(57)【要約】【課題】  板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って確実に切断することができる加工対象物切断方法を提供する。【解決手段】  切断予定ラインに沿って溶融処理領域１３が内部に形成された加工対象物１の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープ２３を拡張させることで、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１を切断予定ラインに沿って切断する。このとき、切断予定ラインに沿って切断されなかった未切断領域１ａが残ったとしても、エキスパンドテープ２３を拡張させた状態で、エキスパンドテープ２３を介在させて加工対象物１を載置台２０１上に載置し、その加工対象物１に対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行うことで、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１の未切断領域１ａを切断予定ラインに沿って切断することができる。【選択図】  図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の機能素子が表面に設けられた板状の加工対象物をその加工対象物の切断予定ラインに沿って前記機能素子毎に切断する加工対象物切断方法であって、
レーザ光の照射によって前記切断予定ラインに沿って改質領域が内部に形成された前記加工対象物の裏面に貼り付けられた拡張可能シートを拡張させる第１の工程と、
前記拡張可能シートを拡張させた状態で、前記拡張可能シートを介在させて前記加工対象物を載置台上に載置する第２の工程と、
前記載置台上に載置された前記加工対象物に対し、前記加工対象物の表面に配置された保護シート越しに押圧部材を押し付けながら、前記加工対象物に対し、前記加工対象物の表面に沿って前記押圧部材を相対的に移動させる第３の工程と、を含むことを特徴とする加工対象物切断方法。
【請求項２】
前記第２の工程では、前記拡張可能シートは、真空吸着によって前記載置台に保持され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】
前記第３の工程では、前記加工対象物の全体に対し、前記加工対象物の表面に沿って前記押圧部材を相対的に移動させることを特徴とする請求項１又は２記載の加工対象物切断方法。
【請求項４】
前記第３の工程では、前記第２の工程において前記切断予定ラインに沿って切断されなかった前記加工対象物の未切断領域に対し、前記加工対象物の表面に沿って前記押圧部材を相対的に移動させることを特徴とする請求項１又は２記載の加工対象物切断方法。
【請求項５】
前記加工対象物は半導体基板を備え、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１〜４のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。
【請求項６】
複数の機能素子が表面に設けられた板状の加工対象物をその加工対象物の切断予定ラインに沿って前記機能素子毎に切断する加工対象物切断方法であって、
レーザ光の照射によって前記切断予定ラインに沿って改質領域が内部に形成された前記加工対象物の裏面に貼り付けられた拡張可能シートを拡張させる第１の工程と、
前記拡張可能シートを拡張させた状態で、前記加工対象物の表面に配置された保護シートを介在させて前記加工対象物を載置台上に載置する第２の工程と、
前記載置台上に載置された前記加工対象物に対し、前記拡張可能シート越しに押圧部材を押し付けながら、前記加工対象物に対し、前記加工対象物の裏面に沿って前記押圧部材を相対的に移動させる第３の工程と、を含むことを特徴とする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、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断する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として、レーザ光の照射によって切断予定ラインに沿って改質領域が内部に形成された板状の加工対象物の裏面に貼り付けられた拡張可能シートを拡張させた後、その拡張可能シートを拡張させた状態で、切断予定ラインに沿って切断されなかった加工対象物の未切断領域に対し、拡張可能シート越しに押圧部材を押し付けるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２５１９８６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、上述したような加工対象物切断方法にあっては、加工対象物の未切断領域に対し、拡張可能シート越しに押圧部材を押し付けると、拡張可能シートが大きく撓むため、加工対象物の未切断領域が切断予定ラインに沿って確実に切断されないおそれがある。特に、金属膜が裏面に設けられた板状の加工対象物をμチップ等の極小チップに切断するような場合、その確実な切断は極めて困難である。
【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、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って確実に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】
【０００５】
