WO2004080642A1 - レーザ加工方法 - Google Patents

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WO2004080642A1
WO2004080642A1 PCT/JP2003/002943 JP0302943W WO2004080642A1 WO 2004080642 A1 WO2004080642 A1 WO 2004080642A1 JP 0302943 W JP0302943 W JP 0302943W WO 2004080642 A1 WO2004080642 A1 WO 2004080642A1
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region
modified region
cut
processed
laser beam
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PCT/JP2003/002943
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French (fr)
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Fumitsugu Fukuyo
Kenshi Fukumitsu
Naoki Uchiyama
Toshimitsu Wakuda
Kazuhiro Atsumi
Kenichi Muramatsu
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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Priority to CN038261375A priority patent/CN1758986B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method used for cutting an object to be processed such as a semiconductor material substrate, a piezoelectric material substrate, and a glass substrate.
  • the technology described in the above document is an extremely effective technology that can cut the workpiece with high precision along the line to be cut, and therefore cuts the workpiece with higher accuracy starting from the modified region. Technology was desired.
  • an object of the present invention is to provide a laser processing method that can accurately cut an object to be processed along a line to be cut.
  • a laser processing method provides a laser processing method in which a laser beam is radiated to a wafer-like processing object at a focused point, and the inside of the processing object is modified by multiphoton absorption.
  • the modified area is irradiated with a laser beam that has transparency to the non-modified area of the object to be processed and has higher absorptivity to the modified area than the non-modified area, and is to be cut.
  • the light is focused inside the object to be processed.
  • the modified region is formed inside the object to be processed by irradiating a laser beam at the same point and utilizing the phenomenon of multiphoton absorption. If there is any starting point at the position where the workpiece is cut, the workpiece can be cut by relatively small force.
  • the laser beam in the second step, has transparency to the non-reformed region of the object to be processed and has higher absorbency to the modified region than the non-modified region. Since the laser beam is irradiated along the line to be cut, the object to be processed is heated along the modified region, and stress such as thermal stress due to a temperature difference occurs.
  • This stress makes it possible to grow cracks in the thickness direction of the workpiece starting from the modified region, and to cut the workpiece by cracking. Therefore, the workpiece can be cut with a relatively small force such as stress such as thermal stress due to a temperature difference, and unnecessary cracks that deviate from the intended cutting line on the surface of the workpiece can be generated. It is possible to cut the workpiece with high accuracy.
  • the modified region is formed by locally generating multiphoton absorption inside the object to be processed.
  • the non-modified region of the object to be processed is irradiated with a laser beam having transparency. Therefore, since the laser light is hardly absorbed on the surface of the object to be processed, the surface of the object to be processed does not melt in both steps.
  • the non-modified region is a region where the modified region is not formed in the workpiece after the first step.
  • the focal point is a point where the laser light is focused.
  • the line to be cut may be a line actually drawn on the surface or inside of the object to be processed, or a virtual line.
  • the laser processing method in accordance with the present invention while locating a converging point within the wafer-shaped workpiece, the peak power density is 1 X 1 0 8 at the focal point (W / cm 2) or greater in and pulse A laser beam is irradiated under a condition of 1 ⁇ s or less to form a modified region including a crack region inside the object to be processed.
  • the modified area is irradiated with a laser beam that has a characteristic and has a higher absorptivity to the modified area than the non-modified area, and stress is applied to the location where the workpiece is cut along the line to cut.
  • a second step of generating is
  • the focal point at the focal point is adjusted to 1 ⁇ 10 8 (W / cm 2 ) or more and the focal point is adjusted inside the object to be processed.
  • the laser beam is applied under the condition that the width is 1 ⁇ s or less. Therefore, a phenomenon called optical damage occurs due to multiphoton absorption inside the object to be processed. This optical damage induces thermal strain inside the object, thereby forming a crack region inside the object. Since this crack region is an example of the modified region and the second step is equivalent to that described above, according to this laser processing method, the surface of the workpiece deviates from the line to be melted or cut. Laser processing can be performed without generating unnecessary cracks.
  • the peak power density means the electric field strength at the focal point of the pulsed laser light.
  • the laser processing method in accordance with the present invention while locating a converging point within the wafer-shaped workpiece, the peak power density is 1 X 1 0 8 at the focal point (W / cm 2) or greater in and pulse A laser beam is irradiated under the condition of a width of 1 ⁇ s or less to form a modified area including a melt-processed area inside the object to be processed.
  • the focal point at the focal point is adjusted to 1 ⁇ 10 8 (W / cm 2 ) or more and the focal point is adjusted inside the object to be processed.
  • width is irradiation with a laser beam under the following conditions 1 mu s. Therefore, The inside of the elephant is locally heated by multiphoton absorption. This heating forms a melt-processed area inside the object to be processed. Since the melt processing area is an example of the modified area and the second step is equivalent to the above-described processing, according to this laser processing method, the surface of the processing target deviates from the line to be melted or cut. Laser processing can be performed without generating unnecessary cracks.
  • An object to be processed by this laser processing method includes, for example, a member containing a semiconductor material.
  • the laser processing method in accordance with the present invention while locating a converging point within the wafer-shaped workpiece, the peak power density is 1 X 1 0 8 at the focal point (W / cm 2) or greater in and pulse
  • a laser beam is irradiated under the condition that the width is 1 ns or less, and a modified region including a refractive index change region, which is a region where a refractive index is changed, is formed inside the object to be processed.
  • the modified area is irradiated with a laser beam that has high transparency and high absorbency to the modified area compared to the non-modified area, and stresses the location where the workpiece is cut along the line to cut.
  • the focal point at the focal point is adjusted to 1 ⁇ 10 8 (W / cm 2 ) or more and the focal point is adjusted inside the object to be processed.
  • the laser beam is irradiated under the condition that the width is 1 ns or less.
  • the pulse width is made extremely short in this way and multiphoton absorption occurs inside the object to be processed, the energy due to multiphoton absorption is not converted into thermal energy, and the energy inside the object is ionized.
  • a permanent structural change such as a valence change, crystallization or polarization orientation is induced to form a refractive index change region.
  • this refractive index change region is an example of the modified region and the second step is equivalent to the above-described one, according to the laser beam processing method, the surface of the object is melted or cut from the line to be cut or cut. Laser processing becomes possible without generating unnecessary cracks.
  • the object to be processed by this laser processing method for example, A member containing glass.
  • the same laser light irradiation as in the first step is performed by adjusting the focal point to the modified region.
  • the second step even if the same laser light irradiation as in the first step is performed, scattering by the modified area ⁇ absorption of laser light due to changes in physical properties of the modified area, or generation of multiphoton absorption in the modified area
  • the object to be processed can be heated along the modified region without melting the surface of the object to be processed, and a stress such as a thermal stress due to a temperature difference can be generated.
  • the laser processing method according to the present invention is characterized in that a laser beam is irradiated by aligning a condensing point on a wafer-like processing object fixed to the surface of an expandable holding member, and Forming a modified starting region in the predetermined distance from the laser beam incident surface of the processing object along a line to be cut of the processing object by the modified region; After the step of forming the starting area, a step of irradiating the modified area with a laser beam having transparency to the non-modified area of the processing object to cut the processing object along the line to be cut. And a step of separating the respective portions of the cut object by expanding the holding member after the step of cutting the object.
  • a cutting starting region is formed inside a processing object along a desired line to cut the processing object by a modified region formed by multiphoton absorption. Can be. Then, by irradiating a laser beam having transparency to a non-modified region (a part other than the modified region in the processing object) along the cutting line to the processing object, the cutting starting region is set as a starting point. As a result, a crack is generated in the object to be processed, and the object to be processed can be cut accurately along the line to be cut. Moreover, by expanding the holding member to which the workpiece is fixed, the respective parts of the workpiece are separated from each other, so that the reliability of cutting the workpiece along the line to be cut is further improved. Can be done.
  • the laser processing method according to the present invention is characterized in that the laser processing method is A laser beam is irradiated to the inside of the wafer-shaped object to be focused at a focusing point, and a modified region is formed inside the object to be processed. Forming a cutting origin region inside the laser beam incident surface of the object to be processed by a predetermined distance along the line, and after forming the cutting origin region, has transparency to the non-modified region of the object to be processed. After the step of irradiating the modified area with the laser beam and the step of irradiating the object to be processed, the holding member is expanded to cut the object to be processed and separate the cut parts of the object to be processed.
  • a cutting starting point region can be formed inside the object to be processed along the line to be cut. Then, by irradiating a laser beam having transparency to the non-modified area along the line to be cut along the line to be cut, the cutting is performed with a smaller force than in a case where such irradiation is not performed. Cracks starting from the starting region can reach the front and back surfaces of the workpiece. Therefore, the holding member to which the object to be processed is fixed can be expanded with a smaller force, and the object to be processed can be accurately cut along the line to be cut. Moreover, by expanding the holding member, the respective portions of the object to be processed are separated from each other, so that the reliability of cutting the object along the line to be cut can be further improved. it can.
  • the cutting starting point area means an area that becomes a starting point of cutting when the object to be processed is cut. Therefore, the cutting starting point area is a portion of the object to be cut that is to be cut.
  • the cutting start region may be formed by forming the modified region continuously, or may be formed by forming the modified region intermittently. Further, the object to be processed is formed of a semiconductor material, and the modified region may be a melt-processed region.
  • FIG. 1 is a plan view of an object to be processed during laser processing by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the object illustrated in FIG. 1 along the line II-II.
  • FIG. 3 is a plan view of an object to be processed after laser processing by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of the object shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the workpiece shown in FIG. 3 along the line VV.
  • FIG. 6 is a plan view of a processing object cut by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the electric field intensity and the size of the crack spot in the laser beam application method according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a processing target in a first step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a sectional view of an object to be processed in a second step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a processing target in a third step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a processing target in a fourth step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of the silicon wafer cut by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance inside the silicon substrate in the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the laser processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining the laser processing method according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a processing target including a crack region during laser processing in the modified region forming step according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a processing target including a crack region during laser processing in the stress process according to the first embodiment.
  • FIG. 18 is a plan view of a processing object for describing a pattern that can be cut by the laser processing method according to the first embodiment.
  • FIG. 19 is a plan view of a processing object according to the second embodiment.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating a state where a cutting starting area is formed in the processing target according to the second embodiment.
