JP3670267B2 - レーザ加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【従来の技術】
近年、半導体デバイス用としてＡｌ2Ｏ3基板上にＧａＮ等の半導体動作層を結晶成長させたものや、液晶表示装置用としてガラス基板上に他のガラス基板を貼り合わせたもの等、種々の積層構造を有する加工対象物を高精度に切断する技術が求められている。
【０００２】
従来、これらの積層構造を有する加工対象物の切断には、ブレードダイシング法やダイヤモンドスクライブ法が使用されるのが一般的である。
【０００３】
ブレードダイシング法とは、ダイヤモンドブレード等により加工対象物を切削して切断する方法である。一方、ダイヤモンドスクライブ法とは、ダイヤモンドポイントツールにより加工対象物の表面にスクライブラインを設け、このスクライブラインに沿うよう加工対象物の裏面にナイフエッジを押し当てて、加工対象物を割って切断する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブレードダイシング法にあっては、例えば、加工対象物が上述した液晶表示装置用のものである場合、ガラス基板と他のガラス基板との間に間隙が設けられているため、この間隙に削り屑や潤滑洗浄水が入り込んでしまうおそれがある。
【０００５】
また、ダイヤモンドスクライブ法にあっては、加工対象物がＡｌ2Ｏ3基板等の硬度の高い基板を有している場合や、或いは、加工対象物がガラス基板同士を貼り合わせたものである場合等に、加工対象物の表面だけでなく裏面にもスクライブラインを設けなければならず、この表面と裏面とに設けられたスクライブラインの位置ずれによって切断不良が生じるおそれがある。
【０００６】
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、上述したような問題を解決し、加工対象物が種々の積層構造を有する場合においても加工対象物を高精度に切断することのできるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、基板を含み、他方の面側の基板上に他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着し、加工対象物の他方の面をレーザ光入射面として基板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多光子吸収による改質領域を形成し、この改質領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成し、一方の面に装着されたフィルムを伸張させて、切断起点領域を起点として基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、基板を切断すると共に他方の面側の積層部を切断することにより、加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るレーザ加工方法は、半導体基板を含み、他方の面側の基板上に他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着し、加工対象物の他方の面をレーザ光入射面として基板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溶融処理領域を形成し、この溶融処理領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成し、一方の面に装着されたフィルムを伸張させて、切断起点領域を起点として基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、基板を切断すると共に他方の面側の積層部を切断することにより、加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ加工方法は、基板を含み、他方の面側の基板上に他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の基板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多光子吸収による改質領域を形成し、この改質領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、内部に改質領域を形成した加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着する工程と、一方の面に装着されたフィルムを伸張させて、切断起点領域を起点として基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、基板を切断すると共に他方の面側の積層部を切断することにより、加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るレーザ加工方法は、半導体基板を含み、他方の面側の基板上に他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の基板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溶融処理領域を形成し、この溶融処理領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、内部に溶融処理領域を形成した加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着する工程と、一方の面に装着されたフィルムを伸張させて、切断起点領域を起点として基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、基板を切断すると共に他方の面側の積層部を切断することにより、加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これらのレーザ加工方法によれば、加工対象物が有する基板の内部に、多光子吸収という現象により形成される改質領域（溶融処理領域）でもって、加工対象物を切断すべき所望の切断予定ラインに沿った切断起点領域を形成することができる。そして、加工対象物に装着されたフィルムを伸張させることにより、基板の内部に形成された切断起点領域に引張応力を好適に印加することができる。これにより、切断起点領域を起点として、基板を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、加工対象物が基板上に種々の積層構造を有する場合においても、この積層構造を基板とともに精度良く割って切断することができる。従って、このレーザ加工方法によれば、加工対象物を高精度に切断することができる。
【００１２】
ここで、基板の内部とは、積層部が設けられている基板の面上をも含む意味である。さらに、集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことである。そして、切断起点領域は、改質領域が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域が断続的に形成されることで形成される場合もある。
【００１３】
上述した本発明に係るレーザ加工方法においては、基板の厚さ方向において、少なくとも１つの切断起点領域の中心が基板の中心よりも一方の面側に位置するように切断起点領域を形成し、伸張性のフィルムを一方の面側に装着することが好ましい。これによって、少なくとも１つの切断起点領域が加工対象物の裏面側に偏るため、一方の面に装着されたフィルムを伸張させることによる引張応力をこの切断起点領域に対してより好適に印加することができる。従って、より小さな力でより精度良く基板を切断することができる。また、このとき、１つの切断起点領域が基板の中心を含むように切断起点領域を形成することが好ましい。これによって、加工対象物の他方の面側をより精度よく切断することができる。
【００１４】
また、上述した本発明に係るレーザ加工方法においては、切断起点領域を形成する際に、切断起点領域から一方の面に達する亀裂を発生させることが好ましい。このレーザ加工方法によれば、一方の面に装着されたフィルムを伸張させることによる引張応力によって亀裂が加工対象物の他方の面に向かって拡がるので、より小さな力でより精度良く基板を切断することができる。
【００１５】
また、上述した本発明に係るレーザ加工方法においては、加工対象物が、他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を他方の面側の基板上に有してもよい。このレーザ加工方法では、基板内に形成された切断起点領域を起点として、基板を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、加工対象物が基板上に切断予定ラインと重なる積層部を有する場合においても、この積層部を基板とともに精度良く割って切断することができる。
【００１６】
ここで、基板上の積層部とは、基板の表面に堆積されたもの、基板の表面に貼り合わされたもの、或いは基板の表面に取り付けられたもの等をいい、基板に対し異種材料であるか同種材料であるかは問わない。そして、積層部には、基板に密着して設けられるものや、基板と間隙を取って設けられるもの等がある。例としては、基板上に結晶成長により形成された半導体動作層や、ガラス基板上に貼り合わされた他のガラス基板等があり、積層部は異種材料を複数層形成したものも含む。
【００１７】
また、上述した本発明に係るレーザ加工方法においては、積層部の切断予定ラインと重なる部分が絶縁性材料からなることが好ましい。これによって、加工対象物を切断する際に導電性の切片等が生じないので、該導電性の切片が切断後の複数の部分のいずれかに付着することによる電気的接続不良を防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法では、加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成する。そこで、このレーザ加工方法、特に多光子吸収について最初に説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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を参照して説明する。図１はレーザ加工中の加工対象物１の平面図であり、図２は図１に示す加工対象物１のII−II線に沿った断面図であり、図３はレーザ加工後の加工対象物１の平面図であり、図４は図３に示す加工対象物１のIV−IV線に沿った断面図であり、図５は図３に示す加工対象物１のV−V線に沿った断面図であり、図６は切断された加工対象物１の平面図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断すべき所望の切断予定ライン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（加工対象物１に実際に線を引いて切断予定ライン５としてもよい）。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を加工対象物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。また、加工対象物１の表面３は、該表面３においてレーザ光Ｌが散乱することを防ぐため、平坦かつ滑面であることが好ましい。
【００２２】
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に沿って加工対象物１の内部にのみ形成され、この改質領域７でもって切断起点領域８が形成される。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。
