JP4907965B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するために使用されるレーザ加工方法に関する。
従来におけるこの種のレーザ加工方法として、真空チャックの吸着テーブル上に、直接、ウェハ状の加工対象物を保持した拡張可能な保持部材（エキスパンドテープ等）を吸着固定し、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１７９３０２号公報
しかしながら、上述したようなレーザ加工方法には、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、吸着テーブル上に、直接、保持部材を吸着固定するため、吸着テーブルの微細な孔に保持部材が食い込み、改質領域の形成後に吸着固定を解除しても、吸着テーブルに保持部材が密着したままとなる。このような状態で吸着テーブルと保持部材とを強引に離隔させると、保持部材に保持された加工対象物に大きな曲げ応力が作用し、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物が切断される。このとき、保持部材は拡張されていないため、切断された加工対象物の切断面同士が擦れ合い、パーティクルの発生原因となる。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、吸着テーブルと保持部材とを離隔させる際に、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物が切断されるのを防止することができるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、真空チャックの多孔質の吸着テーブル上に、多孔質のシートを介在させて、リング状のフレームに張設され且つウェハ状の加工対象物を保持した拡張可能な保持部材を吸着固定し、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成する工程を備え、シートのヤング率は、吸着テーブルのヤング率より低いことを特徴とする。
このレーザ加工方法では、真空チャックの吸着テーブル上に、多孔質のシートを介在させて、ウェハ状の加工対象物を保持した保持部材を吸着固定する。このとき、シートのヤング率は吸着テーブルのヤング率より低いため、吸着テーブル上に、直接、保持部材を吸着固定する場合に比べ、シートの微細な孔への保持部材の食込みが抑制される。これにより、改質領域の形成後に吸着固定を解除して、吸着テーブルと保持部材とを離隔させても、保持部材に保持された加工対象物に大きな曲げ応力が作用することはない。従って、このレーザ加工方法によれば、吸着テーブルと保持部材とを離隔させる際に、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物が切断されるのを防止することが可能になる。しかも、シート下には、シートよりヤング率が高い吸着テーブルが存在するため、保持部材を吸着固定した際に加工対象物の平坦度を維持することができ、加工対象物の内部に精度良く改質領域を形成することが可能になる。
なお、切断の起点となる改質領域は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで、多光子吸収その他の光吸収を加工対象物の内部で生じさせることにより形成される。
本発明に係るレーザ加工方法においては、シートの摩擦係数は、吸着テーブルの摩擦係数より低いことが好ましい。これにより、吸着テーブル上に、直接、保持部材を吸着固定する場合に比べ、シートの微細な孔への保持部材の食込みをより一層抑制することが可能になる。
本発明に係るレーザ加工方法においては、シートの厚さは０．２ｍｍ以下であることが好ましい。シートの厚さが０．２ｍｍ以下であると、保持部材を吸着固定した際の加工対象物の平坦度をより確実に維持することが可能になる。
本発明に係るレーザ加工方法においては、レーザ光に対して、シートの光吸収係数は、吸着テーブルの光吸収係数より低いことが好ましい。また、レーザ光に対して、シートの透過率は、吸着テーブルの透過率より高いことが好ましい。また、レーザ光に対して、シートの反射率は、吸着テーブルの反射率より高いことが好ましい。これらによれば、吸着テーブルに比べ、レーザ光の照射によるシートの温度上昇が小さくなるため、シートに接触している保持部材が溶融等の損傷を受けるのを防止することができる。
本発明に係るレーザ加工方法は、改質領域を形成する工程の後に、保持部材を拡張させることにより、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物を切断する工程を更に備えることが好ましい。これにより、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができると共に、切断された加工対象物の切断面同士を離間させ、切断面同士の擦れ合いによるパーティクルの発生を防止することができる。
本発明に係るレーザ加工方法においては、シートは、改質領域を形成する工程の後、吸着テーブルに取り付けられている場合がある。また、シートは、改質領域を形成する工程の後、保持部材に取り付けられており、加工対象物を切断する工程の後に、保持部材から取り外される場合がある。また、シートは、改質領域を形成する工程の後、保持部材に取り付けられており、加工対象物を切断する工程の前に、保持部材から取り外される場合がある。
本発明によれば、吸着テーブルと保持部材とを離隔させる際に、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物が切断されるのを防止することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態のレーザ加工方法では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成するためのレーザ加工方法について説明する。
材料の吸収のバンドギャップＥＧよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥＧである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞ＥＧの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ２）で決まる。
このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工方法の原理について、図１〜図６を参照して説明する。図１に示すように、ウェハ状（平板状）の加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５がある。切断予定ライン５は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図２に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する。なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、仮想線に限らず加工対象物１に実際に引かれた線であってもよい。
そして、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図１の矢印Ａ方向に）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動させる。これにより、図３〜図５に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、この改質領域７が切断起点領域８となる。ここで、切断起点領域８とは、加工対象物１が切断される際に切断（割れ）の起点となる領域を意味する。この切断起点領域８は、改質領域７が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域７が断続的に形成されることで形成される場合もある。
本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物１がレーザ光Ｌを吸収することにより加工対象物１を発熱させて改質領域７を形成するものではない。加工対象物１にレーザ光Ｌを透過させ加工対象物１の内部に多光子吸収を発生させて改質領域７を形成している。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。
加工対象物１の内部に切断起点領域８を形成すると、この切断起点領域８を起点として割れが発生し易くなるため、図６に示すように、比較的小さな力で加工対象物１を切断することができる。よって、加工対象物１の表面３に不必要な割れを発生させることなく、加工対象物１を高精度に切断することが可能になる。
この切断起点領域８を起点とした加工対象物１の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域８形成後、加工対象物１に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１が割れ、加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物１の切断起点領域８に沿って加工対象物１に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物１に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点領域８を形成することにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが小さい場合には、１列の改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となり、加工対象物１の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域８が形成されていない部位に対応する部分の表面３上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域８を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物１の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
さて、本実施形態に係るレーザ加工方法において、多光子吸収により形成される改質領域としては、次の（１）〜（３）の場合がある。
（１）改質領域が１つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
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）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物の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。
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。
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。
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を参照して説明する。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を照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域９を形成する。クラック領域９は１つ又は複数のクラックを含む領域である。このように形成されたクラック領域９が切断起点領域となる。図９に示すように、クラック領域９を起点として（すなわち、切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し、図１０に示すように、クラックが加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達し、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１の表面３と裏面２１と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１に力が印加されることにより成長する場合もある。
