JP4750720B2 - 被分割体における分割起点形成方法、被分割体の分割方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー光を用いた微細加工方法、特に被加工物の分割に際し好適な加工処理方法に関する。

ＹＡＧレーザーなどのレーザー光を利用した溶接や切断、穴あけなどの加工は、従来より広く用いられている。近年では、例えばＹＡＧの３倍高調波を用いたパルスレーザーによって、サファイアなど硬度が高く、かつ脆性を有する基板材料や、該基板材料上にＧａＮなどの同じく硬脆なワイドバンドギャップ化合物半導体薄膜により短波長ＬＤ（レーザーダイオード）、ＬＥＤ（発光ダイオード）などのデバイスを形成したものに対しスクライブ加工等を施すことを目的とする装置も公知となっている（例えば、特開２００４−１１４０７５号公報および特開２００４−９１３９号公報参照。）。特許文献１および特許文献２においては、レーザー光を照射して当該照射位置（被加工部位）にアブレーションを生じさせることによって、被加工物の切削、切断を行える装置が開示されている。

上記のような基板材料等を対象として、これを多数のチップやダイなどに分割する場合（いわゆるブレイクをする場合）、まず分割対象（被分割体）の表面にブレイクの起点となるブレイク溝（スクライブ溝）を形成し、その後に該ブレイク溝に沿ったブレイク処理を行ってチップ等を得ることが、従来から一般的である。それゆえ、例えば特開２００４−１１４０７５号公報や特開２００４−９１３９号公報に開示されているようなレーザー光を用いる場合でも、レーザー光によるアブレーションによってブレイク溝が形成されることを必須の要件として照射条件が定められるものであった。被分割体がサファイアやＳｉＣあるいはこれらを基材とする積層構造体（エピタキシャル基板やデバイス）などのように硬脆な材料では、溝形成に要するエネルギーは大きいので、高出力のレーザーが必要とされていた。

しかしながら、本発明の発明者は、鋭意に実験・観察等を繰り返すことにより、分割の起点をレーザー光を照射して形成するにあたっては、被分割体の当該照射位置の物質をアブレーションによって消失させて「スクライブ溝」を形成することは、必須の要件ではないことを見出した。

本発明は、レーザー光を用いて被分割体に分割のための起点を形成する方法に関する。

本発明によれば、被分割体に分割のための起点を形成する方法は、ＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光を、焦点位置を前記被分割体の内部に保った状態で所定の走査方向に走査しつつ前記被分割体の被照射面に向けて照射することにより、前記被分割体の前記被照射面から内部にかけて、融解改質された変質領域を形成する変質領域形成工程、を前記起点を形成する起点形成工程として備え、前記変質領域形成工程においては、前記パルスレーザー光の出射位置と前記被分割体の前記被照射面との相対的位置関係を調整して前記相対的位置関係から想定される前記焦点位置である想定焦点位置を前記被分割体の内部に設定することにより、前記走査方向に垂直な断面が前記被照射面に底辺を有しかつ前記想定焦点位置を頂点とする三角形状となる領域においてエネルギー吸収を生じさせることを想定した前記パルスレーザー光の照射を行い、前記走査方向に垂直な断面が、前記想定焦点位置よりも深い位置に最下端部を有し、かつ隣接する正常領域との界面の曲率が０または負となるように、前記変質領域を形成する。

これにより、被分割体を分割する際は、融解改質によって形成された変質領域の最下端部が分割起点となる。これにより、被分割体を良好に分割することができる。

好ましくは、当該方法においては、前記被分割体のうち前記パルスレーザー光を照射した部分が消失しない照射条件で前記パルスレーザー光を照射する。

これにより、融解改質によって変質領域を形成しさえすれば、スクライブ溝を形成せずとも、被分割体を良好に分割することができるので、パルスレーザー光の照射に際してのエネルギー消費が抑制できる。

また、好ましくは、当該方法は前記起点の形成予定箇所の少なくとも一部において前記パルスレーザー光の吸収を生じさせるための所定の準備処理を行う準備工程、をさらに備え、前記変質領域形成工程が、前記準備処理が施された前記形成予定箇所に前記パルスレーザー光を照射することにより前記起点となる前記変質領域を形成する起点形成工程であり、前記起点形成工程においては、前記準備工程を行わない場合には前記起点が形成されない強さのエネルギーでパルスレーザー光を照射する。

これにより、通常であれば十分に吸収が生じないような弱いエネルギーのレーザー光を照射する場合であっても準備処理を施された箇所においては確実に吸収が生じ、走査を行う際には吸収状態が維持されるので、分割の起点となる変質領域をそうした弱いエネルギーのレーザー光の照射による融解改質によって形成することが出来る。

従って、本発明の目的は、レーザー光を高出力で照射せずとも非分割体に確実に分割のための起点を形成できる方法を提供することにある。

本発明を実現する装置の一例としてのレーザー加工装置１００の構成を示す図である。 ステージ５の上面側の構造を例示的に示す図である。 集塵ヘッド１１を示す図である。 デフォーカス状態について模式的に示す図である。 デフォーカス値ＤＦを代えてレーザー光を照射した場合の被分割体Ｍ表面を光学顕微鏡で見た図である。 デフォーカス値ＤＦを代えてレーザー光を照射した場合の走査方向に垂直な断面を光学顕微鏡で見た図である。 図６の一部の拡大像の図である。 デフォーカス値ＤＦを−２０μｍとした場合の断面近傍のＳＥＭ像の図である。 デフォーカス値ＤＦを代えてレーザー光を照射した場合のブレイク面を光学顕微鏡で見た図である。 デフォーカス値ＤＦを代えてレーザー光を照射した場合のブレイク面を光学顕微鏡で見た図である。 デフォーカス値ＤＦと変質領域Ｔの深さとの関係を示す図である。 デフォーカスの際のレーザー光ＬＢの実際の照射状態について模式的に示す図である。 パルス幅が異なる場合について被分割体の走査方向に垂直な断面を光学顕微鏡で見た図である。 アッテネータ２０の構成および作用について模式的に示す図である。 照射エネルギーを代えつつレーザー光ＬＢを被分割体Ｍ”に照射した場合の被分割体Ｍ”の断面を光学顕微鏡像で見た図である。 照射エネルギーを代えつつレーザー光ＬＢを被分割体Ｍ”に照射した場合の被分割体Ｍ”の断面を光学顕微鏡像で見た図である。 照射エネルギーを代えつつレーザー光ＬＢを被分割体Ｍ”に照射した場合の照射エネルギーと変質領域Ｔ”との関係を示す図である。 第２の実施の形態に係るレーザー光の吸収の確実化を実現する処理の一例について説明するための図である。 第２の実施の形態に係るレーザー光の吸収の確実化を実現する処理を利用した具体例を示す図である。 第３の実施の形態に係るレーザー光の吸収の確実化を実現する処理の一例について説明するための図である。 加工線Ｌ１を通る面における被分割体Ｍの断面図である。 第３の実施の形態に係るレーザー光の吸収の確実化を実現する処理を利用した具体例を示す図である。 第４の実施の形態に係る、ある被分割体に対し分割起点となる変質領域を形成する際のレーザー光のパルスエネルギーのピーク値の時間変化を例示する図である。 変形例に係る、ある被分割体に対し分割起点となる変質領域を形成する際のレーザー光の繰り返し周波数の時間変化を例示する図である。 変形例に係る、ある被分割体に対し分割起点となる変質領域を形成する際のレーザー光の走査速度の時間変化を例示する図である。

＜第１の実施の形態＞
＜レーザー加工装置の概要＞
図１は、本発明を実現する装置の一例としてのレーザー加工装置１００の構成を示す図である。レーザー加工装置１００は、レーザー光源１からレーザー光ＬＢを発し、鏡筒２内に備わるハーフミラー３にて反射させた後、該レーザー光をステージ５に載置された被加工物Ｓの被加工部位にて合焦するよう集光レンズ４にて集光し、被加工部位に照射することによって、該被加工部位の加工、より具体的には変質領域の形成やアブレーションなどを実現する装置である。レーザー加工装置１００の動作は、コンピュータ６の記憶手段６ｍに記憶されているプログラム１０が当該コンピュータによって実行されることにより、プログラム１０に従って後述する各部の動作が制御されることで実現される。コンピュータ６には、汎用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。なお、記憶手段６ｍは、例えばメモリや所定のストレージデバイスなどで構成され、レーザー加工装置を動作させるために必要な種々のデータを、記憶する役割を担うものである。

