(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板を備える板状の加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記シリコン基板に改質領域を形成し、前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する加工対象物切断方法であって、
前記改質領域として第１の改質領域を形成することにより、前記切断予定ラインに沿って前記第１の改質領域から前記加工対象物の一方の主面に第１の亀裂を生じさせ、前記第１の改質領域に対して前記加工対象物の他方の主面側に、前記第１の改質領域との間に非改質領域が介在するように、前記改質領域として第２の改質領域を形成することにより、前記非改質領域において前記第１の亀裂と繋がらないように、前記切断予定ラインに沿って前記第２の改質領域から前記他方の主面に第２の亀裂を生じさせる工程と、
前記加工対象物に応力を生じさせることにより、前記第１の亀裂と前記第２の亀裂とを繋げて、前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する工程と、を含み、
前記切断予定ラインに沿って切断された前記加工対象物の一対の切断面のうち、一方の切断面の前記非改質領域に、前記シリコン基板の厚さ方向と交差する方向に延在する凸部が形成され、他方の切断面の前記非改質領域に、前記凸部に対応する凹部が形成されるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成し、
前記凸部の高さが２μｍ〜６μｍとなり、前記シリコン基板の厚さ方向における前記凸部の幅が６μｍ〜１７μｍとなるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成する、
ことを特徴とする加工対象物切断方法。
【請求項２】
前記シリコン基板の主面を（１００）面として、前記切断面が（１１０）面となり、前記凸部及び前記凹部を形成する面が（１１１）面となるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成することを特徴とする請求項１記載の加工対象物切断方法。
【請求項３】
前記切断予定ラインに沿って前記シリコン基板の厚さ方向に前記第１の改質領域を複数列形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工対象物切断方法。
【請求項４】
前記切断予定ラインに沿って前記シリコン基板の厚さ方向に前記第２の改質領域を複数列形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項５】
前記改質領域は、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、又は単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域である溶融処理領域を含み、前記非改質領域は単結晶構造の領域であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項６】
前記レーザ光の波長は１０８０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項７】
前記シリコン基板の厚さ方向における前記非改質領域の幅が前記シリコン基板の厚さの１０％〜３０％となるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項８】
前記第１の改質領域を形成した後かつ前記第２の改質領域を形成する前に、前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に介在させられる前記非改質領域に、前記改質領域として第３の改質領域を形成するときには、
前記切断予定ラインと交差する方向に延在する第１の明度領域、及び前記切断予定ラインの延在方向において前記第１の明度領域の両側に隣接する第２の明度領域を有する品質パターンを含む変調パターンに基づいて、前記レーザ光を空間光変調器で変調することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項９】
前記第３の改質領域を形成するときには、前記変調パターンは、前記品質パターン、レーザ加工装置に生じる個体差を補正するための個体差補正パターン、並びに前記加工対象物の材料及び前記加工対象物のレーザ光入射面から前記レーザ光の集光点までの距離に応じて生じる球面収差を補正するための球面収差補正パターンを含み、
前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成するときには、前記個体差補正パターン及び前記球面収差補正パターンを含む変調パターンに基づいて、前記レーザ光を空間光変調器で変調することを特徴とする請求項８記載の加工対象物切断方法。
【請求項１０】
前記第３の改質領域を形成するときの前記レーザ光の集光スポットは、複数の点状の領域が前記切断予定ラインの延在方向に沿って並設された形状となっていることを特徴とする請求項８又は９記載の加工対象物切断方法。
【請求項１１】
前記加工対象物を切断することにより半導体装置を製造することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項１２】
シリコン基板を備える板状の加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記シリコン基板に改質領域を形成し、前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する加工対象物切断方法であって、
前記改質領域として第１の改質領域を形成することにより、前記切断予定ラインに沿って前記第１の改質領域から前記加工対象物の一方の主面に第１の亀裂を生じさせ、前記第１の改質領域に対して前記加工対象物の他方の主面側に、前記第１の改質領域との間に非改質領域が介在するように、前記改質領域として第２の改質領域を形成することにより、前記非改質領域において前記第１の亀裂と繋がらないように、前記切断予定ラインに沿って前記第２の改質領域から前記他方の主面に第２の亀裂を生じさせる工程と、
前記加工対象物に応力を生じさせることにより、前記第１の亀裂と前記第２の亀裂とを繋げて、前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する工程と、を含み、
前記シリコン基板の厚さ方向における前記非改質領域の幅が前記シリコン基板の厚さの１０％〜３０％となるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成することを特徴とする加工対象物切断方法。
【請求項１３】
前記切断予定ラインに沿って切断された前記加工対象物の一対の切断面のうち、一方の切断面の前記非改質領域に、前記シリコン基板の厚さ方向と交差する方向に延在する凸部が形成され、他方の切断面の前記非改質領域に、前記凸部に対応する凹部が形成されるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成することを特徴とする請求項１２記載の加工対象物切断方法。
【請求項１４】
前記シリコン基板の主面を（１００）面として、前記切断面が（１１０）面となり、前記凸部及び前記凹部を形成する面が（１１１）面となるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成することを特徴とする請求項１３記載の加工対象物切断方法。
【請求項１５】
前記切断予定ラインに沿って前記シリコン基板の厚さ方向に前記第１の改質領域を複数列形成することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項１６】
前記切断予定ラインに沿って前記シリコン基板の厚さ方向に前記第２の改質領域を複数列形成することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項１７】
前記改質領域は、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、又は単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域である溶融処理領域を含み、前記非改質領域は単結晶構造の領域であることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項１８】
前記レーザ光の波長は１０８０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項１９】
前記第１の改質領域を形成した後かつ前記第２の改質領域を形成する前に、前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に介在させられる前記非改質領域に、前記改質領域として第３の改質領域を形成するときには、
前記切断予定ラインと交差する方向に延在する第１の明度領域、及び前記切断予定ラインの延在方向において前記第１の明度領域の両側に隣接する第２の明度領域を有する品質パターンを含む変調パターンに基づいて、前記レーザ光を空間光変調器で変調することを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項２０】
前記第３の改質領域を形成するときには、前記変調パターンは、前記品質パターン、レーザ加工装置に生じる個体差を補正するための個体差補正パターン、並びに前記加工対象物の材料及び前記加工対象物のレーザ光入射面から前記レーザ光の集光点までの距離に応じて生じる球面収差を補正するための球面収差補正パターンを含み、
前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成するときには、前記個体差補正パターン及び前記球面収差補正パターンを含む変調パターンに基づいて、前記レーザ光を空間光変調器で変調することを特徴とする請求項１９記載の加工対象物切断方法。
【請求項２１】
前記第３の改質領域を形成するときの前記レーザ光の集光スポットは、複数の点状の領域が前記切断予定ラインの延在方向に沿って並設された形状となっていることを特徴とする請求項１９又は２０記載の加工対象物切断方法。
【請求項２２】
前記加工対象物を切断することにより半導体装置を製造することを特徴とする請求項１２〜２１のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項２３】
シリコン基板を備える板状の加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記シリコン基板に改質領域を形成し、前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する加工対象物切断方法であって、
前記改質領域として第１の改質領域を形成することにより、前記切断予定ラインに沿って前記第１の改質領域から前記加工対象物の一方の主面に第１の亀裂を生じさせ、前記第１の改質領域に対して前記加工対象物の他方の主面側に、前記第１の改質領域との間に非改質領域が介在するように、前記改質領域として第２の改質領域を形成することにより、前記非改質領域において前記第１の亀裂と繋がらないように、前記切断予定ラインに沿って前記第２の改質領域から前記他方の主面に第２の亀裂を生じさせる工程と、
前記加工対象物に応力を生じさせることにより、前記第１の亀裂と前記第２の亀裂とを繋げて、前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する工程と、を含み、
前記第１の改質領域を形成した後かつ前記第２の改質領域を形成する前に、前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に介在させられる前記非改質領域に、前記改質領域として第３の改質領域を形成するときには、
前記切断予定ラインと交差する方向に延在する第１の明度領域、及び前記切断予定ラインの延在方向において前記第１の明度領域の両側に隣接する第２の明度領域を有する品質パターンを含む変調パターンに基づいて、前記レーザ光を空間光変調器で変調することを特徴とする加工対象物切断方法。
