(57)【要約】【課題】切断予定ラインに沿って改質領域を加工対象物の厚さ方向に複数列形成する場合において、第１の面に最も近い第１の改質領域、及び第２の面に最も近い第２の改質領域を精度良く形成する。【解決手段】本実施形態のレーザ加工方法では、加工対象物１の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物１の切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域Ｍ１〜Ｍ６を加工対象物１の厚さ方向に形成する。この改質領域Ｍ１〜Ｍ６のうち、裏面２１に最も近い改質領域Ｍ６を裏面２１の位置を基準として形成し、表面１１ａに最も近い改質領域Ｍ１を表面１１ａの位置を基準として形成する。これにより、たとえ加工対象物１の厚さがばらついて変化しても、改質領域Ｍ６の位置及び改質領域Ｍ１の位置が加工対象物１の厚さの変化に起因してずれてしまうことを抑制する。【選択図】図１８
2008012542.tif 000002
【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厚さ方向に複数列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第１の面の位置を基準として、前記改質領域のうち前記第１の面に最も近い第１の改質領域を形成する工程と、
前記加工対象物において前記第１の面に対向する第２の面の位置を基準として、前記改質領域のうち前記第２の面に最も近い第２の改質領域を形成する工程と、を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１の改質領域を形成する工程においては、前記第１の面で反射された反射光を検出することにより前記第１の面の位置に関する第１の位置情報を取得し、当該第１の位置情報に基づいて、前記第１の面から所定の距離だけ内側に前記第１の改質領域を形成し、
前記第２の改質領域を形成する工程においては、前記第２の面で反射された反射光を検出することにより前記第２の面の位置に関する第２の位置情報を取得し、当該第２の位置情報に基づいて、前記第２の面から所定の距離だけ内側に前記第２の改質領域を形成す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】
前記第１の改質領域を形成する工程においては、前記第１の面で反射された反射光を検出することにより前記第１の面の位置に関する第１の位置情報を取得し、当該第１の位置情報に基づいて、前記第１の面から所定の距離だけ内側に前記第１の改質領域を形成し、
前記第２の改質領域を形成する工程においては、前記第１の位置情報と前記加工対象物の厚さに関する厚さ情報とに基づいて、前記第２の面から所定の距離だけ内側に前記第２の改質領域を形成す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４】
前記第２の改質領域を形成する工程においては、前記第２の面で反射された反射光を検出することにより前記第２の面の位置に関する第２の位置情報を取得し、当該第２の位置情報に基づいて、前記第２の面から所定の距離だけ内側に前記第２の改質領域を形成し、
前記第１の改質領域を形成する工程においては、前記第２の位置情報と前記加工対象物の厚さに関する厚さ情報とに基づいて、前記第１の面から所定の距離だけ内側に前記第１の改質領域を形成す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の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
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工程を含むことを特徴とする請求項１〜５の何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予定ラインに沿って切断するためのレーザ加工方法に関する。
【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厚さ方向に複数列形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この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第１の面の位置を検出し、この検出信号に応じてレーザ光の集光点の位置を制御することにより、加工対象物の内部において第１の面から所定の距離の位置に各改質領域を形成することが一般的である。
