(57)【要約】      （修正有）【課題】改質領域が形成された板状の加工対象物がその分断工程以外の工程で小片化されることによってチッピングが生じるのを低減することができるレーザ加工方法を提供する。【解決手段】加工対象物１における切断予定ラインに沿った部分５０において、有効部４１を含む中間部分５１ではレーザ光をパルス発振させ、中間部分５１の両側の一端部分５２及び他端部分５３ではレーザ光を連続発振させる。連続発振させた場合のレーザ光の強度は、パルス発振させた場合のレーザ光の強度に比べ低くなるため、中間部分５１には改質領域７１，７２，７３を形成し、一端部分５２及び他端部分５３には改質領域７１，７２，７３を形成しないようにすることができる。これにより、改質領域７１，７２，７３は基板４の外面に達しないため、改質領域７１，７２，７３の形成に際してパーティクルの発生を防止することが可能になる。【選択図】図２３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて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、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物は、有効部と、その有効部を包囲する外縁部とを備え、
前記加工対象物における前記切断予定ラインに沿った部分において、前記有効部を含む中間部分では前記レーザ光をパルス発振させ、前記中間部分の両側の一端部分及び他端部分では前記レーザ光を連続発振させることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記有効部の表面には、複数の機能素子がマトリックス状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記切断予定ラインは、隣り合う前記機能素子間を通るように、前記加工対象物に対して格子状に設定されることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記有効部及び前記外縁部は、半導体材料により一体的に形成されており、
前記改質領域は、溶融処理領域を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記改質領域を形成した後に、前記加工対象物を前記切断予定ラインに沿って切断することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の加工対象物を切断するために使用されるレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来におけるこの種の技術として、例えば特許文献１に記載されたレーザ加工方法がある。特許文献１記載のレーザ加工方法は、分割予定ラインに沿って板状物にレーザ光を照射することにより、板状物の内部に変質層を形成するというものである。
【特許文献１】特開２００５−２８４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載のレーザ加工方法にあっては、変質層が板状物の内部に留まらず板状物の外面にまで達するため（特許文献１の図６参照）、分断させ易い加工条件によっては、板状物をチップ状に分断するテープ拡張装置等への搬送過程や板状物の反転工程等において板状物が全てのチップに分断されないまでも小片化されてしまう場合がある。このような板状物の小片化は、小片化されたものの切断面同士の擦れ合いによりチッピングが生じて、チップの良品率が低下したり、チッピングにより発生した粉塵が、板状物の表面に形成された回路等を汚染したりする原因となる。
【０００４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、改質領域が形成された板状の加工対象物がその分断工程以外の工程で小片化されることによってチッピングが生じるのを低減することができるレーザ加工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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて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加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、加工対象物は、有効部と、その有効部を包囲する外縁部とを備え、加工対象物における切断予定ラインに沿った部分において、有効部を含む中間部分ではレーザ光をパルス発振させ、中間部分の両側の一端部分及び他端部分ではレーザ光を連続発振させることを特徴とする。
【０００６】
このレーザ加工方法では、加工対象物における切断予定ラインに沿った部分において、有効部を含む中間部分ではレーザ光をパルス発振させ、中間部分の両側の一端部分及び他端部分ではレーザ光を連続発振させる。連続発振させた場合のレーザ光の強度は、パルス発振させた場合のレーザ光の強度に比べ低くなるため、中間部分には改質領域を形成し、一端部分及び他端部分には改質領域を形成しないようにすることができる。これにより、改質領域は加工対象物の外面に達しないため、加工対象物がその分断工程以外の工程で小片化されず、小片化されたものの切断面同士の擦れ合いによるチッピングの発生を低減することが可能になる。その一方で、外縁部に包囲された有効部には改質領域が確実に形成されるため、改質領域を切断の起点として有効部を切断予定ラインに沿って高精度に切断することが可能になる。なお、改質領域は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射して、多光子吸収或いは他の光吸収を加工対象物の内部で生じさせることにより形成される。
【０００７】
また、有効部の表面には、複数の機能素子がマトリックス状に形成されている場合がある。ここで、機能素子とは、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、回路として形成された回路素子等を意味する。
【０００８】
また、切断予定ラインは、隣り合う機能素子間を通るように、加工対象物に対して格子状に設定されることが好ましい。上述したように、切断予定ラインに沿って有効部を高精度に切断することが可能であるため、機能素子を有する複数のチップを、精度良く切断された状態で得ることができる。
【０００９】
また、有効部及び外縁部は、半導体材料により一体的に形成されており、改質領域は、溶融処理領域を含む場合がある。
【００１０】
