(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンカーバイドからなるウェハに無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のパルスレーザ光を前記ウェハの切断予定ラインに沿って照射して、前記切断予定ラインに沿って前記ウェハの表面に前記パルスレーザ光の多光子吸収により損傷を形成するステップと、
前記損傷を形成された前記ウェハに機械的応力を印加して、前記切断予定ラインに沿って前記ウェハを分割する工程と、
を含む、チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンカーバイドからなるウェハの表面にアスペクト比の大きい損傷を形成して分割するチップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンカーバイド（炭化ケイ素；以下「ＳｉＣ」と略記する）は、シリコン（以下「Ｓｉ」と略記する）に比べて耐電圧性および耐熱性に優れている。ＳｉＣは、Ｓｉに比べてデバイスの電力損失を約１／１０に低減することができるため、パワーエレクトロニクスを支える半導体デバイス向けの材料として注目されている。しかしながら、ＳｉＣはＳｉに比べて非常に硬いため、従来から用いられているダイヤモンドブレードなどではＳｉＣウェハを効率的に切断することはできなかった。
【０００３】
一方、近年、ガラスウェハや半導体ウェハなどを切断する新たな技術として、レーザ加工方法が提案されている。レーザ加工方法では、レーザ光をウェハの表面または内部に照射することで、ウェハの表面または内部に切断の起点となる損傷を形成する。たとえば、特許文献１には、ガラスウェハまたはＳｉウェハの内部に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多光子吸収による改質領域を形成する方法が開示されている。この後、改質領域を形成したウェハに機械的応力を加えることで、改質領域を起点としてウェハを切断することができる。
【０００４】
特許文献１に記載のレーザ加工方法のように、多光子吸収を利用するレーザ加工方法では直線偏光のレーザ光を照射するのが一般的である。また、サファイアなどの硬い材料を加工する場合は、ピコ秒パルスレーザ光やフェムト秒パルスレーザ光などのパルス幅が短いレーザ光を照射するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１３２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の通り、ＳｉＣウェハは、Ｓｉウェハなどに比べて非常に硬いため、従来から用いられているダイヤモンドブレードなどでは高精度かつ効率的に切断することはできなかった。
【０００７】
そこで、本発明者らは、上述のレーザ加工方法によりＳｉＣウェハを切断することを試みた。すなわち、直線偏光のフェムト秒パルスレーザ光をＳｉＣウェハの表面または内部に照射して、ＳｉＣウェハに損傷を形成することを試みた。しかしながら、従来のレーザ加工方法では、形状が乱れておらず、かつデブリ（加工屑）が少ない高品質な加工を高速に行うことは容易ではなかった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、デブリの発生を抑制しつつ、ＳｉＣウェハの表面にアスペクト比の大きい損傷を高精度かつ高速に形成して、ＳｉＣウェハを分割することができるチップの製造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】
【０００９】
本発明者は、レーザ加工の分野の技術常識に反し、無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光をＳｉＣに照射することで上記課題を解決できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下のチップの製造方法に関する。
［１］シリコンカーバイドからなるウェハに無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のパルスレーザ光を前記ウェハの切断予定ラインに沿って照射して、前記切断予定ラインに沿って前記ウェハの表面に前記パルスレーザ光の多光子吸収により損傷を形成するステップと、前記損傷を形成された前記ウェハに機械的応力を印加して、前記切断予定ラインに沿って前記ウェハを分割する工程と、を含む、チップの製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のチップの製造方法によれば、デブリの発生を抑制しつつ、ＳｉＣウェハの表面にアスペクト比の大きい損傷を高精度かつ高速に形成して、ＳｉＣウェハを分割することができる。本発明のチップの製造方法を利用すれば、ＳｉＣウェハを高精度かつ高速に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のレーザ加工方法を用いたＳｉＣの切断方法の一例を示す模式図である。図１Ａは、レーザ光を照射する様子を示す模式図である。図１Ｂは、ＳｉＣに損傷を形成した様子を示す模式図である。図１Ｃは、ＳｉＣを切断した様子を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図３】ショットピッチを説明するための模式図である。
【図４】パルスレーザ光の偏光状態と形成された損傷の深さとの関係を示すグラフである。
【図５】パルスレーザ光を照射した後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図５Ａは、パルス幅３０ナノ秒のパルスレーザ光で加工したＳｉＣウェハの写真であり、図５Ｂは、パルス幅１００ナノ秒のパルスレーザ光で加工したＳｉＣウェハの写真であり、図５Ｃは、パルス幅２００ナノ秒のパルスレーザ光で加工したＳｉＣウェハの写真である。
【図６】連続発振レーザ光を照射した後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図６Ａは、レーザ加工後のＳｉＣウェハの表面の写真であり、図６Ｂは、レーザ加工後のＳｉＣウェハの断面の写真であり、図６Ｃは、図６Ｂの写真の破線で囲まれた部分を拡大した写真である。
【図７】パルスレーザ光のパルス幅と形成された損傷の深さとの関係を示すグラフである。