【００２３】
加工対象物１の切断において、切断する箇所に起点があると加工対象物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の切断が可能となる。
【００２４】
なお、切断起点領域を起点とした基板の切断は、切断起点領域形成後、基板に人為的な力が印加されることにより完了される。すなわち、基板の切断起点領域と交差する方向に引張応力を加えることにより、切断起点領域を起点として基板が割れ、基板が切断される。
【００２５】
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は、次の（１）〜（３）がある。
【００２６】
（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
基板（例えばサファイア、ガラス、または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基板の表面に余計なダメージを与えずに、基板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、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１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００２７】
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）基板が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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を加工対象物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１つ又は複数のクラックを含む領域である。このクラック領域９でもって切断起点領域が形成される。図９に示すように、人為的な力（例えば引張応力）を加工対象物１に印加することにより、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。
【００３１】
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
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。基板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。
【００３２】
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）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
【００３３】
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。シリコン基板の厚さ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なので、多光子吸収による溶融処理領域１３をシリコンウェハ１１の中心付近に形成すると、シリコンウェハ１１の表面から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。
【００３６】
なお、シリコンウェハは、引張応力などの人為的な力が印加されることにより、溶融処理領域でも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。また、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。基板の内部に溶融処理領域でもって切断起点領域を形成すると、切断時、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、切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
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。
【００３８】
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、基板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、しかも精度良く基板を切断することが可能になる。
【００３９】
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。
【００４０】
なお、基板として例えば円盤状のウェハを切断する場合、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ウェハ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ウェハに形成することが可能になる。
【００４１】
次に、上述したレーザ加工方法に使用されるレーザ加工装置について、図１４を参照して説明する。図１４はレーザ加工装置１００の概略構成図である。
【００４２】
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１０２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が照射される加工対象物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１１３と、これら３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。
【００４３】
この集光点ＰのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、加工対象物１をＸ（Ｙ）軸ステージ１０９（１１１）によりＸ（Ｙ）軸方向に移動させることにより行う。Ｚ軸方向は、加工対象物１の表面３と直交する方向なので、加工対象物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、加工対象物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。これにより、例えば、加工対象物１上に積層構造が設けられているような場合に、加工対象物１内部の所望の位置に集光点Ｐを合わせることができる。
【００４４】
レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。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、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。本実施形態では、加工対象物１の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。
【００４５】
レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された加工対象物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１１９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、加工対象物１の切断予定ライン５等を含む表面３を照明する。
【００４６】
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１２１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カメラがある。切断予定ライン５等を含む表面３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。
【００４７】
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を加工対象物１の表面３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、可視光の焦点が加工対象物１の表面３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。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして表面３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１２９に拡大画像等が表示される。
【００４８】
全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５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し、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。
【００４９】
次に、上述したレーザ加工装置１００を用いた、本実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。図１５は、本実施形態に係るレーザ加工方法における加工対象物であるウェハ１ａを示す斜視図である。また、図１６は、図１５に示されたウェハ１ａの平面図である。また、図１７は、図１６に示されたウェハ１ａのVI−VI断面及びVII−VII断面を示す拡大図である。
【００５０】
図１５〜図１７を参照すると、ウェハ１ａは、平板状であり略円盤状を呈している。図１６を参照すると、ウェハ１ａの表面３には縦横に交差する複数の切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、ウェハ１ａを複数のチップ状部分に切断するために想定される仮想線である。この切断予定ライン５は、例えばウェハ１ａの劈開面に沿って想定されるとよい。
【００５１】
また、ウェハ１ａは、オリエンテーションフラット（以下「ＯＦ」という）１９を有している。本実施形態では、ＯＦ１９は縦横に交差する切断予定ライン５のうちの一方向と平行な方向を長手方向として形成されている。ＯＦ１９は、ウェハ１ａを切断予定ライン５に沿って切断する際に、切断方向を容易に判別する目的で設けられている。
【００５２】
また、図１７を参照すると、ウェハ１ａは、半導体（Ｓｉ）からなる基板１５と、基板１５の表面６上に積層された積層部４を備えている。積層部４は、絶縁性材料（ＳｉＯ2）からなる層間絶縁膜１７ａ及び１７ｂ、並びに金属（Ｗ）からなる第１の配線層１９ａ及び第２の配線層１９ｂを有している。層間絶縁層１７ａは基板１５の表面６上に積層されており、表面６上に複数互いに分割されて設定された素子形成領域上に第１の配線層１９ａが積層されている。第１の配線層１９ａ及び基板１５は、層間絶縁層１７ａを貫通するように設けられたプラグ２０ａによって互いに電気的に接続されている。層間絶縁層１７ｂは層間絶縁層１７ａ及び第１の配線層１９ａ上に積層されており、層間絶縁層１７ｂ上であって第１の配線層１９ａに対応する領域に第２の配線層１９ｂが積層されている。第２の配線層１９ｂ及び第１の配線層１９ａは、層間絶縁層１７ｂを貫通するように設けられたプラグ２０ｂによって互いに電気的に接続されている。
【００５３】
層間絶縁層１７ｂ上であって第２の配線層１９ｂ同士の隙間にある領域には、切断予定ライン５が想定される。すなわち、表面３側からウェハ１ａを見たときに、積層部４のうち層間絶縁層１７ａ及び１７ｂが切断予定ライン５と重なっている。この切断予定ライン５においては、層間絶縁層１７ｂの表面（すなわち、ウェハ１ａの表面３）が平坦かつ滑面となっている。