レーザー光源１としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いるのが好適な態様であるが、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザーやその他の固体レーザーを用いる態様であってもよい。さらには、レーザー光源１は、Ｑスイッチ付きであることが好ましい。また、レーザー光源１から発せられるレーザー光ＬＢの波長や出力、パルスの繰り返し周波数、パルス幅の調整などは、コンピュータ６に接続されたコントローラ７により実現される。コンピュータ６から所定の設定信号がコントローラ７に対し発せられると、コントローラ７は、該設定信号に従って、レーザー光ＬＢの照射条件を設定する。本実施の形態に係る方法を実現するためには、レーザー光ＬＢの波長は１５０ｎｍ〜５６３ｎｍの波長範囲に属することが好ましく、なかでもＮｄ：ＹＡＧレーザーをレーザー光源１とする場合は、その３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）を用いるのが好適な態様である。また、パルスの繰り返し周波数は１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであることが好ましく、パルス幅は、５０ｎｓｅｃ以上であることが好適である。すなわち、本実施の形態に係るレーザー加工装置１００は、紫外線繰り返しパルスレーザーを用いて加工を行うものである。レーザー光ＬＢは、集光レンズ４によって１〜１０μｍ程度のビーム径に絞られて照射されることが好ましい。係る場合、レーザー光ＬＢの照射におけるピークパワー密度はおおよそ１ＧＷ／ｃｍ²以下となる。

なお、レーザー光源１から出射されるレーザー光の偏光状態は、円偏光であっても直線偏光であってもよい。ただし、直線偏光の場合、結晶性被加工材料中での加工断面の曲がりとエネルギー吸収率の観点から、偏光方向が走査方向と略平行にあるように、例えば両者のなす角が±１°以内にあるようにされることが好ましい。

また、出射光が直線偏光の場合、レーザー加工装置１００はアッテネータ２０を備えることが好ましい。アッテネータ２０は、図１においては図示を省略するが、レーザー光ＬＢの光路上の適宜の位置に配置され、出射されたレーザー光ＬＢの強度を調整する役割を担う。図１４は、アッテネータ２０の構成および作用について模式的に示す図である。アッテネータ２０は、１／２波長板２１と偏光ビームスプリッタ２２とを備える。レーザー光源１から出射された所定の振幅Ａを有する直線偏光のレーザー光ＬＢが、ある方位角θをなして１／２波長板２１に入射すると、レーザー光ＬＢは振幅Ａを維持したまま元の振動方向に対して２θの角をなして１／２波長板２１から出射され、続けて偏光ビームスプリッタ２２に入射する。偏光ビームスプリッタ２２は、レーザー光ＬＢの元の振動方向とこれに直交する振動方向とにレーザー光ＬＢを分離し、かつ前者のみが被加工物Ｓに向けて出射されるように配置されてなる。このときの出射光の振幅はＡcos２θである。１／２波長板２１が方位角θを可変できるように設けられることで、方位角θを代えることにより、被加工物Ｓに照射されるレーザー光ＬＢの強度の調整が実現される。なお、偏光ビームスプリッタ２２の先にさらに１／４波長板を設けることで、直線偏光から円偏光へと変換することが出来ることから、円偏光のレーザー光を照射する場合でも、アッテネータ２０によるエネルギーの調整は可能である。

レーザー加工装置１００におけるレーザーの合焦は、被加工物Ｓをステージ５に固定し、鏡筒２を高さ方向（ｚ軸方向）に移動させることにより実現される。鏡筒２の移動（高さ調整）は、垂直移動機構Ｍｖと、該垂直移動機構Ｍｖに昇降可能に設けられた鏡筒２とをコンピュータ６に接続された駆動手段８によって駆動することにより実現されている。これにより、垂直移動機構Ｍｖを駆動することによる粗動動作と、垂直移動機構Ｍｖに対し鏡筒２を昇降させることによる微動動作との２段階動作が可能であり、駆動手段８がコンピュータ６からの駆動信号に応答することにより、スピーディかつ高精度の合焦動作が実現される。

ただし、レーザー加工装置１００は、必要に応じて、合焦位置を被加工物Ｓの表面から意図的にずらしたデフォーカス状態で、レーザー光ＬＢを照射することが可能である。図４は、係るデフォーカス状態について模式的に示す図である。なお、実際にはレーザー光ＬＢは焦点位置である所定のビーム径をとるように照射されるが、図示の簡単のため、図４においては、焦点Ｆは点として説明する。

まず、図４（ａ）は被加工物Ｓの表面にレーザー光ＬＢの焦点Ｆが一致する場合を示している。デフォーカスは、まず図４（ａ）のように被加工物Ｓの表面に焦点Ｆを一致させた後、さらに垂直移動機構Ｍｖの駆動あるいは鏡筒２の昇降を行うことによって、焦点Ｆを所定距離だけ上下させることで実現される。図４（ｂ）（ｃ）はそれぞれ、焦点Ｆが被加工物Ｓの表面より上方、下方にずれた状態、すなわちデフォーカスの状態を示している。このときの、焦点Ｆの被加工物Ｓの表面からのオフセット値を、デフォーカス値ＤＦと称することとする。デフォーカス値ＤＦは、図４（ｂ）のように被加工物Ｓよりも上方に焦点Ｆがある場合に正の値を取り、図４（ｃ）のように被加工物Ｓよりも下方に焦点Ｆがある場合に負の値を取るものとする。

図２は、ステージ５の上面側の構造を例示的に示す図である。図２に示すステージ５の上面には、同心円状に複数の吸引溝５１が設けられており、この吸引溝５１の底部には、吸引孔５２が放射状に設けられている。被加工物Ｓをステージ５の上面に載置した状態で、吸引孔５２と配管ＰＬ１およびＰＬ２にて接続された例えば吸引ポンプなどの吸引手段９を動作させることにより、被加工物Ｓに対して吸引溝５１に沿って吸引力が作用し、被加工物Ｓがステージ５に固定される。なお、被加工物Ｓが半導体基板等のように加工後に分割されるようなものの場合、所定のエキスパンドテープを介して固定される。これにより、化合物半導体をサファイア基板にエピタキシャル成長させた被加工物など、反りのある被加工物であっても、反りによる凹凸差がレーザー光ＬＢの焦点位置許容範囲内である数μｍから数十μｍ程度であれば、加工が可能である。

また、ステージ５は、例えば石英、サファイア、水晶など、レーザー光ＬＢの波長に対して実質的に透明な材料で形成される。これにより、被加工物を透過したレーザー光ＬＢや被加工物をはずれて照射されたレーザー光（これらを「余剰レーザー光」と称する）がステージ５の表面で吸収されないので、該余剰レーザー光によってステージ５がダメージを受けることがない。

さらに、ステージ５は、水平移動機構Ｍｈの上に設けられている。水平移動機構Ｍｈは、駆動手段８の作用によりＸＹ２軸方向に水平に駆動される。なお、本実施の形態においては、これらＸ軸およびＹ軸はある機械原点位置を原点とする基準座標として定められる座標軸であり、これら２軸で規定される面を基準座標面と称するものとする。

そのうえ、ステージ５については、所定の回転軸を中心とした、水平面内における回転（θ回転）動作も、水平駆動と独立に実現される。なお、本実施の形態においては、基準座標面におけるある特定の位置を原点としてｘｙ座標軸を与えるとともに、ｘ軸正方向を０°の位置として時計回りの向きを角度θの正の向きとすることとする。さらに、上記の回転軸方向をｚ軸とする。すなわち、ｘｙｚ座標系は、基準座標に対して相対的に固定された直交座標系として定められる。

コンピュータ６からの駆動信号に応答して駆動手段８が水平移動機構Ｍｈを駆動することにより、被加工物Ｓのアライメントが実現でき、所定の被加工部位をレーザー光ＬＢの照射位置まで移動させることができる。加工時には、レーザー光ＬＢを被加工物Ｓに対し相対的に走査することができる。

一方、加工を行う際、被加工部位の物質が融解あるいは蒸発した後に再固化ししたり、あるいは固体のまま飛散したりすることで生じる、パーティクル等の加工副産物は、被加工物Ｓの表面や集光レンズ等を汚染する要因となる。そこで、本実施形態に係るレーザー加工装置１００には、こうした加工副産物を除去することを目的とする集塵ヘッド１１が、支持体１１１により支持されて垂直移動機構Ｍｖの最下部に付設されている。

