WO2006040984A1 - レーザ加工方法 - Google Patents

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WO2006040984A1
WO2006040984A1 PCT/JP2005/018464 JP2005018464W WO2006040984A1 WO 2006040984 A1 WO2006040984 A1 WO 2006040984A1 JP 2005018464 W JP2005018464 W JP 2005018464W WO 2006040984 A1 WO2006040984 A1 WO 2006040984A1
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laser beam
region
processing
workpiece
laser
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PCT/JP2005/018464
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Inventor
Koji Kuno
Tatsuya Suzuki
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method used for cutting a plate-like workpiece.
  • Non-Patent Document 1 As a method of cutting a workpiece by laser processing, there is one described in Non-Patent Document 1 below.
  • This laser processing method described in Non-Patent Document 1 cuts a silicon wafer, uses laser light having a wavelength of about 1 m that is transmitted by silicon, and condenses the laser light inside the wafer. In this method, a modified layer is formed continuously and cut using it as a trigger.
  • Non-Patent Document 1 Kazuhisa Arai, “Laser dicing processing on semiconductor wafers”, Journal of Artillery Processing, Vol. 47, No. 5, 2003 MAY. 229—231
  • the modified region is modified inward by a predetermined distance from the incident surface.
  • the quality region may not be formed with high accuracy. In such a case, the cutting accuracy of the workpiece is reduced.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a laser that enables high-precision cutting of a plate-shaped workpiece whose incident surface of the processing laser beam is an uneven surface.
  • the purpose is to provide a processing method.
  • the laser processing method of the present invention is intended to cut the processing object by irradiating the processing laser light with the focusing point inside the plate-shaped processing object.
  • the processing laser beam is irradiated along a portion on the surface of the convex region in the line to be cut, the processing target is exposed to the outside.
  • the focusing point is aligned with the outside of the object to be processed when the processing laser light is irradiated along the part of the concave area in the planned cutting line.
  • the first and second modified regions are separately provided at a predetermined distance inward from the concave region surface and the convex region surface of the processing laser light incident surface on the processing object. Form in the process. For this reason, even if the planned cutting line extends over the concave area surface and the convex area surface of the incident surface, the first modified area is accurately placed in the concave area surface force a predetermined distance in the first step. In the second step, the second modified region can be formed with high precision inside the convex region surface force a predetermined distance. Therefore, according to the laser processing method of the present invention, it is possible to cut a plate-shaped processing target object whose incident surface of the processing laser beam is an uneven surface with high accuracy.
  • the predetermined distance between the concave region surface and the first modified region and the predetermined distance between the convex region surface and the second modified region may be the same or different from each other. Also good. Further, the order of performing the first step and the second step is not particularly limited. For example, the second step may be performed after performing the first step! /, And the first step may be performed after the second step.
  • the condensing point of the processing laser light on the concave area surface force a predetermined distance inside
  • the irradiation conditions of the processing laser light are fixed when the processing laser light irradiation conditions are changed along the part of the projected area on the cutting line.
  • the focal point of the processing laser light is positioned within a predetermined distance of the convex region surface force. Change the irradiation conditions of the processing laser beam to It is preferable to fix the irradiation condition of the processing laser beam when irradiating the processing laser beam along the portion of the concave area surface in the process.
  • the processing laser light is irradiated along the portion on the concave region surface in the planned cutting line in the first step. It is possible to follow the displacement of the incident surface in the thickness direction (for example, unevenness and waviness of the incident surface).
  • the focusing point of the processing laser light is surely positioned outside the target object. Can be made.
  • the position of the condensing point of the laser beam for processing is It is possible to follow the displacement of the incident surface in the thickness direction (for example, unevenness and waviness of the incident surface).
  • the focusing point of the processing laser light is surely positioned outside the workpiece. be able to.
  • the workpiece after forming the first and second modified regions, it is preferable to cut the workpiece along the line to be cut. As a result, the workpiece can be cut with high precision along the planned cutting line.
  • FIG. 1 is a plan view of an object to be processed in a laser cage by the laser cage method according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the cache object shown in FIG.
  • 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 line IV-IV of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V—V of the workpiece shown in FIG.
  • 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 electric field strength and crack spot size in the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a workpiece in a crack region forming step when the workpiece is cut using the laser machining method according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an object to be processed in a crack growth process when the object to be processed is cut using the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an object to be processed in a crack growth process when the object to be processed is cut using the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a processing object in a cutting process when the processing object is cut using 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 a silicon wafer cut by the laser cage method according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light and the transmittance inside the silicon substrate in the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view schematically showing an example of a processing object in the laser processing method of the present embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along arrows XV—XV in FIG.
  • FIG. 16 is a partial cross-sectional view of the object to be processed in the first step of the laser processing method of the present embodiment.
  • FIG. 17 is a partial cross-sectional view of a workpiece after the first step of the laser processing method of the present embodiment.
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view of an object to be processed in the second step of the laser processing method of the present embodiment.
  • FIG. 19 is a partial cross-sectional view of a workpiece after the second step of the laser processing method of the present embodiment.
  • the intensity of the laser beam is determined by the peak power density (WZcm 2 ) at the focal point of the laser beam.
  • WZcm 2 peak power density
  • multiphoton absorption occurs when the peak density is 1 X 10 8 (WZcm 2 ) or more.
  • the peak power density is calculated by (energy per pulse of laser beam at the focal point) ⁇ (laser beam beam cross-sectional area X pulse width).
  • the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (WZcm 2 ) at the condensing point of the laser beam.
  • a surface 3 of a wafer-like (plate-like) workpiece 1 has a scheduled cutting line 5 for cutting the workpiece 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending straight.
  • the modified region 7 is irradiated with the laser beam L with the focusing point P aligned inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs.
  • the condensing point P is a part where the laser beam is condensed.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a straight line, but may be a curved line, or may be a line actually drawn on the workpiece 1 without being limited to a virtual line.
  • the condensing point P is moved along the planned cutting line 5 by relatively moving the laser light L along the planned cutting line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 1). .
  • the modified region 7 moves along the planned cutting line 5. 1, this modified region 7 becomes the cutting start region 8.
  • the cutting starting point region 8 means a region that becomes a starting point of cutting (cracking) when the workpiece 1 is cut.
  • This cutting starting point region 8 may be formed by continuously forming the modified region 7 or may be formed by intermittently forming the modified region 7.
  • the laser processing method does not form the modified region 7 by causing the processing object 1 to generate heat when the processing object 1 absorbs the laser light L.
  • Processed object 1 mm Laser beam L is transmitted and multiphoton absorption is generated inside the processed object 1 to form a modified region 7. Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted.
  • the other is that by forming the cutting start region 8, it naturally cracks in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece 1 starting from the cutting start region 8, resulting in the processing target This is the case where object 1 is cut.
  • this can be achieved by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 in one row, and when the thickness of the workpiece 1 is large.
  • This can be achieved by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 formed in a plurality of rows in the thickness direction. Even in this natural cracking, a cutting start region 8 is formed at the location to be cut, where the crack does not run on the surface 3 of the portion corresponding to the portion where the cutting start region 8 is not formed.
  • the cleaving can be controlled well.
  • the thickness of the workpiece 1 such as a silicon wafer tends to be thin, such a cleaving method with good controllability is very effective.
  • the modified regions formed by multiphoton absorption include the following cases (1) to (3).
  • the modified region is a crack region including one or more cracks
  • the laser beam is irradiated under the condition that the electric field intensity at the focal point is 1 ⁇ 10 8 (WZcm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less.
  • the magnitude of the pulse width is a condition that allows a crack region to be formed only inside the workpiece without causing extra damage to the surface of the workpiece while causing multiphoton absorption.
  • a phenomenon called optical damage due to multiphoton absorption occurs inside the workpiece.
  • This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200 ns.
  • the formation of the crack region by multiphoton absorption is described in, for example, “Inside of glass substrate by solid-state laser harmonics” on pages 23-28 of the 45th Laser Thermal Processing Workshop Proceedings (December 1998). It is described in “Marking”.
  • the present inventor obtained the relationship between the electric field strength and the size of the crack by experiment.
  • the experimental conditions are as follows.