【００５４】
図１８及び図１９は、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。また、図２０〜図２２は、レーザ加工方法を説明するためのウェハ１ａの断面図である。
【００５５】
図１８を参照すると、まず、ウェハ１ａの一方の面である裏面２１に伸張性のフィルムであるエキスパンドテープ２３を装着する（Ｓ１、図２０）。エキスパンドテープ２３は、例えば加熱により伸びる材料からなり、後の工程において、ウェハ１ａをチップ状に分離させるために用いられる。エキスパンドテープ２３としては、加熱により伸びるもの以外にも例えば伸張方向に力を加えることによって伸びるものでもよい。
【００５６】
続いて、ウェハ１ａの基板１５の内部に、切断予定ライン５に沿って切断起点領域８を形成する（Ｓ３、図２１（ａ）及び（ｂ））。ここで、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）に示されるウェハ１ａのVIII−VIII断面を示す断面図である。すなわち、ウェハ１ａの他方の面である表面３における切断予定ライン５に対応する領域をレーザ光入射面として基板１５の内部の集光点Ｐへレーザ光Ｌを照射することにより、基板１５の内部に改質領域として溶融処理領域１３を形成する。この溶融処理領域１３が、ウェハ１ａを切断する際の切断起点領域８となる。
【００５７】
ここで、図１９は、図１４に示されたレーザ加工装置１００を用いてウェハ１ａに切断起点領域８を形成する方法を示すフローチャートである。なお、本実施形態において、ウェハ１ａは、レーザ加工装置１００の載置台１０７に、表面３が集光用レンズ１０５と対向するように配置される。すなわち、レーザ光Ｌは、ウェハ１ａの表面３から入射される。
【００５８】
図１４及び図１９を参照すると、まず、基板１５、層間絶縁層１７ａ及び１７ｂ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１５、層間絶縁層１７ａ及び１７ｂ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（Ｓ１０１）。
【００５９】
続いて、基板１５、層間絶縁層１７ａ及び１７ｂの厚さ、材質、及び屈折率等を考慮して、ウェハ１ａのＺ軸方向の移動量を決定する（Ｓ１０３）。これは、ウェハ１ａの表面３から所定距離内側の所望の位置にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせるために、ウェハ１ａの表面３に位置するレーザ光Ｌの集光点Ｐを基準としたウェハ１ａのＺ軸方向の移動量である。この移動量は全体制御部１２７に入力される。
【００６０】
ウェハ１ａをレーザ加工装置１００の載置台１０７にウェハ１ａの表面３が集光用レンズ１０５側と対向するよう載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させてウェハ１ａの表面３を照明する（Ｓ１０５）。照明されたウェハ１ａの表面３を撮像素子１２１により撮像する。撮像素子１２１により撮像された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の可視光の焦点がウェハ１ａの表面３に位置するような焦点データを演算する（Ｓ１０７）。
【００６１】
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（Ｓ１０９）。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点がウェハ１ａの表面３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を含む表面３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。
【００６２】
全体制御部１２７には予めステップＳ１０３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の位置がウェハ１ａの表面３から所定距離内側となるように、Ｚ軸ステージ１１３によりウェハ１ａをＺ軸方向に移動させる（Ｓ１１１）。
【００６３】
続いて、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌを発生させて、レーザ光Ｌをウェハ１ａの表面３に照射する。レーザ光Ｌの集光点Ｐは基板１５の内部に位置しているので、溶融処理領域１３は基板１５の内部にのみ形成される。そして、切断予定ライン５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を複数形成するか、あるいは切断予定ライン５に沿って連続して溶融処理領域１３を形成することにより、切断予定ライン５に沿う切断起点領域８を基板１５の内部に形成する（Ｓ１１３）。
【００６４】
このステップＳ１１３においては、図２１（ｂ）に示されるように、切断起点領域８を、基板１５の厚さ方向における切断起点領域８の中心が基板１５の該方向の中心１６よりも裏面２１側に位置するように形成する。換言すれば、切断起点領域８を基板１５の中心より裏面２１側に偏って形成する。また、このとき、切断起点領域８が基板１５の中心１６を含むように切断起点領域８を形成する。この切断起点領域８の寸法例としては、基板１５の厚さを１００μｍとした場合、切断起点領域８の中心を裏面２１から例えば４０μｍ程度、切断起点領域８の幅を例えば４０μｍ程度とするとよい。
【００６５】
再び図１８を参照すると、ウェハ１ａの基板１５内部に切断起点領域８を形成したのち、切断起点領域８に沿ってウェハ１ａを複数のチップ状部分２４に切断する（Ｓ５、図２２）。すなわち、エキスパンドテープ２３を伸張させることにより切断起点領域８に引張応力を印加して、切断起点領域８を起点としてウェハ１ａを複数のチップ状部分２４に切断する。そして、エキスパンドテープ２３をそのまま伸張させることにより複数のチップ状部分２４の間に間隔２６をあける。このとき、基板１５が切断されると同時に、切断予定ライン５と重なる層間絶縁層１７ａ及び１７ｂも同時に切断される。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工方法では、ウェハ１ａが有する基板１５の内部に、多光子吸収という現象により形成される改質領域７でもって、ウェハ１ａを切断すべき所望の切断予定ライン５に沿った切断起点領域８を形成することができる。そして、ウェハ１ａの裏面２１に装着されたエキスパンドテープ２３を伸張させることにより、基板１５の内部に形成された切断起点領域８に引張応力を好適に印加することができる。これにより、切断起点領域８を起点として、基板１５を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、例えばウェハ１ａが基板１５上に積層部４を有する場合においても、この積層部４を基板１５とともに精度良く割って切断することができる。従って、このレーザ加工方法によれば、ウェハ１ａを高精度に切断することができる。
【００６７】
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、基板１５の厚さ方向において、切断起点領域８の中心が基板１５の中心１６よりも裏面２１側に位置するように切断起点領域８を形成している。これによって、切断起点領域８がウェハ１ａの裏面２１側に偏るため、裏面２１に装着されたエキスパンドテープ２３を伸張させることによる引張応力をこの切断起点領域８に対してより好適に印加することができる。従って、より小さな力でより精度良く基板１５を切断することができる。また、このとき、切断起点領域８が基板１５の中心１６を含むように切断起点領域８を形成している。これによって、ウェハ１ａの表面３側をより精度よく切断することができる。
【００６８】
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、ウェハ１ａが、表面３側からみて切断予定ライン５と重なる積層部４を基板１５の表面６上に有している。このレーザ加工方法では、基板１５内に形成された切断起点領域８を起点として、基板１５を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、ウェハ１ａが基板１５上に切断予定ライン５と重なる積層部４を有する場合においても、この積層部４を基板１５とともに精度良く割って切断することができる。
【００６９】
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、積層部４の切断予定ライン５と重なる部分が絶縁性材料からなっている。これによって、ウェハ１ａを切断する際に導電性の切片等が生じないので、該導電性の切片が複数のチップ状部分２４のいずれかに付着することによる電気的接続不良を防止することができる。
【００７０】
図２３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態によるレーザ加工方法の第１の変形例ないし第３の変形例を説明するための断面図である。これらの変形例では、基板１５の厚さを２００μｍ（上述の実施形態では１００μｍ）と厚くなっている。まず図２３（ａ）を参照すると、第１の変形例では、切断起点領域８を、基板１５の厚さ方向において切断起点領域８の中心が基板１５の中心１６よりも裏面２１側に位置するように、且つ、切断起点領域８が基板１５の中心１６を含まないように形成している。なお、この切断起点領域８は、裏面２１からの寸法が上述した実施形態における切断起点領域の寸法と同じとする。このように、基板１５が厚く、切断起点領域８が基板１５の中心１６を含んでいなくとも、エキスパンドテープ２３を伸張させることによって切断起点領域８に引張応力を好適に印加することができ、ウェハ１ａをより小さな力で精度良く切断することが可能である。ただし、ウェハ１ａの表面３側における切断精度を考慮すれば、図２１（ｂ）に示された実施形態のように切断起点領域８が基板１５の中心１６を含むように切断起点領域８を形成するほうがより好ましい。
【００７１】
また、図２３（ｂ）を参照すると、第２の変形例では、切断起点領域を基板１５の厚さ方向に複数本形成している。そして、一方の切断起点領域８ａを第１の変形例における切断起点領域８と同じ位置に形成している。また、他方の切断起点領域８ｂを、切断起点領域８ｂの中心が基板１５の中心１６付近に位置するように、且つ、切断起点領域８ｂが基板１５の中心１６を含むように形成している。なお、この例における他方の切断起点領域８ｂの寸法例としては、その中心位置を例えば裏面２１から１００μｍ（すなわち基板１５の中心位置）程度、その幅を例えば４０μｍ程度とするとよい。
【００７２】
また、図２３（ｃ）を参照すると、第３の変形例では、一方の切断起点領域８ａを、第１の変形例における切断起点領域８と同じ位置に形成している。また、他方の切断起点領域８ｂを、切断起点領域８ｂの中心が基板１５の中心１６よりも表面３側に位置するように、且つ、切断起点領域８ｂが基板１５の中心１６を含まないように形成している。なお、この例における他方の切断起点領域８ｂの寸法例としては、その中心位置を例えば裏面２１から１６０μｍ程度、その幅を例えば４０μｍ程度とするとよい。
【００７３】
上記した第２の変形例及び第３の変形例では、基板１５の裏面２１側へ偏った切断起点領域８ａに加えて、切断起点領域８ａと基板１５の表面６との間に位置する切断起点領域８ｂを形成している。これによって、ウェハ１ａをより小さな力で切断することができるとともに、ウェハ１ａの表面３側をより精度よく切断することができる。一般には、少なくとも１つの切断起点領域の中心が基板１５の中心１６よりも裏面２１側に位置していれば、ウェハ１ａをより小さな力で切断することができる。また、基板１５の中心１６を含む切断起点領域と裏面２１側に偏った切断起点領域とは、図２１（ｂ）に示したように同じ領域であってもよいし、図２３（ｂ）に示したように異なる領域であってもよい。
