專利名稱：激光加工設備和激光加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光加工設備和激光加工方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于向晶片發(fā)射激光束并且在其中依照多光子吸收形成改質區(qū)的激光加工設備及其加工方法。
背景技術：
依照近期的嘗試，在專利文獻1至4中公開的激光切割技術用于在晶片(半導體晶片)中形成改質區(qū)(改質層)以制造半導體襯底。改質區(qū)用作裂紋的切割起始點以將晶片切割和分隔撕裂成芯片(半導體芯片)。
例如，專利文獻1中提出了下面的技術。激光束發(fā)射至晶片形加工對象中的聚焦點。在加工對象中，多光子吸收形成改質區(qū)(即，包含裂縫區(qū)域的改質區(qū)、包含熔融處理區(qū)的改質區(qū)和包含具有改變折射率的區(qū)域的改質區(qū))。改質區(qū)用于形成一個區(qū)域，該區(qū)域作為沿著加工對象的預定切割線從加工對象的激光束入射面向內某一特定距離的切割起始點。加工對象通過基于作為起始點的區(qū)域撕裂而進行切割。
專利文獻1公開了從多個激光源沿不同的方向朝加工對象中的聚焦點發(fā)射激光束(參見專利文獻1中的權利要求7和圖17)。使用多個激光源可以向激光束的聚焦點提供足夠大以產生多光子吸收的電場強度。連續(xù)波激光束提供了一種比脈沖激光束更小的瞬時功率，但是仍然可以形成改質區(qū)。
專利文獻1還公開了提供光源裝置，其中在陣列中沿著預定切割線布置了多個激光源(參見專利文獻1中的權利要求10和圖18)。該技術權利要求沿著預定切割線同時形成多個聚焦點并且提高加工速度。
然而，依照專利文獻1的技術沿晶片表面的深度方向僅形成一層改質區(qū)。當晶片很厚時，在技術上很難沿著預定切割線精確地切割和分開晶片。當專利文獻1的技術沿不同的方向從多個激光源向加工對象中的聚焦點發(fā)射激光束時，沿著晶片表面的深度方向僅形成一層改質區(qū)。該技術顯示了降低的加工效率和較低的生產能力(每單位時間的產率)并且不適于批量生產。
如上所述，專利文獻1的技術沿不同的方向從多個激光源向加工對象中的聚焦點發(fā)射激光束。當激光束從晶片表面發(fā)射時，激光束傾斜地入射到晶片表面上。半導體裝置可能會由于激光束發(fā)射到在晶片表面上形成半導體裝置的區(qū)域上而損壞?？紤]到這一點，預定切割線需要足夠寬以發(fā)射激光束。加寬預定切割線會減少從一個晶片切割得到的芯片的數(shù)目。芯片產量是有限的從而增大芯片的制造成本。
專利文獻2提出向位于加工對象中的激光束的聚焦點的加工對象發(fā)射激光束的技術。改質區(qū)會在加工對象中沿著加工對象的預定切割線形成。另外，通過沿入射方向朝加工對象改變激光束的聚焦點的位置以沿入射方向形成多個改質區(qū)，可將激光束發(fā)射至加工對象。
專利文獻2的技術沿入射方向形成多個改質區(qū)以增加起始點從而切割加工對象。即使很厚的加工對象也可以進行切割。
依照專利文獻3的技術提出一種激光加工設備以使用晶片形加工對象中的多光子吸收形成改質區(qū)。激光加工設備設置有聚光透鏡和移動裝置。聚光透鏡聚集將具有不同波長的第一和第二激光束聚集到加工對象內部。聚光透鏡生成基于第一激光束的聚焦點位置和第二激光束的聚焦點位置的多光子吸收。移動裝置沿著加工對象的預定切割線相對地移動第一和第二激光束的聚焦點。
因為專利文獻3的技術使用具有不同波長的第一和第二激光束，色差等就導致激光束聚集到從加工對象表面朝聚光透鏡的具有不同深度的位置中。每個激光束的聚焦點沿著預定切割線相對移動。沿著預定切割線的單個掃描可以形成對應于第一和第二激光束的兩個改質區(qū)。依照專利文獻3的公開，一個聚光透鏡會聚集具有不同波長的三或更多激光束并將激光束發(fā)射至加工對象。沿預定切割線的單個掃描可以形成三個或更多改質區(qū)。
專利文獻2或3的技術會從晶片表面沿深度方向形成多個改質區(qū)。甚至很厚的晶片也可以增加作為切割晶片起始點的位置。因此就可以沿著預定切割線精確地切割以將晶片分開。
然而，專利文獻2的技術會逐步地改變激光束的聚焦點在晶片的激光束入射方向中的位置。加工效率會降低，因為一次會形成一個改質區(qū)且從晶片表面沿深度方向具有間隔。形成多個改質區(qū)會很耗費時間。該技術顯示了低的生產能力(每單位時間的產率)并且不適于批量生產。
相比之下，專利文獻3的技術向晶片發(fā)射具有不同波長的多個激光束以同時形成具有對應于激光束的不同深度的多個改質區(qū)。與專利文獻2的技術相比，專利文獻3的技術會提高加工效率并且可以在短時間內形成多個改質區(qū)。然而，專利文獻3的技術使用單個激光源來發(fā)射具有一種類型波長的激光束。針對具有不同波長的每個激光束需要提供單獨的激光源，這就增加了激光源的數(shù)目。因此，激光加工設備變成很大并且增大了安裝空間。另外，激光加工設備變得復雜從而增加了零件數(shù)目并因此增加了制造成本。
專利文獻2的技術使用具有一種類型波長的激光束來形成改質區(qū)。當晶片非常厚時，在晶片表面的淺部和深部即激光束的入射面就難以可靠地形成正常的改質區(qū)。
例如，假定激光束波長設置為在晶片表面的淺部中可靠地形成正常的改質區(qū)。在這種情形下，很難在晶片表面的深部可靠地形成正常的改質區(qū)。相反地，假定激光束波長設置為在晶片表面的深部中可靠地形成正常的改質區(qū)。在這種情形下，很難在晶片表面的淺部可靠地形成正常的改質區(qū)。
近來已經提出了半導體襯底多層技術。已經做的一種嘗試是將專利文獻1至3中公開的激光切割技術用于多層晶片并切割以將它分開。半導體襯底多層技術涵蓋例如包括結合技術和SIMOX(注入氧分離)技術的SOI(絕緣體上的硅)技術、用于襯底例如藍寶石上的III-V復合半導體層的晶體生長技術和使用陽極結合以結合硅襯底和玻璃襯底的技術。
因為依照專利文獻1或2的技術使用具有一種類型的波長的激光束以形成改質區(qū)，所以很難在多層晶片中可靠地形成正常的改質區(qū)。其原因如下所述。多層中的層具有不同的光學特性。每一層指示激光束的特定折射率。激光束在層之間的邊界面上部分地發(fā)生反射。反射光與入射光相干擾從而被消除。激光束能量在激光束入射面的深部處極大地減弱。深部缺少激光束L產生多光子吸收所需的能量。改質區(qū)不能形成。
當晶片不能可靠地設置有正常的改質區(qū)時，晶片就會在切割分開過程中不必要地裂開。很難通過沿著預定切割線切割而形成精確的分開，這就降低了由晶片切割和分開得到的芯片的產量和質量。
專利文獻4中提出的技術提供了一種激光切割設備，該激光切割設備從晶片表面應用激光束并且在晶片中形成改質區(qū)。該設備設置有多個激光頭和卡盤臺。激光頭向晶片發(fā)射激光束?？ūP臺安裝晶片并且相對于激光頭向X方向即加工方向移動。激光頭配置成沿與X方向正交的Y方向獨立地移動。
依照專利文獻4的技術，多個激光頭可以沿Y方向獨立地移動。多個線可以同時在晶片上以不同的加工間距加工。這可以導致提高的加工效率。
專利文獻4公開了設置了多個激光頭從而沿與X和Y方向正交的Z方向獨立地移動?？梢詾閺亩鄠€激光頭發(fā)射的激光束指定沿Z方向的不同的聚焦點。一個加工行程可以在晶片中形成多層改質區(qū)，即使對于很厚的晶片也可以很容易地撕裂。
依照專利文獻4的技術，改質區(qū)可以首先在晶片表面的淺部然后在深部形成作為入射面。在這種情形下，在淺部形成的改質區(qū)阻礙激光束的入射以在深部形成改質區(qū)。很難在深部可靠地形成正常的改質區(qū)。
-專利文獻1JP-3408805B-專利文獻2JP-2002-205180A-專利文獻3JP-2004-337903A-專利文獻4JP-2004-111946A發(fā)明內容考慮到前述問題得出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的如下，(1)一個目的是提供了一種小而成本低的激光加工設備，該激光加工設備能夠在一段較短的時間內可靠地形成正常的改質區(qū)，以便從晶片表面開始沿深度方向形成多個改質區(qū)，(2)另一個目的是提供了一種成本低的激光加工方法，該方法能夠在一段較短的時間內可靠地形成正常的改質區(qū)，以便從晶片表面開始沿深度方向形成多個改質區(qū)。
依照本發(fā)明的一個方面，通過向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，設置如下。包括用于同時產生和發(fā)射具有多個波長的激光束的一個激光源。包括用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡。具有多個波長的激光束同時從晶片表面向內部的多個聚焦點發(fā)射，從而同時沿著晶片的預定切割線形成多個改質區(qū)，這些改質區(qū)從晶片表面沿深度方向間隔布置。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，設置如下。包括用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源。包括用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡。聚焦點設定在距離晶片表面劃分深度得到的多個部分的每一部分內，便于發(fā)射具有適合于每一部分的波長的激光束，從而沿著晶片的預定切割線在每一部分形成至少一個改質區(qū)。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向具有多個晶片層的多層晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，設置如下。包括用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源。包括用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡。聚焦點設定在多層晶片中的每一晶片層內，用于從多層晶片的頂部晶片層的表面發(fā)射具有適合于每一晶片層的波長的激光束，從而沿著多層晶片的預定切割線中的每一晶片層形成至少一個改質區(qū)。
依照本發(fā)明的另一個方面，激光加工設備設置如下。向兩層的晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)。通過使具有第一側和第二側的第二層層疊在具有第一側和第二側的第一層上，并且使第二層的第二側面向第一層的第一側而形成兩層的晶片。包括用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源。包括用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡。聚焦點設定在第二層中，便于從第二層的第一側發(fā)射具有適合于第二層的波長的激光束，從而沿著兩層的晶片的預定切割線在第二層內形成至少一個改質區(qū)。聚焦點設定在第一層中，便于從第一層的第二側發(fā)射具有適合于第一層的波長的激光束，從而沿著兩層的晶片的預定切割線在第一層內形成至少一個改質區(qū)。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工方法，設置如下使用(i)用于同時產生和發(fā)射具有多個波長的激光束的一個激光源，和(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡；選擇適合于晶片中的多個聚焦點的激光束的多個波長；并且同時從晶片表面向內部的多個聚焦點發(fā)射具有多個波長的激光束，從而同時沿著晶片的預定切割線形成多個改質區(qū)，這些改質區(qū)從晶片表面沿著深度方向間隔布置。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工方法，設置如下使用(i)用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取一個波長的激光束的一個激光源，和(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡；設定通過從晶片表面開始劃分深度而得到的多個部分的每一部分中的聚焦點；并且發(fā)射具有適合于每一部分的波長的激光束從而沿著晶片的預定切割線在每一部分處形成至少一個改質區(qū)。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向具有多個晶片層的多層晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工方法，設置如下使用(i)用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取一個波長的激光束的一個激光源，和(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡；在多層晶片中的每一晶片層中設定聚焦點；并且從多層晶片的頂部晶片層的表面發(fā)射具有適合于每一晶片層的波長的激光束，從而沿著多層晶片的預定切割線中的每一晶片層形成至少一個改質區(qū)。