【請求項２４】
前記切断予定ラインに沿って切断された前記加工対象物の一対の切断面のうち、一方の切断面の前記非改質領域に、前記シリコン基板の厚さ方向と交差する方向に延在する凸部が形成され、他方の切断面の前記非改質領域に、前記凸部に対応する凹部が形成されるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成することを特徴とする請求項２３記載の加工対象物切断方法。
【請求項２５】
前記シリコン基板の主面を（１００）面として、前記切断面が（１１０）面となり、前記凸部及び前記凹部を形成する面が（１１１）面となるように、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成することを特徴とする請求項２４記載の加工対象物切断方法。
【請求項２６】
前記切断予定ラインに沿って前記シリコン基板の厚さ方向に前記第１の改質領域を複数列形成することを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項２７】
前記切断予定ラインに沿って前記シリコン基板の厚さ方向に前記第２の改質領域を複数列形成することを特徴とする請求項２３〜２６のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項２８】
前記改質領域は、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、又は単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域である溶融処理領域を含み、前記非改質領域は単結晶構造の領域であることを特徴とする請求項２３〜２７のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項２９】
前記レーザ光の波長は１０８０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２３〜２８のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項３０】
前記第３の改質領域を形成するときには、前記変調パターンは、前記品質パターン、レーザ加工装置に生じる個体差を補正するための個体差補正パターン、並びに前記加工対象物の材料及び前記加工対象物のレーザ光入射面から前記レーザ光の集光点までの距離に応じて生じる球面収差を補正するための球面収差補正パターンを含み、
前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域を形成するときには、前記個体差補正パターン及び前記球面収差補正パターンを含む変調パターンに基づいて、前記レーザ光を空間光変調器で変調することを特徴とする請求項２３〜２９のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項３１】
前記第３の改質領域を形成するときの前記レーザ光の集光スポットは、複数の点状の領域が前記切断予定ラインの延在方向に沿って並設された形状となっていることを特徴とする請求項２３〜３０のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項３２】
前記加工対象物を切断することにより半導体装置を製造することを特徴とする請求項２３〜３１のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板を備える板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するための加工対象物切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における上記技術分野の加工対象物切断方法として、シリコン基板を備える板状の加工対象物に対し、例えば波長１３００ｎｍのレーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域をシリコン基板に形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０８４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
波長１３００ｎｍのレーザ光は、例えば波長１０６４ｎｍのレーザ光よりもシリコン基板における透過率が高いので、波長１３００ｎｍのレーザ光を使用すると、シリコン基板のレーザ光入射面から深い位置であっても、大きな改質領域を形成することができる。そのため、切断予定ラインに沿ってシリコン基板の厚さ方向に改質領域を複数列形成して加工対象物を切断するような場合に、その改質領域の列数を減少させて、タクトタイムの短縮化を図ることができる。【０００５】
ただし、波長１３００ｎｍのレーザ光を使用すると、大きな改質領域を形成することができる一方で、シリコン基板の厚さ方向に改質領域を複数列形成する際に、シリコン基板の厚さ方向に亀裂が連続的に進行し、加工対象物の主面において亀裂が蛇行するなど、加工対象物の切断精度が低下するおそれがある。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、切断予定ラインに沿ってシリコン基板の厚さ方向に形成する改質領域の列数を減少させることができると共に、シリコン基板を備える板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる加工対象物切断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る加工対象物切断方法は、シリコン基板を備える板状の加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿ってシリコン基板に改質領域を形成し、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物を切断する加工対象物切断方法であって、改質領域として第１の改質領域を形成することにより、切断予定ラインに沿って第１の改質領域から加工対象物の一方の主面に第１の亀裂を生じさせ、第１の改質領域に対して加工対象物の他方の主面側に、第１の改質領域との間に非改質領域が介在するように、改質領域として第２の改質領域を形成することにより、非改質領域において第１の亀裂と繋がらないように、切断予定ラインに沿って第２の改質領域から他方の主面に第２の亀裂を生じさせる工程と、加工対象物に応力を生じさせることにより、第１の亀裂と第２の亀裂とを繋げて、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断する工程と、を含むことを特徴とする。【０００８】
この加工対象物切断方法においては、第１の改質領域と第２の改質領域との間に非改質領域を介在させた状態で、第１の改質領域から加工対象物の一方の主面に第１の亀裂を生じさせ、第２の改質領域から加工対象物の他方の主面に第２の亀裂を生じさせる。これにより、シリコン基板の厚さ方向に改質領域を複数列形成する際に、その改質領域の列数を減少させるべく１０６４ｎｍよりも長い波長のレーザ光を使用しても、シリコン基板の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止することができる。そして、この加工対象物切断方法においては、加工対象物に応力を生じさせることで、第１の亀裂と第２の亀裂とを繋げて加工対象物を切断する。これにより、加工対象物の主面における亀裂の蛇行等を防止して、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。以上のように、この加工対象物切断方法によれば、切断予定ラインに沿ってシリコン基板の厚さ方向に形成する改質領域の列数を減少させることができると共に、シリコン基板を備える板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。【０００９】
また、切断予定ラインに沿って切断された加工対象物の一対の切断面のうち、一方の切断面の非改質領域に、シリコン基板の厚さ方向と交差する方向に延在する凸部が形成され、他方の切断面の非改質領域に、凸部に対応する凹部が形成されるように、第１の改質領域及び第２の改質領域を形成することが好ましい。このように第１の改質領域及び第２の改質領域を形成すると、シリコン基板の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのをより確実に防止することができると共に、第１の亀裂と第２の亀裂とを繋げて、加工対象物を切断予定ラインに沿ってより精度良く切断することができる。【００１０】
このとき、シリコン基板の主面を（１００）面として、切断面が（１１０）面となり、凸部及び凹部を形成する面が（１１１）面となるように、第１の改質領域及び第２の改質領域を形成することが好ましい。このように第１の改質領域及び第２の改質領域を形成することで、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断した際に、凸部の高さ及び凹部の深さを抑えて、より滑らかな切断面を得ることができる。【００１１】
更に、凸部の高さが２μｍ〜６μｍとなり、シリコン基板の厚さ方向における凸部の幅が６μｍ〜１７μｍとなるように、第１の改質領域及び第２の改質領域を形成することが好ましい。このように第１の改質領域及び第２の改質領域を形成することで、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断した際に、加工対象物の主面における亀裂の蛇行等を防止することができるばかりでなく、割れ残りを防止することができる。【００１２】
また、切断予定ラインに沿ってシリコン基板の厚さ方向に第１の改質領域を複数列形成することや、切断予定ラインに沿ってシリコン基板の厚さ方向に第２の改質領域を複数列形成することが好ましい。これにより、シリコン基板の厚さ方向における第１の亀裂及び第２の亀裂並びに非改質領域の幅を、シリコン基板の厚さに応じて調整することができる。【００１３】
また、改質領域は、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、又は単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域である溶融処理領域を含み、非改質領域は単結晶構造の領域である場合がある。【００１４】
また、レーザ光の波長は１０８０ｎｍ以上であることが好ましい。この場合、シリコン基板における透過率が高くなるので、レーザ光の照射によって形成される第１の改質領域や第２の改質領域を大きくして、シリコン基板の厚さ方向に形成する改質領域の列数をより確実に減少させることができる。【００１５】
また、シリコン基板の厚さ方向における非改質領域の幅がシリコン基板の厚さの１０％〜３０％となるように、第１の改質領域及び第２の改質領域を形成することが好ましい。このように第１の改質領域及び第２の改質領域を形成すると、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断した際に、加工対象物の主面における亀裂の蛇行や割れ残りを防止して、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く且つ確実に切断することができる。【００１６】
また、第１の改質領域を形成した後かつ第２の改質領域を形成する前に、第１の改質領域と第２の改質領域との間に介在させられる非改質領域に、改質領域として第３の改質領域を形成するときには、切断予定ラインと交差する方向に延在する第１の明度領域、及び切断予定ラインの延在方向において第１の明度領域の両側に隣接する第２の明度領域を有する品質パターンを含む変調パターンに基づいて、レーザ光を空間光変調器で変調することが好ましい。このようにして第３の改質領域を形成することで、改質領域の列数を減少させるべく１０６４ｎｍよりも長い波長のレーザ光を使用しても、加工対象物の厚さ方向に改質領域を複数列形成する際に加工対象物の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止することができる。しかも、加工対象物に応力を生じさせると、第３の改質領域が形成されていない場合に比べ、改質領域を起点として発生した亀裂が加工対象物の厚さ方向に容易に伸展するので、加工対象物を切断予定ラインに沿ってより精度良く切断することができる。【００１７】
