JP4954653B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体基板を備える板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するためのレーザ加工方法に関する。
従来のレーザ加工方法として、板状の加工対象物の一方の面をレーザ光入射面として加工対象物に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、加工対象物の厚さ方向に並ぶように、切断の起点となる複数列の改質領域を加工対象物の内部に形成する方法であって、複数列の改質領域のうち加工対象物の他方の面に最も近い改質領域を、その他方の面に露出させるように形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１２３３２９号公報
上述したようなレーザ加工方法によれば、加工対象物の他方の面が金属膜の面であるような場合であっても、比較的小さな外力で、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断することが可能となる。
しかしながら、上述したようなレーザ加工方法にあっては、複数列の改質領域のうち加工対象物の他方の面に最も近い改質領域が他方の面に露出しているため、その改質領域からパーティクルが発生するおそれがある。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、パーティクルが発生するのを防止することができ、しかも、比較的小さな外力で、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断することを可能にす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、半導体基板を備える板状の加工対象物の切断予定ラインに沿って、加工対象物の厚さ方向に並ぶように、切断の起点となる複数列の改質領域を半導体基板の内部に形成するレーザ加工方法であって、加工対象物の一方の面をレーザ光入射面として、半導体基板の内部に集光点を理論上合わせて、加工対象物にレーザ光を照射することにより、複数列の改質領域のうち加工対象物の他方の面に最も近い改質領域を形成すると同時に、切断予定ラインに沿って、所定の深さを有する弱化領域を他方の面に形成する工程と、一方の面をレーザ光入射面として、半導体基板の内部に集光点を合わせて、加工対象物にレーザ光を照射することにより、複数列の改質領域のうち他方の面に最も近い改質領域以外の改質領域を形成する工程と、を含み、弱化領域は、半導体基板の内部に集光点を理論上合わせてパルス発振されたレーザ光の一部の光線がレーザ光の光軸方向にずれて集光することにより、切断予定ラインに沿って点線状に形成されることを特徴とする。
このレーザ加工方法では、切断予定ラインに沿って、加工対象物の厚さ方向に並ぶように、切断の起点となる複数列の改質領域を半導体基板の内部に形成するが、加工対象物の他方の面に最も近い改質領域を形成する際に、切断予定ラインに沿って、所定の深さを有する弱化領域を他方の面に形成する。このように、各改質領域が半導体基板の内部に形成されるため、改質領域からパーティクルが発生するのを防止することができる。しかも、所定の深さを有する弱化領域が切断予定ラインに沿って加工対象物の他方の面に形成されるため、比較的小さな外力で、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断することが可能となる。また、弱化領域が切断予定ラインに沿って点線状に形成されているため、加工対象物に外力を作用させた際に、弱化領域に応力が集中し易くなる。
なお、各改質領域は、加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物の内部において多光子吸収その他の光吸収を生じさせることで形成される。また、複数列の改質領域のうち加工対象物の他方の面に最も近い改質領域、及び弱化領域を形成する工程と、複数列の改質領域のうち加工対象物の他方の面に最も近い改質領域以外の改質領域を形成する工程とは、順序不同である。
本発明に係るレーザ加工方法においては、他方の面は、加工対象物が備える金属膜の面である場合がある。この場合であっても、所定の深さを有する弱化領域が切断予定ラインに沿って金属膜の面に形成されるため、比較的小さな外力で、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断することが可能となる。
本発明に係るレーザ加工方法においては、他方の面に最も近い改質領域と弱化領域とは、互いに離間するように形成されることが好ましい。これにより、加工対象物の他方の面に最も近い改質領域が他方の面から所定の距離だけ内側に形成されることになるため、改質領域からパーティクルが発生するのをより一層確実に防止することができる。
本発明に係るレーザ加工方法は、複数列の改質領域及び弱化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含むことが好ましい。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。
本発明に係るレーザ加工方法においては、複数列の改質領域は溶融処理領域を含む場合がある。
本発明によれば、パーティクルが発生するのを防止することができ、しかも、比較的小さな外力で、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断することが可能となる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態のレーザ加工方法では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成するためのレーザ加工方法について説明する。
材料の吸収のバンドギャップ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（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。ちなみに、溶融処理領域の形成は、多光子吸収が原因の場合のみでなく、他の吸収作用が原因の場合もある。