  • the laser beam quality is TEM.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of the experiment.
  • the horizontal axis is the peak power density. Since the laser beam is a pulsed laser beam, the electric field strength is expressed by the peak power density.
  • the vertical axis shows the size of the crack part (crack spot) formed inside the workpiece by 1 pulse of laser light. Crack spots gather to form a crack region. The size of the crack spot is the size of the maximum length of the crack spot shape.
  • the data indicated by the black circles in the graph is when the condenser lens (C) has a magnification of 100 and the numerical aperture (NA) is 0.80.
  • the data indicated by white circles in the graph is for the case where the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0.55. From the peak power density of about lO ⁇ WZcm 2 ), it can be seen that a crack spot is generated inside the cache object, and the crack spot increases as the peak power density increases.
  • FIG. 8 Under the condition that multiphoton absorption occurs, the condensing point P is aligned inside the workpiece 1 and the laser beam L is irradiated to form a crack region 9 along the planned cutting line.
  • the crack region 9 is a region including one or more cracks.
  • the crack region 9 thus formed becomes a cutting start region.
  • the crack further grows starting from the crack region 9 (that is, starting from the cutting start region), and as shown in FIG.
  • FIG. 11 when the workpiece 1 is cracked, the workpiece 1 is cut.
  • a crack that reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 may grow naturally, or may grow when a force is applied to the workpiece 1.
  • the reforming region is a melting region Condition where the focusing point is set inside the object to be processed (for example, a semiconductor material such as silicon) and the electric field strength at the focusing point is 1 X 10 8 (WZcm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less.
  • the laser beam is irradiated with.
  • the inside of the workpiece is locally heated by multiphoton absorption. By this heating, a melt processing region is formed inside the workpiece.
  • the melt treatment region is a region once solidified after melting, a region in a molten state, or a region re-solidified from a molten state, and can also be referred to as a phase-changed region or a region where the crystal structure has changed.
  • the 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.
  • a region changed to a single crystal structural force amorphous structure a region changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, a region changed to a structure including a single crystal structural force amorphous structure and a polycrystalline structure. means.
  • the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (WZcm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200 ns.
  • the inventor has confirmed through experiments that a melt-processed region is formed inside a silicon wafer.
  • the experimental conditions are as follows.
  • FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by a laser cage under the above conditions.
  • a melt processing region 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 component on the front side and the back side of the silicon substrate is removed, and the transmittance only inside is shown. The above relationship was shown for each of the silicon substrate thicknesses t of 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, 200 ⁇ m, 500 ⁇ m, and 1000 ⁇ m.
  • the thickness of the silicon substrate is 500 m or less at the wavelength of 1064 nm of the Nd: YAG laser, it can be understood that 80% or more of the laser light is transmitted inside the silicon substrate. Since the thickness of the silicon wafer 11 shown in FIG. 12 is 350 m, the melt processing region 13 by multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer 11, that is, at a portion of 175 m from the surface. In this case, the transmittance is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 m. Therefore, the laser beam is hardly absorbed inside the silicon wafer 11, and almost all is transmitted.
  • melt processing region 13 is formed by multiphoton absorption.
  • the formation of the melt processing region by multiphoton absorption is, for example, “Evaluation of processing characteristics of silicon by picosecond pulse laser” on pages 72 to 73 of the 66th Annual Meeting Summary (April 2000). It is described in.
  • the silicon wafer generates cracks by applying force in the cross-sectional direction starting from the cutting start region formed by the melt processing region, and the crack reaches the front and back surfaces of the silicon wafer. , Resulting in disconnection.
  • the cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow spontaneously, or force is applied to the silicon wafer. Sometimes it grows. Then, if the crack grows naturally on the front and back surfaces of the silicon wafer, the crack grows from the state where the melt processing area forming the cutting origin area is melted, and the cutting origin area In some cases, cracks grow when the solidified region is melted from the molten state.
  • the melt processing region is formed only inside the silicon wafer, and the melt processing region is formed only inside the cut surface after cutting as shown in FIG.
  • the cutting start region is formed in the workpiece by the melt processing region, unnecessary cracking in which the cutting starting region line force is also not easily generated at the time of cleaving, so that the cleaving control becomes easy.
  • the focusing point inside the workpiece eg glass
  • the pulse width is made extremely short and multiphoton absorption is caused to occur inside the workpiece, the energy due to multiphoton absorption does not convert to thermal energy, and the ionic valence changes inside the workpiece, A permanent structural change such as crystallization or polarization orientation is induced to form a refractive index changing region.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (WZcm 2 ).
  • the pulse width is preferably less than Ins, more preferably less than lps.
  • the formation of the refractive index change region by multiphoton absorption is described in, for example, “Femtosecond Laser Irradiation in Glasses” on pages 105 to 111 of the 42nd Laser Thermal Processing Workshop Papers (November 1997). Photo-induced structure formation ”.
  • the cases of (1) to (3) have been described as the modified regions formed by multiphoton absorption.
  • the cutting origin is considered in consideration of the crystal structure of the wafer-like workpiece and its cleavage property. If the region is formed in the following manner, the workpiece can be cut with a smaller force and a higher accuracy with the cutting starting region as a starting point.
  • the cutting origin region in the direction along the (111) plane (first cleavage plane) or the (110) plane (second cleavage plane) Is preferably formed.
  • the cutting start region in the direction along the (110) plane it is preferable to form the cutting start region in the direction along the (110) plane.
  • the field of a substrate having a hexagonal crystal structure such as sapphire (Al 2 O 3).
  • the direction in which the above-described cutting start region is to be formed (for example, the direction along the (111) plane in the single crystal silicon substrate) or! Is orthogonal to the direction in which the cutting start region is to be formed. If an orientation flat is formed on the substrate along the direction, it is possible to easily and accurately form the cutting start area along the direction in which the cutting start area is to be formed on the basis of the orientation flat. become.
  • FIG. 14 is a plan view schematically showing an example of a processing object in the laser processing method of the present embodiment.
  • FIG. 15 is a sectional view taken along arrows XV—XV in FIG.
  • the workpiece 1 also has a substrate 4 force having a convex portion 4a and a concave portion 4b located between the convex portions 4a and 4a.
  • a workpiece 1 examples include MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems).
  • the thickness d of the substrate 4 is, for example, 300 ⁇ m at the position where the convex portion 4a exists, and is, for example, 100 m at the position where the concave portion 4b exists.
  • An example of the substrate 4 is a silicon wafer.
  • the surface of the substrate 4 on the convex portion 4a and concave portion 4b side is an incident surface r of the laser beam L (processing laser beam).
  • the incident surface r is a concavo-convex surface including a convex region surface rl that is a top surface of the convex portion 4a and a concave region surface r2 that is a bottom surface of the concave portion 4b.
  • the convex region surface rl corresponds to, for example, the top surface of the convex portion 4a having a rectangular cross section.
  • the concave region surface r2 corresponds to the bottom surface of the concave portion 4b having a rectangular cross section, for example.
  • a step in the thickness direction of the workpiece 1 is provided between the concave region surface r2 and the convex region surface rl.
  • the height of the protrusion 4a (the height of the step r3) ⁇ is, for example, 200 m.
  • the recess 4b may be formed by etching the workpiece 1 such as a silicon wafer.
  • the constituent material of the convex portion 4a may be the same as or different from the constituent material of the substrate 4 other than the convex portion 4a.
  • the protrusion 4a may be made of silicon oxide, and the portion of the substrate 4 other than the protrusion 4a may have silicon force.
  • a die-sincrete is formed in a lattice shape over the concave region surface r2 and the convex region surface rl, and a planned cutting line 5 is set as a virtual line on the die cinder street.
  • the planned cutting line 5 includes a part 51a on the convex area surface rl and a part 51b on the concave area surface r2. There will be power. Note that the planned cutting line 5 is for assuming a cutting point, and the die cinder street does not have to be formed on the workpiece 1.
  • the cutting line 5 is composed of, for example, a line parallel to the orientation flat 6 of the substrate 4 and a vertical line line.
  • 16 to 19 are partial cross-sectional views of the object to be processed after each step or after each step of the laser heating method of the present embodiment.
  • the condensing point is outside the substrate 4.