図３は、集塵ヘッド１１を示す図である。図３（ａ）は集塵ヘッド１１および支持体１１１の上面図、図３（ｂ）および（ｃ）は、集塵ヘッド１１の側面図である。集塵ヘッド１１は、平板状かつ中空の構造を有する集塵部１１２と、それぞれが該集塵部１１２の端部かつ上部に設けられ、集塵部１１２の内部と通じた吸気口１１３と排気口１１４とからなる。

集塵部１１２は、被加工物Ｓと鏡筒２の最下部に備わる集光レンズ４との間に位置するように設けられる。そして集塵部１１２には、上面からみた場合に中央部となる位置の上下にそれぞれ、上部開口１１５および下部開口１１６が設けられている（図３（ｂ））。これらの上部開口１１５および下部開口１１６は、その中心がちょうどレーザー光ＬＢの光軸と一致するように設けられているので、集塵ヘッド１１によってレーザー光ＬＢの進路が遮られることはない。また、集塵ヘッド１１は、垂直移動機構Ｍｖに付設されているので、垂直移動機構Ｍｖが上下すると共に、集塵ヘッド１１、つまりは集塵部１１２も上下するが、前述したように鏡筒２は単独で上下動することも可能であるので、集塵部１１２の配置により、レーザー光ＬＢの合焦位置が制限されることもない。

吸気口１１３は、例えばレーザー加工装置１００が設置される工場等のユーティリティとして備わる不活性ガス供給手段１２と、配管ＰＬ３により接続されている。排気口１１４は、例えば排気ポンプ等により実現される排気手段１３と、配管ＰＬ４により接続されている。配管ＰＬ３およびＰＬ４の途中にはそれぞれ、フィルタ１２１および１３１が設けられている。

不活性ガス供給手段１２は、不活性ガス（例えば窒素ガス）を連続的に供給することができるものである。矢印ＡＲ１（図１）のように、不活性ガス供給手段１２から供給される不活性ガスは、集塵ヘッド１１において吸気口１１３から矢印ＡＲ３のように集塵部１１２へ供給され、排気手段１３の排気動作によって、矢印ＡＲ２（図１）およびＡＲ４に示すように、排気口１１４を経て排気される。よって集塵部１１２の内部には、矢印ＡＲ５のように吸気口１１３から排気口１１４へ向けた不活性ガスの流れが生じることになるが、これに伴って、例えば上部開口１１５や下部開口１１６の近傍に引圧が発生するので、付近に存在するパーティクル１１７が、集塵部１１２へと引き込まれて、矢印ＡＲ６のように不活性ガスともども排気口１１４から排出されることになる。このような態様によって、レーザー加工により発生したパーティクル等の加工副産物が、被加工物Ｓの表面や、あるいは集光レンズ４に付着することが防止され、加工効率の低下が防止される。いわば、不活性ガスは、加工の際のアシストガスとして作用することになる。

あるいは、図３（ｃ）に示すように、例えば石英など、レーザー光ＬＢに対し透明な物質を材質とする蓋体板材１１８によって、上部開口１１５を着脱可能に覆う態様をとることにより、集光レンズ４に対するパーティクルの付着を防止する態様をとってもよい。

図１に戻り、レーザー加工装置１００に備わる、被加工物Ｓのアライメントや被加工部位の位置決めを行ったり加工中の状況を知るための構成要素について説明する。レーザー加工装置１００には、これらの目的のために、照明光源１４と、該照明光源１４から発せられた照明光ＩＬを反射して被加工物Ｓに照射するために鏡筒２内に設けられたハーフミラー１５と、鏡筒２の上方に設けられ被加工物Ｓの表面を撮像するＣＣＤカメラ１６と、ＣＣＤカメラ１６にて得られるリアルタイムの観察画像（モニタ画像）や記憶手段６ｍに画像データとして記録された画像（記録画像）、さらには種々の処理メニュー等を表示するためのモニタ１７とが備わっている。ＣＣＤカメラ１６とモニタ１７とは、コンピュータ６に接続され、該コンピュータ６によって制御される。これらを備えることにより、被加工物Ｓの表面の状態をモニタ１７にて確認しつつ、被加工物Ｓのアライメントや被加工部位の位置決めを行ったり、あるいは加工中の被加工物表面の状況を知ることが可能となっている。

＜融解改質法による分割起点の形成＞
次に、レーザー加工装置１００によって、被分割体にブレイクの起点（分割起点）を形成する処理について説明する。なお、本実施の形態では、後段のブレイク工程による分割に供される被加工物を、特に「被分割体」と称することとする。以下、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）をレーザー光源１として用い、１００μｍ厚の単結晶サファイアを被分割体Ｍとする場合を例に説明する。ただし、被分割体Ｍはこれに限定されず、単結晶ＳｉＣであってもよいし、これらの単結晶または他の種類の単結晶基材上にIII−Ｖ窒化物半導体その他の単結晶が形成された積層体であってもよいし、多結晶を含め高脆な物質およびこれを用いた積層体であってもよい。

まず、レーザー光ＬＢの繰り返し周波数を５０ｋＨｚ、パルス幅を７５ｎｓｅｃ、照射エネルギーを０．９Ｗ、走査速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ、焦点Ｆにおけるビーム径を２μｍとし、各走査ラインが平行になるように該レーザー光ＬＢを被分割体Ｍの上面に対し垂直に複数回走査することによって、被分割体Ｍに対し所定の配置間隔で複数回、レーザー光ＬＢをライン状に照射した場合について説明する。かかる場合のレーザー光ＬＢの照射条件を「第１照射条件」と称することとする。係る第１照射条件のもとでは、単位パルスごとの照射位置がオーバーラップするようにレーザー光の照射は行われる。以下、特に言及はしないが、レーザー光の照射は、このようなオーバーラップ状態のもとで行われる。各々の照射の際には、２０μｍから−５０μｍの範囲で異なるデフォーカス値を設定した。

図５には、係る場合の、いくつかのデフォーカス値ＤＦの場合についての被分割体Ｍ表面の光学顕微鏡像を示している。図６には、走査方向に垂直な断面についての光学顕微鏡像を示している。図７には、そのうちのいくつかのデフォーカス値ＤＦの場合についての拡大像を示している。また、図８には、デフォーカス値ＤＦを−２０μｍとした場合の断面近傍のＳＥＭ像を示している。

図５および図６をみると、被分割体Ｍは概して淡白色として観察されるのに対して、レーザー光ＬＢの照射位置Ｐは黒色であり、係る照射位置Ｐにおいては溝が形成されているようにも見受けられる。しかしながら、図７および図８に示す像によれば、照射位置Ｐにおいて溝は形成されておらず、代わってレーザー光ＬＢの照射によって周囲とは結晶状態が異なる変質領域Ｔが存在することが確認される。特に図８においては、係る変質領域Ｔには表面側への隆起が生じていることも明瞭に確認される。図示は省略するが、他のデフォーカス値ＤＦの場合でも、図７および図８と同様の状況が確認されている。なお、被分割体Ｍのうち、変質領域Ｔ以外の領域を正常領域Ｎと称することとする。また、変質領域Ｔは、被分割体Ｍの上下面と略垂直に形成されてなり、変質領域Ｔの最下端部Ｂは、照射位置Ｐの直下にあることが確認される。

なお、レーザー光を照射しているにもかかわらず物質の消失による溝の形成は起こっていないということは、第１照射条件によるレーザー光ＬＢの照射においては、アブレーションが生じるよりも低いエネルギー密度のレーザー光が照射されていることを意味している。よって、第１照射条件は、こうした弱いエネルギーのレーザー光を照射する条件の一例ということになる。

次に、この被分割体Ｍについて、各走査ラインごとに、公知の方法によって順次にブレイク（分割処理）を行った。係るブレイクは、例えば、被分割体Ｍの上面から走査ラインを挟んで（つまりは変質領域Ｔを挟んで）相反する側にそれぞれ走査ラインを軸として相反する向きの力を作用させれば実現可能である。図９および図１０には、いくつかのデフォーカス値ＤＦに係る走査ラインにおけるブレイク面についての光学顕微鏡像を示している。

図９および図１０をみると、いずれの箇所も、ブレイク面は変質領域Ｔのブレイク面Ｔ１と正常領域Ｎのブレイク面Ｎ１との２層からなり、両者の界面は被分割体Ｍの上下面と略平行である。このことから、正常領域Ｎの分割については、変質領域Ｔの最下端部Ｂが起点となって、下方へと分割が進行したものと判断される。そして、図９および図１０をみる限り正常領域Ｎは概ねフラットであるので、正常領域Ｎのブレイク面Ｎ１は変質領域Ｔの最下端部Ｂの直下に向けて被分割体Ｍの上下面と略垂直に形成されるものとみられる。