  • FIG. 21 shows a case where a laser beam having transparency to the non-reformed region of the object to be processed according to the second embodiment and having a higher absorptivity to the modified region than the non-modified region is irradiated.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating a state in which the object to be processed according to the second embodiment is set in the film expanding apparatus.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a state where the expansion film to which the processing target according to the second embodiment is fixed is expanded.
  • FIG. 24 shows a case where a laser beam having transparency to the non-reformed region of the object to be processed according to the third embodiment and having a higher absorptivity for the modified region than the non-reformed region is irradiated.
  • the modified region is formed by multiphoton absorption.
  • Multiphoton absorption is a phenomenon that occurs when the intensity of laser light is extremely increased. First, multiphoton absorption will be briefly described.
  • the intensity of the laser beam is determined by the peak power density (W / cm 2 ) at the focal point of the laser beam.For example, when the peak power density is 1 ⁇ 10 8 (W / cm 2 ) or more, Multiphoton absorption occurs.
  • the peak power density is determined by (energy per pulse of laser light at the focal point) ⁇ (beam spot cross-sectional area of laser light X pulse width).
  • the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (W / cm 2 ) at the laser beam converging point.
  • FIG. 1 is a plan view of the processing target 1 during laser processing
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the processing target 1 shown in FIG. 1 along the line II-II
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of the processing target 1 shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the line V--V of the processing target 1 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a line
  • FIG. 6 is a plan view of the processing target object 1 cut.
  • a cutting line 5 is provided on the surface 3 of the workpiece 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly.
  • the laser light L is irradiated to the processing target 1 with the focal point P being adjusted inside the processing target 1 under the condition where multiphoton absorption occurs, and the modified area 7 is formed. I do.
  • the condensing point is a point where the laser light L is condensed.
  • the focal point P is moved along the cut line 5.
  • the modified region 7 is formed only inside the object 1 along the line 5 to be cut.
  • the laser processing method according to the present embodiment does not form the modified region 7 by causing the processing target 1 to generate heat by absorbing the laser light L.
  • the modified region 7 is formed by transmitting the laser beam L to the object 1 to generate multiphoton absorption inside the object 1. Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed on the surface 3 of the processing object 1, the surface 3 of the processing object 1 is not melted.
  • the processing object 1 breaks from the starting point, so that the processing object 1 can be cut with a relatively small force as shown in FIG. Therefore, the workpiece 1 can be cut without generating unnecessary cracks on the surface 3 of the workpiece 1.
  • the following two types of cutting of the workpiece from the modified region can be considered.
  • One is a case in which an artificial force is applied to the workpiece after the formation of the modified area, whereby the workpiece is cracked starting from the modified area and the workpiece is cut.
  • This is, for example, cutting when the thickness of the object to be processed is large.
  • Applying artificial force means that, for example, thermal stress is generated by applying bending stress or shear stress to a workpiece along a line to cut the workpiece or applying a temperature difference to the workpiece. Or let them do that.
  • the other is that, by forming the modified area, the object is cut spontaneously in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece starting from the modified area, resulting in cutting of the workpiece Is the case.
  • the modified regions formed by multiphoton absorption in the present embodiment include the following (1) to (3).
  • This optical damage induces thermal strain inside the object to be processed, thereby forming a crack region inside the object to be processed.
  • the upper limit of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably, for example, 1 ns to 20011 s.
  • the formation of crack regions by multiphoton absorption is described in, for example, “Solid-state laser harmonics” on pages 23 to 28 of the 45th meeting of the Laser Thermal Processing Society of Japan (1 February 1998). Internal markings on glass substrates ”.
  • the present inventor has experimentally determined the relationship between the electric field strength and the crack size.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Light source semiconductor laser pumped N d: Y AG laser
  • the laser beam quality is TEM. . Means that it has a high light-collecting property and can collect light up to the wavelength of laser light.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of the above experiment.
  • the horizontal axis represents the peak power density, and the electric field intensity is represented by the peak power density because the I ⁇ light is a pulsed laser light.
  • the vertical axis shows the size of the crack spot formed inside the object by one pulse of laser light.
  • the size of the crack spot is the size of the largest part of the shape of the crack spot.
  • the data indicated by the black circles in the graph are when the magnification of the condenser lens (C) is 100 times and the numerical aperture (NA) is 0.80.
  • the data indicated by white circles in the graph are for the case where the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0.55. It can be seen that when the peak power density is about 101 1 (W / cm 2 ), crack spots occur inside the object to be processed, and the crack spots increase as the peak power density increases.
  • the laser beam L is applied to the processing target 1 by aligning the focal point P inside the processing target 1 under the condition where multiphoton absorption occurs, and the processing target 1 is cut inside along the cutting line.
  • a crack region 9 is formed.
  • the crack area 9 is an area including one or more crack spots. Cracks grow further starting from the crack region 9 as shown in FIG. 9, and the cracks reach the front surface 3 and the back surface 21 of the object 1 as shown in FIG. 10 and are processed as shown in FIG.
  • the work 1 is cut when the work 1 is cracked.
  • the crack reaching the front and back surfaces of the workpiece may grow spontaneously, or may grow by applying a force to the workpiece.
  • the electric field strength at the focal point should be 1 ⁇ 10 8 (W / cm 2 ) or more and the pulse width should be Irradiate under 1 ⁇ s or less.
  • This heating forms a melt-processed area inside the object to be processed.
  • the melt-processed region is a region that has once been melted and then re-solidified, a region that has just been melted, or a region that has been re-solidified from a molten state, and can also be a region that has undergone a phase change or a region in which the crystal structure has changed. .
  • a melt-processed region can also be referred to as a region in which one structure is changed to another in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure. That is, for example, a region that has changed from a single crystal structure to an amorphous structure, a region that has changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, and a region that has changed from a single crystal structure to a structure that includes an amorphous structure and a polycrystalline structure. I do.
  • the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure.
  • the pulse width is preferably, for example, 1 ns to 200 ns.
  • the present inventors have confirmed through experiments that a melt processing region is formed inside a silicon wafer.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Light source semiconductor laser pumped Nd: YAG laser
  • FIG. 1 Moving speed of the mounting table on which the object is placed: 10 Omm / sec
  • Figure 12 shows a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by laser processing under the above conditions.
  • FIG. A melt processing area 13 is formed inside the silicon wafer 11.
  • the size in the thickness direction of the melt processing region 13 formed under the above conditions is about 100 ⁇ m.
  • 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 and back sides of the silicon substrate are removed, and the transmittance is shown only inside. The above relationship was shown for each of the thicknesses t of the silicon substrate of 500 °, 100 °, 200 ⁇ m, 500 ⁇ , and 100m.
  • the laser beam must transmit more than 80% inside the silicon substrate.
  • the thickness of the silicon wafer 11 shown in Fig. 12 is 350 ⁇
  • the melted region 13 due to multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer, that is, at a portion of 17.5 ⁇ from the surface. Is done.
  • the transmittance in this case is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 ⁇ , so that the laser beam is slightly absorbed inside the silicon wafer 11 and almost all I do.
  • melt processing region 13 was formed by multiphoton absorption.
  • the formation of the melt-processed region by multiphoton absorption is described in, for example, ⁇ Picosecond pulse laser '' on page 72 to page 73 of the Welding Society of Japan Annual Meeting Summary Vol. 66 (Apr. 2000). Evaluation of silicon processing characteristics ”.
  • the silicon wafer breaks in the cross-section direction starting from the melt processing area. And the cracks reach the front and back surfaces of the silicon wafer, resulting in cutting. These cracks reaching the front and back surfaces of the silicon wafer may grow naturally or may grow by applying a force to the workpiece. In the case where cracks naturally grow on the front and back surfaces of the wafer from the melted region, cracks grow from the melted region or grow when the solidified region is re-solidified from the melted state. There are both cases. However, also in these cases, the melt processing region is formed only inside the wafer, and the cut surface after cutting has the melt processing region formed only inside as shown in FIG. In the case of forming a melt-processed area inside the object to be processed, unnecessary cracking that is off the line to be cut during the cutting is unlikely to occur, so that the cutting control is facilitated.
  • the combined inside the focal point of the laser beam processing object e.g., glass
  • the pulse width is extremely short and multiphoton absorption occurs inside the object, the energy due to the multiphoton absorption does not convert to thermal energy, and the ionic valence changes inside the object, A permanent structural change such as crystallization or polarization orientation is induced to form a refractive index change region.
  • the upper limit of the electric field strength is, for example, IX 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is, for example, preferably 11 s or less, more preferably lps or less.
  • the formation of the refractive index changing region by multiphoton absorption is described in, for example, pages 105-111 of the 42nd Laser Thermal Processing Research Group Transactions (1977-January).
  • the cases (1) to (3) have been described as the modified regions formed by multiphoton absorption.
  • the cutting starting region is taken into consideration in consideration of the crystal structure of the wafer-shaped object to be processed and its cleavage. Is formed as follows, it is possible to cut the object to be processed with a smaller force and with higher accuracy from the cutting starting point region as a starting point.
  • the substrate is cut along the (111) plane (first cleavage plane) or the (110) plane (second cleavage plane).
  • a starting region is formed.
  • a cutting start region in the direction along the (110) plane.
  • a substrate having a crystal structure of hexagonal cubic crystal system such as sapphire (A 1 2 ⁇ 3), (0 0 0 1) plane (C plane) as a principal plane (1 1 2 0) plane (A It is preferable to form a cutting start area in a direction along the (plane) or (110) plane (M plane).
  • the substrate may be formed along a direction in which the above-mentioned cutting start region is to be formed (for example, a direction along the (111) plane of the single crystal silicon substrate) or a direction perpendicular to the direction in which the cutting starting region should be formed. If the orientation flat is formed on the substrate, it is possible to easily and accurately form a cutting starting area along the direction in which the cutting starting area is to be formed on the substrate by using the orientation flat as a reference.
  • Example 1 of the present invention will be described.
  • the laser processing method according to the first embodiment includes a modified region forming step (first step) of forming a modified region by multiphoton absorption inside a processing object, and a stress at a position where the processing object is cut. And a stress step (second step) for generating the stress.
  • first step a modified region forming step
  • second step a stress step for generating the stress.
  • the same laser light irradiation is performed in the modified region forming step and the stress step. Therefore, the laser beam is irradiated under the same condition twice in the modified region forming step and the stress step by the laser processing apparatus described later.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus 100 used in the modified region forming step.
