JPWO2005098916A1 - レーザ加工方法及び半導体チップ - Google Patents

Abstract

複数の機能素子を含む積層部が形成された基板が厚い場合であっても、基板及び積層部の高精度な切断を可能にするレーザ加工方法を提供する。このレーザ加工方法では、裏面２１をレーザ光入射面として基板４の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することで、改質領域７１，７２，７３を基板４の内部に形成する。このとき、裏面２１に最も近い分断改質領域７２と裏面２１との間の位置にＨＣ改質領域７３を形成することで、切断予定ラインに沿った割れ２４をＨＣ改質領域７３から裏面２１に生じさせている。これにより、エキスパンドテープを基板４の裏面２１に貼り付けて拡張させると、分断改質領域７２を介して基板４から積層部１６へとスムーズに割れが進行することとなり、その結果、基板４及び積層部１６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。

Description

本発明は、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板を切断するために使用されるレーザ加工方法、及びそのようなレーザ加工方法の使用により切断された半導体チップに関する。

従来におけるこの種の技術として、ウェハ状の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、切断予定ラインに沿った改質領域を加工対象物の内部に複数列形成し、その改質領域を切断の起点とするというレーザ加工方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２０５１８０号公報

上述したようなレーザ加工方法は、加工対象物が厚い場合に特に有効となる技術である。このような技術に関連し、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板を加工対象物とし、その基板が厚い場合にも、基板及び積層部の高精度な切断を可能にする技術が望まれていた。

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、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板が厚い場合であっても、基板及び積層部の高精度な切断を可能にするレーザ加工方法、及びそのようなレーザ加工方法の使用により切断された半導体チップ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、複数の機能素子を含む積層部が表面に形成された基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで、基板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基板の内部に形成するレーザ加工方法であって、切断予定ラインに沿った第１の改質領域を複数列形成する工程と、基板の裏面に最も近い第１の改質領域と裏面との間の位置に、切断予定ラインに沿った第２の改質領域を少なくとも１列形成することで、切断予定ラインに沿った割れを第２の改質領域から裏面に生じさせる工程とを含むことを特徴とする。

このレーザ加工方法においては、例えば、エキスパンドテープ等の拡張可能フィルムを基板の裏面に貼り付けて拡張させると、切断予定ラインに沿った割れが第２の改質領域から基板の裏面に予め生じているため、第１の改質領域を介して基板から積層部へとスムーズに割れが進行することとなり、その結果、基板及び積層部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。従って、このレーザ加工方法は、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板が厚い場合であっても、基板及び積層部の高精度な切断を可能にする。

ここで、機能素子とは、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、回路として形成された回路素子等を意味する。なお、第１の改質領域及び第２の改質領域は、基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで、多光子吸収或いはそれと同等の光吸収を基板の内部で生じさせることにより形成される。

また、上記レーザ加工方法においては、基板は半導体基板であり、第１の改質領域及び第２の改質領域は溶融処理領域を含む場合がある。基板が半導体基板であると、第１の改質領域及び第２の改質領域として、溶融処理領域を含む改質領域が形成される場合がある。

また、上記レーザ加工方法においては、第１の改質領域及び第２の改質領域は、裏面をレーザ光入射面として、裏面から遠い順に一列ずつ形成されることが好ましい。これにより、各改質領域を形成するに際し、基板の裏面（レーザ光入射面）とレーザ光の集光点との間には改質領域が存在しないため、既に形成された改質領域によるレーザ光の散乱、吸収等が起こることはない。従って、各改質領域を精度良く形成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は、第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは２μＪ〜５０μＪであることが好ましい。このような条件で第１の改質領域を形成すると、基板及び積層部の切断時において、第１の改質領域を起点とした割れが切断予定ラインに沿って精度良く発生する傾向があるからである。なお、レーザ光のエネルギーが２μＪ未満になると、基板及び積層部の切断時において、第１の改質領域を起点とした割れが発生し難くなる。一方、レーザ光のエネルギーが５０μＪを超えると、基板及び積層部の切断時において、第１の改質領域を起点とした割れが切断予定ラインから外れ易くなる。

また、上記レーザ加工方法においては、第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは１μＪ〜２０μＪであることが好ましい。このような条件で第２の改質領域を形成すると、第２の改質領域を起点とした割れが基板の裏面に確実に達する傾向があるからである。なお、レーザ光のエネルギーが１μＪ未満になると、第２の改質領域を起点とした割れが基板の裏面に達し難くなる。一方、レーザ光のエネルギーが２０μＪを超えると、基板の裏面に溶融等の損傷が生じ易くなる。

また、上記レーザ加工方法においては、第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは、第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーより大きいことが好ましく、例えば、第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーを１とした場合、第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは１．６〜３．０であることが好ましい。このような条件で第１の改質領域を形成すると、基板及び積層部の切断時において、第１の改質領域を起点とした割れが切断予定ラインに沿って精度良く発生する傾向があるからである。なお、レーザ光のエネルギーが１．６未満になると、基板及び積層部の切断時において、第１の改質領域を起点とした割れが発生し難くなる。一方、レーザ光のエネルギーが３．０を超えると、基板及び積層部の切断時において、第１の改質領域を起点とした割れが切断予定ラインから外れ易くなる。

また、上記レーザ加工方法においては、隣り合う第１の改質領域のそれぞれを形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置間の距離は２４μｍ〜７０μｍであることが好ましい。このような条件で第１の改質領域を形成すると、隣り合う第１の改質領域同士が基板の厚さ方向において一続きとなる傾向があり、その結果、基板が厚い場合であっても、基板及び積層部を容易に切断することが可能になるからである。ここで、距離とは、特に断りがない限り、基板の厚さ方向に沿っての距離を意味する（以下、同じ）。

また、上記レーザ加工方法においては、第１の改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の裏面からの距離は５０μｍ〜［（基板の厚さ）×０．９］μｍであることが好ましい。このような条件で第１の改質領域を形成すると、基板が厚い場合であっても、基板及び積層部を容易に切断することが可能になるからである。