【特許文献１】特開２００５−１５０５３７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、改質領域を加工対象物の暑さ方向に複数列形成して加工対象物を切断する場合、第１の面に最も近い改質領域、及び第１の面に対向する第２の面に最も近い改質領域の形成位置には、切断面の品質上、特に高い精度が要求される。なぜならば、これらの改質領域が第１の面及び第２の面から所定の距離の位置にそれぞれ精度良く形成されていないと、切断した際、例えば加工対象物の厚さ方向における切断面の端部が切断予定ラインから大きく外れるいわゆるスカート現象が発生することがあるためである。
【０００４】
しかしながら、上述したようなレーザ加工方法では、第１の面の位置のみを基準として、改質領域を加工対象物の厚さ方向に複数列形成するため、加工対象物の厚さが例えば研削ロットの違いにより複数の加工対象物間でばらついたり、１つの加工対象物においてその一部分が厚く若しくは薄くなったりする場合（すなわち、加工対象物の厚さが変化する場合）には、第２の面に最も近い改質領域を第２の面から所定の距離の位置に精度良く形成することができないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、切断予定ラインに沿って改質領域を加工対象物の厚さ方向に複数列形成する場合において、第１の面に最も近い第１の改質領域、及び第２の面に最も近い第２の改質領域を精度良く形成することができるレーザ加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、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厚さ方向に複数列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第１の面の位置を基準として、改質領域のうち第１の面に最も近い第１の改質領域を形成する工程と、加工対象物において第１の面に対向する第２の面の位置を基準として、改質領域のうち第２の面に最も近い第２の改質領域を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
このレーザ加工方法によれば、改質領域のうち第１の面に最も近い第１の改質領域が第１の面の位置を基準として形成され、改質領域のうち第２の面に最も近い第２の改質領域が第２の面の位置を基準として形成される。このように、第１の面及び第２の面の双方の位置が基準とされるため、たとえ加工対象物の厚さが変化する場合であっても、改質領域のうち第１の面に最も近い第１の改質領域の位置及び第２の面に最も近い第２の改質領域の位置が加工対象物の厚さの変化に起因してずれるのを抑制することができる。すなわち、切断予定ラインに沿って改質領域を加工対象物の厚さ方向に複数列形成する場合において、第１の面に最も近い第１の改質領域、及び第２の面に最も近い第２の改質領域を精度良く形成することが可能となる。その結果、切断面の高い品質を保持することができる。なお、各改質領域は、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】
ここで、第１の改質領域を形成する工程においては、第１の面で反射された反射光を検出することにより第１の面の位置に関する第１の位置情報を取得し、当該第１の位置情報に基づいて、第１の面から所定の距離だけ内側に第１の改質領域を形成し、第２の改質領域を形成する工程においては、第２の面で反射された反射光を検出することにより第２の面の位置に関する第２の位置情報を取得し、当該第２の位置情報に基づいて、第２の面から所定の距離だけ内側に第２の改質領域を形成する場合がある。
【０００９】
また、第１の改質領域を形成する工程においては、第１の面で反射された反射光を検出することにより第１の面の位置に関する第１の位置情報を取得し、当該第１の位置情報に基づいて、第１の面から所定の距離だけ内側に第１の改質領域を形成し、第２の改質領域を形成する工程においては、第１の位置情報と加工対象物の厚さに関する厚さ情報とに基づいて、第２の面から所定の距離だけ内側に第２の改質領域を形成する場合がある。
【００１０】
また、第２の改質領域を形成する工程においては、第２の面で反射された反射光を検出することにより第２の面の位置に関する第２の位置情報を取得し、当該第２の位置情報に基づいて、第２の面から所定の距離だけ内側に第２の改質領域を形成し、第１の改質領域を形成する工程においては、第２の位置情報と加工対象物の厚さに関する厚さ情報とに基づいて、第１の面から所定の距離だけ内側に第１の改質領域を形成する場合がある。
【００１１】
また、加工対象物が半導体基板を備え、改質領域が溶融処理領域を含む場合がある。
【００１２】