  • the condensing point P is located, for example, below the surface of the substrate 4 opposite to the incident surface r. In this case, the modified region is not formed inside the substrate 4.
  • the modified region 71 (first modified region), which is the starting point of cutting, is formed inside the substrate 4 along the portion 51b on the concave region surface r2 in the planned cutting line 5. Formed.
  • the modified region 71 is formed at a distance dl from the recessed region surface r2 in the thickness direction of the workpiece 1.
  • the laser light L is collected by an objective lens 30 held by an actuator 32 that also serves as a piezo element or the like, for example.
  • the actuator 32 is connected to a controller 39 for controlling the actuator 32.
  • the position of the condensing point P in the thickness direction of the calocular object 1 can be adjusted.
  • the position of the condensing point P also depends on the emission angle of the laser light L emitted from the objective lens 30, the thickness d of the substrate 4, and the refractive index of the constituent material of the substrate 4.
  • the irradiation condition of the laser beam L is set as follows. Preferably fixed Good.
  • the laser beam L is located at a distance dl from the concave region surface r2. It is preferable to change the irradiation condition of the laser beam L so that the condensing point P of L is located.
  • the irradiation condition of the laser beam L include the position of the objective lens 30 in the thickness direction of the workpiece 1. The position of the objective lens 30 is adjusted by controlling the expansion / contraction amount of the actuator 32 by the controller 39.
  • the actuator 32 when the laser beam L is irradiated along the portion 51a on the convex region surface rl in the planned cutting line 5, the actuator 32 is expanded or contracted. Stop and fix the position of the objective lens 30 in the thickness direction of the object 1 to be fixed, and ensure that the focal point P of the laser beam L is positioned outside the object 1
  • the position of the objective lens 30 is set to the concave region.
  • the surface r2 is displaced so as to follow minute irregularities and undulations (both from several / zm to several tens / zm).
  • the modified region 71 can be formed at a certain position inside the distance dl from the concave region surface r2 along the portion 51b on the concave region surface r2 in the planned cutting line 5. That is, the modified region 71 is formed inside the concave region surface so as to follow the displacement of the incident surface r in the thickness direction of the workpiece 1.
  • the irradiation condition of the laser beam L is changed between the concave region surface r2 and the convex region surface rl, that is, at the level of the step r3, or is changed to a state where the fixed state force is also changed. It is preferable to switch from a fixed state to a fixed state.
  • a fixed state As a result, when the laser beam L is radiated along the portion 51a on the convex region surface rl in the planned cutting line 5, it is easy to reliably align the condensing point P with the outside of the workpiece 1 Become. This is particularly effective when the height ⁇ of the convex portion 4a is as large as 100 ⁇ m or more.
  • the modified surface is formed so that the modified region is formed at a position a certain distance inward from the incident surface r.
  • the position of the objective lens 30 can be adjusted (autofocus mechanism) according to the displacement of r.
  • the height ⁇ of the convex portion 4a is large, the driving amount and driving time of the actuator 32 become large, and it becomes difficult to drive the objective lens 30 following the step r3.
  • the concave area surface r 2 is such that the position of the condensing point P is inside the workpiece 1 (more preferably near the position where the modified region 71 is formed), and on the convex region surface rl, the position of the condensing point P is processed.
  • the position of the objective lens 30 is set so as to be outside the object 1, and this position is a fixed position of the objective lens 30 when the laser light L passes through the convex area surface rl, and is also determined by the actuator 32.
  • the modified region 71 can be formed at an accurate position inside the workpiece 1. .
  • the number of columns of the force reforming region in which one row of the reforming region 71 is formed in the first step is not limited to this.
  • two or more modified regions may be formed.
  • the condensing point P is formed inside the substrate 4. And irradiate with laser beam L.
  • a modified region 72 (second modified region) serving as a starting point of cutting is formed inside the substrate 4 along the portion 51a on the convex region surface rl in the planned cutting line 5.
  • the modified region 72 is formed inside the distance d2 from the convex region surface rl in the thickness direction of the workpiece 1.
  • the condensing point is outside the substrate 4. Irradiate laser beam L together with P.
  • the condensing point P is located, for example, above the incident surface r of the substrate 4. In this case, the modified region is not formed inside the substrate 4.
  • a portion 51 on the convex region surface rl in the planned cutting line 5 When irradiating the laser beam L along a, it is preferable to change the irradiation condition of the laser beam L so that the condensing point P of the laser beam L is located inside the distance d2 from the convex region surface rl.
  • the irradiation condition of the laser beam L may be fixed. Preferred. Examples of the irradiation condition of the laser light L include the position of the objective lens 30 in the thickness direction of the workpiece 1. The position of the objective lens 30 is adjusted by controlling the expansion / contraction amount of the actuator 32 by the controller 39.
  • the objective lens 30 When the laser light L is irradiated along the portion 51a on the convex region surface rl in the cutting scheduled line 5, the objective lens 30 The position is displaced so as to follow the fine irregularities and waviness (several / zm to several tens / zm) of the convex region surface rl.
  • the modified region 72 can be formed at a certain position inside the distance d2 from the convex region surface rl along the portion 51a on the convex region surface rl in the planned cutting line 5.
  • the modified region 72 is formed inside the convex region surface rl so as to follow the displacement of the incident surface r in the thickness direction of the workpiece 1. Further, for example, as shown in FIG. 18 (b), when the laser beam L is irradiated along the portion 5 lb on the concave region surface r2 in the cutting planned line 5, the expansion and contraction of the actuator 32 is stopped to ⁇ The position of the objective lens 30 in the thickness direction of the object 1 is fixed at a fixed position, and the position of the condensing point P of the laser beam L is surely positioned outside the object 1 to be processed.
  • the irradiation condition of the laser beam L is changed from the changed state to the fixed state or fixed between the concave region surface r2 and the convex region surface rl, that is, at the position of the step r3. It is preferable to switch to a state in which the state force is also changed.
  • the laser beam L is irradiated along the portion 5 lb on the concave area surface r2 in the planned cutting line 5
  • the modified surface is formed so that the modified region is formed at a position a certain distance inward from the incident surface r.
  • the position of the objective lens 30 can be adjusted (autofocus mechanism) according to the displacement of r.
  • the height ⁇ of the convex part 4a is large, the driving amount and driving time of the actuator 32 will increase, so the objective lens 30 is moved following the step r3. It becomes difficult to drive.
  • the position of the condensing point P on the convex region surface r 1 is the inside of the workpiece 1 (more preferably near the position where the modified region 72 is formed).
  • the position of the objective lens 30 is set so that the position of the condensing point P is outside the workpiece 1 on the concave area surface r2, and this position is the position where the laser light L is concave surface r2.
  • the modified region 72 is formed at a position a fixed distance from the convex region surface rl by following the fine irregularities and undulations of the incident surface r by the actuator 32 by the actuator 32. Therefore, it becomes a reference position for driving the objective lens 30.
  • the objective lens 30 is moved from the concave region surface r2 to the convex region surface rl, or the objective lens 30 is moved from the convex region surface rl to the concave region surface r2.
  • the modified region 72 can be formed at an accurate position inside the workpiece 1. .
  • the modified regions 73 to 77 are sequentially formed toward the incident surface r side by a method similar to the method of forming the modified region 72.
  • the modified regions 73 to 77 are formed along the portion 51a on the convex region surface rl in the planned cutting line 5.
  • the modified regions 72 to 77 are arranged apart from each other in the thickness direction of the workpiece 1.
  • the six modified regions 72 to 77 are formed in the second step, but the number of the modified regions is not limited to this.
  • the modified region may be formed in only one row, or may be formed in two or more rows. It is preferable that the number of rows in the modified region is appropriately set according to the height ⁇ H of the convex portion 4a.
  • the reformed regions 71 to 77 may have a continuously formed reformed region force as in the above-described reformed region 7, or may be intermittently formed at predetermined intervals. It is a good idea that it consists of modified areas.
  • an expansion film such as an expanded tape (not shown) is attached to the workpiece 1 and the expansion film is expanded by an expanding device (not shown).
  • an expansion film may be attached to the workpiece 1 before the modified regions 71 to 77 are formed.
  • the processing object 1 may be cut using not only the expansion of the expansion film but also other stress applying means.