【００７４】
図２４（ａ）は、本実施形態によるレーザ加工方法の第４の変形例を説明するための断面図である。また、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）に示されたウェハ１ａのIV−IV断面を示す断面図である。本変形例と上述した実施形態との相違は、溶融処理領域１３（切断起点領域８）から裏面２１に達する亀裂１８を基板１５に発生させている点である。この亀裂１８は、図２４（ｂ）に示されるように切断起点領域８に沿って連続して発生させても良いし、切断起点領域８に沿って断続的に発生させても良い。これによって、裏面２１に装着されたエキスパンドテープ２３を伸張させることによる引張応力により亀裂１８がウェハ１ａの表面３に向かって拡がるので、より小さな力でより精度良く基板を切断することができる。
【００７５】
図２５（ａ）は、本実施形態によるレーザ加工方法の第５の変形例を説明するための断面図である。また、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）に示されたウェハ１ｂのX−X断面を示す断面図である。本変形例では、上述した実施形態とは異なる積層部を有するウェハを切断する場合について説明する。ここで用いられるウェハ１ｂは、上述したウェハ１ａとは異なり、ｎ型半導体からなる基板５５を備えている。そして、ウェハ１ｂは、積層部４４として、基板５５上に積層されたｎ型クラッド層５７ａと、ｎ型クラッド層５７ａ上に積層された活性層５７ｂと、活性層５７ｂ上に積層されたｐ型クラッド層５７ｃと、ｐ型クラッド層５７ｃ上に積層されたキャップ層５７ｄとを備えている。キャップ層５７ｄ上には複数に分割されたアノード電極５９ａが、基板５５の裏面６１上にはアノード電極５９ａに対応するカソード電極５９ｂが、それぞれ設けられている。
【００７６】
このウェハ１ｂに対し、基板５５内部を集光点Ｐとして、アノード電極５９ａ間に想定された切断予定ライン５からレーザ光Ｌを入射する。そして、基板１５内部に、溶融処理領域１３による切断起点領域８を形成する。このとき、基板５５の厚さ方向における切断起点領域８の中心位置が、基板１５の中心４６よりも裏面６１側になるように切断起点領域８を形成する。そして、裏面６１に装着されたエキスパンドテープ２３を伸張することによってウェハ１ｂを切断し、複数の半導体レーザ素子を切り出す。
【００７７】
本レーザ加工方法は、上述した実施形態における積層部４以外にも、例えば本実施例における積層部４４のように様々な積層構造を備えるウェハに対して適用することができる。
【００７８】
図２６は、本実施形態によるレーザ加工方法の第６の変形例を示すフローチャートである。また、図２７は、本変形例を説明するためのウェハ１ａの断面図である。本変形例では、ウェハ１ａの裏面２１からレーザ光Ｌを入射する場合を説明する。
【００７９】
図２６を参照すると、まず、ウェハ１ａの基板１５の内部に、切断予定ライン５に沿って切断起点領域８を形成する（Ｓ１１、図２７）。すなわち、ウェハ１ａの裏面２１における切断予定ライン５に対応する領域をレーザ光入射面として基板１５の内部の集光点Ｐへレーザ光Ｌを照射することにより、基板１５の内部に改質領域として溶融処理領域１３を形成する。この溶融処理領域１３が、ウェハ１ａを切断する際の切断起点領域８となる。
【００８０】
続いて、ウェハ１ａの裏面２１に伸張性のフィルムであるエキスパンドテープ２３を装着し（Ｓ１３）、切断起点領域８に沿ってウェハ１ａを複数のチップ状部分２４に切断する（Ｓ１５）。これらの工程は、上述した実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００８１】
本変形例に示したように、本実施形態によるレーザ加工方法においては、ウェハ１ａの裏面２１をレーザ光入射面として切断起点領域を形成することも可能である。また、エキスパンドテープ２３を装着するタイミングは、本変形例のように切断起点領域を形成した後でもよい。
【００８２】
以上、本発明の実施形態及び変形例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されないことはいうまでもない。
【００８３】
例えば、上記した実施形態及び変形例においては基板として半導体基板を用いているが、本発明は半導体基板に限らず、導電性基板や絶縁性基板を有するウェハに対しても好適に適用することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物が有する基板の内部に、多光子吸収という現象により形成される改質領域（溶融処理領域）でもって、加工対象物を切断すべき所望の切断予定ラインに沿った切断起点領域を形成することができる。そして、加工対象物の一方の面に装着されたフィルムを伸張させることにより、基板の内部に形成された切断起点領域に引張応力を好適に印加することができる。これにより、切断起点領域を起点として、基板を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、加工対象物が基板上に種々の積層構造を有する場合においても、この積層構造を基板とともに精度良く割って切断することができる。従って、このレーザ加工方法によれば、加工対象物を高精度に切断することができる。
【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】本実施形態に係るレーザ加工方法において用いられるウェハを示す斜視図である。
【図１６】図１５に示されたウェハの平面図である。
【図１７】図１６に示されたウェハのVI−VI断面及びVII−VII断面を示す拡大図である。
【図１８】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１９】図１４に示されたレーザ加工装置を用いてウェハに切断起点領域を形成する方法を示すフローチャートである。
【図２０】レーザ加工方法を説明するためのウェハの断面図である。
【図２１】（ａ）レーザ加工方法を説明するためのウェハの断面図である。（ｂ）図２１（ａ）に示されたウェハのVIII−VIII断面を示す断面図である。
【図２２】レーザ加工方法を説明するためのウェハの断面図である。
【図２３】（ａ）本実施形態によるレーザ加工方法の第１の変形例を説明するための断面図である。（ｂ）本実施形態によるレーザ加工方法の第２の変形例を説明するための断面図である。（ｃ）本実施形態によるレーザ加工方法の第３の変形例を説明するための断面図である。
【図２４】（ａ）本実施形態によるレーザ加工方法の第４の変形例を説明するための断面図である。（ｂ）図２４（ａ）に示されたウェハのIV−IV断面を示す断面図である。
【図２５】（ａ）本実施形態によるレーザ加工方法の第５の変形例を説明するための断面図である。（ｂ）図２５（ａ）に示されたウェハのX−X断面を示す断面図である。
【図２６】本実施形態によるレーザ加工方法の第６の変形例を示すフローチャートである。
【図２７】第６の変形例を説明するためのウェハの断面図である。
【符号の説明】
１…加工対象物、１ａ、１ｂ…ウェハ、３…表面、４…積層部、５…切断予定ライン、６…表面、７…改質領域、８、８ａ、８ｂ…切断起点領域、９…クラック領域、１１…シリコンウェハ、１３…溶融処理領域、１５…基板、１６…中心、１７ａ、１７ｂ…層間絶縁層、１８…亀裂、１９ａ、１９ｂ…配線層、２０ａ、２０ｂ…プラグ、２１…裏面、２３…エキスパンドテープ、２４…チップ状部分、２６…間隔、１００…レーザ加工装置、１０１…レーザ光源、１０２…レーザ光源制御部、１０３…ダイクロイックミラー、１０５…集光用レンズ、１０７…載置台、１０９…Ｘ軸ステージ、１１１…Ｙ軸ステージ、１１３…Ｚ軸ステージ、１１５…ステージ制御部、１１７…観察用光源、１１９…ビームスプリッタ、１２１…撮像素子、１２３…結像レンズ、１２５…撮像データ処理部、１２７…全体制御部、１２９…モニタ、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
【従来の技術】
近年、半導体デバイス用としてＡｌ2Ｏ3基板上にＧａＮ等の半導体動作層を結晶成長させたものや、液晶表示装置用としてガラス基板上に他のガラス基板を貼り合わせたもの等、種々の積層構造を有する加工対象物を高精度に切断する技術が求められている。
【０００２】
従来、これらの積層構造を有する加工対象物の切断には、ブレードダイシング法やダイヤモンドスクライブ法が使用されるのが一般的である。
【０００３】
ブレードダイシング法とは、ダイヤモンドブレード等により加工対象物を切削して切断する方法である。一方、ダイヤモンドスクライブ法とは、ダイヤモンドポイントツールにより加工対象物の表面にスクライブラインを設け、このスクライブラインに沿うよう加工対象物の裏面にナイフエッジを押し当てて、加工対象物を割って切断する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブレードダイシング法にあっては、例えば、加工対象物が上述した液晶表示装置用のものである場合、ガラス基板と他のガラス基板との間に間隙が設けられているため、この間隙に削り屑や潤滑洗浄水が入り込んでしまうおそれがある。
【０００５】
また、ダイヤモンドスクライブ法にあっては、加工対象物がＡｌ2Ｏ3基板等の硬度の高い基板を有している場合や、或いは、加工対象物がガラス基板同士を貼り合わせたものである場合等に、加工対象物の表面だけでなく裏面にもスクライブラインを設けなければならず、この表面と裏面とに設けられたスクライブラインの位置ずれによって切断不良が生じるおそれがある。
【０００６】
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、上述したような問題を解決し、加工対象物が種々の積層構造を有する場合においても加工対象物を高精度に切断することのできるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、基板を含み、他方の面側の基板上に他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着し、加工対象物の他方の面をレーザ光入射面として基板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多光子吸収による改質領域を形成し、この改質領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成し、一方の面に装着されたフィルムを伸張させて、切断起点領域を起点として基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、基板を切断すると共に他方の面側の積層部を切断することにより、加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るレーザ加工方法は、半導体基板を含み、他方の面側の基板上に他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着し、加工対象物の他方の面をレーザ光入射面として基板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溶融処理領域を形成し、この溶融処理領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成し、一方の面に装着されたフィルムを伸張させて、切断起点領域を起点として基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、基板を切断すると共に他方の面