また、上記レーザ加工方法においては、第２の改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の裏面からの距離は２０μｍ〜１１０μｍであることが好ましい。このような条件で第２の改質領域を形成すると、第２の改質領域を起点とした割れが基板の裏面に確実に達する傾向があるからである。なお、裏面からの距離が２０μｍ未満になると、基板の裏面に溶融等の損傷が生じ易くなる。一方、裏面からの距離が１１０μｍを超えると、第２の改質領域を起点とした割れが基板の裏面に達し難くなる。

また、上記レーザ加工方法においては、第２の改質領域を複数列形成する場合、第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは、基板の裏面に最も近い第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーより大きいことが好ましく、例えば、基板の裏面に最も近い第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーを１とすると、第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは１．３〜３．３であることが好ましい。更に、第２の改質領域を複数列形成する場合、基板の裏面に最も近い第２の改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の裏面からの距離は２０μｍ〜１１０μｍであり、基板の裏面に二番目に近い第２の改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の裏面からの距離は１４０μｍ以下であることが好ましい。これらによれば、基板の裏面に二番目に近い第２の改質領域を形成した際に、当該第２の改質領域の形成により生じた割れが基板の裏面近傍に到達しないため、基板の裏面に最も近い第２の改質領域を形成した際に、割れの内面が溶融することで粉塵が発生するのを防止することができる。

また、上記レーザ加工方法においては、基板及び積層部を切断予定ラインに沿って切断する工程を更に含んでもよい。上述した理由から、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板が厚い場合であっても、基板及び積層部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。

更に、本発明に係る半導体チップは、基板と、機能素子を含んで基板の表面に形成された積層部とを備える半導体チップであって、基板の側面には、基板の厚さ方向において一続きとなるように、裏面に沿った第１の改質領域が複数列形成されており、側面において、裏面に最も近い第１の改質領域と裏面との間の位置には、裏面に沿った第２の改質領域が少なくとも１列形成されていることを特徴とする。

この半導体チップは、上記レーザ加工方法の使用により切断されたものといえるため、第１の改質領域及び第２の改質領域が形成された基板の側面は、凹凸が抑制された高精度な切断面となっている。

また、上記半導体チップにおいては、基板は半導体基板であり、第１の改質領域及び第２の改質領域は溶融処理領域を含む場合がある。基板が半導体基板であると、第１の改質領域及び第２の改質領域として、溶融処理領域を含む改質領域が形成される場合がある。

また、上記半導体チップにおいては、対向する第１の改質領域の裏面側端部と第２の改質領域の表面側端部との距離は１５μｍ〜６０μｍであることが好ましい。このような条件で第１の改質領域及び第２の改質領域が形成されていると、基板及び積層部の切断時において、各改質領域を起点とした割れが切断予定ラインに沿って精度良く発生する傾向があり、半導体チップの基板の側面が高精度な切断面になるからである。なお、対向する第１の改質領域の裏面側端部と第２の改質領域の表面側端部との距離が１５μｍ未満になると、基板及び積層部の切断時において各改質領域を起点とした割れが切断予定ラインから外れ易くなり、半導体チップの基板の側面が高精度な切断面になり難くなる。一方、対向する第１の改質領域の裏面側端部と第２の改質領域の表面側端部との距離が６０μｍを超えると、基板及び積層部の切断時において第１の改質領域と第２の改質領域との相互作用が小さくなり、半導体チップの基板の側面が高精度な切断面になり難くなる。

また、上記半導体チップにおいては、基板の厚さ方向における第１の改質領域の幅の合計は４０μｍ〜［（基板の厚さ）×０．９］μｍであることが好ましい。このような条件で第１の改質領域が形成されていると、基板及び積層部の切断時において、第１の改質領域を起点とした割れが切断予定ラインに沿って精度良く発生する傾向があり、半導体チップの基板の側面が高精度な切断面になるからである。なお、第１の改質領域の幅の合計が４０μｍ未満になると、基板及び積層部の切断時において第１の改質領域を起点とした割れが発生し難くなり、半導体チップの基板の側面が高精度な切断面になり難くなる。一方、第１の改質領域の幅の合計が［（基板の厚さ）×０．９］μｍを超えると、基板及び積層部の切断時において第１の改質領域を起点とした割れが切断予定ラインから外れ易くなり、半導体チップの基板の側面が高精度な切断面になり難くなる。

本発明は、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板が厚い場合であっても、基板及び積層部の高精度な切断を可能にする。

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平面図である。 図１４に示す加工対象物の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図であり、（ａ）は、加工対象物に保護テープを貼り付けた状態、（ｂ）は、加工対象物にレーザ光を照射している状態である。 本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、（ａ）は、加工対象物にエキスパンドテープを貼り付けた状態、（ｂ）は、保護テープに紫外線を照射している状態である。 本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、（ａ）は、加工対象物から保護テープを剥がした状態、（ｂ）は、エキスパンドテープを拡張させた状態である。 図１６（ｂ）に示す加工対象物のXIX−XIX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使用により切断された基板の切断面の写真を表した図である。 ＨＣ改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の裏面からの距離を４０μｍ、レーザ光のエネルギーを２０μＪとした場合における基板の裏面の写真を表した図である。 ＨＣ改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の裏面からの距離を１５μｍ、レーザ光のエネルギーを１０μＪとした場合における基板の裏面の写真を表した図である。 品質改質領域の形成条件とスカート幅との関係を示す表である。 品質改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の表面からの距離を３μｍ、レーザ光のエネルギーを１５μＪとした場合における基板の切断面の写真を表した図である。 本実施形態のレーザ加工方法の使用により切断された基板の切断面の写真を表した図である。 加工対象物を半導体チップに切断した際の平面図であり、（ａ）は、分断改質領域の形成において分断改質領域についての各種形成条件を満たしていない場合、（ｂ）は、分断改質領域の形成において分断改質領域についての各種形成条件を満たしている場合である。 １列の品質改質領域、２列の分断改質領域、及び１列のＨＣ改質領域が形成された基板の切断面の写真を表した図である。 １列の品質改質領域、２列の分断改質領域、及び２列のＨＣ改質領域が形成された基板の切断面の写真を表した図である。 １列の品質改質領域、１９領域の分断改質領域、及び２列のＨＣ改質領域が形成された基板の切断面の写真を表した図である。

