JP3867101B2

JP3867101B2 - Semiconductor material substrate cutting method

Info

Publication number: JP3867101B2
Application number: JP2006014111A
Authority: JP
Inventors: 文嗣福世; 憲志福満; 直己内山; 敏光和久田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP2006165593A

Description

本発明は、半導体材料基板の切断方法、特にレーザ加工を使用した半導体材料基板の切断方法に関する。 The present invention relates to a method for cutting a semiconductor material substrate, and more particularly to a method for cutting a semiconductor material substrate using laser processing.

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加工対象物の切断する箇所に、加工対象物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加工対象物の表面から裏面に向けて加熱溶融を進行させて加工対象物を切断する。しかし、この方法では加工対象物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、加工対象物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、上記領域付近に位置する半導体素子が溶融する恐れがある。 One of laser applications is cutting, and general cutting by laser is as follows. For example, a portion to be cut of a workpiece such as a semiconductor wafer or a glass substrate is irradiated with laser light having a wavelength that is absorbed by the workpiece, and the portion to be cut by the absorption of the laser light is directed from the front surface to the back surface of the workpiece. The workpiece is cut by advancing heating and melting. However, in this method, the periphery of the region to be cut out of the surface of the workpiece is also melted. Therefore, when the object to be processed is a semiconductor wafer, among the semiconductor elements formed on the surface of the semiconductor wafer, the semiconductor elements located in the vicinity of the region may be melted.

加工対象物の表面の溶融を防止する方法として、例えば、特許文献１や特許文献２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、加工対象物の切断する箇所をレーザ光により加熱し、そして加工対象物を冷却することにより、加工対象物の切断する箇所に熱衝撃を生じさせて加工対象物を切断する。
特開２０００-２１９５２８号公報特開２０００-１５４６７号公報 As a method for preventing melting of the surface of the workpiece, for example, there is a laser cutting method disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2. In the cutting methods of these publications, a part to be processed is heated by a laser beam, and the object to be processed is cooled to cause a thermal shock at the part to be processed to cut the object to be processed. Disconnect.
JP 2000-219528 A JP 2000-15467 A

しかし、これらの公報の切断方法では、加工対象物に生じる熱衝撃が大きいと、加工対象物の表面に、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、加工対象物が半導体ウェハの場合、この不必要な割れにより半導体チップ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。 However, in the cutting methods of these publications, if the thermal shock generated on the workpiece is large, the surface of the workpiece is not cracked, such as a crack that is off the planned cutting line, or a crack that is not irradiated with laser. Necessary cracks may occur. Therefore, these cutting methods cannot perform precision cutting. In particular, when the workpiece is a semiconductor wafer, the unnecessary cracks may damage the semiconductor chip. Moreover, since these cutting methods have a large average input energy, the thermal damage given to the semiconductor chip or the like is also large.

本発明の目的は、半導体チップの損傷や熱的な大きなダメージを与えることを防止し、精密な切断を可能にする半導体材料基板の切断方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for cutting a semiconductor material substrate, which prevents a semiconductor chip from being damaged or caused a large thermal damage and enables precise cutting.

本発明に係る半導体材料基板の切断方法は、半導体材料基板の内部に、集光点におけるピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、レーザ光を照射するとともに、半導体材料基板の切断予定ラインに沿って、集光点と半導体材料基板を相対的に移動させることにより、半導体材料基板の内部に、半導体材料が一旦溶融後に再固化した領域である溶融処理領域を切断予定ラインに沿って形成する工程と、次いで、半導体材料基板に人為的な力を印加することにより、半導体材料基板を切断予定ラインに沿って切断する工程とを含むことを特徴とする。
The method for cutting a semiconductor material substrate according to the present invention includes a laser inside a semiconductor material substrate under a condition that a peak power density at a condensing point is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more and a pulse width is 1 μs or less. A region where the semiconductor material is once melted and re-solidified inside the semiconductor material substrate by irradiating light and relatively moving the focal point and the semiconductor material substrate along the cutting line of the semiconductor material substrate. Forming a melt-processed region along the planned cutting line, and then cutting the semiconductor material substrate along the planned cutting line by applying an artificial force to the semiconductor material substrate. It is characterized by.

本発明に係る半導体材料基板の切断方法によれば、半導体材料基板の内部に、集光点におけるピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、レーザ光を照射するとともに、半導体材料基板の切断予定ラインに沿って、集光点と半導体材料基板を相対的に移動させることによって、半導体材料基板の内部には、半導体材料が一旦溶融後に再固化した領域である溶融処理領域を切断予定ラインに沿って形成することができる。次いで、半導体材料基板に人為的な力を印加することにより、比較的小さな力で、半導体材料基板を切断予定ラインに沿って精密な切断をすることができる。また、半導体材料基板の内部に溶融処理領域を形成することで、切断予定ラインから外れた不必要な割れが生じ難い。なお、集光点とはレーザ光が集光した箇所のことである。切断予定ラインは加工対象物の表面や内部に実際に引かれた線でもよいし、仮想の線でもよい。

According to the method for cutting a semiconductor material substrate according to the present invention, the peak power density at the condensing point is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more and the pulse width is 1 μs or less inside the semiconductor material substrate. The semiconductor material is once melted in the semiconductor material substrate after being melted by irradiating the laser beam and moving the focusing point and the semiconductor material substrate relative to each other along the cutting line of the semiconductor material substrate. It is possible to form a melt-processed region that is a solidified region along a planned cutting line. Next, by applying an artificial force to the semiconductor material substrate, the semiconductor material substrate can be precisely cut along the planned cutting line with a relatively small force. In addition, by forming the melt processing region inside the semiconductor material substrate, unnecessary cracks that are off the line scheduled to be cut hardly occur. In addition, a condensing point is a location which the laser beam condensed. The line to be cut may be a line actually drawn on the surface or inside of the workpiece, or may be a virtual line.

また、本発明においては、人為的な力は曲げ応力又はせん断応力を発生させるものとして、それによって、半導体基板を切断予定ラインに沿って切断することができる。 Further, in the present invention, the artificial force generates bending stress or shear stress, whereby the semiconductor substrate can be cut along the planned cutting line.

また、本発明においては、人為的な力は熱応力を発生させるものとして、それによって、半導体基板を切断予定ラインに沿って切断することができる。 Further, in the present invention, the artificial force generates thermal stress, so that the semiconductor substrate can be cut along the planned cutting line.

また、本発明において、溶融処理領域を形成する工程において切断予定ラインを含む面を撮像することを伴う場合、撮像データに基づいて溶融処理領域の形成を制御することができる。 Further, in the present invention, in the step of forming the melt processing region, when imaging a surface including the line to be cut is formed, the formation of the melt processing region can be controlled based on the imaging data.

本発明に係る半導体材料基板の切断方法によれば、不必要な割れによる半導体チップの損傷や半導体チップの熱的ダメージの少ない半導体材料基板の切断方法を提供することができる。それによって、半導体チップの歩留まりや生産性を向上させることができる。 According to the method for cutting a semiconductor material substrate according to the present invention, it is possible to provide a method for cutting a semiconductor material substrate with less damage to the semiconductor chip due to unnecessary cracks and less thermal damage to the semiconductor chip. Thereby, the yield and productivity of the semiconductor chip can be improved.

