JP2002192367A - レーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工方法

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JP2002192367A
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文嗣 福世
Kenji Fukumitsu
憲志 福満
Naoki Uchiyama
直己 内山
Toshimitsu Wakuta
敏光 和久田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の表面に溶融や切断予定ラインから外れ
た割れが生じることなく、基板を切断することができる
レーザ加工方法を提供すること。 【解決手段】 本発明に係るレーザ加工方法は、表面３
に回路部２が形成されかつ裏面２１にダイシングフィル
ム４が貼り付けられた基板１の内部に集光点Pを合わせ
て、ダイシングフィルム４に対して透過性を有するレー
ザ光Lをダイシングフィルム４を介して基板１の裏面２
１から入射させ、基板１の切断予定ライン５に沿って基
板１の内部に多光子吸収による溶融処理領域１３を形成
する工程を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料基板、
圧電材料基板やガラス基板等の基板の切断に使用される
レーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ応用の一つに切断があり、レーザ
による一般的な切断は次の通りである。例えば半導体ウ
ェハやガラス基板のような基板の切断する箇所に、基板
が吸収する波長のレーザ光を照射し、レーザ光の吸収に
より切断する箇所において基板の表面から裏面に向けて
加熱溶融を進行させて基板を切断する。しかし、この方
法では基板の表面のうち切断する箇所となる領域周辺も
溶融される。よって、基板が半導体ウェハの場合、半導
体ウェハの表面に形成された半導体素子のうち、上記領
域周辺に位置する半導体素子が溶融する恐れがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】基板の表面の溶融を防
止する方法として、例えば、特開２０００−２１９５２
８号公報や特開２０００−１５４６７号公報に開示され
たレーザによる切断方法がある。これらの公報の切断方
法では、基板の切断する箇所をレーザ光により加熱し、
そして基板を冷却することにより、基板の切断する箇所
に熱衝撃を生じさせて基板を切断する。
【０００４】しかし、これらの公報の切断方法では、基
板に生じる熱衝撃が大きいと、基板の表面に、切断予定
ラインから外れた割れやレーザ照射していない先の箇所
までの割れ等の不必要な割れが発生することがある。よ
って、これらの切断方法では精密切断をすることができ
ない。特に、基板が半導体ウェハ、液晶表示装置が形成
されたガラス基板、電極パターンが形成されたガラス基
板の場合、この不必要な割れにより半導体チップ、液晶
表示装置、電極パターンが損傷することがある。また、
これらの切断方法では平均入力エネルギーが大きいの
で、半導体チップ等に与える熱的ダメージも大きい。
【０００５】本発明の目的は、基板の表面に不必要な割
れを発生させることなくかつその表面が溶融しないレー
ザ加工方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ加工
方法は、表面に電子デバイス又は電極パターンが形成さ
れかつ裏面に粘着シートが貼り付けられた基板の内部に
集光点を合わせて、粘着シートに対して透過性を有する
レーザ光を粘着シートを介して基板の裏面から入射さ
せ、基板の切断予定ラインに沿って基板の内部に多光子
吸収による改質領域を形成する工程を備えることを特徴
とする。
【０００７】本発明に係るレーザ加工方法によれば、基
板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射しかつ多光
子吸収という現象を利用することにより、基板の内部に
改質領域を形成している。基板の切断する箇所に何らか
の起点があると、基板を比較的小さな力で割って切断す
ることができる。本発明に係るレーザ加工方法によれ
ば、改質領域を起点として切断予定ラインに沿って基板
が割れることにより、基板を切断することができる。よ
って、比較的小さな力で基板を切断することができるの
で、基板の表面に切断予定ラインから外れた不必要な割
れを発生させることなく基板の切断が可能となる。
【０００８】また、本発明に係るレーザ加工方法によれ
ば、基板の内部に局所的に多光子吸収を発生させて改質
領域を形成している。よって、基板の表面や裏面ではレ
ーザ光がほとんど吸収されないので、基板の表面が溶融
することはない。なお、集光点とはレーザ光が集光した
箇所のことである。切断予定ラインは基板の表面や裏面
もしくは内部に実際に引かれた線でもよいし、仮想の線
でもよい。
【０００９】さらに、本発明に係るレーザ加工方法によ
れば、粘着シートに対して透過性を有するレーザ光を照
射しているため、粘着シートではレーザ光がほとんど吸
されない。よって、レーザ光を粘着シートを介して基板
の裏面から入射させることができ、基板の表面に形成さ
れた電子デバイス又は電極パターンをレーザ光から保護
することが可能となる。また、このとき、粘着シートの