依照本發(fā)明的另一個方面，向兩層的晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工方法，其中，兩層的晶片通過使具有第一側和第二側的第二層層疊在具有第一側和第二側的第一層上并且使第二層的第二側面向第一層的第一側而得到，該激光加工方法設置如下使用(i)用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取一個波長的激光束的一個激光源，和(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡；在第二層中設置聚焦點；從第二層的第一側發(fā)射具有適合于第二層的波長的激光束，從而沿著兩層的晶片的預定切割線在第二層內形成至少一個改質區(qū)；在第一層中設置聚焦點；并且從第一層的第二側發(fā)射具有適合于第一層的波長的激光束，從而沿著兩層的晶片的預定切割線在第一層內形成至少一層改質區(qū)。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，設置如下。包括多個激光頭。每一激光頭用于產生和發(fā)射激光束的激光源和用于使從激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡。同時從多個激光頭產生的多個激光束聚焦在彼此不同的多個聚焦點上，從而從晶片的表面開始沿著深度方向間隔地同時形成多個改質區(qū)。通過在沿著晶片的預定切割線以脈沖的方式同時發(fā)射多個激光束的同時，相對于晶片移動多個聚焦點來形成為多層的多個改質區(qū)群。每個改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面水平地(X方向)位于特定間隔處的多個改質區(qū)。多個激光束允許垂直地入射晶片的表面。相對于晶片來設置多個聚焦點的運動方向，從而始終從距離晶片表面最深的地方開始首先形成多個改質區(qū)中的第一個改質區(qū)。多個聚焦點的深度位置設置在晶片中。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，設置如下。包括多個激光頭。每一個頭部包括用于產生和發(fā)射激光束的激光源和用于使從激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡。包括水平移動構件，用于沿著與晶片的多個平行預定切割線正交的水平方向移動多個激光頭，以便使同時從多個激光頭產生的多個激光束的光軸之間的間隔與預定切割線之間的間隔對齊。通過在沿著多個預定切割線以脈沖的方式發(fā)射多個激光束的同時相對于晶片移動多個聚焦點而同時形成多層的多個改質區(qū)群，每一改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面沿水平方向間隔形成的多個改質區(qū)。多個激光束允許垂直地入射晶片的表面。相對于晶片來設置多個聚焦點的運動方向，從而始終從距離晶片表面最深的地方開始首先形成多個改質區(qū)中的第一個改質區(qū)。多個聚焦點的深度位置設置在晶片中。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工方法，設置如下使用多個激光頭，每一激光頭包括(i)用于產生和發(fā)射激光束的激光源和(ii)用于將從激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡；同時從多個激光頭產生的多個激光束聚焦在彼此不同的多個聚焦點上，從而從晶片的表面開始沿著深度方向在間隔處同時形成多個改質區(qū)；通過在沿著晶片的預定切割線以脈沖方式發(fā)射多個激光束的同時相對于晶片移動多個聚焦點而同時形成多個改質區(qū)群，每一改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面在水平方向上間隔形成的多個改質區(qū)；多個激光束允許垂直地入射晶片的表面；相對于晶片來設置多個聚焦點的運動方向，從而始終從距離晶片表面最深的地方開始首先形成多個改質區(qū)中的第一個改質區(qū)；并且在晶片中設置多個聚焦點的深度位置。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工方法，設置如下使用多個激光頭，每一激光頭包括(i)用于產生和發(fā)射激光束的激光源和(ii)用于將從激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡；沿著與晶片的多個平行預定切割線正交的水平方向移動多個激光頭，以便使同時從多個激光頭產生的多個激光束的光軸之間的間隔與預定切割線之間的間隔對齊；通過在沿著多個預定切割線以脈沖的方式發(fā)射多個激光束的同時相對于晶片移動多個聚焦點而同時形成多個改質區(qū)群，每一改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面在水平方向上的間隔形成的多個改質區(qū)；多個激光束允許垂直地入射晶片的表面；相對于晶片來設置多個聚焦點的運動方向，從而始終從距離晶片表面最深的地方開始首先形成多個改質區(qū)中的第一個改質區(qū)；并且在晶片中設置多個聚焦點的深度位置。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，設置如下。包括多個激光頭，這些激光頭布置在與表面平行的線上。激光頭各自包括(i)用于發(fā)射激光束的激光源和(ii)用于使激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡。聚焦點在晶片內部的虛擬平面上以從晶片表面開始逐步加深，該平面垂直于晶片的表面并且包括所述線。包括移動裝置，用于相對于與所述線平行的晶片移動激光頭，在發(fā)射激光束形成多個改質區(qū)群的同時，使聚焦點中最深的聚焦點在先生成，其中多個改質區(qū)群是在平面上的多層，并且每個改質區(qū)群包括與每個聚焦點對應的改質區(qū)。
依照本發(fā)明的另一個方面，通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，設置如下。包括多個激光頭，這些激光頭布置在與表面平行的線上。激光頭各自包括(i)用于發(fā)射激光束的激光源和(ii)用于使激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡。聚焦點在晶片內部的虛擬平面上以從晶片表面開始逐步加深，該平面垂直于晶片的表面并且包括所述線。包括第一移動裝置，用于相對于與線平行的晶片移動激光頭，從而使聚焦點中最深的聚焦點在先生成而不發(fā)射激光束。包括第二移動裝置，用于在發(fā)射激光束形成多個改質區(qū)群的同時相對于與平面正交的晶片移動激光頭，其中每一改質區(qū)群包括多個改質區(qū)并且包括在晶片的每一預定切割線中。


通過如下參照附圖所做的詳細說明，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將會更加顯而易見。附圖中圖1A是晶片的平面圖，圖1B是圖1A沿著線X-X剖開的剖視圖，用于解釋依照第一實施例通過將激光束射在晶片上來形成改質區(qū)的過程；
圖2是沿著圖1A的相當于預定切割線K的線Y-Y剖開的剖視圖；圖3是沿著圖1A的相當于預定切割線K的線Y-Y剖開的剖視圖；圖4是沿著圖1A的相當于預定切割線K的線Y-Y剖開的剖視圖；圖5和6示意性地顯示了依照第二實施例的晶片的縱向剖視圖；圖7和8示意性地顯示了依照第三實施例的兩層的晶片的縱向剖視圖；圖9和10示意性地顯示了依照第四實施例的兩層的晶片的縱向剖視圖；圖11是顯示了激光加工設備的概要構造的透視圖；圖12A依照第五實施例的激光照射設備的底視圖，圖12B是用于解釋依照第五實施例的激光照射設備的概要構造的局部縱向剖視圖；圖13A是依照第五實施例的晶片的平面圖，圖13B是沿著圖13A的線V-V剖開的剖視圖；圖14是沿著圖13A的相當于預定切割線K的線W-W剖開的剖視圖；圖15A是依照第六實施例的激光照射設備的底視圖，圖15B是用于解釋依照第六實施例的激光照射設備的概要構造的局部縱向剖視圖；圖16A是依照第六實施例的晶片的平面圖，圖16B是沿著圖16A的線V-V剖開的剖視圖；圖17是沿著圖16A的相當于預定切割線K的線W-W剖開的剖視圖；圖18A是依照第七實施例的激光照射設備的底視圖，圖18B是晶片的局部透視圖；圖19A是依照第八實施例的激光照射設備的底視圖，圖19B是晶片的局部透視圖；圖20是依照第九實施例的晶片的局部透視圖；并且圖21A和21B是依照第十實施例的激光照射設備的底視圖。
具體實施例方式
1.第一實施例圖1A、1B和2至4顯示了依照第一實施例使激光束照射晶片10形成改質區(qū)的過程。圖1A顯示了晶片10的平面圖。圖1B和2至4示意性地顯示了晶片10的縱向剖視圖。圖1B是沿著圖1A的線X-X剖開的剖視圖。圖2至4是沿著圖1A的相當于預定切割線K的線Y-Y剖開的剖視圖。
晶片(批量硅晶片)10是由批量單晶硅材料制成的。晶片10的反面10a連接有切割膜(切割薄板、切割帶和擴張帶)11。切割膜11由在受熱或沿擴張方向施加力時能夠擴張的擴張塑料膜材料制成。切割膜11使用粘合劑(未顯示)粘結至晶片10的整個反面上。
<過程1參見圖2>
激光加工設備設置有一個激光源SLa和一個聚光透鏡CV。激光源SLa同時生成具有兩個波長λa和λb的激光束La和Lb并且發(fā)射這兩個激光束。
激光束La和Lb的光軸OA保持垂直于晶片10的表面10b。在這種狀態(tài)下，激光束La和Lb透過聚光透鏡CV發(fā)射至晶片10的表面10b(激光束La和Lb的入射面)。激光束L在聚焦點(焦點)Pa和Pb上會聚。然后這些聚焦點對準晶片10中的特定位置。因此，激光束La和Lb的照射在晶片10的聚焦點Pa和Pb處形成了改質區(qū)(改質層)R。
增大激光束的波長會加深晶片中的聚焦點的深度位置。改質區(qū)R在遠離晶片10的表面10b處形成。換句話說，增大激光束的波長還可以增大激光束的入射面(晶片10的表面10b)至聚焦點的距離。改質區(qū)R在晶片10中形成在遠離激光束的入射面的位置上。晶片10中的聚焦點Pa和Pb的深度位置等于從晶片10的表面10b(激光束La和Lb的入射面)到聚焦點Pa和Ph的距離。
當激光束La的波長λa設置成大于激光束Lb的波長λb(λb＜λa)，激光束La的聚焦點Pa的深度位置比激光束Lb的聚焦點Pb深。例如，假定釔鋁石榴石激光器用于產生激光束La和Lb。在這種情形下，僅僅需要設置激光束La的波長λa等于1319nm并且激光束Lb的波長λb等于1064nm。
改質區(qū)R包括主要由于激光束La和Lb的照射產生的多光子吸收而形成的熔融處理區(qū)。即，由于激光束La和Lb局部加熱晶片10中與聚焦點Pa和Pb對應的位置而產生的多光子吸收。加熱位置一旦熔融就使之再度硬化。通過這種方式，晶片10中的熔融然后再度硬化的區(qū)域就變成改質區(qū)R。熔融處理區(qū)表示其中物相或晶體結構發(fā)生了改變的區(qū)域。換句話說，熔融處理區(qū)是晶片10中發(fā)生下列變化的區(qū)域之一，即單晶硅變成無定形硅的區(qū)域；單晶硅變成多晶硅的區(qū)域；以及單晶硅變成包含非晶硅和多晶硅的結構的區(qū)域。因為晶片10是批量硅晶片，所以熔融處理區(qū)主要由多晶硅形成。
熔融處理區(qū)主要通過多光子吸收而形成，而不是通過吸收晶片10中的激光束La和Lb(即激光束的常規(guī)加熱)形成。因此，晶片10中除了聚焦點Pa和Pb之外的位置幾乎不吸收激光束La和Lb。這可以防止晶片10的表面10b發(fā)生熔融或變形。
