JP2007050410A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコンウェハを切断して得られるチップの切断面からパーティクルが発生するのを防止するためのレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】 改質領域７_７〜７_１２を形成する際のレーザ光Ｌの照射条件は、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが３３５μｍ〜５２５μｍの領域でのレーザ光Ｌの球面収差が補正されるように、改質領域７_１３〜７_１９を形成する際のレーザ光Ｌの照射条件に対して変化させられる。そのため、改質領域７_１〜７_１９を切断の起点としてシリコンウェハ１１及び機能素子層１６を半導体チップに切断しても、深さが３３５μｍ〜５２５μｍの領域ではツイストハックルが顕著に現れず、パーティクルが発生し難くなる。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、シリコンウェハの切断予定ラインに沿って、切断の起点となる複数列の改質領域をシリコンウェハの内部に形成するレーザ加工方法に関する。

従来におけるこの種の技術として、半導体基板にレーザ光を照射することで、半導体基板のストリートに沿って半導体基板の内部に変質部を複数列形成し、そのストリートに沿って半導体基板を切断する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１９６６７号公報

しかしながら、上述した方法で半導体基板を切断すると、その切断面からパーティクルが発生し、切断して得られた半導体チップが汚染されるおそれがある。

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、シリコンウェハを切断して得られるチップの切断面からパーティクルが発生するのを防止するためのレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、シリコンウェハを切断して得られるチップの切断面からパーティクルが発生するのは、シリコンウェハの所定の領域に形成される改質領域に現れるツイストハックルに起因していることを突き止めた。

つまり、厚さｔ（５００μｍ＜ｔ）のシリコンウェハの内部に集光用レンズによりレーザ光を集光させることで、シリコンウェハの切断予定ラインに沿ってシリコンウェハの内部に改質領域を複数列形成して切断すると、少なくとも、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜５００μｍの領域で、切断面にツイストハックルが顕著に現れる。そのため、ツイストハックル間の微小部分が剥離し、シリコンのパーティクルが発生するのである。

図１８は、従来のレーザ加工方法により、厚さ６２５μｍのシリコンウェハの内部に１本の切断予定ラインに対して１９列の改質領域を形成した際のシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。各改質領域７_１〜７_１９は、シリコンウェハ１１の表面３をレーザ光入射面として、下記表１に示す条件で、裏面２１側から順次形成されたものである。なお、下記表１において、集光点位置とは、レーザ光の集光点を合わせる位置の表面３からの距離を意味する（以下、同じ）。また、出口出力とは、集光用レンズから出射されるレーザ光の出力であり、広がり角とは、集光用レンズに入射するレーザ光の広がり角である（以下、同じ）。

図１８に示すように、この例においては、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが３１０μｍ〜５４０μｍの領域で、ツイストハックル（濃い黒色の部分）５１が顕著に現れた。このように、ツイストハックル５１が顕著に現れると、図１９に示すように、ツイストハックル５１間の微小部分５２が剥離し易くなるため、深さが３１０μｍ〜５４０μｍの領域では、パーティクルが発生し易くなっていると考えられる。なお、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが５４０μｍを超える領域では、ツイストハックル５１は現れるものの、図２０に示すように、顕著には現れないため、パーティクルは発生し難くなっていると考えられる。

そして、本発明者らは、少なくとも、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜５００μｍの領域で、切断面にツイストハックルが顕著に現れるのは、深さが３５０μｍ〜５００μｍの領域でのレーザ光の球面収差の増大に起因していることを見出した。