変形や溶融等も防止される。なお、電子デバイスとは、
半導体素子、液晶等の表示装置、圧電素子等を意味す
る。
【００１０】本発明に係るレーザ加工方法は、表面に電
子デバイス又は電極パターンが形成されかつ裏面に粘着
シートが貼り付けられた基板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/c
m2）以上でかつパルス幅が１μs以下の条件で、粘着シ
ートに対して透過性を有するレーザ光を粘着シートを介
して基板の裏面から入射させ、基板の切断予定ラインに
沿って基板の内部にクラック領域を含む改質領域を形成
する工程を備えることを特徴とする。
【００１１】本発明に係るレーザ加工方法によれば、基
板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）以上でかつパルス幅が１
μs以下の条件でレーザ光を照射している。このため、
基板の内部で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基板の内部に熱ひず
みが誘起され、これにより基板の内部にクラック領域が
形成される。このクラック領域は上記改質領域の一例で
あるので、本発明に係るレーザ加工方法によれば、基板
の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れ
を発生させることなく、レーザ加工が可能となる。この
レーザ加工方法の基板としては、例えば、ガラスを含む
部材がある。なお、ピークパワー密度とは、パルスレー
ザ光の集光点の電界強度を意味する。
【００１２】さらに、本発明に係るレーザ加工方法によ
れば、粘着シートに対して透過性を有するレーザ光を照
射しているため、粘着シートではレーザ光がほとんど吸
されない。よって、レーザ光を粘着シートを介して基板
の裏面から入射させることができ、基板の表面に形成さ
れた電子デバイス又は電極パターンをレーザ光から保護
することが可能となる。また、このとき、粘着シートの
変形や溶融等も防止される。なお、電子デバイスとは、
半導体素子、液晶等の表示装置、圧電素子等を意味す
る。
【００１３】本発明に係るレーザ加工方法は、表面に電
子デバイス又は電極パターンが形成されかつ裏面に粘着
シートが貼り付けられた基板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/c
m2）以上でかつパルス幅が１μs以下の条件で、粘着シ
ートに対して透過性を有するレーザ光を粘着シートを介
して基板の裏面から入射させ、基板の切断予定ラインに
沿って基板の内部に溶融処理領域を含む改質領域を形成
する工程を備えることを特徴とする。
【００１４】本発明に係るレーザ加工方法によれば、基
板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）以上でかつパルス幅が１
μs以下の条件でレーザ光を照射している。よって、基
板の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。こ
の加熱により基板の内部に溶融処理領域が形成される。
この溶融処理領域は上記改質領域の一例であるので、本
発明に係るレーザ加工方法によれば、基板の表面に溶融
や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させる
ことなく、レーザ加工が可能となる。このレーザ加工方
法の基板としては、例えば、半導体材料を含む部材があ
る。
【００１５】さらに、本発明に係るレーザ加工方法によ
れば、粘着シートに対して透過性を有するレーザ光を照
射しているため、粘着シートではレーザ光がほとんど吸
されない。よって、レーザ光を粘着シートを介して基板
の裏面から入射させることができ、基板の表面に形成さ
れた電子デバイス又は電極パターンをレーザ光から保護
することが可能となる。また、このとき、粘着シートの
変形や溶融等も防止される。なお、電子デバイスとは、
半導体素子、液晶等の表示装置、圧電素子等を意味す
る。
【００１６】本発明に係るレーザ加工方法は、表面に電
子デバイス又は電極パターンが形成されかつ裏面に粘着
シートが貼り付けられた基板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/c
m2）以上でかつパルス幅が１ns以下の条件で、粘着シー
トに対して透過性を有するレーザ光を粘着シートを介し
て基板の裏面から入射させ、基板の切断予定ラインに沿
って基板の内部に屈折率が変化した領域である屈折率変
化領域を含む改質領域を形成する工程を備えることを特
徴とする。
【００１７】本発明に係るレーザ加工方法によれば、基
板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）以上でかつパルス幅が１
ns以下の条件でレーザ光を照射している。本発明のよう
にパルス幅を極めて短くして、多光子吸収を基板の内部
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、基板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。この屈折率変化領域は上
記改質領域の一例であるので、本発明に係るレーザ加工
方法によれば、基板の表面に溶融や切断予定ラインから
外れた不必要な割れを発生させることなく、レーザ加工
