(57)【要約】【課題】ドライエッチングの進行を制御可能な加工対象物切断方法を提供する。【解決手段】単結晶シリコン基板１１と第１主面１ａ側に設けられた機能素子層１２とを有する加工対象物１を準備する。加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することで、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板１１の内部に、少なくとも１列の改質領域７を形成し、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って、加工対象物１に、少なくとも１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間に渡るように亀裂３１を形成する。このとき、亀裂３１が繋がらない未亀裂領域Ｍが加工対象物１における厚さ方向の所定位置に形成されるように改質領域７を形成する。加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施すことで、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って、加工対象物１に、第２主面１ｂに開口する溝３２を形成する。【選択図】図２３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板と、第１主面側に設けられた機能素子層と、を有する加工対象物を準備する第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記加工対象物にレーザ光を照射することにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、前記単結晶シリコン基板の内部に、少なくとも１列の改質領域を形成し、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、前記加工対象物に、前記少なくとも１列の改質領域と前記加工対象物の第２主面との間に渡るように亀裂を形成する第２ステップと、
前記第２ステップの後に、前記加工対象物に前記第２主面側からドライエッチングを施すことにより、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、前記加工対象物に、前記第２主面に開口する溝を形成する第３ステップと、を含み、
前記第２ステップにおいては、前記亀裂が繋がらない未亀裂領域が前記加工対象物における厚さ方向の所定位置に形成されるように前記改質領域を形成する、加工対象物切断方法。
【請求項２】
前記改質領域は、前記所定位置よりも前記第１主面側の第１改質領域と、前記所定位置よりも前記第２主面側の第２改質領域と、を少なくとも含み、
前記第２ステップにおいては、前記単結晶シリコン基板の内部において、前記第１改質領域から延びる前記亀裂が前記第２改質領域から延びる亀裂と繋がらない前記未亀裂領域、又は、前記第１改質領域及び第２改質領域の何れか一方から延びる前記亀裂が前記第１改質領域及び第２改質領域の何れか他方と繋がらない前記未亀裂領域が前記所定位置にて形成されるように、前記第１改質領域及び前記第２改質領域を形成する、請求項１に記載の加工対象物切断方法。
【請求項３】
前記第２ステップにおいては、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って並ぶ複数の改質スポットを形成することにより、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って前記少なくとも１列の改質領域を形成し、前記複数の改質スポットにおいて互いに隣り合う改質スポットの間に渡るように前記亀裂を形成する、請求項１又は２に記載の加工対象物切断方法。
【請求項４】
前記第３ステップにおいては、前記溝が前記未亀裂領域の前記第２主面側に到達してから前記未亀裂領域の前記第１主面側に到達するまでの間に前記エッチングを終了する、請求項１〜３の何れか一項に記載の加工対象物切断方法。
【請求項５】
前記第３ステップにおいては、前記エッチングを施すことにより、前記未亀裂領域の位置に屈曲部を有するＶ字形断面又はＵ字形断面の前記溝を形成する、請求項１〜４の何れか一項に記載の加工対象物切断方法。
【請求項６】
前記第３ステップの後に、前記第２主面側に拡張フィルムを貼り付け、前記拡張フィルムを拡張させることにより、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、前記加工対象物を複数の半導体チップに切断する第４ステップを備える、請求項１〜５の何れか一項に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、加工対象物切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の加工対象物切断方法に関する技術として、特許文献１には、加工対象物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加工対象物に改質領域を形成した後、エッチングを施すことにより改質領域に沿ってエッチングを進行させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１９７５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年の加工対象物切断方法では、ドライエッチングを利用して加工対象物を切断することが望まれる場合がある。この場合、例えば切断により得られる半導体チップの品質を管理するために、ドライエッチングの進行を制御することが求められる。
【０００５】
そこで、本発明は、ドライエッチングの進行を制御可能な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】
【０００６】
本発明に係る加工対象物切断方法は、単結晶シリコン基板と、第１主面側に設けられた機能素子層と、を有する加工対象物を準備する第１ステップと、第１ステップの後に、加工対象物にレーザ光を照射することにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の内部に、少なくとも１列の改質領域を形成し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、加工対象物に、少なくとも１列の改質領域と加工対象物の第２主面との間に渡るように亀裂を形成する第２ステップと、第２ステップの後に、加工対象物に第２主面側からドライエッチングを施すことにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、加工対象物に、第２主面に開口する溝を形成する第３ステップと、を含み、第２ステップにおいては、亀裂が繋がらない未亀裂領域が加工対象物における厚さ方向の所定位置に形成されるように改質領域を形成する。
【０００７】
この加工対象物切断方法では、少なくとも１列の改質領域と加工対象物の第２主面との間に渡るように亀裂が形成された加工対象物に、第２主面側からドライエッチングを施す。これにより、ドライエッチングが第２主面側から亀裂に沿って選択的に進行し、開口の幅が狭く且つ深い溝が複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って形成される。ここで、加工対象物における亀裂が繋がらない未亀裂領域におけるドライエッチングの進行は、亀裂に沿ったドライエッチングの進行に比べて遅滞することが見出される。そこで、所定位置に未亀裂領域が形成されるように改質領域を形成することで、その後のドライエッチングにおいて、この所定位置にて確実にドライエッチングの進行を遅滞させることができる。これにより、ドライエッチングの進行を制御することが可能となる。
【０００８】
本発明に係る加工対象物切断方法では、改質領域は、所定位置よりも第１主面側の第１改質領域と、所定位置よりも第２主面側の第２改質領域と、を少なくとも含み、第２ステップにおいては、単結晶シリコン基板の内部において、第１改質領域から延びる亀裂が第２改質領域から延びる亀裂と繋がらない未亀裂領域、又は、第１改質領域及び第２改質領域の何れか一方から延びる亀裂が第１改質領域及び第２改質領域の何れか他方と繋がらない未亀裂領域が所定位置にて形成されるように、第１改質領域及び第２改質領域を形成してもよい。この構成によれば、具体的な未亀裂領域の形成が実現される。
【０００９】
本発明に係る加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って並ぶ複数の改質スポットを形成することにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って少なくとも１列の改質領域を形成し、複数の改質スポットにおいて互いに隣り合う改質スポットの間に渡るように亀裂を形成してもよい。これによれば、ドライエッチングをより効率良く選択的に進行させることができる。
【００１０】