符号の説明

１…加工対象物、３…表面、４…基板、４ａ…切断面（側面）、５…切断予定ライン、７…改質領域、８…切断起点領域、１３…溶融処理領域、１５…機能素子、１６…積層部、２１…裏面、２４…割れ、２５…半導体チップ、７１…品質改質領域、７２…分断改質領域（第１の改質領域）、７３…ＨＣ改質領域（第２の改質領域）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

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／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）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／ｃｍ^２）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ＬｉＴａＯ_３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１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）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１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）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^−８ｃｍ^２
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：ＴＥＭ_００
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ＴＥＭ_００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１０^１１（Ｗ／ｃｍ^２）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１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）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１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）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^−８ｃｍ^２
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：ＴＥＭ_００
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１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）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１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）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（Ａｌ_２Ｏ_３）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は、本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の平面図であり、図１５は、図１４に示す加工対象物のXV−XV線に沿っての部分断面図である。

図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、シリコンからなる厚さ２９０μｍの基板４と、複数の機能素子１５を含んで基板４の表面３に形成された積層部１６とを備えている。機能素子１５は、基板４の表面３に積層された層間絶縁膜１７ａと、層間絶縁膜１７ａ上に配置された配線層１９ａと、配線層１９ａを覆うように層間絶縁膜１７ａ上に積層された層間絶縁膜１７ｂと、層間絶縁膜１７ｂ上に配置された配線層１９ｂとを有している。配線層１９ａと基板４とは、層間絶縁膜１７ａを貫通する導電性プラグ２０ａによって電気的に接続され、配線層１９ｂと配線層１９ａとは、層間絶縁膜１７ｂを貫通する導電性プラグ２０ｂによって電気的に接続されている。

なお、機能素子１５は、基板４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が、層間絶縁膜１７ａ，１７ｂは、基板４の表面３全体を覆うように隣り合う機能素子１５，１５間に渡って形成されている。

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１６（ａ）に示すように、積層部１６を覆うように加工対象物１に保護テープ２２を貼り付ける。続いて、図１６（ｂ）に示すように、基板４の裏面２１を上方に向けて加工対象物１をレーザ加工装置の載置台（図示せず）上に固定する。このとき、積層部１６が載置台に直接接触することが保護テープ２２によって避けられるため、各機能素子１５を保護することができる。

そして、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように切断予定ライン５を格子状に設定し（図１４の破線参照）、裏面２１をレーザ光入射面として基板４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ながら、載置台の移動により切断予定ライン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６回行うが、集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離を各回毎に変えることで、表面３側から順に、１列の品質改質領域７１、３列の分断改質領域（第１の改質領域）７２、及び２列のＨＣ（ハーフカット）改質領域（第２の改質領域）７３を切断予定ライン５に沿って基板４の内部に１列ずつ形成する（各改質領域７１，７２，７３の形成条件等については後述する）。なお、基板４はシリコンからなる半導体基板であるため、各改質領域７１，７２，７３は溶融処理領域である。

このように、各改質領域７１，７２，７３を基板４の裏面２１から遠い順に一列ずつ形成することで、各改質領域７１，７２，７３を形成するに際し、レーザ光入射面である裏面２１とレーザ光Ｌの集光点Ｐとの間には改質領域が存在しないため、既に形成された改質領域によるレーザ光Ｌの散乱、吸収等が起こることはない。従って、各改質領域７１，７２，７３を切断予定ライン５に沿って基板４の内部に精度良く形成することができる。また、基板４の裏面２１をレーザ光入射面とすることで、積層部１６の切断予定ライン５上にレーザ光Ｌを反射する部材（例えば、ＴＥＧ）が存在しても、各改質領域７１，７２，７３を切断予定ライン５に沿って基板４の内部に確実に形成することができる。

ここで、品質改質領域７１の形成では、図１９に示すように、基板４の表面３と品質改質領域７１の表面側端部７１ａとの距離が５μｍ〜１５μｍとなる位置に、或いは基板４の表面３と品質改質領域７１の裏面側端部７１ｂとの距離が［（基板４の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に品質改質領域７１を１列形成する。また、分断改質領域７２の形成では、基板４の厚さ方向において一続きとなるように分断改質領域７２を３列形成する。更に、ＨＣ改質領域７３の形成では、図１６（ｂ）に示すように、ＨＣ改質領域７３を２列形成することで、切断予定ライン５に沿った割れ２４をＨＣ改質領域７３から基板４の裏面２１に生じさせる。なお、形成条件によっては、隣り合う分断改質領域７２とＨＣ改質領域７３との間にも割れ２４が生じる場合がある。

各改質領域７１，７２，７３を形成した後、図１７（ａ）に示すように、加工対象物１の基板４の裏面２１にエキスパンドテープ２３を貼り付ける。続いて、図１７（ｂ）に示すように、保護テープ２２に紫外線を照射して、その粘着力を低下させ、図１８（ａ）に示すように、加工対象物１の積層部１６から保護テープ２２を剥がす。

保護テープ２２を剥がした後、図１８（ｂ）に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させて、各改質領域７１，７２，７３を起点として割れを生じさせ、基板４及び積層部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。

以上説明したように、上記レーザ加工方法においては、切断（割れ）の起点となる品質改質領域７１、分断改質領域７２及びＨＣ改質領域７３を切断予定ライン５に沿って基板４の内部に形成している。従って、上記レーザ加工方法は、複数の機能素子１５を含む積層部１６が形成された基板４の厚さが２９０μｍというように厚い場合であっても、基板４及び積層部１６の高精度な切断を可能にする。