激光加工設備通過使晶片10中的聚焦點Pa和Pb保持恒定的深度位置而發(fā)射用于掃描的脈沖激光束La和Lb。激光加工設備沿著晶片10的直的預定切割線K順著圖2的箭頭α的方向移動聚焦點Pa和Pb。
另外，激光加工設備可以在沒有掃描這些激光束的情況下保持恒定的位置來發(fā)射激光束La和Lb。在這種狀態(tài)下，可以沿著與激光束La和Lb的發(fā)射方向正交的方向移動安裝晶片10的安裝基座(未顯示)。該方向相當于激光束La和Lb關于晶片10的表面10b的入射方向。即，激光加工設備可以掃瞄激光束La和Lb或移動晶片10從而相對于晶片10沿著晶片10的預定切割線K移動聚焦點Pa和Pb。
通過這種方式，激光加工設備就在晶片10的反面10a附近設定了晶片10中的聚焦點Pa和Pb的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備發(fā)射脈沖激光束La和Lb并且相對于晶片10移動聚焦點Pa和Pb。激光加工設備同時在距離晶片10的表面10b的恒定深度位置處形成一組2層的改質區(qū)群Ga1和Gb1。深度位置對應于激光束La和Lb的入射面至內部的給定距離。每個改質區(qū)群包括相對于晶片10的表面10b和反面10a水平地相距特定間隔的多個改質區(qū)R。
<過程2參見圖3>
然后激光加工設備就在大約為晶片10的表面10b和反面10a之間的中部設定聚焦點Pa和Pb的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備發(fā)射脈沖激光束La和Lb并且相對于晶片10移動聚焦點Pa和Pb。激光加工設備同時形成一組2層的改質區(qū)群Ga2和Gb2。每個改質區(qū)群包括相對于晶片10的表面10b和反面10a水平地相距特定間隔的多個改質區(qū)R。
<過程3參見圖4>
然后激光加工設備就在晶片10的表面10b附近設定晶片10的聚焦點Pa和Pb的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備發(fā)射脈沖激光束La和Lb并且相對于晶片10移動聚焦點Pa和Pb。激光加工設備同時形成一組2層的改質區(qū)群Ga3和Gb3。每個改質區(qū)群包括相對于晶片10的表面10b和反面10a水平地相距特定間隔的多個改質區(qū)R。
多個改質區(qū)R在激光束La的聚焦點Pa處形成并且構成改質區(qū)群Ga1、Ga2和Ga3。多個改質區(qū)R在激光束Lb的聚焦點Pb處形成并且構成改質區(qū)群Gb1、Gb2和Gb3。改質區(qū)群的這些組包括改質區(qū)群Ga1和Gb1的底部組、改質區(qū)群Ga2和Gb2的中部組和改質區(qū)群Ga3和Gb3的頂部組。改質區(qū)群的這些組相對于晶片10的表面10b的深度方向彼此分開、鄰接或重疊。深度方向相當于晶片10的厚度方向、晶片10的剖面方向以及與晶片10的表面10b和反面10e正交的方向。
<過程4參見圖1B>
激光加工設備在晶片10中形成6層的改質區(qū)群Ga1、Gb1、Ga2、Gb2、Ga3和Gb3的三個組。設備通過靠著預定切割線使切割膜11沿著水平方向(箭頭β和β’指示的方向)擴張而向每個改質區(qū)群施加張應力。
因此，在晶片10中產生切應力。裂縫首先沿著晶片10的深度方向在底部層改質區(qū)群Ga1處產生以作為相距切割膜11最近的起始點。然后另一個裂縫沿著晶片10的深度方向在Ga1上方的改質區(qū)群Gb1處產生以作為起始點。然后另一個裂縫沿著晶片10的深度方向在Gb1上方的改質區(qū)群Ga2處產生以作為起始點。同樣地，裂紋沿著深度方向在晶片10的改質區(qū)群Ga1至Gb3處產生以作為多個起始點。在改質區(qū)群Ga1至Gb3處作為起始點的這些裂紋擴展以連接在一起。擴展的裂縫到達晶片10的表面10b和反面10a從而切割并且分開晶片10。
改質區(qū)群Ga1至Gb3沿著預定切割線K形成。使切割膜11擴張并且向改質區(qū)群Ga1至Gb3適當?shù)厥┘訌垜κ橇己玫牧晳T做法。這使每個改質區(qū)R處的裂紋構成三個組或者6層的改質區(qū)群Ga1至Gb3。改質區(qū)R作為切割的起始點。通過這種方式，就可以使用相對較小的力在不會導致晶片10中產生不需要的裂縫的條件下精確地切割并且分開晶片10。
許多芯片(未顯示)展示在大約為盤形的薄晶片10的表面10b上的網格狀線中。預定切割線設置在芯片之間。即，多個預定切割線展示在晶片10的表面10b上的網格狀線中。在對于每個預定切割線形成改質區(qū)群Ga1至Gb3之后，擴張切割膜11就可以使晶片10切割并且分成芯片。
<第一實施例的操作和工作效果>
第一實施例可以提供如下的操作和工作效果。
<1-1>第一實施例使用一個可以同時產生和發(fā)射分別具有波長λa和λb的激光束La和Lb的激光源SLa。第一實施例逐漸改變晶片10中的激光束La和Lb的聚焦點Pa和Pb的深度位置。隨后第一實施例形成三個組或6層的改質區(qū)群Ga1至Gb3。改質區(qū)群的一個組構成兩層并且一次形成。改質區(qū)群從表面10b開始沿著晶片10的預定切割線K順著深度方向彼此分開、鄰接或重疊。
換句話說，第一實施例沿著入射方向(深度方向)對這晶片10向晶片10以逐步改變聚焦點Pa和Pb的多個位置(深度位置)的方式發(fā)射激光束La和Lb。第一實施例形成多個構成三個組或6層的改質區(qū)群Ga1至Gb3的改質區(qū)R，從而沿著入射方向彼此分開、鄰接或重疊。
第一實施例同時向晶片10發(fā)射具有波長λa和λb的激光束La和Lb。通過這種方式，第一實施例在對應于激光束La和Lb的不同深度處同時形成構成兩層的改質區(qū)群(Ga1和Gb1、Ga2和Gb2以及Ga3和Gb3)的改質區(qū)R。因此，第一實施例比專利文獻2中的技術提供了一種較高的加工效率，在文獻2中一次形成了具有不同深度的一個改質區(qū)。該實施例可以在一段較短的時間內可靠地形成多層正常的改質區(qū)群Ga1至Gb3。該實施例可以提供較高的吞吐量并且適合于批量生產。
第一實施例僅僅使用一個激光源SLa。該實施例可以比專利文獻3中的技術進一步使激光加工設備小型化，其中專利文獻3對于具有不同波長的每個激光束提供了一個激光源。該實施例可以減小安裝空間。另外，該實施例可以簡化激光加工設備，從而減小零件的數(shù)目并且減小制造成本。
<1-2>第一實施例形成六層改質區(qū)群Ga1至Gb3。改質區(qū)群的層的數(shù)目可以根據晶片10的厚度適當?shù)刂付??？梢詢?yōu)選形成具有四層或更少層或者八層或更多層的改質區(qū)群。
<1-3>第一實施例使用能夠同時發(fā)射具有波長λa以及λb的激光束La和Lb的激光源SLa(激光源能夠同時以兩個波長振蕩)。該實施例同時形成構成兩層的改質區(qū)群(Ga1和Gb1、Ga2和Gb2或Ga3和Gb3)的改質區(qū)R。另外，該實施例可以使用能夠同時產生并且發(fā)射具有三個或更多波長的激光束的激光源。該實施例可以同時形成構成具有三層或更多層的改質區(qū)群的改質區(qū)R。
激光束La和Lb的波長λa和λb并不限于如上所提到的λa為1319nm、λb為1064nm。可以優(yōu)選用實驗方法以試驗性的手段發(fā)現(xiàn)能夠完全提供上述操作和工作效應的最佳值。
<1-4>優(yōu)選如上所述那樣以Ga1和Gb1、Ga2和Gb2、以及Ga3和Gb3的順序形成6層的改質區(qū)群Ga1至Gb3。即，該優(yōu)選從距離晶片10的表面10b(激光束La和Lb的入射面)最遠的改質區(qū)群開始，其中激光束La和Lb從表面10b入射。
例如，假定首先形成改質區(qū)群Ga3和Gb3，然后形成改質區(qū)群Ga1和Gb1。改質區(qū)群Ga3和Gb3位于晶片10的表面10b的附近，其中激光束La和Lb從晶片10的表面10b入射。Ga1和Gb1位于遠離表面10b的地方。首先形成的改質區(qū)群Ga3和Gb3分散在形成改質區(qū)群Ga1和Gb1期間發(fā)射的激光束La和Lb。這使不規(guī)則的尺寸的改質區(qū)R構成改質區(qū)群Ga1和Gb1。改質區(qū)群Ga1和Gb1不能均一地形成。
相比之下，第一實施例從距離晶片10的表面10b(激光束La和Lb的入射面)最遠的位置開始順次形成改質區(qū)群Ga1至Gb3，其中，激光束La和Lb從表面10b入射。可以形成新的改質區(qū)R，其中在入射表面10b和聚焦點Pa和Pb之間不存在改質區(qū)R。已經形成的改質區(qū)R不分散激光束La和Lb。因此可以均一地形成6層的改質區(qū)群Ga1至Gb3。
另外，當6層的改質區(qū)群Ga1至Gb3從晶片10的表面10b最近的位置開始順次(即以Ga3和Gb3、Ga2和Gb2以及Ga1和Gb1的順序)或隨機形成時，6層的改質區(qū)群Ga1至Gb3可以在一定程度上均一地形成。通過用實驗方法確認實際形成的改質區(qū)群以適當?shù)卮_定形成改質區(qū)群的順序是良好的習慣做法。
如下的方法對于通過改變晶片10中的聚焦點Pa和Pb的深度位置來形成多層改質區(qū)群Ga1至Gb3是可用的<a>相對于晶片10的表面10b和反面10a沿垂直方向上下移動用于發(fā)射激光束La和Lb的激光源SLa和包括聚光透鏡CV的頭部(激光頭)；<b>相對于晶片10的表面10b和反面10a沿垂直方向上下移動用于放置晶片10的安裝基座；和<c>組合方法<a>和<b>，使頭部和安裝基座彼此相對地上下移動。該方法可以比方法<a>和<b>更快地形成多層改質區(qū)群Ga至Gc。
2.第二實施例圖5和6顯示了依照第二實施例向晶片10發(fā)射激光束并且形成改質區(qū)的過程。圖5和6示意性地顯示了依照第二實施例的晶片的縱向剖視圖。
<過程1參見圖5>
激光加工設備設置有一個激光源SLb和一個聚光透鏡CV。激光源SLb選擇具有波長λc的激光束Lc和具有波長λd的激光束Ld這兩者之一。然后激光源SLb產生并發(fā)射具有所選波長的激光束。
激光加工設備允許激光源SLb發(fā)射具有波長λc的激光束Lc。激光束Lc的光軸OA保持垂直于晶片10的表面10b。在這種狀態(tài)下，激光束Lc透過聚光透鏡CV發(fā)射到晶片10的表面10b(激光束Lc的入射面)。激光束Lc會聚在聚焦點Pc即晶片10中的特定位置上。由于激光束Lc的照射，在晶片10中的聚焦點Pc處形成改質區(qū)R。
激光加工設備就在晶片10的反面10a附近設定了晶片10中的聚焦點Pc的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備發(fā)射脈沖激光束Lc并且相對于晶片10移動聚焦點Pc。激光加工設備在距離晶片10的表面10b的特定深度位置處(即內部的距離激光束Lc的入射面特定位置處)形成一層的改質區(qū)群Gc1。改質區(qū)群Gc1包括相對于晶片10的表面10b和反面10a水平地相距特定間隔處產生的多個改質區(qū)R。
激光加工設備逐漸改變晶片10中的聚焦點Pc的深度位置。隨后激光加工設備從晶片10的反面10a附近開始往上形成3層的改質區(qū)群Gc1至Gc3。改質區(qū)群從晶片10的表面10b開始沿著晶片10的預定切割線K順著深度方向彼此分開、鄰接或重疊。
<過程2參見圖6>
激光加工設備允許激光源SLb發(fā)射具有波長λd的激光束Ld。激光束Ld的光軸OA保持垂直于晶片10的表面10b。在這種狀態(tài)下，激光束Ld透過聚光透鏡CV發(fā)射到晶片10的表面10b(激光束Ld的入射面)。激光束Ld會聚在聚焦點Pd即晶片10中的特定位置上。由于激光束Ld的照射，在晶片10中的聚焦點Pd處形成改質區(qū)R。
激光加工設備在改質區(qū)群Gc3上方的特定位置處設定晶片10中的聚焦點Pd的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備發(fā)射脈沖激光束Ld并且相對于晶片10移動聚焦點Pd。激光加工設備在距離晶片10的表面10b的特定深度位置處(即內部的距離激光束Ld的入射面的特定位置處)形成一層的改質區(qū)群Gd1。改質區(qū)群Gd1包括相對于晶片10的表面10b和反面10a水平地相距特定間隔處產生的多個改質區(qū)R。
激光加工設備逐漸改變晶片10中的聚焦點Pd的深度位置。隨后激光加工設備從改質區(qū)群Gc3上方開始朝向晶片10的表面10b形成3層的改質區(qū)群Gd1至Gd3。改質區(qū)群從表面10b開始沿著晶片10的預定切割線K順著深度方向彼此分開、鄰接或重疊。
<過程3>