本発明に係る加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、溝が未亀裂領域の第２主面側に到達してから未亀裂領域の第１主面側に到達するまでの間にドライエッチングを終了してもよい。この構成によれば、所定位置にてドライエッチングの進行を終了させることができる。
【００１１】
本発明に係る加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、ドライエッチングを施すことにより、未亀裂領域の位置に屈曲部を有する断面Ｖ字状又は断面Ｕ字状の溝を形成してもよい。この構成によれば、未亀裂領域の位置に応じた形状の断面Ｖ字状又は断面Ｕ字状の溝を形成できる。
【００１２】
本発明に係る加工対象物切断方法は、第３ステップの後に、第２主面側に拡張フィルムを貼り付け、拡張フィルムを拡張させることにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、加工対象物を複数の半導体チップに切断する第４ステップを備えていてもよい。この構成によれば、加工対象物を複数の半導体チップに確実に分割できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ドライエッチングの進行を制御可能な加工対象物切断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための断面図である。
【図８】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための断面図である。
【図９】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための断面図である。
【図１０】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための断面図である。
【図１１】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図１２】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図１３】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図１４】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図１５】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図１６】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図１７】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図１８】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図１９】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図２０】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。
【図２１】加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための加工対象物の斜視図である。
【図２２】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図２３】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図２４】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図２５】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図２６】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図２７】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図２８】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図２９】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図３０】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
【図３１】一実施形態に係る加工対象物切断方法で得られた半導体チップの斜視図である。
【図３２】一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、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。
【００１６】
本実施形態に係る加工対象物切断方法では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、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、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１７】
図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光出射部であるレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）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を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力（パルスエネルギ、光強度）やパルス幅、パルス波形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。
【００１８】
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の内部に集光用レンズ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に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。
【００１９】
加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、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に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）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５及び図６に示されるように、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。
【００２０】
集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。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、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、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。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。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、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３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。
【００２１】
ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、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。一方、加工対象物１の表面３又は裏面に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３又は裏面に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３又は裏面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（表面吸収型レーザ加工）。
【００２２】
改質領域７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。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。
【００２３】
溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、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７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７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。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。
【００２４】
本実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、本実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
［加工対象物切断方法に関する実験結果］
【００２５】
まず、加工対象物切断方法の一例について、図７〜図１０を参照して説明する。なお、図７〜図１０に示される各構成は模式的なものであり、各構成の縦横比等は実際のものとは異なる。
【００２６】
図７の（ａ）に示されるように、単結晶シリコン基板１１と、第１主面１ａ側に設けられた機能素子層１２と、を有する加工対象物１を準備し、保護フィルム２１を加工対象物１の第１主面１ａに貼り付ける。機能素子層１２は、第１主面１ａに沿って例えばマトリックス状に配列された複数の機能素子１２ａ（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、又は回路として形成された回路素子等）を含んでいる。なお、加工対象物１の第２主面１ｂ（第１主面１ａとは反対側の主面）は、単結晶シリコン基板１１における機能素子層１２とは反対側の表面である。
【００２７】
続いて、図７の（ｂ）に示されるように、第２主面１ｂをレーザ光入射面として加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って単結晶シリコン基板１１の内部に複数列の改質領域７を形成し、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に亀裂３１を形成する。複数の切断予定ライン５は、加工対象物１の厚さ方向から見た場合に互いに隣り合う機能素子１２ａの間を通るように、例えば格子状に設定されている。複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って形成された複数列の改質領域７は、加工対象物１の厚さ方向に並んでいる。亀裂３１は、少なくとも、第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間に渡っている。
【００２８】
続いて、図８の（ａ）に示されるように、加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施すことにより、図８の（ｂ）に示されるように、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に溝３２を形成する。溝３２は、第２主面１ｂに開口する例えばＶ溝（断面Ｖ字状の溝）である。溝３２は、ドライエッチングが第２主面１ｂ側から亀裂３１に沿って（すなわち、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って）選択的に進行することにより形成される。そして、第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７がドライエッチングによって除去されることにより、溝３２の内面に凹凸領域９が形成される。凹凸領域９は、第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７に対応する凹凸形状を呈している。これらの詳細については後述する。
【００２９】
なお、加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施すとは、第１主面１ａを保護フィルム等で覆い、第２主面１ｂ（又は、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってガス通過領域が形成されたエッチング保護層２３（後述））をエッチングガスに晒した状態で、単結晶シリコン基板１１にドライエッチングを施すことを意味する。特に、反応性イオンエッチング（プラズマエッチング）を実施する場合には、プラズマ中の反応種を第２主面１ｂ（又は、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってガス通過領域が形成されたエッチング保護層２３（後述））に照射することを意味する。
【００３０】
続いて、図９の（ａ）に示されるように、拡張フィルム２２を加工対象物１の第２主面１ｂに貼り付け、図９の（ｂ）に示されるように、保護フィルム２１を加工対象物１の第１主面１ａから取り除く。続いて、図１０の（ａ）に示されるように、拡張フィルム２２を拡張させることにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１を複数の半導体チップ１５に切断し、図１０の（ｂ）に示されるように、半導体チップ１５をピックアップする。
【００３１】
次に、上述した加工対象物切断方法の一例のように改質領域を形成した後にドライエッチングを実施した場合の実験結果について説明する。
【００３２】
第１実験（図１１及び図１２参照）では、厚さ４００μｍの単結晶シリコン基板に２ｍｍ間隔でストライプ状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板に形成した。図１１の（ａ）は、改質領域形成後の単結晶シリコン基板の断面写真（正確には、後述する反応性イオンエッチングを実施する前に単結晶シリコン基板を切断した際の切断面の写真）であり、図１１の（ｂ）は、改質領域形成後の単結晶シリコン基板の平面写真である。以下、単結晶シリコン基板の厚さ方向を単に「厚さ方向」といい、単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面（図１１の（ａ）では、単結晶シリコン基板の上側の表面）を単に「一方の表面」という。
【００３３】
図１１において、「標準加工  表面：ＨＣ」は、自然球面収差（加工対象物にレーザ光を集光させることに起因して、スネルの法則等により当該集光位置で自然発生する収差）でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態である。「タクトアップ加工  表面：ＨＣ」は、光軸方向における集光点の長さが収差補正によって自然球面収差よりも短くなるようにレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が、図１１の（ａ）に見られる黒いスジの部分で繋がっていない状態である。
【００３４】
「ＶＬパターン加工  表面：ＨＣ」は、光軸方向における集光点の長さが収差付与によって自然球面収差よりも長くなるようにレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態である。「ＶＬパターン加工  表面：ＳＴ」は、光軸方向における集光点の長さが収差付与によって自然球面収差よりも長くなるようにレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っていない状態である。「ＶＬパターン加工  表面：アブレーション」は、光軸方向における集光点の長さが収差付与によって自然球面収差よりも長くなるようにレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面に露出している状態である。
【００３５】
以上のように改質領域を形成した後に、単結晶シリコン基板の一方の表面に、ＣＦ４（四フッ化炭素）を用いた反応性イオンエッチングを６０分間施した。その結果は、図１２に示されるとおりである。図１２の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の平面写真であり、図１２の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）である。
【００３６】
ここで、図１２に示される各用語の定義について、図１３を参照して説明する。「溝幅」とは、ドライエッチングによって形成された溝の開口の幅Ｗである。「溝深さ」とは、ドライエッチングによって形成された溝の深さＤである。「溝アスペクト比」とは、ＤをＷで除した（割った）値である。「Ｓｉエッチング量」とは、ドライエッチング実施前の単結晶シリコン基板の厚さ（元厚）からドライエッチング実施後の単結晶シリコン基板の厚さを減じた（引いた）値Ｅ１である。「ＳＤエッチング量」とは、Ｅ１にＤを加えた値Ｅ２である。「エッチング時間」とは、ドライエッチングを実施した時間Ｔである。「Ｓｉエッチングレート」とは、Ｅ１をＴで除した値である。「ＳＤエッチングレート」とは、Ｅ２をＴで除した値である。「エッチングレート比」とは、Ｅ２をＥ１で除した値である。