また、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工程を含むことが好ましい。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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、切断予定ラインに沿って改質領域を加工対象物の厚さ方向に複数列形成する場合において、第１の面に最も近い第１の改質領域、及び第２の面に最も近い第２の改質領域を精度良く形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
（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。
【００２９】
本発明者は、シリコンウェハ（半導体基板）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。
【００３０】
（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
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、溶融処理領域は多光子吸収のみでなく、他の吸収作用を含む場合もある。
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
【００４０】
図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、シリコンウェハ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（以下、単に「表面」ともいう。）１１ａに形成された機能素子層１６とを備え、その厚さが約３００μｍとなっている。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、又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。このような加工対象物１は、隣り合う機能素子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）に沿って切断され、微小チップであるディスクリートデバイス等となるものである。
【００４１】
この加工対象物１を切断する場合、まず、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、レーザ加工装置のステージに、加工対象物１を保持した保護テープを固定する。続いて、加工対象物１の裏面（以下、単に「裏面」ともいう。）２１からシリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせて多光子吸収が生じる条件でレーザ光を照射し、各切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域を形成する（裏面入射加工）。ここでは、各切断予定ライン５に沿って加工対象物１の厚さ方向に改質領域を６列形成する。続いて、ステージ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、シリコンウェハ１１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付け、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を拡張させる。これにより、改質領域を切断の起点として、加工対象物１が切断予定ライン５に沿って機能素子１５毎に精度良く切断され、複数の半導体チップが互いに離間することになる。なお、改質領域は、溶融処理領域の他に、クラック領域等を含む場合がある。
【００４２】
ところで、加工対象物１は、その厚さが例えば研削ロットの違いにより複数の加工対象物１間でばらついたり、１つの加工対象物１において研削時のムラ等によりその一部分が厚く若しくは薄くなったりする場合（加工対象物１の厚さが変化する場合）がある。具体的には、厚さ３００μｍの加工対象物１では、複数の加工対象物１間で厚さが±１０μｍ以上ばらつくことがあり、また、１つの加工対象物１中でその一部分の厚さが±５μｍ以上ばらつくことがある。
【００４３】
しかし、一般的なオートフォーカス機能では、加工対象物１の厚さを一定とみなし、レーザ光入射面である裏面２１の変位量のみを測定する事により、レーザ光の集光点位置を裏面２１から所定の位置に制御する。そのため、従来、図２０に示すように、形成された改質領域Ｍのうち表面１１ａに最も近い改質領域は、加工対象物１が厚い部分では当該加工対象物１から飛び出るように形成されたり、加工対象物１が薄い部分では加工対象物１の深い位置まで届かずに裏面２１寄りに形成されたりしてしまうことがある。
【００４４】
そこで、本実施形態のレーザ加工方法では、加工対象物１の切断予定ライン５に沿って、厚さ方向に複数列形成された改質領域のうち、裏面（第１の面）２１に最も近い第１の改質領域が裏面２１の位置を基準として形成され、表面（第２の面）１１ａに最も近い第２の改質領域が表面１１ａの位置を基準として形成される。以下、この改質領域の形成についてより詳細に説明する。