【図８】レーザＩを用いてレーザ加工を行った後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図８Ａは、オフセット２０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図８Ｂは、オフセット４０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図８Ｃは、オフセット６０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図８Ｄは、オフセット８０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真である。
【図９】レーザＪを用いてレーザ加工を行った後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図９Ａは、オフセット０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｂは、オフセット２０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｃは、オフセット４０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｄは、オフセット６０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｅは、オフセット８０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｆは、オフセット１００μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真である。
【図１０】レーザＪを用いてレーザ加工を行った後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図１０Ａは、オフセット０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｂは、オフセット２０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｃは、オフセット４０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｄは、オフセット６０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｅは、オフセット８０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｆは、オフセット１００μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真である。
【図１１】パルスレーザ光の焦点位置（オフセット）と形成された損傷の深さとの関係を示すグラフである。
【図１２】パルスレーザ光の繰り返し周波数およびショットピッチとデブリ発生の有無との関係を示すグラフである。
【図１３】パルスレーザ光を照射した後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図１３Ａは、条件Ａ（Ｆ：１００ｋＨｚ、Ｓ：０.１μｍ）でレーザ加工した後のＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１３Ｂは、条件Ｂ（Ｆ：１００ｋＨｚ、Ｓ：０.３μｍ）でレーザ加工した後のＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１３Ｃは、条件Ｃ（Ｆ：５００ｋＨｚ、Ｓ：０.１μｍ）でレーザ加工した後のＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１３Ｄは、条件Ｄ（Ｆ：５００ｋＨｚ、Ｓ：０.４μｍ）でレーザ加工した後のＳｉＣウェハの表面の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１．本発明のレーザ加工方法
本発明のレーザ加工方法は、加工対象のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）にレーザ光を照射して、ＳｉＣの表面に損傷（例えば、溝）を形成するステップを含む。後述するように、本発明のレーザ加工方法は、ＳｉＣに照射するレーザ光の偏光状態が無偏光であり、かつレーザ光の波長が５００ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
図１は、本発明のレーザ加工方法を用いてＳｉＣを切断する例を示す模式図である。図１Ａに示されるように、無偏光のレーザ光１００をＳｉＣ１１０に照射しながら、レーザ光１００とＳｉＣ１１０との相対的な位置を変える。このとき、レーザ光１００の集光点は、ＳｉＣ１１０の表面近傍に位置し、ＳｉＣ１１０の切断予定ライン１２０に沿って移動する。このように無偏光のレーザ光１００を走査することで、図１Ｂに示されるように、切断予定ライン１２０に沿ってアスペクト比の大きい損傷１３０を形成することができる。図１Ｃに示されるように、損傷１３０を形成されたＳｉＣ１１０に機械的応力を加えることにより、ＳｉＣ１１０を切断予定ライン１２０に沿って容易に割断することができる。
【００１５】
以下、本発明のレーザ加工方法におけるレーザ光の照射条件について詳細に説明する。
【００１６】
［偏光状態］
本発明のレーザ加工方法は、ＳｉＣに照射するレーザ光の偏光状態が無偏光であることを一つの特徴とする。ここで、「無偏光のレーザ光」とは、光の電場ベクトルがすべての方向について略均一に分布しているレーザ光を意味する。無偏光のレーザ光は、偏光方向がそれぞれ異なる直線偏光のレーザ光の集合体であるともいえる。
【００１７】
本発明のレーザ加工方法では、多光子吸収を利用して損傷を形成する。本発明のレーザ加工方法の加工メカニズムは、これに限定されるわけではないが、「熱効果による加工」であると推察される。すなわち、無偏光かつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光をＳｉＣに照射すると、多光子吸収（実質的には２光子吸収または３光子吸収）によりＳｉＣの電子のバンド間遷移が生じる。この励起電子が緩和する際に放出される熱により、照射部位の温度が局所的に上昇する。その結果、照射部位においてＳｉＣの分解、溶融または体積爆発が生じ、損傷が形成されると考えられる。