  • the expanded tape The adjacent processed sections are separated so as to widen the interval between the processed sections by expanding the expansion film. In this way, the workpiece 1 can be cut along the scheduled cutting line 5 with high accuracy.
  • the modified regions 71 and 72 are separately provided inside the workpiece 1 on the concave region surface r2 and the convex region surface rl of the incident surface r, respectively. Form in the process. For this reason, when the planned cutting line 5 extends over the concave area surface r2 and the convex area surface rl of the incident surface!:, In the first step, the modified area 71 is highly accurately located within the distance dl from the concave area surface r2. In the second step, the modified region 72 can be formed with high accuracy inside the distance d2 from the convex region surface rl. Therefore, according to the laser processing method of the present embodiment, it is possible to cut the workpiece 1 whose laser light L incident surface!: Is an uneven surface with high accuracy.
  • the incident surface r with the measurement laser beam and determine the position of the step from the reflected light of the measurement laser beam.
  • the astigmatism signal or the total light quantity signal of the reflected light is detected by a quadrant detection element used in the astigmatism method.
  • the position of the step r3 can be determined based on the astigmatism signal of the reflected light or the total light quantity signal. For example, when the reflected light astigmatism signal exceeds a predetermined threshold value, or when the total light amount signal of the reflected light exceeds a predetermined threshold value, it can be determined that the position of the step r3 has been reached. . Note that when the condensing point of the measurement laser beam is located on the incident surface r, the astigmatism signal of the reflected light is almost the exit, and the total light amount signal of the reflected light is the maximum.
  • the position of the step r3 is known, when the laser light L is moved along the planned cutting line 5, the position of the condensing point P of the laser light L is changed from the inside of the workpiece 1 to the outside, or The timing for moving the workpiece 1 from the outside to the inside can be determined. Further, the actuator 32 can determine the timing for changing the position of the objective lens 30 in the thickness direction of the cursor object 1 and the timing for fixing it. [0063] Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments.
  • the execution order of the first and second steps is not particularly limited.
  • the first step may be performed after the second step.
  • the reformed area 71 may be formed after the reformed areas 72 to 77 are formed!
  • the direction in which the laser beam L moves is not particularly limited.
  • the laser beam L is irradiated along the portion 5 lb on the concave region surface r2 in the planned cutting line 5
  • the laser beam L is irradiated along the portion 51a on the convex region surface rl in the planned cutting line 5 It is good.
  • the position of the condensing point P at the position of the step r3 is changed from the inside of the workpiece 1 to the outside, or from the outside of the workpiece 1 to the inside.
  • the objective lens 30 may be moved largely in the thickness direction of the workpiece 1 when moving the workpiece. This is particularly effective when the height ⁇ of the convex portion 4a is small.
  • the laser beam L having energy that is likely to form a modified region is used. If the position of the condensing point P is located outside the workpiece 1, the laser beam L having energy that is difficult to form the modified region may be used. As a result, damage due to the laser beam L can be further reduced in a portion of the inside of the workpiece 1 other than the portion where the modified region is formed. For example, by oscillating the laser beam L, the laser beam L having energy at which a modified region is easily formed can be obtained. Further, for example, by continuously oscillating the laser beam L, the modified region is formed, and the laser beam L having difficult energy can be obtained.
  • the order of forming the modified regions 71 to 77 is not particularly limited.
  • the reformed regions 7 7, 76, 75, 74, 73, 72, 71 may be formed on the river page! /.
  • the modified regions 72 to 77 are sequentially formed toward the incident surface r side, the laser beam L can be prevented from being blocked by the already formed modified region.
  • the modified regions 71 to 77 are not limited to being formed by multiphoton absorption generated inside the workpiece 1.
  • the modified regions 71 to 77 may be formed by generating light absorption equivalent to multiphoton absorption inside the workpiece 1.
  • the distance dl between the concave region surface r2 and the modified region 71 may be the same as the distance d2 between the convex region surface rl and the modified region 72! ! /, Even! /
  • the position of the step r3 on the incident surface r may be measured in advance by a step meter, for example.
  • the design value force of the workpiece 1 can also calculate the position of the step r3.