【００４５】
[ハイトセット]
まず、加工対象物１の裏面２１に投影した例えばレクチル画像のピントを合わせた状態で、測距用レーザ光を照射し、裏面２１で反射した測距用レーザ光の反射光を電圧値として検出し、検出された電圧値をメモリーする（図１６中のＳ１）。
【００４６】
[トレース]
続いて、測距用レーザ光を照射し裏面２１で反射する測距用レーザ光の反射光を電圧値として検出しつつ、この電圧値がハイトセットによる電圧値を維持するように切断予定ライン５に沿ってスキャンして、切断予定ライン５に沿う裏面２１の変位を取得し、当該裏面２１の変位を裏面位置情報（第１の位置情報）としてメモリーする。すなわち、裏面位置情報が、裏面２１からハイトセットした裏面２１位置までの厚さ方向の相対距離として求められる。
裏面位置情報＝裏面２１の変位
＝裏面２１からハイトセットした裏面２１位置までの厚さ方向の相対距離
【００４７】
このとき、測距用レーザ光をスキャンすると同時に、切断予定ライン５に沿って、厚さ測定器により光学的に加工対象物１の厚さ（厚さ情報）を測定し演算する。具体的には、図１７（ａ）に示すように、切断予定ライン５に沿って、裏面２１からの反射光Ｌ１及び加工対象物１の内部に透過して表面１１ａで反射する反射光Ｌ２をラインセンサ５０で受光する。そして、ラインセンサ５０におけるこれらの反射光Ｌ１，Ｌ２の受光位置と予め求められた加工対象物１の屈折率とにより、表面１１ａから裏面２１までの距離、すなわち加工対象物１の厚さを演算する。
【００４８】
そして、この演算された加工対象物１の厚さに上述の裏面位置情報を加算し、切断予定ライン５に沿う表面位置情報（第２の位置情報）としてメモリーする。すなわち、表面位置情報が、表面１１ａからハイトセットした裏面２１位置までの厚さ方向の相対距離として求められる（図１６中のＳ２）。
表面位置情報＝裏面位置情報＋加工対象物１の厚さ
＝表面１１ａからハイトセットした裏面２１位置までの厚さ方向の相対距離
【００４９】
なお、ここでは、裏面２１の測定系と加工対象物１の厚さの測定系とが２軸で構成されている。また、裏面２１の変位及び加工対象物１の厚さが、切断予定ライン５に沿った方向の座標と関連付けされて取得されている。従って、裏面２１の測定系と加工対象物１の厚さ測定系とを２軸で構成され、各測定系の間の距離Ｄ１から裏面位置情報及び表面位置情報を座標上で合成され、裏面位置情報及び表面位置情報が精度良く求められている。
【００５０】
或いは、図１７（ｂ）に示すように、裏面２１からの反射光Ｌ３と表面１１ａからの反射光Ｌ４とを干渉させることにより、加工対象物１の厚さを測定することもある。この場合でも、裏面２１の測定系と加工対象物１の厚さ測定系とが２軸で構成されており、また、裏面２１の変位及び加工対象物１の厚さが、切断予定ライン５に沿った方向の座標と関連付けされて取得されている。よって、各測定系の間の距離Ｄ２から裏面位置情報及び表面位置情報が座標上で合成され、裏面位置情報及び表面位置情報が精度良く求められている。
【００５１】
[改質領域の形成]
続いて、図１８（ａ）に示すように、加工対象物１の内部において、表面１１ａから１０μｍだけ内側（図示上側）に集光点を合わせてレーザ光を照射し、切断予定ライン５に沿ってスキャンする。具体的には、加工対象物１の内部において、表面位置情報から１０μｍだけ裏面２１側の位置に集光点を移動させてレーザ光を出力０．７２Ｗで照射し、メモリーされた表面位置情報を位置調整素子（本実施形態ではピエゾ素子を用いたアクチュエーター）により再生して集光点位置を制御しつつ切断予定ライン５に沿ってスキャンする。これにより、これにより、表面１１ａを基準にして当該表面１１ａから１０μｍだけ内側に改質領域（第２の改質層）Ｍ１が切断予定ライン５に沿って形成される（図１６中のＳ３）。具体的には、表面位置情報から１０μｍだけ裏面２１側の位置に、切断予定ライン５に沿った改質領域Ｍ１が形成される。
【００５２】
続いて、図１８（ｂ）に示すように、加工対象物１の内部において、表面１１ａから２５μｍだけ内側（図示上側）に集光点を合わせてレーザ光を照射し、切断予定ライン５に沿ってスキャンする。具体的には、加工対象物１の内部において、表面位置情報から２５μｍだけ裏面２１側の位置に集光点を移動させてレーザ光を出力１．２０Ｗで照射し、メモリーされた表面位置情報をピエゾ素子により再生して集光点位置を制御しつつ切断予定ライン５に沿ってスキャンする。これにより、表面１１ａを基準にして当該表面１１ａから２５μｍだけ内側に、改質領域Ｍ２が切断予定ライン５に沿って形成される（図１６中のＳ４）。具体的には、表面位置情報から２５μｍだけ裏面２１側の位置に、切断予定ライン５に沿った改質領域Ｍ２が形成される。
【００５３】