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、複数の機能素子が表面に設けられた板状の加工対象物をその加工対象物の切断予定ラインに沿って機能素子毎に切断する加工対象物切断方法であって、レーザ光の照射によって切断予定ラインに沿って改質領域が内部に形成された加工対象物の裏面に貼り付けられた拡張可能シートを拡張させる第１の工程と、拡張可能シートを拡張させた状態で、拡張可能シートを介在させて加工対象物を載置台上に載置する第２の工程と、載置台上に載置された加工対象物に対し、加工対象物の表面に配置された保護シート越しに押圧部材を押し付けながら、加工対象物に対し、加工対象物の表面に沿って押圧部材を相対的に移動させる第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
この加工対象物切断方法では、切断予定ラインに沿って改質領域が内部に形成された加工対象物の裏面に貼り付けられた拡張可能シートを拡張させることで、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断予定ラインに沿って切断することができる。このとき、切断予定ラインに沿って切断されなかった未切断領域が残ったとしても、拡張可能シートを拡張させた状態で、拡張可能シートを介在させて加工対象物を載置台上に載置し、その加工対象物に対して、押圧部材の押し付け及び押圧部材の相対的な移動を行うことで、改質領域を切断の起点として加工対象物の未切断領域を切断予定ラインに沿って切断することができる。従って、この加工対象物切断方法によれば、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って確実に切断することが可能となる。
【０００７】
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することにより、加工対象物の内部において多光子吸収その他の光吸収を生じさせることで形成される。
【０００８】
本発明に係る加工対象物切断方法においては、第２の工程では、拡張可能シートは、真空吸着によって載置台に保持されることが好ましい。これにより、拡張可能シートが貼り付けられた加工対象物も載置台に保持されることになる。そのため、その加工対象物に対して、押圧部材の押し付け及び押圧部材の相対的な移動を行った際に、押圧部材による外力を加工対象物に確実に作用させることができる。
【０００９】
本発明に係る加工対象物切断方法においては、第３の工程では、加工対象物の全体に対し、加工対象物の表面に沿って押圧部材を相対的に移動させてもよいし、また、第３の工程では、第２の工程において切断予定ラインに沿って切断されなかった加工対象物の未切断領域に対し、加工対象物の表面に沿って押圧部材を相対的に移動させてもよい。
【００１０】
本発明に係る加工対象物切断方法においては、加工対象物は半導体基板を備え、改質領域は溶融処理領域を含む場合がある。
【００１１】
また、本発明に係る加工対象物切断方法は、複数の機能素子が表面に設けられた板状の加工対象物をその加工対象物の切断予定ラインに沿って機能素子毎に切断する加工対象物切断方法であって、レーザ光の照射によって切断予定ラインに沿って改質領域が内部に形成された加工対象物の裏面に貼り付けられた拡張可能シートを拡張させる第１の工程と、拡張可能シートを拡張させた状態で、加工対象物の表面に配置された保護シートを介在させて加工対象物を載置台上に載置する第２の工程と、載置台上に載置された加工対象物に対し、拡張可能シート越しに押圧部材を押し付けながら、加工対象物に対し、加工対象物の裏面に沿って押圧部材を相対的に移動させる第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
この加工対象物切断方法では、上述した本発明に係る加工対象物切断方法と同様に、切断予定ラインに沿って改質領域が内部に形成された加工対象物の裏面に貼り付けられた拡張可能シートを拡張させることで、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断予定ラインに沿って切断することができる。このとき、切断予定ラインに沿って切断されなかった未切断領域が残ったとしても、拡張可能シートを拡張させた状態で、保護シートを介在させて加工対象物を載置台上に載置し、その加工対象物に対して、押圧部材の押し付け及び押圧部材の相対的な移動を行うことで、改質領域を切断の起点として加工対象物の未切断領域を切断予定ラインに沿って切断することができる。従って、この加工対象物切断方法によっても、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って確実に切断することが可能となる。
【００１３】
なお、この加工対象物切断方法では、加工対象物に対し、加工対象物の裏面に貼り付けられた拡張可能シート越しに押圧部材を押し付けながら、加工対象物の裏面に沿って押圧部材を相対的に移動させる。そのため、この加工対象物切断方法は、加工対象物の表面に設けられた機能素子が脆弱であって、そのような機能素子を確実に保護すべき場合に、特に有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って確実に切断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。本実施形態の加工対象物切断方法では、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、ウェハ状（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。
【００１８】
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。
【００１９】
本実施形態に係るレーザ加工方法は、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）〜（３）の場合がある。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【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。