  • the scale coordinates of the stage on which workpiece 1 is placed are taken into the laser light L controller, and the condensing point of laser light L at the position of step r3 P may move the internal force of the Karoe object 1 to the outside, or the focusing point P of the laser beam L may move from the outside of the object 1 to the inside.
  • the laser light L irradiation condition may be changed from a changed state to a fixed state, or the laser light L irradiation condition may be changed to a fixed state force. Also good.
  • the incident surface r is irradiated with the measurement laser light and the reflected light is measured, and the reflected light changing force position r3 Judging to judge.
  • the force of using a silicon semiconductor wafer as the workpiece 1 is not limited to this.
  • materials for semiconductor wafers include group IV element semiconductors other than silicon, compound semiconductors containing group IV elements such as SiC, compound semiconductors containing group IIIV elements, compound semiconductors containing group II VI elements, and further Various
  • the workpiece 1 may be an SOI (Silicon-on-insulator) wafer in which an insulating layer is provided between the semiconductor device and the support substrate.
  • SOI Silicon-on-insulator
  • the present invention it is possible to provide a laser processing method that enables high-precision cutting of a plate-shaped processing target object whose processing laser light incident surface is an uneven surface.

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Abstract

　加工用レーザ光の入射面が凹凸面である板状の加工対象物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、板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５に沿って、切断の起点となる改質領域７１～７７を形成する。加工対象物におけるレーザ光の入射面ｒは凹凸面である。切断予定ライン５は入射面ｒの凹領域面ｒ２及び凸領域面ｒ１に渡っている。改質領域７１は凹領域面ｒ２から所定距離内側に形成される。凸領域面ｒ１上の部分５１ａに沿ってレーザ光を照射する際には、加工対象物の外部に集光点を合わせる。改質領域７２は凸領域面ｒ１から所定距離内側に形成される。凹領域面ｒ２上の部分５１ｂに沿ってレーザ光を照射する際には、加工対象物の外部に集光点を合わせる。

Description

レーザ加工方法
技術分野
[0001] 本発明は、板状の加工対象物を切断するために使用されるレーザ加工方法に関 する。
背景技術
[0002] レーザ加工によって加工対象物を切断する方法として下記非特許文献 1に記載の ものがある。この非特許文献 1に記載のレーザ加工方法はシリコンウェハを切断する ものであって、シリコンが透過する 1 m近辺の波長のレーザ光を使用し、そのレー ザ光をウェハ内部で集光して改質層を連続的に形成し、それをきつかけとして切断す る方法である。
非特許文献 1 :荒井一尚、「半導体ウェハにおけるレーザダイシング加工」、砲粒加工 学会誌、 Vol. 47、 No. 5、 2003 MAY. 229— 231
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 上述のようなレーザ加工方法を用いて、加工用レーザ光の入射面が凹凸面である 板状の加工対象物の内部に改質領域を形成すると、入射面から所定距離内側に改 質領域が高精度に形成されない場合がある。このような場合、加工対象物の切断精 度は低下してしまう。
[0004] 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、加工用レーザ光の 入射面が凹凸面である板状の加工対象物の高精度な切断を可能にするレーザ加工 方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 上述の課題を解決するため、本発明のレーザ加工方法は、板状の加工対象物の 内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切断 予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレ 一ザ加工方法であって、加工対象物における加工用レーザ光の入射面が凹凸面で あり、切断予定ラインが入射面の凹領域面及び凸領域面に渡っている場合において
、凹領域面から所定距離内側に、切断予定ラインに沿って第 1の改質領域を形成す る第 1の工程と、凸領域面から所定距離内側に、切断予定ラインに沿って第 2の改質 領域を形成する第 2の工程とを含み、第 1の工程では、切断予定ラインにおける凸領 域面上の部分に沿って加工用レーザ光を照射する際に、加工対象物の外部に集光 点を合わせ、第 2の工程では、切断予定ラインにおける凹領域面上の部分に沿って 加工用レーザ光を照射する際に、加工対象物の外部に集光点を合わせることを特徴 とする。
[0006] 本発明のレーザカ卩ェ方法では、加工対象物における加工用レーザ光の入射面の 凹領域面及び凸領域面から所定距離内側に、それぞれ第 1及び第 2の改質領域を 別の工程で形成する。このため、切断予定ラインが入射面の凹領域面及び凸領域面 に渡っている場合であっても、第 1の工程では凹領域面力 所定距離内側に第 1の 改質領域を高精度に形成でき、第 2の工程では凸領域面力 所定距離内側に第 2の 改質領域を高精度に形成できる。したがって、本発明のレーザ加工方法によれば、 加工用レーザ光の入射面が凹凸面である板状の加工対象物の高精度な切断が可 能となる。
[0007] なお、凹領域面と第 1の改質領域との間の所定距離と、凸領域面と第 2の改質領域 との間の所定距離とは同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。また、第 1の工程 及び第 2の工程を実施する順序は特に限定されない。例えば、第 1の工程を実施し た後に第 2の工程を実施してもよ!/、し、第 2の工程を実施した後に第 1の工程を実施 してちよい。
[0008] また、第 1の工程では、切断予定ラインにおける凹領域面上の部分に沿って加工用 レーザ光を照射する際に、凹領域面力 所定距離内側に加工用レーザ光の集光点 が位置するように加工用レーザ光の照射条件を変化させ、切断予定ラインにおける 凸領域面上の部分に沿って加工用レーザ光を照射する際に、加工用レーザ光の照 射条件を固定し、第 2の工程では、切断予定ラインにおける凸領域面上の部分に沿 つて加工用レーザ光を照射する際に、凸領域面力 所定距離内側に加工用レーザ 光の集光点が位置するように加工用レーザ光の照射条件を変化させ、切断予定ライ ンにおける凹領域面上の部分に沿って加工用レーザ光を照射する際に、加工用レ 一ザ光の照射条件を固定することが好まし 、。
[0009] これにより、第 1の工程において切断予定ラインにおける凹領域面上の部分に沿つ て加工用レーザ光を照射する際に、加工用レーザ光の集光点の位置を、加工対象 物の厚さ方向における入射面の変位 (例えば、入射面の凹凸やうねり等）に追従させ ることができる。また、第 1の工程において切断予定ラインにおける凸領域面上の部 分に沿って加工用レーザ光を照射する際に、加工用レーザ光の集光点を確実に加 ェ対象物の外部に位置させることができる。同様に、第 2の工程において切断予定ラ インにおける凸領域面上の部分に沿って加工用レーザ光を照射する際に、加工用レ 一ザ光の集光点の位置を、加工対象物の厚さ方向における入射面の変位 (例えば、 入射面の凹凸やうねり等）に追従させることができる。また、第 2の工程において切断 予定ラインにおける凹領域面上の部分に沿って加工用レーザ光を照射する際に、加 ェ用レーザ光の集光点を確実に加工対象物の外部に位置させることができる。
[0010] また、第 1及び第 2の改質領域を形成した後、加工対象物を切断予定ラインに沿つ て切断することが好ましい。これにより、加工対象物を切断予定ラインに沿って高精 度に切断することができる。
発明の効果
[0011] 本発明によれば、加工用レーザ光の入射面が凹凸面である板状の加工対象物の 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とができる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本実施形態に係るレーザカ卩ェ方法によるレーザカ卩ェ中の加工対象物の平面図 である。
[図 2]図 1に示すカ卩ェ対象物の II— II線に沿っての断面図である。
[図 3]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]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 5]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。
[図 6]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。
[図 7]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。
[図 8]本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工対象物を切断する際のクラッ ク領域形成工程における加工対象物の断面図である。
[図 9]本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工対象物を切断する際のクラッ ク成長工程における加工対象物の断面図である。
[図 10]本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工対象物を切断する際のクラッ ク成長工程における加工対象物の断面図である。
[図 11]本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工対象物を切断する際の切断 工程における加工対象物の断面図である。
[図 12]本実施形態に係るレーザカ卩ェ方法により切断されたシリコンゥヱハの一部にお ける断面の写真を表した図である。
[図 13]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 14]本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の一例を模式的に示す平 面図である。
[図 15]図 14中の XV— XV矢印に沿った断面図である。
