激光加工裝置和激光加工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在加工對象物形成改質區(qū)域的激光加工裝置和激光加工方法。
【背景技術】
[0002]作為現(xiàn)有的激光加工裝置和激光加工方法，在專利文獻I中記載有以使激光的波陣面在加工對象物的內部成為規(guī)定波陣面的方式(或，以使聚光于加工對象物的內部的激光的像差成為規(guī)定的像差以下的方式)對加工對象物照射被反射型空間光調制器調制的激光者。
[0003]現(xiàn)有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2009-34723號公報

【發(fā)明內容】

[0006]發(fā)明所要解決的問題
[0007]由上述那樣的激光加工裝置和激光加工方法形成的改質區(qū)域，有在內插式基板三維地形成通孔的情形、切斷薄半導體晶片的情形、以及在半導體基板形成去疵(gettering)區(qū)域的情形等要求改質區(qū)域微細化的情形。
[0008]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可高精度且高效率形成微細的改質區(qū)域的激光加工裝置和激光加工方法。
[0009]解決技術問題的手段
[0010]本發(fā)明的一個側面的激光加工裝置是通過對加工對象物照射激光而在加工對象物形成改質區(qū)域的激光加工裝置，具備:激光光源，其出射激光；支撐部，其支撐加工對象物；以及光學系統(tǒng)，其使從激光光源出射的激光中包圍包含該激光的光軸的中央部的環(huán)狀部，聚光于被支撐部支撐的加工對象物的規(guī)定部，光學系統(tǒng)根據(jù)加工對象物中的規(guī)定部的位置，調整環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀。
[0011]本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn):若使激光的環(huán)狀部(激光中包圍包含其光軸的中央部的部分)聚光于加工對象物的規(guī)定部，則與使激光的中央部和環(huán)狀部聚光于加工對象物的規(guī)定部的情形相比，能夠在加工對象物的規(guī)定部高精度地形成微細的改質區(qū)域。在上述激光加工裝置中，由于使激光的環(huán)狀部聚光于加工對象物的規(guī)定部，因此能夠在加工對象物的規(guī)定部高精度地形成微細的改質區(qū)域。而且，由于根據(jù)加工對象物中規(guī)定部的位置調整激光的環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀，因此能夠在加工對象物的規(guī)定部高效率地形成微細的改質區(qū)域。由此，根據(jù)上述激光加工裝置，可以高精度且高效率地形成微細的改質區(qū)域。
[0012]可選地，環(huán)狀部具有圓環(huán)形狀，光學系統(tǒng)根據(jù)加工對象物中規(guī)定部的位置調整環(huán)狀部的內徑和外徑中的至少一者。根據(jù)該構成，能夠正確且容易地調整激光的環(huán)狀部的內緣和外緣的形狀。
[0013]可選地，光學系統(tǒng)在規(guī)定部位于加工對象物內部的情況下，根據(jù)從激光入射于加工對象物的表面至規(guī)定部的距離，調整環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀。根據(jù)該構成，能夠根據(jù)從激光入射于加工對象物的表面至規(guī)定部的距離，在該規(guī)定部以期望的狀態(tài)(包含改質區(qū)域自身的大小的狀態(tài)、以及從改質區(qū)域產生于加工對象物的龜裂的長度的狀態(tài)等)形成改質區(qū)域。
[0014]可選地，光學系統(tǒng)根據(jù)對加工對象物照射激光時所形成的預定的改質區(qū)域的狀態(tài)，調整環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀。根據(jù)該構成，為了使預定形成的改質區(qū)域的狀態(tài)成為期望的狀態(tài)，而預先調整激光的環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀。
[0015]可選地，激光加工裝置還具備:檢測部，其檢測對加工對象物照射激光時所形成的改質區(qū)域的狀態(tài)，光學系統(tǒng)根據(jù)檢測部所檢測出的改質區(qū)域的狀態(tài)，調整環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀。根據(jù)該構成，在形成中或形成完的改質區(qū)域的狀態(tài)因某些原因而偏離期望的狀態(tài)的情況下，能夠直接調整激光的環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀。
[0016]可選地，改質區(qū)域的狀態(tài)包含在對加工對象物照射激光時從改質區(qū)域產生于加工對象物的龜裂的長度的狀態(tài)。根據(jù)該構成，能夠使從改質區(qū)域產生于加工對象物的龜裂的長度成為期望的長度。
[0017]可選地，光學系統(tǒng)在規(guī)定部位于加工對象物的內部的情況下，以抑制規(guī)定部所產生的球面像差的方式，根據(jù)加工對象物的折射率、激光的波長以及從激光入射于加工對象物的表面至規(guī)定部的距離，對激光進行整形。根據(jù)該構成，由于抑制了加工對象物的規(guī)定部所產生的球面像差，因此能夠在加工對象物的規(guī)定部形成更微細的改質區(qū)域。