また、改質領域を形成した後に、加工対象物を切断予定ラインに沿って切断してもよい。この場合、上述したように、改質領域を切断の起点として有効部を切断予定ラインに沿って高精度に切断することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、改質領域が形成された板状の加工対象物がその分断工程以外の工程で小片化され難いため、小片化されたものの切断面同士の擦れ合いによるチッピングの発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。本実施形態のレーザ加工方法では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成するためのレーザ加工方法について説明する。
【００１３】
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。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥＧである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光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。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ２）で決まる。
【００１４】
このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工方法の原理について、図１〜図６を参照して説明する。図１に示すように、板状の加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５がある。切断予定ライン５は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図２に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する。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に実際に引かれた線であってもよい。
【００１５】
そして、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図１の矢印Ａ方向に）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動させる。これにより、図３〜図５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、この改質領域７が切断起点領域８となる。ここで、切断起点領域８とは、加工対象物１が切断される際に切断（割れ）の起点となる領域を意味する。この切断起点領域８は、改質領域７が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域７が断続的に形成されることで形成される場合もある。
【００１６】
本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物１がレーザ光Ｌを吸収することにより加工対象物１を発熱させて改質領域７を形成するものではない。加工対象物１にレーザ光Ｌを透過させ加工対象物１の内部に多光子吸収を発生させて改質領域７を形成している。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとん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。
【００１７】
加工対象物１の内部に切断起点領域８を形成すると、この切断起点領域８を起点として割れが発生し易くなるため、図６に示すように、比較的小さな力で加工対象物１を切断することができる。よって、加工対象物１の表面３に不必要な割れを発生させることなく、加工対象物１を高精度に切断することが可能になる。
【００１８】
この切断起点領域８を起点とした加工対象物１の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域８形成後、加工対象物１に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１が割れ、加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物１の切断起点領域８に沿って加工対象物１に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物１に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点領域８を形成することにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが小さい場合には、１列の改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となり、加工対象物１の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域８が形成されていない部位に対応する部分の表面３上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域８を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物１の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
【００１９】
さて、本実施形態に係るレーザ加工方法において、多光子吸収により形成される改質領域としては、次の（１）〜（４）の場合がある。
【００２０】
（１）改質領域が１つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
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を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による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クラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第４５回レーザ熱加工研究会論文集（１９９８年．１２月）の第２３頁〜第２８頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
【００２１】