【００１８】
多光子吸収を利用してアスペクト比の大きい損傷を形成しようとする場合、ＳｉＣの表面から内部深くまでレーザ光を進入させる必要がある。そのためには、ＳｉＣ内部において多光子吸収が生じる確率をある程度小さくすることが好ましい。多光子吸収が生じる確率を小さくためには、多光子吸収の吸収断面積が小さい波長のレーザ光を照射することが考えられる。しかしながら、多光子吸収の吸収断面積は、おおよその値しかわからない。また、多光子吸収の吸収断面積の波長依存性もよくわかっていない。さらに、レーザ光の波長を任意に調整することは容易ではない。以上の理由から、レーザ光の波長を制御することで多光子吸収が生じる確率を小さくすることは、現実的ではない。
【００１９】
そこで、本発明者は、波長以外のパラメータを制御することで多光子吸収が生じる確率を小さくすることができないかを検討した。その結果、本発明者は、無偏光のレーザ光を使用することで、ＳｉＣ内部において多光子吸収が生じる確率を小さくできることを見出した。ここでいう「多光子吸収」とは、仮想準位を介した連続的な同時多光子吸収を意味し、実質的には２光子吸収または３光子吸収である。
【００２０】
たとえば、２光子吸収が生じる確率Ｗは、以下の式（１）のように表すことができる（参考：櫛田孝司著、「量子光学」、朝倉現代物理学講座８、朝倉書店、ｐｐ.１３４）。ここで、Ｅ１およびＥ２は、入射光の電場（偏光）ベクトルである。
【数１】
0005625184.tif 000002
【００２１】
上記式（１）からわかるように、２光子吸収が生じる確率は、入射光の偏光方向に大きく依存する。すなわち、入射光の２つの光子の電場ベクトルの向きが揃ったとき、２光子吸収が生じる確率は最大となる。一方、入射光の２つの光子の電場ベクトルの向きが直交したとき、２光子吸収が生じる確率はゼロとなる。したがって、入射光の電場ベクトルの向きが揃わないとき、すなわち無偏光のレーザ光を使用したとき、２光子吸収が生じる確率が小さくなる。その結果、レーザ光はＳｉＣの内部深くまで進入することができ、アスペクト比の大きい損傷を形成することができる。
【００２２】
実際に、無偏光のレーザ光を照射した場合と直線偏光のレーザ光を照射した場合とで形成される損傷の深さを比較した。その結果、無偏光のレーザ光を照射した場合の方が、直線偏光のレーザ光を照射した場合よりも深い損傷を形成することができた（実施例１参照）。
【００２３】
以上のように、本発明のレーザ加工方法では、アスペクト比の大きい損傷を形成するために、無偏光のレーザ光をＳｉＣに照射する。
【００２４】
［波長］
本発明のレーザ加工方法は、ＳｉＣに照射するレーザ光の波長が５００ｎｍ以上であることも一つの特徴とする。
【００２５】
前述の通り、本発明のレーザ加工方法では、多光子吸収により損傷を形成する。したがって、所望の加工を実現するためには、１光子１吸収が生じることを回避しなければならない。ＳｉＣのバンドギャップ（Ｅｇ）は約３ｅＶであり、これを波長に換算すると４１３ｎｍである。よって、１光子１吸収が生じることを回避するためには、４１３ｎｍを越える波長のレーザ光を照射すればよい。吸収裾や不純物準位などを考慮すると、１光子１吸収が生じることを確実に回避するためには、５００ｎｍ以上の波長のレーザ光を照射することが好ましい。
【００２６】
波長５００ｎｍ以上の光をＳｉＣに照射することで、電子遷移による吸収を回避することができる。一方、波長１０μｍ以上の光をＳｉＣに照射すると、振動遷移による吸収が生じてしまい、所望の加工を行うことができなくなるおそれがある。したがって、ＳｉＣに照射するレーザ光の波長は、１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
［発振方式］
ＳｉＣに照射するレーザ光は、パルスレーザ光であってもよいし、連続発振（ＣＷ）レーザ光であってもよい。デブリ（加工屑）の発生量を低減させる観点およびアスペクト比の大きい損傷を形成する観点からは、パルス幅が１００ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光（パルス幅：無限大）を照射することが好ましい。
【００２８】
パルス幅が１００ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光を照射することで、加工時に発生するデブリの量を顕著に低減することができる。一方、パルス幅が１００ナノ秒未満のパルスレーザ光を照射すると、大量のデブリが発生するおそれがある（実施例２，３参照）。
【００２９】
また、パルス幅が１００ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光を照射することで、形成される損傷のアスペクト比を大きくすることもできる。これは、パルス幅が長くなれば、尖頭出力が小さくなり、多光子吸収が生じる確率も小さくなるためだと考えられる。一方、パルス幅が１００ナノ秒未満のパルスレーザ光を照射すると、形成される損傷のアスペクト比が小さくなるおそれがある（実施例４参照）。
【００３０】
ここで、パルス幅が１００ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光を照射することでデブリの発生量が低減する理由について、推察されるメカニズムを説明する。表１は、ＳｉＣおよびＳｉの物性を示す表である。
【００３１】
【表１】
0005625184.tif 000003
【００３２】
表１に示されるように、ＳｉＣとＳｉとでは、比熱はほぼ同じである。したがって、同じ条件でレーザ光を照射すれば、集光点付近において同じように温度が上昇し、同じように熱応力が加わることになる。一方、ＳｉＣの破壊靭性値はＳｉの破壊靭性値よりも顕著に大きいため、加工に要するレーザ光エネルギは、ＳｉよりもＳｉＣの方が大きい。したがって、Ｓｉを加工した場合よりもＳｉＣを加工した場合の方が、加工時の集光点付近において温度がより上昇し、熱応力がより大きくなる。
【００３３】
ところが、ＳｉＣのヤング率は、Ｓｉのヤング率よりも顕著に大きい。すなわち、ＳｉＣは、Ｓｉに比べて膨張による熱応力に対して撓みにくい。したがって、ＳｉＣは、Ｓｉのように撓むことにより熱応力を逃がすことができない。また、ＳｉＣの融点はＳｉの融点よりも１０００℃以上高い。したがって、ＳｉＣは、Ｓｉのように液化することにより熱応力を逃がすこともできない。その結果、ＳｉＣは、レーザ加工時に生じた熱応力を逃がすことができず、破壊されてしまう。以上の理由により、ＳｉＣは、Ｓｉに比べてレーザ加工時に破砕されやすいと考えられる。