また、第３の改質領域を形成するときには、変調パターンは、品質パターン、レーザ加工装置に生じる個体差を補正するための個体差補正パターン、並びに加工対象物の材料及び加工対象物のレーザ光入射面からレーザ光の集光点までの距離に応じて生じる球面収差を補正するための球面収差補正パターンを含み、第１の改質領域及び第２の改質領域を形成するときには、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含む変調パターンに基づいて、レーザ光を空間光変調器で変調することが好ましい。この場合、第１の改質領域、第２の改質領域及び第３の改質領域のそれぞれが亀裂を発生させ易いものとなるため、切断予定ラインに沿って加工対象物の厚さ方向に形成する改質領域の列数をより確実に減少させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、切断予定ラインに沿ってシリコン基板の厚さ方向に形成する改質領域の列数を減少させることができると共に、シリコン基板を備える板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。
【図３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】レーザ加工後のシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。
【図８】レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。
【図９】レーザ光のピークパワー密度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。
【図１０】第１の実施形態に係る加工対象物切断方法が適用される加工対象物の平面図である。
【図１１】図１０の加工対象物の切断予定ラインに沿っての一部断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための加工対象物の一部断面図である。
【図１３】第１の実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための加工対象物の一部断面図である。
【図１４】６列の改質領域を起点として厚さ６２５μｍのシリコン基板を切断した場合のシリコン基板の切断面の写真を示す図である。
【図１５】図１４のシリコン基板の切断面を裏面側から見た場合の写真を示す図である。
【図１６】比較例によって切断されたシリコン基板の切断面の写真を示す図である。
【図１７】図１４の切断面と略直交する切断面の非改質領域に形成された凸部及び凹部の写真を示す図である。
【図１８】図１７の凸部を示す模式図である。
【図１９】３列の改質領域を起点として厚さ３００μｍのシリコン基板を切断した場合のシリコン基板の切断面の写真を示す図である。
【図２０】３列の改質領域を起点として厚さ２００μｍのシリコン基板を切断した場合のシリコン基板の切断面の写真を示す図である。
【図２１】第２の実施形態に係る加工対象物切断方法が適用される加工対象物の平面図である。
【図２２】第２の実施形態に係る加工対象物切断方法の実施に用いられるレーザ加工装置の構成図である。
【図２３】図２２の反射型空間光変調器の部分断面図である。
【図２４】図２２のレーザ加工装置を備えるレーザ加工システムの構成図である。
【図２５】図２４のレーザ加工システムにおいて用いられる品質パターンを示す図である。
【図２６】図２４のレーザ加工システムにおいて実施されるレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。
【図２７】改質領域を起点として加工対象物を切断したときの切断面を示す第１の図である。
【図２８】改質領域を形成するためのレーザ光の集光スポットの模式図である。
【図２９】改質領域を起点として加工対象物を切断したときの切断面を示す第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、板状の加工対象物に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、本実施形態に係る加工対象物切断方法における改質領域の形成について、図１〜図９を参照して説明する。
【００２２】
図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ光（加工用レーザ光）Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
【００２３】
このレーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域が加工対象物１に形成されることとなる。以下、この改質領域について詳細に説明する。
【００２４】
図２に示すように、板状の加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示すように、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４〜図６に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
【００２５】
なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。また、改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。
【００２６】
ここでは、レーザ光Ｌが加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（内部吸収型レーザ加工）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する（表面吸収型レーザ加工）。
【００２７】
ところで、本実施形態に係る加工対象物切断方法にて形成される改質領域は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。例えば、（１）溶融処理領域、（２）クラック領域、絶縁破壊領域、（３）屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。
【００２８】
本実施形態に係る加工対象物切断方法における改質領域は、レーザ光の局所的な吸収や多光子吸収という現象により形成される。多光子吸収とは、材料の吸収のバンドギャップＥGよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となるため、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥGであるが、光学的に透明でも、レーザ光Ｌの強度を非常に大きくするとｎｈν＞ＥGの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる現象をいう。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【００２９】
また、D.Du,X.Liu,G.Korn,J.Squier,and  G.Mourou,”Laser  Induced  Breakdown  by  Impact  Ionization  in  SiO2  with  Pulse  Widths  from  7ns  to  150fs”,Appl  Phys  Lett64(23),Jun.6,1994に記載されているようにパルス幅が数ピコ秒からフェムト秒の超短パルスレーザ光を利用することにより形成される改質領域を利用してもよい。
（１）改質領域が溶融処理領域を含む場合
【００３０】
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。これにより、集光点近傍にてレーザ光Ｌが吸収されて加工対象物の内部が局所的に加熱され、この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。
【００３１】
溶融処理領域とは、一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。
【００３２】
図７は、レーザ光が照射されたシリコンウェハ（半導体基板）の一部における断面の写真を表した図である。図７に示すように、半導体基板１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。
【００３３】
入射するレーザ光の波長に対して透過性の材料の内部に溶融処理領域１３が形成されたことを説明する。図８は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示す線図である。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。
【００３４】
例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光Ｌが８０％以上透過することが分かる。図７に示す半導体基板１１の厚さは３５０μｍであるので、溶融処理領域１３は半導体基板１１の中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光Ｌが半導体基板１１の内部で吸収されるのは僅かであり、殆どが透過する。しかし、１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌをシリコンウェハ内部に集光することで集光点とその近傍で局所的にレーザ光が吸収され溶融処理領域１３が半導体基板１１の内部に形成される。
【００３５】
なお、シリコンウェハには、溶融処理領域を起点として亀裂が発生する場合がある。また、溶融処理領域に亀裂が内包されて形成される場合があり、この場合には、その亀裂が、溶融処理領域においての全面に渡って形成されていたり、一部分のみや複数部分に形成されていたりすることがある。更に、この亀裂は、自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。溶融処理領域から亀裂が自然に成長する場合には、溶融処理領域が溶融している状態から成長する場合と、溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部に形成され、切断面においては、図７に示すように、内部に溶融処理領域が形成されている。
（２）改質領域がクラック領域を含む場合
【００３６】
加工対象物（例えばガラスやＬｉＴａＯ3からなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。このパルス幅の大きさは、加工対象物の内部にレーザ光Ｌが吸収されてクラック領域が形成される条件である。これにより、加工対象物の内部には光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部に、１つ又は複数のクラックを含むクラック領域が形成される。クラック領域は絶縁破壊領域とも言える。
【００３７】
図９は、電界強度とクラックの大きさとの関係の実験結果を示す線図である。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光Ｌがパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は１パルスのレーザ光Ｌにより加工対象物の内部に形成されたクラック部分（クラックスポット）の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち、最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が１００倍、開口数（ＮＡ）が０．８０の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が５０倍、開口数（ＮＡ）が０．５５の場合である。ピークパワー密度が１０11（Ｗ／ｃｍ2）程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