このようなブレイクが実現される過程について考察すると、まず、変質領域Ｔは、レーザー光ＬＢが照射されることによって照射位置Ｐおよびその下方において吸収による急速加熱と急速冷却とが起こることにより、もともと単結晶であった照射部分がいったん融解して多結晶化することによって形成されたと考えられる。すなわち、変質領域Ｔは、融解によって改質された領域であり、単結晶状態を保っている正常領域Ｎよりも強度が弱い領域であると考えられる。それゆえ、こうした変質領域Ｔに沿ってブレイクを行うと、まず強度の弱い変質領域Ｔで優先的に破断が生じるものの、結果的には変質領域Ｔの最下端部Ｂに応力が集中することになるので、該最下端部Ｂを起点として正常領域Ｎの破断が進行するものとみられる。しかも、変質領域Ｔは被分割体Ｍの上下面と略垂直に形成されてなることから、ブレイクの際、変質領域Ｔにおいて上面と垂直な向きに最下端部Ｂへと進行した破断は、正常領域Ｎにおいてもそのままの向きに進行することになり、その結果として、図９および図１０に示すような概ねフラットなブレイク面Ｎ１が得られるものと考えられる。

よって、被分割体Ｍにスクライブ溝が形成されるような強いエネルギーでもってレーザー光を照射せずとも、例えば第１照射条件のようなレーザー光を照射して融解改質させることで上記のような変質領域を所望の分割位置に形成しさえすれば、変質領域の最下端部がブレイクの際の起点となるので、被分割体Ｍをブレイクすることは可能であるといえる。なお、上述したような、レーザー光を照射することによって照射部分を融解改質させる手法を、融解改質法（Laser Melting Alteration）と称することとする。

＜デフォーカスと変質領域との関係＞
ブレイクによって得られるブレイク面Ｎ１は、被分割体Ｍの上下面に対し完全に垂直であることが理想ではあるが、分割後のサイズおよび形状にズレがあっても要求される寸法精度の範囲にあるのであれば、必ずしもこのような理想状態が実現されていなくても実用上は問題はない。

例えば、図９のデフォーカス値ＤＦが２０μｍの場合などは、正常領域Ｎのブレイク面Ｎ１のうち、被分割体Ｍの下面側近傍の像がややぼやけている。この辺りでは、ブレイク面Ｎ１に（図面に平行な面に対して）多少の傾斜が生じているものと推察される。また、図９に示すそれぞれのデフォーカス値ＤＦの場合、および図１０に示すデフォーカス値ＤＦが−４０μｍの場合、正常領域Ｎの上端部に縦方向に筋が観察される。これは、ブレイク面Ｎ１において図面に垂直な方向に多少の段差が生じていることによるものと推察される。一方で、図１０に示すデフォーカス値ＤＦを−２０μｍおよび−３０μｍとした場合に、コントラストが一様でありかつ筋もみられない、良好なブレイク面Ｎ１が得られてなる。上記のような傾斜や段差が許容されるものか否かは、要求されるブレイク精度に応じて異なる。

とはいえ、デフォーカス値ＤＦの違いと、ブレイクの善し悪しとの間には、何らかの因果関係があるとみられる。歩留まりや再現性という観点からは、寸法精度の良好なブレイクが実現されることが好ましい。そこで、良好なブレイクが実現される際のデフォーカス値ＤＦと、変質領域Ｔの状態との関係について考察する。

まず、ブレイクの際には変質領域Ｔの最下端部が起点となることから、良好なブレイクのためには、該最下端部とブレイクの終点である下面側との距離が短い、すなわち変質領域Ｔがより深いことが望ましいと考えられる。図１１には、デフォーカス値ＤＦに対する変質領域Ｔの深さ（最下端部の上面からの距離）との関係を実線で示している。図１１によれば、デフォーカス値ＤＦが２０μｍから小さくなるほど変質領域Ｔは深くなり、−２０μｍの近傍で最大となる。また、−３０μｍまでは、変質領域の深さの方が、デフォーカス値ＤＦの絶対値よりも大幅に大きくなっている。

さらにいえば、図６および図７からわかるように、変質領域Ｔについては、デフォーカス値ＤＦが変化することで、深さのみならず形状にも変化が生じている。具体的には、デフォーカス値ＤＦが−１０μｍから−３０μｍの場合、変質領域Ｔの上面における走査方向と垂直な方向の幅は、２０μｍ以下に収まっている。また、変質領域Ｔの断面は、デフォーカス値ＤＦが２０μｍから負の値へと小さくなるほど上端部側の幅が小さくなると共に細長くなっている。すなわち、最下端部がより下方にまで達するように、かつ変質領域Ｔと正常領域Ｎとの界面の曲率が小さくなるように変化していくことが確認される。なお、ここではデフォーカス値ＤＦが２０μｍのときの界面の形状が正の曲率を有するものとする。デフォーカス値ＤＦが−２０μｍや−３０μｍの場合を始めとして、上部を除き界面は略直線状となっている。あるいは、断面形状が略くさび形状、さらには略二等辺三角形状となっている。しかし、−３０μｍを越えると、略直線状の界面形状は維持されつつも、上端部側が幅広くなり、かつ深さが小さくなるような変化が確認される。

図１２は、デフォーカスの際のレーザー光ＬＢの実際の照射状態について模式的に示す図である。デフォーカス値ＤＦが負の場合というのは、図４（ｃ）に示すように、デフォーカス値ＤＦに相当する距離だけ焦点Ｆがオフセットされることを意図してレーザー光ＬＢを照射する場合であるが、実際には、照射されたレーザー光ＬＢは被分割体Ｍの上面Ｍｓで屈折を受けるので、被分割体Ｍの内部ではより細められて、オフセット値から想定される位置（仮に焦点Ｆ’として示す）よりもさらに深い場所に焦点Ｆが到達するように照射されることになる。このようにレーザー光ＬＢが局所的により内部へと侵入することで、上面Ｍｓのみならず焦点Ｆを頂点とする断面三角形状の全照射領域でエネルギー吸収が生じ、とりわけ、内部集光点である焦点Ｆにおいて顕著な吸収が生じることになる。その結果として、レーザー光ＬＢのエネルギーが効率的に変質領域の生成に寄与し、生成される変質領域Ｔは、表面からだんだんと細長くなり、最下端部がより深くに達するような断面形状を有するようになる。別の表現をすれば、変質領域Ｔは、その断面が、より底辺が小さくかつ高さ（深さ）の大きな二等辺三角形状（曲率＝０）に、あるいはそれからさらに曲率が負の界面を有するように、形成される。デフォーカス値が−３０μｍの程度までは、このような状況が実現されてなるものと考えられる。なお、透過率が高い被分割体の方が、このようなエネルギーの同時吸収の効果がより顕著に現れる。

しかしながら、あまりにデフォーカス値を大きくしすぎると、焦点Ｆが被分割体Ｍの上面Ｍｓと離れてしまうことになる。この場合、レーザー光ＬＢが被分割体Ｍの上面Ｍｓにおいては十分に集光されていないことになり、エネルギー密度が小さい状態で照射されていることになる。そのため、深さのある変質領域Ｔの形成が困難になってしまうものといえる。デフォーカス値ＤＦが−４０μｍを越えると、このような状況が実現されてなるものと考えられる。

以上を鑑みると、デフォーカス値ＤＦを概ね−１０μｍから−３０μｍとしてレーザー光ＬＢを照射することによって、より好ましくはデフォーカス値ＤＦを概ね−２０μｍから−３０μｍとすることによって、正常領域との界面における曲率が０に近い、あるいは負の細長い断面形状を有する変質領域を形成することが、良好なブレイクを実現する上で好適であるといえる。また、係る場合、被分割体Ｍの上下面においてブレイクのために必要な領域幅（ストリート幅）としては、せいぜい２０μｍも確保すれば十分であるので、多数のチップやダイを切り出すような場合の取り個数をより多くすることが出来る。