【００３５】
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。ちなみに、溶融処理領域の形成は多光子吸収が原因の場合のみでなく、他の吸収作用が原因の場合もある。
【００３６】
（３）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。
【００３７】
以上、改質領域として（１）〜（３）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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
【００４１】
図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、厚さ１５０μｍ、外径６インチのシリコンウェハ（半導体基板）１１と、シリコンウェハ１１の表面１１ａに形成された複数の機能素子１５と、シリコンウェハ１１の裏面１１ｂに形成された金属膜１７と、を備えている。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り、シリコンウェハ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多数形成されている。また、金属膜１７は、例えばＡｕからなる。
【００４２】
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毎に切断し、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍのμチップを得る。
【００４３】
まず、図１６（ａ）に示すように、加工対象物１の裏面２１（すなわち、金属膜１７の裏面）にエキスパンドテープ（拡張可能シート）２３を貼り付ける。続いて、図１６（ｂ）に示すように、エキスパンドテープ２３を介在させて加工対象物１をレーザ加工装置の載置台１０１上に固定する。そして、加工対象物１の表面３（すなわち、機能素子１５の表面、及び露出するシリコンウェハ１１の表面１１ａ）をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射し、載置台１０１の移動によって、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５（図１４の破線参照）に沿って集光点Ｐを相対的に移動させる。
【００４４】
この切断予定ライン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２回行うが、集光点Ｐを合わせる位置の表面３からの距離を各回毎に変えることで、裏面２１側から順に、２列の溶融処理領域１３を切断予定ライン５に沿ってシリコンウェハ１１の内部に１列ずつ形成する。なお、溶融処理領域１３から加工対象物１の表面３又は裏面２１に割れが発生する場合もある。また、溶融処理領域１３には、クラックが混在する場合もある。更に、１本の切断予定ライン５に対してシリコンウェハ１１の内部に形成される溶融処理領域１３の列数は、シリコンウェハ１１の厚さ等に応じて変化するものであり、２列に限定されず、１列の場合や３列以上の場合もある。
【００４５】
続いて、図１７（ａ）に示すように、エキスパンドテープ拡張装置（図示せず）において、エキスパンドテープ２３を周囲に拡張させることで、溶融処理領域１３を切断の起点として、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断すると共に、切断により得られた複数の半導体チップ２５を互いに離間させる。このとき、全ての切断予定ライン５に沿って加工対象物１が半導体チップ２５に切断される場合もあるが、ここでは、切断予定ライン５に沿って切断されなかった未切断領域１ａが残ったものとする。
【００４６】
続いて、図１７（ｂ）に示すように、エキスパンドテープ２３の拡張状態を保持するためのグリップリング２２をエキスパンドテープ２３に装着した後、エキスパンドテープ２３を拡張させた状態で、エキスパンドテープ２３を介在させて加工対象物１を載置台２０１上に載置し、真空吸着によってエキスパンドテープ２３を載置台２０１上に固定する。そして、機能素子１５を保護するために、例えば厚さ２０μｍのＰＥＴ製或いはＰＶＣ製の透明フィルム（保護シート）２４を加工対象物１の表面３に被せた後、加工対象物１に対し、透明フィルム２４越しに樹脂製のスキージ（押圧部材）２６を押し付けて外力を作用させながら、加工対象物１の全体に対し、加工対象物１の表面３に沿って矢印Ｂ方向にスキージ２６を相対的に移動させる。なお、耐久性を確保するためには、スキージ２６は、例えば金属製或いはセラミックス製であることが好ましい。
【００４７】
このように、加工対象物１に対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行うことで、図１８に示すように、溶融処理領域１３を切断の起点として未切断領域１ａを切断予定ライン５に沿って切断することができる。ちなみに、スキージ２６の相対的な移動は、図１９（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１のオリエンテーションフラット６に平行な方向に延在する切断予定ライン５に沿って行われると共に、図１９（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１のオリエンテーションフラット６に垂直な方向に延在する切断予定ライン５に沿って行われる。
【００４８】
