(57)【要約】【課題】  所定の面に最も近い改質領域を所定の面の極近傍に形成したり、レーザ光入射面に最も近い改質領域をレーザ光入射面の極近傍に形成したりすることができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】  加工対象物１のレーザ光入射面である表面３に対向する金属膜１７の表面１７ａで反射されたレーザ光Ｌの反射光をシリコンウェハ１１に照射することで、６列の溶融処理領域１３１，１３２のうち、金属膜１７の表面１７ａに最も近い溶融処理領域１３１を形成する。これにより、溶融処理領域１３１を金属膜１７の表面１７ａの極近傍に形成することができる。【選択図】  図１８
2008100284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記加工対象物の厚さ方向に並ぶように、切断の起点となる複数列の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、
前記加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面に対向する所定の面で反射されたレーザ光の反射光を前記加工対象物に照射することにより、複数列の前記改質領域のうち、前記所定の面に最も近い改質領域及び前記レーザ光入射面に最も近い改質領域の少なくとも１列を含む１列又は複数列の改質領域を形成することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記所定の面は、前記加工対象物が備える金属膜における前記レーザ光入射面側の面であ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】
複数列の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ことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
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、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、
前記加工対象物のレーザ光入射面に対向するレーザ光反射面をレーザ光が透過すると仮定した場合に、レーザ光の進行方向において前記レーザ光反射面の下流側の位置が、レーザ光を前記加工対象物に集光するための集光用レンズによって集光されるレーザ光の集光点となるように、前記集光用レンズを配置し、前記加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の少なくとも内部に前記改質領域を形成することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項６】
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、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装置であって、
前記加工対象物のレーザ光入射面に対向するレーザ光反射面をレーザ光が透過すると仮定した場合に、レーザ光の進行方向において前記レーザ光反射面の下流側の位置が、レーザ光を前記加工対象物に集光するための集光用レンズによって集光されるレーザ光の集光点となるように、前記集光用レンズを配置し、前記加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の少なくとも内部に前記改質領域を形成する制御部を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【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ためのレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工方法として、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、加工対象物の厚さ方向に並ぶように、切断の起点となる複数列の改質領域を加工対象物の内部に形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４３００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したようなレーザ加工方法では、加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面（例えば、加工対象物の表面）に対向する所定の面（例えば、加工対象物の裏面）に最も近い改質領域は、所定の面の極近傍に形成されることが好ましい。また、レーザ光入射面に最も近い改質領域は、レーザ光入射面の極近傍に形成されることが好ましい。なぜなら、これらの改質領域が所定の面やレーザ光入射面から離れた位置に形成されると、加工対象物を切断した際に、加工対象物の厚さ方向における切断面の各端部が切断予定ラインから大きく外れるおそれがあるからである。
【０００４】
しかしながら、上述したようなレーザ加工方法にあっては、所定の面に最も近い改質領域を所定の面の極近傍に形成しようとしても、例えば、加工対象物の厚さが切断予定ラインに沿って変化していると、所定の面に最も近い改質領域が部分的に所定の面から離れた位置に形成されるおそれがある。また、レーザ光入射面に最も近い改質領域をレーザ光入射面の極近傍に形成しようとしても、例えば、吸収係数の温度依存性（詳細は後述する）により、レーザ光入射面が溶融等の損傷を受けるおそれがある。このように、所定の面に最も近い改質領域を所定の面の極近傍に形成しようとしても困難なことが多かった。
【０００５】
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、所定の面に最も近い改質領域を所定の面の極近傍に形成したり、レーザ光入射面に最も近い改質領域をレーザ光入射面の極近傍に形成したりすることができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置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】
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、加工対象物の厚さ方向に並ぶように、切断の起点となる複数列の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、加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面に対向する所定の面で反射されたレーザ光の反射光を加工対象物に照射することにより、複数列の改質領域のうち、所定の面に最も近い改質領域及びレーザ光入射面に最も近い改質領域の少なくとも１列を含む１列又は複数列の改質領域を形成することを特徴とする。
【０００７】