[図 16]本実施形態のレーザ加工方法の第 1の工程における加工対象物の部分断面 図である。
[図 17]本実施形態のレーザ加工方法の第 1の工程後における加工対象物の部分断 面図である。
[図 18]本実施形態のレーザ加工方法の第 2の工程における加工対象物の部分断面 図である。
[図 19]本実施形態のレーザ加工方法の第 2の工程後における加工対象物の部分断 面図である。
符号の説明
1…加工対象物、 5…切断予定ライン、 51a…切断予定ラインにおける凸領域面上 の部分、 51b…切断予定ラインにおける凹領域面上の部分、 7…改質領域、 71· ··第 1の改質領域、 72…第 2の改質領域、 r…入射面、 rl…入射面の凸領域面、 r2…入 射面の凹領域面、 L…加工用レーザ光、 P…集光点。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 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 するためのレーザカ卩ェ方法について説明する。
[0015] 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力 S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である。しかし、光学的に透明
G
でも、レーザ光の強度を非常に大きくすると nh v >Eの条件 (n= 2, 3, 4, " で
G
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 (WZcm2)で決まり、例えばピークパヮ 一密度が 1 X 108(WZcm2)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 (WZcm2)で決まる。
[0016] このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工方法の原理につい て、図 1〜図 6を参照して説明する。図 1に示すように、ウェハ状 (板状)の加工対象物 1の表面 3には、加工対象物 1を切断するための切断予定ライン 5がある。切断予定ラ イン 5は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図 2に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物 1の内部に集光点 Pを合わ せてレーザ光 Lを照射して改質領域 7を形成する。なお、集光点 Pとは、レーザ光しが 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つ 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。
[0017] 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。
[0018] 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〖こ 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。
[0019] 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に切断予定ライン 5を大きく外 れる不必要な割れを発生させることなぐ加工対象物 1を高精度に切断することが可 會 になる。
[0020] この切断起点領域 8を起点としたカ卩ェ対象物 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に沿ってカ卩ェ対象 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）に向力つて自 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ぐ切断起点領域 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。
[0021] 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。
[0022] (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カゝらなる圧電材料)の内部に集光点を合わせ
3
て、集光点における電界強度が 1 X 108 (WZcm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s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 X 1012 (W/cm2)である。パルス幅は例えば lns〜 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 、る。
[0023] 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。
[0024] (A)加工対象物：パイレックス (登録商標)ガラス (厚さ 700 μ m)
(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 X 10"8cm2
発振形態： Qスィッチパルス
繰り返し周波数： 100kHz
パルス幅：30ns
出力：出力く lmjZパルス レーザ光品質: TEM
oo
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： lOOmmZ秒
[0025] なお、レーザ光品質が TEM とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可
00
能を意味する。
[0026] 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 lO^WZcm2)程度 からカ卩ェ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 、クラックスポットも大きくなることが分かる。
[0027] 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 1 1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。
[0028] (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 X 108 (WZcm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s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、 単結晶構造力 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、単結晶構造力 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 1012 (WZcm2)であ る。パルス幅は例えば lns〜200nsが好ましい。
[0029] 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。
[0030] (A)加工対象物：シリコンウェハ（厚さ 350 m、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 X 10"8cm2
発振形態： Qスィッチパルス
繰り返し周波数： 100kHz
パルス幅：30ns
出力： 20 JZ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： lOOmmZ秒
[0031] 図 12は、上記条件でのレーザカ卩ェ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 1 00 μ m程度である。
[0032] 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 50 μ m、 100 μ m、 200 μ m、 500 μ m、 1000 μ mの 各々について上記関係を示した。
[0033] 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 5 00 m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 力る。図 12に示すシリコンウェハ 11の厚さは 350 m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 175 mの部分に 形成される。この場合の透過率は、厚さ 200 m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）されたものではなぐ溶融処理領域 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。
[0034] 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 して断面方向に向力つて割れを発生させ、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、切断起点領域力 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 起点領域ライン力も外れた不必要な割れが生じにく 、ので、割断制御が容易となる。
[0035] (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 X 108 (W/cm2)以上で且つパルス幅が Ins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ィ匕せずに、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 X 1012(WZcm2)で ある。パルス幅は例えば Ins以下が好ましぐ lps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（19 97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。
[0036] 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、し力も精 度良く加工対象物を切断することが可能になる。
[0037] 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力 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 体力 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 O )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 (八面）或 、は（1100)面（M面）に沿 つた方向に切断起点領域を形成するのが好ま U、。
[0038] 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!、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。
[0039] 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一例を模式的に示す平面図である。図 15は、図 14中の XV— XV矢印に沿った断面図である。