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。
【００２２】
（Ａ）加工対象物：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７００μｍ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０−８ｃｍ２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：出力＜１ｍＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００２３】
なお、レーザ光品質がＴＥＭ００とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。
【００２４】
図７は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光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。
【００２５】
次に、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて、図８〜図１１を参照して説明する。図８に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域９を形成する。クラック領域９は１つ又は複数のクラックを含む領域である。このように形成されたクラック領域９が切断起点領域となる。図９に示すように、クラック領域９を起点として（すなわち、切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し、図１０に示すように、クラックが加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達し、図１１に示すように、加工対象物１が割れることにより加工対象物１が切断される。加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物１に力が印加されることにより成長する場合もある。
【００２６】
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
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を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。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。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。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００２７】
本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。
【００２８】
（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０−８ｃｍ２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００２９】
図１２は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。
【００３０】
溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを説明する。図１３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グラフである。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。
【００３１】
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が８０％以上透過することが分かる。図１２に示すシリコンウェハ１１の厚さは３５０μｍであるので、多光子吸収による溶融処理領域１３はシリコンウェハ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、レーザ光がシリコンウェハ１１の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを意味する。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。
【００３２】
なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れ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。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが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のみに形成され、切断後の切断面には、図１２のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。
【００３３】
（３）改質領域が溶融処理領域及び微小空洞の場合
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を照射する。これにより、加工対象物の内部には溶融処理領域と微小空洞とが形成される場合がある。なお、電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００３４】
図１４に示すように、シリコンウェハ１１の表面３側からレーザ光Ｌを入射させた場合、微小空洞１４は、溶融処理領域１３に対して裏面２１側に形成される。図１４では、溶融処理領域１３と微小空洞１４とが離れて形成されているが、溶融処理領域１３と微小空洞１４とが連続して形成される場合もある。つまり、多光子吸収によって溶融処理領域１３及び微小空洞１４が対になって形成される場合、微小空洞１４は、溶融処理領域１３に対してシリコンウェハ１１におけるレーザ光入射面の反対側に形成されることになる。
【００３５】
このように、シリコンウェハ１１にレーザ光Ｌを透過させシリコンウェハ１１の内部に多光子吸収を発生させて溶融処理領域１３を形成した場合に、それぞれの溶融処理領域１３に対応した微小空洞１４が形成される原理については必ずしも明らかではない。ここでは、溶融処理領域１３及び微小空洞１４が対になった状態で形成される原理に関して本発明者らが想定する２つの仮説を説明する。
【００３６】