[0018]可選地，光學系統(tǒng)具有:空間光調制器，其以調整環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀的方式調制激光；以及聚光光學系統(tǒng)，其使被空間光調制器調制的激光聚光于規(guī)定部。根據(jù)該構成，能夠動態(tài)且瞬時地調整激光的環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀。
[0019]本發(fā)明的一個側面的激光加工方法是通過對加工對象物照射激光而在加工對象物形成改質區(qū)域的激光加工方法，使激光中包圍包含該激光的光軸的中央部的環(huán)狀部聚光于加工對象物的規(guī)定部，此時，根據(jù)加工對象物中的規(guī)定部的位置，調整環(huán)狀部的內緣和外緣中的至少一者的形狀。
[0020]根據(jù)該激光加工方法，可以與上述激光加工裝置同樣地高精度且高效率地形成微細的改質區(qū)域。
[0021]發(fā)明的效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠高精度且高效率地形成微細的改質區(qū)域的激光加工裝置和激光加工方法。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的一個實施方式的激光加工裝置的構成圖。
[0024]圖2是圖1的激光加工裝置的空間光調制器的一部分放大截面圖。
[0025]圖3是表示圖1的激光加工裝置中激光的聚光狀態(tài)的概念圖。
[0026]圖4是表示圖1的激光加工裝置的加工深度與激光的截面形狀的關系的概念圖。
[0027]圖5是表示圖1的激光加工裝置中所實施的激光加工方法的一個例子的流程圖。
[0028]圖6是表示圖1的激光加工裝置中所存儲的數(shù)據(jù)表格的一個例子的表。
[0029]圖7是表示圖1的激光加工裝置中所實施的激光加工方法的其他例的流程圖。
[0030]圖8是表示圖1的激光加工裝置中所存儲的數(shù)據(jù)表格的其他例的表。
[0031]圖9是圖1的激光加工裝置的加工對象即內插式基板的截面圖。
[0032]圖10是表示激光的輸出與龜裂的長度的關系的圖表。
[0033]圖11是表示硅晶片的切斷面中龜裂的狀態(tài)的圖像。
[0034]圖12是表示中央成分的截斷率與龜裂的長度的關系的圖表。
[0035]圖13是表示中央成分的截斷率與激光的輸出調整幅度的關系的圖表。
[0036]圖14是光學系統(tǒng)的變形例的構成圖。
[0037]圖15是光學系統(tǒng)的變形例的構成圖。
[0038]圖16是光學系統(tǒng)的變形例的構成圖。
[0039]圖17是光學系統(tǒng)的變形例的構成圖。
[0040]圖18是表示激光加工方法的變形例中激光的聚光狀態(tài)的概念圖。
[0041]符號的說明:
[0042]I…激光加工裝置，2…激光光源，4…空間光調制器，7…物鏡單元(聚光光學系統(tǒng))，8…載置臺(支撐部)，9…檢測部，11…光學系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0043]以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明優(yōu)選的實施方式。另外，各圖中對相同或相當部分賦予相同符號且省略重復的說明。
[0044]如圖1所示，激光加工裝置I通過對加工對象物S照射激光L，而在加工對象物S形成改質區(qū)域R。激光加工裝置I如以下所說明的，對于在內插式基板三維地形成通孔的情形、切斷薄半導體晶片的情形、以及在半導體基板形成去疵區(qū)域的情形等要求改質區(qū)域R微細化的情形特別有效的裝置。
[0045]此處，激光L透過加工對象物S并且特別在加工對象物S內部的聚光點附近被吸收，由此，在加工對象物S形成有改質區(qū)域R( S卩，內部吸收型激光加工)。由此，由于在加工對象物S的表面SI激光L幾乎不被吸收，因此加工對象物S的表面SI不會熔融。一般而言，在從表面SI熔融并除去而形成有孔或槽等的除去部(表面吸收型激光加工)的情況下，加工區(qū)域從表面SI側逐漸向背面?zhèn)刃羞M。
[0046]另外，改質區(qū)域R是指成為密度、折射率、機械強度或其他物理特性與周圍不同的狀態(tài)的區(qū)域。作為改質區(qū)域R，例如有熔融處理區(qū)域、裂痕區(qū)域、絕緣破壞區(qū)域、折射率變化區(qū)域等，也有它們混合存在的區(qū)域。再者，作為改質區(qū)域R，有加工對象物的材料中改質區(qū)域R的密度與非改質區(qū)域的密度相比有所變化的區(qū)域、形成有晶格缺陷的區(qū)域(將它們統(tǒng)稱為高密度轉移區(qū)域)。另外，熔融處理區(qū)域、折射率變化區(qū)域、改質區(qū)域R的密度與非改質區(qū)域的密度相比有所變化的區(qū)域、形成有晶格缺陷的區(qū)域有在這些區(qū)域的內部或改質區(qū)域R與非改質區(qū)域的界面內含龜裂(裂紋、微裂痕)的情形。內含的龜裂有遍及改質區(qū)域R的整個面的情形或形成在僅一部分或多個部分的情形。
[0047]如圖1所示，激光加工裝置I具備激光光源2、衰減器3、空間光調制器4、4f光學系統(tǒng)5、反射鏡6、物鏡單元(聚光光學系統(tǒng))7、載置臺(支撐部)8、檢測部9、以及控制部10。
[0048]激光光源2通過