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。本実施形態に係る半導体材料基板の切断方法は、多光子吸収により改質領域としての溶融処理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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the method for cutting a semiconductor material substrate according to the present embodiment, a melt treatment region as a modified region is formed by multiphoton absorption. Multiphoton absorption is a phenomenon that occurs when the intensity of laser light is very high. First, multiphoton absorption will be briefly described.

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。 Photon energy hν is smaller than the band gap E _G of absorption of the material becomes transparent. Therefore, a condition under which absorption occurs in the material is hv> E _G. However, even when optically transparent, increasing the intensity of the laser beam very Nhnyu> of E _G condition (n = 2, 3, 4, a, ...) absorbed in the material occurs. This phenomenon is called multiphoton absorption. In the case of a pulse wave, the intensity of the laser beam is determined by the peak power density (W / cm ² ) at the condensing point of the laser beam. For example, the multiphoton is obtained under the condition that the peak power density is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more. Absorption occurs. The peak power density is determined by (energy per pulse of laser light at the condensing point) / (laser beam cross-sectional area of laser light × pulse width). In the case of a continuous wave, the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (W / cm ² ) at the condensing point of the laser beam.

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。 The principle of laser processing according to this embodiment using such multiphoton absorption will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a workpiece 1 during laser processing, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the workpiece 1 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a workpiece after laser processing. 4 is a plan view of the workpiece 1, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the workpiece 1 shown in FIG. 3, and FIG. 5 is taken along line V-V of the workpiece 1 shown in FIG. FIG. 6 is a plan view of the cut workpiece 1.

図１及び図２に示すように、加工対象物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。 As shown in FIGS. 1 and 2, the surface 3 of the workpiece 1 has a planned cutting line 5. The planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly. In the laser processing according to the present embodiment, the modified region 7 is formed by irradiating the processing object 1 with the laser beam L by aligning the condensing point P inside the processing object 1 under the condition that multiphoton absorption occurs. In addition, a condensing point is a location where the laser beam L is condensed.

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る。本実施形態に係るレーザ加工は、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。 The condensing point P is moved along the planned cutting line 5 by relatively moving the laser light L along the planned cutting line 5 (that is, along the arrow A direction). Thereby, as shown in FIGS. 3 to 5, the modified region 7 is formed only inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5. In the laser processing according to this embodiment, the modified object 7 is not formed by causing the workpiece 1 to generate heat by the workpiece 1 absorbing the laser beam L. The modified region 7 is formed by transmitting the laser beam L to the workpiece 1 and generating multiphoton absorption inside the workpiece 1. Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted.

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。 In the cutting of the workpiece 1, if there is a starting point at the location to be cut, the workpiece 1 is broken from the starting point, so that the workpiece 1 can be cut with a relatively small force as shown in FIG. 6. Therefore, the processing object 1 can be cut without causing unnecessary cracks on the surface 3 of the processing object 1.

なお、改質領域を起点とした加工対象物の切断は、次の二通りが考えられる。一つは、改質領域形成後、加工対象物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加工対象物が割れ、加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物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、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物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加工対象物の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚みが小さい場合、改質領域が１つでも可能であり、加工対象物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、切断する箇所の表面上において、改質領域が形成されていない部分まで割れが先走ることがなく、改質部を形成した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半導体ウェハ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。 In addition, the following two kinds of cutting | disconnection of the processing target object from the modification | reformation area | region can be considered. One is a case where, after the modified region is formed, an artificial force is applied to the workpiece, so that the workpiece is cracked and the workpiece is cut from the modified region as a starting point. This is, for example, cutting when the thickness of the workpiece is large. When artificial force is applied, for example, bending stress or shear stress is applied to the workpiece along the planned cutting line of the workpiece, or thermal stress is generated by giving a temperature difference to the workpiece. It is to let you. The other is that when the modified region is formed, the modified region starts as a starting point, and naturally breaks in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece, resulting in the workpiece being cut. It is. For example, when the thickness of the workpiece is small, even one modified region is possible, and when the workpiece is large, a plurality of modified regions can be formed in the thickness direction. . In addition, even when this breaks naturally, on the surface of the portion to be cut, the crack does not run to the part where the modified region is not formed, and only the part where the modified part is formed can be cleaved, The cleaving can be controlled well. In recent years, since the thickness of a semiconductor wafer such as a silicon wafer tends to be thin, such a cleaving method with good controllability is very effective.

さて、本実施形態を説明する上での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。
（１）改質領域が一つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
レーザ光を加工対象物（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加工対象物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。 Now, the modified regions formed by multiphoton absorption in describing this embodiment include the following (1) to (3).
(1) In the case where the modified region is a crack region including one or more cracks, the laser beam is focused on the inside of the object to be processed (for example, a piezoelectric material made of glass or LiTaO ₃ ). Irradiation is performed under conditions where the electric field strength is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more and the pulse width is 1 μs or less. The magnitude of the pulse width is a condition that a crack region can be formed only inside the workpiece without causing extra damage to the workpiece surface while causing multiphoton absorption. As a result, a phenomenon of optical damage due to multiphoton absorption occurs inside the workpiece. This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 10 ¹² (W / cm ² ). The pulse width is preferably 1 ns to 200 ns, for example. The formation of the crack region by multiphoton absorption is described in, for example, “Inside of glass substrate by solid-state laser harmonics” on pages 23-28 of the 45th Laser Thermal Processing Research Papers (December 1998). It is described in “Marking”.

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）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。 The inventor obtained the relationship between the electric field strength and the size of the cracks by experiment. The experimental conditions are as follows.
(A) Workpiece: Pyrex (registered trademark) glass (thickness 700 μm)
(B) Laser light source: semiconductor laser excitation Nd: YAG laser wavelength: 1064 nm
Laser light spot cross section: 3.14 × 10 ⁻⁸ cm ²
Oscillation form: Q switch pulse repetition frequency: 100kHz
Pulse width: 30ns
Output: Output <1 mJ / pulse laser light quality: TEM ₀₀
Polarization characteristics: linear polarization (C) transmittance of lens laser light wavelength: 60% (D) the moving speed of the stage the object is placed: 100 mm / ByoNao, the laser beam quality is TEM ₀₀ Means that the light condensing property is high and the light can be condensed to the wavelength of the laser beam.

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。 FIG. 7 is a graph showing the results of the experiment. The horizontal axis represents the peak power density. Since the laser beam is a pulsed laser beam, the electric field strength is represented by the peak power density. The vertical axis represents the size of a crack portion (crack spot) formed inside the workpiece by one pulse of laser light. Crack spots gather to form a crack region. The size of the crack spot is the size of the portion having the maximum length in the shape of the crack spot. The data indicated by black circles in the graph is for the case where the condenser lens (C) has a magnification of 100 times and a numerical aperture (NA) of 0.80. On the other hand, the data indicated by white circles in the graph is when the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0.55. From the peak power density of about 10 ¹¹ (W / cm ² ), it can be seen that a crack spot is generated inside the workpiece, and the crack spot increases as the peak power density increases.