  • a laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that generates a laser light L and a laser light that controls the laser light source 101 to adjust the output and pulse width of the laser light L.
  • Light source controller 1 02 a dichroic mirror 103 having a function of reflecting the laser light L and arranged so as to change the direction of the optical axis of the laser light L by 90 °, and a laser light L reflected by the dichroic mirror 103.
  • the X-axis stage 109 for moving in the X-axis direction, the Y-axis stage 111 for moving the mounting table 107 in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, and the mounting table 107 for the X-axis and Y It comprises a Z-axis stage 113 for moving in the Z-axis direction orthogonal to the axial direction, and a stage control unit 115 for controlling the movement of these three stages 109, 111 ', 113.
  • the processing object 1 is a Pyrex (registered trademark) glass wafer.
  • the Z-axis direction is a direction orthogonal to the surface 3 of the processing target 1, it is the direction of the depth of focus of the laser light L incident on the processing target 1. Therefore, by moving the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction, the focal point P of the laser beam L can be adjusted inside the object 1 to be processed.
  • the movement of the converging point P in the X (Y) axis direction is performed by moving the workpiece 1 in the X (Y) axis direction by the X (Y) axis stage 109 (1 1 1). .
  • the laser light source 101 is an Nd: YAG laser that generates pulsed laser light.
  • Nd YV0 4 Les Ichizaya Nd: there is a YLF laser.
  • the laser light source it is preferable to use the above-mentioned laser light source when forming a crack region and a melting process region, and it is preferable to use a titanium sapphire laser when forming a refractive index changing region.
  • a pulse laser beam is used for processing the processing target 1.
  • a continuous wave laser beam may be used as long as multiphoton absorption can be caused.
  • the laser processing apparatus 100 further includes an observation light source 1 17 for generating visible light to illuminate the processing target 1 placed on the mounting table 107 with visible light, a dike opening mirror 103 and a condenser lens. For visible light arranged on the same optical axis as 105 And a beam splitter 1 19.
  • a dichroic mirror 103 is arranged between the beam splitter 1 19 and the focusing 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 °.
  • the laser processing device 100 further includes a beam splitter 1 19, a dichroic mirror 103, and an image sensor 122 and an imaging lens arranged on the same optical axis as the condensing lens 105. 1 2 3 is provided.
  • the image pickup device 1221 there is, for example, a CCD (charge-coupled device) camera.
  • the reflected visible light illuminating the surface 3 including the line 5 to be cut passes through the condenser lens 105, the dichroic mirror 103, and the beam splitter 119, and passes through the imaging lens 123. An image is formed and imaged by the image sensor 122 to become imaged data.
  • the laser processing device 100 further includes an imaging data processing unit 125 to which the imaging data output from the imaging element 122 is input, and an overall control unit 127 that controls the entire laser processing device 100. And a monitor 12 9.
  • the imaging data processing section 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 controller 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 focal point of the visible light coincides with the focal point of the laser light L.
  • the imaging data processing unit 125 calculates image data such as an enlarged image of the front surface 3 based on the imaging data.
  • This image data is sent to the overall control unit 127, where various processes are performed and sent to the monitor 127. As a result, an enlarged image or the like is displayed on the monitor 129.
  • Data from the stage control unit 115, image data from the imaging data processing unit 125, and the like are input to the overall control unit 127, and the laser light source control unit 100 is also based on these data. 2.
  • the entire laser processing apparatus 100 is controlled by controlling the observation light source 1 17 and the stage controller 1 15. Therefore, the overall control unit 127 functions as a computer unit.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining the laser processing method.
  • the light absorption characteristics of the processing target 1 are measured by a spectrophotometer (not shown) or the like. Based on this measurement result, a laser light source 101 that generates a laser beam L having a transparent wavelength or a wavelength with little absorption for the processing target 1 is selected. (S101).
  • the thickness of the object 1 to be processed is measured. Based on the thickness measurement result and the refractive index of the workpiece 1, the amount of movement of the workpiece 1 in the Z-axis direction in the laser processing apparatus 100 is determined (S103).
  • 1 is the amount of movement in the Z-axis direction. This movement amount is input to the overall control unit 127 of the laser processing apparatus 100 used in the modified region forming step.
  • the processing object 1 is placed on the mounting table 100 of the laser processing apparatus 100. Then, visible light is generated from the observation light source 1 17 to illuminate the workpiece 1 (S 105). The surface 3 of the object 1 including the illuminated cutting line 5 is imaged by the image sensor 122. This imaging data is sent to the imaging data processing unit 125. Based on the image data, the image data processing section 125 calculates focus data such that the focus of the visible light of the observation light source 117 is located on the surface 3 (S107).
  • This focus data is sent to the stage control unit 115.
  • the stage control section 115 moves the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction based on the focus data (S109). Thereby, the focus of the visible light of the observation light source 1 17 is located on the surface 3. Note that
  • the imaging data processing unit 125 includes a processing unit including the scheduled cutting line 5 based on the imaging data.
  • the enlarged image data of the surface 3 of the object 1 is calculated.
  • This enlarged image data is sent to the monitor 12 9 via the overall control unit 127, whereby an enlarged image near the line 5 to be cut is displayed on the monitor 12 9.
  • the movement amount data determined in step S103 is input to the overall control unit 127 in advance, and the movement amount data is sent to the stage control unit 115. Based on the movement amount data, the stage controller 1 15 moves the work 1 to the Z-axis by the Z-axis stage 1 13 at the position where the focal point P of the laser beam L is inside the work 1. In the direction (S111).
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the processing target 1 including a crack region 9 during laser processing in the modified region forming step. As shown in the figure, since the focal point P of the laser beam L is located inside the object 1, the crack region 9 is formed only inside the object 1. Then, along the line 5 to be cut: Move the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111 to form the crack area 9 inside the workpiece 1 along the line 5 to be cut. Yes (S111).
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the processing target 1 including a crack region 9 during laser processing in the stress step.
  • the crack grows further from the crack region 9 by the stress process, and the crack reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the object 1, and the cut surface 10 is formed on the object 1.
  • the formed and processed object 1 is cut (S115). With this, the processing target 1 Is divided into silicon chips.
  • Example 1 in the stress step, the same laser light irradiation as in the modified area forming step was performed, but the non-modified area where the crack area was not formed in the workpiece was formed. Irradiation with a laser beam that has transparency and has a higher absorptivity in the crack region than in the unmodified region may be used. Also in this case, the laser light is hardly absorbed on the surface of the object to be processed, the object to be processed is heated along the crack region, and a stress such as a thermal stress due to a temperature difference is generated.
  • the crack region is formed as the modified region.
  • stress can be generated by laser light irradiation in the stress process, and cracks can be generated and grown starting from the melt processing region and the refractive index change region, thereby cutting the workpiece.
  • the pulse laser beam L is irradiated to the line 5 to be cut under the conditions that cause multiphoton absorption and the focusing point P is set inside the object 1 to be processed.
  • the focal point P is moved along the line 5 to be cut.
  • a modified region for example, a crack region, a melt processing region, a refractive index change region
  • the workpiece can be cut by relatively small force.
  • Example 1 the stress In the process, the same laser beam irradiation as in the modified region forming process is performed to generate stress such as thermal stress due to a temperature difference. Therefore, the workpiece 1 can be cut with a relatively small force such as stress such as thermal stress due to a temperature difference. As a result, the workpiece 1 can be cut without generating unnecessary cracks off the cutting line 5 on the surface 3 of the workpiece 1.
  • the pulsed laser beam L is irradiated under the condition that multi-photon absorption occurs in the processing target 1 and the focusing point P is set inside the processing target 1. Therefore, the pulse laser beam L passes through the object 1 to be processed, and the pulse laser beam L is hardly absorbed on the surface 3 of the object 1. In the stress process, the same laser beam irradiation as in the modified region forming process is performed. Therefore, the surface 3 is not damaged by the laser beam irradiation, such as melting.
  • the processing target 1 can be cut without causing unnecessary cracks or melting off the cutting target line 5 on the surface 3 of the processing target 1. Therefore, when the object to be processed 1 is, for example, a semiconductor wafer, the semiconductor chip can be cut out from the semiconductor wafer without generating unnecessary cracks or melting off the line to be cut in the semiconductor chip.
  • the line 5 to be cut on the surface 3 of the workpiece 1 is not melted, so the width of the line 5 to be cut (this width is, for example, a semiconductor chip in the case of a semiconductor wafer). This is the distance between the regions.)
  • the number of products manufactured from one piece of the processing object 1 increases, and the productivity of the products can be improved.
  • the dicing using the diamond cutter can also perform complicated processing. For example, as shown in FIG. 18, even if the line 5 to be cut has a complicated shape, cutting can be performed.
  • FIGS. 20 to 23 are partial cross-sectional views taken along line XX-XX of the object 1 shown in FIG.
  • an expandable expansion film (holding member) 19 is attached to the back surface 21 of the object 1, and the expansion film 19 is placed on the front surface 19 a of the expansion film 19.
  • Workpiece 1 is fixed.
  • the outer peripheral portion of the extension film 19 is attached to a ring-shaped film fixing frame 20, and is fixed to the film fixing frame 20.
  • the object 1 is a silicon wafer having a thickness of 200 m.
  • the cut U consisting of the processing object 1, the extension film 19 and the film fixing frame 20 is placed on the mounting table 107 of the laser processing apparatus 100 described above, for example. It is placed so that the front surface 3 side of 1 faces the condenser lens 105. Then, the film fixing frame 20 is fixed to the mounting table 107 by the holding member 107a, and the extension film 19 is vacuum-adsorbed to the mounting table 107.
  • the planned cutting lines 5 extending in a direction parallel to and perpendicular to the orientation flat 16 of the workpiece 1 are set in a grid pattern.
  • the line to be cut is set between a circuit element formed on the wafer and a device forming surface 700 including functional elements such as a light receiving surface.
  • the device formation surface 700 is shown only partially.
  • the laser beam L 1 is irradiated while aligning the focal point P 1 with the inside of the workpiece 1, and the focal point P 1 is moved along the line 5 to be cut.
  • the modified region 7 is formed inside the object 1 to be processed.