続いて、加工対象物１の内部において、表面１１ａから３５μｍだけ内側（図示上側）に集光点を合わせてレーザ光を照射し、切断予定ライン５に沿ってスキャンする。具体的には、加工対象物１の内部において、表面位置情報から３５μｍだけ裏面２１側の位置に集光点を移動させてレーザ光を出力１．２０Ｗで照射し、メモリーされた表面位置情報をピエゾ素子により再生して集光点位置を制御しつつ切断予定ライン５に沿ってスキャンする。これにより、表面１１ａを基準にして当該表面１１ａから３５μｍだけ内側に、改質領域Ｍ３が切断予定ライン５に沿って形成される（図１６中のＳ５）。具体的には、表面位置情報から３５μｍだけ裏面２１側の位置に、切断予定ライン５に沿った改質領域Ｍ３が形成される。
【００５４】
続いて、加工対象物１の内部において、表面１１ａから４５μｍだけ内側（図示上側）に集光点を合わせてレーザ光を照射し、切断予定ライン５に沿ってスキャンする。具体的には、加工対象物１の内部において、表面位置情報から４５μｍだけ裏面２１側の位置に集光点を移動させてレーザ光を出力１．２０Ｗで照射し、メモリーされた表面位置情報をピエゾ素子により再生して集光点位置を制御しつつ切断予定ライン５に沿ってスキャンする。これにより、表面１１ａを基準にして当該表面１１ａから４５μｍだけ内側に、改質領域Ｍ４が切断予定ライン５に沿って形成される（図１６中のＳ６）。具体的には、表面位置情報から４５μｍだけ裏面２１側の位置に、切断予定ライン５に沿った改質領域Ｍ４が形成される。
【００５５】
続いて、図１８（ｃ）に示すように、加工対象物１の内部において、裏面２１から２５μｍだけ内側（図示下側）に集光点を合わせてレーザ光を照射し、切断予定ライン５に沿ってスキャンする。具体的には、加工対象物１の内部において、裏面位置情報から２５μｍだけ表面１１ａ側の位置に集光点を移動させてレーザ光を出力１．２０Ｗで照射し、メモリーされた裏面位置情報をピエゾ素子により再生して集光点位置を制御しつつ切断予定ライン５に沿ってスキャンする。これにより、裏面２１を基準として当該裏面２１から２５μｍだけ内側に、改質領域Ｍ５が切断予定ライン５に沿って形成される（図１６中のＳ７）。具体的には、裏面位置情報から２５μｍだけ表面１１ａ側の位置に、切断予定ライン５に沿った改質領域Ｍ５が形成される。
【００５６】
最後に、加工対象物１の内部において、裏面２１から１５μｍだけ内側（図示下側）に集光点を合わせてレーザ光を照射し、切断予定ライン５に沿ってスキャンする。具体的には、加工対象物１の内部において、裏面位置情報から１０μｍだけ表面１１ａ側の位置に集光点を移動させてレーザ光を出力０．６８Ｗで照射し、メモリーされた裏面位置情報をピエゾ素子により再生して集光点位置を制御しつつ切断予定ライン５に沿ってスキャンする。これにより、裏面２１を基準として当該裏面２１から１５μｍだけ内側に、改質領域（第２の改質層）Ｍ６が切断予定ライン５に沿って形成される（図１６中のＳ８）。具体的には、裏面位置情報から１５μｍだけ表面１１ａ側の位置に、切断予定ライン５に沿った改質領域Ｍ６が形成される。
【００５７】
ここで、加工対象物１の内部において厚さ方向に複数列形成された改質領域Ｍ１〜Ｍ６のうち、改質領域Ｍ５，Ｍ６は、上面にハーフカットを形成するための改質領域であり、いわゆるハーフカットＳＤと称される。このハーフカットは、エキスパンドテープを拡張させることによる分離を確実にするものであり、よって、ハーフカットＳＤは、大変重要な要素である。また、複数列形成された改質領域Ｍ１〜Ｍ６のうち、表面１１ａに最も近い改質領域Ｍ１は、切断後の切断面の品質に特に影響する改質領域であり、いわゆる品質ＳＤと称される。品質ＳＤは、機能素子層１６を精度良く切断するためのものであり、加工対象物１を切断する際の品質を維持させるため、大変重要な要素である。
【００５８】
そこで、本実施形態では、上述のように、加工対象物１の内部において、裏面２１を基準として当該裏面２１から所定の距離だけ内側に、改質領域Ｍ５，Ｍ６を切断予定ライン５に沿って形成すると共に、表面１１ａを基準として当該表面１１ａから所定の距離だけ内側に、改質領域Ｍ１を切断予定ライン５に沿って形成する。このように、裏面２１及び表面１１ａの双方の位置が基準とされるため、たとえ加工対象物１の厚さがばらついて変化しても、改質領域Ｍ５，Ｍ６の位置及び改質領域Ｍ６の位置が加工対象物１の厚さの変化に起因してずれてしまうのを抑制することができる。従って、本実施形態によれば、切断予定ライン５に沿って改質領域を加工対象物１の厚さ方向に複数列形成する場合において、裏面２１に最も近い改質領域Ｍ６、改質領域Ｍ６に隣接する改質領域Ｍ５、及び表面１１ａに最も近い改質領域Ｍ１を精度良く形成することができる。
【００５９】
さらに、このように本実施形態では、改質領域Ｍ５，Ｍ６が精度良く形成されるため、以下の効果を奏する。すなわち、改質領域Ｍ５，Ｍ６が裏面２１に近すぎることからハーフカットが蛇行し品質が劣化することを抑制する。さらに、改質領域Ｍ５，Ｍ６が裏面２１から離れすぎることから当該改質領域Ｍ５，Ｍ６から発生する亀裂の伸びが不十分になり、ハーフカットがうまく形成されないことも防止する。