なお、仮に、本実施の形態のように融解改質法によって変質領域を形成するのではなく、被分割体Ｍに対して上述の好ましいデフォーカス値ＤＦを用いて形成される変質領域と同様の細長い断面形状を有するように「スクライブ溝」を形成しようとすると、２０μｍ以下の幅の局所領域にのみアブレーションを生じさせるような条件でレーザー光を照射する必要がある。すなわち、本実施の形態に係る場合よりも大きなエネルギー密度を有するレーザー光を、被分割体内部で拡がることなく照射することが必要となる。このようなレーザーの照射は、本実施の形態に比して無駄に多くのエネルギー消費することになるとともに、照射領域の制御も困難である。また、照射面の反対側にエピタキシャル層などが形成されてなる場合には、当該層にダメージを発生させる危険性も高くなる。すなわち、分割起点の形成手法としては、融解改質法を用いた本実施の形態に係る方法の方が優れているといえる。

＜パルス幅と変質領域との関係＞
次に、パルス幅の大小と、形成される変質領域の形状との関係について考える。図１３には、パルス幅を１３．５ｎｓｅｃとした他は、上述の場合と同様にレーザー光ＬＢを被分割体Ｍ’に照射した場合の被分割体Ｍ’の断面の光学顕微鏡像を示している。係る場合のレーザー光ＬＢの照射条件を「第２照射条件」と称することとする。

ここで、パルス幅のみが異なるということは、繰り返し照射されるレーザー光の各パルス（単位パルス）について、トータルのエネルギーは同じであるがピーク値が異なるということである。より詳細に言えば、時間軸に対する照射エネルギーの変化波形が同様な関数で表されるが、その高さと幅が異なる、ということである。パルス幅を小さくした方が単位パルスにおいてより大きなエネルギーピークを得ることが出来るため、一般に、アブレーション加工においては、パルス幅は出来るだけ小さくした方がよいと考えられている。よって、以下に示すような第２照射条件でレーザー光ＬＢを照射する場合というのは、こうしたアブレーション加工を行うような場合の条件で加工を行うことに相当する。

図１３に示すように、第２照射条件の場合も、デフォーカス値ＤＦによらず変質領域Ｔ’が形成されることが確認される。しかしながら、変質領域Ｔ’の断面は、デフォーカス値ＤＦが−２０μｍあるいは−３０μｍであっても、第１照射条件の場合ほどには深くなってはいない。図１１に、かかる場合の変質領域Ｔ’の深さの変化を点線にて示すが、デフォーカス値ＤＦを負にしても、深さ方向への変化はあまりみられず、第１照射条件のときよりも値は小さく、変質領域Ｔ’の深さがデフォーカス値ＤＦの絶対値を大幅に上回ることもない。これは、変質領域の形成が被分割体表面でのエネルギー吸収に支配され、デフォーカスによる全照射領域での同時吸収による効果が得られていないことを意味している。また、デフォーカス値が正の場合も含めて、第１照射条件の方が照射領域の深さが大きいことから、アブレーションを生じさせるようなパルス幅でのレーザー光の照射は、ブレイクの起点を得るための変質領域の形成においては好ましくないといえる。

また、正常領域Ｎ’であって変質領域Ｔ’の最下端部近傍の領域Ｒにおいては、いずれもクラックが確認される。このようなクラックが存在すると、ブレイクそのものは可能であるとしても、ブレイクの際に正常領域Ｎ’における破断の起点が場所によってばらつくことになるので、フラットなブレイク面が得られない可能性が高くなり、好ましくない。

これらのことから、アブレーションが生じない大きなパルス幅のレーザー光を照射することで、分割に適した断面形状を有する変質領域を形成するうえでより好適なパルス波形でパルスレーザー光を照射することが出来る。このようなレーザー光の照射による融解改質によって変質領域を形成することで、より良好なブレイクを実現できる。具体的には、５０ｎｓｅｃ以上のパルス幅にてレーザー光が照射されることが好ましい。

＜照射エネルギーと変質領域との関係＞
次に、被分割体への照射エネルギーの大小と、形成される変質領域の形状との関係について考える。図１５および図１６には、繰り返し周波数を４０ｋＨｚ、パルス幅を７５ｎｓｅｃ、焦点Ｆにおけるビーム径を２μｍ、デフォーカス値を−２０μｍとし、照射エネルギーを４．０Ｗから０．５Ｗの範囲で０．５Ｗ単位で代えつつレーザー光ＬＢを被分割体Ｍ”に照射した場合の各照射エネルギーごとの被分割体Ｍ”の断面の光学顕微鏡像を示している。また、図１７は、この場合の照射エネルギーと変質領域Ｔ”との関係を示す図である。

図１５および図１６をみると、照射エネルギーが２．０Ｗ以下の場合、変質領域Ｔ”と正常領域Ｎ”との界面は、上部を除き略直線状となっている。あるいは、断面形状が略くさび形状、さらには略二等辺三角形状となっている。これに対して、照射エネルギーが２．５Ｗ以上の場合は、変質領域Ｔ”の幅がより大きくなっており、界面の曲率も大きくなっている。また、図１７からは、変質領域Ｔ”の深さは照射エネルギーが大きくなるにつれ概ね増加するが、１．５Ｗを越えるとその増加の度合は急激に鈍ることがわかる。図示は省略するが、繰り返し周波数やパルス幅などの条件を違えても、同様の傾向にあることが確認されている。

これらより、ある値（図１７では１．５Ｗ）以上の照射エネルギーを与えることは、変質領域の水平方向への広がりを引き起こすだけであって、融解改質法による良好な分割起点となる変質領域の形成には、むしろ照射エネルギーをある程度抑制した方がよいといえる。照射エネルギーの具体的な最適値は、繰り返し周波数、パルス幅、ビーム径、デフォーカス値などに応じて定まることになるが、図１７の場合であれば、１．０Ｗ〜１．５Ｗの範囲にあることが好ましいといえる。すなわち、照射エネルギーを抑制しつつ、被分割体に良好な分割起点を形成することが出来る。

以上、説明したように、本実施の形態においては、被分割体Ｍにスクライブ溝が形成される場合より弱いエネルギーおよび大きなパルス幅で、かつデフォーカス値ＤＦを概ね−１０μｍから−３０μｍとしてレーザー光ＬＢを照射することによって、より好ましくはデフォーカス値ＤＦを概ね−２０μｍから−３０μｍとすることによって、照射部分において融解改質を生じさせ、正常領域との界面における曲率が０に近い、あるいは負の細長い断面形状を有する変質領域を、被分割体に形成する。これにより、ブレイク処理に際しては、該変質領域の最下端部が起点となって、ブレイク面が被分割体の上下面に対して略垂直で、かつブレイク面に段差のない、良好なブレイクが実現される。また、ブレイクに必要なストリート幅を２０μｍ以下とすることが出来る。

さらには、スクライブ溝の形成が不要であるので、エネルギー消費が抑制できると共に、レーザー光の照射制御も容易となる。

＜第２の実施の形態＞
＜分割起点形成の確実化＞
上述したように、融解改質法によって分割の起点となる変質領域を形成すれば、必ずしも溝を形成せずとも被分割体の分割を行うことが可能である。しかしながら、係る手法の場合、分割によって得られるチップやダイといった分割片において、そのブレイク面近傍に該変質領域が残存することがある。例えば、図９や図１０におけるブレイク面Ｔ１はこのような残存変質領域の表面に相当するといえる。このような残存変質領域の存在は、分割片がデバイスとして用いられる場合にその機能の十分な発現を阻害する要因となり得る。例えば、該分割片がＬＥＤに用いられる場合であれば、光透過率が正常領域に比して小さい変質残存領域の存在により、ＬＥＤ全体の取り出し光量が抑制されてしまう、といった問題が起こり得る。

従って、変質領域は、分割を行うことが可能な範囲で最小化されることが好ましい。そのためには、融解改質法において照射するレーザー光のエネルギーを抑制することが好ましい。例えば、繰り返し周波数を固定する場合であれば、照射するレーザー光のパルスエネルギー（レーザー光の１パルスごとのエネルギー）を出来るだけ抑制することでこれは可能であるが、一方で、こうしたパルスエネルギーの抑制は、起点形成の不確実さ、具体的にはレーザー光の吸収の不確実さを招来しかねない。よって、パルスエネルギーが小さいレーザー光を用いて安定に分割起点を形成するためには、分割起点を形成しようとする箇所において、吸収効率を高めるなどして、レーザー光が確実に吸収されるようにしておくことが有効である。

また、加工に用いるレーザー光の波長範囲において高い透過率や反射率を有する被分割体に分割起点を形成しようとする場合も、同様の措置をあらかじめ施すことで、必要以上のパルスエネルギーを与えることなく確実に分割起点となる変質領域を形成することが可能となる。本実施の形態においては、これらの態様について説明する。