つまり、図２１に示すように、レーザ光Ｌがシリコンウェハ１１に入射する際には、スネルの法則によりレーザ光Ｌは屈折されて進行する。従って、ウェハ１１の表面３からの深さが深い領域にレーザ光Ｌを集光させるために、集光用レンズ５３をウェハ１１に近付けるほど、中心光線Ｌ１の集光位置Ｐ１と周辺光線Ｌ２の集光位置Ｐ２とがシリコンウェハ１１の厚さ方向にずれることになる。そのため、レーザ光Ｌの集光点がウェハ１１の厚さ方向に広がることでレーザ光Ｌの集光度合いが悪化し、ウェハ１１の厚さ方向に伸びてしかも質の悪い不均一（レーザ光Ｌの１ショットにも拘わらず、ウェハ１１の厚さ方向に一繋がりとならずに複数に分断された改質領域となる）な改質領域が形成される。その結果、分断時に質の悪い改質領域が無理に繋がろうとすることでツイストハックルが生じると共に、不均一な改質領域に起因して不均一な亀裂も発生し、この亀裂とツイストハックルとの間でウェハ１１の切断面から剥離するパーティクルが発生し易くなると考えられる。なお、上述した例において、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが５４０μｍを超える領域で、ツイストハックル５１が顕著には現れないのは、次のような理由による。すなわち、深さが５４０μｍを超える領域では、集光点Ｐでのレーザ光Ｌのエネルギー密度がより小さくなるため、ウェハ１１の厚さ方向に形成される改質領域の幅が小さくなり（この理由は、レーザ光Ｌの集光度合いが悪い部分はエネルギーが小さくなりすぎて加工閾値を越えないためと考えられる）、不均一な改質領域が減少すると共に分断時に不均一な亀裂も減少するため、ツイストハックルの発生を抑えられると共に、ツイストハックルと亀裂との間で発生するパーティクルが減少すると考えられる。

本発明者らは、以上の知見に基づいて更に検討を重ね、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明に係るレーザ加工方法は、厚さｔ（５００μｍ＜ｔ）のシリコンウェハの内部に集光用レンズによりレーザ光を集光させることで、シリコンウェハの切断予定ラインに沿って、切断の起点となる複数列の改質領域をシリコンウェハの内部に形成するレーザ加工方法であって、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜５００μｍの第１の領域に、切断予定ラインに沿って第１の改質領域を形成する工程と、レーザ光入射面からの深さが０μｍ〜２５０μｍの第２の領域に、切断予定ラインに沿って第２の改質領域を形成する工程と、を備え、第１の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件は、第１の領域でのレーザ光の球面収差が補正されるように、第２の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件に対して変化させられることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ加工方法は、厚さｔ（３５０μｍ＜ｔ≦５００μｍ）のシリコンウェハの内部に集光用レンズによりレーザ光を集光させることで、シリコンウェハの切断予定ラインに沿って、切断の起点となる複数列の改質領域をシリコンウェハの内部に形成するレーザ加工方法であって、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜ｔμｍの第１の領域に、切断予定ラインに沿って第１の改質領域を形成する工程と、レーザ光入射面からの深さが０μｍ〜２５０μｍの第２の領域に、切断予定ラインに沿って第２の改質領域を形成する工程と、を備え、第１の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件は、第１の領域でのレーザ光の球面収差が補正されるように、第２の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件に対して変化させられることを特徴とする。

これらのレーザ加工方法では、厚さｔ（５００μｍ＜ｔ）のシリコンウェハに対しては、そのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜５００μｍの第１の領域に第１の改質領域を形成する際に、また、厚さｔ（３５０μｍ＜ｔ≦５００μｍ）のシリコンウェハに対しては、そのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜ｔμｍの第１の領域に第１の改質領域を形成する際に、第１の領域でのレーザ光の球面収差が補正されるように、レーザ光の照射条件が変化させられる。そのため、第１及び第２の改質領域を切断の起点としてシリコンウェハをチップに切断しても、第１の領域ではツイストハックルが顕著に現れず、パーティクルが発生し難くなる。従って、これらのレーザ加工方法によれば、切断時及び切断後において、チップの切断面からパーティクルが発生するのを防止することが可能になる。なお、第１の領域に第１の改質領域を形成する工程と、第２の領域に第２の改質領域を形成する工程とは、順序不同である。

本発明に係るレーザ加工方法においては、第１及び第２の改質領域は、シリコンウェハの内部に集光用レンズによりレーザ光を集光させることで、多光子吸収その他の光吸収をシリコンウェハの内部で生じさせることにより形成される。また、シリコンウェハの内部に形成される第１及び第２の改質領域としては、溶融処理領域がある。

本発明に係るレーザ加工方法においては、第１の改質領域を形成する際に集光用レンズに入射するレーザ光の広がり角は、第２の改質領域を形成する際に集光用レンズに入射するレーザ光の広がり角より大きいことが好ましい。また、第１の改質領域を形成する際の集光用レンズの出射ＮＡは、第２の改質領域を形成する際の集光用レンズの出射ＮＡより大きいことが好ましい。また、第１の改質領域を形成する際には、集光用レンズとシリコンウェハとの間に球面収差補正部材を配置させることが好ましい。これらにより、第１の領域でのレーザ光の球面収差が補正されるように、第１の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件を、第２の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件に対して変化させることができる。