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
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）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（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
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
図１２は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。
溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを説明する。図１３は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。
例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０％以上透過することが分かる。図１２に示すシリコンウェハ１１の厚さは３５０μｍであるので、多光子吸収による溶融処理領域１３はシリコンウェハ１１の中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光がシリコンウェハ１１の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図１２のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。
（３）改質領域が屈折率変化領域の場合
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）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を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、多光子吸収により形成される改質領域として（１）〜（３）の場合を説明したが、ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く加工対象物を切断することが可能になる。
すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１４に示すように、加工対象物１は、シリコンウェハ１１と、複数の機能素子１５を含んでシリコンウェハ１１の表面に形成された機能素子層１６とを備えている。機能素子１５は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等であり、シリコンウェハ１１のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。
以上のように構成された加工対象物１を以下のようにして機能素子１５毎に切断する。まず、図１５に示すように、リング状のフレーム５１に張設された拡張可能なエキスパンドテープ（保持部材）２３上に、シリコンウェハ１１の裏面を貼り付ける。これにより、加工対象物１は、エキスパンドテープ２３により保持されることになる。
続いて、図１６に示すように、レーザ加工装置の真空チャックの吸着テーブル５２上に、ポーラスシート（多孔質のシート）５３を介在させて、フレーム５１に張設され且つ加工対象物１を保持したエキスパンドテープ２３を載置し、真空によって吸着固定する。これにより、加工対象物１は、吸着テーブル５２上に固定されることになる。
なお、ここでは、ポーラスシート５３は、吸着テーブル５２上に固定されている。吸着テーブル５２は、例えば、多孔質セラミック（アルミナ）からなり、ヤング率が３．５×１０５ＭＰａ、平均孔径が７０μｍ、気孔率が３１％のものである。また、ポーラスシート５３は、例えば、多孔質ポリエチレンからなり、厚さが０．２ｍｍ、ヤング率が１３．３ＭＰａ、平均孔径が１７μｍ、気孔率２６％のものである。
続いて、図１７に示すように、シリコンウェハ１１の表面をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを多光子吸収が生じる条件で照射し、吸着テーブル５２の移動によって、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５（図１４の破線参照）のそれぞれに沿って集光点Ｐをスキャンする。これにより、１本の切断予定ライン５に対して１列又は複数列の改質領域７を形成する。なお、改質領域７は、溶融処理領域であるが、クラックが混在する場合もある。
続いて、図１８に示すように、真空による吸着固定を解除して、吸着テーブル５２上に固定されたポーラスシート５３とエキスパンドテープ２３とを離隔させる。そして、フレーム５１に張設され且つ加工対象物１を保持したエキスパンドテープ２３をエキスパンド装置に搬送する。
続いて、図１９に示すように、エキスパンド装置の円筒状の固定部材５４上に、加工対象物１を保持したエキスパンドテープ２３が張設されたフレーム５１を固定する。固定部材５４の内側には、エキスパンドテープ２３を上方に押し上げて拡張させるための円柱状の押圧部材５５が配置されている。
続いて、図２０に示すように、エキスパンド装置の押圧部材５５を上昇させることによりエキスパンドテープ２３を拡張させて、改質領域７を起点として割れを生じさせ、シリコンウェハ１１及び機能素子層１６を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されて得られた各半導体チップ２５を互いに離間させる。このとき、各半導体チップ２５の切断面同士が離間するため、切断面同士の擦れ合いによるパーティクルの発生を防止することができる。