具体的には、上記レーザ加工方法においては、基板４の裏面２１に最も近い分断改質領域７２と裏面２１との間の位置に、ＨＣ改質領域７３を２列形成することで、切断予定ライン５に沿った割れ２４をＨＣ改質領域７３から基板４の裏面２１に生じさせている。これにより、エキスパンドテープ２３を基板４の裏面２１に貼り付けて拡張させると、厚さ方向において一続きとなるように３列形成された分断改質領域７２を介して基板４から積層部１６へとスムーズに割れが進行することとなり、その結果、基板４及び積層部１６を切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。

なお、基板４から積層部１６へとスムーズに割れを進行させることができれば、分断改質領域７２は３列に限定されない。一般的には、基板４が薄くなれば分断改質領域７２の列数を減少させ、基板４が厚くなれば分断改質領域７２の列数を増加させることになる。また、基板４から積層部１６へとスムーズに割れを進行させることができれば、分断改質領域７２は互いに離間していてもよい。更に、ＨＣ改質領域７３から基板４の裏面２１に割れ２４を確実に生じさせることができれば、ＨＣ改質領域７３は１列であってもよい。

また、上記レーザ加工方法においては、基板４の表面３と品質改質領域７１の表面側端部７１ａとの距離が５μｍ〜１５μｍとなる位置に、或いは基板４の表面３と品質改質領域７１の裏面側端部７１ｂとの距離が［（基板４の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に品質改質領域７１を形成している。このような位置に品質改質領域７１を形成すると、基板４の表面３に形成された積層部１６（ここでは、層間絶縁膜１７ａ，１７ｂ）も切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。

以上のようなレーザ加工方法の使用により切断された半導体チップ２５においては、図１８（ｂ）に示すように、各改質領域７１，７２，７３が形成された基板４の切断面（側面）４ａ、及び積層部１６の切断面（側面）１６ａは、凹凸が抑制された高精度な切断面となる。

図２０は、上記レーザ加工方法の使用により切断された基板４の切断面４ａの写真を表した図である。上述したように、基板４はシリコンからなり、その厚さは３００μｍである。各改質領域７１，７２，７３の形成条件は下記の表１の通りである。なお、表１において、集光点位置とは、レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離を意味し、エネルギーとは、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーを意味する。また、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのパルス幅は１８０ｎｓであり、切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌが照射される際に１パルスのレーザ光Ｌが照射される位置（集光点Ｐが合わされる位置）の間隔（以下、レーザ光照射位置の間隔という）は４μｍである。

このとき、基板４の厚さ方向における品質改質領域７１の幅は約２０μｍ、各分断改質領域７２の幅は約３７μｍ、各ＨＣ改質領域７３の幅は約２０μｍであった。また、表面３と品質改質領域７１の表面側端部７１ａとの距離は約７μｍ、対向する品質改質領域７１の裏面側端部７１ｂと分断改質領域７２の表面側端部７２ａとの距離は約５９μｍ、対向する分断改質領域７２の裏面側端部７２ｂとＨＣ改質領域７３の表面側端部７３ａとの距離は約２４μｍであった。更に、各分断改質領域７２は、基板４の厚さ方向において一続きとなるように形成されていた。

ところで、品質改質領域７１の幅とは、品質改質領域７１の表面側端部７１ａと裏面側端部７１ｂとの距離を意味する（図１９参照）。また、品質改質領域７１の表面側端部７１ａとは、切断予定ライン５に沿って形成された品質改質領域７１の表面３側の端部の「基板４の厚さ方向における平均的位置」を意味し、品質改質領域７１の裏面側端部７１ｂとは、切断予定ライン５に沿って形成された品質改質領域７１の裏面２１側の端部の「基板４の厚さ方向における平均的位置」を意味する。これらのことは、分断改質領域７２及びＨＣ改質領域７３についても同様である。

次に、上述した各改質領域７１，７２，７３の形成条件等について説明する。なお、以下の形成条件等は、基板４の厚さが１５０μｍ〜８００μｍの場合に特に有効である。

（１）ＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーについて
ＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、下記の表２のデータから明らかなように、１μＪ〜２０μＪであることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には１μＪ〜１０μＪであることが好ましく、同透過率が１５％以下の場合には２μＪ〜２０μＪであることが好ましい。なお、透過率は、基板４の厚さが厚く、不純物の濃度が高い場合に著しく低下する。

このような条件でＨＣ改質領域７３を形成すると、ＨＣ改質領域７３を起点とした割れ２４が基板４の裏面２１に確実に達する傾向があるからである。なお、レーザ光Ｌのエネルギーが１μＪ未満になると、ＨＣ改質領域７３を起点とした割れ２４が基板４の裏面２１に達し難くなる。一方、レーザ光Ｌのエネルギーが２０μＪを超えると、図２１に示すように、基板４の裏面２１に溶融等の損傷３０が生じ易くなる。図２１は、ＨＣ改質領域７３を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離を４０μｍ、レーザ光Ｌのエネルギーを２５μＪとした場合における基板４の裏面２１の写真を表した図である。

なお、表２のデータは、ＨＣ改質領域７３を基板４の裏面２１から２０μｍ〜１１０μｍの範囲内に１列以上形成した場合のものである。

（２）分断改質領域７２を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーについて
分断改質領域７２を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、下記の表３のデータから明らかなように、ＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーを１とした場合、１．６〜３．０であることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には１．６〜３．０であることが好ましく、同透過率が１５％以下の場合には２．３〜３．０であることが好ましい。

このような条件で分断改質領域７２を形成すると、基板４及び積層部１６の切断時において、分断改質領域７２を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く発生する傾向があるからである。なお、レーザ光Ｌのエネルギーが１．６未満になると、基板４及び積層部１６の切断時において、分断改質領域７２を起点とした割れが発生し難くなる。一方、レーザ光Ｌのエネルギーが３．０を超えると、基板４及び積層部１６の切断時において、分断改質領域７２を起点とした割れが切断予定ライン５から外れ易くなる。