このレーザ加工方法では、加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面に対向する所定の面で反射されたレーザ光の反射光を加工対象物に照射することで、複数列の改質領域のうち、所定の面に最も近い改質領域及びレーザ光入射面に最も近い改質領域の少なくとも１列を含む１列又は複数列の改質領域を形成する。これにより、所定の面に最も近い改質領域を所定の面の極近傍に形成したり、レーザ光入射面に最も近い改質領域をレーザ光入射面の極近傍に形成したりすることが可能となる。
【０００８】
なお、各改質領域は、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。
【０００９】
本発明に係るレーザ加工方法においては、所定の面は、加工対象物が備える金属膜におけるレーザ光入射面側の面である場合がある。
【００１０】
本発明に係るレーザ加工方法においては、複数列の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ことが好ましい。これにより、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。
【００１１】
本発明に係るレーザ加工方法においては、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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、制御性良く、所定の面に最も近い改質領域を所定の面の極近傍に形成したり、レーザ光入射面に最も近い改質領域をレーザ光入射面の極近傍に形成したりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
（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
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
以上、多光子吸収により形成される改質領域として（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００３９】
図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、いわゆるＭＥＭＳウェハであり、厚さ３００μｍのシリコンウェハ（半導体基板）１１と、複数の機能素子１５を含んでシリコンウェハ１１の表面に形成された機能素子層１６と、シリコンウェハ１１の裏面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、機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路等であり、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。金属膜１７は金からなり、その厚さは３μｍである。
【００４０】
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１６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２３を貼り付ける。そして、機能素子層１６を上側にして加工対象物１をレーザ加工装置の載置台（図示せず）上に固定する。
【００４１】
続いて、図１７に示すように、加工対象物１の表面３、すなわち機能素子層１６の表面をレーザ光入射面として、シリコンウェハ１１の表面から３２０μｍの位置（シリコンウェハ１１の外部）が集光点となる集光用レンズの位置（加工対象物のレーザ光入射面（ここでは、表面３）に対向するレーザ光反射面（ここでは、金属膜１７の表面１７ａ）をレーザ光が透過すると仮定した場合。以下、同様。）でレーザ光Ｌを照射し、載置台の移動によって、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）に沿ってレーザ光Ｌをスキャンする。
【００４２】
このとき、加工対象物１の表面３に対向する金属膜１７の表面（所定の面）１７ａ、すなわち金属膜１７におけるレーザ光入射面側の面でレーザ光Ｌが反射され、その反射光ＲＬがシリコンウェハ１１に照射されて、シリコンウェハ１１の内部における裏面２１の極近傍に集光する。これにより、シリコンウェハ１１の内部における裏面２１の極近傍に、溶融処理領域１３１及び微小空洞１４が切断予定ライン５に沿って形成される。なお、この場合のレーザ光の照射条件は、パルス幅１５０ｎｓ、エネルギー１５μＪである。また、上述した「シリコンウェハ１１の表面から３２０μｍの位置」は、球面収差等を考慮しない理論上の「集光点Ｐを合わせる位置」を意味している。
【００４３】
ここで、微小空洞１４について説明する。一般的に、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が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と、シリコンウェハ１１の内部に、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がある。微小空洞１４は、溶融処理領域１３と離れて形成される場合もあるし、溶融処理領域１３と連続して形成される場合もあるが、レーザ光の進行方向において溶融処理領域１３の下流側に形成される。上述した場合では、微小空洞１４が溶融処理領域１３１に対して加工対象物１の表面３側に形成されているため、溶融処理領域１３１及び微小空洞１４の形成に反射光ＲＬが寄与しているといえる。なお、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原理については、特開２００５−５７２５７号公報に詳細に記載されている。
【００４４】
更に、図１８に示すように、加工対象物１の表面３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に沿ってレーザ光Ｌをスキャンする。
【００４５】
この切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌのスキャンを１本の切断予定ライン５に対して５回行うが、シリコンウェハ１１の表面と集光点Ｐを合わせる位置との距離を各回毎に変えることで、溶融処理領域１３１とシリコンウェハ１１の表面との間に、５列の溶融処理領域１３２を切断予定ライン５に沿って形成する。なお、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１３２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、５列に限定されない。また、各溶融処理領域１３２に対して加工対象物１の裏面２１側に、溶融処理領域１３２と対になる微小空洞１４が形成される場合がある。また、溶融処理領域１３１，１３２には、クラックが混在する場合もある。
【００４６】
続いて、図１９に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させ、溶融処理領域１３１，１３２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。このとき、エキスパンドテープ２３が拡張させられているため、切断されることで得られた複数の半導体チップ２５が互いに離間することになる。