が可能となる。このレーザ加工方法の基板としては、例
えば、ガラスを含む部材である。
【００１８】さらに、本発明に係るレーザ加工方法によ
れば、粘着シートに対して透過性を有するレーザ光を照
射しているため、粘着シートではレーザ光がほとんど吸
されない。よって、レーザ光を粘着シートを介して基板
の裏面から入射させることができ、基板の表面に形成さ
れた電子デバイス又は電極パターンをレーザ光から保護
することが可能となる。また、このとき、粘着シートの
変形や溶融等も防止される。なお、電子デバイスとは、
半導体素子、液晶等の表示装置、圧電素子等を意味す
る。
【００１９】上記本発明に係るレーザ加工方法に適用で
きる態様は以下の通りである。粘着シートの基材は、ポ
リオレフィン系又はポリ塩化ビニール系のいずれか１つ
の材質であることが一般的である。
【００２０】改質領域を形成する工程後、切断予定ライ
ンに沿って基板を切断する切断工程を備えるようにして
もよい。改質領域形成工程において基板を切断できない
場合、この切断工程により基板を切断する。切断工程
は、改質領域を起点として基板を割るので、比較的小さ
な力で基板を切断することができる。これにより、基板
の表面に切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生
させることなく基板の切断が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を用いて説明する。本実施形態に係るレーザ
加工方法は、多光子吸収により改質領域を形成してい
る。多光子吸収はレーザ光の強度を非常に大きくした場
合に発生する現象である。まず、多光子吸収について簡
単に説明する。
【００２２】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，・・・であ
る）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。
【００２３】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の原理について図１〜図６を用いて
説明する。図１はレーザ加工中の基板１の平面図であ
り、図２は図１に示す基板１のII−II線に沿った断面図
であり、図３はレーザ加工後の基板１の平面図であり、
図４は図３に示す基板１のIV−IV線に沿った断面図であ
り、図５は図３に示す基板１のV−V線に沿った断面図で
あり、図６は切断された基板１の平面図である。
【００２４】図１及び図２に示すように、基板１の表面
３には切断予定ライン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
工は、多光子吸収が生じる条件で基板１の内部に集光点
Pを合わせてレーザ光Lを基板１に照射して改質領域７を
形成する。なお、集光点とはレーザ光Lが集光した箇所
のことである。
【００２５】レーザ光Lを切断予定ライン５に沿って
（すなわち矢印A方向に沿って）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に沿って基板１の内部にのみ形成さ
れる。本実施形態に係るレーザ加工方法は、基板１がレ
ーザ光Lを吸収することにより基板１を発熱させて改質
領域７を形成するのではない。基板１にレーザ光Lを透
過させ基板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、基板１の表面３や裏面２１
ではレーザ光Lがほとんど吸収されないので、基板１の
表面３や裏面２１が溶融することはない。
【００２６】基板１の切断において、切断する箇所に起
点があると基板１はその起点から割れるので、図６に示
すように比較的小さな力で基板１を切断することができ
る。よって、基板１の表面３や裏面２１に不必要な割れ
を発生させることなく基板１の切断が可能となる。
【００２７】なお、改質領域を起点とした基板の切断
は、次の二通りが考えられる。一つは、改質領域形成
後、基板に人為的な力が印加されることにより、改質領
域を起点として基板が割れ、基板が切断される場合であ
る。これは、例えば基板の厚み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、基板の切断
予定ラインに沿って基板に曲げ応力やせん断応力を加え
たり、基板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。他の一つは、改質領域を形成す
ることにより、改質領域を起点として基板の断面方向
（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に基板が切
断される場合である。これは、例えば基板の厚みが小さ
い場合、改質領域が１つでも可能であり、基板の厚みが
大きい場合、厚さ方向に複数の改質領域を形成すること
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、改質領域が形成されていない部分上の
表面もしくは裏面まで割れが先走ることがなく、改質領
域を形成した部分上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
ハ等の半導体ウェハの厚み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。
【００２８】さて、本実施形態において多光子吸収によ