また、分断改質領域７２を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、下記の表４のデータから明らかなように、２μＪ〜５０μＪであることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には２μＪ〜２０μＪであることが好ましく（より好ましくは、２μＪ〜１５μＪ）、同透過率が１５％以下の場合には３μＪ〜５０μＪであることが好ましい（より好ましくは、３μＪ〜４５μＪ）。透過率が１５％以下の場合、レーザ光Ｌのエネルギーの好適な範囲が広くなっているが、これは、透過率が低くなればなるほど、改質領域を形成するためにより大きなエネルギーが必要となるからである。

このような条件で分断改質領域７２を形成すると、基板４及び積層部１６の切断時において、分断改質領域７２を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く発生する傾向があるからである。なお、レーザ光Ｌのエネルギーが２μＪ未満になると、基板４及び積層部１６の切断時において、分断改質領域７２を起点とした割れが発生し難くなる。一方、レーザ光Ｌのエネルギーが５０μＪを超えると、基板４及び積層部１６の切断時において、分断改質領域７２を起点とした割れが切断予定ライン５から外れ易くなる。

（３）品質改質領域７１を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーについて
品質改質領域７１を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、下記の表５のデータから明らかなように、ＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーを１とした場合において、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上のときには１．４〜１．９であることが好ましく、同透過率が１５％以下のときには２．３〜３．０であることが好ましい。

このような条件で品質改質領域７１を形成すると、基板４及び積層部１６の切断時において、品質改質領域７１を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く積層部１６に達する傾向があるからである。なお、レーザ光Ｌのエネルギーが上記条件を下回ると、基板４及び積層部１６の切断時において、品質改質領域７１を起点とした割れが切断予定ライン５から外れて積層部１６に達し易くなる。一方、レーザ光Ｌのエネルギーが上記条件を上回ると、積層部１６に溶融等の損傷が生じ易くなる。

また、品質改質領域７１を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、下記の表６のデータから明らかなように、２μＪ〜５０μＪであることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には２μＪ〜２０μＪであることが好ましく（より好ましくは、２μＪ〜１５μＪ）、同透過率が１５％以下の場合には３μＪ〜５０μＪであることが好ましい（より好ましくは、３μＪ〜４５μＪ）。

このような条件で品質改質領域７１を形成すると、基板４及び積層部１６の切断時において、品質改質領域７１を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く積層部１６に達する傾向があるからである。なお、レーザ光Ｌのエネルギーが２μＪ未満になると、基板４及び積層部１６の切断時において、品質改質領域７１を起点とした割れが切断予定ライン５から外れて積層部１６に達し易くなる。一方、レーザ光Ｌのエネルギーが５０μＪを超えると、積層部１６に溶融等の損傷が生じ易くなる。

（４）分断改質領域７２の形成位置について
隣り合う分断改質領域７２のそれぞれを形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置間の距離は２４μｍ〜７０μｍであることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には３０μｍ〜７０μｍであることが好ましく、同透過率が１５％以下の場合には２４μｍ〜５０μｍであることが好ましい。このような条件で分断改質領域７２を形成すると、隣り合う分断改質領域７２，７２同士が基板４の厚さ方向において一続きとなる傾向があり、その結果、基板４が厚い場合であっても、基板４及び積層部１６を容易に切断することが可能になるからである。

また、分断改質領域７２を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離は５０μｍ〜［（基板４の厚さ）×０．９（好ましくは０．７）］μｍであることが好ましい。このような条件で分断改質領域７２を形成すると、基板４が厚い場合であっても、基板４及び積層部１６を容易に切断することが可能になるからである。

なお、隣り合う分断改質領域７２及びＨＣ改質領域７３を形成する場合、分断改質領域７２を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置は、ＨＣ改質領域７３を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置から基板４の表面３側に３０μｍ〜１００μｍの範囲内にあることが好ましい。このとき、対向する分断改質領域７２の裏面側端部とＨＣ改質領域７３の表面側端部との距離は１５μｍ〜６０μｍ（好ましくは、１５μｍ〜３５μｍ）となり、隣り合う分断改質領域７２とＨＣ改質領域７３との間にも割れ２４が生じ易くなるからである。

（５）ＨＣ改質領域７３の形成位置について
ＨＣ改質領域７３を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離は２０μｍ〜１１０μｍであることが好ましい。このような条件でＨＣ改質領域７３を形成すると、ＨＣ改質領域７３を起点とした割れ２４が基板４の裏面２１に確実に達する傾向があるからである。なお、裏面２１からの距離が２０μｍ未満になると、図２２に示すように、基板４の裏面２１に溶融等の損傷３０が生じ易くなる。図２２は、ＨＣ改質領域７３を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離を１５μｍ、レーザ光Ｌのエネルギーを１０μＪとした場合における基板４の裏面２１の写真を表した図である。一方、裏面２１からの距離が１１０μｍを超えると、ＨＣ改質領域７３を起点とした割れ２４が基板４の裏面２１に達し難くなる。なお、このとき、基板４の裏面２１とＨＣ改質領域７３の裏面側端部との距離は１０μｍ〜１００μｍとなる。

（６）対向する分断改質領域７２の裏面側端部とＨＣ改質領域７３の表面側端部との距離について
対向する分断改質領域７２の裏面側端部とＨＣ改質領域７３の表面側端部との距離は１５μｍ〜６０μｍであることが好ましく、１５μｍ〜３５μｍであることがより好ましい。このような条件で分断改質領域７２及びＨＣ改質領域７３を形成すると、基板４及び積層部２６の切断時において、各改質領域７２，７３を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く発生する傾向があり、半導体チップ２５の基板４の切断面４ａが高精度な切断面になるからである。なお、当該距離が１５μｍ未満になると、基板４及び積層部１６の切断時において各改質領域７２，７３を起点とした割れが切断予定ライン５から外れ易くなり、半導体チップ２５の基板４の切断面４ａが高精度な切断面になり難くなる。一方、当該距離が６０μｍを超えると、基板４及び積層部１６の切断時において分断改質領域７２とＨＣ改質領域７３との相互作用が小さくなり、半導体チップ２５の基板４の切断面４ａが高精度な切断面になり難くなる。