以上説明したように、上記レーザ加工方法では、真空チャックの吸着テーブル５２上に、ポーラスシート５３を介在させて、フレーム５１に張設され且つ加工対象物１を保持したエキスパンドテープ２３を吸着固定する。このとき、ポーラスシート５３のヤング率は吸着テーブル５２のヤング率より低いため、吸着テーブル５２上に、直接、エキスパンドテープ２３を吸着固定する場合に比べ、ポーラスシート５３の微細な孔へのエキスパンドテープ２３の食込みが抑制される。これにより、改質領域７の形成後に吸着固定を解除して、吸着テーブル５２とエキスパンドテープ２３とを離隔させても、エキスパンドテープ２３に保持された加工対象物１に大きな曲げ応力が作用することはない。従って、上記レーザ加工方法によれば、吸着テーブル５２とエキスパンドテープ２３とを離隔させる際に、改質領域７を切断の起点として切断予定ライン５に沿って加工対象物１が切断されるのを防止することが可能になる。しかも、ポーラスシート５３下には、ポーラスシート５３よりヤング率が高い吸着テーブル５２が存在するため、エキスパンドテープ２３を吸着固定した際に加工対象物１の平坦度を維持することができ、加工対象物１の内部に精度良く改質領域７を形成することが可能になる。
ところで、上記レーザ加工方法において、ポーラスシート５３の摩擦係数を吸着テーブル５２の摩擦係数より低くすると、吸着テーブル５２上に、直接、エキスパンドテープ２３を吸着固定する場合に比べ、ポーラスシート５３の微細な孔へのエキスパンドテープ２３の食込みをより一層抑制することが可能になる。
また、上記レーザ加工方法において、ポーラスシート５３の厚さを０．２ｍｍ以下とすると、エキスパンドテープ２３を吸着固定した際の加工対象物１の平坦度をより確実に維持することが可能になる。
更に、上記レーザ加工方法において、レーザ光Ｌに対して、ポーラスシート５３の光吸収係数を吸着テーブル５２の光吸収係数より低くし、また、レーザ光Ｌに対して、ポーラスシート５３の透過率を吸着テーブル５２の透過率より高くし、また、レーザ光Ｌに対して、ポーラスシート５３の反射率を吸着テーブル５２の反射率より高くすると、吸着テーブル５２に比べ、レーザ光Ｌの照射によるポーラスシート５３の温度上昇が小さくなるため、ポーラスシート５３に接触しているエキスパンドテープ２３が溶融等の損傷を受けるのを防止することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されない。
上記実施形態は、ポーラスシート５３が吸着テーブル５２上に固定されており、改質領域７を形成した後、ポーラスシート５３が吸着テーブル５２に取り付けられている場合であったが、これに限定されるものではない。例えば、ポーラスシート５３は、改質領域７を形成した後、吸着テーブル５２から離れてエキスパンドテープ２３に付いた状態で搬送され、加工対象物１を切断した後に、エキスパンドテープ２３から剥がされてもよい。また、ポーラスシート５３は、改質領域７を形成した後、吸着テーブル５２から離れてエキスパンドテープ２３に付いた状態で搬送され、加工対象物１を切断する前に、エキスパンドテープ２３から剥がされてもよい。これらの場合にも、ポーラスシート５３の微細な孔へのエキスパンドテープ２３の食込みが抑制されているため、ポーラスシート５３をエキスパンドテープ２３から容易に剥がすことができる。
また、上記実施形態は、シリコンウェハ１１の表面をレーザ光入射面とする場合であったが、シリコンウェハ１１の裏面をレーザ光入射面としてもよい。シリコンウェハ１１の裏面をレーザ光入射面とする場合には、機能素子１５を含んだ機能素子層１６の表面にフィルム等の表面保護部材（保持部材）を貼り付け、表面保護部材により機能素子１５を保護した状態で、レーザ加工装置の真空チャックの吸着テーブル５２上に、ポーラスシート５３を介在させて、加工対象物１を保持した表面保護部材を載置し、真空によって吸着固定する。そして、シリコンウェハ１１の裏面をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを多光子吸収が生じる条件で照射し、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５のそれぞれに沿って集光点Ｐをスキャンする。これにより、１本の切断予定ライン５に対して１列又は複数列の改質領域７を形成する。続いて、真空による吸着固定を解除して、吸着テーブル５２上に固定されたポーラスシート５３と表面保護部材とを離隔させる。そして、シリコンウェハ１１の裏面にエキスパンドテープ２３を貼り付けて、機能素子層１６の表面から表面保護部材を剥がした後、エキスパンド装置においてエキスパンドテープ２３を拡張させて、改質領域７を起点として割れを生じさせ、シリコンウェハ１１及び機能素子層１６を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されて得られた各半導体チップ２５を互いに離間させる。
また、上記実施形態は、切断予定ライン５上に機能素子層１６が存在する場合であったが、切断予定ライン５上に機能素子層１６が存在せず、シリコンウェハ１１の表面が露出している状態で、シリコンウェハ１１の表面をレーザ光入射面としてもよい。
本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。 図１に示す加工対象物のII−II線に沿っての断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図３に示す加工対象物のIV−IV線に沿っての断面図である。 図３に示す加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。 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。 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。 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。 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。 本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。 本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の斜視図である。 図１４に示す加工対象物にエキスパンドテープを貼り付けた状態を示す斜視図である。 図１４に示す加工対象物を吸着テーブル上に固定しようとする状態を示す斜視図である。 図１４に示す加工対象物を吸着テーブル上に固定した状態における切断予定ラインに沿っての断面図である。 図１４に示す加工対象物と吸着テーブルとを離隔させた状態を示す斜視図である。 図１４に示す加工対象物をエキスパンド装置にセットした状態を示す斜視図である。 図１４に示す加工対象物を半導体チップに切断した状態を示す斜視図である。