側の積層部を切断することにより、加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ加工方法は、基板を含み、他方の面側の基板上に他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の基板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多光子吸収による改質領域を形成し、この改質領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、内部に改質領域を形成した加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着する工程と、一方の面に装着されたフィルムを伸張させて、切断起点領域を起点として基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、基板を切断すると共に他方の面側の積層部を切断することにより、加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るレーザ加工方法は、半導体基板を含み、他方の面側の基板上に他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の基板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溶融処理領域を形成し、この溶融処理領域によって、加工対象物の切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、内部に溶融処理領域を形成した加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着する工程と、一方の面に装着されたフィルムを伸張させて、切断起点領域を起点として基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、基板を切断すると共に他方の面側の積層部を切断することにより、加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これらのレーザ加工方法によれば、加工対象物が有する基板の内部に、多光子吸収という現象により形成される改質領域（溶融処理領域）でもって、加工対象物を切断すべき所望の切断予定ラインに沿った切断起点領域を形成することができる。そして、加工対象物に装着されたフィルムを伸張させることにより、基板の内部に形成された切断起点領域に引張応力を好適に印加することができる。これにより、切断起点領域を起点として、基板を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、加工対象物が基板上に種々の積層構造を有する場合においても、この積層構造を基板とともに精度良く割って切断することができる。従って、このレーザ加工方法によれば、加工対象物を高精度に切断することができる。
【００１２】
ここで、基板の内部とは、積層部が設けられている基板の面上をも含む意味である。さらに、集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことである。そして、切断起点領域は、改質領域が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域が断続的に形成されることで形成される場合もある。
【００１３】
上述した本発明に係るレーザ加工方法においては、基板の厚さ方向において、少なくとも１つの切断起点領域の中心が基板の中心よりも一方の面側に位置するように切断起点領域を形成し、伸張性のフィルムを一方の面側に装着することが好ましい。これによって、少なくとも１つの切断起点領域が加工対象物の裏面側に偏るため、一方の面に装着されたフィルムを伸張させることによる引張応力をこの切断起点領域に対してより好適に印加することができる。従って、より小さな力でより精度良く基板を切断することができる。また、このとき、１つの切断起点領域が基板の中心を含むように切断起点領域を形成することが好ましい。これによって、加工対象物の他方の面側をより精度よく切断することができる。
【００１４】
また、上述した本発明に係るレーザ加工方法においては、切断起点領域を形成する際に、切断起点領域から一方の面に達する亀裂を発生させることが好ましい。このレーザ加工方法によれば、一方の面に装着されたフィルムを伸張させることによる引張応力によって亀裂が加工対象物の他方の面に向かって拡がるので、より小さな力でより精度良く基板を切断することができる。
【００１５】
また、上述した本発明に係るレーザ加工方法においては、加工対象物が、他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を他方の面側の基板上に有してもよい。このレーザ加工方法では、基板内に形成された切断起点領域を起点として、基板を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、加工対象物が基板上に切断予定ラインと重なる積層部を有する場合においても、この積層部を基板とともに精度良く割って切断することができる。
【００１６】
ここで、基板上の積層部とは、基板の表面に堆積されたもの、基板の表面に貼り合わされたもの、或いは基板の表面に取り付けられたもの等をいい、基板に対し異種材料であるか同種材料であるかは問わない。そして、積層部には、基板に密着して設けられるものや、基板と間隙を取って設けられるもの等がある。例としては、基板上に結晶成長により形成された半導体動作層や、ガラス基板上に貼り合わされた他のガラス基板等があり、積層部は異種材料を複数層形成したものも含む。
【００１７】
また、上述した本発明に係るレーザ加工方法においては、積層部の切断予定ラインと重なる部分が絶縁性材料からなることが好ましい。これによって、加工対象物を切断する際に導電性の切片等が生じないので、該導電性の切片が切断後の複数の部分のいずれかに付着することによる電気的接続不良を防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法では、加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成する。そこで、このレーザ加工方法、特に多光子吸収について最初に説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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を参照して説明する。図１はレーザ加工中の加工対象物１の平面図であり、図２は図１に示す加工対象物１のII−II線に沿った断面図であり、図３はレーザ加工後の加工対象物１の平面図であり、図４は図３に示す加工対象物１のIV−IV線に沿った断面図であり、図５は図３に示す加工対象物１のV−V線に沿った断面図であり、図６は切断された加工対象物１の平面図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断すべき所望の切断予定ライン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（加工対象物１に実際に線を引いて切断予定ライン５としてもよい）。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を加工対象物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。また、加工対象物１の表面３は、該表面３においてレーザ光Ｌが散乱することを防ぐため、平坦かつ滑面であることが好ましい。
【００２２】
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に沿って加工対象物１の内部にのみ形成され、この改質領域７でもって切断起点領域８が形成される。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。
【００２３】
加工対象物１の切断において、切断する箇所に起点があると加工対象物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の切断が可能となる。
【００２４】
なお、切断起点領域を起点とした基板の切断は、切断起点領域形成後、基板に人為的な力が印加されることにより完了される。すなわち、基板の切断起点領域と交差する方向に引張応力を加えることにより、切断起点領域を起点として基板が割れ、基板が切断される。
【００２５】
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は、次の（１）〜（３）がある。
【００２６】
（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
基板（例えばサファイア、ガラス、または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基板の表面に余計なダメージを与えずに、基板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、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１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００２７】
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）基板が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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を加工対象物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１つ又は複数のクラックを含む領域である。このクラック領域９でもって切断起点領域が形成される。図９に示すように、人為的な力（例えば引張応力）を加工対象物１に印加することにより、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。
【００３１】
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
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。基板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。
【００３２】
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）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
【００３３】
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。シリコン基板の厚さ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なので、多光子吸収による溶融処理領域１３をシリコンウェハ１１の中心付近に形成すると、シリコンウェハ１１の表面から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。
【００３６】
