激光加工裝置和激光加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在加工對(duì)象物形成改質(zhì)區(qū)域的激光加工裝置和激光加工方法。
【背景技術(shù)】
[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(xiàn)I中記載有以使激光的波陣面在加工對(duì)象物的內(nèi)部成為規(guī)定波陣面的方式(或，以使聚光于加工對(duì)象物的內(nèi)部的激光的像差成為規(guī)定的像差以下的方式)對(duì)加工對(duì)象物照射被反射型空間光調(diào)制器調(diào)制的激光者。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-34723號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的問(wèn)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(zhì)區(qū)域，有在內(nèi)插式基板三維地形成通孔的情形、切斷薄半導(dǎo)體晶片的情形、以及在半導(dǎo)體基板形成去疵(gettering)區(qū)域的情形等要求改質(zhì)區(qū)域微細(xì)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(xì)的改質(zhì)區(qū)域的激光加工裝置和激光加工方法。
[0009]解決技術(shù)問(wèn)題的手段
[0010]本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的激光加工裝置是通過(guò)對(duì)加工對(duì)象物照射激光而在加工對(duì)象物形成改質(zhì)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(duì)象物；以及光學(xué)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(duì)象物的規(guī)定部，光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)加工對(duì)象物中的規(guī)定部的位置，調(diào)整環(huán)狀部的內(nèi)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(duì)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(duì)象物的規(guī)定部的情形相比，能夠在加工對(duì)象物的規(guī)定部高精度地形成微細(xì)的改質(zhì)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(duì)象物的規(guī)定部，因此能夠在加工對(duì)象物的規(guī)定部高精度地形成微細(xì)的改質(zhì)區(qū)域。而且，由于根據(jù)加工對(duì)象物中規(guī)定部的位置調(diào)整激光的環(huán)狀部的內(nèi)緣和外緣中的至少一者的形狀，因此能夠在加工對(duì)象物的規(guī)定部高效率地形成微細(xì)的改質(zhì)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(xì)的改質(zhì)區(qū)域。
[0012]可選地，環(huán)狀部具有圓環(huán)形狀，光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)加工對(duì)象物中規(guī)定部的位置調(diào)整環(huán)狀部的內(nèi)徑和外徑中的至少一者。根據(jù)該構(gòu)成，能夠正確且容易地調(diào)整激光的環(huán)狀部的內(nèi)緣和外緣的形狀。
[0013]可選地，光學(xué)系統(tǒng)在規(guī)定部位于加工對(duì)象物內(nèi)部的情況下，根據(jù)從激光入射于加工對(duì)象物的表面至規(guī)定部的距離，調(diào)整環(huán)狀部的內(nèi)緣和外緣中的至少一者的形狀。根據(jù)該構(gòu)成，能夠根據(jù)從激光入射于加工對(duì)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(zhì)區(qū)域自身的大小的狀態(tài)、以及從改質(zhì)區(qū)域產(chǎn)生于加工對(duì)象物的龜裂的長(zhǎng)度的狀態(tài)等)形成改質(zhì)區(qū)域。
[0014]可選地，光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)對(duì)加工對(duì)象物照射激光時(shí)所形成的預(yù)定的改質(zhì)區(qū)域的狀態(tài)，調(diào)整環(huán)狀部的內(nèi)緣和外緣中的至少一者的形狀。根據(jù)該構(gòu)成，為了使預(yù)定形成的改質(zhì)區(qū)域的狀態(tài)成為期望的狀態(tài)，而預(yù)先調(diào)整激光的環(huán)狀部的內(nèi)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(cè)部，其檢測(cè)對(duì)加工對(duì)象物照射激光時(shí)所形成的改質(zhì)區(qū)域的狀態(tài)，光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)部所檢測(cè)出的改質(zhì)區(qū)域的狀態(tài)，調(diào)整環(huán)狀部的內(nèi)緣和外緣中的至少一者的形狀。根據(jù)該構(gòu)成，在形成中或形成完的改質(zhì)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(diào)整激光的環(huán)狀部的內(nèi)緣和外緣中的至少一者的形狀。
[0016]可選地，改質(zhì)區(qū)域的狀態(tài)包含在對(duì)加工對(duì)象物照射激光時(shí)從改質(zhì)區(qū)域產(chǎn)生于加工對(duì)象物的龜裂的長(zhǎng)度的狀態(tài)。根據(jù)該構(gòu)成，能夠使從改質(zhì)區(qū)域產(chǎn)生于加工對(duì)象物的龜裂的長(zhǎng)度成為期望的長(zhǎng)度。