（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及び図１５に示すように、加工対象物１は、いわゆるＭＥＭＳウェハであり、厚さ３００μｍのシリコンウェハ（半導体基板）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、シリコンウェハ１１の裏面に形成された金属膜１７と、を備えている。機能素子１５は、例えば、機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路等であり、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。金属膜１７は金からなり、その厚さは３μｍである。
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１６に示すように、加工対象物１の裏面（他方の面）２１、すなわち金属膜１７の裏面にエキスパンドテープ２３を貼り付ける。そして、機能素子層１６を上側にして加工対象物１をレーザ加工装置の載置台（図示せず）上に固定する。
続いて、図１７に示すように、加工対象物１の表面（一方の面）３、すなわち機能素子層１６の表面をレーザ光入射面として、シリコンウェハ１１の表面から295μｍの位置（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を照射し、載置台の移動によって、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５（図１４の破線参照）に沿って集光点Ｐをスキャンする。
これにより、シリコンウェハ１１の内部における裏面２１近傍に、溶融処理領域１３１を切断予定ライン５に沿って形成すると同時に、金属膜１７に、裏面２１から所定の深さを有する弱化領域１８を切断予定ライン５に沿って形成する。なお、この場合のレーザ光の照射条件は、パルス幅１５０ｎｓ、エネルギー１５μＪである。また、上述した「シリコンウェハ１１の表面から２９５μｍの位置」は、球面収差等を考慮しない理論上の「集光点Ｐを合わせる位置」を意味している。
更に、図１８に示すように、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射し、載置台の移動によって、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５に沿って集光点Ｐをスキャンする。
この切断予定ライン５に沿った集光点Ｐのスキャンを１本の切断予定ライン５に対して５回行うが、シリコンウェハ１１の表面と集光点Ｐを合わせる位置との距離を各回毎に変えることで、溶融処理領域１３１とシリコンウェハ１１の表面との間に、５列の溶融処理領域１３２を切断予定ライン５に沿って形成する。なお、１本の切断予定ライン５に対してシリコンウェハ１１の内部に形成される溶融処理領域１３２の列数は、シリコンウェハ１１の厚さ等に応じて変化するものであり、５列に限定されない。また、溶融処理領域１３１，１３２には、クラックが混在する場合もある。
続いて、図１９に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させ、溶融処理領域１３１，１３２及び弱化領域１８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を切断する。このとき、エキスパンドテープ２３が拡張させられているため、切断されることで得られた複数の半導体チップ２５が互いに離間することになる。
以上説明したように、上述したレーザ加工方法では、各切断予定ライン５に沿って加工対象物の厚さ方向に並ぶ６列の溶融処理領域１３１，１３２を形成するが、加工対象物１の裏面２１に最も近い溶融処理領域１３１を形成する際に、裏面２１に、所定の深さを有する弱化領域１８を切断予定ライン５に沿って形成している。このとき、加工対象物１の裏面２１は金属膜１７の裏面であるが、この場合であっても、所定の深さを有する弱化領域１８が切断予定ライン５に沿って金属膜１７に形成されているため、比較的小さな外力で、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を精度良く切断することが可能となる。
また、図２０に示すように、１パルスのレーザ光Ｌの照射により形成された溶融処理領域１３１と弱化領域１８とは、互いに離間した状態で、加工対象物１の厚さ方向において対向している。これにより、加工対象物１の裏面２１に最も近い溶融処理領域１３１が裏面２１から所定の距離だけ内側に形成されることになる。そのため、溶融処理領域１３２は勿論のこと、溶融処理領域１３１からもパーティクルが発生するのを確実に防止することができる。
更に、図２０に示すように、パルス発振されたレーザ光Ｌの照射により形成された弱化領域１８は、切断予定ライン５に沿って点線状になっている。これにより、加工対象物１に対しエキスパンドテープ２３によって外力を作用させた際に、弱化領域１８に応力が集中し易くなる。そのため、より一層小さな外力で、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断することが可能となる。
ここで、シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３１が形成されると同時に、加工対象物１の裏面２１に弱化領域１８が形成される原理について説明する。シリコンウェハ１１の内部における裏面２１近傍に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射すると、図２１に示すように、球面収差の影響で、中心光線と周囲光線との集光度が劣化し、各光線が一点に集光せず、各光線、特に周囲光線の集光箇所が光軸方向にずれる。つまり、金属膜１７の内部（図２１において、金属膜１７の表面１７ａの下側）にも、一部の光線が集光することになる。これにより、加工対象物１の裏面２１、すなわち金属膜１７の裏面に、所定の深さを有する弱化領域１８が形成されることになる。なお、弱化領域１８の形成に寄与する一部の光線の集光点におけるエネルギーは小さいため、エキスパンドテープ２３が溶融等のダメージを受けることは殆どない。