（３）改質領域が屈折率変化領域を含む場合
【００３８】
加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。このように、パルス幅が極めて短い状態で加工対象物の内部にレーザ光Ｌが吸収されると、そのエネルギーが熱エネルギーに転化せず、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起され、屈折率変化領域が形成される。
【００３９】
なお、改質領域とは、溶融処理領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等やそれらが混在した領域を含めて、その材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域であったり、格子欠陥が形成された領域であったりする。これらをまとめて高密転移領域と言うこともできる。
【００４０】
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更にそれら領域の内部や改質領域と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。
【００４１】
ちなみに、加工対象物の結晶構造やその劈開性等を考慮して、改質領域を次のように形成すれば、精度よく加工対象物を切断することが可能になる。
【００４２】
また、上述した改質領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは改質領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、改質領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
【００４３】
次に、本実施形態に係る加工対象物切断方法について説明する。
［第１の実施形態］
【００４４】
図１０は、第１の実施形態に係る加工対象物切断方法が適用される加工対象物の平面図であり、図１１は、図１０の加工対象物の切断予定ラインに沿っての一部断面図である。図１０及び１１に示すように、板状の加工対象物１はシリコン基板１２を備えている。加工対象物１の表面（すなわち、シリコン基板１２の表面）１２ａには、複数の機能素子を含んで機能素子層（図示せず）が形成されている。
【００４５】
シリコン基板１２は単結晶構造を採り、表面１２ａを（１００）面として、オリエンテーションフラット６に平行な面が（１１０）面となっている。機能素子は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等であり、シリコン基板１２のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。
【００４６】
以上のように構成された加工対象物１に対して、第１の実施形態に係る加工対象物切断方法が適用される。
【００４７】
まず、図１１に示すように、加工対象物１の表面１２ａにエキスパンドテープ２３を貼り付ける。続いて、加工対象物１の裏面（すなわち、シリコン基板１２の裏面）１２ｂを上側にして加工対象物１をレーザ加工装置の支持台（図示せず）上に固定する。そして、図１０に示すように、隣り合う機能素子間を通る切断予定ライン５を、オリエンテーションフラット６に垂直な方向及び平行な方向に格子状に設定する。
【００４８】
続いて、図１２に示すように、加工対象物１の裏面１２ｂをレーザ光入射面としてシリコン基板１２の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射し、支持台の移動によって、オリエンテーションフラット６に垂直な方向及び平行な方向に格子状に設定された各切断予定ライン５に沿って集光点Ｐを相対的に移動させる。この各切断予定ライン５に沿った集光点Ｐの相対的な移動を１本の切断予定ライン５に対して複数回行うが、集光点Ｐを合わせる位置の裏面１２ｂからの距離を各回で変えることにより、表面１２ａ側から順に、１本の切断予定ライン５に対して複数列の改質領域７をシリコン基板１２の内部に１列ずつ形成する。
【００４９】
なお、レーザ光Ｌの波長は１０８０ｎｍ以上であることが好ましい。波長１０８０ｎｍ以上のレーザ光Ｌを使用すると、シリコン基板１２における透過率が高くなるので、レーザ光Ｌの照射によって形成される改質領域７を大きくして、シリコン基板１２の厚さ方向に形成する改質領域７の列数を減少させることができ、タクトタイムの短縮化を図ることが可能となる。
【００５０】
望ましくは、レーザ光Ｌの波長は、シリコン基板１２の厚さに対してシリコン基板１２の表面１２ａ及び裏面１２ｂのそれぞれの反射成分を除去した内部の透過率が９０％以上となる波長であることが好ましい。ダイシング装置では、ウェハの厚さに応じたレーザ光源を複数台搭載することは現実的ではなく、本発明のように精密な加工が可能で且つウェハの厚さに応じて波長を可変し得るレーザ光源は存在しない。また、ダイシング装置には、薄いウェハから厚いウェハまで、あらゆる厚さのウェハを切断することが求められる。従って、厚いウェハを基準として透過率が９０％以上となる波長のレーザ光源を用いることが好ましい。想定される厚いウェハとして厚さとして３００μｍ以上が考えられるので、この３００μｍの厚さのシリコンウェハの透過率が約９０％ある１０８０ｎｍ以上の波長のレーザ光、更にウェハの厚さが５００μｍであれば、１１００ｎｍ以上の波長のレーザをダイシング装置に適用することが望ましい。
【００５１】
ここで、オリエンテーションフラット６に平行な切断予定ライン５に沿った改質領域７の形成について、より詳細に説明する。図１２に示すように、まず、表面１２ａ側から順に、１本の切断予定ライン５に対して複数列（ここでは、４列）の改質領域（第１の改質領域）７ａをシリコン基板１２の内部に１列ずつ形成し、これにより、切断予定ライン５に沿って改質領域７ａから加工対象物１の表面１２ａに亀裂（第１の亀裂）１７ａを生じさせる。続いて、改質領域７ａに対して加工対象物１の裏面１２ｂ側に、改質領域７ａとの間に非改質領域２が介在するように、１本の切断予定ライン５に対して複数列（ここでは、２列）の改質領域（第２の改質領域）７ｂをシリコン基板１２の内部に１列ずつ形成し、これにより、非改質領域２において亀裂１７ａと繋がらないように、切断予定ライン５に沿って改質領域７ｂから加工対象物１の裏面１２ｂに亀裂（第２の亀裂）１７ｂを生じさせる。このとき、亀裂１７ａと亀裂１７ｂとは、非改質領域２において繋がっていない。すなわち、切断は完了しておらず、加工対象物１は切断予定ライン５に沿って完全に切断されていない。
【００５２】
なお、非改質領域２は単結晶構造の領域である。これに対し、改質領域７ａ，７ｂは、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、又は単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域である溶融処理領域を含む。
【００５３】
改質領域７の形成に続いて、図１３に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させる。エキスパンドテープの拡張に伴い、加工対象物１に拡張方向に力が作用し、改質領域７を起点として加工対象物１がチップ状に切断されて、１個の機能素子を有する半導体チップ２５が多数得られる。このとき、エキスパンドテープ２３が拡張させられた状態にあるため、各半導体チップ２５が互いに離間することになる。
【００５４】
ここで、オリエンテーションフラット６に平行な切断予定ライン５においては、図１３に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させて加工対象物１に応力を生じさせることにより、非改質領域２において亀裂１７ａと亀裂１７ｂとを繋げて、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を半導体チップ２５に切断する。このとき、切断予定ライン５に沿って切断された加工対象物１の一対の切断面１２ｃ，１２ｃのうち、一方の切断面１２ｃの非改質領域２には、シリコン基板１２の厚さ方向と略直交する方向に延在する凸部１８が形成され、他方の切断面１２ｃの非改質領域２には、凸部１８と相補的な関係を有する凹部１９が形成される。
【００５５】
なお、上述したように、シリコン基板１２の表面１２ａが（１００）面であり、オリエンテーションフラット６に平行な面が（１１０）面であるから、オリエンテーションフラット６に平行な切断予定ライン５においては、切断面１２ｃは（１１０）面となる。このとき、凸部１８及び凹部１９はそれぞれ断面Ｖ字状に形成され、凸部１８及び凹部１９を形成する斜面は（１１１）面となる。なお、改質領域７と表面１２ａ（若しくは、裏面１２ｂ）との間に形成される亀裂は結晶面とは異なる方向に形成され、改質領域７と改質領域７との間の非改質領域２の一部分には結晶面に沿った方向に割れが発生（劈開）することでウェハは切断される。
【００５６】
以上説明したように、第１の実施形態に係る加工対象物切断方法においては、改質領域７ａと改質領域７ｂとの間に非改質領域２を介在させた状態で、改質領域７ａから加工対象物１の表面１２ａに亀裂１７ａを生じさせ、改質領域７ｂから加工対象物１の裏面１２ｂに亀裂１７ｂを生じさせる。これにより、シリコン基板１２の厚さ方向に改質領域７を複数列形成する際に、その改質領域７の列数を減少させるべく波長１０６４ｎｍ以上のレーザ光Ｌを使用しても、シリコン基板１２の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止することができる。そして、第１の実施形態に係る加工対象物切断方法においては、加工対象物１に応力を生じさせることで、非改質領域２において亀裂１７ａと亀裂１７ｂとを繋げて加工対象物１を切断する。これにより、加工対象物１の裏面１２ｂにおける亀裂の蛇行等を防止して、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。以上のように、第１の実施形態に係る加工対象物切断方法によれば、切断予定ライン５に沿ってシリコン基板１２の厚さ方向に形成する改質領域７の列数を減少させることができると共に、シリコン基板１２を備える板状の加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。
【００５７】
また、第１の実施形態に係る加工対象物切断方法においては、切断予定ライン５に沿って切断された加工対象物１の一対の切断面１２ｃ，１２ｃのうち、一方の切断面１２ｃの非改質領域２に、シリコン基板１２の厚さ方向と略直交する方向に延在する凸部１８が形成され、他方の切断面１２ｃの非改質領域２に、凸部１８に対応する凹部１９が形成されるように、改質領域７ａ，７ｂを形成する。同時に、第１の実施形態に係る加工対象物切断方法においては、シリコン基板１２の表面１２ａを（１００）面として、切断面１２ｃが（１１０）面となり、凸部１８及び凹部１９を形成する面が（１１１）面となるように、改質領域７ａ，７ｂを形成する。このように改質領域７ａ，７ｂを形成することで、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができるだけでなく、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断した際に、凸部１８の高さ及び凹部１９の深さを抑えて、滑らかな切断面１２ｂを得ることができる。
【００５８】
なお、凸部１８及び凹部１９は、切断面１２ｃにおいて改質領域７ａと改質領域７ｂとの間に介在させられる非改質領域２のみに形成されることが好ましい。例えば、シリコン基板１２の厚さ方向において隣り合う改質領域７ａ，７ａの間や隣り合う改質領域７ｂ，７ｂの間に凸部１８や凹部１９が形成されることは、切断精度の低下という点で好ましくない。また、加工対象物１の表面１２ａと改質領域７ａとの間や加工対象物１の裏面１２ｂと改質領域７ｂとの間に凸部１８や凹部１９が形成されることは、チッピングやクラッキングの発生という点で好ましくない。