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は一つ又は複数のクラックを含む領域である。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。加工対象物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、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。 Next, the mechanism for cutting the workpiece by forming the crack region will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8, the laser beam L is irradiated to the workpiece 1 by aligning the condensing point P inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs, and the crack region is formed along the planned cutting line. 9 is formed. The crack region 9 is a region including one or a plurality of cracks. As shown in FIG. 9, the crack further grows starting from the crack region 9, and the crack reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 as shown in FIG. 10, and the workpiece 1 as shown in FIG. 11. The workpiece 1 is cut by cracking. Cracks that reach the front and back surfaces of the workpiece may grow naturally or may grow when a force is applied to the workpiece.

（２）改質領域が溶融処理領域の場合
レーザ光を加工対象物（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）以上でかつパルス幅が１μs以下の条件で照射する。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、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくともいずれか一つを意味する。 (2) When the modified region is a melt-processed region A laser beam is focused on the inside of a workpiece (for example, a semiconductor material such as silicon), and the electric field intensity at the focused point is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more and the pulse width is 1 μs or less. As a result, the inside of the workpiece is locally heated by multiphoton absorption. By this heating, a melt processing region is formed inside the workpiece. The melting treatment region means at least one of a region once solidified after melting, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting.

また、溶融処理領域は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。なお、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。
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）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
NA：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 Further, it can be said that the melt-processed region is a phase-changed region or a region where the crystal structure is changed. The melt treatment region can also be said to be a region in which one structure is changed to another structure in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure. In other words, for example, a region changed from a single crystal structure to an amorphous structure, a region changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, or a region changed from a single crystal structure to a structure including an amorphous structure and a polycrystalline structure. To do. When the object to be processed has a silicon single crystal structure, the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 10 ¹² (W / cm ² ). The pulse width is preferably 1 ns to 200 ns, for example.
The inventor has confirmed through experiments that a melt-processed region is formed inside a silicon wafer. The experimental conditions are as follows.
(A) Object to be processed: silicon wafer (thickness 350 μm, outer diameter 4 inches)
(B) Laser light source: semiconductor laser excitation Nd: YAG laser wavelength: 1064 nm
Laser light spot cross section: 3.14 × 10 ⁻⁸ cm ²
Oscillation form: Q switch pulse repetition frequency: 100kHz
Pulse width: 30ns
Output: 20 μJ / pulse laser light Quality: TEM ₀₀
Polarization characteristics: Linearly polarized light (C) Condensing lens magnification: 50 times
NA: 0.55
Transmittance with respect to laser beam wavelength: 60% (D) Moving speed of mounting table on which workpiece is mounted: 100 mm / second

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の厚さ方向の大きさは１００μm程度である。 FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by laser processing under the above conditions. A melt processing region 13 is formed inside the silicon wafer 11. In addition, the size in the thickness direction of the melt processing region formed under the above conditions is about 100 μm.

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。 The fact that the melt processing region 13 is formed by multiphoton absorption will be described. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance inside the silicon substrate. However, the reflection components on the front side and the back side of the silicon substrate are removed to show the transmittance only inside. The above relationship was shown for each of the thickness t of the silicon substrate of 50 μm, 100 μm, 200 μm, 500 μm, and 1000 μm.

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。 For example, at a Nd: YAG laser wavelength of 1064 nm, when the thickness of the silicon substrate is 500 μm or less, it can be seen that 80% or more of the laser light is transmitted inside the silicon substrate. Since the thickness of the silicon wafer 11 shown in FIG. 12 is 350 μm, the melt processing region by multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer, that is, at a portion of 175 μm from the surface. In this case, the transmittance is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 μm. Therefore, the laser beam is hardly absorbed inside the silicon wafer 11 and is almost transmitted. This is not because the laser beam is absorbed inside the silicon wafer 11 and the melt processing region is formed inside the silicon wafer 11 (that is, the melt processing region is formed by normal heating with laser light). It means that the processing region is formed by multiphoton absorption. The formation of the melt-processed region by multiphoton absorption is described in, for example, “Evaluation of processing characteristics of silicon by picosecond pulse laser” on pages 72 to 73 of the 66th Annual Meeting of the Japan Welding Society (April 2000). Are listed.

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、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。なお、溶融処理領域からシリコンウェハの表面と裏面に割れが自然に成長するのは、一旦溶融後再固化した状態となった領域から割れが成長する場合、溶融状態の領域から割れが成長する場合及び溶融から再固化する状態の領域から割れが成長する場合のうち少なくともいずれか一つである。いずれの場合も切断後の切断面は図１２に示すように内部にのみ溶融処理領域が形成される。加工対象物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。 In addition, a silicon wafer is cut | disconnected as a result by generating a crack toward a cross-sectional direction starting from the melt processing region and reaching the front and back surfaces of the silicon wafer. The cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow naturally or may grow by applying force to the workpiece. In addition, the crack grows naturally from the melt processing area to the front and back surfaces of the silicon wafer when the crack grows from the area once solidified after being melted, or when the crack grows from the melted area. And at least one of the cases where cracks grow from a region in a state of being resolidified from melting. In either case, the cut surface after cutting is formed with a melt treatment region only inside as shown in FIG. In the case where the melt processing region is formed inside the object to be processed, since the unnecessary cracks that are off the planned cutting line are not easily generated at the time of cleaving, cleaving control is facilitated.

（３）改質領域が屈折率変化領域の場合
レーザ光を加工対象物（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。
以上のように本実施形態によれば、改質領域を多光子吸収により形成している。そして、本実施形態は加工対象物の厚み方向におけるレーザ光の集光点の位置を調節することにより、加工対象物の厚み方向における改質領域の位置を制御している。 (3) When the modified region is a refractive index changing region The laser beam is focused on the inside of the object to be processed (eg, glass), and the electric field strength at the focused point is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ). Irradiation is performed under the above conditions with a pulse width of 1 ns or less. When the pulse width is made extremely short and multiphoton absorption occurs inside the workpiece, the energy due to the multiphoton absorption is not converted into thermal energy, and the ion valence change and crystallization occur inside the workpiece. Alternatively, a permanent structural change such as polarization orientation is induced to form a refractive index change region. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 10 ¹² (W / cm ² ). For example, the pulse width is preferably 1 ns or less, and more preferably 1 ps or less. The formation of the refractive index changing region by multiphoton absorption is described in, for example, “The Femtosecond Laser Irradiation to the Inside of Glass” on pages 105 to 111 of the 42nd Laser Thermal Processing Research Institute Proceedings (November 1997). Photo-induced structure formation ”.
As described above, according to the present embodiment, the modified region is formed by multiphoton absorption. And this embodiment controls the position of the modification area | region in the thickness direction of a workpiece by adjusting the position of the condensing point of the laser beam in the thickness direction of a workpiece.