  • the modified starting area 7 allows the cutting starting area 8 to be located within a predetermined distance from the surface (the laser beam incident surface) 3 of the object 1. It is formed along the line 5 to be cut. Since the object to be processed 1 is a silicon wafer, a melt-processed area is formed as the modified area 7.
  • the focusing point P 2 is set within the modified region 7 of the processing target 1 to form a non-modified region of the processing target 1 (the modified region of the processing target 1).
  • Irradiated with laser light L2 which has transparency to portions other than 7), and more desirably, has a higher absorptivity in the modified region 7 than in the unmodified region.
  • the irradiation of the laser beam L2 cracks 24 are generated starting from the cutting start region 8, and the cracks 24 reach the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1.
  • the workpiece 1 is divided into a plurality of chips 25 along the line 5 to be cut.
  • a YAG laser having a wavelength of 1064 nm was used as the laser beam L2.
  • the main cause of such cracks 24 is that the workpiece 1 is heated along the line 5 to be cut by the irradiation of the laser beam L2, and thermal stress is generated in the workpiece 1.
  • the interface between the modified region and the non-modified region becomes a continuous uneven shape as shown in FIG. 12, for example, and is not a smooth surface.
  • the laser beam L2 is scattered at the interface with the region, and the peripheral portion of the modified region 7 is heated. This heating causes minute cracks and strains at the interface between the modified region 7 and the non-modified region, and a tensile stress is generated starting from these cracks and strains. Cracks 2 to 4 occur.
  • the unit U After cutting the workpiece 1 into a plurality of chips 25, the unit U is transported to the film expansion device 200. As shown in FIG. 22, the unit U has a film fixing frame 20 sandwiched between a ring-shaped receiving member 201 and a ring-shaped pressing member 202, and is fixed to the film expanding device 200. Is done. Then, a columnar pressing member 203 disposed inside the receiving member 201 is pressed against the back surface 19b of the expansion film 19 from below the unit U, and as shown in FIG. Then, the pressing member 203 is raised. As a result, the contact portion between the chips 25 on the extension film 19 is extended outward. As a result, the chips 25 are separated from each other, so that the chips 25 can be easily and reliably picked up.
  • the cutting starting region 8 is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5 by the modified region 7 formed by multiphoton absorption. be able to. Then, the laser beam L 2 having transparency to the non-reformed region of the workpiece 1 (preferably having higher absorption for the modified region 7 than the non-reformed region) is applied to the line 5 to be cut. By irradiating the workpiece 1 along the workpiece 1, a crack 24 is generated in the workpiece 1 starting from the cutting starting area 5 and the workpiece 1 can be cut accurately along the line 5 to be cut. . In addition, since the chips 25 are separated by extending the extension film 19 to which the workpiece 1 is fixed, the reliability of the cutting of the workpiece 1 along the planned cutting line 5 is improved. It can be further improved.
  • FIG. 24 is a partial cross-sectional view of the object 1 shown in FIG. 19, taken along the line XX—XX.
  • a unit U including a processing object 1, an extension film 19, and a film fixing frame 20 is prepared, and for example, inside the processing object 1 using the laser processing apparatus 100 described above.
  • a modified region 7 is formed, and the modified region 7 forms a cutting starting point region 8 along the scheduled cutting line 5 inside a predetermined distance from the surface 3 of the workpiece 1.
  • the object to be processed 1 is a silicon wafer having a thickness of 300 im.
  • the modified region 7 is irradiated with the laser beam L 2 having higher absorptivity than the non-modified region, and the focal point P 2 is moved along the cut line 5.
  • the illumination of this laser light L2 As a result, cracks 24 occur starting from the cutting starting area 8.
  • the thickness (300 ⁇ m) of the processing target 1 of the third embodiment is thicker than the thickness (200 ⁇ ) of the processing target 1 of the second embodiment, the crack 24 is formed by processing.
  • the object 3 does not reach the front surface 3 and the back surface 21 of the object 1, but stays inside the object 1.
  • the irradiation conditions of the laser beam L2 are the same as those in the second embodiment.
  • the unit U is conveyed to the film extending device 200.
  • the unit U is placed on the back surface 19b of the extended finolem 19 from below the unit U.
  • the pressing member 203 is pressed, and the pressing member 203 is further raised.
  • the contact portion of the extension film 19 with the workpiece 1 is extended outward.
  • the tip of the slit 24 in the processing object 1 reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the processing object 1, and the processing object 1 moves to the cutting line 5.
  • the chips 25 are separated from each other.
  • the cutting starting area 8 is formed inside the workpiece 1 along the line 5 to be cut. Can be formed. Then, the laser beam L 2 having transparency to the non-reformed region of the workpiece 1 (preferably having higher absorption for the modified region 7 than the non-reformed region) is applied to the line 5 to be cut. By irradiating the workpiece 1 along it, the crack 2 4 starting from the cutting starting area 8 can be formed with a smaller force compared to a case without such irradiation. And can be reached.
  • the extension film 19 on which the workpiece 1 is fixed can be expanded with a smaller force, and the workpiece 1 can be precisely separated along the line 5 to be cut. It becomes possible to cut. Moreover, by expanding the expansion film 19, the chips 24 are separated from each other, so that it is possible to further improve the reliability of cutting the object 1 along the line 5 to be cut.
  • the present invention is not limited to Embodiments 1 to 3 described above.
  • a material that is transparent to the material of the processing target 1 and the non-reformed region of the processing target 1, and has a higher absorbency to the modified region 7 than the non-reformed region The following two types are preferred as the type of light. That is, when the processing object 1 is a silicon wafer or a GaAs-based wafer, it is preferable to use a laser beam having a wavelength of 90 nm to 110 nm as the laser beam L2. Specifically, there is a YAG laser (wavelength 1064 nm).
  • the cracks 24 generated by the irradiation of the laser beam L2 may reach either the front surface 3 or the back surface 21 of the object 1.
  • Such control can be achieved by forming the modified region 7 by being deviated from the center position in the thickness direction of the workpiece 1 to either the front surface 3 or the back surface 21.
  • the cracks 24 reach the surface of the workpiece 1 on the side of the extension film 19 by the irradiation of the laser beam L2
  • the cutting accuracy of the workpiece 1 by the extension of the extension film 19 is further improved.