【００６０】
また、上述のように、改質領域Ｍ１が精度良く形成されるため、以下の効果を奏する。すなわち、改質領域Ｍ１が表面１１ａに近すぎることから照射されるレーザ光が加工対象物１から突出してしまい表面１１ａに孔が穿かれ、加工対象物１の抗折強度が弱まってしまうことを抑制する。さらに、改質領域Ｍ１が表面１１ａから離れすぎることから切断面において表面１１ａ側の端部が切断予定ライン５から大きく外れるいわゆるスカート現象が発生することを防止する。なお、本実施形態では、裏面入射加工のためにレーザ光が入射する面と反対側の面である表面１１ａに機能素子１５が形成されており、よって、スカート現象の発生を防止するという上記効果は特に顕著である。
【００６１】
また、本実施形態によれば、加工対象物１に厚さのばらつきやムラが存在することによる改質領域の位置のずれを補正でき、また、表面１１ａとの距離及び裏面２１との距離に依存する改質領域の品質を最良にして、切断後の切断面品質を最良とする多段加工を行うことが可能となる。
【００６２】
なお、加工対象物１の厚さは、接触型の厚さ測定器で測定することも考えられるが、この場合には、加工対象物１とステージとの間に異物があったり、エキスパンドテープに貼り付けた際にエキスパンドテープと加工対象物１との間に空気が混入したりすることがあり、接触した加工対象物１の位置が必ずしも加工対象物１の厚さを示す位置とはならない。そこで、本実施形態では、透過型のレーザを使用する測定器を用いており、加工対象物１の厚さが精度良く測定されている。
【００６３】
ちなみに、本実施形態では、上述のように、改質領域Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４は、表面１１ａを基準として形成されているが、本実施形態に限定されるものではなく、改質領域Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４は、裏面２１を基準として形成されていてもよい。
〔第２実施形態〕
【００６４】
次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。この第２実施形態に係るレーザ加工方法が、第１実施形態に係るレーザ加工方法と違う点は、加工対象物１の厚さを測定せずに、図１９に示すように、オートフォーカス機能における光学系を利用して裏面２１での反射光Ｌ５及び表面１１ａでの反射光Ｌ６をそれぞれ検出した点である。
【００６５】
具体的には、本実施形態に係るレーザ加工方法では、裏面２１で反射した反射光Ｌ５及び加工対象物１を透過し表面１１ａで反射した反射光Ｌ６をそれぞれ検出し、表面１１ａの変位と裏面２１の変位とをそれぞれ直接に取得することで、裏面位置情報及び表面位置情報が直接に求められる。
裏面位置情報＝裏面２１の変位
＝裏面２１からハイトセットした裏面２１位置までの厚さ方向の相対距離
表面位置情報＝表面１１ａの変位
＝表面１１ａからハイトセットした裏面２１位置までの厚さ方向の相対距離
【００６６】
このように、本実施形態のレーザ加工方法であっても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、たとえ加工対象物１の厚さがばらついて変化しても、改質領域Ｍ５，Ｍ６の位置及び改質領域Ｍ６の位置が加工対象物１の厚さの変化に起因してずれてしまうのを抑制するという効果を奏する。これにより、切断予定ライン５に沿って改質領域を加工対象物１の厚さ方向に複数列形成する場合において、裏面２１に最も近い改質領域Ｍ６、改質領域Ｍ６に隣接する改質領域Ｍ５、及び表面１１ａに最も近い改質領域Ｍ１を精度良く形成することができる。
【００６７】
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定されるものではない。
【００６８】
例えば、上記実施形態では、加工対象物１の表面１１ａの変位等を測定した後にレーザ光をスキャンして改質領域を形成するいわゆるトレース加工であるが、表面１１ａの変位等を測定すると同時に改質領域を形成するいわゆるリヤルタイム加工でもよい。
【００６９】
また、加工対象物を透過する測距用レーザ光及び透過せずに反射される測距用レーザ光の照射に際しては、複数のレーザ光源を用いてもよく、１つのレーザ光源から波長を変えて照射してもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、機能素子１５が形成された表面１１ａに対向する裏面２１側からレーザ光を入射する裏面入射加工としているが、表面１１ａ側からレーザ光を入射する加工であっても勿論良い。
【００７１】