図１８は、このようなレーザー光の吸収の確実化を実現する処理の一例について説明するための図である。なお、図１８においては、被分割体Ｍがサファイア基板である場合を例示している。図１８（ａ）は、被分割体Ｍの表面に、該被分割体Ｍよりもレーザー光の吸収率が高い物質Ａを付与した状態で、レーザー光を照射した場合の照射結果を示す光学顕微鏡像である。また、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の照射結果がどのようにして得られたものであるかを説明するための図である。図１８（ａ）に示すような照射結果は、被分割体がサファイア基板であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）を用いる場合であれば、パルスエネルギーが２〜５μＪ、走査速度が１００ｍｍ／ｓｅｃ以上という条件で実現可能である。図１８（ａ）に示す照射結果を得た際のレーザー光の具体的な照射条件は、走査速度が２００ｍｍ／ｓｅｃ、パルスエネルギーが３μＪである。係るレーザー光の照射条件を「第３照射条件」と称することとする。

また、物質Ａは、使用するレーザー光の波長範囲において被分割体Ｍよりもレーザー光の吸収率が高い物質である。図１８の例では、フェルトペンなどに用いられる油性インキを直接に塗布することにより、物質Ａの付与を実現している。ただし、これに代わる他の有機物質あるいは無機物質を用いてもよい。また、付与の態様は塗布には限られず、接着や粘着、あるいは蒸着等の薄膜形成手法、印刷などの厚膜形成手法その他、物質Ａの種類に応じた態様が適宜に採用されてよい。

図１８（ａ）の被分割体Ｍに対しては、図１８（ｂ）に矢印ＡＲ１１およびＡＲ１２にて示すように、図面左側より右側に向けて、図示しない領域も含めレーザー光が走査されつつ連続的にかつ等間隔に照射されている。しかしながら、図１８（ａ）によれば、変質領域Ｔが形成されているのは、ほぼ物質Ａが塗布された領域のみであり、物質Ａが塗布されていない領域では、レーザー光は照射されているにもかかわらず、変質が生じていない。具体的には、図１８（ｂ）に示す未変質領域Ｕがこれにあたる。換言すれば、物質Ａが付与されている領域では確実に変質領域Ｔが形成されているのに対して、物質Ａが付与されていない領域ではほとんど変質領域は形成されていないということになる。

このことは、使用するレーザー光の波長範囲において被分割体Ｍよりもレーザー光の吸収率が高い物質を分割しようとする箇所に付与する準備処理を行っておくことで、こうした付与がなければ変質領域が形成されない程度の弱いエネルギーの照射条件で照射を行っても、融解改質を生じさせて分割起点となり得る変質領域を安定に形成できることを意味している。すなわち、物質Ａは被分割体Ｍにおけるレーザー光の吸収効率を高める吸収助剤として作用していることになる。

従って、このように吸収助剤として作用する物質を被分割体Ｍの分割対象箇所にあらかじめ付与することにより、レーザー光の吸収効率を当該箇所のみ高めておくことで、第３照射条件として示した、本来であれば十分に吸収が生じず融解改質ですら生じないような弱いエネルギーのレーザー光の照射によっても、分割起点の形成が確実に行えるようになる。例えば、本実施の形態に係る分割起点の形成方法が、何らかのデバイスの製造工程において該デバイスをブレイクする際に用いられれば、使用するレーザー光のエネルギーが抑制されることになるので、本方法は製造コストの低減に寄与するものであるといえる。

図１９は、本実施の形態に係る方法の使用を具体的に例示する図である。図１９に示す被分割体Ｍを分割してチップｔｐを得ようとするような場合、実線で示すラインＬａの部分に吸収助剤として作用する物質Ａを付与しておくと、例えば矢印ＡＲ１３で示すカットラインによるカットについていえば、破線で示すラインＬｕでは吸収は生じず、ラインＬａの部分のみにおいて吸収が生じて融解改質による変質領域が形成されるような条件で、レーザー光を照射することが出来る。具体的な照射条件は、被分割体Ｍの種類や表面状態、レーザーの種類、吸収助剤として用いる物質の種類などに応じて好適に定められる。また、付与される際の吸収助剤に係るサイズ（厚みや幅など）についても同様である。これにより、当該部分において確実に分割起点を形成することが出来る。

例えば、被分割体がサファイア基板であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）を用いる場合であれば、パルスエネルギーが２〜５μＪ、走査速度が１００ｍｍ／ｓｅｃ以上という条件で実現可能である。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態においては、レーザー光の吸収の確実化、つまりは融解改質の確実化を実現する処理についての別の態様を説明する。図２０は、係る処理についての一例を示す図である。なお、図２０においては、被分割体Ｍがサファイア基板である場合を例示している。

図２０（ａ）は、被分割体Ｍにレーザー光を照射した場合の照射結果を示す光学顕微鏡像である。係る照射結果は、あらかじめ、図２０（ｂ）に矢印ＡＲ１４にて示すように被分割体Ｍの表面に図面上側から点Ｚに向けてレーザー光を所定の照射条件で照射して、加工線Ｌｔで示される変質領域をひとまず形成した上で、同じく図２０（ｂ）に矢印ＡＲ１５およびＡＲ１６にて示すように図面左側より右側に向けて、つまりは加工線Ｌｔと直交するように、図示しない領域も含めレーザー光を走査しつつ連続的にかつ等間隔に照射することで、実現されている。

ここで、前段の照射を予備照射と称し、後段の照射を本照射と称することとする。図２０（ａ）に示す照射結果を得た際の具体的なレーザー光の照射条件は、パルスエネルギーが３μＪ、走査速度が１００ｍｍ／ｓｅｃである。この本照射における照射条件を「第４照射条件」と称することとする。予備照射は、この第４照射条件よりも強いエネルギーを与えるように行われていれば、その条件は特に限定されない。

図２０（ａ）をみると、被分割体Ｍには、本照射によって加工線Ｌ１、Ｌ２およびＬ３で示される変質領域が形成されている。このうち加工線Ｌ１は、加工線Ｌｔが存在する箇所を始点として、該加工線Ｌｔよりも右側にのみ形成されている。すなわち、該加工線Ｌｔよりも左側では、図２０（ｂ）に示すように、レーザー光は照射されているにもかかわらず、変質が生じていない未変質領域Ｕということになる。図２１は、加工線Ｌ１を通る面における被分割体Ｍの断面図であるが、図２１からも、このことが確認される。一方、加工線Ｌ３は、加工線Ｌ１よりも右側に存在する始点から右側にのみ形成されており、しかも、その始点の位置は揃っていない。また、加工線Ｌ２は、加工線Ｌｔの位置よりも左側の図示しない位置を始点として形成されている。

この照射結果について考察すると、まず、加工線Ｌ１は予備照射によって意図的に形成された加工線Ｌｔをいわばきっかけとして形成されており、それゆえその始点が揃っているといえる。また、加工線Ｌ１は始点となっている加工線Ｌｔの位置から途切れることなく連続的に形成されている。換言すれば、第４照射条件により照射されたレーザー光は、加工線Ｌｔに達するまでは吸収されていないにもかかわらず、加工線Ｌｔで示される変質領域において確実に吸収され、その後も吸収が継続しているといえる。

これに対して、加工線Ｌ３の形成は、こうしたきっかけとなる場所が意図的には形成されていない領域にて行われているために、その始点が不揃いになってしまっているものといえる。

これらの対比より、少なくとも第４照射条件によるレーザー光の照射においては、加工線Ｌｔとして与えられている変質領域が、レーザー光の吸収を確実に起こさせるように作用しているといえる。上述したように、変質領域が吸収による急速加熱と急速冷却とによって多結晶化した領域であって、変質していない周囲の領域よりもレーザー光を吸収しやすい、吸収効率の高い領域であるので、加工線Ｌｔに達するまで吸収が生じなかったような弱いパルスエネルギーのレーザー光であっても、当該位置では吸収がされたものと考えられる。さらに、レーザー光は走査されつつ照射されており、１パルスあたりの照射領域はオーバーラップしつつ少しずつずれていくことから、いったんこのように吸収が生じてしまえば、係る吸収状態を保ちつつレーザー光は移動していくことになる。つまりは、そのような弱いパルスエネルギーのレーザー光であっても、継続して融解改質を生じさせて変質領域を形成することができることになる。図２１をみると、加工線Ｌｔによる変質領域に比して加工線Ｌ１による変質領域は浅くなっているが、これは、本照射におけるレーザー光のエネルギーは、少なくとも予備照射におけるエネルギーより小さくてもよい、ということを意味している。