り形成される改質領域として、次の（１）〜（３）があ
る。 （１）改質領域が一つ又は複数のクラックスポットを含
むクラック領域の場合 レーザ光を基板（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）以上でかつパルス幅が１μs以
下の条件で照射する。このパルス幅の大きさは、多光子
吸収を生じさせつつ基板に余計なダメージを与えずに、
基板の内部にクラック領域を形成できる条件である。こ
れにより、基板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基板の内
部に熱ひずみが誘起され、これにより基板の内部にクラ
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１n
s〜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。
【００２９】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。 （A）基板：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７
００μm） （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）基板が載置される載置台の移動速度：１００mm／
秒 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。
【００３０】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基板の内部に形成
された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）程度では基板の内部にクラッ
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。
【００３１】次に、本実施形態に係るレーザ加工におい
て、クラック領域形成による基板の切断のメカニズムに
ついて図８〜図１１を用いて説明する。図８に示すよう
に、多光子吸収が生じる条件で基板１の内部に集光点P
を合わせてレーザ光Lを基板１に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は一つ又は複数のクラックスポットを含む領域で
ある。図９に示すようにクラック領域９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
基板１の表面３と裏面２１に到達し、図１１に示すよう
に基板１が割れることにより基板１が切断される。基板
の表面と裏面に到達するクラックは自然に成長する場合
もあるし、基板に力が印加されることにより成長する場
合もある。
【００３２】（２）改質領域が溶融処理領域の場合 レーザ光を基板（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）以上でかつパルス幅が１μs以下の
条件で照射する。これにより基板の内部は多光子吸収に
よって局所的に加熱される。この加熱により基板の内部
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〜２
００nsが好ましい。
【００３３】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
条件は次ぎの通りである。 （A）基板：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）基板が載置される載置台の移動速度：１００mm／
秒 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。
【００３４】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
リコン基板の厚みtが５０μm、１００μm、２００μm、
５００μm、１０００μmの各々について上記関係を示し
た。
【００３５】例えば、Nd:YAGレーザの波長である１０６
４nmにおいて、シリコン基板の厚みが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。
【００３６】なお、シリコンウェハは、溶融処理領域を
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、基
板に力が印加されることにより成長する場合もある。な
お、溶融処理領域からウェハの表面と裏面に割れが自然
に成長する場合において、溶融処理領域が溶融の状態か
ら割れが成長するか、もしくは溶融の状態から再固化す
る際に割れが成長する場合のいずれもある。ただし、こ
れらの場合も溶融処理領域はウェハの内部のみに形成さ
れ、切断後の切断面は図１２のように内部にのみ溶融処
理領域が形成されている。基板の内部に溶融処理領域を
形成する場合、割断時、切断予定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。
【００３７】（３）改質領域が屈折率変化領域の場合 レーザ光を基板（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
上でかつパルス幅が１ns以下の条件で照射する。パルス