【００３７】
図１２に示される第１実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）に亀裂が至っていると、亀裂が繋がっている範囲内において、ドライエッチングが一方の表面側から亀裂に沿って選択的に（すなわち、高いエッチングレート比で）進行し、開口の幅が狭く且つ深い（すなわち、溝アスペクト比が高い）溝が形成される（「標準加工  表面：ＨＣ」と「ＶＬパターン加工  表面：ＳＴ」及び「ＶＬパターン加工  表面：アブレーション」との比較）。改質領域自体よりも亀裂のほうがドライエッチングの選択的な進行に顕著に寄与している（「標準加工  表面：ＨＣ」と「ＶＬパターン加工  表面：ＨＣ」及び「ＶＬパターン加工  表面：アブレーション」との比較）。各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が繋がっていないと、亀裂が繋がっていない部分（図１１の（ａ）に見られる黒いスジの部分）でドライエッチングの選択的な進行が停止する（「標準加工  表面：ＨＣ」と「タクトアップ加工  表面：ＨＣ」との比較）。なお、ドライエッチングの選択的な進行が停止するとは、ドライエッチングの進行速度が低下することを意味する。
【００３８】
第２実験（図１４及び図１５参照）では、厚さ１００μｍの単結晶シリコン基板に１００μｍ間隔で格子状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ２列の改質領域を単結晶シリコン基板の内部に形成した。ここでは、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れた状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が一方の表面及び他方の表面（一方の表面とは反対側の表面）の両方に至っている状態とした。そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングを施した。
【００３９】
第２実験の結果は、図１４及び図１５に示されるとおりである。図１４及び図１５において、「ＣＦ４：６０min」は、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングを６０分間施した場合を示し、「ＣＦ４：１２０min」は、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングを１２０分間施した場合を示す。図１４の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施前の単結晶シリコン基板の平面写真（一方の表面の写真）であり、図１４の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の底面写真（他方の表面の写真）である。図１５の（ａ）は、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って単結晶シリコン基板が切断されることにより得られた単結晶シリコンチップの側面写真であり、図１５の（ｂ）は、当該単結晶シリコンチップの寸法を示す図である。なお、図１５の（ａ）及び（ｂ）では、単結晶シリコン基板の一方の表面が下側になっている。
【００４０】
図１４及び図１５に示される第２実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）に亀裂が至っていると、亀裂が繋がっている範囲内において、ドライエッチングが一方の表面側から亀裂に沿って選択的に（すなわち、高いエッチングレート比で）進行し、開口の幅が狭く且つ深い（すなわち、溝アスペクト比が高い）溝が形成される。各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が一方の表面及び他方の表面の両方に至っていると、ドライエッチングのみで単結晶シリコン基板を完全にチップ化することができる。なお、「ＣＦ４：６０min」の場合に、単結晶シリコン基板の他方の面に貼り付けられた拡張フィルムを拡張させると、５０ｍｍ×５０ｍｍの矩形板状の単結晶シリコン基板を１００μｍ×１００μｍのチップに１００％の割合で切断することができた。
【００４１】
第３実験（図１６参照）では、厚さ４００μｍの単結晶シリコン基板に２ｍｍ間隔でストライプ状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板の内部に形成した。ここでは、自然球面収差でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態とした。そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、反応性イオンエッチングを施した。
【００４２】
第３実験の結果は、図１６に示されるとおりである。図１６において、「ＣＦ４（ＲＩＥ）」は、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングをＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）装置にて施した場合を示し、「ＳＦ６（ＲＩＥ）」は、ＳＦ６（六フッ化硫黄）を用いた反応性イオンエッチングをＲＩＥ装置にて施した場合を示し、「ＳＦ６（ＤＲＩＥ）」は、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングをＤＲＩＥ（Deep  Reactive  Ion  Etching）装置にて施した場合を示す。図１６の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の平面写真であり、図１６の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）である。
【００４３】
図１６に示される第３実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、同程度のＳｉエッチング量を確保するのに、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングよりもＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングのほうが長時間を要するものの、高いエッチングレート比及び高い溝アスペクト比を確保し得る点では、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングよりもＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングのほうが有利である。
【００４４】
第４実験（図１７参照）では、厚さ４００μｍの単結晶シリコン基板に２ｍｍ間隔でストライプ状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板の内部に形成した。図１７において、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：３０min  表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６０min  表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６Ｈ  表面：ＨＣ」は、自然球面収差でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態としたことを意味する。「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６Ｈ  表面：ＳＴ」は、自然球面収差でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っていない状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態としたことを意味する。
【００４５】
そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングを施した。図１７において、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：３０min  表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６０min  表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６Ｈ  表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６Ｈ  表面：ＳＴ」は、それぞれ、３０分、６０分、６時間、６時間、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングをＲＩＥ装置にて施したことを意味する。
【００４６】