本発明者らが想定する第１の仮説は次の通りである。すなわち、図１５に示すように、シリコンウェハ１１の内部の集光点Ｐに焦点を合わせてレーザ光Ｌを照射すると、集光点Ｐの近傍に溶融処理領域１３が形成される。従来は、このレーザ光Ｌとして、レーザ光源から照射されるレーザ光Ｌの中心部分の光（図１５中、Ｌ４及びＬ５に相当する部分の光）を使用することとしていた。これは、レーザ光Ｌのガウシアン分布の中心部分を使用するためである。
【００３７】
本発明者らはレーザ光Ｌがシリコンウェハ１１の表面３に与える影響をおさえるためにレーザ光Ｌを広げることとした。その一手法として、レーザ光源から照射されるレーザ光Ｌを所定の光学系でエキスパンドしてガウシアン分布の裾野を広げて、レーザ光Ｌの周辺部分の光（図１５中、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ６〜Ｌ８に相当する部分の光）のレーザ強度を相対的に上昇させることとした。このようにエキスパンドしたレーザ光Ｌをシリコンウェハ１１に透過させると、既に説明したように集光点Ｐの近傍では溶融処理領域１３が形成され、その溶融処理領域１３に対応した部分に微小空洞１４が形成される。つまり、溶融処理領域１３と微小空洞１４とはレーザ光Ｌの光軸（図１５中の一点鎖線）に沿った位置に形成される。微小空洞１４が形成される位置は、レーザ光Ｌの周辺部分の光（図１５中、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ６〜Ｌ８に相当する部分の光）が理論上集光される部分に相当する。
【００３８】
このようにレーザ光Ｌの中心部分の光（図１５中、Ｌ４及びＬ５に相当する部分の光）と、レーザ光Ｌの周辺部分の光（図１５中、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ６〜Ｌ８に相当する部分の光）とがそれぞれ集光される部分がシリコンウェハ１１の厚さ方向において異なるのは、レーザ光Ｌを集光するレンズの球面収差によるものと考えられる。本発明者らが想定する第１の仮説は、この集光位置の差が何らかの影響を及ぼしているのではないかというものである。
【００３９】
本発明者らが想定する第２の仮説は、レーザ光Ｌの周辺部分の光（図１５中、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ６〜Ｌ８に相当する部分の光）が集光される部分は理論上のレーザ集光点であるから、この部分の光強度が高く微細構造変化が起こっているためにその周囲が実質的に結晶構造が変化していない微小空洞１４が形成され、溶融処理領域１３が形成されている部分は熱的な影響が大きく単純に溶解して再固化したというものである。
【００４０】
ここで、溶融処理領域１３は上記（２）で述べた通りのものであるが、微小空洞１４は、その周囲が実質的に結晶構造が変化していないものである。シリコンウェハ１１がシリコン単結晶構造の場合には、微小空洞１４の周囲はシリコン単結晶構造のままの部分が多い。
【００４１】
本発明者らは、シリコンウェハ１１の内部で溶融処理領域１３及び微小空洞１４が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。
【００４２】
（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ１００μｍ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数：４０ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
パルスピッチ：７μｍ
加工深さ：８μｍ
パルスエネルギー：５０μＪ／パルス
（Ｃ）集光用レンズ
ＮＡ：０．５５
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：２８０ｍｍ／秒
【００４３】
図１６は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハ１１の切断面の写真を表した図である。図１６において（ａ）と（ｂ）とは同一の切断面の写真を異なる縮尺で示したものである。同図に示すように、シリコンウェハ１１の内部には、１パルスのレーザ光Ｌの照射により形成された溶融処理領域１３及び微小空洞１４の対が、切断面に沿って（すなわち、切断予定ラインに沿って）所定のピッチで形成されている。
【００４４】
なお、図１６に示す切断面の溶融処理領域１３は、シリコンウェハ１１の厚さ方向（図中の上下方向）の幅が１３μｍ程度で、レーザ光Ｌを移動する方向（図中の左右方向）の幅が３μｍ程度である。また、微小空洞１４は、シリコンウェハ１１の厚さ方向の幅が７μｍ程度で、レーザ光Ｌを移動する方向の幅が１．３μｍ程度である。溶融処理領域１３と微小空洞１４との間隔は１．２μｍ程度である。
【００４５】
（４）改質領域が屈折率変化領域の場合
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を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、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て屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ以下が好ましく、１ｐｓ以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第４２回レーザ熱加工研究会論文集（１９９７年．１１月）の第１０５頁〜第１１１頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
【００４６】
以上、多光子吸収により形成される改質領域として（１）〜（４）の場合を説明したが、ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く加工対象物を切断することが可能になる。
【００４７】
すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
【００４８】
なお、上述した切断起点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）、或いは切断起点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、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点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。