  • "forming the modified region 7 by deviating from the center position in the thickness direction of the workpiece 1 to the surface 3 side of the workpiece 1" means that the modified region 7 forming the cutting starting point region 8 is formed.
  • the region 7 is formed so as to be deviated from the position of half the thickness in the thickness direction of the workpiece 1 to the surface 3 side.
  • the modified region 7 is formed by being deviated toward the back surface 21 side of the object 1 to be processed.
  • the position of the focal point P 2 of the laser light L 2 described above was within the modified area 7 of the workpiece 1, but if the laser light L 2 is irradiated on the modified area 7, It may be near 7.
  • the object to be processed can be accurately cut along the line to be cut.

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Abstract

切断予定ラインに沿って加工対象物を精度良く切断することのできるレーザ加工方法を提供する。多光子吸収により形成される改質領域７によって、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に切断起点領域８を形成する。その後、加工対象物１の非改質領域に対して透過性を有するレーザ光Ｌ２を切断予定ライン５に沿って加工対象物１に照射することで、切断起点領域５を起点として加工対象物１に割れ２４を発生させ、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できる。しかも、加工対象物１が固定された拡張フィルム１９を拡張させることで、各チップ２５が離間することになるため、切断予定ライン５に沿った加工対象物１の切断の確実性をより一層向上させることができる。

Description

明糸田書
レーザ加工方法
技術分野
本発明は、 半導体材料基板、 圧電材料基板やガラス基板等の加工対象物の切断 に使用されるレーザ加工方法に関する。
背景技術
■従来におけるこの種の技術を開示する文献として、 国際公開第 0 2 / 2 2 3 0 1号パンフレツトを例示することができる。 この文献の明細書には、 レーザ光を 照射することにより加工対象物の内部に切断予定ラインに沿って改質領域を形成 し、 この改質領域を起点として加工対象物を切断する技術が記載されている。 発明の開示
上記文献記載の技術は、 加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断す ることのできる極めて有効な技術であるため、 改質領域を起点として加工対象物 をより一層高精度に切断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、 切断予定ラ ィンに沿って加工対象物を精度良く切断することの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、 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し、 加工対象物の内部に多光子 吸収による改質領域を形成し、 この改質領域によって、 加工対象物の切断予定ラ インに沿って加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形 成する第 1の工程と、 第 1の工程後、 加工対象物の非改質領域に対して透過性を 有しかつ非改質領域に比べ改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を改質 領域に照射し、 切断予定ラインに沿って加工対象物が切断される箇所にストレス を生じさせる第 2の工程とを備えることを特徴とする。
このレーザ加工方法によれば、 第 1の工程において、 加工対象物の内部に集光 点を合わせてレーザ光を照射しかつ多光子吸収という現象を利用することにより 、 加工対象物の内部に改質領域を形成している。 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つて切断することができ る。 このレーザ加工方法によれば、 第 2の工程において、 加工対象物の非改質領 域に対して透過性を有しかつ非改質領域に比べ改質領域に対して高い吸収性を有 するレーザ光を切断予定ラインに沿って照射するため、 加工対象物が改質領域に 沿って加熱され、 温度差による熱応力等のス トレスが生じる。 このス トレスによ り、 改質領域を起点として加工対象物の厚さ方向にクラックを成長させ、 加工対 象物を割って切断することが可能となる。 よって、 温度差による熱応力等のス ト レスといった比較的小さな力で加工対象物を切断することができるので、 加工対 象物の表面に切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく加工 対象物の高精度な切断が可能となる。
さらに、 このレーザ加工方法によれば、 第 1の工程では、 加工対象物の内部に 局所的に多光子吸収を発生させて改質領域を形成している。 第 2の工程では、 加 ェ対象物の非改質領域に対しては透過性を有するレーザ光を照射している。 よつ て、 加工対象物の表面ではレーザ光がほとんど吸収されないので、 両工程におい て、 加工対象物の表面が溶融することはない。 なお、 非改質領域とは、 第 1のェ 程後、 加工対象物において改質領域が形成されていない領域のことである。 また 、 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。
また、 本発明に係るレーザ加工方法は、 ウェハ状の加工対象物の内部に集光点 を合わせて、 集光点におけるピークパワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2 ) 以上で かつパルス幅が 1 μ s以下の条件でレーザ光を照射し、 加工対象物の内部にクラ Vク領域を含む改質領域を形成し、 この改質領域によって、 加工対象物の切断予 定ラインに沿って加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域 を形成する第 1の工程と、 第 1の工程後、 加工対象物の非改質領域に対して透過 性を有しかつ非改質領域に比べ改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を 改質領域に照射し、 切断予定ラインに沿って加工対象物が切断される箇所にスト レスを生じさせる第 2の工程とを備えることを特徴とする。
このレーザ加工方法によれば、 第 1の工程において、 加工対象物の内部に集光 点を合わせて、 集光点におけるピークパワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2) 以上 でかつパルス幅が 1 μ s以下の条件でレーザ光を照射している。 このため、 加工 対象物の内部で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。 このクラック領域は上記改質領域の一例であ りかつ第 2の工程は上述したものと同等であるので、 このレーザ加工方法によれ ば、 加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生さ せることなく、 レーザ加工が可能となる。 このレーザ加工方法の加工対象物とし ては、 例えば、 ガラスを含む部材がある。 なお、 ピークパワー密度とは、 パルス レーザ光の集光点の電界強度を意味する。
また、 本発明に係るレーザ加工方法は、 ウェハ状の加工対象物の内部に集光点 を合わせて、 集光点におけるピークパワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2) 以上で かつパルス幅が 1 μ s以下の条件でレーザ光を照射し、 加工対象物の内部に溶融 処理領域を含む改質領域を形成し、 この改質領域によって、 加工対象物の切断予 定ラインに沿って加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域 を形成する第 1の工程と、 第 1の工程後、 加工対象物の非改質領域に対して透過 性を有しかつ非改質領域に比べ改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を 改質領域に照射し、 切断予定ラインに沿って加工対象物が切断される箇所にスト レスを生じさせる第 2の工程とを備えることを特徴とする。
このレーザ加工方法によれば、 第 1の工程において、 加工対象物の内部に集光 点を合わせて、 集光点におけるピークパワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2 ) 以上 でかつパルス幅が 1 μ s以下の条件でレーザ光を照 している。 よって、 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。 この溶融処理領域は上記改質領域の一例 でありかつ第 2の工程は上述したものと同等であるので、 このレーザ加工方法に よれば、 加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発 生させることなく、 レーザ加工が可能となる。 このレーザ加工方法の加工対象物 としては、 例えば、 半導体材料を含む部材がある。
また、 本発明に係るレーザ加工方法は、 ウェハ状の加工対象物の内部に集光点 を合わせて、 集光点におけるピークパワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2 ) 以上で かつパルス幅が 1 n s以下の条件でレーザ光を照射し、 加工対象物の内部に屈折 率が変化した領域である屈折率変化領域を含む改質領域を形成し、 この改質領域 によって、 加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物のレーザ光入射面か ら所定距離内側に切断起点領域を形成する第 1の工程と、 第 1の工程後、 加工対 象物の非改質領域に対して透過性を有しかつ非改質領域に比べ改質領域に対して 高い吸収性を有するレーザ光を改質領域に照射し、 切断予定ラインに沿って加工 対象物が切断される箇所にストレスを生じさせる第 2の工程とを備えることを特 ί敫とする。
このレーザ加工方法によれば、 第 1の工程において、 加工対象物の内部に集光 点を合わせて、 集光点におけるピークパワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2 ) 以上 でかつパルス幅が 1 n s以下の条件でレーザ光を照射している。 このようにパル 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ィォ 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。 この屈折率変化領域は上記改質領域の一例でありかつ第 2の 工程は上述したものと同等であるので、 このレーザ加ェ方法によれば、 加工対象 物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく 、 レーザ加工が可能となる。 このレーザ加工方法の加工対象物としては、 例えば 、 ガラスを含む部材である。
また、 第 2の工程では、 改質領域に集光点を合わせて、 第 1の工程と同じレー ザ光照射を行うことが好ましい。 第 2の工程において第 1の工程と同じレーザ光 照射を行つても、 改質領域による散乱ゃ改質領域の物性の変化等によるレーザ光 の吸収、 或いは改質領域での多光子吸収の発生により、 加工対象物の表面を溶融 させることなく加工対象物を改質領域に沿つて加熱させ、 温度差による熱応力等 のストレスを生じさせることができる。
また、 本発明に係るレーザ加工方法は、 拡張可能な保持部材の表面に固定され たウェハ状の加ェ対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、 加ェ対象 物の内部に改質領域を形成し、 この改質領域によって、 加工対象物の切断予定ラ ィンに沿って加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形 成する工程と、 切断起点領域を形成する工程後、 加工対象物の非改質領域に対し て透過性を有するレーザ光を改質領域に照射することで、 切断予定ラインに沿つ て加工対象物を切断する工程と、 加工対象物を切断する工程後、 保持部材を拡張 させることで、 切断された加工対象物のそれぞれの部分を離間させる工程とを備 えることを特徴とする。
このレーザ加工方法においては、 多光子吸収により形成される改質領域によつ て、 加工対象物を切断すべき所望の切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に 切断起点領域を形成することができる。 そして、 非改質領域 (加工対象物におけ る改質領域以外の部分） に対して透過性を有するレーザ光を切断予定ラインに沿 つて加工対象物に照射することで、 切断起点領域を起点として加工対象物に割れ を発生させ、 切断予定ラインに沿って加工対象物を精度良く切断することができ る。 しかも、 加工対象物が固定された保持部材を拡張させることで、 加工対象物 のそれぞれの部分が離間することになるため、 切断予定ラインに沿った加工対象 物の切断の確実性をより一層向上させることができる。
また、 本発明に係るレーザ加工方法は、 拡張可能な保持部材の表面に固定され た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し、 加工対象 物の内部に改質領域を形成し、 この改質領域によって、 加工対象物の切断予定ラ ィンに沿って加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形 成する工程と、 切断起点領域を形成する工程後、 加工対象物の非改質領域に対し て透過性を有するレーザ光を改質領域に照射する工程と、 加工対象物に照射する 工程後、 保持部材を拡張させることで、 加工対象物を切断し、 かつ切断された加 工対象物のそれぞれの部分を離間させる工程とを備えることを特徴とする。 このレーザ加ェ方法においては、 上述したレーザ加工方法と同様に、 切断予定 ラインに沿つて加工対象物の内部に切断起点領域を形成することができる。 そし て、 非改質領域に対して透過性を有するレーザ光を切断予定ラインに沿って加工 対象物に照射することで、 このような照射を行わない場合に比べて小さな力によ つて、 切断起点領域を起点とした割れを加工対象物の表面と裏面とに到達させる ことができる。 したがって、 加工対象物が固定された保持部材をより小さな力で 拡張させることができ、 切断予定ラインに沿って加工対象物を精度良く切断する ことが可能になる。 しかも、 この保持部材を拡張させることで、 加工対象物のそ れぞれの部分が離間することになるため、 切断予定ラインに沿った加工対象物の 切断の確実性をより一層向上させることができる。
なお、 切断起点領域とは、 加工対象物が切断される際に切断の起点となる領域 を意味する。 したがって、 切断起点領域は、 加工対象物において切断が予定され る切断予定部である。 そして、 切断起点領域は、 改質領域が連続的に形成される ことで形成される場合もあるし、 改質領域が断続的に形成されることで形成され る場合もある。 また、 加工対象物は半導体材料により形成され、 改質領域は溶融 処理領域である場合がある。