第４実験の結果は、図１７に示されるとおりである。図１７の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）である。
【００４７】
図１７に示される第４実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）に亀裂が至っていると、亀裂が繋がっている範囲内においては、ドライエッチングの選択的な進行は停止しない（すなわち、高いエッチングレート比が維持される）。一方の表面に亀裂が至っていなくても、一方の表面のエッチングが進行し、一方の表面に亀裂が現れれば、当該亀裂に沿ってドライエッチングが選択的に進行し始める。ただし、一方の表面から一定の深さで亀裂の伸展を停止させることは困難であることから、エッチングの進行によって一方の表面に亀裂が現れるタイミングは場所によって異なり易く、その結果、形成される溝の開口の幅及び深さも場所によって異なり易い。したがって、一方の表面側に位置する１列の改質領域を形成する際に、一方の表面に亀裂が至るように当該改質領域を形成することは極めて重要である。
【００４８】
第５実験（図１８参照）では、厚さ３２０μｍの単結晶シリコン基板に３ｍｍ間隔で格子状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板の内部に形成した。ここでは、自然球面収差でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態とした。
【００４９】
そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、反応性イオンエッチングを施した。図１８において、「ＣＦ４（ＲＩＥ）  表面：ＨＣ」は、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングをＲＩＥ装置にて施したことを意味する。「ＸｅＦ２  表面：ＨＣ」は、ＸｅＦ２（二フッ化キセノン）を用いた反応性ガスエッチングを犠牲層エッチャー装置にて施したことを意味する。「ＸｅＦ２  表面：ＨＣ  ＳｉＯ２エッチング保護層」は、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面に形成され、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域から当該エッチング保護層の表面（単結晶シリコン基板とは反対側の外表面）に亀裂が至っている状態で、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングを犠牲層エッチャー装置にて施したことを意味する。
【００５０】
第５実験の結果は、図１８に示されるとおりである。図１８の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施前の単結晶シリコン基板の平面写真であり、図１８の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の平面写真であり、図１８の（ｃ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）である。
【００５１】
図１８に示される第５実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）に形成されていなければ、高いエッチングレート比及び高い溝アスペクト比を確保する点で、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングとＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングとで大きな差はない。ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面に形成されており、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域から当該エッチング保護層の表面に亀裂が至っていると、エッチングレート比及び溝アスペクト比が飛躍的に高くなる。
【００５２】
第６実験（図１９参照）では、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が一方の表面に形成された厚さ３２０μｍの単結晶シリコン基板に３ｍｍ間隔で格子状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板に形成した。そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングを犠牲層エッチャー装置にて１８０分間施した。
【００５３】
図１９において、「標準加工  表面：ＨＣ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れ、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域からエッチング保護層の表面（単結晶シリコン基板とは反対側の外表面）に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態である。「標準加工  表面：ＳＴ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れ、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っていない状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態である。
【００５４】
「タクトアップ加工１  表面：ＨＣ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れ、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域からエッチング保護層の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態である。「タクトアップ加工２  表面：ＨＣ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れ、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域からエッチング保護層の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が一部分で繋がっていない状態である。
【００５５】
「ＶＬパターン加工  表面：ＨＣ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに繋がり、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域からエッチング保護層の表面に亀裂が至っている状態である。「ＶＬパターン加工  表面：アブレーション」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに繋がり、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域がエッチング保護層の表面に露出している状態である。
【００５６】
第６実験の結果は、図１９に示されるとおりである。図１９の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）であり、図１９の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の切断面の写真である。
【００５７】
図１９に示される第５実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、エッチング保護層の表面に亀裂が至っていると、亀裂が繋がっている範囲内において、ドライエッチングが一方の表面側から亀裂に沿って選択的に（すなわち、高いエッチングレート比で）進行し、開口の幅が狭く且つ深い（すなわち、溝アスペクト比が高い）溝が形成される。各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が繋がっていないと、亀裂が繋がっていない部分においてドライエッチングの等方的に進行する（「タクトアップ加工２  表面：ＨＣ」における（ａ）欄の写真）。
【００５８】