また、加工対象物として、シリコンウェハ１１を備えた加工対象物１を用いているが、シリコンウェハ１１でなくとも、例えば、ガリウム砒素等の半導体化合物材料、圧電材料、サファイヤ等の結晶性を有する材料でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工装置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線に沿った断面図である。
【図３】本実施形態に係るレーザ加工装置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線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す加工対象物のV−V線に沿った断面図である。
【図６】本実施形態に係るレーザ加工装置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装置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装置の第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装置の第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装置の第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装置の第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装置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す図である。
【図１３】本実施形態に係るレーザ加工装置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】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法の対象となる加工対象物を示す正面図である。
【図１５】図１４中のXV−XV線に沿った部分断面図である。
【図１６】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１６に示すレーザ加工方法における裏面位置情報及び表面位置情報の算出を説明するための図である。
【図１８】図１６に示すレーザ加工方法を説明するための図１４中のXVIII−XVIII線に沿った部分断面図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法における裏面位置情報及び表面位置情報の算出を説明するための図である。
【図２０】従来のオートフォーカス機能によるレーザ加工方法での図１４中のXVIII−XVIII線に沿った部分断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…加工対象物、５…切断予定ライン、１１ａ…表面（第２の面）、２１…裏面（第１の面）、Ｌ…レーザ光、Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５…反射光（第１の面で反射された反射光）、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６…反射光（第２の面で反射された反射光）、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６…改質領域、Ｐ…集光点。
【図１】
2008012542.tif 000003
【図２】
2008012542.tif 000004
【図３】
2008012542.tif 000005
【図４】
2008012542.tif 000006
【図５】
2008012542.tif 000007
【図６】
2008012542.tif 000008
【図７】
2008012542.tif 000009
【図８】
2008012542.tif 000010
【図９】
2008012542.tif 000011
【図１０】
2008012542.tif 000012
【図１１】
2008012542.tif 000013
【図１２】
2008012542.tif 000014
【図１３】
2008012542.tif 000015
【図１４】
2008012542.tif 000016
【図１５】
2008012542.tif 000017
【図１６】
2008012542.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2008012542.tif 000020
【図１９】
2008012542.tif 000021
【図２０】
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