與第一實施例中的過程3類似，切割膜11相對于預定切割線K水平地擴張。張應力施加到晶片10中的改質區(qū)群Gc1至Gc3和Gd1至Gd3上。
因此，在晶片10中產生切應力。裂縫首先沿著晶片10的深度方向在底部層改質區(qū)群Gc1處生成以作為相距切割膜11最近的起始點。然后另一個裂縫沿著晶片10的深度方向在Gc1上方的改質區(qū)群Gc2處產生以作為起始點。然后另一個裂縫沿著晶片10的深度方向在Gc2上方的改質區(qū)群Gc3處產生以作為起始點。同樣地，裂紋沿著深度方向在晶片10的改質區(qū)群Gd1至Gc3處產生作為多個起始點。在改質區(qū)群Gc1至Gd3處作為起始點的這些裂紋擴展以連接在一起。擴展的裂縫到達晶片10的表面10b和反面10a從而切割并且分開晶片10。
改質區(qū)群Gc1至Gd3沿著預定切割線K形成。使切割膜11擴張并且向改質區(qū)群Gc1至Gd3適當?shù)厥┘訌垜κ橇己玫牧晳T做法。這使每個改質區(qū)R處的裂紋構成6層的改質區(qū)群Gc1至Gd3。改質區(qū)R作為切割的起始點。通過這種方式，就可以使用相對較小的力在不會導致晶片10中產生不需要的裂縫的條件下精確地切割并且分開晶片10。
<第二實施例的操作和工作效果>
第二實施例可以提供如下的操作和工作效果。
<2-1>第二實施例使用一個激光源SLb，該激光源SLb可以選擇具有波長λc和λd的激光束Lc和Ld這兩者之一并且發(fā)射所選的激光束。過程1(圖5)在距離晶片10的表面10b的最深位置處形成改質區(qū)R。該實施例從晶片10的表面10b向內部的聚焦點Pc發(fā)射具有波長λc的激光束Lc。該實施例形成能夠構成3層的改質區(qū)群Gc1至Gc3的每個改質區(qū)R。過程2(圖6)在距離晶片10的表面10b的最較淺的位置處形成改質區(qū)R。該實施例從晶片10的表面10b向內部的聚焦點Pd發(fā)射具有波長λd的激光束Ld。該實施例形成能夠構成3層的改質區(qū)群Gd1至Gd3的每個改質區(qū)R。
將激光束Lc的波長λc設置成充分大的值可以向距離晶片10的表面10b深位置處應用波長λc。正常的改質區(qū)R可以可靠地在深位置處形成。將激光束Ld的波長λd設置成充分較小的值可以向距離晶片10的表面10b的淺位置處應用波長λd。正常改質區(qū)R可以可靠地在淺位置處形成。波長λc變成大于λd(λc＞λd)。在考慮到晶片10的材料和厚度時，優(yōu)選用實驗方法通過試驗性的手段發(fā)現(xiàn)波長λc和λd的最佳值。
第二實施例僅僅使用一個激光源SLb。該實施例可以比專利文獻3中的技術進一步使激光加工設備小型化，其中專利文獻3對于具有不同波長的每個激光束提供了一個激光源。該實施例可以減小安裝空間。另外，該實施例可以簡化激光加工設備，從而減小零件的數(shù)目并且減小制造成本。
<2-2>第二實施例形成六層改質區(qū)群Gc1至Gd3。改質區(qū)群的層的數(shù)目可以根據晶片10的厚度適當?shù)刂付??？梢詢?yōu)選形成具有四層或更少層或者八層或更多層的改質區(qū)群。
<2-3>第二實施例使用能夠可選擇地發(fā)射具有波長λc和λd的激光束Lc和Ld的激光源SLb(激光源能夠以兩個可選擇的波長進行振蕩)。該實施例針對距離晶片10的表面10b的兩個位置即深位置和淺位置選擇最佳波長λc或λd。
另外，可以優(yōu)選使用能夠產生和發(fā)射可選擇的三個波長的激光束的激光源。最佳波長能夠可選擇地施加給距離晶片10的表面10b的三個位置即深位置、淺位置和中間位置。此外，可以優(yōu)選使用能夠產生和發(fā)射可選擇的四種或更多波長的激光束的激光源。最佳波長能夠可選擇地施加到由距離晶片10的表面10b的一個深度處分開的多個部分上。
<2-4>優(yōu)選如上所述那樣按照Gc1、Gc2、Gc3、Gd1、Gd2和Gd3的順序形成6層的改質區(qū)群Gc1至Gd3。即，該形成優(yōu)選從距離晶片10的表面10b(激光束Lc和Ld的入射面)最遠的改質區(qū)群開始，其中激光束Lc和Ld從表面10b入射。原因與第一實施例的<1-4>所描述的相同。
另外，當6層的改質區(qū)群Gc1至Gd3從晶片10的表面10b最近的地方開始順次(即以Gd3、Gd2、Gd1、Gc3、Gc2和Gc1的順序)或隨機形成時，6層的改質區(qū)群Gc1至Gd3可以在一定程度上均一地形成。通過用實驗方法確認實際形成的改質區(qū)群以適當?shù)卮_定形成改質區(qū)群的順序是良好的習慣做法。
3.第三實施例圖7和8顯示了依照第三實施例向晶片12和13發(fā)射激光束并且形成改質區(qū)的過程。圖7和8示意性地顯示了依照第三實施例的晶片12和13的縱向剖視圖。
晶片(批量硅晶片)12和13是由批量單晶硅材料制成的。切割膜11粘結到晶片12的反面12a。晶片13層壓在晶片12的表面12b上。晶片12的表面12a和晶片13的反面13a粘結以形成兩層結構。
<過程1參見圖7>
激光加工設備設置有一個激光源SLc和一個聚光透鏡CV。激光源SLc選擇具有波長λe的激光束Le和具有波長λf的激光束Lf之一。然后激光源SLc產生并發(fā)射具有所選波長的激光束。
激光加工設備允許激光源SLc發(fā)射具有波長λe的激光束Le。激光束Le的光軸OA保持垂直于晶片13的表面13b。在這種狀態(tài)下，激光束Le透過聚光透鏡CV照射到晶片13的表面13b(激光束Le的入射面)。激光束Le會聚在聚焦點Pe即晶片12中的特定位置上。由于激光束Le的照射，在晶片12中的聚焦點Pe處形成改質區(qū)R。
激光加工設備就在晶片12的反面12a附近設定了晶片12中的聚焦點Pe的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備發(fā)射脈沖激光束Le并且相對于晶片12移動聚焦點Pe。激光加工設備在距離晶片12的表面12b的特定深度位置處(即，內部的距離激光束Le的入射面的特定位置處)形成一層的改質區(qū)群Ge1。改質區(qū)群Ge1包括相對于晶片12的表面12b和反面12a水平地相距特定間隔處產生的多個改質區(qū)R。
激光加工設備逐漸改變晶片12中的聚焦點Pe的深度位置。隨后激光加工設備沿著晶片12的預定切割線K形成3層的改質區(qū)群Ge1至Ge3。改質區(qū)群從晶片12的表面12b開始沿著深度方向布置，從而彼此分開、鄰接或重疊。
<過程2參見圖8>
激光加工設備允許激光源SLc發(fā)射具有波長λf的激光束Lf。激光束Lf的光軸OA保持垂直于晶片13的表面13b。在這種狀態(tài)下，激光束Lf透過聚光透鏡CV照射到晶片13的表面13b(激光束Lf的入射面)。激光束Lf會聚在聚焦點Pf即晶片13中的特定位置上。由于激光束Lf的照射，在晶片13中的聚焦點Pf處形成改質區(qū)R。
激光加工設備就在晶片13的反面13a附近設定了晶片13中的聚焦點Pf的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備發(fā)射脈沖激光束Lf并且相對于晶片13移動聚焦點Pf。激光加工設備在距離晶片13的表面13b的特定深度位置處(即，內部的距離激光束Lf的入射面的特定位置處)形成一層的改質區(qū)群Gf1。改質區(qū)群Gf1包括相對于晶片13的表面13b和反面13a水平地相距特定間隔處產生的多個改質區(qū)R。
激光加工設備逐漸改變晶片13中的聚焦點Pf的深度位置。隨后激光加工設備沿著晶片13的預定切割線K形成3層的改質區(qū)群Gf1至Gf3。改質區(qū)群從晶片13的表面13b開始沿著深度方向布置，從而彼此分開、鄰接或重疊。
<過程3>
切割膜11相對于預定切割線K水平地擴張從而向晶片10中的改質區(qū)群Ge1至Ge3和Gf1至Gf3施加張應力。依照圖7和圖8中的實例，切割膜11在從相應的頁面上觀察時垂直地擴張。
因此，在晶片12中產生切應力。裂縫首先沿著晶片12的深度方向在底部層改質區(qū)群Ge1處產生以作為相距切割膜11最近的起始點。然后另一個裂縫沿著晶片12的深度方向在Ge1上方的改質區(qū)群Gc2處產生以作為起始點。然后另一個裂縫沿著晶片12的深度方向在Ge2上方的改質區(qū)群Ge3處產生以作為起始點。在改質區(qū)群Ge1至Ge3處作為起始點的這些裂紋擴展以連接在一起。擴展的裂縫到達晶片12的表面12b和反面12a從而切割并且分開晶片12。
因此，在晶片13中產生切應力。裂縫首先沿著晶片13的深度方向在底部層改質區(qū)群Gf1處產生以作為相距切割膜11最近的起始點。然后另一個裂縫沿著晶片13的深度方向在Gf1上方的改質區(qū)群Gf2處以產生作為起始點。然后另一個裂縫沿著晶片13的深度方向在Gf2上方的改質區(qū)群Gf3處產生以作為起始點。在改質區(qū)群Gf1至Gf3處作為起始點的這些裂紋擴展以連接在一起。擴展的裂縫到達晶片13的表面13b和反面13a從而切割并且分開晶片13。
改質區(qū)群Ge1至Gf3沿著預定切割線K形成。使切割膜11擴張并且向改質區(qū)群Ge1至Gf3適當?shù)厥┘訌垜κ橇己玫牧晳T做法。這使每個改質區(qū)R處的裂紋構成6層的改質區(qū)群Ge1至Gf3。改質區(qū)R作為切割的起始點。通過這種方式，就可以使用相對較小的力在不會導致晶片12和13中產生不需要的裂縫的條件下精確地切割并且分開晶片12和13。
<第三實施例的操作和工作效果>
第三實施例可以提供如下的操作和工作效果。
<3-1>第三實施例使用一個激光源SLe，該激光源SLe可以選擇具有波長λe和λf的激光束Le和Lf這兩者之一并且發(fā)射所選的激光束。在過程1(圖7)中，該實施例從兩層的結構的上部晶片13的表面13b向下部晶片12的聚焦點Pe發(fā)射具有波長λe的激光束Le。通過這種方式，該實施例形成能夠構成3層的改質區(qū)群Ge1至Ge3的每個改質區(qū)R。在過程2(圖8)中，該實施例從晶片13的表面13b向它的聚焦點Pf發(fā)射具有波長λe的激光束Le。通過這種方式，該實施例形成能夠構成3層的改質區(qū)群Gf1至Gf3的每個改質區(qū)R。
晶片12和13被給定不同的光學特性因此對于激光束Le指示不同的折射率。部分激光束Le在晶片12和13之間的邊界面上發(fā)生反射。反射光與入射光干涉從而被消除。對于激光束Le，激光束Le的能量在距離入射面(晶片13的表面13b)的深部處大大減弱了。深部缺少激光束Le產生多光子吸收所需的能量。因此不能形成改質區(qū)R。
當指定激光束Le的波長λe一個適合于晶片12和13的材料的值時，激光束Le就不會在晶片12和13之間的邊界面上發(fā)生反射。對于激光束Le，在晶片12的距離入射面(晶片13的表面13b)的深部可以正常地并且可靠地形成能夠構成改質區(qū)群Ge1至Ge3的改質區(qū)R。當對激光束Lf的波長λf指定適合于晶片13的材料的值時，就可以在晶片13中正常并且可靠地形成能夠構成改質區(qū)群Gf1至Gf3的改質區(qū)R。在考慮到晶片12和13的材料和厚度時，優(yōu)選用實驗方法通過試驗性的手段發(fā)現(xiàn)波長λc和λd的最佳值。
第三實施例僅僅使用一個激光源SLc。該實施例可以比專利文獻3中的技術進一步使激光加工設備小型化，其中專利文獻3對于具有不同波長的每個激光束提供了一個激光源。該實施例可以減小安裝空間。另外，該實施例可以簡化激光加工設備，從而減小零件的數(shù)目并且減小制造成本。
粘合的SOI晶片包括單晶硅襯底Si層、埋藏氧化(BOX)層和單晶硅SOI層。這些層按照從底部到頂部的順序形成。提供了一種SOI結構，其中襯底Si層在氧化物埋層上形成作為絕緣層。例如，通過兩個晶片在每個粘合表面(反射表面)上加熱氧化形成氧化膜來制造粘合的SOI晶片。兩個晶片經由氧化膜粘合。然后，晶片之一拋光到預計的厚度。拋光晶片變成SOI層。未拋光的晶片變成襯底Si層。氧化膜變成氧化物埋層。
由于襯底Si層、氧化物埋層和SOI層的不同光學特性，根據層材料，粘合的SOI晶片對激光束顯示了不同的折射率。激光束在具有不同折射率的襯底Si層和氧化物埋層之間的邊界面上以及具有不同折射率的氧化物埋層和SOI層之間的邊界面上部分發(fā)生反射。反射光干擾入射光而被消除從而減弱激光束能量。另外，入射激光束被吸收在晶片中。由于激光束變得遠離晶片表面(激光束的入射面)，所以激光束能量減弱。因此，甚至粘合的SOI晶片也會遇到第三實施例中所描述的問題。距離粘合的SOI晶片的表面較深的部分還缺乏能夠產生多光子吸收所需的激光束能量。因此不能形成改質區(qū)R。