なお、シリコンウェハは、引張応力などの人為的な力が印加されることにより、溶融処理領域でも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。また、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。基板の内部に溶融処理領域でもって切断起点領域を形成すると、切断時、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、切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
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。
【００３８】
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、基板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、しかも精度良く基板を切断することが可能になる。
【００３９】
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。
【００４０】
なお、基板として例えば円盤状のウェハを切断する場合、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ウェハ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ウェハに形成することが可能になる。
【００４１】
次に、上述したレーザ加工方法に使用されるレーザ加工装置について、図１４を参照して説明する。図１４はレーザ加工装置１００の概略構成図である。
【００４２】
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１０２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が照射される加工対象物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１１３と、これら３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。
【００４３】
この集光点ＰのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、加工対象物１をＸ（Ｙ）軸ステージ１０９（１１１）によりＸ（Ｙ）軸方向に移動させることにより行う。Ｚ軸方向は、加工対象物１の表面３と直交する方向なので、加工対象物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、加工対象物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。これにより、例えば、加工対象物１上に積層構造が設けられているような場合に、加工対象物１内部の所望の位置に集光点Ｐを合わせることができる。
【００４４】
レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。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、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。本実施形態では、加工対象物１の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。
【００４５】
レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された加工対象物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１１９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、加工対象物１の切断予定ライン５等を含む表面３を照明する。
【００４６】
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１２１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カメラがある。切断予定ライン５等を含む表面３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。
【００４７】
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を加工対象物１の表面３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、可視光の焦点が加工対象物１の表面３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。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして表面３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１２９に拡大画像等が表示される。
【００４８】
全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５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し、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。
【００４９】
次に、上述したレーザ加工装置１００を用いた、本実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。図１５は、本実施形態に係るレーザ加工方法における加工対象物であるウェハ１ａを示す斜視図である。また、図１６は、図１５に示されたウェハ１ａの平面図である。また、図１７は、図１６に示されたウェハ１ａのVI−VI断面及びVII−VII断面を示す拡大図である。
【００５０】
図１５〜図１７を参照すると、ウェハ１ａは、平板状であり略円盤状を呈している。図１６を参照すると、ウェハ１ａの表面３には縦横に交差する複数の切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、ウェハ１ａを複数のチップ状部分に切断するために想定される仮想線である。この切断予定ライン５は、例えばウェハ１ａの劈開面に沿って想定されるとよい。
【００５１】
また、ウェハ１ａは、オリエンテーションフラット（以下「ＯＦ」という）１９を有している。本実施形態では、ＯＦ１９は縦横に交差する切断予定ライン５のうちの一方向と平行な方向を長手方向として形成されている。ＯＦ１９は、ウェハ１ａを切断予定ライン５に沿って切断する際に、切断方向を容易に判別する目的で設けられている。
【００５２】
また、図１７を参照すると、ウェハ１ａは、半導体（Ｓｉ）からなる基板１５と、基板１５の表面６上に積層された積層部４を備えている。積層部４は、絶縁性材料（ＳｉＯ2）からなる層間絶縁膜１７ａ及び１７ｂ、並びに金属（Ｗ）からなる第１の配線層１９ａ及び第２の配線層１９ｂを有している。層間絶縁層１７ａは基板１５の表面６上に積層されており、表面６上に複数互いに分割されて設定された素子形成領域上に第１の配線層１９ａが積層されている。第１の配線層１９ａ及び基板１５は、層間絶縁層１７ａを貫通するように設けられたプラグ２０ａによって互いに電気的に接続されている。層間絶縁層１７ｂは層間絶縁層１７ａ及び第１の配線層１９ａ上に積層されており、層間絶縁層１７ｂ上であって第１の配線層１９ａに対応する領域に第２の配線層１９ｂが積層されている。第２の配線層１９ｂ及び第１の配線層１９ａは、層間絶縁層１７ｂを貫通するように設けられたプラグ２０ｂによって互いに電気的に接続されている。
【００５３】
層間絶縁層１７ｂ上であって第２の配線層１９ｂ同士の隙間にある領域には、切断予定ライン５が想定される。すなわち、表面３側からウェハ１ａを見たときに、積層部４のうち層間絶縁層１７ａ及び１７ｂが切断予定ライン５と重なっている。この切断予定ライン５においては、層間絶縁層１７ｂの表面（すなわち、ウェハ１ａの表面３）が平坦かつ滑面となっている。
【００５４】
図１８及び図１９は、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。また、図２０〜図２２は、レーザ加工方法を説明するためのウェハ１ａの断面図である。
【００５５】
図１８を参照すると、まず、ウェハ１ａの一方の面である裏面２１に伸張性のフィルムであるエキスパンドテープ２３を装着する（Ｓ１、図２０）。エキスパンドテープ２３は、例えば加熱により伸びる材料からなり、後の工程において、ウェハ１ａをチップ状に分離させるために用いられる。エキスパンドテープ２３としては、加熱により伸びるもの以外にも例えば伸張方向に力を加えることによって伸びるものでもよい。
【００５６】
続いて、ウェハ１ａの基板１５の内部に、切断予定ライン５に沿って切断起点領域８を形成する（Ｓ３、図２１（ａ）及び（ｂ））。ここで、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）に示されるウェハ１ａのVIII−VIII断面を示す断面図である。すなわち、ウェハ１ａの他方の面である表面３における切断予定ライン５に対応する領域をレーザ光入射面として基板１５の内部の集光点Ｐへレーザ光Ｌを照射することにより、基板１５の内部に改質領域として溶融処理領域１３を形成する。この溶融処理領域１３が、ウェハ１ａを切断する際の切断起点領域８となる。
【００５７】
ここで、図１９は、図１４に示されたレーザ加工装置１００を用いてウェハ１ａに切断起点領域８を形成する方法を示すフローチャートである。なお、本実施形態において、ウェハ１ａは、レーザ加工装置１００の載置台１０７に、表面３が集光用レンズ１０５と対向するように配置される。すなわち、レーザ光Ｌは、ウェハ１ａの表面３から入射される。
【００５８】
図１４及び図１９を参照すると、まず、基板１５、層間絶縁層１７ａ及び１７ｂ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１５、層間絶縁層１７ａ及び１７ｂ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（Ｓ１０１）。
【００５９】
続いて、基板１５、層間絶縁層１７ａ及び１７ｂの厚さ、材質、及び屈折率等を考慮して、ウェハ１ａのＺ軸方向の移動量を決定する（Ｓ１０３）。これは、ウェハ１ａの表面３から所定距離内側の所望の位置にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせるために、ウェハ１ａの表面３に位置するレーザ光Ｌの集光点Ｐを基準としたウェハ１ａのＺ軸方向の移動量である。この移動量は全体制御部１２７に入力される。
【００６０】
ウェハ１ａをレーザ加工装置１００の載置台１０７にウェハ１ａの表面３が集光用レンズ１０５側と対向するよう載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させてウェハ１ａの表面３を照明する（Ｓ１０５）。照明されたウェハ１ａの表面３を撮像素子１２１により撮像する。撮像素子１２１により撮像された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の可視光の焦点がウェハ１ａの表面３に位置するような焦点データを演算する（Ｓ１０７）。
【００６１】
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（Ｓ１０９）。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点がウェハ１ａの表面３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を含む表面３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。