本発明によれば、シリコンウェハをチップに切断しても、切断時及び切断後において、チップの切断面からパーティクルが発生するのを防止することが可能になる。

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。

材料の吸収のバンドギャップＥ_Ｇ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＞Ｅ_Ｇ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＞Ｅ_Ｇ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／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）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／ｃｍ^２）で決まる。

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（平板状）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。

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。

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。

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。

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。

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、溶融処理領域がある。

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１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）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１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。

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。

（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^−８ｃｍ^２
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：ＴＥＭ_００
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

図７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。

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８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。

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７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。

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７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。

以上、多光子吸収により形成される改質領域として溶融処理領域について説明したが、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。

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（Ａｌ_２Ｏ_３）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。

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。

次に、本発明の好適な実施形態について説明する。図９は、本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の平面図であり、図１０は、図９に示す加工対象物のX−X線に沿っての部分断面図である。

図９及び図１０に示すように、加工対象物１は、厚さ６２５μｍのシリコンウェハ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３に形成された機能素子層１６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。

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１１（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の裏面２１にエキスパンドテープ２３を貼り付ける。続いて、図１１（ｂ）に示すように、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。

そして、シリコンウェハ１１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を多光子吸収が生じる条件で照射し、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９の破線参照）に沿って集光点Ｐをスキャンする。

この切断予定ライン５に沿った集光点Ｐのスキャンを１本の切断予定ライン５に対して１９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、下記表２に示す条件で、１９列の改質領域７_１〜７_１９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、各改質領域７_１〜７_１９は、溶融処理領域であるが、クラックが混在する場合もある。

上記表２から明らかなように、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが３３５μｍ〜５２５μｍの領域に位置する改質領域７_７〜７_１２を形成する際には、レーザ加工装置の集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角を０．４°とする。一方、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが５２５μｍを超える領域に位置する改質領域７_１〜７_６を形成する際、及び深さが３３５μｍ未満の領域に位置する改質領域７_１３〜７_１９を形成する際には、レーザ加工装置の集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角を０．２°とする。なお、集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角を大きくするためには、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ビームエキスパンダ５４において、凸レンズ５５を凹レンズ５６に近付ければよい。

各改質領域７_１３〜７_１９を形成した後、図１３に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させて、各改質領域７_１３〜７_１９を起点として割れを生じさせ、シリコンウェハ１１及び機能素子層１６を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されて得られた各半導体チップ２５を互いに離間させる。

以上説明したように、上記レーザ加工方法においては、改質領域７_７〜７_１２を形成する際に集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角（０．４°）は、改質領域７_１３〜７_１９を形成する際に集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角（０．２°）より大きくされる。これにより、改質領域７_７〜７_１２を形成する際のレーザ光Ｌの照射条件は、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが３３５μｍ〜５２５μｍの領域でのレーザ光Ｌの球面収差が補正されるように、改質領域７_１３〜７_１９を形成する際のレーザ光Ｌの照射条件に対して変化させられる。そのため、改質領域７_１〜７_１９を切断の起点としてシリコンウェハ１１及び機能素子層１６を半導体チップ２５に切断しても、深さが３３５μｍ〜５２５μｍの領域ではツイストハックルが顕著に現れず、パーティクルが発生し難くなる。従って、上記レーザ加工方法によれば、半導体チップ２５の切断面からパーティクルが発生するのを防止することが可能になる。

図１４は、本実施形態のレーザ加工方法により、厚さ６２５μｍのシリコンウェハの内部に１本の切断予定ラインに対して１９列の改質領域を形成した際のシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。同図に示すように、この例においては、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが５２５μｍを超える領域、及び深さが３３５μｍ未満の領域だけでなく、深さが３３５μｍ〜５２５μｍの領域でも、ツイストハックルが顕著に現れていない。従って、シリコンウェハ１１の切断面は、パーティクルが発生し難い状態になっていると考えられる。

ところで、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが５２５μｍを超える領域で、深さが３３５μｍ〜５２５μｍの領域と同様に、レーザ加工装置の集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角を０．４°とすると、レーザ光Ｌのエネルギー不足により改質領域７_１〜７_６が繋がらないという問題が発生する。この問題を解決するためには、集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角を０．２°にせずに、レーザ光Ｌのエネルギーを大きくしてもよい。

