(57)【要約】【課題】積層体を構成する基板の材料が異なっていても、積層体を簡単に切断・分割することが可能な積層体の加工方法を提供する。【解決手段】積層体Ｐの加工方法は、複数の基板で構成された積層体Ｐの加工方法であって、積層体Ｐには第１基板としての基板Ｐ１と、この基板Ｐ１と積層された第２基板としての基板Ｐ２とを備えている。基板Ｐ１にレーザ光５を照射させて、材料変質部７を形成する工程と、積層体Ｐに応力Ｆを加えて分割片Ｑを形成する工程と、を備えている。【選択図】図２
2007118207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板からなる積層体の加工方法であって、
前記積層体には第１基板と、前記第１基板が積層された第２基板とを備え、
前記第１基板にレーザ光を照射させて、材料変質部を形成する工程と、
前記積層体に応力を加えて、分割片を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする積層体の加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の積層体の加工方法において、
前記第１基板は、シリコン単結晶からなる材料で構成されており、
前記材料変質部を形成する工程では、
前記第１基板に前記レーザ光を集光素子で集光して照射させて、
前記材料変質部を形成することを特徴とする積層体の加工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の積層体の加工方法において、
前記材料変質部を形成する工程では、
前記レーザ光は、ＹＡＧレーザであり、前記ＹＡＧレーザの基本波を照射させて、
前記材料変質部を形成することを特徴とする積層体の加工方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の積層体の加工方法において、
前記分割片を形成する工程では、
前記第２基板側から応力を加えて分割片を形成することを特徴とする積層体の加工方法
。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン単結晶基板を分割する場合、基板にレーザ光を照射させて、基板内部に
多光子吸収による改質領域部を形成し、基板の外部から応力を加えて、基板を切断・分割
する方法があった。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されているように、表面に電子デバイスまたは電極パターンが
形成されていて、しかも、裏面に粘着シートが貼り付けられている基板の場合、粘着シー
トに対して透過性を有するレーザ光を基板の裏面から入射させて、基板の切断予定ライン
に沿ってレーザ光を照射させて、基板の内部に多光子吸収による改質領域部を形成する方
法が提案されていた。また、特許文献２に開示されているように、基板（加工対象物）の
切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射させて、基板の内部に多光子吸収による改質領域
部を形成し、かつ、レーザ光の集光点の位置を変えることにより、多光子吸収による改質
領域部を入射方向に沿って並ぶように形成する方法も提案されていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９２３６７号公報
【特許文献２】特開２００２−２０５１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、これらの方法では、複数の基板を積層させた積層体の場合、積層体を構成す
る基板の材料が異なっていると、積層体に照射されたレーザ光は、基板の屈折率の違いに
よる影響で所定の方向とは別な方向に屈折してしまうことになる。そして、積層体に照射
されたレーザ光は、積層体の所定の領域に集光することができなくなってしまう。積層体
の所定の領域にレーザ光を集光させることができないと、積層体に改質領域部を形成する
ことが困難となる。結果的に、積層体を構成する基板の材料が異なっていると、２種類の
レーザ光が必要になり、装置が高価になる。また、積層体において、接合した相手の基板