然而，可以通過將第三實施例應用到粘合的SOI晶片上并且向激光束波長提供適合于襯底Si層和SOI層的值來解決這個問題。在邊界面上不發(fā)生激光束的反射。在晶片的距離激光束的入射面(晶片表面)的深部可以正常地并且可靠地形成能夠構成多層改質區(qū)群的改質區(qū)。
<3-2>第三實施例在晶片12中形成了3層的改質區(qū)群Ge1至Ge3，在晶片13中形成了3層的改質區(qū)群Gf1至Gf3。晶片12和13中的改質區(qū)群的層數(shù)能夠根據晶片12和13的材料和厚度適當?shù)刂付ā？梢詢?yōu)選在每個晶片中形成兩層或更少層或者四層或更多層的改質區(qū)群。
<3-3>第三實施例使用能夠可選擇地發(fā)射具有波長λe和λf的激光束Le和Lf的激光源SLc(激光源能夠以兩個可選擇的波長進行振蕩)。該實施例從波長λe和λf中選擇針對兩層的晶片12和13為最佳波長的一個波長。
另外，可以優(yōu)選使用能夠產生和發(fā)射可選擇的三種型式或更多波長的激光束的激光源。最佳波長可以可選擇地施加到每個三層或更多層的多層晶片上。
<3-4>優(yōu)選如上所述形成順序為Ge1、Ge2、Ge3、Gf1、Gf2和Gf3的6層的改質區(qū)群Ga1至Gf3。即，該形成優(yōu)選從距離晶片13的表面13b(激光束Le和Lf的入射面)最遠的改質區(qū)群開始，其中激光束Le和Lf從表面13b入射。原因與第一實施例的<1-4>所描述的相同。
另外，當6層的改質區(qū)群Ge1至Gf3從晶片13的表面13b最近的地方開始順次(即以Gf3、Gf2、Gf1、Ge3、Ge2和Ge1的順序)或隨機形成時，6層的改質區(qū)群Ge1至Gf3可以在一定程度上均一地形成。通過用實驗方法確認實際形成的改質區(qū)群以適當?shù)卮_定形成改質區(qū)群的順序是良好的習慣做法。
4.第四實施例圖9和10顯示了依照第四實施例向晶片12和13發(fā)射激光束并且形成改質區(qū)的過程。圖9和10示意性地顯示了依照第四實施例的晶片12和13的縱向剖視圖。
<過程1參見圖9>
與第三實施例的過程2(圖8)類似，激光源SLc產生具有波長λf的激光束Lf。激光源SLc向晶片13的表面13b發(fā)射激光束Lf，隨后在晶片13中形成3層的改質區(qū)群Gf1至Gf3。
<過程2參見圖10>
切割膜11粘合到晶片13的表面13b。然后晶片12和13的兩層的結構反向。晶片12和13安裝在激光加工設備的安裝基座上，其中晶片12的反面12a向上。
激光加工設備允許激光源SLc發(fā)射具有波長λe的激光束Le。激光束Le的光軸OA保持垂直于晶片12的反面12a。在這種狀態(tài)下，激光束Le透過聚光透鏡CV照射到晶片12的反面12a(激光束La的入射面)。激光束Le會聚在聚焦點Pa即晶片12中的特定位置上。由于激光束La的照射，在晶片12中的聚焦點Pe處形成改質區(qū)R。
激光加工設備就在晶片12的表面12b附近設定了晶片12中的聚焦點Pe的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備發(fā)射脈沖激光束Le并且相對于晶片12移動聚焦點Pe。激光加工設備在距離晶片12的反面12a的特定深度位置處(即，內部的距離激光束La的入射面的特定位置處)形成一層的改質區(qū)群Ge3。改質區(qū)群Ge3包括相對于晶片12的表面12b和反面12a水平地相距特定間隔處產生的多個改質區(qū)R。
激光加工設備逐漸改變晶片12中的聚焦點Pe的深度位置。隨后激光加工設備沿著晶片12的預定切割線K形成3層的改質區(qū)群Ge3至Ge1。改質區(qū)群從晶片12的反面12a開始沿著深度方向布置，從而彼此分開、鄰接或重疊。
<過程3>
切割膜11相對于預定切割線K水平地擴張從而向晶片10中的改質區(qū)群Gf1至Gf3和Ge1至Ge3施加張應力。依照圖9和圖10所示的實例，切割膜11在從相應的頁面上觀察時垂直地擴張。
因此，在晶片13中產生切應力。裂縫首先沿著晶片13的深度方向在底部層改質區(qū)群Gf3處產生以作為相距切割膜11最近的起始點。然后另一個裂縫沿著晶片13的深度方向在Gf3上方的改質區(qū)群Gf2處產生以作為起始點。然后另一個裂縫沿著晶片13的深度方向在Gf2上方的改質區(qū)群Gf1處產生以作為起始點。在改質區(qū)群Gf3至Gf1處作為起始點的這些裂紋擴展以連接在一起。擴展的裂縫到達晶片13的表面13b和反面13a從而切割并且分開晶片13。
在晶片12中產生切應力。裂縫首先沿著晶片12的深度方向在底部層改質區(qū)群Ge3處產生以作為相距切割膜11最近的起始點。然后另一個裂縫沿著晶片12的深度方向在Ge3上方的改質區(qū)群Ge2處以產生作為起始點。然后另一個裂縫沿著晶片12的深度方向在Ge2上方的改質區(qū)群Ge1處產生以作為起始點。在改質區(qū)群Ge3至Ge1處作為起始點的這些裂紋擴展以連接在一起。擴展的裂縫到達晶片12的表面12b和反面12a從而切割并且分開晶片12。
<第四實施例的操作和工作效果>
第四實施例可以提供與第三實施例的<3-2>至<3-4>中所述的相同的操作和工作效果。
與第三實施例類似的是，第四實施例使用可以從具有波長λe和λf的激光束Le和Lf中選擇其一并且發(fā)射所選激光束的一個激光源SLc。在過程1(圖9)中，該實施例從兩層的結構的上部晶片13的表面13b向下部晶片13的聚焦點Pf發(fā)射具有波長λf的激光束Lf。通過這種方式，該實施例形成能夠構成3層的改質區(qū)群Gf1至Gf3的每個改質區(qū)R。
第四實施例與第三實施例的不同之處如下。在過程2(圖10)中，該實施例從晶片12的反面12a向它的聚焦點Pe發(fā)射具有波長λe的激光束Le。通過這種方式，該實施例形成能夠構成3層的改質區(qū)群Ge1至Ge3的每個改質區(qū)R。
依照第四實施例，過程1(圖9)在晶片13中形成改質區(qū)群Gf1至Gf3。然后晶片12和13的兩層的結構反向。過程2(圖10)在晶片12中形成改質區(qū)群Ge3至Ge1。因此，激光束Le在晶片12和13之間的邊界面上不發(fā)生反射。
當對激光束Le的波長λe指定適合于晶片12的材料的值時，就可以在晶片12中正常并且可靠地形成能夠構成改質區(qū)群Ge3至Ge1的改質區(qū)R。當對激光束Lf的波長λf指定適合于晶片13的材料的值時，就可以在晶片13中正常并且可靠地形成能夠構成改質區(qū)群Gf1至Gf3的改質區(qū)R。在考慮到晶片12和13的材料和厚度時，優(yōu)選用實驗方法通過試驗性的手段發(fā)現(xiàn)波長λc和λd的最佳值。
在第四實施例中，過程1和2能夠按照如下方式反相。與過程2(圖10)類似的是，該實施例從晶片12的反面12a向它的聚焦點Pe發(fā)射激光束Le。通過這種方式，該實施例形成改質區(qū)群Ge3至Ge1。切割膜11結合到晶片12的反面12a。然后一組晶片12和13反向。與過程1(圖9)類似的是，該實施例從晶片13的表面13b向聚焦點Pf發(fā)射激光束Lf。通過這種方式，該實施例形成了改質區(qū)群Gf1至Gf3。與第一實施例中的過程3類似的是，切割膜11擴張從而切割和分開晶片12和13。
5.第五實施例圖11是顯示了依照第五實施例的用于向晶片14發(fā)射激光束的激光加工設備的概要構造的透視圖。激光加工設備20包括晶片安裝設備21、激光照射設備22和控制設備23。
晶片安裝設備21包括回轉工作臺(載物臺或試件支架)31和載運工作臺32。晶片10安裝在盤形回轉工作臺31上。晶片10的反面10a被吸收并且固定到回轉工作臺31的上表面上?；剞D工作臺31沿軸向支承在載運工作臺32上。載運工作臺32包含驅動設備(未顯示)。該驅動設備沿著方向θ在平行于晶片10的表面10b和反面10a的水平面內旋轉回轉工作臺31。激光加工設備20的主體基座(未顯示)包含驅動設備(未顯示)。該驅動設備沿著方向X和Y在平行于晶片10的表面10b和反面10a的水平面內移動載運工作臺32。
激光照射設備22布置在回轉工作臺31上。激光加工設備20設置有驅動設備(未顯示)。該驅動設備在平行于晶片10的表面10b和反面10a的水平面內沿著X和Y方向移動激光照射設備22。另外，激光照射設備22沿著Z方向垂直于晶片10的表面10b和反面10a移動激光照射設備22。激光照射設備22含有三個激光頭HLa至HLc。這些激光頭沿著X方向布置。
控制設備23控制驅動設備從而控制工作臺31和32以及激光照射設備22沿著X、Y和Z方向運動。X、Y和Z方向彼此正交。
圖12A是依照第五實施例的激光照射設備22的底視圖。圖12B是用于說明依照第五實施例的激光照射設備22的概要構造的局部縱向剖視圖。激光照射設備22設置有底部開啟的箱形外殼22a。三個激光頭HLa至HLc固定在外殼22a內部。激光頭HLa具有激光源SL1a和聚光透鏡CVa。激光源SL1a發(fā)射具有波長λa的激光束L1a。激光束L1a在聚焦點P1a會聚。聚焦點P1a的位置通過波長λa和聚光透鏡CVa的數(shù)值孔徑NAa來確定。激光頭HLb具有激光源SL1b和聚光透鏡CVb。激光源SL1b發(fā)射具有波長λb的激光束L1b。激光束L1b在聚焦點P1b會聚。聚焦點P1b的位置通過波長λb和聚光透鏡CVb的數(shù)值孔徑NAa來確定。激光頭HLc具有激光源SL1c和聚光透鏡CVc。激光源SL1c發(fā)射具有波長λc的激光束L1c。激光束L1c在聚焦點P1c會聚。聚焦點P1c的位置通過波長λc和聚光透鏡CVc的數(shù)值孔徑NAc來確定。
激光束L1a至L1c的光軸OAa至OAc指向Z方向并且沿著X方向布置。控制設備23控制激光頭HLa至HLc的激光束L1a至L1c的照射。
圖13A、13B和14顯示了依照第五實施例向晶片10發(fā)射激光束L1a至L1c并且形成改質區(qū)R的過程。圖13A顯示了晶片10的平面圖。圖13B和14示意性地顯示了依照第二實施例的晶片10的縱向剖視圖。圖13B是圖13A沿著線V-V剖開的剖視圖。圖14是沿著圖13A的相當于預定切割線K的線W-W剖開的剖視圖。
晶片(批量硅晶片)10是由批量單晶硅材料制成的。晶片10的反面10a連接有切割膜(切割薄板、切割帶和擴張帶)11。切割膜11由受熱或沿擴張方向施加力能夠擴張的擴張塑料膜材料制成。切割膜11使用粘合劑(未顯示)粘結至晶片10的整個反面上。
晶片10放置成使它的表面10b向上并且反面10a向下。切割膜11結合到反面10a。在這種狀態(tài)下，晶片10安裝在回轉工作臺31上(參見圖11)。切割膜11與回轉工作臺31的上表面接觸。
激光加工設備20控制激光束L1a至L1c的光軸OAa至OAc垂直于晶片10的表面10b并且對準預定切割線K。激光加工設備20透過聚光透鏡CVa至CVc向晶片10的表面10b(激光束L1a至L1c的入射面)發(fā)射激光束L1a至L1c。激光加工設備20使激光束L1a至L1c聚集在晶片10中的特定位置，這些位置作為不同的聚焦點(焦點)P1a至P1c。因此，激光加工設備20向晶片10中的不同聚焦點P1a至P1c發(fā)射激光束Lfa至L1c從而形成改質區(qū)(改質層)R。
增大激光束的波長會加深晶片中的聚焦點的深度位置。改質區(qū)R在距離晶片10的表面10b的深部處形成。換句話說，增大激光束的波長還可以增大激光束的入射面(晶片10的表面10b)至聚焦點的距離。在晶片10中，改質區(qū)R在距離激光束的入射面的深部處形成。
減小聚光透鏡的數(shù)值孔徑可以加深晶片10聚焦點的深度位置。改質區(qū)R在距離晶片10的表面101b的深部處形成。換句話說，減小聚光透鏡的數(shù)值孔徑可以增大激光束的入射面(晶片10的表面10b)至聚焦點的距離。改質區(qū)R在晶片10中形成在遠離激光束的入射面的位置上。晶片10中的聚焦點P1a至P1c的深度位置等于從晶片10的表面10b(激光束L1a至L1c的入射面)到聚焦點P1a至P1c的距離。
當激光束L1a至L1c指定的波長λa至λc為增大的順序(λa＜λb＜λc)時，聚焦點P1a至P1c的深度位置可以逐步按照這個順序加深。當聚光透鏡CVa至CVc指定的數(shù)值孔徑NAa至NAc為減少的順序(NAa＞NAb＞NAc)時，聚焦點P1a至P1c的深度位置可以按照這個順序增加。即使當波長λa至λc以及數(shù)值孔徑NAa至NAc按照如上所述指定時，聚焦點P1a至P1c的深度位置可以按照這個順序增加。