図面の簡単な説明
図 1は、 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。 図 2は、 図 1に示す加工対象物の II一 II線に沿った断面図である。
図 3は、 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 4は、 図 3に示す加工対象物の IV— IV線に沿った断面図である。
図 5は、 図 3に示す加工対象物の V— V線に沿った断面図で る。
図 6は、 本実施形態に係るレーザ加ェ方法によって切断された加ェ対象物の平 面図である。
図 7は、 本実施形態に係るレーザ加ェ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。
図 8は、 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。
図 9は、 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。
図 1 0は、 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。
図 1 1は、 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。
図 1 2は、 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。
図 1 3は、 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。
図 1 4は、 実施例 1に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
図 1 5は、 実施例 1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 。
図 1 6は、 実施例 1に係る改質領域形成工程においてレーザ加工中のクラック 領域を含む加工対象物の断面図である。 図 1 7は、 実施例 1に係るス トレス工程においてレーザ加工中のクラック領域 を含む加工対象物の断面図である。
図 1 8は、 実施例 1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。
図 1 9は、 実施例 2に係る加ェ対象物の平面図である。
図 2 0は、 実施例 2に係る加ェ対象物に切断起点領域を形成している様子を示 す断面図である。
図 2 1は、 実施例 2に係る加工対象物の非改質領域に対して透過性を有しかつ 非改質領域に比べ改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を照射している 様子を示す断面図である。
図 2 2は、 実施例 2に係る加工対象物をフィルム拡張装置にセットした様子を 示す断面図である。
図 2 3は、 実施例 2に係る加工対象物が固定された拡張フィルムを拡張させた 様子を示す断面図である。
図 2 4は、 実施例 3に係る加工対象物の非改質領域に対して透過性を有しかつ 非改質領域に比べ改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を照射している 様子を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
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 係るレーザ加工方法は、 多光子吸収により改質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。
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 h V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 h V > 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 n h V > E e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/ c m 2) で決まり、 例えばピークパワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 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 X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/ c m 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 一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 一 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。
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 一ザ光 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 一ザ光 Lが集光した箇所のことである。
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 ェ対象物 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。
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^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、 改質領域が形成されていない部分上の表面まで 割れが先走ることがなく、 改質領域を形成した部分上の表面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 導体ウェハの厚み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、 本実施形態において多光子吸収により形成される改質領域として、 次の ( 1 ) 〜 （3 ) がある。
( 1 ) 改質領域が一つ又は複数のクラックスボット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 L i T a O 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 X 1 0 8 (W c m 2 ) 以上 でかつパルス幅が 1 μ s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ェ対象物に余計なダメージを与えずに、 加ェ対象物の内 部に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 X 1 012 (W/ cm2) である。 パルス幅は例えば 1 n s〜20011 s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 ( 1 9 98年. 1 2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 700 /ιπι、 外 径 4インチ)
(Β) レーザ
光源：半導体レーザ励起 N d ： Y AGレーザ
波長： 1064 nm
レーザ光スポッ ト断面積： 3. 14 X 1 0— 8 cm2
発振形態： Qスィツチパルス
繰り返し周波数： 100 kH z
ノ、。ルス幅： 30 n s
出力：出力く lm J/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： 6 0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： 10 Omm/秒 なお、 レーザ光品質が T EM。。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、 I ^一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スポットの 大きさを示している。 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一タは集光 用レンズ ( C ) の倍率が 1 0 0倍、 開口数 (N A) が 0 . 8 0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 5 0倍、 開口数 (N A) が 0 . 5 5の場合である。 ピークパワー密度が 1 0 1 1 (W/ c m 2) 程 度では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ェ対象物の切断のメカニズムについて図 8〜 図 1 1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 複数のクラックスポッ トを含む領域である。 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 1 0に示すようにクラックが加工対象物 1の表面 3と裏面 2 1に到達し、 図 1 1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
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 X 1 0 8 (W/ c m 2) 以上でかつパル ス幅が 1 μ s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 X 1 012 (W/ cm2) である。 パルス幅は例えば 1 n s〜 200 n s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：シリコンゥヱハ （厚さ 350 ;um、 外径 4インチ）
(B) レーザ
光源：半導体レーザ励起 N d ： YAGレーザ
波長： 1064 n m
レーザ光スポッ ト断面積： 3. 14 X 10— 8 cm2
発振形態： Qスィツチパルス
繰り返し周波数： 1 00 k H z
ノ レス幅： 30 n s
出力： 20 μ J /パルス
レーザ光品質： TEM。0
偏光特性：直線偏光
(C) 集光用レンズ
倍率： 50倍 N . A . ： 0 . 5 5
レーザ光波長に対する透過率： 6 0パーセント
( D ) 加工対象物が載置される载置台の移動速度： 1 0 O m m/秒 図 1 2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 1 1の内部に溶融処理領域 1 3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 1 3の厚さ 方向の大きさ 1 0 0 μ m程度である。
溶融処理領域 1 3が多光子吸収により形成されたことを説明する。 図 1 3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 5 0 ΠΙ、 1 0 0 Ι ΠΙ、 2 0 0 μ m、 5 0 0 μ πί, 1 0 0 0 mの各々について上記関係を示した。
例えば、 N d ： Y A Gレーザの波長である 1 0 6 4 n mにおいて、 シリコン基 板の厚みが 5 0 0 μ m以下の場合、 シリコン¾板の内部ではレーザ光が 8 0 %以 上透過することが分かる。 図 1 2に示すシリ コンゥヱハ 1 1の厚さは 3 5 0 μ πι であるので、 多光子吸収による溶融処理領域 1 3はシリコンウェハの中心付近、 つまり表面から 1 7 5 μ πιの部分に形成される。 この場合の透過率は、 厚さ 2 0 0 μ ηιのシリコンウェハを参考にすると、 9 0 %以上なので、 レーザ光がシリコ ンウェハ 1 1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 1 1の内部でレーザ光が吸収されて、 溶融処理領域 1 3が シリコンウェハ 1 1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 1 3が多光子吸収により形成さ れたことを意眛する。 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 6 6集 ( 2 0 0 0年 4月) の第 7 2頁〜第 7 3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」 に記载されている。
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、 溶融処理領域からウェハの表面と裏面に割れが自然に成長する場合に おいて、 溶融処理領域が溶融の状態から割れが成長するか、 もしくは溶融の状態 から再固化する際に割れが成長する場合のいずれもある。 ただし、 これらの場合 も溶融処理領域はウェハの内部のみに形成され、 切断後の切断面は図 1 2のよう に内部にのみ溶融処理領域が形成されている。 加ェ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。
( 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 X 1 0 8 (W/ c m 2) 以上でかつパルス幅が 1 n s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 I X 1 0 1 2 (W/ c m 2 ) である。 パルス幅は例えば 1 11 s以下が好ましく、 l p s 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 4 2回レーザ熱加工研究会論文集 （1 9 9 7年. 1 1月） の第 1 0 5頁〜第 1 1
1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、 （1 1 1 ) 面 （第 1劈開面） や （1 1 0 ) 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、 G a A sなどの閃亜鉛鉱型構造 の III一 V族化合物半導体からなる基板の場合は、 （1 1 0 ) 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 (A 1 2〇3) などの六 方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、 （0 0 0 1 ) 面 （C面） を主面として ( 1 1 2 0 ) 面 （A面） 或いは （1 1 0 0 ) 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ベき方向 (例えば、 単結晶シリコン基板 における （1 1 1 ) 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、 そのォ 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。
以下、 実施例により、 本発明についてより具体的に説明する。
[実施例 1 ]
本発明の実施例 1について説明する。 実施例 1に係るレーザ加工方法は、 加工 対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成工程 （第 1の 工程） と、 加工対象物が切断される箇所にス トレスを生じさせるス トレス工程 （ 第 2の工程） とを備えている。 実施例 1においては、 改質領域形成工程とス トレ ス工程とで同じレーザ光照射を行う。 したがって、 後述するレーザ加工装置によ り、 改質領域形成工程とス トレス工程とにおいて 2回、 同じ条件でレーザ光が照 射さ;^る。