（７）対向する品質改質領域７１の裏面側端部と分断改質領域７２の表面側端部との距離について
対向する品質改質領域７１の裏面側端部と分断改質領域７２の表面側端部との距離は０μｍ〜［（基板４の厚さ）−（基板４の厚さ）×０．６］μｍであることが好ましい。このような条件で品質改質領域７１及び分断改質領域７２を形成すると、基板４及び積層部１６の切断時において、各改質領域７１，７２を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く発生する傾向があり、半導体チップ２５の基板４の切断面４ａ及び積層部１６の切断面１６ａが高精度な切断面になるからである。なお、当該距離が［（基板４の厚さ）−（基板４の厚さ）×０．６］μｍを超えると、基板４及び積層部１６の切断時において品質改質領域７１と分断改質領域７２と間で半導体チップ２５の基板４の切断面４ａが高精度な切断面になり難くなる。また、当該距離を０μｍとするのは、レーザ光Ｌの照射のみにより基板４を完全に切断するような場合である。

（８）品質改質領域７１の形成位置について
基板４の表面３と品質改質領域７１の表面側端部との距離が５μｍ〜１５μｍとなる位置に、或いは基板４の表面３と品質改質領域７１の裏面側端部との距離が［（基板４の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に品質改質領域７１を形成することが好ましい。このような条件で品質改質領域７１を形成すると、図２３に示すように、スカート幅Ｓを３μｍ以下に抑えることができ、基板４の表面３に形成された積層部１６も切断予定ライン５に沿って精度良く切断することが可能だからである。

更に、基板４の表面３と品質改質領域７１の表面側端部との距離が５μｍ〜１０μｍとなる位置に品質改質領域７１を形成すると、図２３に示すように、スカート幅Ｓを１μｍ以下に抑えることができ、基板４の表面３側の端部及び積層部１６を切断予定ライン５に沿ってより一層精度良く切断することが可能になる。また、基板４の表面３と品質改質領域７１の裏面側端部との距離については、当該距離が［５＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に品質改質領域７１を形成することが好ましく、当該距離が［５＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍ〜［１０＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に品質改質領域７１を形成することがより好ましい。このような条件で品質改質領域７１を形成すると、基板４の表面３側の端部及び積層部１６を切断予定ライン５に沿ってより一層精度良く切断することが可能だからである。

なお、図２３において、集光点位置とは、レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離を意味し、エネルギーとは、品質改質領域７１を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーを意味する。また、裏面側端部位置とは、品質改質領域７１の裏面側端部の裏面２１からの距離を意味し、幅とは、品質改質領域７１の表面側端部と裏面側端部との距離を意味し、表面側端部位置とは、品質改質領域７１の表面側端部の表面３からの距離を意味する。

また、基板４の表面３と品質改質領域７１の表面側端部との距離が５μｍ未満になると、図２４に示すように、基板４の表面３に溶融等の損傷３０が生じ易くなる。図２４は、品質改質領域７１を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の表面３からの距離を３μｍ、レーザ光Ｌのエネルギーを１５μＪとした場合における基板４の切断面の写真を表した図である。

（９）各改質領域７１，７２，７３の幅について
基板４の厚さ方向におけるＨＣ改質領域７３の幅（ＨＣ改質領域７３を複数列形成する場合には幅の合計）は１１０μｍ以下であることが好ましい。このような条件でＨＣ改質領域７３を形成すると、ＨＣ改質領域７３から基板４の裏面２１に達する亀裂２４が切断予定ライン５に沿って精度良く形成される傾向があるからである。なお、ＨＣ改質領域７３の幅が１１０μｍを超えると、ＨＣ改質領域７３から基板４の裏面２１達する亀裂２４が切断予定ライン５から外れ易くなる。

また、基板４の厚さ方向における分断改質領域７２の幅の合計は４０μｍ〜［（基板４の厚さ）×０．９］μｍであることが好ましい。このような条件で分断改質領域７２を形成すると、基板４及び積層部１６の切断時において、分断改質領域７２を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く発生する傾向があり、半導体チップ２５の基板４の切断面４ａが高精度な切断面になるからである。なお、分断改質領域７２の幅の合計が４０μｍ未満であると、基板４及び積層部１６の切断時において分断改質領域７２を起点とした割れが発生し難くなり、半導体チップ２５の基板４の切断面４ａが高精度な切断面になり難くなる。一方、分断改質領域７２の幅の合計が［（基板４の厚さ）×０．９］μｍを超えると、基板４及び積層部１６の切断時において分断改質領域７２を起点とした割れが切断予定ライン５から外れ易くなり、半導体チップ２５の基板４の切断面４ａが高精度な切断面になり難くなる。

また、基板４の厚さ方向における品質改質領域７１の幅は［（基板４の厚さ）×０．１］μｍ以下であることが好ましい。このような条件で品質改質領域７１を形成すると、基板４及び積層部１６の切断時において、品質改質領域７１を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く積層部１６に達する傾向があるからである。なお、品質改質領域７１の幅が［（基板４の厚さ）×０．１］μｍを超えると、基板４及び積層部１６の切断時において、品質改質領域７１を起点とした割れが切断予定ライン５から外れて積層部１６に達し易くなる。

次に、図２５に関する加工結果について説明する。

図２５は、上記レーザ加工方法の使用により切断された基板４の切断面４ａの写真を表した図である。上述したように、基板４はシリコンからなり、その厚さは２９０μｍである。各改質領域７１，７２，７３の形成条件は下記の表７の通りである。なお、表７において、集光点位置とは、レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離を意味し、エネルギーとは、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーを意味する。また、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのパルス幅は１５０ｎｓであり、切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌが照射される際に１パルスのレーザ光Ｌが照射される位置（集光点Ｐが合わされる位置）の間隔（以下、レーザ光照射位置の間隔という）は３．７５μｍである。