改質區(qū)R包括主要由于激光束L1a至L1c的照射產生的多光子吸收而產生的熔融處理區(qū)。即，由于激光束L1a至L1c局部加熱晶片10中與聚焦點P1a至P1c對應的位置而產生的多光子吸收。加熱位置一旦熔融就使之再度硬化。通過這種方式，晶片10中的熔融然后再度硬化的區(qū)域就變成改質區(qū)R。熔融處理區(qū)表示其中物相或晶體結構發(fā)生了改變的區(qū)域。換句話說，熔融處理區(qū)是晶片10中發(fā)生下列變化的區(qū)域之一，即單晶硅變成非晶硅的區(qū)域；單晶硅變成多晶硅的區(qū)域；以及單晶硅變成包含非晶硅和多晶硅的結構的區(qū)域。因為晶片10是批量硅晶片，所以熔融處理區(qū)主要由多晶硅形成。因為晶片10是批量硅晶片，所以熔融處理區(qū)主要由多晶硅形成。
熔融處理區(qū)主要通過多光子吸收而形成，而不是通過吸收晶片10中的激光束L1a至L1c(即激光束的常規(guī)加熱)形成。因此，晶片10中除了聚焦點P1a和P1b之外的位置幾乎不吸收激光束L1a至L1c。這可以防止晶片10的表面10b變成熔融或變形。
激光加工設備20保持晶片10中的聚焦點P1a至P1c為恒定的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備沿著X方向移動激光照射設備22并且發(fā)射用于掃描的脈沖激光束L1a至L1c。通過這種方式，激光加工設備20就沿著晶片10的直的預定切割線K順著X方向移動聚焦點P1a至P1c。
在上面的說明中，移動激光照射設備22來掃描激光束L1a至L1c。在此取而代之的是激光照射設備22固定。工作臺31和32能夠沿著與激光束L1a至L1c的照射方向正交的方向旋轉或移動。該方向相當于激光束L1a至L1c關于晶片10的表面10b的入射方向。即激光照射設備22移動并且掃描激光束L1a至L1c。工作臺31和32旋轉并且移動從而移動晶片10。通過這種方式，聚焦點P1a至P1c僅僅需要相對于晶片10沿著晶片10的預定切割線K移動。
激光加工設備20保持晶片10中的聚焦點P1a至P1c為恒定的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備20發(fā)射脈沖激光束L1a至L1c并且相對于晶片10移動聚焦點P1a至P1c。激光加工設備20同時在距離晶片10的表面10b的特定深度位置處形成一組3層的改質區(qū)群G1a至G1c。深度位置對應于激光束L1a至L1c的入射面至內部的特定距離。每個改質區(qū)群包括相對于晶片10的表面10b和反面10a水平地(X方向)位于特定間隔處的多個改質區(qū)R。
需要按照G1c、G1b和G1a的順序形成3層的改質區(qū)群G1c至G1a。即，該形成需要從距離晶片10的表面10b(激光束L1a至L1c的入射面)最遠的改質區(qū)群開始，其中激光束L1a至L1c從表面10b入射。例如，假定首先形成改質區(qū)群G1a然后是G1c。改質區(qū)群G1a位于晶片10的表面10b的附近，其中激光束L從晶片10的表面10b入射。改質區(qū)群G1c位于遠離表面10b的地方。首先形成的改質區(qū)群G1a在形成改質區(qū)群G1c的期間分散照射的激光束L。這使不規(guī)則的尺寸的改質區(qū)R構成改質區(qū)群G1c。因此改質區(qū)群G1c就不能均一地形成。
相比之下，第五實施例從距離晶片10的表面10b(激光束L的入射面)最遠的位置開始順次形成改質區(qū)群G1c至G1a，其中，激光束L從表面10b入射。因此可以形成新的改質區(qū)R，其中在入射表面10b和聚焦點P之間不存在改質區(qū)R。已經形成的改質區(qū)R不分散激光束L。因此就可以均一地形成3層的改質區(qū)群G1a至G1c。
圖14顯示了沿著預定切割線K相對地移動聚焦點P1a至P1c的實例。這可以是其中聚焦點P1c至P1a按照P1c、P1b和P1a的順序移動的情形。即，首先是聚焦點P1c。然后是聚焦點P1b。最后是聚焦點P1c。聚焦點P1c至P1a需要設置成使它們的相應的深度位置按照P1c、P1b和P1a的順序依次變淺。即，聚焦點P1c所需的深度位置最深。聚焦點P1a所需的深度位置最淺。聚焦點P1b所需的深度位置位于聚焦點P1a和P1c之間。
通過這種方式，頂部層就可以含有由聚焦點P1a構成的改質區(qū)群G1a。中間層可以包含聚焦點P1b形成的改質區(qū)群G1b。底部層可以包含聚焦點P1c形成的改質區(qū)群G1c?？梢詮木嚯x晶片10的表面10b(激光束L的入射面)最遠的位置開始按照G1c、G1b和G1a的順序順次形成改質區(qū)群G1c至G1a，其中，激光束L1a至L1c從表面10b入射。
如上所述，改質區(qū)群G1a至G1c在晶片10中形成。然后切割膜11靠著預定切割線水平地(圖13A和13B中的箭頭β和β’指示的方向即Y方向)擴張。張應力施加到改質區(qū)群G1a至G1c上。
因此，在晶片10中產生切應力。裂縫首先沿著晶片10的深度方向在底部層改質區(qū)群G1c處產生以作為相距切割膜11最近的起始點。然后另一個裂縫沿著晶片10的深度方向在中間層改質區(qū)群G1b處產生以作為起始點。然后另一個裂縫沿著晶片10的深度方向在頂部間層改質區(qū)群G1a處產生以作為起始點。在改質區(qū)群G1a至G1c處作為起始點的這些裂紋擴展以連接在一起。擴展的裂縫到達晶片10的表面10b和反面10a從而切割并且分開晶片10。
改質區(qū)群G1a至G1c沿著預定切割線K形成。使切割膜11擴張并且向改質區(qū)群G1a至G1c適當?shù)厥┘訌垜κ橇己玫牧晳T做法。這使每個改質區(qū)R處的裂紋構成改質區(qū)群G1a至G1c。改質區(qū)R作為切割的起始點。通過這種方式，就可以使用相對較小的力在不會導致晶片10中產生不需要的裂縫的條件下精確地切割并且分開晶片10。
許多芯片(未顯示)展示在大約為盤形的薄晶片10的表面10b上的網格狀線中。預定切割線K設置在芯片之間。即，多個預定切割線K展示在晶片10的表面10b上的網格狀線中。在對于每個預定切割線K形成改質區(qū)群G1a至G1c之后，擴張切割膜11就可以使晶片10切割并且分成芯片。
<第五實施例的操作和工作效果>
第五實施例使用三個激光頭HLa至HLc來發(fā)射激光束L1a至L1c。該實施例調節(jié)至少一個激光束L1a至L1c的波長λa至λc或者聚光透鏡CVa至CVc的至少一個數(shù)值孔徑NAa至NAc。該實施例適當?shù)卦O置晶片10中的激光束L1a至L1c的聚焦點P1a至P1c的深度位置。通過這種方式，該實施例同時形成能夠構成一組3層的改質區(qū)群G1a至G1c的每個改質區(qū)R。改質區(qū)群從表面10b開始沿著晶片10的預定切割線K順著深度方向彼此分開、鄰接或重疊。
換句話說，第五實施例向晶片10發(fā)射激光束L1a至L1c。該實施例指定激光束L1a至L1c的聚焦點P1a至P1c沿著晶片10上的入射方向(晶片10的深度方向)的不同位置(深度位置)。該實施例形成多個構成3層的改質區(qū)群G1a至G1c的改質區(qū)R，從而沿著入射方向彼此分開、鄰接或重疊。
換句話說，第五實施例同時向晶片10發(fā)射激光束L1a至L1c。通過這種方式，該實施例就形成了能夠構成3層的對應于激光束L1a至L1c的不同深度的改質區(qū)群G1a至G1c的改質區(qū)R。與專利文獻1公開的技術相比，該實施例具有下面的優(yōu)點，其中在文獻1中沿著晶片表面的深度方向形成了僅僅一層的改質區(qū)。即使當晶片10比較厚時，該實施例也能增大作為切割晶片10的起始點的改質區(qū)R的數(shù)目。因此就可以沿著預定切割線K精確地切割并且分開晶片10。
第五實施例同時形成了改質區(qū)群G1a至G1c，因而提高了加工效率。該實施例可以在一段較短的時間內可靠地形成多層正常的改質區(qū)群G1a至G1c。該實施例可以提供較高的吞吐量并且適合于批量生產。
依照第五實施例，激光束L1a至L1c沿垂直方向從晶片10的表面10b入射?？梢允辜す馐鳯1a至L1c照射的預定切割線K變窄。這樣從一個晶片10上切出的芯片可以比通過擴寬預定切割線K得到的更多。芯片制造成本就可以減少。
另外，第五實施例相對于晶片10設計聚焦點P1a至P1c的運動方向和深度位置。目的是隨后從距離晶片10的表面10b(激光束L1a的入射面)最遠的位置開始形成構成改質區(qū)群G1a至G1c的改質區(qū)R。在距離晶片10的表面1Ob較淺的部分出形成的改質區(qū)R不阻礙用于在深部形成改質區(qū)R的激光束的入射。正常的改質區(qū)R可以可靠地在深部分處形成。
第五實施例使用三個激光頭HLa至HLc來形成3層的改質區(qū)群G1a至G1c。另外，能夠用兩個或四個或更多激光頭來形成兩層或四層或更多的改質區(qū)群。
6.第六實施例圖15A是依照本發(fā)明的第六實施例的激光照射設備22的底視圖。圖15B是用于說明依照第六實施例的激光照射設備22的概要構造的局部縱向剖視圖。
圖16A、16B和17顯示了依照第六實施例向晶片10發(fā)射激光束L1a至L1c并且形成改質區(qū)R的過程。圖16A顯示了晶片10的平面圖。圖16B和17示意性地顯示了晶片10的縱向剖視圖。圖16B是圖16A沿著線V-V剖開的剖視圖。圖17是圖16A沿著相當于預定切割線K的線W-W剖開的剖視圖。
第六實施例與第五實施例的不同之處如下。
<6-1>激光照射設備22包含三個驅動設備41a至41c。
<6-2>驅動設備41a沿著光軸OAa順著Z方向前后移動激光頭HLa。驅動設備41b沿著光軸OAb順著Z方向前后移動激光頭HLb。驅動設備41c沿著光軸OAc順著Z方向前后移動激光頭HLc。驅動設備41a至41c能夠通過例如齒條和小齒輪或滾珠絲桿這些任意機構來實現(xiàn)。
<6-3>控制設備23控制驅動設備41a至41c從而沿著Z方向控制激光頭HLa至HLc的運動。
<6-4>激光束L1a至L1c的波長設置為相同的值。聚光透鏡CVa至CVc的數(shù)值孔徑設置為相同的值。
第六實施例使用驅動設備41a至41c來沿著Z方向調節(jié)激光頭HLa至HLc的位置。與第五實施例類似的是，第六實施例適當?shù)卦O置晶片10中的激光束L1a至L1c的聚焦點P1a至P1c的深度位置。通過這種方式，該實施例同時形成能夠構成一組3層的改質區(qū)群G1a至G1c。改質區(qū)群從表面10b開始沿著晶片10的預定切割線K順著深度方向彼此分開、鄰接或重疊。第六實施例可以提供與第五實施例相同的操作和工作效應。
7.第七實施例圖18A是依照本發(fā)明的第七實施例的激光照射設備22的底視圖。圖18B是晶片10的局部透視圖，顯示了依照第七實施例的向晶片10發(fā)射激光束L1a至L1c形成改質區(qū)R的過程。
第七實施例與第五實施例的不同之處如下。
<7-1>激光照射設備22包含發(fā)射激光束L1a至L1c的激光頭HLa至HLc。激光束L1a至L1c的光軸OA指向Z方向并且沿著Y方向布置。
<7-2>激光照射設備22包含三個驅動設備51a至51c。
<7-3>驅動設備51a至51c沿著Y方向前后移動激光頭HLa至HLc。驅動設備51a至51c能夠通過例如齒條和小齒輪或滾珠絲桿這些任意機構來實現(xiàn)。
<7-4>控制設備23控制驅動設備51a至51c從而控制激光頭HLa至HLc沿著Y方向運動。控制設備23使光軸OAa至OAc之間的間隔t與預定切割線Ka至Kc之間的間隔對齊。如上所述，預定切割線置于芯片之間用于切割和分離晶片10。預定切割線Ka至Kc之間的間隔(光軸OAa至OAc之間的間隔t)等于一個芯片的寬度或深度。預定切割線Ka至Kc沿著X方向延伸并且沿著Y方向布置，激光頭HLa至HLc沿著Y方向前后移動。Y方向相當于與預定切割線Ka至Kc正交的水平方向。
激光加工設備20保持激光束L1a至L1c的光軸OAa至OAc垂直于晶片10的表面10b并且使光軸OAa至OAc分別對準預定切割線Ka至Kc。在這種狀態(tài)下，激光束L1a至L1c透過聚光透鏡CVa至CVc向晶片10的表面10b照射。激光束L會聚在聚焦點P1a至P1c即晶片10中的特定位置上。由于激光束L1a至L1c的照射，在晶片10中的聚焦點P1a至P1c處形成改質區(qū)R。
激光加工設備20保持晶片10中的聚焦點P1a至P1c為恒定的深度位置。在這種狀態(tài)下，激光加工設備20發(fā)射脈沖激光束L1a至L1c并且相對于晶片10沿著X方向移動聚焦點P1a至P1c。激光加工設備20同時形成三個改質區(qū)群G2a至G2c，這些改質區(qū)群包括沿著預定切割線Ka至Kc順著X方向在特定間隔處的多個改質區(qū)R。與第五實施例類似的是，激光加工設備20調節(jié)至少一個激光束L1a至L1c的波長λa至λc或者聚光透鏡CVa至CVc的至少一個數(shù)值孔徑NAa至NAc。以這種方式，激光加工設備20設置聚焦點P1a至P1c的深度位置。