までレーザ加工を行った場合、基板のクラック片が脱落して異物となることが懸念されて
いた。
【０００６】
本発明の目的は、積層体を構成する基板の材料が異なっていても、積層体を簡単に切断
・分割することが可能な積層体の加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の積層体の加工方法は、複数の基板からなる積層体の加工方法であって、前記積
層体には第１基板と、前記第１基板が積層された第２基板とを備え、前記第１基板にレー
ザ光を照射させて、材料変質部を形成する工程と、前記積層体に応力を加えて、分割片を
形成する工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、積層体を構成する第１基板と第２基板とが異種材料であっても、第
１基板にレーザ光を照射させて第１基板に材料変質部を形成することができる。そこで、
積層体に外部から応力を加えることで、材料変質部に沿って第１基板を切断することがで
きる。そして、第１基板に形成された材料変質部に沿って第２基板側に応力が伝播される
ことで、第２基板に微小なクラックを生じさせることができ、この微小なクラックに沿っ
て第２基板を切断することができる。したがって、分割片を形成することが簡単にできる
。しかも、切断部分が、きれいに切断されるので、切断・分割時に発生する恐れのある異
物を抑制することができる。また、使用するレーザ光が、一つで済むので、二つのレーザ
光を用いたレーザ光照射装置に比べて、装置の小型化を図ることができる。
【０００９】
本発明の積層体の加工方法は、前記第１基板は、シリコン単結晶からなる材料で構成さ
れており、前記材料変質部を形成する工程では、前記第１基板に前記レーザ光を集光素子
で集光して照射させて、前記材料変質部を形成することが望ましい。
【００１０】
この発明によれば、第１基板にレーザ光を集光素子で集光して照射させると、第１基板
がシリコン材料であるから、レーザ光が、シリコン材料に透過性を有しているので、第１
基板に材料変質部を形成することが簡単にできる。
【００１１】
本発明の積層体の加工方法は、前記材料変質部を形成する工程では、前記レーザ光は、
ＹＡＧレーザであり、前記ＹＡＧレーザの基本波を照射させて、前記材料変質部を形成す
ることが望ましい。
【００１２】
この発明によれば、ＹＡＧレーザの基本波を第１基板に照射させると、ＹＡＧレーザの
基本波が、第１基板に透過性を有しているので、第１基板の所定の位置に材料変質部を形
成することが簡単にできる。
【００１３】
本発明の積層体の加工方法は、前記分割片を形成する工程では、前記第２基板側から応
力を加えて分割片を形成することが望ましい。
【００１４】
この発明によれば、第２基板側から応力を加えるだけで積層体を簡単に切断・分割する
ことができるので、分割片を形成することが簡単にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の積層体の加工方法について実施形態を挙げ、添付図面に沿って詳細に説
明する。なお、本発明の特徴的な加工方法について説明する前に、積層体、材料変質部の
形成方法、について説明する。
＜積層体＞
【００１６】
本発明に用いうる基体として、シリコンウエハー、石英ガラス、ガラス、など各種のも
のを用いることができる。また、これら各種の素材基板の表面に半導体膜、金属膜、誘電
体膜、有機膜などが下地層として形成されたものも、基体として用いてもよい。ここでは
基体材料としてシリコンとガラスとが積層された積層体を用いた。
＜材料変質部の形成方法＞
【００１７】
レーザ光を照射して基板に材料変質部を形成する方法について説明する。
【００１８】
図１は、レーザ光による改質層としての材料変質部の形成方法を説明するための図であ
る。
【００１９】
図１において、基板４の内部にレーザ光５を集光して照射させて、スキャン方向Ｘ（分
割方向）に、レーザ光５をスキャンする。レーザ光５は集光素子としてのレンズ６で集光
されているから、基板４の内部に焦点を合わせることができる。スキャン方向Ｘ（分割方
向）に、レーザ光５をスキャンさせると、基板４の内部に材料変質部７を形成できる。な