幅を極めて短くして、多光子吸収を基板の内部に起こさ
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、基板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１
０５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。
【００３８】次に、本実施形態の具体例を説明する。本
実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図１
４はこのレーザ加工装置１００の概略構成図である。レ
ーザ加工装置１００は、レーザ光Lを発生するレーザ光
源１０１と、レーザ光Lの出力やパルス幅等を調節する
ためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１
０２と、レーザ光Lの反射機能を有しかつレーザ光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、ダイクロイックミラー１０３で反射
されたレーザ光Lを集光する集光用レンズ１０５と、集
光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Lが照射される
基板１が載置される載置台１０７と、載置台１０７をX
軸方向に移動させるためのX軸ステージ１０９と、載置
台１０７をX軸方向に直交するY軸方向に移動させるため
のY軸ステージ１１１と、載置台１０７をX軸及びY軸方
向に直交するZ軸方向に移動させるためのZ軸ステージ１
１３と、これら三つのステージ１０９,１１１,１１３の
移動を制御するステージ制御部１１５と、を備える。
【００３９】基板１はシリコンウェハであり、その表面
３には複数の回路部２（電子デバイス）が形成されてい
る。基板１は、その裏面２１にダイシングフィルム４
（粘着シート）が貼り付けられ、裏面２１がレーザ光L
の照射側となるように載置台１０７に載置されている。
なお、本実施形態ではダイシングフィルム４として、基
材がポリオレフィン系の材質で、粘着剤がアクリル系の
材質のものを用いたが、例えば基材がポリ塩化ビニール
系の材質で、粘着剤がアクリル系の材質のものを用いて
もよい。
【００４０】Z軸方向は基板１の裏面２１と直交する方
向なので、基板１に入射するレーザ光Lの焦点深度の方
向となる。よって、Z軸ステージ１１３をZ軸方向に移動
させることにより、基板１の内部にレーザ光Lの集光点P
を合わせることができる。また、この集光点PのX(Y)軸
方向の移動は、基板１をX(Y)軸ステージ１０９（１１
１）によりX(Y)軸方向に移動させることにより行う。
【００４１】レーザ光源１０１としては、パルスレーザ
光を発生する、波長が１０６４nmのNd:YAGレーザを用い
た。ダイシングフィルム４に対して透過性を有するから
である。図１５はダイシングフィルム４の分光透過率特
性を示すグラフである。図示するように、ダイシングフ
ィルム４は、Nd:YAGレーザの波長が１０６４nmのとき、
７０％を超える透過率があることが分かる。レーザ光源
１０１に用いることができるレーザとして、この他、N
d:YVO4レーザやNd:YLFレーザがある。レーザ光源は、ク
ラック領域、溶融処理領域を形成する場合、前述のレー
ザ光源を用いるのが好適であり、屈折率変化領域を形成
する場合、チタンサファイアレーザを用いるのが好適で
ある。
【００４２】レーザ加工装置１００はさらに、載置台１
０７に載置された基板１を可視光線により照明するため
に可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロイ
ックミラー１０３及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上
に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９と、を
備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５
との間にダイクロイックミラー１０３が配置されてい
る。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反
射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光
軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用
光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１
１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダ
イクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５を透
過し、基板１の切断予定ライン５等を含む裏面３を照明
する。なお、基板１をその表面３に形成された複数の回
路部２毎に切断するため、切断予定ライン５は、互いに
隣接する回路部２間の間隙（すなわち裏面２１上）、及
び、それに臨む基板１の裏面２１上に設定される。
【００４３】レーザ加工装置１００はさらに、ビームス
プリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０３及び集光