【００４９】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。図１７は、本実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物の平面図であり、図１８は、図１７に示す加工対象物のXVIII−XVIII線に沿っての部分断面図である。
【００５０】
図１７及び図１８に示すように、加工対象物１は、シリコンからなる厚さ３００μｍの基板４と、複数の機能素子１５を含んで基板４の表面３に形成された積層部１６とを備えている。機能素子１５は、基板４の表面３に積層された層間絶縁膜１７ａと、層間絶縁膜１７ａ上に配置された配線層１９ａと、配線層１９ａを覆うように層間絶縁膜１７ａ上に積層された層間絶縁膜１７ｂと、層間絶縁膜１７ｂ上に配置された配線層１９ｂとを有している。配線層１９ａと基板４とは、層間絶縁膜１７ａを貫通する導電性プラグ２０ａによって電気的に接続され、配線層１９ｂと配線層１９ａとは、層間絶縁膜１７ｂを貫通する導電性プラグ２０ｂによって電気的に接続されている。
【００５１】
なお、基板４は、有効部４１（図１７において一点鎖線の内側の部分）と、有効部４１を包囲する外縁部４２（図１７において一点鎖線の外側の部分）とを有しており、有効部４１及び外縁部４２は、シリコン（半導体材料）により一体的に形成されている。機能素子１５は、有効部４１の表面３に、基板４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が、層間絶縁膜１７ａ，１７ｂは、基板４の表面３全体を覆うように隣り合う機能素子１５，１５間に渡って形成されている。
【００５２】
以上のように構成された加工対象物１を以下のようにして機能素子１５毎に切断する。まず、図１９（ａ）に示すように、積層部１６を覆うように加工対象物１に保護テープ２２を貼り付ける。続いて、図１９（ｂ）に示すように、基板４の裏面２１を上方に向けて加工対象物１をレーザ加工装置の載置台（図示せず）上に固定する。このとき、積層部１６が載置台に直接接触することが保護テープ２２によって避けられるため、各機能素子１５を保護することができる。
【００５３】
そして、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように、加工対象物１に対して切断予定ライン５を格子状に設定し（図１７の破線参照）、裏面２１をレーザ光入射面として基板４の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを多光子吸収が生じる条件で照射しながら、載置台の移動により切断予定ライン５に沿って集光点Ｐをスキャンする。
【００５４】
この切断予定ライン５に沿った集光点Ｐのスキャンを１本の切断予定ライン５に対して６回行うが、集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離を各回毎に変えることで、表面３側から順に、１列の品質改質領域７１、３列の分断改質領域７２、及び２列のＨＣ（ハーフカット）改質領域７３を切断予定ライン５に沿って基板４の内部に１列ずつ形成する。なお、基板４はシリコンからなる半導体基板であるため、各改質領域７１，７２，７３は溶融処理領域である。
【００５５】
このように、各改質領域７１，７２，７３を基板４の裏面２１から遠い順に一列ずつ形成することで、各改質領域７１，７２，７３を形成するに際し、レーザ光入射面である裏面２１とレーザ光Ｌの集光点Ｐとの間には改質領域が存在しないため、既に形成された改質領域によるレーザ光Ｌの散乱、吸収等が起こることはない。従って、各改質領域７１，７２，７３を切断予定ライン５に沿って基板４の内部に精度良く形成することができる。また、基板４の裏面２１をレーザ光入射面とすることで、積層部１６の切断予定ライン５上にレーザ光Ｌを反射する部材（例えば、ＴＥＧ）が存在しても、各改質領域７１，７２，７３を切断予定ライン５に沿って基板４の内部に確実に形成することができる。
【００５６】
ここで、品質改質領域７１の形成では、図２２に示すように、基板４の表面３と品質改質領域７１の表面側端部７１ａとの距離が５μｍ〜２０μｍとなる位置に、或いは基板４の表面３と品質改質領域７１の裏面側端部７１ｂとの距離が［５＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に品質改質領域７１を１列形成する。また、分断改質領域７２の形成では、基板４の厚さ方向において一続きとなるように分断改質領域７２を３列形成する。更に、ＨＣ改質領域７３の形成では、図１９（ｂ）に示すように、ＨＣ改質領域７３を２列形成することで、切断予定ライン５に沿った割れ２４をＨＣ改質領域７３から基板４の裏面２１に生じさせる。なお、形成条件によっては、隣り合う分断改質領域７２とＨＣ改質領域７３との間にも割れ２４が生じる場合がある。
【００５７】
各改質領域７１，７２，７３を形成した後、図２０（ａ）に示すように、加工対象物１の基板４の裏面２１にエキスパンドテープ２３を貼り付ける。続いて、図２０（ｂ）に示すように、保護テープ２２に紫外線を照射して、その粘着力を低下させ、図２１（ａ）に示すように、加工対象物１の積層部１６から保護テープ２２を剥がす。
【００５８】
保護テープ２２を剥がした後、図２１（ｂ）に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させて、各改質領域７１，７２，７３を起点として割れを生じさせ、基板４及び積層部１６を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されて得られた各半導体チップ２５を互いに離間させる。
【００５９】
以上説明したように、上記レーザ加工方法においては、切断（割れ）の起点となる品質改質領域７１、分断改質領域７２及びＨＣ改質領域７３を切断予定ライン５に沿って基板４の内部に形成している。従って、上記レーザ加工方法は、複数の機能素子１５を含む積層部１６が形成された基板４の厚さが３００μｍというように厚い場合であっても、基板４及び積層部１６の高精度な切断を可能にする。
【００６０】
具体的には、上記レーザ加工方法においては、基板４の裏面２１に最も近い分断改質領域７２と裏面２１との間の位置に、ＨＣ改質領域７３を２列形成することで、切断予定ライン５に沿った割れ２４をＨＣ改質領域７３から基板４の裏面２１に生じさせている。これにより、エキスパンドテープ２３を基板４の裏面２１に貼り付けて拡張させると、厚さ方向において一続きとなるように３列形成された分断改質領域７２を介して基板４から積層部１６へとスムーズに割れが進行することとなり、その結果、基板４及び積層部１６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。