【００３４】
実際に、パルス幅が３０ナノ秒のパルスレーザ光を照射してＳｉＣに損傷を形成したところ、形成された損傷の周辺には大量のデブリが付着しているのが観察された（実施例２参照）。これは、３０ナノ秒という短いパルス幅のパルスレーザ光で加工すると、温度上昇に伴う熱膨張および応力発生が急激に起こるため、急激な応力に耐え切れないＳｉＣが破砕されてしまったと考えられる。また、ＳｉＣに対して加熱および冷却のサイクルを繰り返したため、ＳｉＣが破砕されやすくなったとも考えられる。
【００３５】
本発明者は、この急激に発生した熱応力によるＳｉＣの破砕を抑制する手段を検討した。その結果、本発明者は、パルスレーザ光のパルス幅を長くする（パルス間の時間を短くする）ことでＳｉＣの破砕を抑制できると考えた。
【００３６】
すなわち、パルスレーザ光のパルス幅を長くすることで、熱応力発生の速度を遅くすることができる。その結果、熱応力によるＳｉＣの破砕が抑制されると考えられる。また、パルスレーザ光のパルス間の間隔を短くすることで、パルス間にＳｉＣが冷却されることを防ぐことができる。その結果、加熱および冷却のサイクルによるＳｉＣの破砕が抑制されると考えられる。
【００３７】
実際に、パルス幅が１００ナノ秒のパルスレーザ光を照射して損傷を形成したところ、デブリの発生量が顕著に低減した。さらに、パルス幅が２００ナノ秒のパルスレーザ光を照射して損傷を形成したところ、デブリがほとんど観察されなかった（実施例２参照）。また、連続発振レーザ光（パルス幅：無限大）を照射して損傷を形成しても、デブリがほとんど観察されなかった（実施例３参照）。
【００３８】
以上のように、デブリの発生量を低減させる観点からは、パルス幅が１００ナノ秒以上のパルスレーザ光または連続発振レーザ光をＳｉＣに照射することが好ましい。
【００３９】
［その他］
本発明のレーザ加工方法において、レーザ光源として用いるレーザの種類は、無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光を出射することができれば特に限定されない。そのようなレーザの例には、ＨｏレーザやＥｒレーザ、各種半導体レーザなどが含まれる。
【００４０】
レーザ光の集光点の位置は、ＳｉＣの表面近傍に位置することが好ましい。加工効率および損傷の幅の観点からは、レーザ光の集光点の位置は、ＳｉＣの表面から上方１００μｍ〜表面から内部１００μｍの範囲内に位置することが好ましく、ＳｉＣの表面から上方２０μｍ〜表面から内部８０μｍの範囲内に位置することがより好ましい。
【００４１】
レーザ光がパルスレーザ光の場合、パルスレーザ光の集光位置における１パルスあたりの光強度密度は１〜５０００Ｊ／ｃｍ２の範囲内であることが好ましい。１パルスあたりの光強度密度が１Ｊ／ｃｍ２未満の場合、損傷を十分に誘起できないおそれがある。一方、１パルスあたりの光強度密度が５０００Ｊ／ｃｍ２超の場合、デブリが大量に発生して加工品質が低下するおそれがある。パルスレーザ光の繰り返し周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内であることが好ましい。
【００４２】
また、デブリの発生量を減少させる観点からは、レーザスポットの中心間距離（ショットピッチ；図３参照）はある程度短い方が好ましい。たとえば、パルスエネルギが１０μＪの場合、Ｓ＜（２.５×１０−４）Ｆ＋０.２２５を満たすようにショットピッチを調整することで、デブリの発生量を顕著に低減させることができる。ここで、「Ｓ」は、パルスレーザ光のショットピッチ（μｍ）であり、「Ｆ」は、パルスレーザ光の繰り返し周波数（ｋＨｚ）である。パルスエネルギが変わると数式の係数が変化するが、ショットピッチを適宜短くすることでデブリの発生量を顕著に低減できる点は同じである。
【００４３】
一方、レーザ光が連続発振レーザ光の場合、レーザ光の集光位置における光強度密度は１×１０７〜５×１０９Ｗ／ｃｍ２の範囲内であることが好ましい。光強度密度が１×１０７Ｗ／ｃｍ２未満の場合、損傷を十分に誘起できないおそれがある。一方、光強度密度が５×１０９Ｗ／ｃｍ２超の場合、デブリが大量に発生して加工品質が低下するおそれがある。
【００４４】
本発明のレーザ加工方法を実施する手段は、特に限定されない。たとえば、本発明のレーザ加工方法は、次に説明する本発明のレーザ加工装置を用いて実施されうる。
【００４５】
２．本発明のレーザ加工装置
本発明のレーザ加工装置は、加工対象のＳｉＣにレーザ光を照射して、ＳｉＣの表面に損傷を形成する装置である。本発明のレーザ加工装置は、無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光をＳｉＣに照射することを特徴とする。
【００４６】
本発明のレーザ加工装置は、少なくとも、ＳｉＣに照射するレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光をＳｉＣに照射する光学系とを有する。以下、各構成要素について説明する。
【００４７】
レーザ光源は、無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光を出射する。前述の通り、レーザ光源として用いるレーザの種類は、無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光を出射することができれば特に限定されない。そのようなレーザの例には、ＨｏレーザやＥｒレーザ、各種半導体レーザなどが含まれる。
【００４８】
光学系は、ＳｉＣの表面近傍の所望の位置に集光点が位置するように、レーザ光源から出射されたレーザ光をＳｉＣに照射する。通常、光学系は、レーザ光のビーム径を最適化するテレスコープ光学系や、レーザ光を所望の位置に集光させる集光レンズなどを含む。前述の通り、本発明のレーザ加工装置は、無偏光のレーザ光をＳｉＣに照射することを一つの特徴とする。したがって、従来のレーザ加工装置のように、光学系内に１／２波長板や偏光板などの偏光調整器を配置する必要はない。
【００４９】