【００６２】
全体制御部１２７には予めステップＳ１０３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の位置がウェハ１ａの表面３から所定距離内側となるように、Ｚ軸ステージ１１３によりウェハ１ａをＺ軸方向に移動させる（Ｓ１１１）。
【００６３】
続いて、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌを発生させて、レーザ光Ｌをウェハ１ａの表面３に照射する。レーザ光Ｌの集光点Ｐは基板１５の内部に位置しているので、溶融処理領域１３は基板１５の内部にのみ形成される。そして、切断予定ライン５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を複数形成するか、あるいは切断予定ライン５に沿って連続して溶融処理領域１３を形成することにより、切断予定ライン５に沿う切断起点領域８を基板１５の内部に形成する（Ｓ１１３）。
【００６４】
このステップＳ１１３においては、図２１（ｂ）に示されるように、切断起点領域８を、基板１５の厚さ方向における切断起点領域８の中心が基板１５の該方向の中心１６よりも裏面２１側に位置するように形成する。換言すれば、切断起点領域８を基板１５の中心より裏面２１側に偏って形成する。また、このとき、切断起点領域８が基板１５の中心１６を含むように切断起点領域８を形成する。この切断起点領域８の寸法例としては、基板１５の厚さを１００μｍとした場合、切断起点領域８の中心を裏面２１から例えば４０μｍ程度、切断起点領域８の幅を例えば４０μｍ程度とするとよい。
【００６５】
再び図１８を参照すると、ウェハ１ａの基板１５内部に切断起点領域８を形成したのち、切断起点領域８に沿ってウェハ１ａを複数のチップ状部分２４に切断する（Ｓ５、図２２）。すなわち、エキスパンドテープ２３を伸張させることにより切断起点領域８に引張応力を印加して、切断起点領域８を起点としてウェハ１ａを複数のチップ状部分２４に切断する。そして、エキスパンドテープ２３をそのまま伸張させることにより複数のチップ状部分２４の間に間隔２６をあける。このとき、基板１５が切断されると同時に、切断予定ライン５と重なる層間絶縁層１７ａ及び１７ｂも同時に切断される。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工方法では、ウェハ１ａが有する基板１５の内部に、多光子吸収という現象により形成される改質領域７でもって、ウェハ１ａを切断すべき所望の切断予定ライン５に沿った切断起点領域８を形成することができる。そして、ウェハ１ａの裏面２１に装着されたエキスパンドテープ２３を伸張させることにより、基板１５の内部に形成された切断起点領域８に引張応力を好適に印加することができる。これにより、切断起点領域８を起点として、基板１５を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、例えばウェハ１ａが基板１５上に積層部４を有する場合においても、この積層部４を基板１５とともに精度良く割って切断することができる。従って、このレーザ加工方法によれば、ウェハ１ａを高精度に切断することができる。
【００６７】
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、基板１５の厚さ方向において、切断起点領域８の中心が基板１５の中心１６よりも裏面２１側に位置するように切断起点領域８を形成している。これによって、切断起点領域８がウェハ１ａの裏面２１側に偏るため、裏面２１に装着されたエキスパンドテープ２３を伸張させることによる引張応力をこの切断起点領域８に対してより好適に印加することができる。従って、より小さな力でより精度良く基板１５を切断することができる。また、このとき、切断起点領域８が基板１５の中心１６を含むように切断起点領域８を形成している。これによって、ウェハ１ａの表面３側をより精度よく切断することができる。
【００６８】
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、ウェハ１ａが、表面３側からみて切断予定ライン５と重なる積層部４を基板１５の表面６上に有している。このレーザ加工方法では、基板１５内に形成された切断起点領域８を起点として、基板１５を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、ウェハ１ａが基板１５上に切断予定ライン５と重なる積層部４を有する場合においても、この積層部４を基板１５とともに精度良く割って切断することができる。
【００６９】
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、積層部４の切断予定ライン５と重なる部分が絶縁性材料からなっている。これによって、ウェハ１ａを切断する際に導電性の切片等が生じないので、該導電性の切片が複数のチップ状部分２４のいずれかに付着することによる電気的接続不良を防止することができる。
【００７０】
図２３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態によるレーザ加工方法の第１の変形例ないし第３の変形例を説明するための断面図である。これらの変形例では、基板１５の厚さを２００μｍ（上述の実施形態では１００μｍ）と厚くなっている。まず図２３（ａ）を参照すると、第１の変形例では、切断起点領域８を、基板１５の厚さ方向において切断起点領域８の中心が基板１５の中心１６よりも裏面２１側に位置するように、且つ、切断起点領域８が基板１５の中心１６を含まないように形成している。なお、この切断起点領域８は、裏面２１からの寸法が上述した実施形態における切断起点領域の寸法と同じとする。このように、基板１５が厚く、切断起点領域８が基板１５の中心１６を含んでいなくとも、エキスパンドテープ２３を伸張させることによって切断起点領域８に引張応力を好適に印加することができ、ウェハ１ａをより小さな力で精度良く切断することが可能である。ただし、ウェハ１ａの表面３側における切断精度を考慮すれば、図２１（ｂ）に示された実施形態のように切断起点領域８が基板１５の中心１６を含むように切断起点領域８を形成するほうがより好ましい。
【００７１】
また、図２３（ｂ）を参照すると、第２の変形例では、切断起点領域を基板１５の厚さ方向に複数本形成している。そして、一方の切断起点領域８ａを第１の変形例における切断起点領域８と同じ位置に形成している。また、他方の切断起点領域８ｂを、切断起点領域８ｂの中心が基板１５の中心１６付近に位置するように、且つ、切断起点領域８ｂが基板１５の中心１６を含むように形成している。なお、この例における他方の切断起点領域８ｂの寸法例としては、その中心位置を例えば裏面２１から１００μｍ（すなわち基板１５の中心位置）程度、その幅を例えば４０μｍ程度とするとよい。
【００７２】
また、図２３（ｃ）を参照すると、第３の変形例では、一方の切断起点領域８ａを、第１の変形例における切断起点領域８と同じ位置に形成している。また、他方の切断起点領域８ｂを、切断起点領域８ｂの中心が基板１５の中心１６よりも表面３側に位置するように、且つ、切断起点領域８ｂが基板１５の中心１６を含まないように形成している。なお、この例における他方の切断起点領域８ｂの寸法例としては、その中心位置を例えば裏面２１から１６０μｍ程度、その幅を例えば４０μｍ程度とするとよい。
【００７３】
上記した第２の変形例及び第３の変形例では、基板１５の裏面２１側へ偏った切断起点領域８ａに加えて、切断起点領域８ａと基板１５の表面６との間に位置する切断起点領域８ｂを形成している。これによって、ウェハ１ａをより小さな力で切断することができるとともに、ウェハ１ａの表面３側をより精度よく切断することができる。一般には、少なくとも１つの切断起点領域の中心が基板１５の中心１６よりも裏面２１側に位置していれば、ウェハ１ａをより小さな力で切断することができる。また、基板１５の中心１６を含む切断起点領域と裏面２１側に偏った切断起点領域とは、図２１（ｂ）に示したように同じ領域であってもよいし、図２３（ｂ）に示したように異なる領域であってもよい。
【００７４】
図２４（ａ）は、本実施形態によるレーザ加工方法の第４の変形例を説明するための断面図である。また、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）に示されたウェハ１ａのIV−IV断面を示す断面図である。本変形例と上述した実施形態との相違は、溶融処理領域１３（切断起点領域８）から裏面２１に達する亀裂１８を基板１５に発生させている点である。この亀裂１８は、図２４（ｂ）に示されるように切断起点領域８に沿って連続して発生させても良いし、切断起点領域８に沿って断続的に発生させても良い。これによって、裏面２１に装着されたエキスパンドテープ２３を伸張させることによる引張応力により亀裂１８がウェハ１ａの表面３に向かって拡がるので、より小さな力でより精度良く基板を切断することができる。
【００７５】
図２５（ａ）は、本実施形態によるレーザ加工方法の第５の変形例を説明するための断面図である。また、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）に示されたウェハ１ｂのX−X断面を示す断面図である。本変形例では、上述した実施形態とは異なる積層部を有するウェハを切断する場合について説明する。ここで用いられるウェハ１ｂは、上述したウェハ１ａとは異なり、ｎ型半導体からなる基板５５を備えている。そして、ウェハ１ｂは、積層部４４として、基板５５上に積層されたｎ型クラッド層５７ａと、ｎ型クラッド層５７ａ上に積層された活性層５７ｂと、活性層５７ｂ上に積層されたｐ型クラッド層５７ｃと、ｐ型クラッド層５７ｃ上に積層されたキャップ層５７ｄとを備えている。キャップ層５７ｄ上には複数に分割されたアノード電極５９ａが、基板５５の裏面６１上にはアノード電極５９ａに対応するカソード電極５９ｂが、それぞれ設けられている。
【００７６】
このウェハ１ｂに対し、基板５５内部を集光点Ｐとして、アノード電極５９ａ間に想定された切断予定ライン５からレーザ光Ｌを入射する。そして、基板１５内部に、溶融処理領域１３による切断起点領域８を形成する。このとき、基板５５の厚さ方向における切断起点領域８の中心位置が、基板１５の中心４６よりも裏面６１側になるように切断起点領域８を形成する。そして、裏面６１に装着されたエキスパンドテープ２３を伸張することによってウェハ１ｂを切断し、複数の半導体レーザ素子を切り出す。
【００７７】
本レーザ加工方法は、上述した実施形態における積層部４以外にも、例えば本実施例における積層部４４のように様々な積層構造を備えるウェハに対して適用することができる。
【００７８】
図２６は、本実施形態によるレーザ加工方法の第６の変形例を示すフローチャートである。また、図２７は、本変形例を説明するためのウェハ１ａの断面図である。本変形例では、ウェハ１ａの裏面２１からレーザ光Ｌを入射する場合を説明する。
【００７９】
図２６を参照すると、まず、ウェハ１ａの基板１５の内部に、切断予定ライン５に沿って切断起点領域８を形成する（Ｓ１１、図２７）。すなわち、ウェハ１ａの裏面２１における切断予定ライン５に対応する領域をレーザ光入射面として基板１５の内部の集光点Ｐへレーザ光Ｌを照射することにより、基板１５の内部に改質領域として溶融処理領域１３を形成する。この溶融処理領域１３が、ウェハ１ａを切断する際の切断起点領域８となる。
【００８０】
続いて、ウェハ１ａの裏面２１に伸張性のフィルムであるエキスパンドテープ２３を装着し（Ｓ１３）、切断起点領域８に沿ってウェハ１ａを複数のチップ状部分２４に切断する（Ｓ１５）。これらの工程は、上述した実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００８１】