この位置制御についてクラック領域を例に説明する。図１４は、本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工対象物１の内部にクラック領域９が形成された加工対象物１の斜視図である。パルスレーザ光Lの集光点は加工対象物１のパルスレーザ光Lの表面（入射面）３を越して加工対象物１の内部に合わされる。そして、集光点は加工対象物１の厚み方向において厚みの略半分の位置に調節されている。これらの条件の下で切断予定ライン５に沿って加工対象物１にパルスレーザ光Lを照射すると、クラック領域９は切断予定ライン５に沿って加工対象物１の厚みの半分の位置及びその付近に形成される。
図１５は図１４に示す加工対象物１の部分断面図である。クラック領域９形成後、クラック領域９から表面３及び裏面２１に向けてクラック９１が自然に成長している。クラック領域９を加工対象物１の厚み方向において厚みの半分の位置及びその付近に形成すると、例えば加工対象物１の厚みが比較的大きい場合、自然に成長するクラック９１と表面３（裏面２１）との距離を比較的長くすることができる。よって、加工対象物１の切断予定ライン５に沿う切断予定箇所はある程度の強度を保持している。従って、レーザ加工終了後に加工対象物１の切断工程を行う場合、加工対象物のハンドリングが容易となる。 This position control will be described taking a crack region as an example. FIG. 14 is a perspective view of the processing target 1 in which the crack region 9 is formed inside the processing target 1 using the laser processing method according to the present embodiment. The condensing point of the pulsed laser beam L passes through the surface (incident surface) 3 of the pulsed laser beam L of the workpiece 1 and is set inside the workpiece 1. And the condensing point is adjusted to the position of about half the thickness in the thickness direction of the workpiece 1. Under these conditions, when the workpiece 1 is irradiated with the pulsed laser light L along the planned cutting line 5, the crack region 9 is located along the planned cutting line 5 at a position half the thickness of the processing target 1 and its vicinity. Formed.
FIG. 15 is a partial cross-sectional view of the workpiece 1 shown in FIG. After the formation of the crack region 9, the crack 91 naturally grows from the crack region 9 toward the front surface 3 and the back surface 21. When the crack region 9 is formed at a position half the thickness in the thickness direction of the workpiece 1 and in the vicinity thereof, for example, when the thickness of the workpiece 1 is relatively large, the crack 91 and the front surface 3 (back surface 21) that grow naturally. The distance between and can be made relatively long. Therefore, the planned cutting location along the planned cutting line 5 of the workpiece 1 has a certain level of strength. Therefore, when the cutting process of the workpiece 1 is performed after the laser processing is completed, the workpiece can be handled easily.

図１６は図１４と同様にレーザ加工を用いて形成されたクラック領域９を含む加工対象物１の斜視図である。図１６に示すクラック領域９は、パルスレーザ光Lの集光点を加工対象物１の厚み方向において厚みの半分の位置より表面（入射面）３に近い位置に調節して形成されたものである。クラック領域９は加工対象物１の内部中の表面３側に形成される。図１７は図１６に示す加工対象物１の部分断面図である。クラック領域９が表面３側に形成されているので、自然に成長するクラック９１は表面３又はその近傍に到達する。よって、切断予定ライン５に沿った割れが表面３に生じやすいので、加工対象物１を容易に切断することができる。 FIG. 16 is a perspective view of the workpiece 1 including the crack region 9 formed by using laser processing as in FIG. The crack region 9 shown in FIG. 16 is formed by adjusting the focal point of the pulsed laser light L to a position closer to the surface (incident surface) 3 than the position of half the thickness in the thickness direction of the workpiece 1. is there. The crack region 9 is formed on the surface 3 side inside the workpiece 1. FIG. 17 is a partial cross-sectional view of the workpiece 1 shown in FIG. Since the crack region 9 is formed on the surface 3 side, the naturally growing crack 91 reaches the surface 3 or the vicinity thereof. Therefore, since the crack along the scheduled cutting line 5 is likely to occur on the surface 3, the workpiece 1 can be easily cut.

特に、加工対象物１の表面３に電子デバイスや電極パターンが形成されている場合、クラック領域９を表面３付近に形成すると、加工対象物１の切断において電子デバイス等の損傷を防ぐことができる。すなわち、クラック領域９からクラック９１を加工対象物１の表面３及び裏面２１方向に成長させることにより、加工対象物１が切断される。クラック９１の自然成長だけで切断できる場合もあるし、クラック９１の自然成長に加えて人為的にクラック９１を成長させて切断する場合もある。クラック領域９と表面３の距離が比較的長いと、表面３側においてクラック９１の成長方向のずれが大きくなる。これにより、クラック９１が電子デバイス等の形成領域に到達することがあり、この到達により電子デバイス等が損傷する。クラック領域９を表面３付近に形成すると、クラック領域９と表面３の距離が比較的短いので、クラック９１の成長方向のずれを小さくできる。よって、電子デバイス等を損傷させることなく切断が可能となる。但し、表面３に近すぎる箇所にクラック領域９を形成するとクラック領域９が表面３に形成される。このため、クラック領域９そのもののランダムな形状が表面３に現れ、表面３のチッピングの原因となり、割断精度が悪くなる。 In particular, when an electronic device or an electrode pattern is formed on the surface 3 of the workpiece 1, if the crack region 9 is formed near the surface 3, damage to the electronic device or the like can be prevented in cutting the workpiece 1. . That is, the workpiece 1 is cut by growing the crack 91 from the crack region 9 toward the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1. In some cases, the crack 91 can be cut only by natural growth, or in addition to the natural growth of the crack 91, the crack 91 may be artificially grown and cut. When the distance between the crack region 9 and the surface 3 is relatively long, the shift in the growth direction of the crack 91 becomes large on the surface 3 side. Thereby, the crack 91 may reach the formation region of the electronic device or the like, and the electronic device or the like is damaged by the arrival. If the crack region 9 is formed in the vicinity of the surface 3, the distance between the crack region 9 and the surface 3 is relatively short, so that the shift in the growth direction of the crack 91 can be reduced. Therefore, cutting can be performed without damaging the electronic device or the like. However, if the crack region 9 is formed at a location too close to the surface 3, the crack region 9 is formed on the surface 3. For this reason, the random shape of the crack region 9 itself appears on the surface 3, which causes chipping of the surface 3, and the cleaving accuracy deteriorates.

なお、パルスレーザ光Lの集光点を加工対象物１の厚み方向において厚みの半分の位置より表面３に遠い位置に調節してクラック領域９を形成することもできる。この場合、クラック領域９は加工対象物１の内部中の裏面２１側に形成される。
図１８は図１４と同様にレーザ加工を用いて形成されたクラック領域９を含む加工対象物１の斜視図である。図１８に示すX軸方向のクラック領域９は、パルスレーザ光Lの集光点を加工対象物１の厚み方向において厚みの半分の位置より表面（入射面）３から遠い位置に調節して形成されたものである。一方、Y軸方向のクラック領域９は、集光点を厚みの半分の位置より表面３に近い位置に調節して形成されたものである。X軸方向のクラック領域９とY軸方向のクラック領域９とは立体交差している。 The crack region 9 can also be formed by adjusting the condensing point of the pulsed laser beam L to a position farther from the surface 3 than the half-thickness position in the thickness direction of the workpiece 1. In this case, the crack region 9 is formed on the back surface 21 side inside the workpiece 1.
FIG. 18 is a perspective view of the workpiece 1 including the crack region 9 formed by laser processing as in FIG. The crack region 9 in the X-axis direction shown in FIG. 18 is formed by adjusting the condensing point of the pulsed laser beam L to a position farther from the surface (incident surface) 3 than the half-thickness position in the thickness direction of the workpiece 1. It has been done. On the other hand, the crack region 9 in the Y-axis direction is formed by adjusting the condensing point to a position closer to the surface 3 than the half-thickness position. The crack region 9 in the X-axis direction and the crack region 9 in the Y-axis direction intersect three-dimensionally.