[0040] 本実施形態において、加工対象物 1は、凸部 4aと凸部 4a, 4a間に位置する凹部 4 bとを有する基板 4力もなる。このような加工対象物 1としては、例えば、 MEMS (Micr o-Electro- Mechanical Systems)が挙げられる。基板 4の厚さ dは、凸部 4aが存在する 位置において例えば 300 μ mであり、凹部 4bが存在する位置において例えば 100 mである。基板 4としては、例えばシリコンウェハ等が挙げられる。加工対象物 1で は、基板 4の凸部 4a及び凹部 4b側の表面がレーザ光 L (加工用レーザ光）の入射面 rとなっている。入射面 rは、凸部 4aの頂面である凸領域面 rlと、凹部 4bの底面であ る凹領域面 r2とを備えた凹凸面である。凸領域面 rlは、例えば断面矩形の凸部 4a の頂面に相当する。凹領域面 r2は、例えば断面矩形の凹部 4bの底面に相当する。 凹領域面 r2と凸領域面 rlとの間には、加工対象物 1の厚さ方向における段差 が 設けられている。凸部 4aの高さ（段差 r3の高さ） Δ Ηは、例えば 200 mである。
[0041] なお、凹部 4bはシリコンウェハ等の加工対象物 1をエッチングすることにより形成さ れるとしてもよい。また、凸部 4aの構成材料は、基板 4における凸部 4a以外の部分の 構成材料と同じであっても異なっていてもよい。例えば、凸部 4aがシリコン酸ィ匕物か らなり、基板 4における凸部 4a以外の部分はシリコン力もなるとしてもよい。
[0042] 入射面 rには、凹領域面 r2及び凸領域面 rlに渡って、格子状にダイシンダストリー トが形成され、そのダイシンダストリート上に仮想線として切断予定ライン 5が設定され ている。切断予定ライン 5は、凸領域面 rl上の部分 51aと凹領域面 r2上の部分 51bと 力もなる。なお、切断予定ライン 5は切断箇所を想定するためのものであり、加工対象 物 1上にダイシンダストリートが形成されていなくてもよい。切断予定ライン 5は、例え ば、基板 4のオリエンテーションフラット 6と平行な線及び垂直な線カゝら構成される。
[0043] 続いて、以上のように構成される加工対象物 1を切断するための本実施形態に係る レーザ加工方法の一例について説明する。図 16〜図 19は、本実施形態のレーザ加 ェ方法の各工程又は各工程後における加工対象物の部分断面図である。
[0044] (第 1の工程）
第 1の工程では、図 16 (a)に示されるように、切断予定ライン 5における凸領域面 rl 上の部分 51aに沿ってレーザ光 Lを照射する際に、基板 4の外部に集光点 Pを合わ せてレーザ光 Lを照射する。集光点 Pは、例えば、基板 4の入射面 rとは反対側の面 の下方に位置している。この場合、基板 4の内部に改質領域は形成されない。
[0045] 一方、図 16(b)に示されるように、切断予定ライン 5における凹領域面 r2上の部分 5 lbに沿ってレーザ光 Lを照射する際には、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。これにより、図 17に示されるように、切断予定ライン 5における凹 領域面 r2上の部分 51bに沿って、切断の起点となる改質領域 71 (第 1の改質領域） が基板 4の内部に形成される。改質領域 71は、加工対象物 1の厚さ方向において凹 領域面 r2から距離 dl内側に形成される。
[0046] なお、図 16(a)及び図 16(b)に示されるように、レーザ光 Lは、例えば、ピエゾ素子等 力もなるァクチユエータ 32により保持された対物レンズ 30によって集光される。ァクチ ユエータ 32には、ァクチユエータ 32を制御するためのコントローラ 39が接続されてい る。このァクチユエータ 32の伸縮量をコントローラ 39によって調整することにより、カロ ェ対象物 1の厚さ方向における集光点 Pの位置を調整することができる。これにより、 集光点 Pの位置を、加工対象物 1の内部から外部に、又は、加工対象物 1の外部から 内部に自由に移動させることができる。なお、集光点 Pの位置は、対物レンズ 30から 出射されるレーザ光 Lの出射角、基板 4の厚さ d及び基板 4の構成材料の屈折率にも 依存する。
[0047] ここで、図 16(a)に示されるように切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部分 51 aに沿ってレーザ光 Lを照射する際には、レーザ光 Lの照射条件を固定することが好 ましい。また、図 16(b)に示されるように切断予定ライン 5における凹領域面 r2上の部 分 51bに沿ってレーザ光 Lを照射する際には、凹領域面 r2から距離 dl内側にレーザ 光 Lの集光点 Pが位置するようにレーザ光 Lの照射条件を変化させることが好ま 、。 レーザ光 Lの照射条件としては、例えば加工対象物 1の厚さ方向における対物レンズ 30の位置が挙げられる。この対物レンズ 30の位置は、ァクチユエータ 32の伸縮量を コントローラ 39により制御することで調整される。
[0048] 具体的には、例えば、図 16(a)に示されるように切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部分 51aに沿ってレーザ光 Lを照射する際に、ァクチユエータ 32の伸縮を停 止させカ卩ェ対象物 1の厚さ方向における対物レンズ 30の位置を一定位置に固定し、 レーザ光 Lの集光点 Pの位置を、確実にカ卩ェ対象物 1の外部に位置させる。また、例 えば、図 16(b)に示されるように切断予定ライン 5における凹領域面 r2上の部分 51b に沿ってレーザ光 Lを照射する際には、対物レンズ 30の位置を、凹領域面 r2の微細 な凹凸やうねり（いずれも数/ z m〜数十/ z m)に追従するように変位させる。これによ り、切断予定ライン 5における凹領域面 r2上の部分 51bに沿って、凹領域面 r2から距 離 dl内側の一定位置に改質領域 71を形成することができる。つまり、凹領域面 の 内側には、加工対象物 1の厚さ方向における入射面 rの変位に追従するように改質 領域 71が形成される。
[0049] 上述のように、凹領域面 r2と凸領域面 rlとの間、すなわち段差 r3の位置において、 レーザ光 Lの照射条件を、固定した状態力も変化させた状態に、又は、変化させた状 態から固定した状態に切り替えることが好ましい。これにより、切断予定ライン 5におけ る凸領域面 rl上の部分 51aに沿ってレーザ光 Lを照射する際に、加工対象物 1の外 部に集光点 Pを確実に合わせることが容易になる。これは、凸部 4aの高さ Δ Ηが 100 μ m以上と大きい場合に特に有効である。また、入射面 rに微細な凹凸やうねり（いず れも数 μ m〜数十 μ m)がある場合、改質領域が入射面 rから一定距離内側の位置 に形成されるように入射面 rの変位に合わせて対物レンズ 30の位置を調整 (オートフ オーカス機構)することができる。し力しながら、凸部 4aの高さ Δ Ηが大きいとァクチュ エータ 32の駆動量や駆動時間が大きくなるため、段差 r3に追従して対物レンズ 30を 駆動することが困難となる。これに対して、本実施形態の第 1の工程では、凹領域面 r 2では集光点 Pの位置が加工対象物 1の内部（更に望ましくは改質領域 71が形成さ れる位置付近)となるように、且つ、凸領域面 rlでは集光点 Pの位置が加工対象物 1 の外部となるように、対物レンズ 30の位置が設定され、この位置が、レーザ光 Lが凸 領域面 rlを通過する時の対物レンズ 30の固定位置であり、且つ、ァクチユエータ 32 により入射面 rの微細な凹凸やうねりに追従させて凹領域面 r2から一定距離内側の 位置に改質領域 71を形成するために対物レンズ 30を駆動させるための基準位置と なる。このため、対物レンズ 30を凹領域面 r2上から凸領域面 rl上に移動する場合、 又は、対物レンズ 30を凸領域面 rl上から凹領域面 r2上に移動する場合のいずれで あっても、段差 r3の位置において対物レンズ 30を変動させる状態から固定した状態 、もしくは固定した状態力 変動させる状態へと変化させる際に、 Δ Ηが大きくても対 物レンズ 30の位置を大きく移動させる必要がない。よって、対物レンズ 30が段差 r3 上を通過する際に、対物レンズ 30をスムーズに移動させることができるので、加工対 象物 1の内部の正確な位置に改質領域 71を形成することができる。
[0050] なお、本実施形態では、第 1の工程において 1列の改質領域 71を形成するとした 力 改質領域の列数はこれに限定されない。例えば、改質領域は 2列以上形成され るとしてちよい。
[0051] (第 2の工程）
第 2の工程では、図 18(a)に示されるように切断予定ライン 5における凸領域面 rl上 の部分 51aに沿ってレーザ光 Lを照射する際に、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。これにより、切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部 分 51aに沿って、切断の起点となる改質領域 72 (第 2の改質領域)が基板 4の内部に 形成される。改質領域 72は、加工対象物 1の厚さ方向において凸領域面 rlから距離 d2内側に形成される。
[0052] 一方、図 18(b)に示されるように切断予定ライン 5における凹領域面 r2上の部分 51 bに沿ってレーザ光 Lを照射する際には、基板 4の外部に集光点 Pを合わせてレーザ 光 Lを照射する。集光点 Pは、例えば、基板 4の入射面 rの上方に位置している。この 場合、基板 4の内部に改質領域は形成されな!ヽ。
[0053] ここで、図 18(a)に示されるように切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部分 51 aに沿ってレーザ光 Lを照射する際には、凸領域面 rlから距離 d2内側にレーザ光 L の集光点 Pが位置するようにレーザ光 Lの照射条件を変化させることが好ま 、。また 、図 18(b)に示されるように切断予定ライン 5における凹領域面 r2上の部分 5 lbに沿 つてレーザ光 Lを照射する際には、レーザ光 Lの照射条件を固定することが好ましい 。レーザ光 Lの照射条件としては、例えば加工対象物 1の厚さ方向における対物レン ズ 30の位置が挙げられる。この対物レンズ 30の位置は、ァクチユエータ 32の伸縮量 をコントローラ 39により制御することで調整される。
[0054] 具体的には、例えば、図 18(a)に示されるように切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部分 51aに沿ってレーザ光 Lを照射する際には、対物レンズ 30の位置を、凸 領域面 rlの微細な凹凸やうねり（いずれも数/ z m〜数十/ z m)に追従するように変位 させる。これにより、切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部分 51aに沿って、凸 領域面 rlから距離 d2内側の一定位置に改質領域 72を形成することができる。つまり 、凸領域面 rlの内側には、加工対象物 1の厚さ方向における入射面 rの変位に追従 するように改質領域 72が形成される。また、例えば、図 18(b)に示されるように切断予 定ライン 5における凹領域面 r2上の部分 5 lbに沿ってレーザ光 Lを照射する際に、ァ クチユエータ 32の伸縮を停止させカ卩ェ対象物 1の厚さ方向における対物レンズ 30の 位置を一定位置に固定し、レーザ光 Lの集光点 Pの位置を、確実に加工対象物 1の 外部に位置させる。