本発明のレーザ加工装置は、多くの場合、光学系（レーザ光）とＳｉＣとを相対的に移動させる駆動部を有する。光学系（レーザ光）とＳｉＣとを相対的に移動させることで、レーザ光をＳｉＣの切断予定ラインに沿って照射することができる。その結果、ＳｉＣの切断予定ラインに沿って損傷を形成することができる。駆動部は、ＳｉＣを載置するステージを移動させてもよいし、光学系を移動させてもよいし、ステージおよび光学系の両方を移動させてもよい。
【００５０】
その他、後述する実施の形態で説明するように、本発明のレーザ加工装置は、加工対象のＳｉＣを載置するステージや、所望の位置に集光点を位置させるための自動照準システムなどを有していてもよい。
【００５１】
以上の通り、本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置は、加工対象のＳｉＣに対して無偏光のレーザ光を照射することを一つの特徴とする。前述の通り、従来のレーザ加工方法およびレーザ加工装置では、直線偏光のレーザ光を照射するのが一般的であった。これに対し、本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置では、従来の技術常識に反して、直線偏光ではなく無偏光のレーザ光を加工対象のＳｉＣに照射する。無偏光のレーザ光がＳｉＣの加工に適していることは、本発明者らにより初めて見出された知見である。
【００５２】
本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置は、無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光を照射して、ある程度小さい確率で多光子吸収を生じさせることで、ＳｉＣの表面に高アスペクト比の損傷を高精度かつ高速に形成することができる。したがって、本発明のレーザ加工方法およびレーザ加工装置を利用すれば、ＳｉＣウェハを高精度かつ高速に切断することができる。
【００５３】
なお、無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光をＳｉＣ以外の物質に照射しても、ＳｉＣに照射したときのように高アスペクト比の損傷を高精度かつ高速に形成することはできない。
【００５４】
一例として、典型的な難加工性材料である石英やサファイアなどに無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光を照射した場合について説明する。この場合、これらの透明誘電体材料のバンドギャップは５〜９ｅＶと大きいため、波長５００ｎｍ以上の光では３光子吸収または４光子吸収が生じてようやく電子のバンド間遷移を誘起できる。パルス幅の長い（ナノ秒〜マイクロ秒）レーザ光で３光子吸収または４光子吸収を誘起しようとすれば、尖頭出力が非常に大きい（ＧＷ／ｃｍ２以上）パルスレーザ光を照射する必要がある。しかしながら、このような強い光を集光照射すると、３光子吸収または４光子吸収が生じる前に他の非線形過程（絶縁破壊）が必ず誘起されてしまうため、損傷の形状が大きく乱れてしまう。したがって、石英やサファイアなどに無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光を照射しても、非常に乱れた形状の損傷しか形成することができない。
【００５５】
また、金属加工では、炭酸ガスレーザ（無偏光でかつ波長１０μｍ）を照射することがあった。しかしながら、この方法でも高アスペクト比の損傷を高精度かつ高速に形成することはできない。すなわち、この方法は、金属の格子振動を直接励起して行う熱溶融加工であるため、高アスペクト比の損傷を形成したり、高精度の加工（空間分解能がμｍレベル）をしたりすることはできない。
【００５６】
３．実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されない。
【００５７】
図２は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置（ＳｉＣウェハのスクライビング装置）の構成を示す模式図である。
【００５８】
図２に示されるように、本発明のレーザ加工装置２００は、レーザ光源２１０、テレスコープ光学系２２０、集光レンズ２３０、ステージ２４０、ＡＦカメラ２５０、ＸＹステージコントローラ２６０、Ｚコントローラ２７０およびコンピュータ２８０を有する。
【００５９】
レーザ光源２１０は、無偏光でかつ波長５００ｎｍ以上のレーザ光を出射する。レーザ光源は、例えば、波長５００ｎｍ〜１０μｍ、パルス幅１００ナノ秒以上、繰り返し周波数１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、１パルスあたりの光強度密度１〜５０００Ｊ／ｃｍ２のパルスレーザ光、または波長５００ｎｍ〜１０μｍ、光強度密度１×１０７〜５×１０９Ｗ／ｃｍ２の連続発振レーザ光を出射する。
【００６０】
テレスコープ光学系２２０は、好ましい加工形状を得るために、レーザ光源２１０から出射されたレーザ光のビーム径を最適化する。
【００６１】
集光レンズ２３０は、テレスコープ光学系２２０を透過したレーザ光を集光する。たとえば、集光レンズ２３０は、顕微鏡用の対物レンズである。
【００６２】
ステージ２４０は、加工対象のＳｉＣ（ＳｉＣウェハ）１１０が載置される載置台と、この載置台を移動させることができる駆動機構とを有する。駆動機構は、載置台をＸ軸またはＹ軸方向に移動させたり、Ｘ軸またはＹ軸を中心として回転させたりすることができる。ステージ２４０上のＳｉＣ１１０は、この駆動機構によって切断予定ラインに沿ってＸＹ軸方向に移動される。
【００６３】
ＡＦカメラ２５０は、ＳｉＣ１１０の加工部位の表面プロファイルを取得するためのカメラである。取得されたプロファイルは、コンピュータ２８０に出力される。
【００６４】
ＸＹステージコントローラ２６０は、コンピュータ２８０の指示に基づいて、レーザ光の集光位置がＳｉＣ１１０の切断予定ラインに沿うように、ステージ２４０をＸＹ軸方向に移動させる。
【００６５】
Ｚコントローラ２７０は、コンピュータ２８０の指示に基づいて、レーザ光の集光位置がＳｉＣ１１０の表面近傍の所望の位置に合うように、集光レンズ２３０をＺ軸方向に移動させる。
【００６６】
コンピュータ２８０は、レーザ光源２１０、ＡＦカメラ２５０、ＸＹステージコントローラ２６０およびＺコントローラ２７０に接続されており、これら各部を総合的に制御する。たとえば、コンピュータ２８０は、ＡＦカメラ２５０およびＸＹステージコントローラ２６０を制御して、ＳｉＣ１１０の表面プロファイルを取得する。また、コンピュータ２８０は、ＸＹステージコントローラ２６０およびＺコントローラ２７０を制御して、ＳｉＣ１１０の切断予定ラインに沿ってレーザ光を走査する。