加工対象物１が例えば半導体ウェハの場合、X軸方向及びY軸方向にそれぞれクラック領域９を平行に複数形成する。これにより、半導体ウェハ中にクラック領域９を格子状に形成され、格子状のクラック領域を起点として個々のチップに分割する。X軸方向のクラック領域９とY軸方向のクラック領域９がともに加工対象物１の厚さ方向における位置が同じであると、X軸方向のクラック領域９とY軸方向のクラック領域９とが直交する箇所が生じる。直交する箇所ではクラック領域９が重畳するので、X軸方向の切断面とY軸方向の切断面とを精度よく直交させることが困難となる。これにより、直交する箇所では加工対象物１の精密な切断が妨げられる。 When the workpiece 1 is, for example, a semiconductor wafer, a plurality of crack regions 9 are formed in parallel in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. As a result, the crack regions 9 are formed in a lattice shape in the semiconductor wafer, and are divided into individual chips starting from the lattice crack region. If the crack region 9 in the X-axis direction and the crack region 9 in the Y-axis direction both have the same position in the thickness direction of the workpiece 1, the crack region 9 in the X-axis direction and the crack region 9 in the Y-axis direction are An orthogonal part is generated. Since the crack region 9 is overlapped at the orthogonal position, it is difficult to accurately cross the X-axis direction cut surface and the Y-axis direction cut surface. As a result, precise cutting of the workpiece 1 is hindered at the orthogonal points.

これに対して、図１８に示すように、加工対象物１の厚み方向において、X軸方向のクラック領域９の位置とY軸方向のクラック領域９の位置とを異ならせると、X軸方向のクラック領域９とY軸方向のクラック領域９とが重畳するのを防ぐことができる。よって、加工対象物１の精密な切断が可能となる。 On the other hand, as shown in FIG. 18, if the position of the crack region 9 in the X-axis direction and the position of the crack region 9 in the Y-axis direction are different in the thickness direction of the workpiece 1, It is possible to prevent the crack region 9 and the crack region 9 in the Y-axis direction from overlapping. Therefore, it is possible to precisely cut the workpiece 1.

なお、X軸方向のクラック領域９及びY軸方向のクラック領域９のうち後に形成されるクラック領域９を先に形成されたクラック領域９よりも表面（入射面）３側に形成するのが好ましい。後に形成されるクラック領域９を先に形成されるクラック領域９よりも裏面２１側に形成すると、X軸方向の切断面とY軸方向の切断面とが直交する場所となる箇所において、後に形成されるクラック領域９形成時に照射されるパルスレーザ光Lが先に形成されたクラック領域９により散乱される。これにより、後に形成されるクラック領域９のうち、上記直交する場所となる箇所に形成される部分の寸法と他の箇所に形成される部分の寸法とにばらつきが生じる。よって、後に形成されるクラック領域９を均一に形成することができない。 Of the crack region 9 in the X-axis direction and the crack region 9 in the Y-axis direction, the crack region 9 formed later is preferably formed on the surface (incident surface) 3 side of the crack region 9 formed earlier. . When the crack region 9 to be formed later is formed on the back surface 21 side with respect to the crack region 9 to be formed first, the crack region 9 is formed later at a location where the cut surface in the X-axis direction and the cut surface in the Y-axis direction are perpendicular to each other. The pulse laser beam L irradiated when the crack region 9 is formed is scattered by the crack region 9 formed previously. As a result, in the crack region 9 to be formed later, there is a variation in the size of the portion formed at the location that is the orthogonal location and the size of the portion formed at another location. Therefore, the crack region 9 to be formed later cannot be formed uniformly.

これに対して、後に形成されるクラック領域９を先に形成されるクラック領域９よりも表面３側に形成すると、上記直交する場所となる箇所においてパルスレーザ光Lの散乱が生じないので、後に形成されるクラック領域９を均一に形成することができる。 On the other hand, if the crack region 9 to be formed later is formed on the surface 3 side of the crack region 9 to be formed first, the scattering of the pulse laser beam L does not occur at the above-mentioned orthogonal locations. The crack region 9 to be formed can be formed uniformly.

以上説明したように、加工対象物の厚み方向におけるレーザ光の集光点の位置を調節することにより、加工対象物の厚み方向における改質領域の位置を制御できる。加工対象物の厚さや材質等を考慮して集光点の位置を変えることにより、加工対象物に応じたレーザ加工が可能となる。 As described above, the position of the modified region in the thickness direction of the workpiece can be controlled by adjusting the position of the condensing point of the laser beam in the thickness direction of the workpiece. By changing the position of the condensing point in consideration of the thickness and material of the processing object, laser processing corresponding to the processing object can be performed.

なお、改質領域の位置制御ができることについて、クラック領域の場合で説明したが、溶融処理領域や屈折率変化領域でも同様のことが言える。また、パルスレーザ光について説明したが、連続波レーザ光についても同様のことが言える。 In addition, although it demonstrated in the case of a crack area | region that the position control of a modification | reformation area | region was possible, the same thing can be said also in a fusion | melting process area | region and a refractive index change area | region. Further, the pulse laser beam has been described, but the same can be said for the continuous wave laser beam.

次に、本実施形態に使用されるレーザ加工装置について説明する。図１９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。
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レーザやNd:YLFレーザやチタンサファイアレーザがある。クラック領域や溶融処理領域を形成する場合、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO₄レーザ、Nd:YLFレーザを用いるのが好適である。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。 Next, the laser processing apparatus used in this embodiment will be described. FIG. 19 is a schematic configuration diagram of the laser processing apparatus 100. The laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that generates laser light L, a laser light source control unit 102 that controls the laser light source 101 to adjust the output, pulse width, and the like of the laser light L, and a reflection function of the laser light L. And a dichroic mirror 103 arranged to change the direction of the optical axis of the laser light L by 90 °, a condensing lens 105 for condensing the laser light L reflected by the dichroic mirror 103, and a condensing lens A mounting table 107 on which the workpiece 1 irradiated with the laser beam L condensed by the lens 105 is mounted, an X-axis stage 109 for moving the mounting table 107 in the X-axis direction, and a mounting table 107 are provided. A Y-axis stage 111 for moving in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, a Z-axis stage 113 for moving the mounting table 107 in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis and Y-axis directions, and these three It includes a stage controller 115 for controlling the movement of the stage 109, 111 and 113, a.
The laser light source 101 is an Nd: YAG laser that generates pulsed laser light. Other lasers that can be used for the laser light source 101 include an Nd: YVO ₄ laser, an Nd: YLF laser, and a titanium sapphire laser. When forming a crack region or a melt processing region, it is preferable to use an Nd: YAG laser, an Nd: YVO ₄ laser, or an Nd: YLF laser. When forming the refractive index changing region, it is preferable to use a titanium sapphire laser.