[0017]可選地，光學(xué)系統(tǒng)在規(guī)定部位于加工對(duì)象物的內(nèi)部的情況下，以抑制規(guī)定部所產(chǎn)生的球面像差的方式，根據(jù)加工對(duì)象物的折射率、激光的波長(zhǎng)以及從激光入射于加工對(duì)象物的表面至規(guī)定部的距離，對(duì)激光進(jìn)行整形。根據(jù)該構(gòu)成，由于抑制了加工對(duì)象物的規(guī)定部所產(chǎn)生的球面像差，因此能夠在加工對(duì)象物的規(guī)定部形成更微細(xì)的改質(zhì)區(qū)域。
[0018]可選地，光學(xué)系統(tǒng)具有:空間光調(diào)制器，其以調(diào)整環(huán)狀部的內(nèi)緣和外緣中的至少一者的形狀的方式調(diào)制激光；以及聚光光學(xué)系統(tǒng)，其使被空間光調(diào)制器調(diào)制的激光聚光于規(guī)定部。根據(jù)該構(gòu)成，能夠動(dòng)態(tài)且瞬時(shí)地調(diào)整激光的環(huán)狀部的內(nèi)緣和外緣中的至少一者的形狀。
[0019]本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的激光加工方法是通過(guò)對(duì)加工對(duì)象物照射激光而在加工對(duì)象物形成改質(zhì)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(duì)象物的規(guī)定部，此時(shí)，根據(jù)加工對(duì)象物中的規(guī)定部的位置，調(diào)整環(huán)狀部的內(nèi)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(xì)的改質(zhì)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(xì)的改質(zhì)區(qū)域的激光加工裝置和激光加工方法。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光加工裝置的構(gòu)成圖。
[0024]圖2是圖1的激光加工裝置的空間光調(diào)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(guān)系的概念圖。
[0027]圖5是表示圖1的激光加工裝置中所實(shí)施的激光加工方法的一個(gè)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(chǔ)的數(shù)據(jù)表格的一個(gè)例子的表。
[0029]圖7是表示圖1的激光加工裝置中所實(shí)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(chǔ)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(duì)象即內(nèi)插式基板的截面圖。
[0032]圖10是表示激光的輸出與龜裂的長(zhǎng)度的關(guān)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?cái)嗦逝c龜裂的長(zhǎng)度的關(guān)系的圖表。
[0035]圖13是表示中央成分的截?cái)嗦逝c激光的輸出調(diào)整幅度的關(guān)系的圖表。
[0036]圖14是光學(xué)系統(tǒng)的變形例的構(gòu)成圖。
[0037]圖15是光學(xué)系統(tǒng)的變形例的構(gòu)成圖。
[0038]圖16是光學(xué)系統(tǒng)的變形例的構(gòu)成圖。
[0039]圖17是光學(xué)系統(tǒng)的變形例的構(gòu)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(hào)的說(shuō)明:
[0042]I…激光加工裝置，2…激光光源，4…空間光調(diào)制器，7…物鏡單元(聚光光學(xué)系統(tǒng))，8…載置臺(tái)(支撐部)，9…檢測(cè)部，11…光學(xué)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。另外，各圖中對(duì)相同或相當(dāng)部分賦予相同符號(hào)且省略重復(fù)的說(shuō)明。
[0044]如圖1所示，激光加工裝置I通過(guò)對(duì)加工對(duì)象物S照射激光L，而在加工對(duì)象物S形成改質(zhì)區(qū)域R。激光加工裝置I如以下所說(shuō)明的，對(duì)于在內(nèi)插式基板三維地形成通孔的情形、切斷薄半導(dǎo)體晶片的情形、以及在半導(dǎo)體基板形成去疵區(qū)域的情形等要求改質(zhì)區(qū)域R微細(xì)化的情形特別有效的裝置。
[0045]此處，激光L透過(guò)加工對(duì)象物S并且特別在加工對(duì)象物S內(nèi)部的聚光點(diǎn)附近被吸收，由此，在加工對(duì)象物S形成有改質(zhì)區(qū)域R( S卩，內(nèi)部吸收型激光加工)。由此，由于在加工對(duì)象物S的表面SI激光L幾乎不被吸收，因此加工對(duì)象物S的表面SI不會(huì)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(cè)逐漸向背面?zhèn)刃羞M(jìn)。
[0046]另外，改質(zhì)區(qū)域R是指成為密度、折射率、機(jī)械強(qiáng)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(zhì)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(zhì)區(qū)域R，有加工對(duì)象物的材料中改質(zhì)區(qū)域R的密度與非改質(zhì)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(zhuǎn)移區(qū)域)。另外，熔融處理區(qū)域、折射率變化區(qū)域、改質(zhì)區(qū)域R的密度與非改質(zhì)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(nèi)部或改質(zhì)區(qū)域R與非改質(zhì)區(qū)域的界面內(nèi)含龜裂(裂紋、微裂痕)的情形。內(nèi)含的龜裂有遍及改質(zhì)區(qū)域R的整個(gè)面的情形或形成在僅一部分或多個(gè)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(diào)制器4、4f光學(xué)系統(tǒng)5、反射鏡6、物鏡單元(聚光光學(xué)系統(tǒng))7、載置臺(tái)(支撐部)8、檢測(cè)部9、以及控制部10。
[0048]激光光源2通過(guò)