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、１パルスのレーザ光Ｌの照射により形成された溶融処理領域１３１と弱化領域１８とが、互いに離間した状態で、加工対象物１の厚さ方向において対向していたが、図２２に示すように、１パルスのレーザ光Ｌの照射により形成された溶融処理領域１３１と弱化領域１８とが、互いに接触し、或いは連続した状態であってもよい。この場合にも、加工対象物１において切断予定ライン５に沿った部分における裏面２１側の端部には、櫛歯状の未改質領域が残存するため、加工対象物１に外力を作用させた際に、溶融処理領域１３１及び弱化領域１８に応力が集中し易くなり、小さな外力で、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断することが可能となる。なお、この場合のレーザ光の照射条件は、パルス幅１５０ｎｓ、エネルギー１５μＪである。
また、上記実施形態では、加工対象物１の裏面２１が金属膜１７の裏面であったが、加工対象物１が金属膜１７を備えず、例えば、加工対象物１の裏面２１がシリコンウェハ１１の裏面であってもよい。そして、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ってもよい。
また、上記実施形態では、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面としたが、加工対象物１の裏面２１をレーザ光入射面としてもよい。加工対象物１の裏面２１をレーザ光入射面とする場合には、一例として、次のように加工対象物１を複数の半導体チップ２５に切断する。すなわち、機能素子層１６の表面に保護テープを貼り付け、保護テープにより機能素子層１６を保護した状態で、レーザ加工装置の載置台に、加工対象物１を保持した保護テープを固定する。そして、加工対象物１の裏面２１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を照射することにより、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３１，１３２及び弱化領域１８を形成する。続いて、載置台に固定された保護テープを加工対象物１と共に離隔させる。そして、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープ２３を貼り付けて、機能素子層１６の表面から保護テープを剥がした後、エキスパンドテープ２３を拡張させて、溶融処理領域１３１，１３２及び弱化領域１８を切断の起点として加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されることで得られた複数の半導体チップ２５を互いに離間させる。
また、上記実施形態では、シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３１，１３２を形成したが、ガラスや圧電材料等、他の材料からなるウェハの内部に、クラック領域や屈折率変化領域等、他の改質領域を形成してもよい。
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ピークパワー密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の対象となる加工対象物の平面図である。 図１４に示すXV−XV線に沿っての部分断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図である。 図１４に示すXX−XX線に沿っての部分断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法の原理を説明するための図である。 図１４に示すXX−XX線に沿っての部分断面図である。
符号の説明
１…加工対象物、３…表面（一方の面）、５…切断予定ライン、１１…シリコンウェハ（半導体基板）、１３１，１３２…溶融処理領域（改質領域）、１７…金属膜、１８…弱化領域、２１…裏面（他方の面）、Ｌ…レーザ光。

Claims (5)

  1. 半導体基板を備える板状の加工対象物の切断予定ラインに沿って、前記加工対象物の厚さ方向に並ぶように、切断の起点となる複数列の改質領域を前記半導体基板の内部に形成するレーザ加工方法であって、
    前記加工対象物の一方の面をレーザ光入射面として、前記半導体基板の内部に集光点を理論上合わせて、前記加工対象物にレーザ光を照射することにより、複数列の前記改質領域のうち前記加工対象物の他方の面に最も近い改質領域を形成すると同時に、前記切断予定ラインに沿って、所定の深さを有する弱化領域を前記他方の面に形成する工程と、
    前記一方の面をレーザ光入射面として、前記半導体基板の内部に集光点を合わせて、前記加工対象物に前記レーザ光を照射することにより、複数列の前記改質領域のうち前記他方の面に最も近い前記改質領域以外の改質領域を形成する工程と、を含み、
    前記弱化領域は、前記半導体基板の内部に集光点を理論上合わせてパルス発振された前記レーザ光の一部の光線が前記レーザ光の光軸方向にずれて集光することにより、前記切断予定ラインに沿って点線状に形成されることを特徴とするレーザ加工方法。
  2. 前記他方の面は、前記加工対象物が備える金属膜の面であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
  3. 前記他方の面に最も近い前記改質領域と前記弱化領域とは、互いに離間するように形成され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. 複数列の前記改質領域及び前記弱化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含む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. 複数列の前記改質領域は溶融処理領域を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
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