このとき、基板４の厚さ方向における品質改質領域７１の幅は約２２μｍ、各分断改質領域７２の幅は約３３μｍ、表面３側のＨＣ改質領域７３の幅は約２８μｍ、裏面２１側のＨＣ改質領域７３の幅は約２０μｍであった。また、表面３と品質改質領域７１の表面側端部７１ａとの距離は約８μｍ、対向する品質改質領域７１の裏面側端部７１ｂと分断改質領域７２の表面側端部７２ａとの距離は約２５μｍ、対向する分断改質領域７２の裏面側端部７２ｂとＨＣ改質領域７３の表面側端部７３ａとの距離は約２５μｍであった。更に、各分断改質領域７２は、基板４の厚さ方向において一続きとなるように形成されていた。

以上のように改質層を形成することで、図２０に比べて表面３側のＨＣ改質領域７３から延びる亀裂に段差が生じる（この段差により割断面が均一な面にならない）ことを抑制することができる。そして、亀裂による段差により裏面２１側のＨＣ改質領域７３形成時のレーザ入射により割断面に溶融溜まりを生じさせ、これが大きな粉塵となることを防止することができる。

このための条件として、図２０の実施例では表面３側のＨＣ改質領域７３と裏面２１側のＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光のエネルギーを同じにしていたが、本実施例では、表面３側のＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光のエネルギーは、裏面２１側のＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光のエネルギーより大きくしている。

そして、この場合においては、表面３側のＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光のエネルギーを、前述した分断改質領域７２を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギー条件と同様の条件とする。すなわち、２μＪ〜５０μＪであることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には２μＪ〜２０μＪであることが好ましく（より好ましくは、２μＪ〜１５μＪ）、同透過率が１５％以下の場合には３μＪ〜５０μＪであることが好ましい（より好ましくは、３μＪ〜４５μＪ）。

また、裏面２１側のＨＣ改質領域７３のエネルギーを１としたときの表面３側のＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光のエネルギーを、後述する分断改質領域７２を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギー条件（＝ＨＣ改質領域７３のエネルギーを１としたときの分断改質領域７２を形成する際のレーザ光のエネルギー条件）と同様の条件とする。

すなわち、裏面２１側のＨＣ改質領域７３のエネルギーを１としたときの表面３側のＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、１．３〜３．３であることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には１．３〜３．０であることが好ましく、同透過率が１５％以下の場合には１．５〜３．３であることが好ましい。

（１０）分断改質領域７２を形成する際のレーザ光ＬのエネルギーとＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーとの関係について
ＨＣ改質領域７３を複数列形成する場合、分断改質領域７２を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、下記の表８のデータから明らかなように、基板４の裏面２１に最も近いＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーを１とすると、分断改質領域７２を形成する際のレーザ光のエネルギーは１．３〜３．３であることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には１．３〜３．０であることが好ましく、同透過率が１５％以下の場合には１．５〜３．３であることが好ましい。

このような条件でＨＣ改質領域７３を複数列形成すると、基板４の裏面２１に二番目に近いＨＣ改質領域７３を形成した際に、当該ＨＣ改質領域７３の形成により生じた割れ２４が基板４の裏面２１近傍に到達しないため、基板４の裏面２１に最も近いＨＣ改質領域７３を形成した際に、割れ２４の内面が溶融することで粉塵が発生するのを防止することができる。

（１１）品質改質領域７１を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーについて
品質改質領域７１を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、下記の表９のデータから明らかなように、裏面２１側のＨＣ改質領域７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーを１とした場合において、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上のときには０．６〜１．９であることが好ましく、同透過率が１５％以下のときには０．６〜３．０であることが好ましい。

このような条件で品質改質領域７１を形成すると、基板４及び積層部１６の切断時において、品質改質領域７１を起点とした割れが切断予定ライン５に沿って精度良く積層部１６に達する傾向があるからである。なお、レーザ光Ｌのエネルギーが上記条件を下回ると、基板４及び積層部１６の切断時において、品質改質領域７１を起点とした割れが切断予定ライン５から外れて積層部１６に達し易くなる。一方、レーザ光Ｌのエネルギーが上記条件を上回ると、積層部１６に溶融等の損傷が生じ易くなる。

なお、品質改質領域７１を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーは、前述の表６のデータと同様である。すなわち、２μＪ〜５０μＪであることが好ましい。より詳細には、基板４におけるレーザ光Ｌの透過率が３０％以上の場合には２μＪ〜２０μＪであることが好ましく（より好ましくは、２μＪ〜１５μＪ）、同透過率が１５％以下の場合には３μＪ〜５０μＪであることが好ましい（より好ましくは、３μＪ〜４５μＪ）。

（１２）ＨＣ改質領域７３を複数列形成する場合における各ＨＣ改質領域７３の形成位置について
ＨＣ改質領域７３を複数列形成する場合、基板４の裏面２１に最も近いＨＣ改質領域７３を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離は２０μｍ〜１１０μｍであり、基板４の裏面２１に二番目に近いＨＣ改質領域７３を形成する際にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離は１４０μｍ以下であることが好ましい。

このような条件でＨＣ改質領域７３を複数列形成すると、基板４の裏面２１に二番目に近いＨＣ改質領域７３を形成した際に、当該ＨＣ改質領域７３の形成により生じた割れ２４が基板４の裏面２１近傍に到達しないため、基板４の裏面２１に最も近いＨＣ改質領域７３を形成した際に、割れ２４の内面が溶融することで粉塵が発生するのを防止することができる。

以上、各改質領域７１，７２，７３の形成条件等について説明したが、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのパルス幅は５００ｎｓ以下が好ましく、１０ｎｓ〜３００ｎｓがより好ましい（更に好ましくは、１００ｎｓ〜３００ｎｓ）。また、レーザ光照射位置の間隔は０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。レーザ光照射位置の間隔は、レーザの繰り返し周波数とレーザ光の移動速度とから適宜設定することが可能である。