本変形例に示したように、本実施形態によるレーザ加工方法においては、ウェハ１ａの裏面２１をレーザ光入射面として切断起点領域を形成することも可能である。また、エキスパンドテープ２３を装着するタイミングは、本変形例のように切断起点領域を形成した後でもよい。
【００８２】
以上、本発明の実施形態及び変形例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されないことはいうまでもない。
【００８３】
例えば、上記した実施形態及び変形例においては基板として半導体基板を用いているが、本発明は半導体基板に限らず、導電性基板や絶縁性基板を有するウェハに対しても好適に適用することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物が有する基板の内部に、多光子吸収という現象により形成される改質領域（溶融処理領域）でもって、加工対象物を切断すべき所望の切断予定ラインに沿った切断起点領域を形成することができる。そして、加工対象物の一方の面に装着されたフィルムを伸張させることにより、基板の内部に形成された切断起点領域に引張応力を好適に印加することができる。これにより、切断起点領域を起点として、基板を比較的小さな力で精度良く割って切断することができるので、加工対象物が基板上に種々の積層構造を有する場合においても、この積層構造を基板とともに精度良く割って切断することができる。従って、このレーザ加工方法によれば、加工対象物を高精度に切断することができる。
【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】本実施形態に係るレーザ加工方法において用いられるウェハを示す斜視図である。
【図１６】図１５に示されたウェハの平面図である。
【図１７】図１６に示されたウェハのVI−VI断面及びVII−VII断面を示す拡大図である。
【図１８】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１９】図１４に示されたレーザ加工装置を用いてウェハに切断起点領域を形成する方法を示すフローチャートである。
【図２０】レーザ加工方法を説明するためのウェハの断面図である。
【図２１】（ａ）レーザ加工方法を説明するためのウェハの断面図である。（ｂ）図２１（ａ）に示されたウェハのVIII−VIII断面を示す断面図である。
【図２２】レーザ加工方法を説明するためのウェハの断面図である。
【図２３】（ａ）本実施形態によるレーザ加工方法の第１の変形例を説明するための断面図である。（ｂ）本実施形態によるレーザ加工方法の第２の変形例を説明するための断面図である。（ｃ）本実施形態によるレーザ加工方法の第３の変形例を説明するための断面図である。
【図２４】（ａ）本実施形態によるレーザ加工方法の第４の変形例を説明するための断面図である。（ｂ）図２４（ａ）に示されたウェハのIV−IV断面を示す断面図である。
【図２５】（ａ）本実施形態によるレーザ加工方法の第５の変形例を説明するための断面図である。（ｂ）図２５（ａ）に示されたウェハのX−X断面を示す断面図である。
【図２６】本実施形態によるレーザ加工方法の第６の変形例を示すフローチャートである。
【図２７】第６の変形例を説明するためのウェハの断面図である。
【符号の説明】
１…加工対象物、１ａ、１ｂ…ウェハ、３…表面、４…積層部、５…切断予定ライン、６…表面、７…改質領域、８、８ａ、８ｂ…切断起点領域、９…クラック領域、１１…シリコンウェハ、１３…溶融処理領域、１５…基板、１６…中心、１７ａ、１７ｂ…層間絶縁層、１８…亀裂、１９ａ、１９ｂ…配線層、２０ａ、２０ｂ…プラグ、２１…裏面、２３…エキスパンドテープ、２４…チップ状部分、２６…間隔、１００…レーザ加工装置、１０１…レーザ光源、１０２…レーザ光源制御部、１０３…ダイクロイックミラー、１０５…集光用レンズ、１０７…載置台、１０９…Ｘ軸ステージ、１１１…Ｙ軸ステージ、１１３…Ｚ軸ステージ、１１５…ステージ制御部、１１７…観察用光源、１１９…ビームスプリッタ、１２１…撮像素子、１２３…結像レンズ、１２５…撮像データ処理部、１２７…全体制御部、１２９…モニタ、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
Claims (12)
- 基板を含み、他方の面側の前記基板上に前記他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着し、前記加工対象物の前記他方の面をレーザ光入射面として前記基板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多光子吸収による改質領域を形成し、この改質領域によって、前記加工対象物の前記切断予定ラインに沿って前記レーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成し、前記一方の面に装着された前記フィルムを伸張させて、前記切断起点領域を起点として前記基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、前記基板を切断すると共に前記他方の面側の前記積層部を切断することにより、前記加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程を備える、レーザ加工方法。
- 半導体基板を含み、他方の面側の前記基板上に前記他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着し、前記加工対象物の前記他方の面をレーザ光入射面として前記基板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溶融処理領域を形成し、この溶融処理領域によって、前記加工対象物の前記切断予定ラインに沿って前記レーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成し、前記一方の面に装着された前記フィルムを伸張させて、前記切断起点領域を起点として前記基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、前記基板を切断すると共に前記他方の面側の前記積層部を切断することにより、前記加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程を備える、レーザ加工方法。
- 前記基板の厚さ方向において、少なくとも１つの前記切断起点領域の中心が前記基板の中心よりも前記一方の面側に位置するように前記切断起点領域を形成する、請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
- １つの前記切断起点領域が前記基板の中心を含むように前記切断起点領域を形成する、請求項３に記載のレーザ加工方法。
- 前記切断起点領域を形成する際に、前記切断起点領域から前記一方の面に達する亀裂を発生させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
- 前記積層部の前記切断予定ラインと重なる部分が絶縁性材料からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
- 基板を含み、他方の面側の前記基板上に前記他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の前記基板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多光子吸収による改質領域を形成し、この改質領域によって、前記加工対象物の前記切断予定ラインに沿って前記レーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、
内部に前記改質領域を形成した前記加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着する工程と、
前記一方の面に装着された前記フィルムを伸張させて、前記切断起点領域を起点として前記基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、前記基板を切断すると共に前記他方の面側の前記積層部を切断することにより、前記加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程と
を備える、レーザ加工方法。 - 半導体基板を含み、他方の面側の前記基板上に前記他方の面側からみて切断予定ラインと重なる積層部を有する平板状の加工対象物の前記基板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溶融処理領域を形成し、この溶融処理領域によって、前記加工対象物の前記切断予定ラインに沿って前記レーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、
内部に前記溶融処理領域を形成した前記加工対象物の一方の面に伸張性のフィルムを装着する工程と、
前記一方の面に装着された前記フィルムを伸張させて、前記切断起点領域を起点として前記基板の厚さ方向に向かって割れを発生させ、前記基板を切断すると共に前記他方の面側の前記積層部を切断することにより、前記加工対象物を複数の部分に、互いに間隔があくように切断する工程と
を備える、レーザ加工方法。 - 前記基板の厚さ方向において、少なくとも１つの前記切断起点領域の中心が前記基板の中心よりも前記一方の面側に位置するように前記切断起点領域を形成し、前記伸張性のフィルムを前記一方の面側に装着する、請求項７または８に記載のレーザ加工方法。
- １つの前記切断起点領域が前記基板の中心を含むように前記切断起点領域を形成する、請求項９に記載のレーザ加工方法。
- 前記積層部の前記切断予定ラインと重なる部分が絶縁性材料からなる、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
- 前記切断起点領域を形成する際に前記切断起点領域から前記基板の前記一方の面に達する亀裂を発生させ、前記フィルムを前記一方の面側に装着する、請求項７〜１１のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
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| KR102399356B1 (ko) * | 2017-03-10 | 2022-05-19 | 삼성전자주식회사 | 기판, 기판의 쏘잉 방법, 및 반도체 소자 |
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10562130B1 (en) | 2018-12-29 | 2020-02-18 | Cree, Inc. | Laser-assisted method for parting crystalline material |
| US10576585B1 (en) | 2018-12-29 | 2020-03-03 | Cree, Inc. | Laser-assisted method for parting crystalline material |
| US11024501B2 (en) | 2018-12-29 | 2021-06-01 | Cree, Inc. | Carrier-assisted method for parting crystalline material along laser damage region |
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