お、レーザ光５のスキャン方向Ｘにおける移動速度は、１００ｍｍ／ｓｅｃである。基板
４の厚さは約２００μｍである。
【００２０】
また、レーザ光５を１回スキャンさせるだけでは、改質層としての材料変質部７のでき
る量が数十μｍであるので、基板４の深さ方向全域に材料変質部７を形成するためには、
レーザ光５を何回かスキャン方向Ｘ（分割方向）にスキャンさせる必要がある。そして、
レーザ光５をスキャンさせるごとに、集光素子としてのレンズ６の焦点位置を基板４の下
面から上面に向かって上昇させる。基板４の下面から上面に向けてレーザ光５の焦点位置
を上昇させるのは、形成された材料変質部７にレーザ光５の光が散乱することなく基板４
内部にレーザ光５を集光させて照射させるためである。
【００２１】
（実施形態）
本実施形態では、異種材料で構成された積層体において、積層体の片面からレーザ光を
照射させて、積層体の一部に材料変質部を形成し、積層体に応力を加えて分割片を形成す
る加工方法について説明する。
【００２２】
図２は、本実施形態における積層体を分割する方法を示す図であり、同図（ａ）は、材
料変質部の形成過程の初期状態を示す図であり、同図（ｂ）は、完了状態を示す図であり
、同図（ｃ）は、分割片を示す図である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、積層体Ｐは、第１基板としての基板Ｐ１、第２基板としての
基板Ｐ２とで構成されている。基板Ｐ１は、その材料がシリコンであり、基板Ｐ２は、そ
の材料がパイレックス（登録商標）ガラスである。基板Ｐ１の厚さを約１８０μｍ、基板
Ｐ２の厚さを約１ｍｍである。これら基板Ｐ１と、基板Ｐ２と、の貼り合わせには陽極接
合法を採用した。なお、陽極接合法を行う場合、基板Ｐ１（シリコン）側に＋、基板Ｐ２
（パイレックス（登録商標）ガラス）側に−の電圧（約８００Ｖ）を印加する。このとき
、基板Ｐ２（パイレックス（登録商標）ガラス）側は、約４００℃に加温しておく。陽極
接合法で接合される基板Ｐ２は、材料がパイレックス（登録商標）ガラスであるので、基
板Ｐ１との界面側に酸素イオンが集まりやすく、界面側とは反対の面にはＮａイオンが集
まりやすい傾向になる。このようにシリコン材料とガラス材料との陽極接合法では、基板
Ｐ２（パイレックス（登録商標）ガラス）の組成が変化しやすい。このようにして、シリ
コン材料と酸素イオンとの化学結合によって、基板Ｐ１（シリコン）と基板Ｐ２（パイレ
ックス（登録商標）ガラス）とを結晶レベル（原子レベル）で結合させることができる。
なお、基板Ｐ１と、基板Ｐ２とを貼り合わせる方法として、陽極接合法にこだわることは
なく、その他の方法を採用してもかまわない。例えば三菱重工（株）開発の常温でのウエ
ハー接合装置を使用して接合する方法もある。この接合方法では、基板表面上に、真空中
でアルゴンなどの原子ビームを照射して、基板表面の不純物を除去すると、清浄化された
材料表面の原子それぞれに結合の手が現れる。この結合の手が現れた材料の表面に、同じ
ように活性化して結合の手が出たもう一つの材料を押し当てると、双方の手が結び合って
一つの物質のように強く結合する。このようにして強固に接合された積層体Ｐを使用して
もよい。
【００２４】
レーザ光５は、集光素子としてのレンズ６で集光され、集光素子としてのレンズ６で集
光されたレーザ光５を基板Ｐ１の下面側に照射する。照射されたレーザ光５は、基板Ｐ１
の深さ方向全域で焦点位置が合うように配置されている。そして、集光点を徐々に基板Ｐ
１の上側に移動させながらレーザ光５を照射していく。そして、多光子吸収という現象を
利用することにより、基板Ｐ１の深さ方向全域に改質層としての材料変質部７を形成する
。
【００２５】
なお、レーザ光５の詳細な条件は以下のとおりである。使用するレーザ光源は、半導体
レーザを励起するものである。レーザ媒質：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。ＮＡ：０．５５
。レーザ光波長に対する透過率：６０％（Ｄ）。移動速度：１００ｍｍ／ｓｅｃである。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、積層体Ｐを反転させて、積層体Ｐに対して基板Ｐ２側