以上説明したように、第１の実施形態の加工対象物切断方法では、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３が内部に形成された加工対象物１の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープ２３を拡張させることで、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断することができる。このとき、切断予定ライン５に沿って切断されなかった未切断領域１ａが残ったとしても、エキスパンドテープ２３を拡張させた状態で、エキスパンドテープ２３を介在させて加工対象物１を載置台２０１上に載置し、その加工対象物１に対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行うことで、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１の未切断領域１ａを切断予定ライン５に沿って切断することができる。一般的に、金属膜１７が裏面２１に設けられた加工対象物１をμチップ等の極小チップに確実に切断するのは極めて困難であるが、第１の実施形態の加工対象物切断方法によれば、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って確実に切断することが可能となる。
【００４９】
また、エキスパンドテープ２３を介在させて加工対象物１を載置台２０１上に載置したとき、エキスパンドテープ２３は、真空吸着によって載置台２０１に保持される。これにより、エキスパンドテープ２３が貼り付けられた加工対象物１も載置台２０１に保持されることになる。そのため、その加工対象物１に対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行った際に、スキージ２６による外力を加工対象物１に確実に作用させることができる。
【００５０】
ここで、加工対象物１に対するスキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動によって、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１の未切断領域１ａが切断される原理について、図２０（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００５１】
エキスパンドテープ２３を拡張させた状態で、エキスパンドテープ２３を介在させて加工対象物１を載置台２０１上に載置し、真空吸着によってエキスパンドテープ２３を載置台２０１上に固定すると、加工対象物１の未切断領域１ａには引張応力が生じる。この状態で、加工対象物１に対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行うと、エキスパンドテープ２３において未切断領域１ａの溶融処理領域１３に対向する部分が沈み込み、未切断領域１ａは、溶融処理領域１３を基準として折れ曲がるようにして切断される。このとき、エキスパンドテープ２３下には、エキスパンドテープ２３より硬い載置台２０１が存在するため、スキージ２６による外力が未切断領域１ａに作用せずに逃げるのが抑制される。従って、エキスパンドテープ２３を拡張させた状態で、エキスパンドテープ２３を介在させて加工対象物１を載置台２０１上に載置し、その加工対象物１に対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行うことで、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１の未切断領域１ａを切断予定ライン５に沿って切断することができる。
［第２の実施形態］
【００５２】
第２の実施形態の加工対象物切断方法は、エキスパンドテープ２３を周囲に拡張させることで、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断した後の工程が、第１の実施形態の加工対象物切断方法と異なっている。
【００５３】
すなわち、図２１（ａ）に示すように、エキスパンドテープ２３の拡張状態を保持するためのグリップリング２２をエキスパンドテープ２３に装着した後、加工対象物１の表面３に、機能素子１５を保護するためにバックグラインドテープ（保護シート）２７を貼り付ける。続いて、図２１（ｂ）に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させた状態で、バックグラインドテープ２７を介在させて加工対象物１を載置台２０１上に載置し、真空吸着によってバックグラインドテープ２７を載置台２０１上に固定する。そして、加工対象物１に対し、エキスパンドテープ２３越しにスキージ２６を押し付けて外力を作用させながら、加工対象物１の全体に対し、加工対象物１の裏面２１に沿って矢印Ｂ方向にスキージ２６を相対的に移動させる。これにより、図２２に示すように、溶融処理領域１３を切断の起点として未切断領域１ａを切断予定ライン５に沿って切断することができる。
【００５４】
以上説明したように、第２の実施形態の加工対象物切断方法では、上述した第１の実施形態の加工対象物切断方法と同様に、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３が内部に形成された加工対象物１の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープ２３を拡張させることで、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断することができる。このとき、切断予定ライン５に沿って切断されなかった未切断領域１ａが残ったとしても、エキスパンドテープ２３を拡張させた状態で、バックグラインドテープ２７を介在させて加工対象物１を載置台２０１上に載置し、その加工対象物１に対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行うことで、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１の未切断領域１ａを切断予定ライン５に沿って切断することができる。従って、第２の実施形態の加工対象物切断方法によっても、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って確実に切断することが可能となる。