また、シリコンウェハ１１の表面３からの深さが３３５μｍ未満の領域で、深さが３３５μｍ〜５２５μｍの領域と同様に、レーザ加工装置の集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角を０．４°とすると、ツイストハックルが増加するなどといった問題が発生する。この問題を解決するためには、集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角を０．２°にすることが効果的である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、改質領域７_７〜７_１２を形成する際に集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角を、改質領域７_１３〜７_１９を形成する際に集光用レンズに入射するレーザ光Ｌの広がり角より大きくするだけでなく、次のようにすることで、レーザ光Ｌの球面収差が補正されるように、改質領域７_７〜７_１２を形成する際のレーザ光Ｌの照射条件を、改質領域７_１３〜７_１９を形成する際のレーザ光の照射条件に対して変化させてもよい。

すなわち、改質領域７_７〜７_１２を形成する際の集光用レンズ５３の出射ＮＡ（開口数）（図１２（ｂ）を参照）を、改質領域７_１３〜７_１９を形成する際の集光用レンズ５３の出射ＮＡ（開口数）（図１２（ａ）を参照）より大きくしてもよい。

また、改質領域７_１３〜７_１９を形成する際には、球面収差補正部材５７を配置させず（図１３（ａ）を参照）、改質領域７_７〜７_１２を形成する際には、集光用レンズ５３とシリコンウェハとの間に球面収差補正部材５７を配置させてもよい（図１３（ｂ）を参照）。球面収差補正部材５７は、例えば、厚さ０．５ｍｍの石英ガラス板等、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さに対応する球面収差を打ち消す方向に球面収差を発生させるような部材である。

また、その他にも、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さに対応する球面収差をキャンセルするような球面収差を元々残存させた集光用レンズを用意し、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さに応じて集光用レンズを切り替えてもよい。更に、集光用レンズ内部の補正管等の可動により、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さに対応する球面収差をキャンセルするようなレンズ性能の変更が可能な集光用レンズを用意し、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さに応じて集光用レンズのレンズ性能を変更してもよい。

なお、球面収差を補正するのではなく、球面収差の影響を少なくすることで、ツイストハックルの出現を抑制することも可能である。

つまり、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さが深い領域にレーザ光を集光させるために、集光用レンズをシリコンウェハに近付けるほど、レーザ光の中心光線の集光位置とレーザ光の周辺光線の集光位置とがシリコンウェハの厚さ方向にずれるため、エネルギー分布が広がって、切断面した際にツイストハックルが現れてしまう。そこで、周囲光線のエネルギーを加工閾値より低くすれば、周囲光線の影響を少なくして、ツイストハックルの出現を抑制することができる。

その一例として、改質領域７_１３〜７_１９を形成する際には、図１７（ａ）に示すように、ビームエキスパンダ５４によってレーザ光Ｌの広がり角を大きくして、集光用レンズの入射瞳（瞳径ｄ）に入射する周囲光線のエネルギーを加工閾値より高くする。一方、改質領域７_７〜７_１２を形成する際には、図１７（ｂ）に示すように、ビームエキスパンダ５４によってレーザ光Ｌの広がり角を小さくして、集光用レンズの入射瞳（瞳径ｄ）に入射する周囲光線のエネルギーを加工閾値より低くする。

また、上記実施形態は、厚さｔ（５００μｍ＜ｔ）のシリコンウェハの内部に、切断予定ラインに沿って複数列の改質領域を形成する場合であったが、厚さｔ（３５０μｍ＜ｔ≦５００μｍ）のシリコンウェハの内部に、切断予定ラインに沿って複数列の改質領域を形成する場合には、次のようにすれば、シリコンウェハを切断して得られるチップの切断面からパーティクルが発生するのを防止することが可能になる。すなわち、シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜ｔμｍの領域でのレーザ光の球面収差が補正されるように、深さが３５０μｍ〜ｔμｍの領域に改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件を、深さが０μｍ〜２５０μｍの領域に改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件に対して変化させればよい。

また、上記実施形態は、シリコンウェハの表面をレーザ光入射面とする場合であったが、シリコンウェハの裏面をレーザ光入射面としてもよい。更に、上記実施形態は、切断予定ライン上に機能素子層が存在する場合であったが、切断予定ライン上に機能素子層が存在せず、シリコンウェハの表面が露出している状態で、シリコンウェハの表面をレーザ光入射面としてもよい。