以上の加工対象物切断方法に関する実験結果から、次のことが分かった。すなわち、一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）側に位置する１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っていること（ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面に形成されている場合には、当該エッチング保護層の表面に亀裂が至っていること）を前提とすると、亀裂が繋がっている範囲内では、図２０に示されるように、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングよりも、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング、及びＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングのほうが、高いエッチングレート比を確保することができる。更に、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面に形成されており、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域から当該エッチング保護層の表面に亀裂が至っていると、エッチングレート比が飛躍的に高くなる。また、溝アスペクト比に着目すると、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングが特に優れている。なお、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングは、プラズマによる単結晶シリコン基板の強度低下が防止される点で、有利である。
【００５９】
ドライエッチングが亀裂に沿って選択的に進行する原理について説明する。パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｐを加工対象物１の内部に位置させて、当該集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って相対的に移動させると、図２１に示されるように、切断予定ライン５に沿って並んだ複数の改質スポット７ａが加工対象物１の内部に形成される。切断予定ライン５に沿って並んだ複数の改質スポット７ａが１列の改質領域７に相当する。
【００６０】
加工対象物１の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域７が加工対象物１の内部に形成されている場合、加工対象物１の第２主面１ｂ（加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す場合の当該第２主面１ｂ）側に位置する１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間に渡るように亀裂３１が形成されていると、数ｎｍ〜数μｍの間隔を有する亀裂３１にエッチングガスが毛細管現象のように進入する（図２１の矢印参照）。これにより、ドライエッチングが亀裂３１に沿って選択的に進行すると推定される。
【００６１】
このことから、複数列の改質領域７において互いに隣り合う改質領域７の間に渡るように亀裂３１が形成されていると、ドライエッチングがより深く選択的に進行すると推定される。更に、切断予定ライン５に沿って並ぶ複数の改質スポット７ａにおいて互いに隣り合う改質スポット７ａの間に渡るように亀裂３１が形成されていると、ドライエッチングがより効率良く選択的に進行すると推定される。このとき、各改質スポット７ａには、その周囲からエッチングガスが接触することになるため、数μｍ程度の大きさを有する改質スポット７ａは、速やかに除去されると推定される。
【００６２】
なお、ここでいう亀裂３１は、各改質スポット７ａに含まれるマイクロクラック、各改質スポット７ａの周囲にランダムに形成されるマイクロクラック等とは異なる。ここでいう亀裂３１は、加工対象物１の厚さ方向に平行であり且つ切断予定ライン５を含む面に沿って伸展する亀裂である。ここでいう亀裂３１が単結晶シリコン基板に形成される場合、当該亀裂３１によって形成される面（数ｎｍ〜数μｍの間隔で互いに対向する亀裂面）は、単結晶シリコンが露出した面となる。なお、単結晶シリコン基板に形成される改質スポット７ａは、多結晶シリコン領域、高転位密度領域等を含んでいる。
【００６３】
次に、一実施形態に係る加工対象物切断方法について説明する。なお、図２２〜図３１に示される各構成は模式的なものであり、各構成の縦横比等は実際のものとは異なる。
【００６４】
まず、第１ステップとして、図２２の（ａ）に示されるように、単結晶シリコン基板１１と、第１主面１ａ側に設けられた機能素子層１２と、を有する加工対象物１を準備し、保護フィルム２１を加工対象物１の第１主面１ａに貼り付ける。
【００６５】
第１ステップの後に、第２ステップとして、図２２の（ｂ）に示されるように、第２主面１ｂをレーザ光入射面として加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って単結晶シリコン基板１１の内部に複数列の改質領域７を形成し、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に亀裂３１を形成する。複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って形成された複数列の改質領域７は、加工対象物１の厚さ方向に並んでいる。複数列の改質領域７のそれぞれは、切断予定ライン５に沿って並ぶ複数の改質スポット７ａによって構成されている（図２１参照）。亀裂３１は、第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間に渡っており、少なくとも当該１列の改質領域７を構成する複数の改質スポット７ａにおいて互いに隣り合う改質スポット７ａの間に渡っている（図２１参照）。
【００６６】
ただし、第２主面１ｂに至る亀裂３１は、次に説明するように、互いに隣り合う改質領域７の間で途切れている。すなわち、第２ステップでは、亀裂３１が繋がらない未亀裂領域Ｍが加工対象物１における厚さ方向の所定位置に形成されるように、複数列の改質領域７を形成する。未亀裂領域Ｍは、改質領域７が形成されていない単結晶構造の領域であって、亀裂３１の繋がりが断たれている領域である。未亀裂領域Ｍは、厚さ方向に亀裂３１が連続的に進行するのを止める領域である。所定位置は、予め設定された所望（任意）の深さ位置である。
【００６７】
図示する例では、複数列の改質領域７は、加工対象物１の厚さ方向の中央位置である所定位置よりも第１主面１ａ側の改質領域（第１改質領域）７と、当該所定位置よりも第２主面１ｂ側の改質領域（第２改質領域）７と、を含む。第２ステップでは、単結晶シリコン基板１１の内部において、第１主面１ａ側の改質領域７から延びる亀裂３１と第２主面１ｂ側の改質領域７から延びる亀裂３１とが繋がらない未亀裂領域Ｍが当該所定位置にて形成されるように、複数列の改質領域７を形成する。複数列の改質領域７の形成順序は特に限定されず、第１主面１ａ側から順に形成してもよいし、第２主面１ｂ側から順に形成してもよい。複数列の改質領域７の少なくとも一部を同時に形成してもよい。
【００６８】
第２ステップにおける加工条件の一例を説明する。各改質領域７を形成するに際しては、波長１０６４ｎｍ以上（ここでは１３４２ｎｍ）のレーザ光Ｌをパルス発振した。レーザ光Ｌのパルス幅は９０ｎｓとし、周波数は９０ｋＨｚとした。加工対象物１に対してレーザ光Ｌの集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って加工速度３４０ｍｍ／ｓで相対的に移動させた。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とした。レーザ光Ｌのエネルギは４μＪ〜１５μＪとした。厚さ方向における改質領域７の幅は、２０μｍ〜５６μｍとした。厚さ方向における未亀裂領域Ｍの幅が単結晶シリコン基板１１の厚さの１０％〜３０％となるように、各改質領域７を形成した。第１主面１ａは（１００）面とした。
【００６９】
第２ステップの後に、第３ステップとして、図２３の（ａ）に示されるように、加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施すことにより、図２３の（ｂ）に示されるように、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に溝３２を形成する。
【００７０】
溝３２は、第２主面１ｂに開口する例えばＶ溝（断面Ｖ字状の溝）である。ここでは、ＸｅＦ２を用いて、加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す（つまり、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングを施す）。また、ここでは、複数列の改質領域７のうち第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７が除去されることにより、除去された１列の改質領域７に対応する凹凸形状を呈する凹凸領域９が溝３２の内面に形成されるように、加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す。なお、凹凸領域９を形成する場合には、溝３２の内面から改質領域７（改質スポット７ａ）が完全に除去されるまでドライエッチングを実施することが好ましい。その一方で、凹凸領域９が完全になくなるまではドライエッチングを実施しないことが好ましい。第２主面１ｂに亀裂３１が至っていると、亀裂３１が繋がっている範囲内において、ドライエッチングが第２主面１ｂから亀裂３１に沿って選択的に進行するが、亀裂３１が途切れた未亀裂領域Ｍでドライエッチングの選択的な進行が停止する。なお、ドライエッチングの選択的な進行が停止するとは、ドライエッチングの進行速度が低下することを意味する。