用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された撮像素子１２
１及び結像レンズ１２３を備える。撮像素子１２１とし
ては例えばCCD(charge-coupled device)カメラがある。
切断予定ライン５等を含む裏面２１を照明した可視光線
の反射光は、集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラ
ー１０３、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レン
ズ１２３で結像されて撮像素子１２１で撮像され、撮像
データとなる。
【００４４】レーザ加工装置１００はさらに、撮像素子
１２１から出力された撮像データが入力される撮像デー
タ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御す
る全体制御部１２７と、モニタ１２９と、を備える。撮
像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用
光源１１７で発生した可視光の焦点が裏面２１上に合わ
せるための焦点データを演算する。この焦点データを基
にしてステージ制御部１１５がZ軸ステージ１１３を移
動制御することにより、可視光の焦点が裏面２１に合う
ようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオート
フォーカスユニットとして機能する。なお、可視光の焦
点はレーザ光Lの集光点に一致している。また、撮像デ
ータ処理部１２５は、撮像データを基にして裏面２１の
拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは
全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種処理がな
され、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１
２９に拡大画像等が表示される。
【００４５】全体制御部１２７には、ステージ制御部１
１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像
データ等が入力され、これらのデータも基にしてレーザ
光源制御部１０２、観察用光源１１７及びステージ制御
部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００
全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュ
ータユニットとして機能する。
【００４６】次に、本実施形態に係るレーザ加工方法を
説明する。図１６は、このレーザ加工方法を説明するた
めのフローチャートである。
【００４７】まず、基板１及びダイシングフィルム４の
光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。
この測定結果に基づいて、基板１及びダイシングフィル
ム４に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ
光Lを発生するレーザ光源１０１を選定する（S１０
１）。次に、基板１及びダイシングフィルム４の厚さを
測定する。厚さの測定結果と基板１及びダイシングフィ
ルム４の屈折率とを基にして、基板１のZ軸方向の移動
量を決定する（S１０３）。これは、レーザ光Lの集光点
Pを基板１の内部に位置させるために、基板１の裏面２
１に貼り付けられたダイシングフィルム４の表面６（レ
ーザ光Lの照射側の面）に位置するレーザ光Lの集光点を
基準とした基板１のZ軸方向の移動量である。この移動
量を全体制御部１２７に入力する。
【００４８】基板１の裏面２１にダイシングフィルム４
を貼り付け、基板１を裏面２１がレーザ光Lの照射側と
なるようにレーザ加工装置１００の載置台１０７に載置
する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させ
て基板１を照明する（S１０５）。照明された切断予定
ライン５を含む基板１の裏面２１を撮像素子１２１によ
り撮像する。この撮像データは撮像データ処理部１２５
に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理
部１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点がダイシン
グフィルム４の表面に位置するような焦点データを演算
する（S１０７）。
【００４９】この焦点データはステージ制御部１１５に
送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを
基にしてZ軸ステージ１１３をZ軸方向の移動させる（S
１０９）。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦
点がダイシングフィルム４の表面６に位置する。なお、
撮像データ処理部１２５は撮像データに基づいて、切断
予定ライン５を含む基板１の裏面２１の拡大画像データ
を演算する。この拡大画像データは全体制御部１２７を
介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９
に切断予定ライン５付近の拡大画像が表示される。
【００５０】全体制御部１２７には予めステップS１０