から応力Ｆを加える。外部から応力Ｆを加える方法としては、例えば切断予定ラインに沿
って積層体Ｐに曲げや、せん断応力を加えることである。また、積層体Ｐに温度差を与え
ることによって熱応力を発生させることもできる。なお、積層体Ｐの厚さがより薄いよう
な場合には、材料変質部７を形成することにより、積層体Ｐは、材料変質部７に沿って自
然に割れることがある。引き続き応力Ｆを加えていくと、基板Ｐ１に形成された材料変質
部７に沿って基板Ｐ２側に応力が伝播されて、基板Ｐ２に微小なクラックを生じさせ、こ
の微小なクラックに沿って基板Ｐ２を切断することができる。なお、積層体Ｐは、基板Ｐ
１と基板Ｐ２とが強固に接合されているものであるから、基板Ｐ２側に微小なクラックが
生じていると、容易に切断・分解できる。
【００２７】
次に、図２（ｃ）に示すように、積層体Ｐを分割して分割片Ｑを形成する。積層体Ｐに
外部から応力Ｆを加えると、分割片Ｑを形成することができる。
【００２８】
なお、レーザ光５を基板Ｐ１に照射して基板Ｐ１に材料変質部７を形成してから積層体
Ｐを切断・分割するから、切断時の切りくずを発生させることがない。そして、レーザ光
５を集光素子としてのレンズ６で集光させてから基板Ｐ１に照射して積層体Ｐを切断・分
割する方法なので、分割に必要な切断幅をより狭くすることができる。結果的に取り個数
を増加させることができるから、積層体Ｐを構成する材料の節約をすることができるので
、生産性を向上することができる。
【００２９】
また、基板Ｐ１に接合するための基板Ｐ２の材料にパイレックス（登録商標）ガラスを
採用したが、これに限らない。例えばソーダガラス、ネオセラム、ＯＡ−１０、ＮＡ３５
などのその他のガラスを用いてもよい。また、石英、水晶、サファイア、チタン酸バリウ
ム、チタン酸カリウム、Ｍｎ―Ｚｎフェライト、Ｎｉ―Ｚｎフェライト、アルミナチタン
カーバイトなどのセラミックスを採用してもかまわない。基板Ｐ２にこのような材料を選
択しても、積層体Ｐの切断・分割は、可能である。
【００３０】
以上のような実施形態では、以下の効果が得られる。
【００３１】
（１）積層体Ｐを構成する基板Ｐ１と、基板Ｐ２と、が異種材料であっても、基板Ｐ１
にレーザ光５を照射させて材料変質部７を形成することができる。そこで、積層体Ｐに外
部から応力Ｆを加えることで、材料変質部７に沿って基板Ｐ１を切断することができる。
そして、基板Ｐ１に形成された材料変質部７に沿って基板Ｐ２側に応力Ｆが伝播されるこ
とで、基板Ｐ２に微小なクラックを生じさせることができ、この微小なクラックに沿って
基板Ｐ２を切断することができる。したがって、分割片Ｑを形成することが簡単にできる
。しかも、切断部分が、きれいに切断されるので、切断・分割時に発生する恐れのある異
物を抑制することができる。また、使用するレーザ光５が、一つで済むので、二つのレー
ザ光５を用いたレーザ光照射装置に比べて、装置を安価に構成することができるとともに
、装置の小型化を図ることができる。
（２）基板Ｐ１にレーザ光５を集光素子としてのレンズ６で集光して照射させると、基
板Ｐ１がシリコン材料であるから、レーザ光５が、シリコン材料に透過性を有しているの
で、基板Ｐ１に材料変質部７を形成することが簡単にできる。
（３）ＹＡＧレーザの基本波を基板Ｐ１に照射させると、ＹＡＧレーザの基本波が、基
板Ｐ１に透過性を有しているので、基板Ｐ１の所定の位置に材料変質部７を形成すること
が簡単にできる。
（４）基板Ｐ２側から応力Ｆを加えるだけで積層体Ｐを簡単に切断・分割することがで
きるので、分割片Ｑを形成することが簡単にできる。
【００３２】
また、レーザ光５による積層体Ｐの切断・分割方法は、インクジェットヘッド、半導体
素子、液晶表示装置、圧電素子などのような、基板の高精度接合が必要な積層体に適用で
きる。また、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、ＤＮＡデバイス等の切断・分割に
も応用することができる。
【００３３】