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。つまり、Z軸ステージ１１３により加工対象物１の厚み方向における集光点Pの位置が調節される。これにより、例えば、集光点Pを加工対象物１の厚み方向において厚みの半分の位置より入射面（表面３）に近い位置又は遠い位置に調節したり、厚みの略半分の位置に調節したりすることができる。なお、集光用レンズ１０５をZ軸方向に移動させることによっても、これらの調節やレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせることができる。よって、本発明では加工対象物１がその厚み方向に移動する場合及び集光用レンズ１０５が加工対象物１の厚み方向に移動する場合があるので、加工対象物１の厚み方向における加工対象物１の移動量は相対的移動量や他の相対的移動量としている。 The focal point P is moved in the X (Y) axis direction by moving the workpiece 1 in the X (Y) axis direction by the X (Y) axis stage 109 (111). Since the Z-axis direction is a direction orthogonal to the surface 3 of the workpiece 1, the Z-axis direction is the direction of the focal depth of the laser light L incident on the workpiece 1. Therefore, by moving the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction, the condensing point P of the laser light L can be adjusted inside the workpiece 1. That is, the position of the condensing point P in the thickness direction of the workpiece 1 is adjusted by the Z-axis stage 113. Thereby, for example, the condensing point P is adjusted to a position closer to or farther from the incident surface (surface 3) than a half position of the thickness in the thickness direction of the workpiece 1 or to a position approximately half the thickness. Can be. In addition, by moving the condensing lens 105 in the Z-axis direction, these adjustments and the condensing point of the laser beam can be adjusted to the inside of the object to be processed. Therefore, in the present invention, since the processing object 1 may move in the thickness direction and the condensing lens 105 may move in the thickness direction of the processing object 1, the processing object in the thickness direction of the processing object 1. The movement amount 1 is a relative movement amount or another relative movement amount.

ここで、Z軸ステージによる加工対象物の厚み方向における集光点Pの位置の調節について図２０及び図２１を用いて説明する。本実施形態では加工対象物の厚み方向におけるレーザ光の集光点の位置を、加工対象物の表面（入射面）を基準として加工対象物の内部の所望の位置に調節している。図２０はレーザ光Lの集光点Pが加工対象物１の表面３に位置している状態を示している。図２１に示すように、Z軸ステージを集光用レンズ１０５に向けてz移動させると、集光点Pは表面３から加工対象物１の内部に移動する。集光点Pの加工対象物１の内部における移動量はNzである（Nはレーザ光Lに対する加工対象物１の屈折率である）。よって、レーザ光Lに対する加工対象物１の屈折率を考慮してZ軸ステージを移動させることにより、加工対象物１の厚み方向における集光点Pの位置を制御することができる。つまり、集光点Pの加工対象物１の厚み方向における所望の位置を表面（入射面）３から加工対象物１の内部までの距離（Nz）とする。この距離（Nz）を上記屈折率（N）で除することにより得られた移動量（z）だけ、加工対象物１を厚み方向に移動させる。これにより、上記所望の位置に集光点Pを合わせることができる。 Here, adjustment of the position of the condensing point P in the thickness direction of the workpiece by the Z-axis stage will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the position of the condensing point of the laser beam in the thickness direction of the workpiece is adjusted to a desired position inside the workpiece with reference to the surface (incident surface) of the workpiece. FIG. 20 shows a state where the condensing point P of the laser beam L is located on the surface 3 of the workpiece 1. As shown in FIG. 21, when the Z-axis stage is moved z toward the condensing lens 105, the condensing point P moves from the surface 3 to the inside of the workpiece 1. The amount of movement of the condensing point P inside the workpiece 1 is Nz (N is the refractive index of the workpiece 1 with respect to the laser beam L). Therefore, by moving the Z-axis stage in consideration of the refractive index of the workpiece 1 with respect to the laser light L, the position of the condensing point P in the thickness direction of the workpiece 1 can be controlled. That is, a desired position in the thickness direction of the processing object 1 at the condensing point P is defined as a distance (Nz) from the surface (incident surface) 3 to the inside of the processing object 1. The workpiece 1 is moved in the thickness direction by the movement amount (z) obtained by dividing the distance (Nz) by the refractive index (N). Thereby, the condensing point P can be adjusted to the desired position.

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。 The laser processing apparatus 100 further includes an observation light source 117 that generates visible light to illuminate the workpiece 1 placed on the mounting table 107 with visible light, and the same light as the dichroic mirror 103 and the condensing lens 105. A visible light beam splitter 119 disposed on the axis. A dichroic mirror 103 is disposed between the beam splitter 119 and the condensing lens 105. The beam splitter 119 has a function of reflecting about half of visible light and transmitting the other half, and is arranged so as to change the direction of the optical axis of visible light by 90 °. About half of the visible light generated from the observation light source 117 is reflected by the beam splitter 119, and the reflected visible light passes through the dichroic mirror 103 and the condensing lens 105, and the line 5 to be cut of the workpiece 1 or the like. Illuminate the surface 3 containing

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(charge-coupled device)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。 The laser processing apparatus 100 further includes an imaging element 121 and an imaging lens 123 disposed on the same optical axis as the beam splitter 119, the dichroic mirror 103, and the condensing lens 105. An example of the image sensor 121 is a CCD (charge-coupled device) camera. The reflected light of the visible light that illuminates the surface 3 including the planned cutting line 5 passes through the condensing lens 105, the dichroic mirror 103, and the beam splitter 119, is imaged by the imaging lens 123, and is imaged by the imaging device 121. And becomes imaging data.

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。可視光の焦点が表面３に位置するZ軸ステージ１１３の位置において、レーザ光Lの集光点Pも表面３に位置するようにレーザ加工装置１は調整されている。よって、焦点データは、集光点Pを表面（入射面）３に位置させるのに必要な加工対象物１の厚み方向における加工対象物１の他の相対的移動量の一例である。撮像データ処理部１２５は、他の相対的移動量を演算する機能を有する。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。 The laser processing apparatus 100 further includes an imaging data processing unit 125 to which imaging data output from the imaging element 121 is input, an overall control unit 127 that controls the entire laser processing apparatus 100, and a monitor 129. The imaging data processing unit 125 calculates focus data for focusing the visible light generated by the observation light source 117 on the surface 3 based on the imaging data. The stage control unit 115 controls the movement of the Z-axis stage 113 based on the focus data so that the visible light is focused on the surface 3. Therefore, the imaging data processing unit 125 functions as an autofocus unit. The laser processing apparatus 1 is adjusted so that the focal point P of the laser light L is also located on the surface 3 at the position of the Z-axis stage 113 where the focus of visible light is located on the surface 3. Therefore, the focus data is an example of another relative movement amount of the processing target 1 in the thickness direction of the processing target 1 necessary for positioning the condensing point P on the surface (incident surface) 3. The imaging data processing unit 125 has a function of calculating another relative movement amount. The imaging data processing unit 125 calculates image data such as an enlarged image of the surface 3 based on the imaging data. This image data is sent to the overall control unit 127, where various processes are performed by the overall control unit, and sent to the monitor 129. Thereby, an enlarged image or the like is displayed on the monitor 129.