なお、加工線Ｌ３は、加工線Ｌｔのような吸収のきっかけとなるものを設けていないにもかかわらず形成されている。被分割体Ｍの表面にレーザー光が吸収され得る何らかの状況が意図的でなくとも生じていれば、レーザー光の吸収は起こりえるので、例えばパーティクルの付着や表面欠陥の存在などによって、通常であれば吸収が生じないようなパルスエネルギーによる照射であっても、吸収が生じることは起こりうる。換言すれば、加工線Ｌ３の形成は、始点位置において偶発的にレーザー光の吸収が生じたことによりものであるともいえる。これらの欠陥等は、意図的に導入したものではないものの、やはりレーザー光の吸収効率を高めるように作用していることになる。単に弱いパルスエネルギーのレーザー光を照射するだけでは、このように不確実な吸収が起こるのみであることを意味している。

加えて、加工線Ｌ２は、加工線Ｌｔが形成されている位置を通るにも関わらず加工線Ｌｔに達するまでに形成が開始されているが、これも、レーザー光が加工線Ｌｔに達するまでに偶発的に吸収が起こったことによるものと考えられる。

以上を鑑みると、加工線Ｌｔで示される変質領域のような、レーザー光の吸収効率の高い領域をあらかじめ形成する準備処理（始点変質化処理）を行っておき、当該領域を通過するようにレーザー光を走査しつつ照射するようにすることにより、本来であれば十分には吸収が生じないような弱いエネルギーのレーザー光を用いる場合であっても、当該領域においてレーザー光の吸収を確実に生じさせることができる。その後はレーザー光の走査に応じて連続的に吸収が継続されるので、融解改質を生じさせて非分割体に対する分割起点の形成が確実に行えるようになる。具体的な照射条件は、被分割体Ｍの種類や表面状態、レーザーの種類などに応じて好適に定められる。これにより、当該部分において確実に分割起点を形成することが出来る。また、本実施の形態に係る分割起点の形成方法も、何らかのデバイスの製造工程において該デバイスをブレイクするのに用いられる場合には製造コストの低減に寄与するものであるといえる。

図２２は、本実施の形態に係る方法を具体的に例示する図である。図２２に示す被分割体Ｍを分割してチップｔｐを得ようとするような場合、あらかじめ被分割体Ｍの外縁部分の外周線Ｃで示される箇所にレーザー光を照射して変質領域を形成しておくと、例えば矢印ＡＲ１６で示すカットラインによるカットについていえば、レーザー光が始点Ｑに達した時点で吸収が生じ、以降、点線で示される箇所に分割起点が形成されるような条件で、レーザー光を照射することが出来る。

例えば、被分割体がサファイア基板であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）を用いる場合であれば、パルスエネルギーが２〜５μＪ、走査速度が１００ｍｍ／ｓｅｃ以上という条件で分割起点となる変質領域の形成が実現可能である。

＜第４の実施の形態＞
第３の実施の形態にて示したように、レーザー光を走査しつつ照射することによって被分割体に分割起点となり得る変質領域を形成するにあたっては、その始点の位置における吸収効率を高めてやることで確実に吸収を生じさせさえすれば、通常であれば吸収が生じないような小さいエネルギーのレーザー光を照射する場合であっても、吸収状態を維持することができ、融解改質を生じさせることによる変質領域の形成が可能となる。本実施の形態においては、この始点における吸収の確実化についての別の態様について説明する。図２３は、係る処理についての一例を示す図である。

図２３は、本実施の形態に係る態様によって融解改質法によりある被分割体に対し分割起点となる変質領域を形成する際の、用いるレーザー光のパルスエネルギーのピーク値の時間変化を例示する図である。本実施の形態においても、例えばレーザー加工装置１００を用いてパルスレーザー光を照射することにより被分割体に分割起点を形成する。従って、レーザー光は所定の繰り返し周波数で照射されることから、分割起点となる変質領域の形成にあたっては、図２３に示すようにパルスエネルギーが断続的にピーク値を示すようなレーザー光が被分割体に照射されることになる。なお、図２３においては、説明の便宜上、パルスエネルギーを離散値として示しているが、実際には、連続的に変化する値として取り扱うことが可能である。

本実施の形態においては、図２３に示すように、照射開始当初からしばらくの時間ｔ１が経過するまでは、定常状態のパルスエネルギー値Ｅ１よりも大きなパルスエネルギー値Ｅ２でレーザー光を照射し、時間ｔ１の経過後は、照射を継続しつつ定常状態となるまでエネルギーを漸次に下げていくようにする。そして、遅くとも時間ｔ１が経過した以降においては、レーザー光を走査させるようにする。ここで、パルスエネルギー値Ｅ１は、通常であれば被分割体において十分な吸収が生じない程度の値である。一方、パルスエネルギー値Ｅ２は、通常であれば被分割体においてほぼ確実に吸収が生じる程度の値である。

すなわち、本実施の形態に係る分割起点となる変質領域の形成は、その始点となる位置においていったん大きなパルスエネルギーでレーザー光を照射するという準備処理を行っておくことで確実に吸収を生じさせておき、その後は、通常であれば被分割体において吸収が生じない程度の弱いレーザー光を走査させつつ照射することで吸収を継続させ融解改質を生じさせる、という態様によって実現されるものである。つまりは、吸収を生じさせるための照射条件を、その後の分割起点の形成の際の照射条件とは異ならせることによって、分割起点の形成を実現する態様である。また、本実施の形態に係る分割起点の形成方法も、何らかのデバイスの製造工程において該デバイスをブレイクするのに用いられる場合には製造コストの低減に寄与するものであるといえる。

なお、パルスエネルギー値Ｅ１、Ｅ２、時間ｔ１の値やその他の具体的な照射条件は、被分割体Ｍの種類や表面状態、レーザーの種類などに応じて好適に定められる。また、時間ｔ１を固定値とする代わりに、被分割体においてレーザー光の吸収が生じたことを所定の手法で検知した時点で、パルスエネルギーの低減と走査を開始するようにしてもよい。

以上に説明したような態様によっても、第３の実施の形態と同様に、分割起点の形成を確実に行うことが出来る。

＜変形例＞
被分割体の表面の分割起点を形成しようとする領域に、もしくはその始点となる位置に対して、公知のブラスト装置を用いてブラスト処理を行い、該領域もしくは始点位置において粗面化状態を作り出すことで、該領域もしくは始点位置におけるレーザー光の吸収効率を高めるようにしてもよい。係る態様であっても、上述の第２または第３の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。

また、第４の実施の形態においては、吸収を生じさせるための照射条件を、その後の分割起点の形成の際の照射条件とは異ならせることによって、分割起点の形成を実現する態様として、パルスエネルギーを異ならせる場合を示していたが、照射条件を違えることで吸収を確実化する態様は、これに限定されない。

例えば、図２４は、レーザー光の繰り返し周波数を異ならせる態様について示す図である。具体的にいえば、定常状態における値ｆよりも十分に小さい繰り返し周波数でレーザー光の照射を開始し、ある時間ｔ２が経過した時点で周波数値がｆとなるように、繰り返し周波数を漸次に大きくしていくようにする。そして、遅くとも時間ｔ２が経過した以降において、レーザー光を走査させるようにする。このとき、パルスエネルギー値は、繰り返し周波数がｆである場合には被分割体において吸収が生じない程度の値である。平均照射パワーが一定であれば、繰り返し周波数が小さい方が、パルスエネルギーが大きくなり、レーザー光の吸収が生じやすくなる。従って、図２４に示すように、照射当初の段階では小さい繰り返し周波数で照射を行うということは、分割起点となる変質領域を形成するに当たって、その始点となる位置において確実に吸収を生じさせることに相当する。従って、いったんこのようにしてレーザー光を被分割体に確実に吸収をさせれば、その後は上述の実施の形態と同様に、通常であれば被分割体において吸収が生じない程度の弱いレーザー光を走査しつつ照射しても吸収が継続されることになる。

