(large scale integration：大规模集成电路)等集成电路、ccd(charge coupled device：电荷耦合器件)或cmos(complementary metal oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)等图像传感器。
22.被加工物100被环状框架110和粘贴带111支承。环状框架110具有比被加工物100的外径大的开口。粘贴带111的外周粘贴于环状框架110的背面侧。被加工物100被定位在环状框架110的开口的规定位置，被加工物100的背面105粘贴在粘贴带111的正面上，由此被加工物100被固定在环状框架110和粘贴带111上。
23.接着，对实施方式的被加工物的激光加工方法中使用的激光加工装置1的结构进行说明。图2是以局部剖面示意性地示出实施方式所涉及的被加工物的激光加工方法所使用的激光加工装置1的结构例的侧视图。在以下的说明中，z轴方向是与x轴方向以及y轴方向垂直的方向。在实施方式的激光加工装置1中，加工进给方向为x轴方向，分度进给方向为y轴方向，聚光点位置调整方向为z轴方向。
24.激光加工装置1具有卡盘工作台10、加工进给单元14以及脉冲激光束照射单元20。激光加工装置1是通过对作为加工对象的被加工物100照射脉冲激光束21而对被加工物100进行加工的装置。
25.卡盘工作台10利用保持面11对被加工物100进行保持。保持面11是由多孔陶瓷等
形成的圆盘形状。在实施方式中，保持面11是与水平方向平行的平面。保持面11例如经由真空吸引路径而与真空吸引源连接。卡盘工作台10对载置在保持面11上的被加工物100进行吸引保持。
26.在卡盘工作台10的周围配置有多个将对被加工物100进行支承的环状框架110夹持的夹持部12。卡盘工作台10通过旋转单元13而绕与z轴方向平行的轴心旋转。通过利用旋转单元13使卡盘工作台10旋转，能够变更被加工物100的加工进给方向。旋转单元13支承于加工进给单元14。
27.加工进给单元14使卡盘工作台10和从脉冲激光束照射单元20照射的脉冲激光束21在加工进给方向上相对移动。在实施方式中，加工进给单元14使旋转单元13和卡盘工作台10在作为加工进给方向的x轴方向和作为分度进给方向的y轴方向上移动。另外，图2的箭头15表示加工进给时的卡盘工作台10的移动方向。
28.脉冲激光束照射单元20是对保持于卡盘工作台10的被加工物100照射脉冲状的脉冲激光束21的单元。如图2所示，脉冲激光束照射单元20包含激光振荡器22、反射镜23、分支单元24以及聚光透镜25。
29.激光振荡器22射出用于对被加工物100进行加工的具有规定的波长的脉冲激光束21。激光振荡器22射出对于被加工物100具有吸收性的波长(例如为355nm)的脉冲激光束21。激光振荡器22按照预先设定的频率射出脉冲状的脉冲激光束21。
30.反射镜23反射脉冲激光束21而朝向保持于卡盘工作台10的保持面11上的被加工物100反射。在实施方式中，反射镜23将从激光振荡器22射出的脉冲激光束21朝向分支单元24反射。
31.从激光振荡器22射出且被反射镜23反射的脉冲激光束21入射到分支单元24。分支单元24使入射的脉冲激光束21分支为至少2个以上的脉冲激光束并向聚光透镜25透过。脉冲激光束21所分支的方向是加工进给方向。分支单元24例如是衍射型光学元件(diffractive optical element)。衍射型光学元件具有利用衍射现象使入射的脉冲激光束21分支为多个脉冲激光束的功能。
32.聚光透镜25将从激光振荡器22射出的脉冲激光束21会聚并向保持在卡盘工作台10的保持面11上的被加工物100进行照射。在实施方式中，聚光透镜25将通过分支单元24而在加工进给方向上分支的多个脉冲激光束21会聚于聚光光斑30。
33.接着，对实施方式的被加工物的激光加工方法进行说明。图3是示意性地示出图2的被加工物100的正面102的主要部分的俯视图。图4是示意性地示出实施方式的脉冲激光束21的加工线3的图。图5是将图4的加工线3在分度进给方向上分解而示意性地示出的图。
34.如图3所示，脉冲激光束21的聚光光斑30即加工点被设定于被加工物100的正面102的分割预定线103上。分支后的多个脉冲激光束21在照射到被加工物100的正面102时，聚光光斑30在被加工物100的正面102上在作为加工进给方向的x轴方向上呈直线状且等间隔地排列。在图3至图5所示的一例中，脉冲激光束21分支为5个脉冲激光束。即，如图3所示，聚光光斑30包含在加工进给方向即x轴方向上分支的5个聚光光斑31、32、33、34、35。
35.如上所述，脉冲激光束21按照预先设定的频率呈脉冲状照射。在实施方式的被加工物的激光加工方法中，将1个脉冲的脉冲激光束21分支为5个脉冲激光束，如图3所示，在被加工物100的正面102的分割预定线103上形成聚光光斑31、32、33、34、35。即，各脉冲的脉