[0055] 上述のように、凹領域面 r2と凸領域面 rlとの間、すなわち段差 r3の位置において、 レーザ光 Lの照射条件を、変化させた状態から固定した状態に、又は、固定した状態 力も変化させた状態に切り替えることが好ましい。これにより、切断予定ライン 5におけ る凹領域面 r2上の部分 5 lbに沿ってレーザ光 Lを照射する際に、加工対象物 1の外 部に集光点 Pを確実に合わせることが容易になる。これは、凸部 4aの高さ Δ Ηが 100 μ m以上と大きい場合に特に有効である。また、入射面 rに微細な凹凸やうねり（いず れも数 μ m〜数十 μ m)がある場合、改質領域が入射面 rから一定距離内側の位置 に形成されるように入射面 rの変位に合わせて対物レンズ 30の位置を調整 (オートフ オーカス機構)することができる。し力しながら、凸部 4aの高さ Δ Ηが大きいとァクチュ エータ 32の駆動量や駆動時間が大きくなるため、段差 r3に追従して対物レンズ 30を 駆動することが困難となる。これに対して、本実施形態の第 2の工程では、凸領域面 r 1では集光点 Pの位置が加工対象物 1の内部（更に望ましくは改質領域 72が形成さ れる位置付近)となるように、且つ、凹領域面 r2では集光点 Pの位置が加工対象物 1 の外部となるように、対物レンズ 30の位置が設定され、この位置が、レーザ光 Lが凹 領域面 r2を通過する時の対物レンズ 30の固定位置であり、且つ、ァクチユエータ 32 により入射面 rの微細な凹凸やうねりに追従させて凸領域面 rlから一定距離内側の 位置に改質領域 72を形成するために対物レンズ 30を駆動させるための基準位置と なる。このため、対物レンズ 30を凹領域面 r2上から凸領域面 rl上に移動する場合、 又は、対物レンズ 30を凸領域面 rl上から凹領域面 r2上に移動する場合のいずれで あっても、段差 r3の位置において対物レンズ 30を変動させる状態から固定した状態 、もしくは固定した状態力 変動させる状態へと変化させる際に、 Δ Ηが大きくても対 物レンズ 30の位置を大きく移動させる必要がない。よって、対物レンズ 30が段差 r3 上を通過する際に、対物レンズ 30をスムーズに移動させることができるので、加工対 象物 1の内部の正確な位置に改質領域 72を形成することができる。
[0056] 次に、図 19に示されるように、改質領域 72の形成方法と同様の方法で、改質領域 73〜77を入射面 r側に向けて順に形成する。改質領域 73〜77は、切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部分 51aに沿って形成されている。改質領域 72〜77は、 加工対象物 1の厚さ方向にぉ 、て互 、に離間して配置されて!、る。
[0057] なお、本実施形態では、第 2の工程において 6列の改質領域 72〜77を形成すると したが、改質領域の列数はこれに限定されない。例えば、改質領域は 1列だけ形成さ れるとしてもよいし、 2列以上形成されるとしてもよい。改質領域の列数は、凸部 4aの 高さ Δ Hに応じて適宜設定されることが好ま 、。
[0058] また、改質領域 71〜77は、上述の改質領域 7と同様に、連続的に形成された改質 領域力もなるとしてもよいし、所定の間隔をおいて断続的に形成された改質領域から なるとしてちょい。
[0059] (切断工程）
改質領域 71〜 77を形成した後、エキスパンドテープ（図示せず)等の拡張フィルム を加工対象物 1に貼り付け、エキスパンド装置（図示せず）により拡張フィルムを拡張 することで、加工対象物 1を切断予定ライン 5に沿って切断し、加工切片同士を離間 する。なお、改質領域 71〜77を形成する前に拡張フィルムを加工対象物 1に貼り付 けても良い。また、切断工程においては、拡張フィルムの拡張に限らず、他の応力印 加手段を用いて加工対象物 1を切断するとしてもよい。また、例えば、形成した改質 領域を起点とした亀裂が加工対象物 1の入射面 r及び入射面!:とは反対側の面に延 びて既に切断が完了して 、る場合、エキスパンドテープ等の拡張フィルムの拡張によ り加工切片同士の間隔を広げるように、隣り合う加工切片は分離される。このようにし て、加工対象物 1を切断予定ライン 5に沿って高精度に切断することができる。
[0060] 以上説明したように、本実施形態のレーザ加工方法では、入射面 rの凹領域面 r2 及び凸領域面 rlにおける加工対象物 1の内部に、それぞれ改質領域 71, 72を別の 工程で形成する。このため、切断予定ライン 5が入射面!:の凹領域面 r2及び凸領域 面 rlに渡っている場合に、第 1の工程では凹領域面 r2から距離 dl内側に改質領域 71を高精度に形成でき、第 2の工程では凸領域面 rlから距離 d2内側に改質領域 7 2を高精度に形成できる。したがって、本実施形態のレーザ加工方法によれば、レー ザ光 Lの入射面!:が凹凸面である加工対象物 1の高精度な切断が可能となる。
[0061] また、測定用レーザ光を入射面 rに照射し、測定用レーザ光の反射光から段差 の 位置を判断することもできる。具体的には、例えば非点収差法に用いられる 4分割位 置検出素子により反射光の非点信号又は全光量信号を検出する。反射光の非点信 号又は全光量信号に基づいて段差 r3の位置を判断することができる。例えば、反射 光の非点信号が所定の閾値を超えた場合、又は、反射光の全光量信号が所定の閾 値を超えた場合に、段差 r3の位置に到達したことを判断することができる。なお、測 定用レーザ光の集光点が入射面 rに位置する場合に、反射光の非点信号はほぼゼ 口になり、反射光の全光量信号は最大となる。
[0062] 段差 r3の位置が分かると、レーザ光 Lを切断予定ライン 5に沿って移動させる際に、 レーザ光 Lの集光点 Pの位置を、加工対象物 1の内部から外部に、又は、加工対象 物 1の外部から内部に移動させるタイミングを決定できる。また、ァクチユエータ 32に よって対物レンズ 30の位置をカ卩ェ対象物 1の厚さ方向に変化させるタイミングや固定 するタイミングを決定できる。 [0063] 以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施 形態に限定されない。
[0064] 例えば、第 1及び第 2の工程の実施順序は特に限定されない。例えば、第 2の工程 の後に第 1の工程を実施するとしてもよい。改質領域 72〜77を形成した後に改質領 域 71を形成するとしてもよ!/、。
[0065] また、第 1及び第 2の工程のいずれにおいても、レーザ光 Lの移動する方向は特に 限定されない。例えば、切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部分 51aに沿つ てレーザ光 Lを照射した後に、切断予定ライン 5における凹領域面 r2上の部分 5 lbに 沿ってレーザ光 Lを照射するとしてもよいし、切断予定ライン 5における凹領域面 上 の部分 51bに沿ってレーザ光 Lを照射した後に、切断予定ライン 5における凸領域面 rl上の部分 51aに沿ってレーザ光 Lを照射するとしてもよい。
[0066] また、第 1及び第 2の工程のいずれにおいても、段差 r3の位置において集光点 Pの 位置を、加工対象物 1の内部から外部に、又は、加工対象物 1の外部から内部に移 動させる際に、例えば、対物レンズ 30を加工対象物 1の厚さ方向に大きく移動させる としてもよい。これは、凸部 4aの高さ Δ Ηが小さい場合に特に有効である。
[0067] また、第 1及び第 2の工程のいずれにおいても、集光点 Pの位置が加工対象物 1の 内部に位置する場合には改質領域が形成され易いエネルギーを有するレーザ光 L を用い、集光点 Pの位置が加工対象物 1の外部に位置する場合には改質領域を形 成し難いエネルギーを有するレーザ光 Lを用いるとしてもよい。これにより、加工対象 物 1の内部のうち改質領域が形成される部分以外の部分において、レーザ光 Lによる ダメージを更に低減することが可能となる。例えばレーザ光 Lをパルス発振させること により、改質領域が形成され易いエネルギーを有するレーザ光 Lが得られる。また、 例えばレーザ光 Lを連続発振させることにより、改質領域を形成し難 ヽエネルギーを 有するレーザ光 Lが得られる。
[0068] また、改質領域 71〜77を形成する順序は特に限定されな ヽ。例えば、改質領域 7 7, 76, 75, 74, 73, 72, 71を川頁に形成するとしてもよ!/、。なお、改質領域 72〜77 を入射面 r側に向けて順に形成する場合には、レーザ光 Lが、既に形成された改質 領域により遮断されることを防止できる。 [0069] また、改質領域 71〜77は、加工対象物 1の内部で生じる多光子吸収により形成さ れることに限定されない。改質領域 71〜77は、多光子吸収と同等の光吸収を加工 対象物 1の内部で生じさせることにより形成されるとしてもよい。
[0070] また、凹領域面 r2と改質領域 71との間の距離 dlと、凸領域面 rlと改質領域 72との 間の距離 d2とは同じでもよ!/、し、互いに異なって!/、てもよ!/、。
[0071] また、入射面 rにおける段差 r3の位置は、例えば、予め段差計により測定されるとし てもよい。また、加工対象物 1の設計値力も段差 r3の位置を算出することもできる。段 差 r3の位置が分力つた後、加工対象物 1が載置されるステージのスケール座標をレ 一ザ光 Lの制御装置に取り込んで、段差 r3の位置において、レーザ光 Lの集光点 P をカロェ対象物 1の内部力も外部に移動させるとしてもよいし、レーザ光 Lの集光点 Pを 加工対象物 1の外部から内部に移動させるとしてもよい。また、段差 r3の位置におい て、レーザ光 Lの照射条件を変化させた状態から固定した状態に切り替えるとしても よいし、レーザ光 Lの照射条件を固定した状態力 変化させた状態に切り替えるとし てもよい。
[0072] また、切断予定ライン 5に沿って改質領域 71〜77を形成しながら測定用レーザ光 を入射面 rに照射してその反射光を測定し、反射光の変化力 段差 r3の位置を判断 するとしてちょい。
[0073] また、本実施形態においては、加工対象物 1としてシリコン製の半導体ウェハを用 いている力 半導体ウェハの材料はこれに限られるものではない。半導体ウェハの材 料としては、例えば、シリコン以外の IV族元素半導体、 SiCのような IV族元素を含む 化合物半導体、 III V族元素を含む化合物半導体、 II VI族元素を含む化合物半 導体、更に種々の
ドーパント (不純物）がドープされた半導体等が挙げられる。さらに、加工対象物 1は、 半導体デバイスと支持基板との間に絶縁層が設けられた SOI (Silicon-on-insulator) ウェハでもよい。
産業上の利用可能性
[0074] 本発明によれば、加工用レーザ光の入射面が凹凸面である板状の加工対象物の 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とができる。

Claims

請求の範囲
[1] 板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することによ り、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記 加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物における前記加工用レーザ光の入射面が凹凸面であり、前記切 断予定ラインが前記入射面の凹領域面及び凸領域面に渡っている場合において、 前記凹領域面から所定距離内側に、前記切断予定ラインに沿って第 1の改質領域 を形成する第 1の工程と、
前記凸領域面から所定距離内側に、前記切断予定ラインに沿って第 2の改質領域 を形成する第 2の工程と、
を含み、
前記第 1の工程では、前記切断予定ラインにおける前記凸領域面上の部分に沿つ て前記加工用レーザ光を照射する際に、前記加工対象物の外部に前記集光点を合 わせ、
前記第 2の工程では、前記切断予定ラインにおける前記凹領域面上の部分に沿つ て前記加工用レーザ光を照射する際に、前記加工対象物の外部に前記集光点を合 わせることを特徴とするレーザ加工方法。
[2] 前記第 1の工程では、前記切断予定ラインにおける前記凹領域面上の部分に沿つ て前記加工用レーザ光を照射する際に、前記凹領域面から所定距離内側に前記加 ェ用レーザ光の集光点が位置するように前記加工用レーザ光の照射条件を変化さ せ、前記切断予定ラインにおける前記凸領域面上の部分に沿って前記加工用レー ザ光を照射する際に、前記加工用レーザ光の照射条件を固定し、
前記第 2の工程では、前記切断予定ラインにおける前記凸領域面上の部分に沿つ て前記加工用レーザ光を照射する際に、前記凸領域面から所定距離内側に前記加 ェ用レーザ光の集光点が位置するように前記加工用レーザ光の照射条件を変化さ せ、前記切断予定ラインにおける前記凹領域面上の部分に沿って前記加工用レー ザ光を照射する際に、前記加工用レーザ光の照射条件を固定することを特徴とする 請求項 1に記載のレーザ加工方法。 前記第 1及び第 2の改質領域を形成した後、前記加工対象物を前記切断予定ライ ンに沿って切断することを特徴とする請求項 1に記載のレーザ加工方法。
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