【００５５】
なお、第２の実施形態の加工対象物切断方法では、加工対象物１に対し、加工対象物１の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープ２３越しにスキージ２６を押し付けながら、加工対象物１の裏面２１に沿ってスキージ２６を相対的に移動させる。そのため、第２の実施形態の加工対象物切断方法は、加工対象物１の表面３に設けられた機能素子１５が脆弱であって、そのような機能素子１５を確実に保護すべき場合に、特に有効である。
【００５６】
本発明は、上述した第１及び第２の実施形態の加工対象物切断方法に限定されるものではない。
【００５７】
例えば、上述した第１及び第２の実施形態の加工対象物切断方法では、加工対象物１の全体に対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行ったが、加工対象物１の未切断領域１ａに対して、スキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行ってもよい。この場合において、第１の実施形態のように透明フィルム２４を介してスキージ２６の押し付け及びスキージ２６の相対的な移動を行えば、加工対象物１の未切断領域１ａを目視により確認することができる。なお、加工対象物１の未切断領域１ａを画像処理により認識してもよい。
【００５８】
また、上述した第１及び第２の実施形態の加工対象物切断方法では、加工対象物１に対して、スキージ２６をその刃に略垂直な方向に相対的に移動させたが、加工対象物１に対して、スキージ２６をその刃に略平行な方向に相対的に移動させてもよい。
【００５９】
また、上述した第１及び第２の実施形態の加工対象物切断方法では、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面としたが、加工対象物１の裏面２１をレーザ光入射面としてもよい。加工対象物１の裏面２１をレーザ光入射面とする場合には、一例として、次のように加工対象物１を複数の半導体チップ２５に切断する。
【００６０】
すなわち、加工対象物１の表面３に保護テープを貼り付け、保護テープにより機能素子１５を保護した状態で、レーザ加工装置の載置台１０１に、加工対象物１を保持した保護テープを固定する。そして、加工対象物１の裏面２１をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１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に沿って溶融処理領域１３をシリコンウェハ１１の内部に形成する。続いて、載置台１０１に固定された保護テープを加工対象物１と共に離隔させる。そして、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープ２３を貼り付けて、加工対象物１の表面３から保護テープを剥がした後、エキスパンドテープ２３を拡張させて、溶融処理領域１３を切断の起点として加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されることで得られた複数の半導体チップ２５を互いに離間させる。その後の工程は、上述した第１及び第２の実施形態と同様である。
【００６１】
また、上述した第１及び第２の実施形態の加工対象物切断方法では、加工対象物１のシリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３を形成したが、ガラスや圧電材料等、他の材料からなるウェハの内部に、クラック領域や屈折率変化領域等、他の改質領域を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【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透過率との関係を示すグラフである。
【図１４】第１の実施形態の加工対象物切断方法の対象となる加工対象物の平面図である。
【図１５】図１４に示すXV−XV線に沿っての部分断面図である。
【図１６】第１の実施形態の加工対象物切断方法を説明するための部分断面図である。
【図１７】図１６に続く第１の実施形態の加工対象物切断方法を説明するための部分断面図である。
【図１８】図１７に続く第１の実施形態の加工対象物切断方法を説明するための部分断面図である。
【図１９】第１の実施形態の加工対象物切断方法のスキージの相対的な移動を説明するための平面図である。
【図２０】第１の実施形態の加工対象物切断方法の原理を説明するための部分断面図である。
【図２１】第２の実施形態の加工対象物切断方法を説明するための部分断面図である。
【図２２】図２１に続く第２の実施形態の加工対象物切断方法を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…加工対象物、１ａ…未切断領域、３…表面、５…切断予定ライン、１１…シリコンウェハ（半導体基板）、１３…溶融処理領域（改質領域）、１５…機能素子、２１…裏面、２３…エキスパンドテープ（拡張可能シート）、２４…透明フィルム（保護シート）、２６…スキージ（押圧部材）、２７…バックグラインドテープ（保護シート）、２０１…載置台、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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