【００５９】
次に、本発明に係る加工対象物切断方法の実施例について説明する。
【００６０】
図１４は、６列の改質領域を起点として厚さ６２５μｍのシリコン基板を切断した場合のシリコン基板の切断面の写真を示す図である。図１４に示すように、シリコン基板１２の切断面１２ｃには、切断予定ラインに沿ってシリコン基板１２の厚さ方向に並ぶように、シリコン基板１２の表面１２ａに亀裂を生じさせる改質領域７ａ1〜７ａ4、及びシリコン基板１２の裏面１２ｂに亀裂を生じさせる改質領域７ｂ5，７ｂ6が形成されている。また、切断面１２ｃにおいて改質領域７ａ4と改質領域７ｂ5との間の非改質領域２には、凸部１８が形成されている。なお、表面１２ａは（１００）面であり、切断面１２ｃは（１１０）面であって、このとき、凸部１８を形成する面は（１１１）面となった。
【００６１】
各改質領域７ａ1〜７ａ4，７ｂ5，７ｂ6を形成するに際しては、シリコン基板１２の裏面１２ｂをレーザ光入射面として、波長１３４２ｎｍのレーザ光Ｌをパルス幅９０ｎｓ、周波数９０ｋＨｚでパルス発振させ、シリコン基板１２に対してレーザ光Ｌの集光点Ｐを切断予定ラインに沿って加工速度３４０ｍｍ／ｓで相対的に移動させた。これにより、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される改質スポット間の距離（加工ピッチ）は３．７８μｍとなっている。その他の条件は表１に示す通りである。なお、表１において、集光点位置は、レーザ光入射面であるシリコン基板１２の裏面１２ｂから、レーザ光Ｌの集光点Ｐが合わされる位置までの距離であり、改質領域の幅は、シリコン基板１２の厚さ方向における改質領域の幅の平均値である（後述する表３及び４においても同様）。
【表１】
0005632751.tif 000002
【００６２】
この実施例によれば、図１５に示すように、対向する一対の切断面１２ｃ，１２ｃに生じる蛇行が裏面１２ｂにおいて最大３μｍ程度に収まり、シリコン基板１２の切断精度が維持された。また、切断面１２ｃの非改質領域２に凸部１８（或いは、凹部１９）が形成されることで、シリコン基板１２を切断することにより得られたチップの抗折強度が向上した。
【００６３】
これに対し、図１６（ａ）に示すように、切断予定ラインに沿ってシリコン基板１２の厚さ方向に改質領域７を７列形成すると、図１６（ｂ）に示すように、対向する一対の切断面１２ｃ，１２ｃに生じる蛇行が裏面１２ｂにおいて最大２０μｍ程度となり、シリコン基板１２の切断精度が低下した。
【００６４】
これは、波長１３４２ｎｍのレーザ光Ｌの使用により、改質領域７が大きくなる一方で、シリコン基板１２の厚さ方向に改質領域７を７列形成する際に、シリコン基板１２の表面１２ａから裏面１２ｂに亀裂が連続的に進行するからである（つまり、上述した実施例のように、非改質領域２において亀裂１７ａと亀裂１７ｂとの繋がりが断たれるということがないからである）。そして、シリコン基板１２の表面１２ａから裏面１２ｂに亀裂が連続的に進行すると、図１６（ａ）に示すように、裏面１２ｂに最も近い最後の改質領域７を形成する際に、方向性の制御が困難な割れであるツイストハックルＴＨが発生し、そのツイストハックルＴＨが裏面１２ｂに到達して、裏面１２ｂにおいて切断面１２ｃの蛇行が大きくなってしまう。なお、裏面１２ｂにおいて切断面１２ｃの蛇行が大きくなると、切断面１２ｃからのパーティクルの発生量が多くなるという問題も生じる。
【００６５】
図１７は、図１４の切断面と略直交する切断面の非改質領域に形成された凸部及び凹部の写真を示す図である。図１７に示すように、シリコン基板１２の一対の切断面１２ｃ，１２ｃのうち、一方の切断面１２ｃの非改質領域２には、シリコン基板１２の厚さ方向と略直交する方向に延在する断面Ｖ字状の凸部１８が形成され、他方の切断面１２ｃの非改質領域２には、凸部１８と相補的な関係を有する断面Ｖ字状の凹部１９が形成された。
【００６６】
図１８は、図１７の凸部を示す模式図である。図１８に示すように、凸部１８の高さをＸとし、シリコン基板１２の厚さ方向における凸部１８の幅をＹとすると、表２に示す結果が得られた。なお、凸部１８を形成する斜面（（１１１）面）が切断面１２ｃ（（１１０）面）に対してなす角度は３５．３°である。
【表２】
0005632751.tif 000003
【００６７】
表２に示すように、＃１の場合には、切断面１２ｃに生じる蛇行が裏面１２ｂにおいて最大２０μｍ程度となり、切断精度について不良との結果が得られた。また、＃５及び＃６の場合には、切断面１２ｃにおける凹凸が８μｍを超えることから、切断精度について不良との結果が得られた。更に、＃６の場合には、割れ残り（格子状に設定された全ての切断予定ラインに沿ってシリコン基板１２が完全に切断されない現象）が生じた。
【００６８】
これらに対し、＃２〜＃４の場合には、切断精度について良好との結果が得られると共に、割れ残りも生じなかった。従って、凸部１８の高さが２μｍ〜６μｍとなり、シリコン基板１２の厚さ方向における凸部１８の幅が６μｍ〜１７μｍとなるように、改質領域７ａ，７ｂを形成することが好ましい。このように改質領域７ａ，７ｂを形成することで、切断予定ラインに沿ってシリコン基板１２を切断した際に、シリコン基板１２の裏面１２ｂにおける亀裂の蛇行等を防止することができるばかりでなく、割れ残りを防止することができる。
【００６９】
図１９は、３列の改質領域を起点として厚さ３００μｍのシリコン基板を切断した場合のシリコン基板の切断面の写真を示す図である。図１９に示すように、シリコン基板１２の切断面１２ｃには、切断予定ラインに沿ってシリコン基板１２の厚さ方向に並ぶように、シリコン基板１２の表面１２ａに亀裂を生じさせる改質領域７ａ1、及びシリコン基板１２の裏面１２ｂに亀裂を生じさせる改質領域７ｂ2，７ｂ3が形成されている。また、切断面１２ｃにおいて改質領域７ａ1と改質領域７ｂ2との間の非改質領域２には、凸部１８が形成されている。なお、表面１２ａは（１００）面であり、切断面１２ｃは（１１０）面であって、このとき、凸部１８を形成する面は（１１１）面となった。
【００７０】
各改質領域７ａ1，７ｂ2，７ｂ3を形成するに際しては、シリコン基板１２の裏面１２ｂをレーザ光入射面として、波長１３４２ｎｍのレーザ光Ｌをパルス幅９０ｎｓ、周波数９０ｋＨｚでパルス発振させ、シリコン基板１２に対してレーザ光Ｌの集光点Ｐを切断予定ラインに沿って加工速度３４０ｍｍ／ｓで相対的に移動させた。これにより、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される改質スポット間の距離（加工ピッチ）は３．７８μｍとなっている。その他の条件は表３に示す通りである。
【表３】
0005632751.tif 000004
【００７１】
また、図２０は、３列の改質領域を起点として厚さ２００μｍのシリコン基板を切断した場合のシリコン基板の切断面の写真を示す図である。図２０に示すように、シリコン基板１２の切断面１２ｃには、切断予定ラインに沿ってシリコン基板１２の厚さ方向に並ぶように、シリコン基板１２の表面１２ａに亀裂を生じさせる改質領域７ａ1、及びシリコン基板１２の裏面１２ｂに亀裂を生じさせる改質領域７ｂ2，７ｂ3が形成されている。また、切断面１２ｃにおいて改質領域７ａ1と改質領域７ｂ2との間の非改質領域２には、凸部１８が形成されている。なお、表面１２ａは（１００）面であり、切断面１２ｃは（１１０）面であって、このとき、凸部１８を形成する面は（１１１）面となった。
【００７２】
各改質領域７ａ1，７ｂ2，７ｂ3を形成するに際しては、シリコン基板１２の裏面１２ｂをレーザ光入射面として、波長１３４２ｎｍのレーザ光Ｌをパルス幅９０ｎｓ、周波数９０ｋＨｚでパルス発振させ、シリコン基板１２に対してレーザ光Ｌの集光点Ｐを切断予定ラインに沿って加工速度３４０ｍｍ／ｓで相対的に移動させた。これにより、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される改質スポット間の距離（加工ピッチ）は３．７８μｍとなっている。その他の条件は表４に示す通りである。
【表４】
0005632751.tif 000005
【００７３】
これらの実施例によれば、非改質領域２において亀裂１７ａと亀裂１７ｂとの繋がりを断ち、シリコン基板１２を切断予定ラインに沿って切断良く切断することができた。
【００７４】
以上の実施例で説明したように、シリコン基板１２の厚さ方向に形成する改質領域７の列数を減少させるために波長１０６４ｎｍ以上のレーザ光Ｌを使用した場合において、シリコン基板１２を切断予定ラインに沿って切断良く切断するためには、非改質領域２において亀裂１７ａと亀裂１７ｂとの繋がりを断つことが重要である。このような非改質領域２を形成するための条件を表５に示す。なお、表５において、非改質領域の幅は、シリコン基板１２の厚さ方向における非改質領域２の幅（すなわち、シリコン基板１２の表面１２ａに亀裂を生じさせる改質領域７ａのうち最も裏面１２ｂ側に位置する改質領域７ａ（ただし、改質領域７ａが１列の場合にはその改質領域７ａ）における裏面１２ｂ側の端部と、シリコン基板１２の裏面１２ｂに亀裂を生じさせる改質領域７ｂのうち最も表面１２ａ側に位置する改質領域７ｂ（改質領域７ｂが１列の場合にはその改質領域７ｂ）における表面１２ａ側の端部との距離）の平均値である。
【表５】
0005632751.tif 000006
【００７５】
表５に示すように、シリコン基板１２の厚さ方向における非改質領域２の幅がシリコン基板１２の厚さの１０％〜３０％となるように、改質領域７ａ，７ｂを形成することが好ましい。このように改質領域７ａ，７ｂを形成すると、切断予定ラインに沿ってシリコン基板１２を切断した際に、シリコン基板１２の裏面１２ｂにおける亀裂の蛇行や割れ残りを防止して、シリコン基板１２を切断予定ラインに沿って精度良く且つ確実に切断することができる。
【００７６】
本発明は、上述した第１の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第１の実施形態では、加工対象物１の裏面１２ｂをレーザ光入射面としたが、加工対象物１の表面１２ａをレーザ光入射面としてもよい。
［第２の実施形態］
【００７７】
図２１は、第２の実施形態に係る加工対象物切断方法が適用される加工対象物の平面図である。図２１に示されるように、板状の加工対象物１は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１の表面１１ａ上に形成された機能素子層１６と、を備えている。
【００７８】
機能素子層１６は、シリコン基板１１のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に複数形成された機能素子１５を含んでいる。機能素子１５は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等である。
【００７９】
加工対象物１には、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように切断予定ライン５が格子状に設定される。加工対象物１は、切断予定ライン５に沿って切断され、切断された個々のチップは、１個の機能素子１５を有する半導体装置となる。
【００８０】
図２２は、第２の実施形態に係る加工対象物切断方法の実施に用いられるレーザ加工装置の構成図である。図２２に示されるように、レーザ加工装置３００は、レーザ光源２０２、反射型空間光変調器２０３、４ｆ光学系２４１及び集光光学系２０４を備えている。反射型空間光変調器２０３、４ｆ光学系２４１及び集光光学系２０４は筐体２３４内に収容されており、レーザ光源２０２は、筐体２３４を含む筐体２３１内に収容されている。
【００８１】
レーザ光源２０２は、例えば波長１０８０ｎｍ以上のパルスレーザ光であるレーザ光Ｌを出射するものであり、例えばファイバレーザが用いられている。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向にレーザ光Ｌを出射するように、筐体２３４の天板２３６にねじ等で固定されている。
【００８２】