また、１本の切断予定ラインに対してシリコンウェハの内部に形成される改質領域の列数は、シリコンウェハの厚さ等に応じて変化するものであり、１９列に限定されるものではない。

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１に示す加工対象物のII−II線に沿っての断面図である。 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３に示す加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 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。 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。 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。 本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の平面図である。 図９に示す加工対象物のX−X線に沿っての部分断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、（ａ）は、加工対象物にエキスパンドテープを貼り付けた状態、（ｂ）は、加工対象物にレーザ光を照射している状態である。 集光用レンズに入射するレーザ光の広がり角を変えるためのビームエキスパンダを示す図である。 本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、エキスパンドテープを拡張させた状態である。 本実施形態のレーザ加工方法により、厚さ６２５μｍのシリコンウェハの内部に１本の切断予定ラインに対して１９列の改質領域を形成した際のシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。 出射ＮＡを変えるための集光用レンズを示す図である。 球面収差を変えるための集光用レンズ及び球面収差補正部材を示す図である。 集光用レンズに入射するレーザ光の広がり角を変えるためのビームエキスパンダ、及び集光用レンズに入射するレーザ光のガウシアン分布と集光用レンズの入射瞳の瞳径との関係を示す図である。 従来のレーザ加工方法により、厚さ６２５μｍのシリコンウェハの内部に１本の切断予定ラインに対して１９列の改質領域を形成した際のシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。 シリコンウェハの表面からの深さが３１０μｍ〜５４０μｍの領域における切断面の模式図である。 シリコンウェハの表面からの深さが５４０μｍを超える領域における切断面の模式図である。 シリコンウェハに入射するレーザ光の進行状態を示す模式図である。

符号の説明

３…表面（レーザ光入射面）、５…切断予定ライン、７…改質領域、１１…シリコンウェハ、１３…溶融処理領域、５３…集光用レンズ、５７…球面収差補正部材、Ｌ…レーザ光。

Claims (6)

1. 厚さｔ（５００μｍ＜ｔ）のシリコンウェハの内部に集光用レンズによりレーザ光を集光させることで、前記シリコンウェハの切断予定ラインに沿って、切断の起点となる複数列の改質領域を前記シリコンウェハの内部に形成するレーザ加工方法であって、
   前記シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜５００μｍの第１の領域に、前記切断予定ラインに沿って第１の改質領域を形成する工程と、
   前記レーザ光入射面からの深さが０μｍ〜２５０μｍの第２の領域に、前記切断予定ラインに沿って第２の改質領域を形成する工程と、を備え、
   前記第１の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件は、前記第１の領域でのレーザ光の球面収差が補正されるように、前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件に対して変化させられることを特徴とするレーザ加工方法。
2. 厚さｔ（３５０μｍ＜ｔ≦５００μｍ）のシリコンウェハの内部に集光用レンズによりレーザ光を集光させることで、前記シリコンウェハの切断予定ラインに沿って、切断の起点となる複数列の改質領域を前記シリコンウェハの内部に形成するレーザ加工方法であって、
   前記シリコンウェハのレーザ光入射面からの深さが３５０μｍ〜ｔμｍの第１の領域に、前記切断予定ラインに沿って第１の改質領域を形成する工程と、
   前記レーザ光入射面からの深さが０μｍ〜２５０μｍの第２の領域に、前記切断予定ラインに沿って第２の改質領域を形成する工程と、を備え、
   前記第１の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件は、前記第１の領域でのレーザ光の球面収差が補正されるように、前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光の照射条件に対して変化させられることを特徴とするレーザ加工方法。
3. 前記第１及び前記第２の改質領域は溶融処理領域であ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。
4. 前記第１の改質領域を形成する際に前記集光用レンズに入射するレーザ光の広がり角は、前記第２の改質領域を形成する際に前記集光用レンズに入射するレーザ光の広がり角より大きい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。
5. 前記第１の改質領域を形成する際の前記集光用レンズの出射ＮＡは、前記第２の改質領域を形成する際の前記集光用レンズの出射ＮＡより大きい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。
6. 前記第１の改質領域を形成する際には、前記集光用レンズと前記シリコンウェハとの間に球面収差補正部材を配置させ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。

Images