<7-6>激光加工設備20逐漸改變晶片10中的聚焦點P1a至P1c的深度位置。隨后激光加工設備20連續(xù)形成能夠構成多層改質區(qū)群的改質區(qū)R。改質區(qū)群從表面10b開始沿著晶片10的預定切割線Ka至Kc順著深度方向彼此分開、鄰接或重疊。深度方向相當于晶片10的厚度方向、晶片10的剖面方向以及與晶片10的表面10b和反面10a正交的方向。
在圖18B的實例中，三層的改質區(qū)群G2a沿著預定切割線Ka形成。兩層的改質區(qū)群G2b沿著預定切割線Kb形成。一層的改質區(qū)群G2c沿著預定切割線Kc形成。在形成的每個層完成之后，激光頭HLa至HLc相對于晶片10沿著Y方向向前(圖8B中的向右)移動間隔t。
與第五實施例類似的是，第七實施例相對于晶片10設計聚焦點P1a至P1c的運動方向和深度位置。目的是始終從距離晶片10的表面10b最遠的位置(即最深的位置)開始形成改質區(qū)R，其中晶片10的表面10b作為激光束L的入射面。
第七實施例使用驅動設備51a至51c來調節(jié)激光頭HLa至HLc沿Y方向的位置。該實施例使光軸OAa至OAc之間的間隔t與預定切割線Ka至Kc之間的間隔對齊。該實施例與第五實施例類似地設置激光束L1a至L1c的聚焦點P1a至P1c的深度位置。第七實施例沿著預定切割線Ka至Kc順著X方向移動聚焦點P1a至P1c。
第七實施例可以同時沿著預定切割線Ka至Kc形成三個改質區(qū)群G2a至G2c，從而提高了加工效率。該實施例使用三個激光頭HLa至HLc來形成三個改質區(qū)群G2a至G2c?？梢詢?yōu)選使用兩個或四個或更多激光頭來形成兩個或四個或更多改質區(qū)群。
依照第七實施例，與第五實施例類似，激光束L1a至L1c沿垂直方向入射晶片10的表面10b。可以使激光束L1a至L1c照射的預定切割線K變窄。這樣從一個晶片10上切出的芯片可以比通過擴寬預定切割線K得到的更多。芯片制造成本就可以減少。
另外，與第五實施例類似的是，第七實施例相對于晶片10設計聚焦點P1a至P1c的運動方向和深度位置。目的是隨后從距離晶片10的表面10b(激光束L的入射面)最遠的位置開始形成構成改質區(qū)群G2a至G2c的改質區(qū)R。在距離晶片10的表面10b較淺的部分出形成的改質區(qū)R不阻礙用于在深部形成改質區(qū)R的激光束的入射。正常的改質區(qū)R可以可靠地在深部分處形成。
8.第八實施例圖19A是依照本發(fā)明的第八實施例的激光照射設備22的底視圖。圖19B是晶片10的局部透視圖，顯示了依照第八實施例的向晶片10發(fā)射激光束L1a至L1c而形成改質區(qū)R的過程。
第八實施例與第七實施例的不同之處如下。第八實施例設置有與第六實施例中<6-1>至<6-4>中描述的相同的構造。第八實施例使用驅動設備41a至41c來調節(jié)激光頭HLa至HLc沿Z方向的位置。第八實施例以這種方式在晶片10中設置激光束L1a至L1c的聚焦點P1a至P1c的深度位置。第八實施例可以提供與第七實施例相同的操作和工作效果。
9.第九實施例圖20是晶片10的局部透視圖，顯示了依照第九實施例的向晶片10發(fā)射激光束L1d至L1g而形成改質區(qū)R的過程。
第九實施例與第七或第八實施例的不同之處如下。
<9-1>第九實施例設置有構造類似于三個激光頭HLa至HLc的一組三個激光頭HLd至HLf。
與第七或第八實施例類似的是，第九實施例允許激光頭HLa至HLc發(fā)射激光束L1a至L1c并且使激光束的光軸OAa至OAc朝向Z方向。該實施例相對于晶片10沿著X方向移動聚焦點P1a至P1c。該實施例形成改質區(qū)R，該改質區(qū)R能夠沿著平行于設置在晶片10上的預定切割線Ka至Kc構成三個改質區(qū)群G2a至G2c。該實施例允許激光頭HLd至HLf發(fā)射激光束L1d至L1f，并且使激光束的光軸OAd至OAf朝向Z方向定向。該實施例相對于晶片10沿著X方向移動聚焦點P1d至P1f。該實施例形成改質區(qū)R，該改質區(qū)R能夠沿著平行于設置在晶片10上的預定切割線Kd至Kf構成三個改質區(qū)群G2d至G2f。預定切割線Ka至Kc沿著X方向設置。預定切割線Kd至Kf沿著Y方向設置。預定切割線Ka至Kf設置在網格狀線中。
第九實施例設置了兩組激光頭HLa至HLc和HLd至HLf。兩組激光頭同時發(fā)射六個脈沖激光束L1a至L1f。該實施例沿著與晶片10的表面10b和反面10a水平地正交的兩個方向(X和Y方向)移動激光束Lfa至L1f的聚焦點P1a至P1f。該實施例同時形成六個改質區(qū)群G2a至G2f，其包括沿著設置在晶片10上的網格狀線中的六條預定切割線Ka至Kf的多個改質區(qū)R。
第九實施例可以同時形成改質區(qū)R，改質區(qū)R沿著X和Y方向分別形成三個改質區(qū)群。第九實施例可以比第七或第八實施例更高地提高加工效率。該實施例使用一組三個激光頭HLa至HLc和另一組三個激光頭HLd至HLf來形成六個改質區(qū)群G2a至G2f?？梢詢?yōu)選使用三個或更多組的兩個或四個或更多激光頭來形成多個改質區(qū)群。
10.第十實施例圖21A和21B是依照第十實施例的激光照射設備22的底視圖。第十實施例與第七或第八實施例的不同之處如下。激光頭HLa至HLc設置在激光照射設備22中。每個激光頭沿X方向移動的距離至少為其寬度。
第十實施例可以通過使用驅動設備51a至51c來調節(jié)激光頭HLa至HLc的Y方向的位置來使光軸OAa至OAc之間的間隔t最小化至零。該實施例可以提供比第七或第八實施例更小的間隔t?？梢院苋菀椎貜木?0上切割和分開更小的芯片。
11.其它實施例本發(fā)明并不限于上述實施例并且能夠通過如下的實施例體現(xiàn)。在這種情形下，本發(fā)明可以提供與上述實施例等效或更優(yōu)的操作和工作效應。
(1)雖然第三和第四實施例可以應用到具有晶片12和13層疊的兩層的晶片上，但本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明可以應用到由用于制造任何多層的半導體襯底的半導體材料制成的晶片上。
例如，多層的晶片包括如下。一層是SOI(絕緣體上的硅)晶片。另一層是SIMOX(注入氧分離)晶片。另外一層是絕緣襯底上的多晶硅或非晶硅形成的SOI晶片，例如通過固相增長方法或熔融再結晶方法得到的玻璃。再一層是用于半導體光發(fā)射設備的晶片，半導體光發(fā)射設備由襯底例如藍寶石上的III-V復合半導體層的晶體生長得到。再又一層是利用陽極粘合使硅襯底和玻璃襯底粘合而形成的晶片。
(2)雖然上述實施例可以應用到批量硅晶片10、12和13上，但本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明可以應用到由制造半導體襯底(例如砷化鎵)的半導體材(例如砷化鎵)材料制成的任何晶片上。本發(fā)明可以應用到用于制造半導體襯底的半導體材料制成的晶片上，而且可以應用到由包括玻璃在內的各種材料制成的晶片上。在第三和第四實施例中，晶片12和13可以由不同的材料制成，例如玻璃和硅。
在這種情形下，通過多光子吸收形成的改質區(qū)R并不限于那些包括如上述實施例中描述的熔融處理區(qū)的改質區(qū)R，而是還可以適當?shù)匾勒站纬刹牧稀＠?，當晶片形成材料包含玻璃時，通過多光子吸收形成的改質區(qū)R可以包含裂縫區(qū)或具有修改的折射率的區(qū)域。專利文獻1公開了包含裂縫區(qū)或具有修改的折射率的區(qū)域的改質區(qū)，故其詳細說明在此省略以便簡化。
(3)雖然第五至第十實施例可以應用到批量硅晶片上，但本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明可以應用到由用于制造任何多層的半導體襯底的半導體材料制成的晶片上。在這種情形下，如下的晶片是可用的。一是粘合的SOI晶片。另一種是SIMOX晶片。另一層是絕緣襯底上的多晶硅或非晶硅形成的SOI晶片，例如通過固相增長方法或熔融再結晶方法得到的玻璃。另外一層是用于半導體光發(fā)射設備的晶片，半導體光發(fā)射設備由襯底例如藍寶石上的III-V復合半導體層的晶體生長得到。再一層是利用陽極粘合使硅襯底和玻璃襯底粘合而形成的晶片。
一個激光加工設備20設置有多個激光頭HLa至HLf。當多層的晶片由不同材料的多層晶片制成時，多層的晶片的每一層所用的材料可以針對激光頭HLa至HLf發(fā)射的激光束L1a至L1f設置最佳波長和數(shù)值孔徑。最佳激光束可以照射到每個層。對于每個層可以可靠地形成正常的改質區(qū)R。
下面顯示了傳統(tǒng)技術如何在包括材料不同的多層晶片的多層的晶片的每一層中形成改質區(qū)R。其中提供了一種具有激光頭的激光加工設備，激光頭用于對應于多層的晶片的每一層的材料發(fā)射激光束。每當在一層中形成了改質區(qū)R時，晶片都需要轉移到另一個激光加工設備。當將上述實施例應用到多層晶片的加工時，僅僅一個激光加工設備20就可以用來對應于多層晶片的每一層的材料發(fā)射最佳激光束。晶片不需要轉移到另一個激光加工設備。對于每一層，改質區(qū)R可以同時形成或者相繼形成。因此，提高了加工效率。與安裝多個激光加工設備相比，可以減小設備的安裝空間。
(4)上述實施例擴張切割膜11從而切割和分開晶片10、12和13。另外，可以通過靠著晶片10、12和13的預定切割線K擠壓具有彎曲部分的對象(例如半球體)的曲面(凸出表面)來施加壓力。這會使構成多個層改質區(qū)群的改質區(qū)R中產生切應力，從而切割和分開晶片10、12和13。
對本領域的技術人員而言，很明顯，可以在本發(fā)明的上述實施例中做出各種改變。然而，本發(fā)明的范圍應該由下面的權利要求來確定。
權利要求
1.一種向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，該設備包括用于同時產生和發(fā)射具有多個波長的激光束的一個激光源；和用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡，其中，具有多個波長的激光束同時從晶片表面向內部的多個聚焦點發(fā)射，以同時沿著晶片的預定切割線形成多個改質區(qū)，這些改質區(qū)從晶片表面沿深度方向間隔布置。
2.一種向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，該設備包括用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源；和用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡，其中，聚焦點設定在通過從晶片表面開始劃分深度得到的多個部分的每一部分內，用于發(fā)射具有適合于每一部分的波長的激光束，從而沿著晶片的預定切割線在每一部分形成至少一個改質區(qū)。
3.一種向具有多個晶片層的多層晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，該設備包括用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源；和用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡，其中，聚焦點設定在多層晶片中的每一晶片層內，用于從多層晶片的頂部晶片層的表面發(fā)射具有適合于每一晶片層的波長的激光束，從而沿著多層晶片的預定切割線在每一晶片層形成至少一個改質區(qū)。
4.一種向兩層晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收形成改質區(qū)的激光加工設備，所述兩層晶片通過使具有第一側和第二側的第二層層疊在具有第一側和第二側的第一層上并且使第二層的第二側面向第一層的第一側而形成，該設備包括用于產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源；和用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡，其中，聚焦點設定在第二層中，用于從第二層的第一側發(fā)射具有適合于第二層的波長的激光束，從而沿著兩層的晶片的預定切割線在第二層內形成至少一個改質區(qū)，并且其中，聚焦點設定在第一層中，用于從第一層的第二側發(fā)射具有適合于第一層的波長的激光束，從而沿著兩層的晶片的預定切割線在第一層內形成至少一個改質區(qū)。