【００６７】
次に、上記構成を有するレーザ加工装置２００を用いてＳｉＣ１００を切断する手順を説明する。
【００６８】
まず、ＳｉＣ１１０をステージ２４０の載置台に載置して、ＡＦカメラ２５０およびＸＹステージコントローラ２６０によりＳｉＣ１１０の表面プロファイルを取得する。次いで、レーザ光源２１０からレーザ光を出射して、レーザ光をＳｉＣ１１０の表面近傍に照射する。このとき、予め取得した表面プロファイルに基づき、ステージ２４０をＸＹ軸方向（水平方向）に移動することで、レーザ光で切断予定ラインを走査する。これにより、ＳｉＣ１１０の切断予定ラインに沿ってアスペクト比の大きい損傷を形成することができる。
【００６９】
最後に、損傷を形成されたＳｉＣ１１０に機械的応力を印加して、切断予定ラインに沿ってＳｉＣ１１０を割断する。これにより、ＳｉＣ（ＳｉＣウェハ）１１０は微小なチップに分割される。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【００７１】
［実施例１］
実施例１では、パルスレーザ光を照射してＳｉＣウェハの表面に損傷を形成した場合における、パルスレーザ光の偏光状態と損傷の深さとの関係を調べた実験結果を示す。
【００７２】
加工対象物として、ＳｉＣ単結晶ウェハを準備した。ウェハの表面から内部２０μｍの位置に集光点を合わせて、無偏光または直線偏光のパルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをＸＹ軸方向（水平方向）に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。移動速度は、レーザスポットの中心間距離（ショットピッチ；図３参照）が０.０５〜０.５μｍとなるように調整した。パルスレーザ光の照射条件を表２に示す。
【００７３】
【表２】
0005625184.tif 000004
【００７４】
表２に示されるように、偏光状態以外の照射条件はほぼ同じである。今回の実験では波長１０６４ｎｍの光を照射しているので、３光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。
【００７５】
図４は、パルスレーザ光の偏光状態と形成された損傷の深さとの関係を示すグラフである。前述の通り、横軸の「ショットピッチ」とは、隣接するレーザスポット間の中心間距離を意味する。このグラフから、直線偏光のパルスレーザ光を照射した場合よりも無偏光のパルスレーザ光を照射した場合の方がより深い損傷を形成できることがわかる。また、ショットピッチが短いほど、損傷の深さの差が大きくなることもわかる。
【００７６】
以上の結果から、ＳｉＣウェハをレーザ加工する場合は、直線偏光のレーザ光よりも無偏光のレーザ光の方が好ましいことがわかる。
【００７７】
［実施例２］
実施例２では、パルスレーザ光を照射してＳｉＣウェハに損傷を形成した場合における、パルスレーザ光のパルス幅とデブリの発生量との関係を調べた実験結果を示す。
【００７８】
加工対象物として、実施例１と同じＳｉＣウェハを準備した。ウェハの表面（表面から０μｍ）に集光点を合わせて、パルス幅が３０ナノ秒、１００ナノ秒または２００ナノ秒のパルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをＸＹ軸方向（水平方向）に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。パルスレーザ光の照射条件を表３に示す。
【００７９】
【表３】
0005625184.tif 000005
【００８０】
表３に示されるように、パルス幅以外の照射条件はまったく同じである。今回の実験でも波長１０６４ｎｍの光を照射しているので、３光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。
【００８１】
図５は、レーザ加工後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図５Ａは、レーザＣ（パルス幅３０ナノ秒）で加工したＳｉＣウェハの写真であり、図５Ｂは、レーザＤ（パルス幅１００ナノ秒）で加工したＳｉＣウェハの写真であり、図５Ｃは、レーザＥ（パルス幅２００ナノ秒）で加工したＳｉＣウェハの写真である。いずれの写真もＳｉＣウェハの表面を撮影したものである。形成された損傷の深さは、いずれも約１００μｍであった。
【００８２】
図５Ａに示されるように、パルス幅３０ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合は、形成された損傷の周辺に大量のデブリが発生した。一方、図５Ｂおよび図５Ｃに示されるように、パルス幅１００ナノ秒または２００ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合は、形成された損傷の周辺にデブリはほとんど観察されなかった。また、図５Ｂと図５Ｃとを比較すると、パルス幅１００ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合よりも、パルス幅２００ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合の方がよりデブリが少なかった。
【００８３】
以上の結果から、ＳｉＣウェハにパルスレーザ光を照射してレーザ加工する場合は、パルス幅が１００ナノ秒未満のパルスレーザ光よりも、パルス幅が１００ナノ秒以上のパルスレーザ光の方が好ましいことがわかる。
【００８４】
［実施例３］
実施例３では、連続発振レーザ光を照射してＳｉＣウェハに損傷を形成した実験結果を示す。
【００８５】
加工対象物として、実施例１と同じＳｉＣウェハを準備した。ウェハの表面から内部２０μｍの位置に集光点を合わせて、連続発振レーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをＸＹ軸方向（水平方向）に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿って連続発振レーザ光をウェハに照射した。連続発振レーザ光の照射条件を表４に示す。今回の実験でも波長１０６４ｎｍの光を照射しているので、３光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。