符号の説明
１…加工対象物、５…切断予定ライン、７…改質領域、２３…エキスパンドテープ（保持部材）、５２…吸着テーブル、５３…ポーラスシート（多孔質のシート）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims (19)

  1. 真空チャックの多孔質の吸着テーブル上に、多孔質のシートを介在させて、リング状のフレームに張設され且つウェハ状の加工対象物を保持した拡張可能な保持部材を吸着固定し、前記加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成する工程を備え、
    前記シートのヤング率は、前記吸着テーブルのヤング率より低いことを特徴とするレーザ加工方法。
  2. 前記シートの摩擦係数は、前記吸着テーブルの摩擦係数より低いことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
  3. 前記シートの厚さは０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
  4. 前記レーザ光に対して、前記シートの光吸収係数は、前記吸着テーブルの光吸収係数より低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
  5. 前記レーザ光に対して、前記シートの透過率は、前記吸着テーブルの透過率より高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
  6. 前記レーザ光に対して、前記シートの反射率は、前記吸着テーブルの反射率より高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
  7. 前記改質領域を形成する工程の後に、前記保持部材を拡張させることにより、前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
  8. 前記シートは、前記改質領域を形成する工程の後、前記吸着テーブルに取り付けられていることを特徴とする請求項７記載のレーザ加工方法。
  9. 前記シートは、前記改質領域を形成する工程の後、前記保持部材に取り付けられており、前記加工対象物を切断する工程の後に、前記保持部材から取り外されることを特徴とする請求項７記載のレーザ加工方法。
  10. 前記シートは、前記改質領域を形成する工程の後、前記保持部材に取り付けられており、前記加工対象物を切断する工程の前に、前記保持部材から取り外されることを特徴とする請求項７記載のレーザ加工方法。
  11. 真空チャックの吸着テーブル上に、多孔質のシートを介在させて、ウェハ状の加工対象物を保持した保持部材を吸着固定し、前記加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成する工程を備え、
    前記シートのヤング率は、前記吸着テーブルのヤング率より低く、
    前記シートの摩擦係数は、前記吸着テーブルの摩擦係数より低いことを特徴とするレーザ加工方法。
  12. 真空チャックの吸着テーブル上に、多孔質のシートを介在させて、ウェハ状の加工対象物を保持した保持部材を吸着固定し、前記加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成する工程を備え、
    前記シートのヤング率は、前記吸着テーブルのヤング率より低く、
    前記レーザ光に対して、前記シートの光吸収係数は、前記吸着テーブルの光吸収係数より低いことを特徴とするレーザ加工方法。
  13. 真空チャックの吸着テーブル上に、多孔質のシートを介在させて、ウェハ状の加工対象物を保持した保持部材を吸着固定し、前記加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成する工程を備え、
    前記シートのヤング率は、前記吸着テーブルのヤング率より低く、
    前記レーザ光に対して、前記シートの透過率は、前記吸着テーブルの透過率より高いことを特徴とするレーザ加工方法。
  14. 真空チャックの吸着テーブル上に、多孔質のシートを介在させて、ウェハ状の加工対象物を保持した保持部材を吸着固定し、前記加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成する工程を備え、
    前記シートのヤング率は、前記吸着テーブルのヤング率より低く、
    前記レーザ光に対して、前記シートの反射率は、前記吸着テーブルの反射率より高いことを特徴とするレーザ加工方法。
  15. 前記シートの厚さは０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
  16. 前記改質領域を形成する工程の後に、前記保持部材を拡張させることにより、前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する工程を更に備えることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
  17. 前記シートは、前記改質領域を形成する工程の後、前記吸着テーブルに取り付けられていることを特徴とする請求項１６記載のレーザ加工方法。
  18. 前記シートは、前記改質領域を形成する工程の後、前記保持部材に取り付けられており、前記加工対象物を切断する工程の後に、前記保持部材から取り外されることを特徴とする請求項１６記載のレーザ加工方法。
  19. 前記シートは、前記改質領域を形成する工程の後、前記保持部材に取り付けられており、前記加工対象物を切断する工程の前に、前記保持部材から取り外されることを特徴とする請求項１６記載のレーザ加工方法。
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