【００６１】
なお、基板４から積層部１６へとスムーズに割れを進行させることができれば、分断改質領域７２は３列に限定されない。一般的には、基板４が薄くなれば分断改質領域７２の列数を減少させ、基板４が厚くなれば分断改質領域７２の列数を増加させることになる。また、基板４から積層部１６へとスムーズに割れを進行させることができれば、分断改質領域７２は互いに離間していてもよい。更に、ＨＣ改質領域７３から基板４の裏面２１に割れ２４を確実に生じさせることができれば、ＨＣ改質領域７３は１列であってもよい。
【００６２】
また、上記レーザ加工方法においては、基板４の表面３と品質改質領域７１の表面側端部７１ａとの距離が５μｍ〜２０μｍとなる位置に、或いは基板４の表面３と品質改質領域７１の裏面側端部７１ｂとの距離が［５＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に品質改質領域７１を形成している。このような位置に品質改質領域７１を形成すると、基板４の表面３に形成された積層部１６（ここでは、層間絶縁膜１７ａ，１７ｂ）も切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。
【００６３】
以上のようなレーザ加工方法の使用により切断された半導体チップ２５においては、図２１（ｂ）に示すように、各改質領域７１，７２，７３が形成された基板４の切断面（側面）４ａ、及び積層部１６の切断面（側面）１６ａは、凹凸が抑制された高精度な切断面となる。
【００６４】
ここで、上述した各改質領域７１，７２，７３を形成するためのレーザ加工方法について、図２３を参照してより詳細に説明する。図２３は、図１７に示す加工対象物における切断予定ラインに沿った部分の断面図である。なお、同図に示すように、有効部４１と外縁部４２との境界を境界面４３とする。
【００６５】
まず、レーザ光Ｌの発振を連続発振として、連続発振させたレーザ光Ｌを基板４の外部から品質改質領域７１の形成予定ラインＺ１に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。そして、点α１（形成予定ラインＺ１と基板４の外面との交点）と点β１（形成予定ラインＺ１と境界面４３との交点）との間に位置する点γ１において、レーザ光Ｌの発振を連続発振からパルス発振に切り替えて、パルス発振させたレーザ光Ｌを点γ１から形成予定ラインＺ１に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。そして、点ρ１（形成予定ラインＺ１と境界面４３との交点）と点σ１（形成予定ラインＺ１と基板４の外面との交点）との間に位置する点τ１において、レーザ光Ｌの発振をパルス発振から連続発振に切り替えて、連続発振させたレーザ光Ｌを点τ１から基板４の外部まで形成予定ラインＺ１に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。なお、レーザ光Ｌの連続発振とパルス発振との切替えは、例えば、レーザ光Ｌを制御する電源コントローラによって容易且つ簡便に行うことができる。
【００６６】
また、レーザ光Ｌの発振を連続発振として、連続発振させたレーザ光Ｌを基板４の外部から表面３側の分断改質領域７２の形成予定ラインＺ２に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。そして、点α２と点β２との間に位置する点γ２において、レーザ光Ｌの発振を連続発振からパルス発振に切り替えて、パルス発振させたレーザ光Ｌを点γ２から形成予定ラインＺ２に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。そして、点ρ２と点σ２との間に位置する点τ２において、レーザ光Ｌの発振をパルス発振から連続発振に切り替えて、連続発振させたレーザ光Ｌを点τ２から基板４の外部まで形成予定ラインＺ２に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。中央の分断改質領域７２の形成予定ラインＺ３及び裏面２１側の分断改質領域７２の形成予定ラインＺ４に沿っても同様にレーザ光Ｌをスキャンする。
【００６７】
更に、レーザ光Ｌの発振を連続発振として、連続発振させたレーザ光Ｌを基板４の外部から表面３側のＨＣ改質領域７３の形成予定ラインＺ５に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。そして、点α５と点β５との間に位置する点γ５において、レーザ光Ｌの発振を連続発振からパルス発振に切り替えて、パルス発振させたレーザ光Ｌを点γ５から形成予定ラインＺ５に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。そして、点ρ５と点σ５との間に位置する点τ５において、レーザ光Ｌの発振をパルス発振から連続発振に切り替えて、連続発振させたレーザ光Ｌを点τ５から基板４の外部まで形成予定ラインＺ５に沿って矢印Ａ方向にスキャンする。裏面２１側のＨＣ改質領域７３の形成予定ラインＺ６に沿っても同様にレーザ光Ｌをスキャンする。
【００６８】
以上説明したように、各改質領域７１，７２，７３を形成するためのレーザ加工方法では、加工対象物１における切断予定ライン５に沿った部分５０において、有効部４１を含む中間部分５１ではレーザ光Ｌをパルス発振させ、中間部分５１の両側の一端部分５２及び他端部分５３ではレーザ光Ｌを連続発振させる。連続発振させた場合のレーザ光Ｌの強度は、パルス発振させた場合のレーザ光Ｌの強度に比べ低くなるため、中間部分５１には各改質領域７１，７２，７３を形成し、一端部分５２及び他端部分５３には各改質領域７１，７２，７３を形成しないようにすることができる。これにより、各改質領域７１，７２，７３は基板４の外面に達しないため、基板４がその分断工程以外の工程で小片化されず、小片化されたものの切断面同士の擦れ合いによるチッピングの発生を防止することが可能になる。その一方で、外縁部４２に包囲された有効部４１には各改質領域７１，７２，７３が確実に形成されるため、各改質領域７１，７２，７３を切断の起点として有効部４１を切断予定ライン５に沿って高精度に切断することが可能になる。
【００６９】