また、分断改質領域７２の形成において、上述した分断改質領域７２についての各種形成条件を満たしていないと、図２６（ａ）に示すように、加工対象物１が半導体チップ２５に切断されない部分が生じてしまう。一方、上述した分断改質領域７２についての各種形成条件を満たしていると、図２６（ｂ）に示すように、加工対象物１の全体が半導体チップ２５に確実に切断される。

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、上記実施形態は、基板４の内部で多光子吸収を生じさせて各改質領域７１，７２，７３を形成する場合であったが、基板４の内部で多光子吸収と同等の光吸収を生じさせて各改質領域７１，７２，７３を形成することができる場合もある。

また、上記実施形態は、積層部１６側から順に、１列の品質改質領域７１、３列の分断改質領域７２、及び２列のＨＣ改質領域７３を基板４の内部に形成する場合であったが、次のように各改質領域７１，７２，７３を基板４の内部に形成してもよい。

例えば、図２７に示すように、基板４の表面３側から順に、１列の品質改質領域７１、２列の分断改質領域７２、及び１列のＨＣ改質領域７３を基板４の内部に形成してもよい。ここで、基板４はシリコンからなり、その厚さは２００μｍである。各改質領域７１，７２，７３の形成条件は下記の表１０の通りである。なお、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのパルス幅は１５０ｎｓであり、レーザ光照射位置の間隔は４μｍである。

また、図２８に示すように、基板４の表面３側から順に、１列の品質改質領域７１、２列の分断改質領域７２、及び２列のＨＣ改質領域７３を基板４の内部に形成してもよい。ここで、基板４はシリコンからなり、その厚さは３００μｍである。各改質領域７１，７２，７３の形成条件は下記の表１１の通りである。なお、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのパルス幅は１５０ｎｓであり、レーザ光照射位置の間隔は、品質改質領域７１で４μｍ、分断改質領域７２（表面３側）で１μｍ、分断改質領域７２（裏面２１側）で４μｍ、ＨＣ改質領域７３（表面３側）で４μｍ、ＨＣ改質領域７３（裏面２１側）で４μｍである。

更に、図２９に示すように、基板４の表面３側から順に、１列の品質改質領域７１、１９列の分断改質領域７２、及び２列のＨＣ改質領域７３を基板４の内部に形成してもよい。ここで、基板４はシリコンからなり、その厚さは７２５μｍである。各改質領域７１，７２，７３の形成条件は下記の表１２の通りである。なお、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのパルス幅は１５０ｎｓであり、レーザ光照射位置の間隔は４μｍである。

なお、表１０〜表１２において、集光点位置とは、レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置の裏面２１からの距離を意味し、エネルギーとは、各改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ光Ｌのエネルギーを意味する。

本発明は、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板が厚い場合であっても、基板及び積層部の高精度な切断を可能にする。

Claims (19)

1. 複数の機能素子を含む積層部が表面に形成された基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで、前記基板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基板の内部に形成するレーザ加工方法であって、
   前記切断予定ラインに沿った第１の改質領域を複数列形成する工程と、
   前記基板の裏面に最も近い前記第１の改質領域と前記裏面との間の位置に、前記切断予定ラインに沿った第２の改質領域を少なくとも１列形成することで、前記切断予定ラインに沿った割れを前記第２の改質領域から前記裏面に生じさせる工程とを含むことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記基板は半導体基板であり、前記第１の改質領域及び前記第２の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記載のレーザ加工方法。
3. 前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域は、前記裏面をレーザ光入射面として、前記裏面から遠い順に一列ずつ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. 前記第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは２μＪ〜５０μＪである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. 前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは１μＪ〜２０μＪである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。
6. 前記第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは、前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーより大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
7. 前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーを１とした場合、前記第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは１．６〜３．０であることを特徴とする請求項６記載のレーザ加工方法。
8. 隣り合う前記第１の改質領域のそれぞれを形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置間の距離は２４μｍ〜７０μｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
9. 前記第１の改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の前記裏面からの距離は５０μｍ〜［（前記基板の厚さ）×０．９］μｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
10. 前記第２の改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の前記裏面からの距離は２０μｍ〜１１０μｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
11. 前記第２の改質領域を複数列形成する場合、前記第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは、前記基板の裏面に最も近い前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーより大きいことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
12. 前記第２の改質領域を複数列形成する場合、前記基板の裏面に最も近い前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーを１とすると、前記基板の裏面から最も遠い前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは１．３〜３．３であることを特徴とする請求項１１記載のレーザ加工方法。
13. 前記第２の改質領域を複数列形成する場合、前記基板の裏面に最も近い前記第２の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーを１とすると、前記第１の改質領域を形成する際のレーザ光のエネルギーは１．３〜３．３であることを特徴とする請求項１１記載のレーザ加工方法。
14. 前記第２の改質領域を複数列形成する場合、前記基板の裏面に最も近い前記第２の改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の前記裏面からの距離は２０μｍ〜１１０μｍであり、前記基板の裏面に二番目に近い前記第２の改質領域を形成する際にレーザ光の集光点を合わせる位置の前記裏面からの距離は１４０μｍ以下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。
15. 前記基板及び前記積層部を前記切断予定ラインに沿って切断する工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
16. 基板と、機能素子を含んで前記基板の表面に形成された積層部とを備える半導体チップであって、
    前記基板の側面には、前記基板の厚さ方向において一続きとなるように、前記裏面に沿った第１の改質領域が複数列形成されており、
    前記側面において、前記裏面に最も近い前記第１の改質領域と前記裏面との間の位置には、前記裏面に沿った第２の改質領域が少なくとも１列形成されていることを特徴とする半導体チップ。
17. 前記基板は半導体基板であり、前記第１の改質領域及び前記第２の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１６記載の半導体チップ。
18. 対向する前記第１の改質領域の裏面側端部と前記第２の改質領域の表面側端部との距離は１５μｍ〜６０μｍであることを特徴とする請求項１６又は１７記載の半導体チップ。
19. 前記基板の厚さ方向における前記第１の改質領域の幅の合計は４０μｍ〜［（前記基板の厚さ）×０．９］μｍであることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項記載の半導体チップ。

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