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。また、全体制御部１２７は、図２０及び図２１で説明した移動量（z）のデータが入力され、記憶される。つまり、全体制御部１２７は、加工対象物１の厚み方向における加工対象物の相対的移動量のデータを記憶する機能を有する。全体制御部１２７、ステージ制御部１１５及びZ軸ステージ１１３により、集光用レンズ１０５により集光されたパルスレーザ光の集光点の位置は加工対象物１の厚みの範囲内で調節される。 Data from the stage controller 115, image data from the imaging data processor 125, and the like are input to the overall controller 127. Based on these data, the laser light source controller 102, the observation light source 117, and the stage controller By controlling 115, the entire laser processing apparatus 100 is controlled. Therefore, the overall control unit 127 functions as a computer unit. Further, the overall control unit 127 receives and stores the data of the movement amount (z) described with reference to FIGS. That is, the overall control unit 127 has a function of storing data on the relative movement amount of the processing object in the thickness direction of the processing object 1. The position of the condensing point of the pulse laser beam condensed by the condensing lens 105 is adjusted by the overall control unit 127, the stage control unit 115, and the Z-axis stage 113 within the thickness range of the workpiece 1.

次に、図１９及び図２２を用いて、本実施形態に係るレーザ加工方法を説明する。図２２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。加工対象物１はシリコンウェハである。 Next, the laser processing method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 19 and 22. FIG. 22 is a flowchart for explaining this laser processing method. The workpiece 1 is a silicon wafer.

まず、加工対象物１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、加工対象物１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）。次に、加工対象物１の厚さを測定する。厚さの測定結果及び加工対象物１の屈折率を基にして、加工対象物１のZ軸方向の移動量（z）を決定する（S１０３）。これは、レーザ光Lの集光点Pが加工対象物１の内部に位置させるために、加工対象物１の表面３に位置するレーザ光Lの集光点を基準とした加工対象物１のZ軸方向の移動量である。つまり、加工対象物１の厚み方向における集光点Pの位置が決定される。Z軸方向の移動量（z）は、加工対象物１の厚み方向における加工対象物の相対的移動量のデータの一例である。集光点Pの位置は加工対象物１の厚さ、材質、加工の効果（例えば加工対象物のハンドリング容易、容易に切断できる）等を考慮して決定する。この移動量のデータは全体制御部１２７に入力される。 First, the light absorption characteristics of the workpiece 1 are measured with a spectrophotometer or the like (not shown). Based on the measurement result, a laser light source 101 that generates a laser beam L having a wavelength transparent to the workpiece 1 or a wavelength with little absorption is selected (S101). Next, the thickness of the workpiece 1 is measured. Based on the measurement result of the thickness and the refractive index of the workpiece 1, the amount of movement (z) of the workpiece 1 in the Z-axis direction is determined (S 103). This is because the converging point P of the laser light L is located inside the processing object 1, so that the processing object 1 is based on the condensing point of the laser light L positioned on the surface 3 of the processing object 1. This is the amount of movement in the Z-axis direction. That is, the position of the condensing point P in the thickness direction of the workpiece 1 is determined. The movement amount (z) in the Z-axis direction is an example of data on the relative movement amount of the workpiece in the thickness direction of the workpiece 1. The position of the condensing point P is determined in consideration of the thickness, material, and processing effect of the workpiece 1 (for example, easy handling of the workpiece and easy cutting). This movement amount data is input to the overall control unit 127.

加工対象物１をレーザ加工装置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加工対象物１を照明する（S１０５）。照明された切断予定ライン５を含む加工対象物１の表面３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の可視光の焦点が表面３に位置するような焦点データを演算する（S１０７）。この焦点データは、加工対象物１のZ軸方向における他の相対的移動量のデータである。 The workpiece 1 is mounted on the mounting table 107 of the laser processing apparatus 100. Then, visible light is generated from the observation light source 117 to illuminate the workpiece 1 (S105). The imaging device 121 images the surface 3 of the workpiece 1 including the illuminated cutting line 5. This imaging data is sent to the imaging data processing unit 125. Based on the imaging data, the imaging data processing unit 125 calculates focus data such that the visible light focus of the observation light source 117 is located on the surface 3 (S107). This focus data is data of another relative movement amount of the workpiece 1 in the Z-axis direction.

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の可視光の焦点が表面３に位置する。Z軸ステージ１１３のこの位置において、パルスレーザ光Lの集光点Pは表面３に位置することになる。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を含む加工対象物１の表面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。
全体制御部１２７には予めステップS１０３で決定された相対的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が加工対象物１の内部となる位置に、Z軸ステージ１１３により加工対象物１をZ軸方向に移動させる（S１１１）。 This focus data is sent to the stage controller 115. The stage control unit 115 moves the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction based on the focus data (S109). Thereby, the focal point of the visible light of the observation light source 117 is located on the surface 3. At this position of the Z-axis stage 113, the condensing point P of the pulse laser beam L is located on the surface 3. The imaging data processing unit 125 calculates enlarged image data of the surface 3 of the workpiece 1 including the planned cutting line 5 based on the imaging data. This enlarged image data is sent to the monitor 129 via the overall control unit 127, whereby an enlarged image near the planned cutting line 5 is displayed on the monitor 129.
Relative movement amount data previously determined in step S103 is input to the overall control unit 127, and this movement amount data is sent to the stage control unit 115. The stage control unit 115 moves the workpiece 1 in the Z-axis direction by the Z-axis stage 113 to a position where the condensing point P of the laser light L is inside the workpiece 1 based on the movement amount data ( S111).

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を加工対象物１の表面３の切断予定ライン５に照射する。レーザ光Lの集光点Pは加工対象物１の内部に位置しているので、溶融処理領域は加工対象物１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、溶融処理領域を切断予定ライン５に沿うように加工対象物１の内部に形成する（S１１３）。そして、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って曲げることにより、加工対象物１を切断する（S１１５）。これにより、加工対象物１をシリコンチップに分割する。 Next, the laser light L is generated from the laser light source 101, and the laser light L is applied to the cutting line 5 on the surface 3 of the workpiece 1. Since the condensing point P of the laser beam L is located inside the workpiece 1, the melted region is formed only inside the workpiece 1. Then, the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111 are moved along the planned cutting line 5 to form a melting processing region inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5 (S113). Then, the workpiece 1 is cut by bending the workpiece 1 along the planned cutting line 5 (S115). Thereby, the workpiece 1 is divided into silicon chips.

本実施形態の効果を説明する。本実施形態によれば多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物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に沿うように加工対象物１の内部に形成している。加工対象物の切断する箇所に何らかの起点があると、加工対象物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に沿って加工対象物１を割ることにより、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。これにより、加工対象物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加工対象物１を切断することができる。 The effect of this embodiment will be described. According to the present embodiment, the laser beam L is irradiated on the planned cutting line 5 under conditions that cause multiphoton absorption and the focusing point P is aligned inside the workpiece 1. Then, by moving the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111, the condensing point P is moved along the scheduled cutting line 5. As a result, a modified region (for example, a crack region, a melt processing region, a refractive index change region) is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5. If there is any starting point at the location where the workpiece is to be cut, the workpiece can be cut with a relatively small force. Therefore, the workpiece 1 can be cut with a relatively small force by dividing the workpiece 1 along the scheduled cutting line 5 starting from the modified region. Thereby, the processing target object 1 can be cut | disconnected without generating the unnecessary crack which remove | deviated from the cutting planned line 5 on the surface 3 of the processing target object 1. FIG.