反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid  Crystal  on  Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial  Light  Modulator）が用いられている。ここでの反射型空間光変調器２０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを水平方向に対し斜め上方に反射しつつ変調する。
【００８３】
図２３は、図２２の反射型空間光変調器の部分断面図である。図２３に示されるように、反射型空間光変調器２０３は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８を備え、これらがこの順に積層されている。
【００８４】
透明基板２１８は、ＸＹ平面に沿った表面２１８ａを有しており、該表面２１８ａは反射型空間光変調器２０３の表面を構成する。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料を主に含んでおり、反射型空間光変調器２０３の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面２１８ｂ上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）を主に含んで構成されている。
【００８５】
複数の画素電極２１４は、複数の画素の配列に従って二次元状に配列されており、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦かつ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。
【００８６】
アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられ、反射型空間光変調器２０３から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１のドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２のドライバ回路とを有しており、制御部２５０によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるよう構成されている。
【００８７】
なお、配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミドといった高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されたものが適用される。
【００８８】
液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、アクティブ・マトリクス回路によって或る画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と該画素電極２１４との間に電界が形成される。
【００８９】
この電界は、反射膜２１５及び液晶層２１６のそれぞれに対し、各々の厚さに応じた割合で印加される。そして、液晶層２１６に印加された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されてから取り出されることとなる。
【００９０】
これにより、変調パターン（変調用画像）に入射し透過するレーザ光Ｌにあっては、その波面が調整され、該レーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。
【００９１】
図２２に戻り、４ｆ光学系２４１は、反射型空間光変調器２０３によって変調されたレーザ光Ｌの波面形状を調整するものである。この４ｆ光学系２４１は、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂを有している。
【００９２】
レンズ２４１ａ，２４１ｂは、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの距離（光路長）が第１レンズ２４１ａの焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４とレンズ２４１ｂとの距離（光路長）がレンズ２４１ｂの焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの距離（光路長）がｆ１＋ｆ２となり、かつ第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器２０３と集光光学系２０４との間に配置されている。この４ｆ光学系２４１によれば、反射型空間光変調器２０３で変調されたレーザ光Ｌの波面形状が空間伝播によって変化し収差が増大するのを抑制することができる。
【００９３】
集光光学系２０４は、４ｆ光学系２４１によって変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット２３２を介して筐体２３４の底板２３３に設置されている。
【００９４】
また、レーザ加工装置３００は、加工対象物１の表面３を観察するための表面観察ユニット２１１と、集光光学系２０４と加工対象物１との距離を微調整するためのＡＦ（AutoFocus）ユニット２１２と、を筐体２３１内に備えている。
【００９５】
表面観察ユニット２１１は、可視光ＶＬ１を出射する観察用光源２１１ａと、加工対象物１の表面３で反射された可視光ＶＬ１の反射光ＶＬ２を受光して検出する検出器２１１ｂと、を有している。表面観察ユニット２１１では、観察用光源２１１ａから出射された可視光ＶＬ１が、ミラー２０８及びダイクロイックミラー２０９，２１０，２３８で反射・透過され、集光光学系２０４で加工対象物に向けて集光される。そして、加工対象物１の表面３で反射された反射光ＶＬ２が、集光光学系２０４で集光されてダイクロイックミラー２３８，２１０で透過・反射された後、ダイクロイックミラー２０９を透過して検出器２１１ｂにて受光される。
【００９６】
ＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出射し、加工対象物１の表面３で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿った表面３の変位データ（加工対象物１の厚さ方向おける表面３の位置（高さ）データ）を取得する。そして、ＡＦユニット２１２は、改質領域７を形成する際、取得した変位データに基づいて駆動ユニット２３２を駆動させ、加工対象物１の表面３のうねりに沿うように集光光学系２０４をその光軸方向に往復移動させる。
【００９７】
更に、レーザ加工装置３００は、該レーザ加工装置３００を制御するためのものとして、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部２５０を備えている。この制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、レーザ光源２０２から出射されるレーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節する。また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、レーザ光Ｌの同時集光位置が加工対象物１の表面３から所定距離に位置しかつ切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように、筐体２３１やステージ１１１の位置、及び駆動ユニット２３２の駆動を制御する。
【００９８】
また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、反射型空間光変調器２０３における各画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に所定電圧を印加し、液晶層２１６に所定の変調パターンを表示させる。これにより、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３で所望に変調することができる。
【００９９】
ここで、レーザ加工装置３００を用いて加工対象物１を加工する場合について説明する。一例として、板状の加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより、切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域７を加工対象物１の内部に形成する場合について説明する。
【０１００】
まず、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付け、該加工対象物１をステージ１１１上に載置する。続いて、加工対象物１の表面３をレーザ光照射面として加工対象物１にレーザ光Ｌをパルス照射しながら、加工対象物１とレーザ光Ｌとを切断予定ライン５に沿って相対移動（スキャン）させ、改質領域７を形成する。
【０１０１】
すなわち、レーザ加工装置３００においては、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌは、筐体２３１内において水平方向に進行した後、ミラー２０５ａによって下方に反射され、アッテネータ２０７によって光強度が調整される。このレーザ光Ｌは、ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ２６０によって強度分布が均一化されて反射型空間光変調器２０３に入射する。
【０１０２】
反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌは、液晶層２１６に表示された変調パターンを透過し該変調パターンに応じて変調された後、水平方向に対し斜め上方に出射される。続いて、レーザ光Ｌは、ミラー２０６ａによって上方に反射された後、λ／２波長板２２８によって偏光方向が切断予定ライン５に沿う方向となるよう変更され、ミラー２０６ｂによって水平方向に反射されて４ｆ光学系２４１に入射される。
【０１０３】
続いて、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌが平行光となるように波面形状が調整される。具体的には、レーザ光Ｌは、第１レンズ２４１ａを透過し収束され、ミラー２１９によって下方へ反射され、共焦点Ｏを経て発散する。発散したレーザ光Ｌは、第２レンズ２４１ｂを透過し、平行光となるように再び収束される。
【０１０４】
続いて、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２１８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１の内部に集光光学系２０４によって集光される。その結果、加工対象物１内の厚さ方向の所定深さに、改質スポットが形成される。
【０１０５】
そして、レーザ光Ｌの集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って相対移動させ、複数の改質スポットによって改質領域７を形成する。その後、エキスパンドテープを拡張することで、改質領域７を切断の起点として加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断し、切断された複数のチップを半導体装置（例えばメモリ、ＩＣ、発光素子、受光素子等）として得る。
【０１０６】
次に、上述したレーザ加工装置３００を備えるレーザ加工システム４００について説明する。図２４に示されるように、レーザ加工システム４００は、パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という）４０１，４０２、コントローラ４０３及びレーザ加工装置３００を備えている。レーザ加工装置３００は、上述したように、反射型空間光変調器２０３で変調したレーザ光Ｌを加工対象物１に照射することにより、加工対象物１に改質領域７を形成するものである。
【０１０７】
ＰＣ４０１の記憶部（メモリやハードディスク等）４０１ａには、加工対象物１に対する改質領域７の形成条件がデータベースとして記憶されている。ユーザがＰＣ４０１を操作して所望の形成条件を入力すると、当該形成条件はＬＡＮ（Local  Area  Network）を介してコントローラ４０３に入力される。