また、図２５は、レーザー光の走査速度を異ならせる態様について示す図である。具体的にいえば、被分割体の不要部分をスタート位置として、定常状態における値ｖよりも十分に小さい走査速度でレーザー光を走査させつつ照射を開始し、ある時間ｔ３が経過した時点で速度値がｖとなるように、走査速度を漸次に大きくしていくようにする。そして、遅くとも時間ｔ３が経過した以降において、分割起点を形成する位置でレーザー光を走査させるようにする。このとき、パルスエネルギー値は、走査速度がｖである場合には被分割体において吸収が生じない程度の値である。照射エネルギーが一定であれば、走査速度が小さい方が、同一箇所において照射されるレーザー光のエネルギーが大きくなり、レーザー光の吸収が生じやすくなる。従って、図２５に示すように、照射当初の段階では小さい走査速度で照射を行うということは、分割起点となる変質領域を形成するに当たって、その始点となる位置にレーザー光が達するまでに確実に吸収を生じさせることに相当する。従って、いったんこのようにしてレーザー光を被分割体に確実に吸収をさせれば、その後は上述の実施の形態と同様に、通常であれば被分割体において吸収が生じない程度の弱いレーザー光を走査しつつ照射しても吸収が継続されることになる。

従って、図２４および図２５に示す態様を取る場合も、分割起点となる変質領域の形成が行えることになる。なお、定常状態の周波数値ｆ、定常状態の走査速度ｖ、時間ｔ２、ｔ３の値やその他の具体的な照射条件は、被分割体の種類や表面状態、レーザーの種類などに応じて好適に定められる。なお、図２４および図２５においては、説明の便宜上、繰り返し周波数および走査速度を離散値として示しているが、実際には、連続的に変化する値として取り扱うことが可能である。

上述した各手法は、単独で用いられてもよいし、適宜に組み合わされてもよい。例えば、第３の実施の形態のように外周部に加工線を形成しつつ、カットラインとなる箇所には、第２の実施の形態のように、吸収助剤を付与するようにしてもよい。これにより、さらに弱いパルスエネルギーのレーザー光であったとしても、確実に分割起点となる変質領域を形成することが出来るようになる。どのような手法を採用するのかは、被分割体の種類、レーザーの種類などに応じて適宜に定められる。

あるいは、こうした手法の組み合わせの応用として、いったんある手法によって所定位置にレーザー光を照射した後、同一位置に、異なる手法を用いてレーザー光を照射するようにしてもよい。これにより、１度目の照射のみによってはなしえない形状に変質領域を形成したり、照射条件の許容範囲を広げることが可能となる。

また、第３の実施の形態においては、あらかじめ加工線Ｌｔで示される変質領域を形成することで、レーザー光の吸収が確実に行われる箇所を作り出していたが、これに代わり、始点となる位置に吸収助剤を付与する態様であってもよい。

第２の実施の形態に係る吸収助剤となる物質の付与は、その機能を備えるレーザー加工装置によって行われてもよいし、別途の手法・手段で実現されてもよい。

Claims (18)

1. 被分割体に分割のための起点を形成する方法であって、
   ＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光を、焦点位置を前記被分割体の内部に保った状態で所定の走査方向に走査しつつ前記被分割体の被照射面に向けて照射することにより、前記被分割体の前記被照射面から内部にかけて、融解改質された変質領域を形成する変質領域形成工程、
   を前記起点を形成する起点形成工程として備え、
   前記変質領域形成工程においては、前記パルスレーザー光の出射位置と前記被分割体の前記被照射面との相対的位置関係を調整して前記相対的位置関係から想定される前記焦点位置である想定焦点位置を前記被分割体の内部に設定することにより、前記走査方向に垂直な断面が前記被照射面に底辺を有しかつ前記想定焦点位置を頂点とする三角形状となる領域においてエネルギー吸収を生じさせることを想定した前記パルスレーザー光の照射を行い、前記走査方向に垂直な断面が、前記想定焦点位置よりも深い位置に最下端部を有し、かつ隣接する正常領域との界面の曲率が０または負となるように、前記変質領域を形成する、
   ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
2. 請求項１に記載の分割起点形成方法において、
   前記被分割体のうち前記パルスレーザー光を照射した部分が消失しない照射条件で前記パルスレーザー光を照射することを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の分割起点形成方法であって、
   前記パルスレーザー光のパルス幅が５０ｎｓｅｃ以上であることを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の分割起点形成方法であって、
   前記起点形成工程としての前記変質領域形成工程に先立ち、前記起点の形成予定箇所での前記変質領域形成工程における前記パルスレーザー光の吸収を確実化させるための所定の準備処理を行う準備工程、
   をさらに備え、
   前記変質領域形成工程においては、前記準備工程を行わない場合には前記起点が形成されない強さの照射エネルギーで前記パルスレーザー光を照射する、
   ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
5. 請求項４に記載の分割起点形成方法であって、
   前記準備工程が、前記形成予定箇所の始点位置に始点変質領域を形成する始点変質化工程である、
   ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
6. 請求項５に記載の分割起点形成方法であって、
   前記始点変質化工程が、ＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光を照射することによって前記始点変質領域を形成する工程である、
   ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の分割起点形成方法であって、
   前記始点位置が複数存在する場合、前記始点変質化工程においては複数の前記始点位置に前記始点変質領域を形成する、
   ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
8. 請求項４に記載の分割起点形成方法であって、
   前記準備工程が、前記形成予定箇所の始点位置において前記起点形成工程よりも大きな照射エネルギーで前記パルスレーザー光を照射することで前記始点位置において前記被分割体に前記パルスレーザー光の吸収を生じさせる工程であり、前記吸収が生じた以降に所定の定常値にまで前記照射エネルギーを漸次に減少させつつ前記パルスレーザー光の走査を開始することで、前記起点形成工程に移行する、
   ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
9. 請求項４に記載の分割起点形成方法であって、
   前記準備工程が、前記形成予定箇所の始点位置において前記起点形成工程としての前記変質領域形成工程よりも小さな繰り返し周波数で前記パルスレーザー光を照射することで前記始点位置において前記被分割体に前記パルスレーザー光の吸収を生じさせる工程であり、前記吸収が生じた以降に所定の定常値まで前記繰り返し周波数を漸次に増大させつつ前記パルスレーザー光の走査を開始することで、前記変質領域形成工程に移行する、
   ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
10. 請求項４に記載の分割起点形成方法であって、
    前記準備工程が、前記形成予定箇所の始点位置において前記起点形成工程としての前記変質領域形成工程よりも小さな走査速度で前記パルスレーザー光の照射することで前記始点位置において前記被分割体に前記パルスレーザー光の吸収を生じさせる工程であり、前記吸収が生じた以降に所定の定常値まで前記走査速度を漸次に増大させつつ前記パルスレーザー光の走査を開始することで、前記変質領域形成工程に移行する、
    ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
11. 請求項４に記載の分割起点形成方法であって、
    前記準備工程が、少なくとも前記形成予定箇所の始点位置にブラスト処理を行うブラスト処理工程を含む、
    ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の分割起点形成方法であって、
    前記焦点位置を前記被照射面から１０μｍ〜３０μｍの範囲に定める、
    ことを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の分割起点形成方法であって、
    前記変質領域形成工程においては、前記変質領域が前記パルスレーザー光の照射前とは異なる結晶状態を有する構造的変質領域として形成されることを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
14. 請求項１３に記載の分割起点形成方法であって、
    前記被分割体が単層または多層構造の単結晶物体であり、前記変質領域が多結晶領域として形成されることを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の分割起点形成方法であって、
    前記被分割体がサファイア若しくはＳｉＣ又はこれらのいずれかを基材とする積層構造体であることを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
16. 請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の分割起点形成方法であって、
    前記変質領域形成工程においては、前記変質領域が周囲よりも力学的強度が小さい弱強度領域として形成されることを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
17. 請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載の分割起点形成方法であって、
    前記パルスレーザー光に円偏光を用いることを特徴とする被分割体における分割起点形成方法。
18. 被分割体を分割する方法であって、
    ＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光を、焦点位置を前記被分割体の内部に保った状態で所定の走査方向に走査しつつ前記被分割体の被照射面に向けて照射することにより、前記被分割体の被照射面から内部にかけて、融解改質された変質領域を形成する変質領域形成工程と、
    前記被分割体を前記変質領域に沿って分割する分割工程と、
    を備え、
    前記変質領域形成工程においては、前記パルスレーザー光の出射位置と前記被分割体の前記被照射面との相対的位置関係を調整して前記相対的位置関係から想定される前記焦点位置である想定焦点位置を前記被分割体の内部に設定することにより、前記走査方向に垂直な断面が前記被照射面に底辺を有しかつ前記想定焦点位置を頂点とする三角形状となる領域においてエネルギー吸収を生じさせることを想定した前記パルスレーザー光の照射を行い、かつ隣接する正常領域との界面の曲率が０または負となるように、前記変質領域を形成する、
    ことを特徴とする被分割体の分割方法。