実施例 1のレーザ加工装置について説明する。 図 1 4は改質領域形成工程で用 いられるレーザ加工装置 1 0 0の概略構成図である。 図示するように、 レーザ加 ェ装置 1 0 0は、 レーザ光 Lを発生するレーザ光源 1 0 1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 1 0 1を制御するレーザ光源制御部 1 02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ツクミラー 103と、 ダイクロイツクミラー 10 3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 10 5で集光されたレ一ザ光 Lが照射される加工対象物 1が载置される载置台 1 07 と、 载置台 1 07を X軸方向に移動させるための X軸ステージ 109と、 载置台 1 07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 1 1 1と 、 載置台 107を X軸及ぴ 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 1 1 3と、 これら三つのステージ 109, 1 1 1' 1 1 3の移動を制御 するステージ制御部 1 1 5と、 を備える。 なお、 実施例 1において、 加工対象物 1はパイレックス （登録商標） ガラスウェハである。
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 1 13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。 また、 この集光点 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 1 09 (1 1 1) により X (Y) 軸方向に移動させるこ とにより行う。
レーザ光源 101はパルスレーザ光を発生する N d ： Y AGレーザである。 レ 一ザ光源 10 1に用いることができるレーザとして、 この他、 Nd : YV04レ 一ザや Nd ： YLFレーザがある。 レーザ光源は、 クラック領域、 溶融処理領域 を形成する場合、 前述のレーザ光源を用いるのが好適であり、 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。 実施例 1では 加工対象物 1の加工にパルスレーザ光を用いているが、 多光子吸収を起こさせる ことができるなら連続波レーザ光でもよい。
レーザ加工装置 100はさらに、 載置台 107に载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 1 1 7と、 ダイク口 イツクミラー 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 1 1 9と、 を備える。 ビームスプリッタ 1 1 9と集光用レン ズ 1 0 5との間にダイクロイックミラー 1 0 3が配置されている。 ビームスプリ ッタ 1 1 9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 9 0 ° 変えるように配置されている。 観察用光源 1 1 7 から発生した可視光線はビームスプリッタ 1 1 9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ツクミラー 1 0 3及び集光用レンズ 1 0 5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。
レーザ加工装置 1 0 0はさらに、 ビームスプリッタ 1 1 9、 ダイクロイツクミ ラー 1 0 3及ぴ集光用レンズ 1 0 5と同じ光軸上に配置された撮像素子 1 2 1及 ぴ結像レンズ 1 2 3を備える。 撮像素子 1 2 1 としては例えば C C D ( 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 1 0 5、 ダイクロイツクミラー 1 0 3、 ビームスプリッタ 1 1 9を透過し、 結像レンズ 1 2 3で結像されて撮像素子 1 2 1で撮像され、 撮像データとなる。
レーザ加工装置 1 0 0はさらに、 撮像素子 1 2 1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 1 2 5と、 レーザ加工装置 1 0 0全体を制御する全 体制御部 1 2 7と、 モニタ 1 2 9と、 を備える。 撮像データ処理部 1 2 5は、 撮 像データを基にして観察用光源 1 1 7で発生した可視光の焦点を表面 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 1 1 5が Z軸ステージ 1 1 3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 1 2 5はオートフォーカスユニッ ト として機能する。 なお、 可視光の焦点はレーザ光 Lの集光点に一致している。 ま た、 撮像データ処理部 1 2 5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 1 2 7に送られ、 全体制御部 で各種処理がなされ、 モニタ 1 2 9に送られる。 これにより、 モニタ 1 2 9に拡 大画像等が表示される。 全体制御部 1 2 7には、 ステージ制御部 1 1 5からのデータ、 撮像データ処理 部 1 2 5からの画像データ等が入力され、 これらのデ一タも基にしてレーザ光源 制御部 1 0 2、 観察用光源 1 1 7及びステージ制御部 1 1 5を制御することによ り、 レーザ加工装置 1 0 0全体を制御する。 よって、 全体制御部 1 2 7はコンビ ユータユニットとして機能する。
次に、 図 1 4及び図 1 5を参照して、 実施例 1に係るレーザ加工方法について 説明する。 図 1 5は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。 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 1 0 1を選定する。 （S 1 0 1 )。 次に、 加 ェ対象物 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、 レーザ加工装置 1 0 0における加工対象物 1の Z軸方向の移動量を決定す る （S 1 0 3 )。 これは、 レーザ光 Lの集光点 Pを加工対象物 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 ェ対象物 1の Z軸方向の移動量である。 この移動量は、 改質領域形成工程で用い られるレーザ加工装置 1 0 0の全体制御部 1 2 7に入力される。
加工対彖物 1をレーザ加工装置 1 0 0の載置台 1 0 Ίに载置する。 そして、 観 察用光源 1 1 7から可視光を発生させて加工対象物 1を照明する （S 1 0 5 )。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 1 2 1により 撮像する。 この撮像データは撮像データ処理部 1 2 5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 1 2 5は観察用光源 1 1 7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 （S 1 0 7 )。
この焦点データはステージ制御部 1 1 5に送られる。 ステージ制御部 1 1 5は 、 この焦点データを基にして Z軸ステージ 1 1 3を Z軸方向の移動させる （S 1 0 9 )。 これにより、観察用光源 1 1 7の可視光の焦点が表面 3に位置する。 なお
、 撮像データ処理部 1 2 5は撮像データに基づいて、 切断予定ライン 5を含む加 ェ対象物 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 1 2 7を介してモニタ 1 2 9に送られ、 これによりモニタ 1 2 9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 1 2 7には予めステップ S 1 0 3で決定された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 1 1 5に送られる。 ステージ制 御部 1 1 5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 1 1 3により加工対象物 1を Z軸方向に移 動させる （S 1 1 1 )。
次に、 レーザ光源 1 0 1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。 図 1 6は、 改質領域形成工程にお いてレーザ加工中のクラック領域 9を含む加工対象物 1の断面図である。 図示す るように、 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、 ク ラック領域 9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 1 0 9や Y軸ステージ 1 1 1を移動させて、 クラッ ク領域 9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 （S 1 1 3 )。
改質領域を形成した後、 同じ条件でもう一度 （すなわち、 集光点 Pは改質領域 であるクラック領域 9に合わされる。）、 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に沿ってクラック領域 9に照射する。 これにより、 クラック領域 9による散乱等によるレーザ光 Lの吸収、 或いはクラック領域 9での多光子吸収 の発生により、 加工対象物 1がクラック領域 9に沿って加熱され、 温度差による 熱応力等のストレスが生じる ( S 1 1 4 )。 図 1 7は、 ストレス工程においてレー ザ加工中のクラック領域 9を含む加工対象物 1の断面図である。 図示するように 、 ストレス工程によりクラック領域 9を起点としてクラックがさらに成長しクラ ックが加工対象物 1の表面 3と裏面 2 1とに到達して、 加工対象物 1に切断面 1 0が形成され加工対象物 1が切断される ( S 1 1 5 )。 これにより、加工対象物 1 をシリコンチップに分割する。
なお、 実施例 1では、 ス トレス工程においては、 改質領域形成工程と同じレー ザ光照射を行ったが、 加工対象物においてクラック領域が形成されていない領域 である非改質領域に対して透過性を有しかつ非改質領域に比べクラック領域に対 して高い吸収性を有するレーザ光の照射であればよい。 この場合にも、 加工対象 物の表面ではレーザ光がほとんど吸収されず、 加ェ対象物がクラック領域に沿つ て加熱され、 温度差による熱応力等のストレスが生じるからである。
また、 実施例 1では、 改質領域としてクラック領域が形成される場合について 説明したが、 改質領域として上述したような溶融処理領域や屈折率変化領域が形 成される場合についても同様であり、 ストレス工程におけるレーザ光の照射によ りス トレスを生じさせ、 溶融処理領域や屈折率変化領域を起点としてクラックを 発生、 成長させて加工対象物を切断することができる。
また、 加工対象物の厚みが大きい場合等で、 ストレス工程により改質領域を起 点として成長したクラックが加工対象物の表面と裏面とに到達しない場合であつ ても、 曲げ応力やせん断応力等の人為的な力を印加することにより加工対象物を 割って切断することができる。 この人為的な力はより小さな力で足りるため、 加 ェ対象物の表面に切断予定ラインから外れた不必要な割れが発生するのを防止す ることができる。
実施例 1の効果を説明する。 これによれば、 改質領域形成工程において、 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 1 0 9 や Y軸ステージ 1 1 1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。 実施例 1によれば、 ス トレス 工程において、 改質領域成形工程と同じレーザ光照射を行って、 温度差による熱 応力等のス トレスを生じさせている。 よって、 温度差による熱応力等のス トレス といった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。
また、 実施例 1によれば、 改質領域形成工程では、 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を照射しているため、 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ではパルスレ一ザ光 Lがほとんど吸収されない。 また、 ス トレスェ 程では、 改質領域成形工程と同じレーザ光照射を行っている。 したがって、 レー ザ光の照射が原因で表面 3が溶融等のダメージを受けることはない。
以上説明したように実施例 1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が例えば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。 表面に電極パターンが形成され ている加工対象物や、 圧電素子ゥ ハや液晶等の表示装置が形成されたガラス基 板のように表面に電子デバイスが形成されている加工対象物についても同様であ る。 よって、 実施例 1によれば、 加工対象物を切断することにより作製される製 品 （例えば半導体チップ、 圧電デパイスチップ、 液晶等の表示装置） の歩留まり を向上させることができる。
また、 実施例 1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 ェ対象物 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 さる。 また、 実施例 1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ょりも複雑な加工が可能となる。 例えば 、 図 1 8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、 切断加工が可 能となる。
[実施例 2 ]
本発明の実施例 2について説明する。 なお、 図 2 0〜図 2 3は、 図 1 9に示す 加工対象物 1の XX - XX線に沿った部分断面図である。
図 1 9及び図 2 0に示すように、 加工対象物 1の裏面 2 1に拡張可能な拡張フ イルム (保持部材) 1 9を貼り付けて、 この拡張フイルム 1 9の表面 1 9 a上に 加工対象物 1を固定する。 拡張フィルム 1 9は、 その外周部分がリング状のフィ ルム固定枠 2 0に貼り付けられて、 このフィルム固定枠 2 0に固定されている。 なお、 この加工対象物 1は、 厚さ 2 0 0 mのシリコンウェハである。
このように、 加工対象物 1、 拡張フィルム 1 9及びフィルム固定枠 2 0からな るュ-ット Uを、 例えば上述のレーザ加工装置 1 0 0の载置台 1 0 7上に、 加工 対象物 1の表面 3側が集光用レンズ 1 0 5に対面するように载置する。 そして、 押え部材 1 0 7 aによりフィルム固定枠 2 0を载置台 1 0 7に固定すると共に、 拡張フィルム 1 9を载置台 1 0 7に真空吸着する。
続いて、 図 1 9に示すように、 加工対象物 1のオリエンテーションフラット 1 6に平行な方向と垂直な方向とに延在する切断予定ライン 5を格子状に設定する 。 この切断予定ラインはウェハ上に形成されている回路素子ゃ受光面などの機能 素子からなるデバイス形成面 7 0 0の間に設定されている。 尚、 図面では簡略し てデバイス形成面 7 0 0は一部のみに記載している。
そして、 図 2 0に示すように、 加工対象物 1の内部に集光点 P 1を合わせてレ 一ザ光 L 1を照射し、 その集光点 P 1を切断予定ライン 5に沿つて移動させるこ とで、 加工対象物 1の内部に改質領域 7を形成する。 この改質領域 7によって、 加工対象物 1の表面 (レーザ光入射面) 3から所定距離内側に切断起点領域 8が 切断予定ライン 5に沿って形成される。 なお、 加工対象物 1がシリコンウェハで あるため、 改質領域 7としては溶融処理領域が形成される。