【０１０８】
コントローラ（パターン指定手段）４０３は、加工対象物１に対する改質領域７の形成条件が入力された際に、当該形成条件に応じて、改質領域７に対し一種又は複数種の要素パターンを選定し、ＬＡＮを介して当該要素パターンをＰＣ４０２に指定する。ここで、要素パターンとは、レーザ加工装置３００の反射型空間光変調器２０３においてレーザ光Ｌに所定の変調を施すための変調パターンの要素となるパターンであり、複数種の要素パターンがＰＣ４０２の記憶部（メモリやハードディスク等）４０２ａにデータベースとして記憶されている。
【０１０９】
記憶部（パターン記憶手段）４０２ａは、レーザ加工装置３００に生じる個体差（例えば、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に生じる歪）を補正するための個体差補正パターン（Ｄ−０１）を要素パターンとして記憶している。また、記憶部４０２ａは、レーザ光Ｌの集光点Ｐで生じる球面収差を補正するための球面収差補正パターン（Ｓ−０００１〜Ｓ−１０００）を要素パターンとして記憶している。レーザ光Ｌの集光点Ｐで生じる球面収差は、加工対象物１の材料や、加工対象物１のレーザ光入射面からレーザ光Ｌの集光点Ｐまでの距離に応じて変化するので、球面収差補正パターンは、当該材料や当該距離をパラーメータとして設定され、記憶部４０２ａに記憶されている。
【０１１０】
更に、記憶部４０２ａは、品質パターン（Ｊ−０１〜Ｊ−１０）を要素パターンとして記憶している。図２５に示されるように、品質パターンは、切断予定ライン５と略直交する方向に延在する第１の明度領域Ｒ１、及び切断予定ライン５の延在方向において第１の明度領域Ｒ１の両側に位置する第２の明度領域Ｒ２を有している。
【０１１１】
品質パターンは、加工対象物１の裏面２１側の位置、加工対象物１の表面３側の位置、及び裏面２１側の位置と表面３側の位置との間の中間位置に、裏面２１側の位置、中間位置、表面３側の位置の順序で（或いは、表面３側の位置、中間位置、裏面２１側の位置の順序で）改質領域７を形成する場合において、中間位置に改質領域７を形成するときに用いられる。つまり、品質パターンは、裏面２１側の位置に改質領域７を形成した後かつ表面３側の位置に改質領域７を形成する前に（或いは、表面３側の位置に改質領域７を形成した後かつ裏面２１側の位置に改質領域７を形成する前に）、中間位置に改質領域７を形成するときに用いられる。
【０１１２】
なお、裏面２１側の位置に改質領域７を形成するとは、加工対象物１の厚さ方向において、加工対象物１の中心位置から加工対象物１の裏面２１側に改質領域７の中心位置が偏倚するように、改質領域７を形成することを意味し、表面３側の位置に改質領域７を形成するとは、加工対象物１の厚さ方向において、加工対象物１の中心位置から加工対象物１の表面３側に改質領域７の中心位置が偏倚するように、改質領域７を形成することを意味する。そして、裏面２１側の位置と表面３側の位置との間の中間位置に改質領域７を形成するとは、裏面２１側の位置に形成される改質領域７と表面３側の位置に形成される改質領域７との間に形質領域を形成することを意味する（すなわち、加工対象物１の厚さ方向において、加工対象物１の中心位置に改質領域７の中心位置が一致するように、改質領域７を形成するという意味ではない）。
【０１１３】
図２４に戻り、ＰＣ（パターン作成手段）４０２は、コントローラ４０３による要素パターンの指定に基づいて、改質領域７に対し一種又は複数種の要素パターンを記憶部４０２ａから読み出す。つまり、ＰＣ４０２は、加工対象物１に対する改質領域７の形成条件に応じて、改質領域７に対し一種又は複数種の要素パターンを記憶部４０２ａから取得する。
【０１１４】
そして、ＰＣ４０２は、一種の要素パターンを取得した場合には、対応する改質領域７の形成のために当該一種の要素パターンを変調パターンとする。また、ＰＣ４０２は、複数種の要素パターンを取得した場合には、対応する改質領域７の形成のために、当該複数種の要素パターンを合成した合成パターンを変調パターンとする。ＰＣ４０２は、このようにして変調パターンを作成した後、ＤＶＩ（Digital  Visual  Interface）を介して当該変調パターンを改質領域７に対応付けてレーザ加工装置３００に出力する。
【０１１５】
なお、加工対象物１に複数種の改質領域７を形成する場合（例えば、１本の切断予定ライン５に対して、加工対象物１の厚さ方向に並ぶように複数列の改質領域７を形成する場合）には、ＰＣ４０２は、全種の改質領域７について改質領域７ごとに変調パターンを作成した後に、当該変調パターンを改質領域７ごとに対応付けてレーザ加工装置３００に出力する。
【０１１６】
ここで、上述した品質パターンについて、より詳細に説明する。図２５に示されるように、切断予定ライン５の延在方向において、第１の明度領域Ｒ１の幅は、変調パターンのうちレーザ光Ｌを変調するための有効領域Ｒの幅に対して２０％〜５０％の割合となっている。ただし、切断予定ライン５の延在方向において、第１の明度領域Ｒ１の幅は、第２の明度領域Ｒ２のそれぞれの幅よりも狭くなっていてもよいし（例えば、図２４のＪ−０１を参照）、或いは第２の明度領域Ｒ２のそれぞれの幅よりも広くなっていてもよい（例えば、図２４のＪ−１０を参照）。なお、品質パターンの有効領域Ｒは、レーザ光Ｌのうち集光光学系２０４に入射する分（集光光学系２０４の入射瞳に入射する分）に相当する領域である。
【０１１７】
そして、第１の明度領域Ｒ１の平均明度と第２の明度領域Ｒ２の平均明度とは、互いに異なっていれば、どちらが明るくてもよい。ただし、第１の明度領域Ｒ１と第２の明度領域Ｒ２との明度差を大きくする観点からは、品質パターンを構成する各画素の明度を２５６階調で表した場合、第１の明度領域Ｒ１の平均明度と第２の明度領域Ｒ２の平均明度とが１２８階調ずれていることが好ましい。
【０１１８】
次に、上述したレーザ加工システム４００において実施されるレーザ加工方法の一例について、図２６を参照しつつ説明する。まず、ユーザがＰＣ４０１を操作して、加工対象物１に対する改質領域７の形成条件を入力する（ステップＳ１１）。ここでは、加工対象物１の厚さが３００μｍに設定され、加工対象物１の材料がシリコンに設定されている。また、１本の切断予定ライン５に対して、加工対象物１の厚さ方向に並ぶように形成される複数列の改質領域７として、３列の改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３が設定されている。そして、改質領域ＳＤ１の形成については、加工対象物１のレーザ光入射面からレーザ光Ｌの集光点Ｐまでの距離（深さ）が２６０μｍに設定され、レーザ光Ｌの出力が０．６Ｗに設定されている。また、改質領域ＳＤ２の形成については、当該距離が１８０μｍに設定され、当該出力が０．６Ｗに設定されている。更に、改質領域ＳＤ３の形成については、当該距離が７０μｍに設定され、当該出力が０．６Ｗに設定されている。なお、改質領域ＳＤ２の形成については、品質パターンが「あり」に設定されている。
【０１１９】
ここで、改質領域ＳＤ１は、改質領域の形成の時点で当該改質領域から加工対象物１の裏面２１に亀裂１７ｂを生じさせる改質領域７ｂに相当し、改質領域ＳＤ３は、改質領域の形成の時点で当該改質領域から加工対象物１の表面３に亀裂１７ａを生じさせる改質領域７ａに相当する。従って、第２の実施形態の本具体例は、改質領域ＳＤ１と改質領域ＳＤ３との間に介在させられる非改質領域２に、改質領域ＳＤ２が形成される点で、上述した第２の実施形態と異なる。
【０１２０】
続いて、加工対象物１に対する改質領域７の形成条件がコントローラ４０３に入力されると、コントローラ４０３が、当該形成条件に応じて改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３ごとに一種又は複数種の要素パターンを選定し、当該要素パターンを改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３ごとに対応付けてＰＣ４０２に指定する（ステップＳ１２）。これにより、ＰＣ４０２に、適切な要素パターンを容易にかつ確実に取得させることができる。
【０１２１】
続いて、改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３ごとに要素パターンが指定されると、ＰＣ４０２が、当該要素パターンを改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３ごとに対応付けて記憶部４０２ａから選択する（ステップＳ１３）。ここでは、改質領域ＳＤ３に対応付けて個体差補正パターンＤ−０１及び球面収差補正パターンＳ−００２５が要素パターンとして選択される。また、改質領域ＳＤ２に対応付けて個体差補正パターンＤ−０１、球面収差補正パターンＳ−００６０及び品質パターンＪ−０３が要素パターンとして選択される。更に、改質領域ＳＤ１に対応付けて個体差補正パターンＤ−０１及び球面収差補正パターンＳ−０１００が要素パターンとして選択される。
【０１２２】
続いて、ＰＣ４０２が、改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３の形成のために、改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３ごとに対応付けられた複数種の要素パターンを合成し、その合成パターンを変調パターンとする（ステップＳ１４）。ここでは、改質領域ＳＤ３の形成のために、個体差補正パターンＤ−０１と球面収差補正パターンＳ−００２５とが合成されて、変調パターンＳＤ−００３が作成される。また、改質領域ＳＤ２の形成のために、個体差補正パターンＤ−０１と球面収差補正パターンＳ−００６０と品質パターンＪ−０３とが合成されて、変調パターンＳＤ−００２が作成される。更に、改質領域ＳＤ１の形成のために、個体差補正パターンＤ−０１と球面収差補正パターンＳ−０１００とが合成されて、変調パターンＳＤ−００１が作成される。
【０１２３】
続いて、ＰＣ４０２が、作成した変調パターンＳＤ−００１，ＳＤ−００２，ＳＤ−００３を改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３ごとに対応付けてレーザ加工装置３００に出力する（ステップＳ１５）。そして、改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３ごとに対応付けられて変調パターンＳＤ−００１，ＳＤ−００２，ＳＤ−００３が入力されると、レーザ加工装置３００がレーザ加工を実施する（ステップＳ１６）。
【０１２４】
より具体的には、レーザ加工装置３００においては、改質領域ＳＤ１を形成するときには、制御部２５０を介して変調パターンＳＤ−００１が反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させられ、変調パターンＳＤ−００１によってレーザ光Ｌが変調される。続いて、改質領域ＳＤ２を形成するときには、制御部２５０を介して変調パターンＳＤ−００２が反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させられ、変調パターンＳＤ−００２によってレーザ光Ｌが変調される。続いて、改質領域ＳＤ３を形成するときには、制御部２５０を介して変調パターンＳＤ−００３が反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させられ、変調パターンＳＤ−００３によってレーザ光Ｌが変調される。
【０１２５】
このように、改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３を形成するときに、変調パターンが個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含んでいるので、レーザ加工装置３００に生じる個体差やレーザ光Ｌの集光点Ｐで生じる球面収差に起因した改質領域の形成状態のばらつきを抑制することができる。なお、加工対象物１のレーザ光入射面から遠い位置の改質領域ＳＤ１、中間に位置する改質領域ＳＤ２、加工対象物１のレーザ光入射面から近い位置の改質領域ＳＤ３と順次形成することが望ましい。