３で決定された移動量データが入力されており、この移
動量データがステージ制御部１１５に送られる。ステー
ジ制御部１１５はこの移動量データに基づいて、レーザ
光Lの集光点Pが基板１の内部となる位置に、Z軸ステー
ジ１１３により基板１をZ軸方向に移動させる（S１１
１）。
【００５１】次に、レーザ光源１０１からレーザ光Lを
発生させて、レーザ光Lを基板１の裏面２１の切断予定
ライン５に照射する。図１７はレーザ加工中の溶融処理
領域１３を含む基板１の断面図である。図示するよう
に、レーザ光Lは、ダイシングフィルム４に対して透過
性を有するため、ダイシングフィルム４ではほとんど吸
されずダイシングフィルム４を介して基板１の裏面２１
から入射する。レーザ光Lの集光点Pは基板１の内部に位
置しているので、溶融処理領域１３は基板１の内部にの
み形成される。このとき、回路部２は基板１の表面３に
形成されているため、回路部２をレーザ光Lから保護す
ることが可能となる。また、ダイシングフィルム４の変
形や溶融等も防止される。そして、裏面２１の切断予定
ライン５に沿うように（すなわち矢印A方向に沿うよう
に）X軸ステージ１０９やY軸ステージ１１１を移動させ
て、溶融処理領域１３を切断予定ライン５に沿うように
基板１の内部に形成する（S１１３）。
【００５２】そして、基板１を切断予定ライン５に沿っ
て曲げることにより、基板１を切断する（S１１５）。
これにより、基板１を、回路部２を備えたシリコンチッ
プに分割する。このとき、各シリコンチップはダイシン
グフィルム４に貼り付けられているため、チップ飛びを
防止して安定したピックアップを行うことが可能とな
る。
【００５３】本実施形態の効果を説明する。これによれ
ば、多光子吸収を起こさせる条件でかつ基板１の内部に
集光点Pを合わせて、パルスレーザ光Lを切断予定ライン
５に照射している。そして、X軸ステージ１０９やY軸ス
テージ１１１を移動させることにより、集光点Pを切断
予定ライン５に沿って移動させている。これにより、改
質領域（例えばクラック領域、溶融処理領域、屈折率変
化領域）を切断予定ライン５に沿うように基板１の内部
に形成している。基板の切断する箇所に何らかの起点が
あると、基板を比較的小さな力で割って切断することが
できる。よって、改質領域を起点として切断予定ライン
５に沿って基板１を割ることにより、比較的小さな力で
基板１を切断することができる。これにより、基板１の
表面３に切断予定ライン５から外れた不必要な割れを発
生させることなく基板１を切断することができる。
【００５４】また、本実施形態によれば、基板１に多光
子吸収を起こさせる条件でかつ基板１の内部に集光点P
を合わせて、パルスレーザ光Lを切断予定ライン５に照
射している。よって、パルスレーザ光Lは基板１を透過
し、基板１の表面３及び裏面２１ではパルスレーザ光L
がほとんど吸収されないので、改質領域形成が原因で表
面３が溶融等のダメージを受けることはない。
【００５５】以上説明したように本実施例によれば、基
板１の表面３に切断予定ライン５から外れた不必要な割
れや溶融が生じることなく、基板１を切断することがで
きる。よって、基板１が例えば半導体ウェハの場合、半
導体チップに切断予定ラインから外れた不必要な割れや
溶融が生じることなく、半導体チップを半導体ウェハか
ら切り出すことができる。表面に電極パターンが形成さ
れている基板や、圧電素子ウェハや液晶等の表示装置が
形成されたガラス基板のような表面に電子デバイスが形
成されている基板についても同様である。よって、本実
施形態によれば、基板を切断することにより作製される
製品（例えば半導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶
等の表示装置）の歩留まりを向上させることができる。
【００５６】また、本実施形態によれば、基板１の切断
予定ライン５沿った箇所は溶融しないので、切断予定ラ
イン５の幅（この幅は、例えば半導体ウェハの場合、半
導体チップとなる領域同士の間隔である。）を小さくで
きる。これにより、一枚の基板１から作製される製品の
数が増え、製品の生産性を向上させることができる。
【００５７】また、本実施形態によれば、基板１の切断
加工にレーザ光を用いるので、ダイヤモンドカッタを用
いたダイシングよりも複雑な加工が可能となる。例え
ば、図１８に示すように切断予定ライン５が複雑な形状
であっても、本実施形態によれば切断加工が可能とな
る。
【００５８】
【発明の効果】本発明に係るレーザ加工方法によれば、
基板の表面に溶融や切断予定ラインから外れた割れが生
じることなく、基板を切断することができる。よって、
基板を切断することにより作製される製品（例えば、半
導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置）
の歩留まりや生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工方法によってレー
ザ加工中の基板の平面図である。
【図２】図１に示す基板の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方法によるレーザ
加工後の基板の平面図である。
【図４】図３に示す基板のIV−IV線に沿った断面図であ
る。
【図５】図３に示す基板の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方法によって切断