以上、好ましい実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に
限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含み、本発明の目的を達成できる範
囲で、他のいずれの具体的な構造および形状に設定できる。
【００３４】
（変形例１）前述の実施形態で、レーザ光５の照射方向として、基板Ｐ１の表面からレ
ーザ光５を照射させたが、これに限らない。例えば基板Ｐ１の反対側からレーザ光５を照
射してもよい。つまり、基板Ｐ２を透過してレーザ光５を基板Ｐ１に照射させてもよい。
このようにしても、基板Ｐ２の材料がパイレックス（登録商標）ガラスなので、ＹＡＧレ
ーザの基本波を透過することができるから、実施形態と同様の効果が得られる。
【００３５】
（変形例２）前述の実施形態で、レーザ光５の集光方法として、積層体Ｐの厚さ方向に
集光点を移動させながら集光して照射させたが、これに限らない。例えば図３に示すよう
に、発散角の異なる複数のレーザ光５を集光素子としてのレンズ６により集光して照射し
てもかまわない。このようにすれば、実施形態と同様の効果が得られる他に、材料変質部
７の形成にかかる時間を短縮することができるから、加工効率を向上することが可能とな
る。
【００３６】
（変形例３）前述の実施形態で、レーザ光５の集光方法として、積層体Ｐの厚さ方向に
集光点を移動させながら集光して照射させたが、これに限らない。例えば図４に示すよう
に、レーザ光５を集光素子としてのレンズ６により複数のビームに分岐して多点同時に照
射してもかまわない。このようにすれば、実施形態と同様の効果が得られる他に、材料変
質部７の形成にかかる時間を短縮することができるから、加工効率を向上することが可能
となる。
【００３７】
（変形例４）前述の実施形態で、積層体Ｐは、基板Ｐ１と、基板Ｐ２との２枚構成とし
たが、これに限らない。例えば積層体Ｐを３枚以上の構成にしてもよい。このようにすれ
ば、実施形態と同様の効果が得られる上に、その他の積層体Ｐもしくはデバイスなどを形
成することが可能となる。
【００３８】
（変形例５）前述の実施形態で、積層体Ｐの切断・分割する部分を直線状に配置した部
品に適用したが、これに限らない。例えば千鳥状（互い違い）に配置した部品の積層体Ｐ
に適用してもかまわない。このようにすれば、実施形態と同様の効果が得られる上に、部
品を効率的に配置することができるから、部品の取り個数を増やすことができる。取り個
数が増えれば材料を無駄にしないで済む。しかも、回転砥石を用いたダイシングや、スラ
イシングなどによる従来の切断方法では加工が困難であった部品形状でも切断・分割をす
ることが可能となる。
【００３９】
（変形例６）前述の実施形態で、改質層としての材料変質部７は、基板Ｐ１の深さ方向
全域に形成されていることが望ましいが、これに限らない。例えば積層体Ｐに応力をかけ
て分割できる程度の深さに形成されていてもよい。このようにしても、積層体Ｐを切断・
分割することができるから、前述の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】レーザ光による改質層としての材料変質部の形成方法を説明するための図。
【図２】本実施形態における積層体を分割する方法を示す図であり、（ａ）は、材料変質部の形成過程の初期状態を示す図であり、（ｂ）は、完了状態を示す図であり、（ｃ）は、分割片を示す図。
【図３】変形例１における発散角の異なる複数のレーザ光を集光素子により集光して照射する例を示す図。
【図４】変形例２におけるレーザ光を回折光学素子により複数のビームに分岐して多点同時に照射する例を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
５…レーザ光、６…集光素子としてのレンズ、７…改質層としての材料変質部、Ｆ…応
力、Ｐ１…第１基板としての基板、Ｐ２…第２基板としての基板、Ｐ…積層体、Ｑ…分割
片。
【図１】
2007118207.tif 000003
【図２】
2007118207.tif 000004
【図３】
2007118207.tif 000005
【図４】
2007118207.tif 000006