【０１２６】
また、改質領域ＳＤ１、改質領域ＳＤ２、改質領域ＳＤ３の順序で改質領域を形成する場合において、中間位置に改質領域ＳＤ２を形成するときには、変調パターンが、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンに加えて品質パターンを含んでいる。このように、品質パターンを用いてレーザ光Ｌを変調し、中間位置に改質領域ＳＤ２を形成することで、加工対象物１の厚さ方向に改質領域ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３を形成する際に加工対象物１の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止することができる。そして、加工対象物１に応力を生じさせると、中間位置に改質領域ＳＤ２が形成されていない場合に比べ、改質領域を起点として発生した亀裂が加工対象物１の厚さ方向に容易に伸展するので、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。なお、加工対象物１のレーザ光入射面から近い位置の改質領域ＳＤ３、中間に位置する改質領域ＳＤ２、加工対象物１のレーザ光入射面から遠い位置の改質領域ＳＤ１と順次形成してもよい。
【０１２７】
次に、変調パターン（個体差補正パターン、球面収差補正パターン及び品質パターン）について説明する。図２７は、改質領域を起点として加工対象物を切断したときの切断面を示す第１の図である。ここでは、シリコンからなる厚さ４００μｍの加工対象物１の表面３をレーザ光入射面として、表面３から遠い順に、改質領域ＳＤ１〜ＳＤ５を形成した。裏面２１側の位置の各改質領域ＳＤ１，ＳＤ２の形成、及び表面３側の位置の各改質領域ＳＤ４，ＳＤ５の形成に際しては、それぞれ、レーザ光Ｌの集光点Ｐで球面収差を補正し得る球面収差補正パターンＳを用い、個体差補正パターンＤに加えてその球面収差補正パターンＳを含む変調パターンでレーザ光Ｌを変調した。更に、裏面２１側の位置と表面３側の位置との間の中間位置の改質領域ＳＤ３の形成に際しては、個体差補正パターンＤ及び球面収差補正パターンＳに加えて品質パターンＪを含む変調パターンでレーザ光Ｌを変調した。
【０１２８】
ここで、改質領域ＳＤ１，ＳＤ２は、改質領域の形成の時点で当該改質領域から加工対象物１の裏面２１に亀裂１７ｂを生じさせる改質領域７ｂに相当し、改質領域ＳＤ４，ＳＤ５は、改質領域の形成の時点で当該改質領域から加工対象物１の表面３に亀裂１７ａを生じさせる改質領域７ａに相当する。従って、第２の実施形態の本具体例は、改質領域ＳＤ１，ＳＤ２と改質領域ＳＤ４，ＳＤ５との間に介在させられる非改質領域２に、改質領域ＳＤ３が形成される点で、上述した第２の実施形態と異なる。
【０１２９】
その結果、改質領域ＳＤ１，ＳＤ２を形成した時点で発生した亀裂は、加工対象物１の裏面２１に到達する一方で、改質領域ＳＤ３を形成した時点で発生した亀裂と繋がらなかった。また、改質領域ＳＤ４，ＳＤ５を形成した時点で発生した亀裂は、加工対象物１の表面３に到達する一方で、改質領域ＳＤ３を形成した時点で発生した亀裂と繋がらなかった。これにより、加工対象物１の切断精度の低下を防止しつつ、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の厚さ方向に形成する改質領域７の列数を減少させることが可能となった。
【０１３０】
図２８は、改質領域を形成するためのレーザ光の集光スポットの模式図である。個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含む変調パターンでレーザ光Ｌを変調すると、図２８（ａ）に示されるように、レーザ光Ｌの集光スポットＣＳ１は、円形状の領域になった。一方、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンに加えて品質パターンを含む変調パターンでレーザ光Ｌを変調すると、図２８（ｂ）に示されるように、レーザ光Ｌの集光スポットＣＳ２は、複数の点状の領域が切断予定ライン５の延在方向（すなわち、レーザ光Ｌの相対移動方向）Ａに沿って並設された形状となった。なお、隣り合う点状の領域は、一部分が重なり合っている場合と、隙間をもって離れている場合とがあった。
【０１３１】
これは、切断予定ライン５と略直交する方向に延在する第１の明度領域Ｒ１、及び切断予定ライン５の延在方向において第１の明度領域Ｒ１の両側に位置する第２の明度領域Ｒ２を有する品質パターンによって、反射型空間光変調器２０３においてレーザ光Ｌが回折されているからと想定される。このような集光スポットＣＳ２を有するレーザ光Ｌを照射すれば、加工対象物１の厚さ方向に改質領域７を複数列形成する際に加工対象物１の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止し得る改質領域７を加工対象物１に形成することができる。
【０１３２】
以上説明したように、レーザ加工システム４００を利用して実施される加工対象物切断方法では、加工対象物１に対し裏面２１側の位置と表面３側の位置との間の中間位置に改質領域７を形成するためのレーザ光Ｌの変調に、切断予定ライン５と略直交する方向に延在する第１の明度領域Ｒ１、及び切断予定ライン５の延在方向において第１の明度領域Ｒ１の両側に位置する第２の明度領域Ｒ２を有する品質パターンを用いる。すなわち、表面３をレーザ光入射面として、裏面２１側の位置に改質領域７を形成した後かつ表面３側の位置に改質領域７を形成する前に（或いは、裏面２１をレーザ光入射面として、表面３側の位置に改質領域７を形成した後かつ裏面２１側の位置に改質領域７を形成する前に）、品質パターンを含む変調パターンに基づいて反射型空間光変調器２０３で変調したレーザ光Ｌを照射することにより、中間位置に改質領域７を形成する。このようにして中間位置に改質領域７を形成することで、改質領域７の列数を減少させるべく１０６４ｎｍよりも長い波長のレーザ光Ｌを使用しても、加工対象物１の厚さ方向に改質領域７を複数列形成する際に加工対象物１の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止することができる。しかも、加工対象物１に応力を生じさせると、中間位置に改質領域７が形成されていない場合に比べ、改質領域７を起点として発生した亀裂が加工対象物１の厚さ方向に容易に伸展するので、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。よって、この加工対象物切断方法によれば、加工対象物１の切断精度の低下を防止しつつ、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の厚さ方向に形成する改質領域７の列数を減少させて、タクトタイムの短縮化を図ることができる。
【０１３３】
ここで、品質パターンでは、切断予定ライン５の延在方向において、第１の明度領域Ｒ１の幅が、変調パターンのうちレーザ光Ｌを変調するための有効領域Ｒの幅に対して２０％〜５０％の割合となっていることが好ましい。この場合、加工対象物１の厚さ方向に改質領域７を複数列形成する際に加工対象物１の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを確実に防止し得る改質領域７を中間位置に形成することができる。なお、切断予定ライン５の延在方向において、第１の明度領域Ｒ１の幅は、第２の明度領域Ｒ２のそれぞれの幅よりも狭くなっていてもよいし、或いは第２の明度領域Ｒ２のそれぞれの幅よりも広くなっていてもよい。
【０１３４】
また、中間位置に改質領域７を形成するときには、品質パターン、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含む変調パターンに基づいて、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３で変調し、裏面２１側の位置及び表面３側の位置に改質領域７を形成するときには、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含む変調パターンに基づいて、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３で変調することが好ましい。この場合、中間位置、裏面２１側の位置及び表面３側の位置に形成された改質領域７が亀裂を発生させ易いものとなるため、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の厚さ方向に形成する改質領域７の列数をより確実に減少させることができる。
【０１３５】
また、レーザ光Ｌの波長は１０８０ｎｍ以上であることが好ましい。この場合、加工対象物１に対するレーザ光Ｌの透過率が高くなり、中間位置、裏面２１側の位置及び表面３側の位置に形成された改質領域７が亀裂を発生させ易いものとなるため、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の厚さ方向に形成する改質領域７の列数をより確実に減少させることができる。
【０１３６】
更に、上述した改質領域７を起点として切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断することで、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。そして、加工対象物１を切断することにより半導体装置を製造することで、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【０１３７】
以上、本発明の第２の実施形態について説明したが、本発明は、以上の第２の実施形態に限定されるものではない。
【０１３８】
例えば、図２９に示されるように、加工対象物１において、裏面２１側の位置に形成される改質領域７（第１の実施形態の改質領域７ｂに相当する）の列数、表面３側の位置に形成される改質領域７（第１の実施形態の改質領域７ａに相当する）の列数、及び中間位置に形成される改質領域７（第１の実施形態の非改質領域２に形成される改質領域）の列数は、加工対象物１の厚さや材料に応じて変化させることができる。裏面２１側の位置に形成される改質領域７の列数は、当該改質領域７から裏面２１に亀裂が生じ得るように決定することができ、表面３側の位置に形成される改質領域７の列数は、当該改質領域７から表面３に亀裂が生じ得るように決定することができる。また、中間位置に形成される改質領域７の列数は、加工対象物１の厚さ方向に改質領域７を複数列形成する際に加工対象物１の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止し得るように決定することができる。
【０１３９】
また、変調パターンの要素となる要素パターンとして、品質パターン、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンの他に、レーザ光Ｌの集光点Ｐでの非点収差を補正するための非点収差補正パターン等を用いてもよい。
【０１４０】
また、空間光変調器は、ＬＣＯＳ−ＳＬＭに限定されず、ＭＥＭＳ（メムス）−ＳＬＭやＤＭＤ(デフォーマブルミラーデバイス)等であってもよい。更に、空間光変調器は、反射型に限定されず、透過型であってもよい。空間光変調器としては、液晶セルタイプやＬＣＤタイプ等が挙げられる。また、反射型空間光変調器２０３においては、誘電体多層膜ミラーに代えて、シリコン基板の画素電極の反射を利用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
切断予定ラインに沿ってシリコン基板の厚さ方向に形成する改質領域の列数を減少させることができると共に、シリコン基板を備える板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１…加工対象物、５…切断予定ライン、７…改質領域、１２…シリコン基板、１２ａ…表面、１２ｂ…裏面、１２ｃ…切断面、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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