5.如權利要求1至4中任一項所述的激光加工設備，其特征在于，通過在以脈沖方式發(fā)射激光束的同時相對于晶片移動聚焦點從而通過晶片中的多光子吸收沿著晶片的預定切割線形成改質區(qū)來形成一層的改質區(qū)群，該一層的改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面水平地間隔形成的多個改質區(qū)，以及其中晶片中的聚焦點的深度位置被逐步改變，從而從晶片的表面開始沿著深度方向間隔地連續(xù)形成多層的改質區(qū)群。
6.一種激光加工方法，其通過使用(i)用于同時產生和發(fā)射具有多個波長的激光束的一個激光源和(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡，向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)，該方法包括選擇適合于晶片中的多個聚焦點的激光束的多個波長；和具有多個波長的激光束同時從晶片表面向內部的多個聚焦點發(fā)射，從而同時沿著晶片的預定切割線形成多個改質區(qū)，這些改質區(qū)從晶片表面沿深度方向間隔布置。
7.一種激光加工方法，其通過使用(i)用于同時產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源和(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡，向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)，該方法包括在通過從晶片表面開始劃分深度而得到的多個部分的每一部分內設定聚焦點；和發(fā)射具有適合于每一部分的波長的激光束從而沿著晶片的預定切割線在每一部分處形成至少一個改質區(qū)。
8.一種激光加工方法，其通過使用(i)用于同時產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源和(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡，向具有多個晶片層中的多層晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)，該方法包括在多層晶片中的每一晶片層內設定聚焦點；和從多層晶片的頂部晶片層的表面發(fā)射具有適合于每一晶片層的波長的激光束，從而沿著多層晶片的預定切割線在每一晶片層形成至少一個改質區(qū)。
9.一種激光加工方法，其通過使用(i)同時產生和發(fā)射具有從多個波長中選取的一個波長的激光束的一個激光源和(ii)使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的一個聚光透鏡，向通過使具有第一側和第二側的第二層層疊在具有第一側和第二側的第一層上并且第二層的第二側面向第一層的第一側而形成的兩層的晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)，該方法包括在第二層內設定聚焦點；從第二層的第一側發(fā)射具有適合于第二層的波長的激光束，從而沿著兩層的晶片的預定切割線在第二層內形成至少一個改質區(qū)；在第一層內設定聚焦點；并且從第一層的第二側發(fā)射具有適合于第一層的波長的激光束，從而沿著兩層的晶片的預定切割線在第一層內形成至少一層改質區(qū)。
10.如權利要求6至9中任意一項所述的激光加工方法，其特征在于，還包括通過在以脈沖方式發(fā)射激光束的同時相對于晶片移動聚焦點從而通過晶片中的多光子吸收沿著晶片的預定切割線形成改質區(qū)來形成一層的改質區(qū)群，該一層的改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面水平地間隔形成的多個改質區(qū)；并且逐步改變晶片中的聚焦點的深度位置，從而從晶片的表面開始沿著深度方向間隔地連續(xù)形成多層的改質區(qū)群。
11.一種向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，該設備包括多個激光頭，每一激光頭包括用于產生和發(fā)射激光束的激光源，和用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡，其中同時從多個激光頭產生的多個激光束聚焦在彼此不同的多個聚焦點上，從而從晶片的表面開始沿著深度方向間隔地同時形成多個改質區(qū)，其中多層的多個改質區(qū)群通過在在沿著晶片的預定切割線以脈沖的方式發(fā)射多個激光束的同時相對于晶片移動多個聚焦點而同時形成，每一改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面沿水平方向間隔形成的多個改質區(qū)，其中多個激光束允許垂直地入射晶片的表面，其中多個聚焦點的運動方向相對于晶片來設置，從而始終從距離晶片表面最深的地方開始首先形成多個改質區(qū)中的第一個改質區(qū)，并且其中多個聚焦點的深度位置設置在晶片中。
12.一種向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工設備，該設備包括多個激光頭，每一激光頭包括用于產生和發(fā)射激光束的激光源，和用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡；和水平移動構件，用于沿著與晶片的多個平行預定切割線正交的水平方向移動多個激光頭，以便使同時從多個激光頭產生的多個激光束的光軸之間的間隔與預定切割線之間的間隔對齊，其中多層的多個改質區(qū)群通過在沿著多個預定切割線以脈沖的方式發(fā)射多個激光束的同時相對于晶片移動多個聚焦點而同時形成，每一改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面沿水平方向間隔形成的多個改質區(qū)，其中多個激光束允許垂直地入射晶片的表面，其中多個聚焦點的運動方向相對于晶片來設置，從而始終從距離晶片表面最深的地方開始首先形成多個改質區(qū)中的第一個改質區(qū)，并且其中多個聚焦點的深度位置設置在晶片中。
13.如權利要求11所述的激光加工設備，其特征在于，調節(jié)(i)激光束的波長和(ii)聚光透鏡的數(shù)值孔徑中的至少一個來設置晶片中的多個聚焦點的深度位置。
14.如權利要求11所述的激光加工設備，其特征在于，還包括用于相對于晶片表面沿垂直方向移動多個激光頭的垂直移動構件，其中垂直移動構件是用來移動多個激光頭從而設置晶片中的多個聚焦點的深度位置。
15.如權利要求11至14中任一項所述的激光加工設備，其特征在于，多個激光頭設置為一個激光頭組，并且設置了多個激光頭組，以及其中通過在以脈沖方式發(fā)射多個激光束同時沿著相對于晶片的表面和反面位于水平方向上的彼此正交的兩個方向移動同時從多個激光頭組中產生的多個激光束的聚焦點，沿著晶片的網格狀線中的多條預定切割線同時形成多個改質區(qū)群，其中每一改質區(qū)群包括多個改質區(qū)。
16.一種通過使用多個激光頭向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工方法，每一激光頭包括(i)用于產生和發(fā)射激光束的激光源(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡，該方法包括該方法包括將同時從多個激光頭產生的多個激光束聚焦在彼此不同的多個聚焦點上，從而從晶片的表面開始沿著深度方向間隔地同時形成多個改質區(qū)；通過在沿著晶片的預定切割線以脈沖方式發(fā)射多個激光束的同時相對于晶片移動多個聚焦點而同時形成多個改質區(qū)群，每一改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面在水平方向上間隔形成的多個改質區(qū)；允許多個激光束垂直地入射晶片的表面；相對于晶片來設置多個聚焦點的運動方向，從而始終從距離晶片表面最深的地方開始首先形成多個改質區(qū)中的第一個改質區(qū)；并且多個聚焦點的深度位置設置在晶片中。
17.一種通過使用多個激光頭向晶片中的聚焦點發(fā)射激光束從而通過晶片中的多光子吸收而形成改質區(qū)的激光加工方法，每一激光頭包括(i)用于產生和發(fā)射激光束的激光源(ii)用于使激光源發(fā)射的激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡，該方法包括沿著與晶片的多個平行預定切割線正交的水平方向移動多個激光頭，以便使同時從多個激光頭產生的多個激光束的光軸之間的間隔與預定切割線之間的間隔對齊；通過在沿著晶片的預定切割線以脈沖方式發(fā)射多個激光束的同時相對于晶片移動多個激光束的多個聚焦點而同時形成多個改質區(qū)群，每一改質區(qū)群包括相對于晶片的表面和反面在水平方向上間隔形成的多個改質區(qū)；允許多個激光束垂直地入射晶片的表面；相對于晶片來設置多個聚焦點的運動方向，從而始終從距離晶片表面最深的地方開始首先形成多個改質區(qū)中的第一個改質區(qū)；并且在晶片中設置多個聚焦點的深度位置。
18.如權利要求16所述的激光加工方法，其特征在于，調節(jié)(i)激光束的波長和(ii)聚光透鏡的數(shù)值孔徑中的至少一個來設置晶片中的多個聚焦點的深度位置。
19.如權利要求16所述的激光加工方法，其特征在于，相對于晶片表面沿垂直方向移動多個激光頭，從而設置晶片中的多個聚焦點的深度位置。
20.如權利要求16至19中任意一項所述的激光加工方法，其特征在于，多個激光頭設置為一個激光頭組，并且設置了多個激光頭組，以及其中通過在以脈沖方式發(fā)射多個激光束的同時沿著相對于晶片的表面和反面位于水平方向上的彼此正交的兩個方向移動同時從多個激光頭組中產生的多個激光束的聚焦點，沿著晶片的網格狀線中的多條預定切割線同時形成多個改質區(qū)群，其中每一改質區(qū)群包括多個改質區(qū)。
21.一種通過多光子吸收在晶片中形成改質區(qū)的激光加工設備，該設備包括多個激光頭，它們布置在與晶片表面平行的線上，并且各自包括(i)用于發(fā)射激光束的激光源和(ii)用于使激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡，其中聚焦點在晶片內部的虛擬平面上以從晶片表面開始逐步加深，該虛擬平面垂直于晶片的表面并且包括所述線；以及移動裝置，用于相對于與所述線平行的晶片移動激光頭，在發(fā)射激光束形成多個改質區(qū)群的同時，使聚焦點中最深的聚焦點在先生成，其中多個改質區(qū)群在平面上成多層，并且每個改質區(qū)群包括與每個聚焦點對應的改質區(qū)。
22.一種通過多光子吸收在晶片中形成改質區(qū)的激光加工設備，該設備包括多個激光頭，它們布置在與晶片表面平行的線上，并且各自包括(i)用于發(fā)射激光束的激光源和(ii)用于使激光束會聚在聚焦點上的聚光透鏡，其中聚焦點在晶片內部的虛擬平面上以從晶片表面開始逐步加深，該平面垂直于晶片的表面并且包括所述線；第一移動裝置，用于相對于與線平行的晶片移動激光頭，使聚焦點中最深的聚焦點在先生成而不發(fā)射激光束；以及第二移動裝置，用于在發(fā)射激光束的同時相對于與平面正交的晶片移動激光頭從而形成多個改質區(qū)群，其中每一個改質區(qū)群包括多個改質區(qū)并且包含在晶片的每一預定切割線中。
全文摘要
激光加工設備具有能夠同時發(fā)射具有兩個波長(λa和λb)的激光束(La和Lb)的一個激光源(SLa)。激光束(La和1b)在晶片(10)中的聚焦點(Pa和Pb)的深度位置逐漸改變。三組改質區(qū)群(Ga1、Gb1、Ga2、Gb2、Ga3、Gb3)即六層改質區(qū)群連續(xù)形成。改質區(qū)群的一組構成兩層并且一次形成。改質區(qū)群從晶片的表面(10b)開始沿著晶片的預定切割線(K)順著深度方向彼此分開、鄰接或重疊。
文檔編號B23K26/08GK1967783SQ20061014853
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月15日 優(yōu)先權日2005年11月16日
發(fā)明者田村宗生, 藤井哲夫 申請人:株式會社電裝