なお、図２４に示すように、所定の切断予定ライン５に沿ってのレーザ光Ｌのスキャンから、その所定の切断予定ライン５と隣り合う切断予定ライン５に沿ってのレーザ光Ｌのスキャンへの移行においては、レーザ光Ｌの発振を連続発振からパルス発振に一旦切り替えた後、パルス発振から連続発振に再度切り替えることが好ましい。これにより、当該移行においてレーザ光Ｌを連続発振させる時間を短くすることができるため、その所定の切断予定ライン５と隣り合う切断予定ライン５に沿ってのレーザ光Ｌのスキャンにおいて、レーザ光Ｌの発振を連続発振からパルス発振に切り替えた際に、安定したレーザ光Ｌの強度を得ることが可能になる。
【００７０】
なお、本発明の更なる効果として、基板４に貼り付けた保護テープ２２やエキスパンドテープ２３等の有機系フィルムと基板４の外縁部４２との境界部分周辺領域（すなわち、基板４が貼り付いていないフィルム上と、フィルムと基板４の外縁部４２との境界部と、基板４の有効部４１の外周までの領域）では、連続発振モードとして改質領域を形成せず、基板４の有効部４１では、パルス発振モードとして改質領域を形成することで、主にレーザ光焦点位置制御（オートフォーカス）装置の位置制御の追従性に起因して基板４とフィルムの段差によるレーザ光の挙動の変化による、所望部位以外の加工により生じる粉塵を防止することができる。
【００７１】
本発明は、上述した実施形態に限定されない。
【００７２】
例えば、上記実施形態の加工対象物１においては、基板４の外縁部４２の表面３側の角部と裏面２１側の角部とが共にラウンド状に面取りされていたが、図２５に示すように、外縁部４２の表面３側の角部と裏面２１側の角部とが共にラウンド状に面取りされていなくてもよい。また、図２６に示すように、外縁部４２の表面３側の角部のみがラウンド状に面取りされていてもよいし、図２７に示すように、外縁部４２の裏面２１側の角部のみがラウンド状に面取りされていてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、レーザ光Ｌの発振を連続発振からパルス発振に切り替える点γ１〜γ６が基板４の厚さ方向において一致していたが、基板４の外縁部４２内であれば厚さ方向において一致していなくてもよい。このことは、レーザ光Ｌの発振をパルス発振から連続発振に切り替える点τ１〜τ６についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。
【図２】図１に示す加工対象物のII−II線に沿っての断面図である。
【図３】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図４】図３に示す加工対象物のIV−IV線に沿っての断面図である。
【図５】図３に示す加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図である。
【図７】本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強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８】本実施形態に係るレーザ加工方法の第１工程における加工対象物の断面図である。
【図９】本実施形態に係るレーザ加工方法の第２工程における加工対象物の断面図である。
【図１０】本実施形態に係るレーザ加工方法の第３工程における加工対象物の断面図である。
【図１１】本実施形態に係るレーザ加工方法の第４工程における加工対象物の断面図である。
【図１２】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。
【図１３】本実施形態に係るレーザ加工方法における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１４】本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成されたシリコンウェハの断面図である。
【図１５】本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成される原理を説明するためのシリコンウェハの断面図である。
【図１６】本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成されたシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。
【図１７】本実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物の平面図である。
【図１８】図１７に示す加工対象物のXVIII−XVIII線に沿っての部分断面図である。
【図１９】本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図であり、（ａ）は加工対象物に保護テープを貼り付けた状態、（ｂ）は加工対象物にレーザ光を照射している状態である。
【図２０】本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図であり、（ａ）は加工対象物にエキスパンドテープを貼り付けた状態、（ｂ）は保護テープに紫外線を照射している状態である。
【図２１】本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図であり、（ａ）は加工対象物から保護テープを剥がした状態、（ｂ）はエキスパンドテープを拡張させた状態である。
【図２２】図１９（ｂ）に示す加工対象物のXXII−XXII線に沿っての部分断面図である。
【図２３】図１７に示す加工対象物における切断予定ラインに沿った部分の断面図である。
【図２４】図１７に示す加工対象物の底面図である。
【図２５】他の加工対象物における切断予定ラインに沿った部分の断面図である。
【図２６】他の加工対象物における切断予定ラインに沿った部分の断面図である。
【図２７】他の加工対象物における切断予定ラインに沿った部分の断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…加工対象物、５…切断予定ライン、７…改質領域、１３…溶融処理領域、１５…機能素子、４１…有効部、４２…外縁部、５１…中間部分、５２…一端部分、５３…他端部分、７１…品質改質領域、７２…分断改質領域、７３…ＨＣ改質領域、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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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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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