【００８６】
【表４】
0005625184.tif 000006
【００８７】
図６は、レーザ加工後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図６Ａは、レーザ加工後のＳｉＣウェハの表面の写真であり、図６Ｂは、レーザ加工後のＳｉＣウェハの断面の写真であり、図６Ｃは、図６Ｂの写真の破線で囲まれた部分を拡大した写真である。
【００８８】
図６Ａに示されるように、連続発振レーザ光を照射した場合も、形成された損傷の周辺にデブリはほとんど観察されなかった。また、図６Ｂおよび図６Ｃに示されるように、連続発振レーザ光を照射した場合は、形成された損傷の深さが６４μｍであった。
【００８９】
以上の結果から、ＳｉＣウェハに連続発振レーザ光を照射してレーザ加工することにより、極めて深い損傷を形成できることがわかる。
【００９０】
［実施例４］
実施例４では、パルスレーザ光を照射してＳｉＣウェハに損傷を形成した場合における、パルスレーザ光のパルス幅と形成された損傷の深さとの関係を調べた実験結果を示す。
【００９１】
加工対象物として、実施例１と同じＳｉＣウェハを準備した。ウェハの表面から内部２０μｍの位置に集光点を合わせて、パルス幅が３０ナノ秒または２００ナノ秒のパルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをＸＹ軸方向（水平方向）に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。移動速度は、ショットピッチが０.０１〜０.５０μｍとなるように調整した。パルスレーザ光の照射条件を表５に示す。
【００９２】
【表５】
0005625184.tif 000007
【００９３】
表５に示されるように、パルス幅以外の照射条件はほぼ同じである。今回の実験でも波長１０６４ｎｍの光を照射しているので、３光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。
【００９４】
図７は、パルスレーザ光のパルス幅と形成された損傷の深さとの関係を示すグラフである。このグラフから、パルス幅３０ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合よりもパルス幅２００ナノ秒のパルスレーザ光を照射した場合の方がより深い損傷を形成できることがわかる。
【００９５】
以上の結果から、ＳｉＣウェハにパルスレーザ光を照射してレーザ加工する場合、デブリの発生量だけでなく形成される損傷の深さの観点からも、パルス幅が長い方が好ましいことがわかる。
【００９６】
［実施例５］
実施例５では、パルスレーザ光を照射してＳｉＣウェハに損傷を形成した場合における、集光点の位置と形成された損傷の深さとの関係を調べた実験結果を示す。
【００９７】
本実施例では、加工対象のＳｉＣウェハの表面と集光点との距離を「オフセット」と呼ぶ。集光点がＳｉＣウェハの内部に位置する場合、オフセットは正の値をとり、集光点がＳｉＣウェハの外部（上方）に位置する場合、オフセットは負の値をとる。具体的には、オフセットが０μｍの場合は、集光点はＳｉＣウェハの表面に位置する。また、オフセットが＋ｘμｍの場合は、集光点はＳｉＣウェハの表面からｘμｍ内部に位置する。一方、オフセットが−ｘμｍの場合は、集光点はＳｉＣウェハの表面からｘμｍ外部（上方）に位置する。
【００９８】
加工対象物として、実施例１と同じＳｉＣウェハを準備した。ウェハの表面から上方２０μｍ（オフセット−２０μｍ）〜ウェハの表面から内部１００μｍ（オフセット＋１００μｍ）の位置に集光点を合わせて、パルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをＸＹ軸方向（水平方向）に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。パルスレーザ光の照射条件を表６に示す。
【００９９】
【表６】
0005625184.tif 000008
【０１００】
表６に示されるように、レーザ光の焦点位置（オフセット）以外の照射条件はほぼ同じである。今回の実験でも波長１０６４ｎｍの光を照射しているので、３光子吸収により損傷が形成されていると考えられる。
【０１０１】
図８は、レーザＩを用いてレーザ加工を行った後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図８Ａは、オフセット２０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図８Ｂは、オフセット４０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図８Ｃは、オフセット６０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図８Ｄは、オフセット８０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真である。
【０１０２】
図９および図１０は、レーザＪを用いてレーザ加工を行った後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図９Ａは、オフセット０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｂは、オフセット２０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｃは、オフセット４０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｄは、オフセット６０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｅは、オフセット８０μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真であり、図９Ｆは、オフセット１００μｍで加工したＳｉＣウェハの断面の写真である。
【０１０３】