【００７１】
第３ステップでは、溝３２が未亀裂領域Ｍの第２主面１ｂ側に到達してから未亀裂領域Ｍの第１主面１ａ側に到達するまでの間に、ドライエッチングを終了する。換言すると、第３ステップでは、未亀裂領域Ｍについてドライエッチングが開始されてから完了するまで（未亀裂領域Ｍの全てが除去される前まで）の間に、当該ドライエッチングを終了する。第３ステップでは、形成された当該溝３２の底部が、未亀裂領域Ｍに至ってから第１主面１ａ側の改質領域７から延びる亀裂３１に差しかかる前に、ドライエッチングを終了する。第３ステップでは、未亀裂領域Ｍの位置に屈曲部を有する断面Ｖ字状の溝３２を形成する。
【００７２】
第３ステップの後に、第４ステップとして、図２４の（ａ）に示されるように、拡張フィルム２２を加工対象物１の第２主面１ｂに貼り付け、図２４の（ｂ）に示されるように、保護フィルム２１を加工対象物１の第１主面１ａから取り除く。続いて、図２５の（ａ）に示されるように、拡張フィルム２２を拡張させることにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１を複数の半導体チップ１５に切断し、図２５の（ｂ）に示されるように、半導体チップ１５をピックアップする。
【００７３】
以上の加工対象物切断方法によって得られた半導体チップ１５について説明する。図３１に示されるように、半導体チップ１５は、単結晶シリコン基板１１０と、単結晶シリコン基板１１０の第１表面１１０ａ側に設けられた機能素子層１２０と、単結晶シリコン基板１１０の第２表面１１０ｂ（第１表面１１０ａとは反対側の表面）に形成されたエッチング保護層２３０と、を備えている。単結晶シリコン基板１１０は、加工対象物１の単結晶シリコン基板１１から切り出された部分である。機能素子層１２０は、加工対象物１の機能素子層１２から切り出された部分であり、１つの機能素子１２ａを含んでいる。エッチング保護層２３０は、エッチング保護層２３から切り出された部分である。
【００７４】
単結晶シリコン基板１１０は、第１部分１１１と、第２部分（部分）１１２と、を含んでいる。第１部分１１１は、第１表面１１０ａ側の部分である。第２部分１１２は、第２表面１１０ｂ側の部分である。第２部分１１２は、第１表面１１０ａから離れるほど細くなる形状を呈している。第２部分１１２は、加工対象物１の単結晶シリコン基板１１のうち溝３２が形成された部分（すなわち、ドライエッチングが進行した部分）に対応している。一例として、第１部分１１１は、四角形板状（直方体状）を呈しており、第２部分１１２は、第１部分１１１から離れるほど細くなる四角錘台状を呈している。
【００７５】
第１部分１１１の側面１１１ａには、改質領域７が帯状に形成されている。つまり、改質領域７は、各側面１１１ａおいて、各側面１１１ａに沿って第１表面１１０ａに平行な方向に延在している。第１表面１１０ａ側に位置する改質領域７は、第１表面１１０ａから離れている。改質領域７は、複数の改質スポット７ａによって構成されている（図２１参照）。複数の改質スポット７ａは、各側面１１１ａおいて、各側面１１１ａに沿って第１表面１１０ａに平行な方向に並んでいる。改質領域７（より具体的には、各改質スポット７ａ）は、多結晶シリコン領域、高転位密度領域等を含んでいる。
【００７６】
第２部分１１２の側面１１２ａには、凹凸領域９が帯状に形成されている。つまり、凹凸領域９は、各側面１１２ａおいて、各側面１１２ａに沿って第２表面１１０ｂに平行な方向に延在している。第２表面１１０ｂ側に位置する凹凸領域９は、第２表面１１０ｂから離れている。凹凸領域９は、加工対象物１の第２主面１ｂ側に位置する改質領域７がドライエッチングによって除去されることにより、形成されたものである。したがって、凹凸領域９は、改質領域７に対応する凹凸形状を呈しており、凹凸領域９では、単結晶シリコンが露出している。つまり、第２部分１１２の側面１１２ａは、凹凸領域９の凹凸面を含め、単結晶シリコンが露出した面となっている。
【００７７】
なお、半導体チップ１５は、エッチング保護層２３０を備えていなくてもよい。そのような半導体チップ１５は、例えば、エッチング保護層２３が除去されるように第２主面１ｂ側からドライエッチングが施された場合に得られる。
【００７８】
図３２の（ａ）において、上段は、凹凸領域９の写真であり、下段は、上段の一点鎖線に沿った凹凸領域９の凹凸プロファイルである。図３２の（ｂ）において、上段は、改質領域７の写真であり、下段は、上段の一点鎖線に沿った改質領域７の凹凸プロファイルである。これらを比較すると、凹凸領域９では、比較的大きな複数の凹部のみが形成される傾向があるのに対し、改質領域７では、比較的大きな複数の凹部だけでなく比較的大きな複数の凸部がランダムに形成される傾向があることが分かる。なお、図３２の（ｃ）は、加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施さずに加工対象物１を切断した場合の「第２主面１ｂ側に位置する改質領域７」の写真及び凹凸プロファイルである。この場合の改質領域７でも、比較的大きな複数の凹部だけでなく比較的大きな複数の凸部がランダムに形成される傾向がある。つまり、凹凸領域９において比較的大きな複数の凹部のみが形成される傾向があるのは、改質領域７がドライエッチングによって除去されたことに起因していることが分かる。
【００７９】
以上説明したように、加工対象物切断方法では、少なくとも１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間に渡るように亀裂３１が形成された加工対象物１に、第２主面１ｂ側からドライエッチングが施される。これにより、ドライエッチングが第２主面１ｂ側から亀裂３１に沿って選択的に進行し、開口の幅が狭く且つ深い溝３２が複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って形成される。ここで、加工対象物１における亀裂３１が繋がらない未亀裂領域Ｍにおけるドライエッチングの進行は、亀裂３１に沿ったドライエッチングの進行に比べて遅滞することが見出される。そこで、未亀裂領域Ｍが所定位置に形成されるように改質領域７を形成することで、その後のドライエッチングにおいて、未亀裂領域Ｍをエッチングストッパーとして機能させ、所定位置にて確実にドライエッチングの進行を遅滞させることができる。
【００８０】
したがって、加工対象物切断方法によれば、エッチングの進行を制御することが可能となる。任意の位置で確実にドライエッチングの選択的な進行を停止させ、高品質なエッチングダイシングが可能となる。機能素子層１２へのエッチングガスの回り込みを防止できる。未亀裂領域Ｍが形成されていない場合と比べて、複数の切断予定ライン５それぞれに沿う溝３２の各深さにバラつきが生じるのを抑制できる。
【００８１】
加工対象物切断方法では、所定位置よりも第１主面１ａ側の改質領域７と第２主面１ｂ側の改質領域７とが形成される。第２ステップにおいては、単結晶シリコン基板１１の内部において、第１主面１ａ側の改質領域７から延びる亀裂３１と第２主面１ｂ側の改質領域７から延びる亀裂３１とが繋がらない未亀裂領域Ｍが所定位置にて形成されるように、改質領域７を形成する。この構成によれば、具体的な未亀裂領域Ｍの形成が実現される。
【００８２】
加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って並ぶ複数の改質スポット７ａを形成することにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って少なくとも１列の改質領域７を形成し、複数の改質スポット７ａにおいて互いに隣り合う改質スポット７ａの間に渡るように亀裂３１を形成する。これによれば、ドライエッチングをより効率良く選択的に進行させることができる。
【００８３】
加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、溝３２が未亀裂領域Ｍの第２主面１ｂ側に到達してから未亀裂領域Ｍの第１主面１ａ側に到達するまでの間にエッチングを終了する。これにより、所定位置にてドライエッチングの進行を終了すること（エッチングがそれ以上進行しない状態にすること）ができる。
【００８４】
加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、ドライエッチングを施すことにより、未亀裂領域Ｍの位置に屈曲部を有する断面Ｖ字状の溝３２を形成する。これにより、未亀裂領域Ｍの位置に応じた形状の断面Ｖ字状の溝３２を形成できる。当該断面Ｖ字状により拡張フィルム２２の拡張による分断が容易になり、その分断率を改善することが可能となる。
【００８５】