冲激光束21作为多个(在实施方式中为5个)聚光光斑31、32、33、34、35而照射到被加工物100的正面102的分割预定线103上。这样，1个脉冲的脉冲激光束21分支为多个(在实施方式中为5个)脉冲激光束，作为多个聚光光斑30(在实施方式中为5个聚光光斑31、32、33、34、35)而照射在被加工物100的正面102上。
36.相互邻接的聚光光斑31、32、33、34、35的分支间隔36全部为等间隔。分支间隔36是将1个脉冲的脉冲激光束21分支为5个脉冲激光束而如图3所示那样形成在被加工物100的正面102的分割预定线103上的聚光光斑31、32、33、34、35的中心间的距离。另外，在以下的说明中，将分支得到的各个脉冲激光束21称为第一分支、第二分支、
…
、以及第五分支。
37.一边对加工点照射脉冲激光束21，一边对图2所示的卡盘工作台10进行加工进给，由此形成图4所示的加工线3。脉冲激光束21按照预先设定的频率呈脉冲状照射。即，将预先设定的加工进给单元14(参照图2)的加工进给速度除以脉冲激光束21的频率而得到激发间隔37(参照图5)，通过激发间隔37的多个聚光光斑30而形成加工线3。
38.激发间隔37是规定的第几脉冲的脉冲激光束21与下一个第几脉冲的脉冲激光束21的形成在被加工物100的正面102的分割预定线103上的聚光光斑31、32、33、34、35的中心之间的距离。激发间隔37例如是第一脉冲的脉冲激光束21的形成在被加工物100的正面102的分割预定线103上的聚光光斑31
‑
1与第二脉冲的脉冲激光束21的形成在被加工物100的正面102的分割预定线103上的聚光光斑31
‑
2的中心间的距离。
39.在实施方式中，激发间隔37比聚光光斑30中的脉冲激光束21的光束直径38小。即，第一激发的聚光光斑31
‑
1、32
‑
1、33
‑
1、34
‑
1、35
‑
1与后续的第二激发的聚光光斑31
‑
2、32
‑
2、33
‑
2、34
‑
2、35
‑
2分别相互重叠。另外，第二激发以及后续的第三激发、第三激发以及后续的第四激发、第四激发以及后续的第五激发也是与第一激发以及后续的第二激发相同的关系。
40.在图4以及图5所示的一个例子中，关于加工线3，在将分支间隔36设为l、将激发间隔37设为s、将n设为任意的整数的情况下，满足l≠n
×
s。另外，在将加工进给单元14的加工进给速度设为v、将加工点处的脉冲激光束21的频率设为f的情况下，激发间隔37由s＝v/f表达。因此，按照满足l≠n
×
v/f的方式设定被加工物100的正面102上的脉冲激光束21的分支间隔36、加工进给单元14的加工进给速度以及加工点处的脉冲激光束21的频率。
41.由此，在加工线3中，第五激发中的第一分支的聚光光斑31
‑
5与第一激发中的第二分支的聚光光斑32
‑
1以规定的重叠宽度39重叠。重叠宽度39是彼此不同的第几脉冲的脉冲激光束21的聚光光斑31、32、33、34、35中的彼此重叠的聚光光斑31、32、33、34、35彼此重合的部分在加工进给方向(箭头15所示)上的长度。
42.优选重叠率小于80％。由此，能够提高抗折强度。另外，关于重叠率(％)，在设重叠率为p、设聚光光斑30处的脉冲激光束21的各个聚光光斑31、32、33、34、35的光束直径38为d、设重叠宽度39为w的情况下，重叠率(％)通过p＝w/d
×
100来计算。即，在本发明的被加工物的激光加工方法中，优选按照成为0≤p＜80的方式设定分支间隔36、加工进给速度以及频率。在重叠率为80％以上(p≥80)的情况下，由于被脉冲激光束21过度加热，因此芯片分割后的器件104的抗折强度有可能降低。
43.在本发明的被加工物的激光加工方法中，重叠率可以为0％(p＝0)。重叠率为0％(p＝0)表示聚光光斑彼此接触且不重叠的状态。在该情况下，能够抑制被脉冲激光束21过
度加热，因此能够抑制芯片分割后的器件104的抗折强度的降低。另外，重叠率不足0％(p＜0)表示聚光光斑彼此的中心间距离比光束直径38大而聚光光斑彼此分离的状态。在重叠率不足0％(p＜0)的情况下，加工线3变得不连续，从而在芯片分割时应力过于集中，因此芯片分割后的器件104的抗折强度有可能降低。因此，在本发明的被加工物的激光加工方法中，优选以p≥0的方式设定分支间隔36、加工进给速度以及频率。
44.此外，第二分支的聚光光斑32
‑
5和第三分支的聚光光斑33
‑
1、第三分支的聚光光斑33
‑
5和第四分支的聚光光斑34
‑
1、第四分支的聚光光斑34
‑
5和第五分支的聚光光斑35
‑
1也具有与第一分支的聚光光斑31
‑
5和第二分支的聚光光斑32
‑
1相同的关系。