また、図１０Ａは、オフセット０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｂは、オフセット２０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｃは、オフセット４０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｄは、オフセット６０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｅは、オフセット８０μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１０Ｆは、オフセット１００μｍで加工したＳｉＣウェハの表面の写真である。これらの写真から、オフセットが大きくなると（焦点位置がＳｉＣ内部に位置すると）、デブリの量が減少することがわかる。
【０１０４】
図１１は、パルスレーザ光の焦点位置（オフセット）と形成された損傷の深さとの関係を示すグラフである。このグラフから、オフセットを−２０〜＋１００μｍの範囲内とすることで十分に深い損傷を形成できることがわかる。また、オフセットが−２０〜＋８０μｍの範囲内では、損傷の深さの変化が小さいこともわかる（Δ６μｍ以下）。
【０１０５】
以上の結果から、ＳｉＣウェハにパルスレーザ光を照射してレーザ加工する場合、少なくともパルスレーザ光の焦点位置がＳｉＣの表面から上方２０μｍ〜表面から内部１００μｍの範囲内であれば、十分な深さの損傷を形成できることがわかる。
【０１０６】
［実施例６］
実施例６では、パルスレーザ光を照射してＳｉＣウェハに損傷を形成した場合における、レーザスポットの中心間距離（ショットピッチ）とデブリの発生量との関係を調べた実験結果を示す。
【０１０７】
加工対象物として、実施例１と同じＳｉＣウェハを準備した。ウェハの表面（表面から０μｍ）に集光点を合わせて、繰り返し周波数１００〜５００ｋＨｚのパルスレーザ光をウェハに照射した。このとき、ステージをＸＹ軸方向（水平方向）に移動させて、ウェハの切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光をウェハに照射した。移動速度は、ショットピッチが０.１〜０.４μｍとなるように調整した。パルスレーザ光の照射条件を表７に示す。
【０１０８】
【表７】
0005625184.tif 000009
【０１０９】
上記条件において、パルスレーザ光の繰り返し周波数およびショットピッチを変化させて、デブリの発生の有無（多寡）の境界条件を詳細に調べた。その結果、繰り返し周波数が１００ｋＨｚのときは、ショットピッチが０.２５μｍ以上となるとデブリが発生するのが観察された。同様に、繰り返し周波数が３００ｋＨｚのときは、ショットピッチが０.３μｍ以上となるとデブリが発生するのが観察された。繰り返し周波数が５００ｋＨｚのときは、ショットピッチが０.３５μｍ以上となるとデブリが発生するのが観察された。
【０１１０】
図１２は、上記結果に基づき作成した、パルスレーザ光の繰り返し周波数およびショットピッチとデブリの発生との関係を示すグラフである。横軸はパルスレーザ光の繰り返し周波数Ｆ（ｋＨｚ）であり、縦軸はパルスレーザ光のショットピッチＳ（μｍ）である。このグラフに示されるように、パルスエネルギが１０μＪの場合、デブリの発生の有無（多寡）の境界条件は、Ｓ＝（２.５×１０−４）Ｆ＋０.２２５であった。すなわち、Ｓ≧（２.５×１０−４）Ｆ＋０.２２５ではデブリが発生したのに対し、Ｓ＜（２.５×１０−４）Ｆ＋０.２２５ではデブリがほとんど発生しなかった。
【０１１１】
上記条件式が正しいことを確認するため、さらに図１２にＡ〜Ｄで示される条件で加工屑が発生するかどうかを調べた。
【０１１２】
図１３は、レーザ加工後のＳｉＣウェハの加工部周辺の写真である。図１３Ａは、条件Ａ（Ｆ：１００ｋＨｚ、Ｓ：０.１μｍ）でレーザ加工した後のＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１３Ｂは、条件Ｂ（Ｆ：１００ｋＨｚ、Ｓ：０.３μｍ）でレーザ加工した後のＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１３Ｃは、条件Ｃ（Ｆ：５００ｋＨｚ、Ｓ：０.１μｍ）でレーザ加工した後のＳｉＣウェハの表面の写真であり、図１３Ｄは、条件Ｄ（Ｆ：５００ｋＨｚ、Ｓ：０.４μｍ）でレーザ加工した後のＳｉＣウェハの表面の写真である。
【０１１３】
図１３Ｂおよび図１３Ｄに示されるように、Ｓ≧（２.５×１０−４）Ｆ＋０.２２５で加工した場合、形成された損傷の周囲にデブリが発生していた。一方、図１３Ａおよび図１３Ｃに示されるように、Ｓ＜（２.５×１０−４）Ｆ＋０.２２５で加工した場合、形成された損傷の周囲にデブリはほとんど観察されなかった。
【０１１４】
以上の結果から、ＳｉＣウェハにパルスレーザ光を照射してレーザ加工する場合、所定の条件を満たすようにショットピッチを短くすることで、デブリの発生量を減少させうることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明のチップの製造方法は、これまで加工が困難であったＳｉＣウェハにアスペクト比の大きい損傷を高精度かつ高速に形成して分割することができる。したがって、本発明のチップの製造方法は、ＳｉＣウェハのダイシング技術として有用である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００  レーザ光
１１０  シリコンカーバイド
１２０  切断予定ライン
１３０  損傷
２００  レーザ加工装置
２１０  レーザ光源
２２０  テレスコープ光学系
２３０  集光レンズ
２４０  ステージ
２５０  ＡＦカメラ
２６０  ＸＹステージコントローラ
２７０  Ｚコントローラ
２８０  コンピュータ
【図１】
0005625184.tif 000010
【図２】
0005625184.tif 000011
【図３】
0005625184.tif 000012
【図４】
0005625184.tif 000013
【図７】
0005625184.tif 000014
【図１１】
0005625184.tif 000015
【図１２】
0005625184.tif 000016
【図５】
0005625184.tif 000017
【図６】
0005625184.tif 000018
【図８】
0005625184.tif 000019
【図９】
0005625184.tif 000020
【図１０】
0005625184.tif 000021
【図１３】
0005625184.tif 000022