続いて、 図 2 1に示すように、 加工対象物 1の改質領域 7内に集光点 P 2を合 わせて、 加工対象物 1の非改質領域 （加工対象物 1における改質領域 7以外の部 分） に対して透過性を有し、 さらに望ましくは非改質領域に比べ改質領域 7に対 して高い吸収性を有するレ一ザ光 L 2を照射し、 その集光点 P 2を切断予定ライ ン 5に沿って移動させる。 このレーザ光 L 2の照射によって、 切断起点領域 8を 起点として割れ 2 4が発生し、 この割れ 2 4が加工対象物 1の表面 3と裏面 2 1 とに到達する。 これにより、 加工対象物 1は、 切断予定ライン 5に沿って複数の チップ 2 5に分割される。 なお、 実施例 2では、 レーザ光 L 2として波長 1 0 6 4 n mの Y A Gレーザを用いた。
このような割れ 2 4の主な発生原因としては、 レーザ光 L 2の照射により切断 予定ライン 5に沿って加工対象物 1が加熱されて、 加工対象物 1に熱応力が生じ ることが挙げられる。 一例として、 レーザ光 L 2を照射すると、 改質領域と非改 質領域との界面は例えば図 1 2のように連続した凹凸状となり平滑面ではないの で、 改質領域 7と非改質領域との界面でレーザ光 L 2が散乱されて改質領域 7の 周囲部分が加熱される。 この加熱により、 改質領域 7と非改質領域との界面に微 細な亀裂や歪みが生じ、 これらの亀裂や歪みを起点として引張応力が生じること で、 改質領域 7から表面 3又は裏面 2 1へと割れ 2 4が発生する。
加工対象物 1を複数のチップ 2 5に切断した後、 ュニット Uをフィルム拡張装 置 2 0 0に搬送する。 図 2 2に示すように、 ユニット Uは、 そのフィルム固定枠 2 0がリング状の受け部材 2 0 1とリング状の押え部材 2 0 2とで挟持されて、 フィルム拡張装置 2 0 0に固定される。 そして、 受け部材 2 0 1の内側に配置さ れた円柱状の押圧部材 2 0 3をュニット Uの下側から拡張フィルム 1 9の裏面 1 9 bに押し当て、 さらに、 図 2 3に示すように押圧部材 2 0 3を上昇させる。 こ れにより、 拡張フィルム 1 9における各チップ 2 5の接触部分が外方側に拡張さ れて、 各チップ 2 5が互いに離間することになり、 各チップ 2 5を容易且つ確実 にピックァップすることが可能になる。
以上の実施例 2に係るレ一ザ加工方法においては、 多光子吸収により形成され る改質領域 7によって、 切断予定ライン 5に沿って加工対象物 1の内部に切断起 点領域 8を形成することができる。 そして、 加工対象物 1の非改質領域に対して 透過性を有する （望ましくは非改質領域に比べ改質領域 7に対して高い吸収性を 有する） レーザ光 L 2を切断予定ライン 5に沿って加工対象物 1に照射すること で、 切断起点領域 5を起点として加工対象物 1に割れ 2 4を発生させ、 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できる。 しかも、 加工 対象物 1が固定された拡張フィルム 1 9を拡張させることで、 各チップ 2 5が離 間することになるため、 切断予定ライン 5に沿った加工対象物 1の切断の確実性 をより一層向上させることができる。
[実施例 3 ]
本発明の実施例 3について説明する。 実施例 3は、 レーザ光 L 2を照射した際 に発生する割れ 2 4が加工対象物 1の表面 3と裏面 2 1とに到達しない点で、 実 施例 2と異なる。 以下、 この実施例 2との相異点を中心に説明する。 なお、 図 2 4は、 図 1 9に示す加工対象物 1の XX— XX線に沿った部分断面図である。
実施例 2と同様に、 加工対象物 1、 拡張フィルム 1 9及ぴフィルム固定枠 2 0 からなるュニット Uを用意し、 例えば上述のレーザ加工装置 1 0 0を用いて加工 対象物 1の内部に改質領域 7を形成し、 この改質領域 7によって、 加工対象物 1 の表面 3から所定距離内側に切断起点領域 8を切断予定ライン 5に沿って形成す る。 なお、 加工対象物 1は、 厚さ 3 0 0 i mのシリコンウェハである。
続いて、 図 2 4に示すように、 加工対象物 1の改質領域 7内に集光点 P 2を合 わせて、 加工対象物 1の非改質領域に対して透過性を有し、 さらに望ましくは非 改質領域に比べ改質領域 7に対して高い吸収性を有するレーザ光 L 2を照射し、 その集光点 P 2を切断予定ライン 5に沿って移動させる。 このレーザ光 L 2の照 射によって、 切断起点領域 8を起点として割れ 2 4が発生する。 ただし、 実施例 3の加工対象物 1の厚さ （ 3 0 0 μ m) は実施例 2の加工対象物 1の厚さ （2 0 0 ηα) に比べて厚いため、 割れ 2 4は、 加工対象物 1の表面 3と裏面 2 1とに は到達せず、 加工対象物 1の内部に留まる。 なお、 レーザ光 L 2の照射条件は実 施例 2と同様である。
続いて、 実施例 2と同様に、 ュニット Uをフィルム拡張装置 2 0 0に搬送する そして、 フィルム拡張装置 2 0 0において、 ュニッ ト Uの下側から拡張フィノレ ム 1 9の裏面 1 9 bに押圧部材 2 0 3押し当て、 さらに、 この押圧部材 2 0 3を 上昇させる。 これにより、 拡張フイルム 1 9における加工対象物 1の接触部分が 外方側に拡張される。 この拡張フィルム 1 9の拡張に伴い、 加工対象物 1内の割 れ 2 4の先端が加工対象物 1の表面 3と裏面 2 1とに到達して、 加工対象物 1が 切断予定ライン 5に沿って複数の各チップ 2 5に分割され、 各チップ 2 5が互い に離間することになる。
なお、 レーザ光 L 2の照射条件によっては、 レーザ光 L 2の照射時に割れ 2 4 が発生しない場合がある。 このような場合であっても、 レーザ光 L 2を照射しな い場合に比べれば、 拡張フィルム 1 9の拡張によって、 加工対象物 1を切断予定 ライン 5に沿って容易且つ高精度に分割することができる。
以上の実施例 3に係るレーザ加ェ方法においては、 上述した実施例 2に係るレ 一ザ加工方法と同様に、 切断予定ライン 5に沿って加工対象物 1の内部に切断起 点領域 8を形成することができる。 そして、 加工対象物 1の非改質領域に対して 透過性を有する （望ましくは非改質領域に比べ改質領域 7に対して高い吸収性を 有する） レーザ光 L 2を切断予定ライン 5に沿って加工対象物 1に照射すること で、 このような照射を行わない場合に比べて小さな力によって、 切断起点領域 8 を起点とした割れ 2 4を加工対象物 1の表面 3と裏面 2 1とに到達させることが できる。 したがって、 加工対象物 1が固定された拡張フィルム 1 9をより小さな 力で拡張させることができ、 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になる。 しかも、 この拡張フィルム 1 9を拡張させることで 、 各チップ 2 4が離間することになるため、 切断予定ライン 5に沿った加工対象 物 1の切断の確実性をより一層向上させることができる。
本発明は、 上述した実施例 1〜実施例 3には限定されない。
例えば、 加工対象物 1の材料、 及ぴその加工対象物 1の非改質領域に対して透 過性を有しかつ非改質領域に比べ改質領域 7に対して高い吸収性を有するレーザ 光し 2の種類としては、 次のようなものが好ましい。 すなわち、 加工対象物 1が シリコンウェハや G a A s系ウェハの場合は、 レーザ光 L 2として、 波長が 9 0 O n m〜l 1 0 O n mのレーザ光を用いることが好ましい。 具体的には、 Y A G レーザ （波長 1 0 6 4 n m) がある。
また、 レーザ光 L 2の照射により発生する割れ 2 4を加工対象物 1の表面 3又 は裏面 2 1のいずれか一方に到達させてもよい。 このような制御は、 加工対象物 1の厚さ方向における中心位置から表面 3又は裏面 2 1のいずれか一方に偏倚さ せて改質領域 7を形成することで可能になる。 特に、 レーザ光 L 2の照射により 割れ 2 4を加工対象物 1の拡張フィルム 1 9側の面に到達させると、 拡張フィル ム 1 9の拡張による加工対象物 1の割断精度をより一層向上させることができる なお、 「加工対象物 1の厚さ方向における中心位置から加工対象物 1の表面 3 側に偏倚させて改質領域 7を形成する」 とは、 切断起点領域 8を構成する改質領 域 7が、 加工対象物 1の厚さ方向における厚さの半分の位置から表面 3側に偏倚 して形成されることを意味する。 つまり、 加工対象物 1の厚さ方向における改質 領域 7の幅の中心位置が、 加工対象物 1の厚さ方向における中心位置から表面 3 側に偏倚して位置している場合を意味し、 改質領域 7の全ての部分が加工対象物 1の厚さ方向における中心位置に対して表面 3側に位置している場合のみに限る 意味ではない。 加工対象物 1の裏面 2 1側に偏倚させて改質領域 7を形成する場 合についても同様である。 また、 上述したレーザ光 L 2の集光点 P 2の位置は加工対象物 1の改質領域 7 内であつたが、 レーザ光 L 2が改質領域 7に照射されれば、 改質領域 7の近傍で あってもよレヽ。
産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明に係るレーザ加工方法によれば、 切断予定ライン に沿つて加工対象物を精度良く切断することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 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し、 前記 加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成し、 この改質領域によつて
、 前記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レーザ光入射面か ら所定距離内側に切断起点領域を形成する第 1の工程と、
前記第 1の工程後、 前記加工対象物の非改質領域に対して透過性を有しかつ前 記非改質領域に比べ前記改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を前記改 質領域に照射し、 前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物が切断される箇所 にストレスを生じさせる第 2の工程とを備えることを特徴とするレーザ加工方法 。
2 . ウェハ状の加工対象物の内部に集光点を合わせて、 集光点におけるピーク パワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2) 以上でかつパルス幅が 1 μ s以下の条件で レーザ光を照射し、 前記加工対象物の内部にクラック領域を含む改質領域を形成 し、 この改質領域によって、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工 対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する第 1の工程 と、
前記第 1の工程後、 前記加工対象物の非改質領域に対して透過性を有しかつ前 記非改質領域に比べ前記改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を前記改 質領域に照射し、 前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物が切断される箇所 にストレスを生じさせる第 2の工程とを備えることを特徴とするレーザ加工方法
3 . ウェハ状の加工対象物の内部に集光点を合わせて、 集光点におけるピーク パワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2 ) 以上でかつパルス幅が 1 μ s以下の条件で レ一ザ光を照射し、 前記加工対象物の内部に溶融処理領域を含む改質領域を形成 し、 この改質領域によって、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工 対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する第 1の工程 と、
前記第 1の工程後、 前記加工対象物の非改質領域に対して透過性を有しかつ前 記非改質領域に比べ前記改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を前記改 質領域に照射し、 前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物が切断される箇所 にス トレスを生じさせる第 2の工程とを備えることを特徴とするレーザ加工方法
4 . ウェハ状の加工対象物の内部に集光点を合わせて、 集光点におけるピーク パワー密度が 1 X 1 0 8 (W/ c m 2) 以上でかつパルス幅が 1 n s以下の条件で レーザ光を照射し、 前記加工対象物の内部に屈折率が変化した領域である屈折率 変化領域を含む改質領域を形成し、 この改質領域によって、 前記加工対象物の切 断予定ラインに沿って前記加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断 起点領域を形成する第 1の工程と、
前記第 1の工程後、 前記加工対象物の非改質領域に対して透過性を有しかつ前 記非改質領域に比べ前記改質領域に対して高い吸収性を有するレーザ光を前記改 質領域に照射し、 前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物が切断される箇所 にストレスを生じさせる第 2の工程とを備えることを特徴とするレーザ加工方法
5 . 前記第 2の工程では、 前記改質領域に集光点を合わせて、 前記第 1の工程 と同じレーザ光照射を行うことを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれ か一項記載のレーザ加工方法。
6 . 拡張可能な保持部材の表面に固定された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し、 前記加ェ対象物の内部に改質領域を形成し、 この改質領域によって、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工対象 物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、 前記切断起点領域を形成する工程後、 前記加工対象物の非改質領域に対して透 過性を有するレーザ光を前記改質領域に照射することで、 前記切断予定ラインに 沿つて前記加工対象物を切断する工程と、
前記加工対象物を切断する工程後、 前記保持部材を拡張させることで、 切断さ れた前記加工対象物のそれぞれの部分を離間させる工程とを備えることを特徴と するレーザ加工方法。
7 . 拡張可能な保持部材の表面に固定された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し、 前記加ェ対象物の内部に改質領域を形成し、 この改質領域によって、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工対象 物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、 前記切断起点領域を形成する工程後、 前記加工対象物の非改質領域に対して透 過性を有するレーザ光を前記改質領域に照射する工程と、
前記加工対象物に照射する工程後、 前記保持部材を拡張させることで、 前記加 ェ対象物を切断し、 かつ切断された前記加工対象物のそれぞれの部分を離間させ る工程とを備えることを特徴とするレーザ加工方法。
8 . 前記加工対象物は半導体材料により形成され、 前記改質領域は溶融処理領 域であることを特徴とする請求の範囲第 6項又は第 7項記載のレーザ加工方法。
9 . 半導体材料からなるウェハ状の加工対象物の内部に集光点を合わせてレー ザ光を照射し、 前記加工対象物の内部に溶融処理領域を形成し、 この溶融処理領 域によって、 前記加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域 を形成する工程と、
前記切断起点領域を形成する工程後、 前記加工対象物の非改質領域に対して透 過性を有するレーザ光を前記改質領域に照射する工程と、
を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
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