45.实施方式的被加工物的激光加工方法中使用的激光加工装置1例如具有：控制部，其分别对激光加工装置1的各构成要素进行控制；以及输入部，其能够受理操作者对激光加工条件的设定。在设定了脉冲激光束21的分支间隔36、加工进给单元14的加工进给速度和加工点处的脉冲激光束21的频率中的任意2个参数的值的情况下，控制部计算满足l＝n
×
v/f的剩余的1个参数的值并输出。操作人员能够将计算出的值排除而设定剩余的1个参数。
46.实施方式的被加工物的激光加工方法中使用的激光加工装置1例如也可以具有通知部，在所设定的脉冲激光束21的分支间隔36、加工进给单元14的加工进给速度以及加工点处的脉冲激光束21的频率满足l＝n
×
v/f的情况下，该通知部通知规定的警告信息。
47.接着，说明比较例的脉冲激光束21的加工线4。图6是示意性地示出比较例的脉冲激光束21的加工线4的说明图。图7是将图6的加工线4在分度进给方向上分解而示意性地示出的说明图。
48.在图6和图7所示的比较例中，脉冲激光束21与实施方式同样地，按照在作为加工进给方向的x轴方向上设定5个聚光光斑41、42、43、44、45的方式被分支成5个脉冲激光束。相互邻接的聚光光斑41、42、43、44、45的分支间隔46全部为等间隔。脉冲激光束21按照预先设定的频率呈脉冲状照射。将预先设定的加工进给单元14(参照图2)的加工进给速度除以脉冲激光束21的频率而得到激发间隔47，通过激发间隔47的多个聚光光斑41、42、43、44、45而形成加工线4。
49.关于加工线4，在将分支间隔46设为lc、将激发间隔47设为sc、将n设为任意的整数的情况下，满足lc＝n
×
sc。另外，在将加工进给单元14的加工进给速度设为v、将加工点处的脉冲激光束21的频率设为f的情况下，激发间隔47由sc＝v/f表达。因此，按照lc＝n
×
v/f的方式设定被加工物100的正面102上的脉冲激光束21的分支间隔46、加工进给单元14的加工进给速度以及加工点处的脉冲激光束21的频率。
50.由此，关于加工线4，第五激发中的第一分支的聚光光斑41
‑
5与第一激发中的第二分支的聚光光斑42
‑
1按照规定的重叠宽度49重叠。在比较例中，重叠率为100％。另外，在设重叠率为p、设聚光光斑41、42、43、44、45处的脉冲激光束21的光束直径48为d、设重叠宽度49为w的情况下，重叠率通过p＝w/d来计算。
51.另外，第二分支的聚光光斑42
‑
5与第三分支的聚光光斑43
‑
1、第三分支的聚光光斑43
‑
5与第四分支的聚光光斑44
‑
1、第四分支的聚光光斑44
‑
5与第五分支的聚光光斑45
‑
1、第一分支的聚光光斑41
‑
5与第二分支的聚光光斑42
‑
1具有同样的关系，重叠率为100％。
52.如以上说明的那样，实施方式的被加工物的激光加工方法中，按照被加工物100的正面102上的脉冲激光束21的分支间隔36与激发间隔37的关系满足l≠n
×
s的方式设定分
支间隔36、加工进给速度以及频率。其中，l表示分支间隔36的值，s表示激发间隔37的值，n表示任意的整数。
53.如比较例所示，在利用在加工进给方向上分支的脉冲激光束21进行的激光加工中，在l＝n
×
s成立的加工线4中，分支后的1个脉冲激光束21的聚光光斑41中的由第五激发形成的聚光光斑41
‑
5与相邻的脉冲激光束21的聚光光斑42中的由第一激发形成的聚光光斑42
‑
1完全重叠。这样，通过在同一位置设定聚光光斑，该位置处的脉冲激光束21的热损伤变大，抗折强度降低。
54.与此相对，在实施方式的加工线3中，分支后的1个脉冲激光束21的聚光光斑31中的由第五激发形成的聚光光斑31
‑
5与相邻的脉冲激光束21的聚光光斑32中的由第一激发形成的聚光光斑32
‑
1局部重叠而未完全重叠。即，通过以l≠n
×
s的方式设定分支间隔36、加工进给速度以及频率，能够避免在第五激发中形成的聚光光斑31
‑
5与在第一激发中形成的聚光光斑32
‑
1完全重叠的状况。通过减小相邻的聚光光斑的重叠宽度39，能够降低脉冲激光束21所导致的热损伤，因此能够抑制器件104中的抗折强度的降低。
55.另外，本发明并不限定于上述实施方式。即，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形来实施。
56.例如，被加工物的激光加工方法的激光加工条件并不限定于实施方式。在被加工物100的基板101为硅且厚度为50μm的情况下，激光加工条件例如可以如下设定。
57.分支数：2～32
58.分支间隔：10μm～400μm
59.光斑直径：3μm～10μm
60.波长：355nm
61.频率：100khz
62.功率：7.5kw
63.通行次数：30次通行
64.加工进给速度：10mm/s～2000mm/s。