【００４７】
なお、上述したレーザ加工方法は、図２６に示すレーザ加工装置によって実施される。図２６に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源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を支持するための載置台１０７と、載置台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の調節やステージ１１１の移動等、レーザ加工装置１００の全体を制御する制御部１１５と、を備えている。
【００４８】
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、載置台１０７上に載置された加工対象物１に向かって集光用レンズ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。
【００４９】
以上説明したように、上述したレーザ加工方法では、加工対象物１のレーザ光入射面である表面３に対向する金属膜１７の表面１７ａで反射されたレーザ光Ｌの反射光ＲＬをシリコンウェハ１１に照射することで、６列の溶融処理領域１３１，１３２のうち、金属膜１７の表面１７ａに最も近い溶融処理領域１３１を形成している。これにより、図２０に示すように、溶融処理領域１３１を金属膜１７の表面１７ａの極近傍に形成することができる。シリコンウェハ１１の厚さが切断予定ライン５に沿って変化している場合や、シリコンウェハ１１が高濃度ドープウェハ等で、レーザ光Ｌの透過率が低い場合等で表面１７ａの近傍で且つ同じ高さ位置を保って溶融処理領域１３１を切断予定ライン５に沿って形成することが困難であっても、このように、金属膜１７の表面１７ａに最も近い溶融処理領域１３１の形成に反射光ＲＬを利用することで、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３１を金属膜１７の表面１７ａの極近傍に高い密度で安定して形成することができる。そのため、加工対象物１を切断した際に切断面の裏面２１側の端部が切断予定ライン５から外れるのを防止して、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可能となる。
【００５０】
ここで、金属膜１７の表面１７ａで反射されたレーザ光Ｌの反射光ＲＬを利用した場合に、溶融処理領域１３１が金属膜１７の表面１７ａの極近傍に形成される原理について説明する。
【００５１】
本発明者が推測する第１の原理は、次の通りである。図２１に示すように、シリコンウェハ１１の裏面、すなわち金属膜１７の表面１７ａ近傍に集光点を合わせてレーザ光Ｌを照射すると、球面収差の影響で、中心光線と周囲光線との集光度が劣化し、各光線が一点に集光せず、各光線、特に周囲光線の集光箇所がレーザ光Ｌの光軸方向にずれる。これにより、金属膜１７の表面１７ａ下で集光するように進行する光線の集光箇所が、金属膜１７の表面１７ａでの反射によって、金属膜１７の表面１７ａ上で集光する光線の集光箇所に補完される。従って、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３１が金属膜１７の表面１７ａの極近傍に高い密度で形成されることになる。球面収差を考えなければ理論的には、溶融処理領域１３１は集光点の位置であるシリコンウェハ１１の裏面上に形成されるはずであるが、反射による影響で溶融処理領域１３１の形成位置が上側にずれるともいえる。
【００５２】
本発明者が推測する第２の原理は、次の通りである。図２２（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の外部が集光点となる集光用レンズの位置、すなわち金属膜１７の表面１７ａ下に集光点を合わせてレーザ光Ｌを照射すると、金属膜１７の表面１７ａでレーザ光Ｌが反射されて、その反射光ＲＬがシリコンウェハ１１の内部に集光する。金属膜１７の表面１７ａで反射される前には集光度が低いためレーザ光Ｌがシリコンウェハ１１に殆ど吸収されず、反射光ＲＬの集光点Ｐの位置で局所的に高温となる。そのため、吸収係数の温度依存性により集光点Ｐの位置で吸収係数が高まり反射光ＲＬの集光点Ｐの位置から、反射光ＲＬの進行方向において集光点Ｐの上流側（反射表面１７ａ側）で反射光ＲＬが吸収され易くなる。その結果、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３１が金属膜１７の表面１７ａの極近傍に高い密度で（すなわち、分割性の高い改質領域として）形成されることになる。
【００５３】
なお、図２２（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部、すなわち金属膜１７の表面１７ａ上に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射すると、集光点Ｐの上側の位置でも温度が高くなる。そのため、吸収係数の温度依存性により集光点Ｐの上側の位置で吸収係数が高まり、レーザ光Ｌの吸収が始まる。これにより、レーザ光Ｌの進行方向において集光点Ｐの近傍に進行するレーザ光Ｌが減少し、集光点Ｐの上側の部分がレーザ光Ｌの光軸に沿って局所的に高温となる。そのため、吸収係数の温度依存性により集光点Ｐの上側の部分で吸収係数が高まり、レーザ光Ｌが吸収される。その結果、溶融処理領域１３の形成に利用し得るレーザ光Ｌのエネルギーが減少するため、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３が金属膜１７の表面１７ａ（の近傍）から若干離れた上側の位置に低い密度で形成されることになる。これは、厚いウェハにおいてはレーザ光入射面から深い位置になるほど吸収の影響が大きくなってレーザ光のエネルギーが減少し、加工閾値を超えるためには吸収による温度依存の影響が無視できないからであると推測される。
【００５４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
例えば、上記実施形態では、金属膜１７の表面１７ａで反射されたレーザ光Ｌの反射光ＲＬをシリコンウェハ１１に照射することで、金属膜１７の表面１７ａの極近傍に溶融処理領域１３１を形成したが、図２３及び図２４に示すように、加工対象物１の表面３の極近傍に溶融処理領域１３１を形成してもよい。この場合には、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面として、シリコンウェハ１１の表面から６００μｍの位置（シリコンウェハ１１の外部）に集光点を合わせて、パルス幅１５０ｎｓ、エネルギー１５μＪの条件でレーザ光Ｌを照射する。これにより、上述した吸収係数の温度依存性に起因して加工対象物１の表面３が溶融等の損傷を受けるのを防止して、加工対象物１の表面３の極近傍に溶融処理領域１３１を形成することができる。しかも、加工対象物１を切断した際に切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から外れるのを防止して、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可能となる。