された基板の平面図である。
【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方法の第１工程に
おける基板の断面図である。
【図９】本実施形態に係るレーザ加工方法の第２工程に
おける基板の断面図である。
【図１０】本実施形態に係るレーザ加工方法の第３工程
における基板の断面図である。
【図１１】本実施形態に係るレーザ加工方法の第４工程
における基板の断面図である。
【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の透過率との関係を
示すグラフである。
【図１４】本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成
図である。
【図１５】本実施形態に係るダイシングフィルムの分光
透過率特性を示すグラフである。
【図１６】本実施形態に係るレーザ加工方法を説明する
ためのフローチャートである。
【図１７】本実施形態に係るレーザ加工方法によってレ
ーザ加工中の溶融処理領域を含む基板の断面図である。
【図１８】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断
可能なパターンを説明するための基板の平面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…回路部、３…表面、４…ダイシングフィ
ルム、５…切断予定ライン、１３…溶融処理領域、２１
…裏面、１００…レーザ加工装置、１０１…レーザ光
源、１０５…集光用レンズ、１０９…X軸ステージ、１
１１…Y軸ステージ、１１３…Z軸ステージ、L…レーザ
光、P…集光点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 直己 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 和久田 敏光 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 3C069 AA01 BA08 BB04 CA05 CA11 EA01 EA04 EA05 4E068 AE00 CA02 CA03 CA11 DA10 DA11 DB13

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面に電子デバイス又は電極パターンが
    形成されかつ裏面に粘着シートが貼り付けられた基板の
    内部に集光点を合わせて、前記粘着シートに対して透過
    性を有するレーザ光を前記粘着シートを介して前記基板
    の前記裏面から入射させ、前記基板の切断予定ラインに
    沿って前記基板の内部に多光子吸収による改質領域を形
    成する工程を備える、レーザ加工方法。
  2. 【請求項２】 表面に電子デバイス又は電極パターンが
    形成されかつ裏面に粘着シートが貼り付けられた基板の
    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）以上でかつパルス幅が１μs
    以下の条件で、前記粘着シートに対して透過性を有する
    レーザ光を前記粘着シートを介して前記基板の前記裏面
    から入射させ、前記基板の切断予定ラインに沿って前記
    基板の内部にクラック領域を含む改質領域を形成する工
    程を備える、レーザ加工方法。
  3. 【請求項３】 表面に電子デバイス又は電極パターンが
    形成されかつ裏面に粘着シートが貼り付けられた基板の
    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）以上でかつパルス幅が１μs
    以下の条件で、前記粘着シートに対して透過性を有する
    レーザ光を前記粘着シートを介して前記基板の前記裏面
    から入射させ、前記基板の切断予定ラインに沿って前記
    基板の内部に溶融処理領域を含む改質領域を形成する工
    程を備える、レーザ加工方法。
  4. 【請求項４】 表面に電子デバイス又は電極パターンが
    形成されかつ裏面に粘着シートが貼り付けられた基板の
    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）以上でかつパルス幅が１ns以
    下の条件で、前記粘着シートに対して透過性を有するレ
    ーザ光を前記粘着シートを介して前記基板の前記裏面か
    ら入射させ、前記基板の切断予定ラインに沿って前記基
    板の内部に屈折率が変化した領域である屈折率変化領域
    を含む改質領域を形成する工程を備える、レーザ加工方
    法。
  5. 【請求項５】 前記粘着シートの基材は、ポリオレフィ
    ン系又はポリ塩化ビニール系のいずれか１つの材質であ
    ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレ
    ーザ加工方法。
  6. 【請求項６】 前記改質領域を形成する工程後、前記切
    断予定ラインに沿って前記基板を切断する切断工程を備
    える、請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ加工方
    法。
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