加工対象物切断方法は、第３ステップの後に、第２主面１ｂ側に拡張フィルム２２を貼り付け、拡張フィルム２２を拡張させることにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って、加工対象物１を複数の半導体チップ１５に切断する第４ステップを備えている。これにより、切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１を複数の半導体チップ１５に確実に切断することができる。更に、拡張フィルム２２上において複数の半導体チップ１５が互いに離間するため、半導体チップ１５のピックアップの容易化を図ることができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、第２ステップにおいては、未亀裂領域Ｍをエッチングしないで切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断した場合において、切断された加工対象物１の一対の切断面のうち、一方の切断面の未亀裂領域Ｍの少なくとも一部に凸部が形成され、他方の切断面の未亀裂領域Ｍの少なくとも一部に凸部に対応する凹部が形成されるように、改質領域７を形成してもよい。未亀裂領域Ｍをエッチングしないで切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断した場合とは、例えば、品質確認等のために一時的に、第２ステップの後に第３ステップを実施せずに第４ステップを実施した場合が挙げられる。この構成によれば、未亀裂領域Ｍにおいて確実に亀裂が繋がらないようにすることができる。凸部の高さは、２μｍ〜６μｍであってもよく、厚さ方向における凸部の幅が６μｍ〜１７μｍであってもよい。切断面１２ｃは（１１０）面であってもよく、凸部を形成する面は（１１１）面であってもよい。なお、このような凹部又は凸部は、光学顕微鏡で観察すると黒いスジのように観察できるため、黒スジと呼ばれている。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。
【００８８】
上記実施形態では、加工対象物切断方法を実施するレーザ加工装置が反射型空間光変調器等の空間光変調器を備える場合、第２ステップにおいては、上記に代えてもしくは加えて、空間光変調器の変調パターンを適宜設定することにより、未亀裂領域Ｍが所定位置に形成されるように改質領域７を形成してもよい。
【００８９】
例えば、第１主面１ａ側の改質領域７を形成した後で第２主面１ｂ側の改質領域７を形成する前に、以下の変調パターンを用いて空間光変調器で変調したレーザ光Ｌを照射し、所定位置に未亀裂領域Ｍを形成されるように第１主面１ａ側の位置と第２主面１ｂ側の位置との間に改質領域７を形成してもよい。変調パターンは、要素パターンとして、品質パターン、個体差補正パターン、球面収差補正パターン、及び非点収差補正パターン等の少なくとも何れかを含んでいてもよい。変調パターンは、切断予定ライン５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５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んでいてもよい。
【００９０】
上記実施形態の第２ステップでは、単結晶シリコン基板１１の内部において、第１主面１ａ側の改質領域７から延びる亀裂３１が第２主面１ｂ側の改質領域７と繋がらない未亀裂領域Ｍ、又は、第２主面１ｂ側の改質領域７から延びる亀裂３１が第１主面１ａ側の改質領域７と繋がらない未亀裂領域Ｍが所定位置にて形成されるように、これらの改質領域７を形成してもよい。
【００９１】
上記実施形態では、保護フィルム２１としては、例えば、耐真空性を有する感圧テープ、ＵＶテープ等を用いることができる。保護フィルム２１に替えて、エッチング耐性を有するウェハ固定治具を用いてもよい。
【００９２】
上記実施形態では、ドライエッチングを実施する前に、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってガス通過領域が形成されたエッチング保護層を加工対象物１の第２主面１ｂに形成してもよい。エッチング保護層を介して加工対象物１にレーザ光Ｌを照射する場合、エッチング保護層の材料は、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料である必要がある。エッチング保護層としては、例えば、蒸着によって加工対象物１の第２主面１ｂにＳｉＯ２膜を形成してもよいし、或いは、スピンコートによって加工対象物１の第２主面１ｂにレジスト膜又は樹脂膜を形成してもよいし、或いは、シート状部材（透明樹脂フィルム等）、裏面保護テープ（ＩＲＬＣテープ／ＷＰテープ）等を加工対象物１の第２主面１ｂに貼り付けてもよい。ガス通過領域としては、例えば、エッチング保護層を介して加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、単結晶シリコン基板１１の内部に改質領域７を形成しつつ当該改質領域７からエッチング保護層の表面（単結晶シリコン基板とは反対側の外表面）に亀裂３１を至らせてもよいし、或いは、エッチング保護層にパターニングを施すことにより、加工対象物１の第２主面１ｂを露出させるスリットを形成してもよいし、或いは、レーザ光Ｌを照射することにより、改質領域（多数のマイクロクラックを含む領域、アブレーション領域等）を形成してもよい。
【００９３】
上記実施形態では、亀裂３１は、少なくとも１列の改質領域７と加工対象物１の第２主面１ｂとの間に渡るように形成されればよい。つまり、亀裂３１は、部分的であれば、第２主面１ｂに至らなくてもよい。更に、亀裂３１は、部分的であれば、互いに隣り合う改質スポット７ａの間に渡らなくてもよい。亀裂３１は、加工対象物１の第１主面１ａには、至っても、至らなくてもよい。
【００９４】
上記実施形態では、ドライエッチングは、複数列の改質領域７が除去されることにより、除去された複数列の改質領域７に対応する凹凸形状を呈し且つ単結晶シリコンが露出した凹凸領域９が溝３２の内面に形成されるように、第２主面１ｂ側から施されてもよい。ドライエッチングの種類は、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングに限定されない。ドライエッチングとして、例えば、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチング等を実施してもよい。
【００９５】
上記実施形態では、図２６の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、溝３２の断面形状がＶ字状となるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図２７の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、溝３２の断面形状がＵ字状となるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図２８の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、溝３２の断面形状がＩ字状となるようにドライエッチングを実施してもよい。
【００９６】
上記実施形態では、上述した第１ステップ及び第２ステップに替えて、次のように第１ステップ及び第２ステップを実施してもよい。すなわち、第１ステップとして、図２９の（ａ）に示されるように、加工対象物１を準備し、保護フィルム２１を加工対象物１の第２主面１ｂに貼り付ける。第１ステップの後に、第２ステップとして、第１主面１ａをレーザ光入射面として加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って単結晶シリコン基板１１の内部に複数列の改質領域７を形成し、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に亀裂３１を形成する。続いて、図２９の（ｂ）に示されるように、別の保護フィルム２１を第１主面１ａに貼り付け、先に貼り付けられていた保護フィルム２１を第２主面１ｂから取り除く。以降のステップは、上述した第３ステップ以降のステップと同様である。
【００９７】
上記実施形態では、加工対象物１の第１主面１ａに貼り付けられた保護フィルム２１の材料が、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料である場合には、図３０に示されるように、保護フィルム２１を介して加工対象物１にレーザ光Ｌを照射してもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１…加工対象物、１ａ…第１主面、１ｂ…第２主面、５…切断予定ライン、７…改質領域（第１改質領域，第２改質領域）、７ａ…改質スポット、１１…単結晶シリコン基板、１２…機能素子層、１５…半導体チップ、２２…拡張フィルム、３１…亀裂、３２…溝、Ｌ…レーザ光、Ｍ…未亀裂領域。
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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