【００５６】
なお、金属膜１７の表面１７ａに最も近い溶融処理領域１３や、加工対象物１の表面３に最も近い溶融処理領域１３だけでなく、複数列の溶融処理領域１３のうち、金属膜１７の表面１７ａに最も近い溶融処理領域１３、及び加工対象物１の表面３に最も近い溶融処理領域１３の少なくとも１列を含む複数列の溶融処理領域１３を、金属膜１７の表面１７ａで反射されたレーザ光Ｌの反射光ＲＬを利用して形成してもよい。
【００５７】
また、図２５に示すように、金属膜１７の表面１７ａに最も近い溶融処理領域１３１を形成すると同時に、加工対象物１の裏面２１に、所定の深さを有する弱化領域１８を切断予定ライン５に沿って形成してもよい。この場合には、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面として、シリコンウェハ１１の表面から３０５μｍの位置（シリコンウェハ１１の外部）に集光点を合わせて、パルス幅１５０ｎｓ、エネルギー１５μＪの条件でレーザ光Ｌを照射する。このとき、加工対象物１の裏面２１は金属膜１７の裏面であるが、この場合であっても、所定の深さを有する弱化領域１８が切断予定ライン５に沿って金属膜１７に形成されているため、比較的小さな外力で、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を精度良く切断することが可能となる。しかも、溶融処理領域１３１がシリコンウェハ１１の内部に形成されているため、溶融処理領域１３１からパーティクルが発生するのを防止することができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、レーザ光Ｌを反射する面が金属膜１７の表面１７ａであったが、加工対象物１が金属膜１７を備えず、例えば、レーザ光Ｌを反射する面がシリコンウェハ１１の裏面であってもよい。この場合には、レーザ光Ｌがシリコンウェハ１１の裏面で一部反射されて、その反射光ＲＬがシリコンウェハ１１に照射されることになる。そして、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ってもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、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が金属膜１７を備えない場合には、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。すなわち、機能素子層１６の表面に保護テープを貼り付け、保護テープにより機能素子層１６を保護した状態で、レーザ加工装置の載置台に、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にレーザ光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１３１，１３２を形成する。続いて、載置台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、機能素子層１６の表面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１３１，１３２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。
【００６０】
また、上記実施形態では、シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３１，１３２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。
【００６１】
また、次のようにして改質領域７を加工対象物１に形成してもよい。まず、図２７（ａ）に示すように、加工対象物１のレーザ光入射面（ここでは、表面３）に対向するレーザ光反射面（ここでは、裏面２１）の近傍の位置が集光点Ｐとなるようにレーザ光Ｌを照射することで改質領域７ａを形成する。その後、図２７（ｂ）に示すように、レーザ光反射面をレーザ光が透過すると仮定した場合にレーザ光Ｌの進行方向においてレーザ光反射面の下流側（レーザ光反射面に対してレーザ光源（レーザ光出射側）と反対側）の位置が集光点Ｐとなるようにレーザ光Ｌを照射することでその反射光ＲＬにより改質領域７ｂを形成する。このように、改質領域７ａと改質領域７ｂとを重ねて形成することで、密度が高い（すなわち、分割性が高い）改質領域７を加工対象物１に形成することができる。
【００６２】
加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、１本の切断予定ライン５に沿って加工対象物１の厚さ方向に並ぶように複数列の改質領域７を加工対象物１の少なくとも内部に形成する場合に限定されず、１本の切断予定ライン５に沿って１列の改質領域７を加工対象物１の少なくとも内部に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【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】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１５】図１４に示すXV−XV線に沿っての部分断面図である。
【図１６】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る。
【図１７】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る。
【図１８】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る。
【図２０】図１４に示すXX−XX線に沿っての部分断面図である。
【図２１】本実施形態のレーザ加工方法の第１の原理を説明するための図である。
【図２２】本実施形態のレーザ加工方法の第２の原理を説明するための図である。
【図２３】本実施形態の他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る。
【図２４】図１４に示すXX−XX線に沿っての部分断面図である。
【図２５】図１４に示すXX−XX線に沿っての部分断面図である。
【図２６】本実施形態のレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２７】本実施形態の他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る。
【符号の説明】
【００６４】
１…加工対象物、３…表面（レーザ光入射面）、５…切断予定ライン、１１…シリコンウェハ（半導体基板）、１３１，１３２…溶融処理領域（改質領域）、１７…金属膜、１７ａ…表面（所定の面）、Ｌ…レーザ光、ＲＬ…反射光。
【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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