また、本実施形態によれば、加工対象物１に多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物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は加工対象物１を透過し、加工対象物１の表面３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。 Moreover, according to this embodiment, the laser beam L is irradiated to the cutting line 5 under the condition for causing the multi-photon absorption in the processing object 1 and the focusing point P is set inside the processing object 1. ing. Therefore, the pulse laser beam L passes through the workpiece 1 and the pulse laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, so that the surface 3 is damaged by melting due to the formation of the modified region. There is no.

以上説明したように本実施形態によれば、加工対象物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、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が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。よって、本実施形態によれば、加工対象物を切断することにより作製される半導体チップの歩留まりを向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the processing object 1 can be cut without causing unnecessary cracks and melting off the cutting line 5 on the surface 3 of the processing object 1. Therefore, when the workpiece 1 is a semiconductor wafer, the semiconductor chip can be cut out from the semiconductor wafer without causing unnecessary cracking or melting of the semiconductor chip off the line to be cut. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the yield of the semiconductor chips manufactured by cutting the workpiece.

また、本実施形態によれば、加工対象物１の表面３の切断予定ライン５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、一枚の加工対象物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。 Further, according to the present embodiment, since the planned cutting line 5 on the surface 3 of the workpiece 1 is not melted, the width of the planned cutting line 5 (this width is, for example, in the case of a semiconductor wafer, between regions to be semiconductor chips) (This is the interval.) Thereby, the number of products produced from one piece of processing object 1 increases, and productivity of a product can be improved.

また、本実施形態によれば、加工対象物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２３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。 Further, according to the present embodiment, since laser light is used for cutting the workpiece 1, more complicated processing than dicing using a diamond cutter becomes possible. For example, even if the planned cutting line 5 has a complicated shape as shown in FIG. 23, the cutting process can be performed according to this embodiment.

また、本実施形態によれば、加工対象物１の厚み方向における集光点Pの位置を調節して加工対象物１にパルスレーザ光Lを照射して改質領域を形成している。これにより、加工対象物１の厚み方向における改質領域の位置を制御することができる。よって、加工対象物１の材質、厚さ、加工の効果等に応じて加工対象物１の厚み方向における改質領域の位置を変えることにより、加工対象物１に応じた切断加工が可能となる。 Further, according to the present embodiment, the modified region is formed by adjusting the position of the condensing point P in the thickness direction of the workpiece 1 and irradiating the workpiece 1 with the pulsed laser light L. Thereby, the position of the modified region in the thickness direction of the workpiece 1 can be controlled. Therefore, by changing the position of the modified region in the thickness direction of the workpiece 1 according to the material, thickness, machining effect, etc. of the workpiece 1, cutting according to the workpiece 1 can be performed. .

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加工対象物の平面図である。It is a top view of the processing target object during laser processing by the laser processing method concerning this embodiment. 図１に示す加工対象物のII−II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II line of the workpiece shown in FIG. 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。It is a top view of the processing target after laser processing by the laser processing method concerning this embodiment. 図３に示す加工対象物のIV−IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line of the workpiece shown in FIG. 図３に示す加工対象物のV−V線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV line of the workpiece shown in FIG. 本実施形態に係るレーザ加工方法によって切断された加工対象物の平面図である。It is a top view of the processing object cut by the laser processing method concerning this embodiment. 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の大きさとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electric field strength and the magnitude | size of a crack in the laser processing method which concerns on this embodiment. 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。It is sectional drawing of the process target object in the 1st process of the laser processing method which concerns on this embodiment. 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。It is sectional drawing of the process target object in the 2nd process of the laser processing method which concerns on this embodiment. 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。It is sectional drawing of the process target object in the 3rd process of the laser processing method which concerns on this embodiment. 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。It is sectional drawing of the process target object in the 4th process of the laser processing method which concerns on this embodiment. 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。It is a figure showing the photograph of the section in the part of silicon wafer cut by the laser processing method concerning this embodiment. 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。It is a graph which shows the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance | permeability inside a silicon substrate in the laser processing method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工対象物の内部にクラック領域が形成された加工対象物の一例の斜視図である。It is a perspective view of an example of the processing object in which the crack field was formed inside the processing object using the laser processing method concerning this embodiment. 図１４に示す加工対象物の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the processing target object shown in FIG. 本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工対象物の内部にクラック領域が形成された加工対象物の他の例の斜視図である。It is a perspective view of the other example of the processing target object in which the crack area | region was formed inside the processing target object using the laser processing method which concerns on this embodiment. 図１６に示す加工対象物の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the processing target object shown in FIG. 本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工対象物の内部にクラック領域が形成された加工対象物のさらに他の例の斜視図である。It is a perspective view of the further another example of the processing target object in which the crack area | region was formed inside the processing target object using the laser processing method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus which concerns on this embodiment. レーザ光の集光点が加工対象物の表面上に位置している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the condensing point of a laser beam is located on the surface of a workpiece. レーザ光の集光点が加工対象物の内部に位置している状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the condensing point of a laser beam is located inside the workpiece. 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。It is a flowchart for demonstrating the laser processing method which concerns on this embodiment. 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加工対象物の平面図である。It is a top view of the processed object for demonstrating the pattern which can be cut | disconnected by the laser processing method which concerns on this embodiment.

Explanation of symbols

１・・・加工対象物、３・・・表面、５・・・切断予定ライン、７・・・改質領域、９・・・クラック領域、１１・・・シリコンウェハ、１３・・・溶融処理領域、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、１１１・・・Y軸ステージ、１１３・・・Z軸ステージ、P・・・集光点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Work object, 3 ... Surface, 5 ... Planned cutting line, 7 ... Modified area | region, 9 ... Crack area | region, 11 ... Silicon wafer, 13 ... Melting process Area, 100 ... laser processing apparatus, 101 ... laser light source, 105 ... condensing lens, 109 ... X-axis stage, 111 ... Y-axis stage, 113 ... Z-axis stage, P ・・・ Condensing point

Claims

The semiconductor material substrate is irradiated with laser light under the condition that the peak power density at the focal point is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more and the pulse width is 1 μs or less, and the semiconductor material substrate is cut. By relatively moving the condensing point and the semiconductor material substrate along a predetermined line, the semiconductor material substrate is cut into a melt processing region, which is a region where the semiconductor material is once solidified after being melted. Forming along a planned line;
And then cutting the semiconductor material substrate along the scheduled cutting line by applying an artificial force to the semiconductor material substrate.

The method of cutting a semiconductor material substrate according to claim 1, wherein the artificial force generates bending stress or shear stress.

The method of cutting a semiconductor material substrate according to claim 1, wherein the artificial force generates thermal stress.

The method for cutting a semiconductor material substrate according to claim 1, wherein in the step of forming the melt processing region, imaging a surface including the planned cutting line is performed.