WO2006051866A1 - レーザ加工方法及び半導体チップ - Google Patents

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WO2006051866A1
WO2006051866A1 PCT/JP2005/020627 JP2005020627W WO2006051866A1 WO 2006051866 A1 WO2006051866 A1 WO 2006051866A1 JP 2005020627 W JP2005020627 W JP 2005020627W WO 2006051866 A1 WO2006051866 A1 WO 2006051866A1
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substrate
modified region
region
laser
side end
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PCT/JP2005/020627
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ryuji Sugiura
Takeshi Sakamoto
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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Publication date
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Priority to KR1020077013126A priority patent/KR101282509B1/ko
Priority to KR1020127034265A priority patent/KR101282432B1/ko
Priority to EP05806243.1A priority patent/EP1811551B1/en
Publication of WO2006051866A1 publication Critical patent/WO2006051866A1/ja
Priority to US12/882,787 priority patent/US8143141B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
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    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0005—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing
    • B28D5/0011—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing with preliminary treatment, e.g. weakening by scoring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • 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 substrate on which a multilayer part including a plurality of functional elements is formed, and a semiconductor chip cut by using such a laser processing method.
  • the laser beam is irradiated along with the condensing point inside the substrate on which the laminated portion including a plurality of functional elements is formed, and the technology is improved along the planned cutting line.
  • a laser processing method in which a quality region is formed inside a substrate and the substrate and the laminated portion are cut from the modified region as a starting point (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-334812
  • the laser processing method as described above is an effective technique in that the substrate and the laminated portion can be cut with high accuracy.
  • the stacked region starts from the modified region.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and particularly when cutting a substrate on which a laminated portion including a plurality of functional elements is formed, the laminated portion can be cut with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a laser processing method that can be used, and a semiconductor chip cut by using such a laser processing method.
  • a laser processing method irradiates a laser beam with a converging point inside a substrate on which a multilayer portion including a plurality of functional elements is formed.
  • the modified region that is the starting point of cutting along the planned cutting line of the substrate A laser processing method formed inside is characterized in that the modified region is formed so as to cause a crack reaching at least the surface of the substrate from the surface side end of the modified region.
  • the modified region is formed inside the substrate along the planned cutting line so that a crack that reaches at least the surface of the substrate from the surface side end of the modified region occurs.
  • an expandable member such as an expanded tape is attached to the back surface of the board and expanded in such a cracked state, for example, the laminated part, not just the board, is cut accurately along the predetermined cutting line. be able to. Therefore, this laser processing method makes it possible to cut a laminated portion with high accuracy, particularly when cutting a substrate on which a laminated portion including a plurality of functional elements is formed.
  • the functional element means, for example, a semiconductor operation layer formed by crystal growth, a light receiving element such as a photodiode, a light emitting element such as a laser diode, a circuit element formed as a circuit, and the like.
  • the modified region is formed by aligning the condensing point inside the substrate and irradiating a laser beam to generate multiphoton absorption or equivalent light absorption inside the substrate.
  • the modified region may be formed so that a crack reaching the inside of the laminated portion from the surface side end of the modified region may be formed, or the surface side end of the modified region may be formed.
  • the modified region may be formed so that a crack reaching the surface of the layered portion occurs.
  • the laser processing method according to the present invention cuts a substrate by irradiating a laser beam with a focusing point inside the substrate on which a multilayer portion including a plurality of functional elements is formed.
  • a laser processing method in which a modified region that is the starting point of cutting is formed inside a substrate along a planned cutting line, and modified so that the surface side end of the modified region extends in a streak pattern on the surface of the substrate. A region is formed.
  • the modified region is formed inside the substrate along the planned cutting line so that the surface side end of the modified region extends in a streak pattern on the surface of the substrate.
  • a crack that reaches at least the surface of the substrate from the surface side end of the modified region is generated.
  • an expandable member such as an expand tape
  • not only the substrate but also the laminated portion can be accurately aligned along the planned cutting line. It can cut well. Therefore, this This laser processing method makes it possible to cut a laminated portion with high precision, particularly when cutting a substrate on which a laminated portion including a plurality of functional elements is formed.
  • the substrate may be a semiconductor substrate
  • the modified region may include a melt processing region. Since this melting treatment region is an example of the above-described modified region, in this case as well, when cutting a substrate on which a laminated portion including a plurality of functional elements is formed, particularly high-precision cutting of the laminated portion is performed. It becomes possible.
  • the substrate may be a semiconductor substrate, and the modified region may include a melt processing region and a microcavity positioned on the surface side of the substrate with respect to the melt processing region. Since the melt processing region and the microcavity are examples of the above-described modified region, in this case as well, when cutting a substrate on which a multilayer part including a plurality of functional elements is formed, a high precision of the multilayer part is particularly obtained. Can be cut.
  • the thickness of the substrate is between 30 mm 111 and 150 mm 111.
  • the thickness of the substrate is 30 ⁇ m to 150 / m, it is possible to cut the substrate with higher precision from the above-described modified region as a starting point even with only the laminated portion.
  • the substrate and the laminated portion may be cut along a planned cutting line.
  • the laminated portion can be cut particularly precisely along a planned cutting line.
  • the laser processing method cuts a substrate by irradiating a laser beam with a focusing point inside the substrate on which a multilayer portion including a plurality of functional elements is formed.
  • a laser calorie method in which a modified region that is the starting point of cutting is formed in the substrate along the planned cutting line, and the distance between the surface side edge of the modified region and the surface of the substrate is 3 ⁇ m The modified region is formed so as to be ⁇ 40 ⁇ m.
  • the modified region is formed along the planned cutting line so that the distance between the position of the surface side end of the modified region and the surface of the substrate is 3 ⁇ m to 40 ⁇ m. It is formed inside the substrate.
  • a crack that reaches at least the surface of the substrate from the surface side end of the modified region is generated.
  • an expandable member such as an expanded tape is attached to the back surface of the substrate and expanded.
  • the distance between the position of the surface side end of the modified region and the surface of the substrate is 3 It is preferable to form the modified region so as to be in the range of ⁇ m to 35 ⁇ m.
  • the position of the surface side edge of the modified region It is preferable to form the modified region so that the distance between the substrate and the surface of the substrate is 3 xm to 40 zm.
  • a semiconductor chip according to the present invention is a semiconductor chip including a substrate and a stacked portion formed on the surface of the substrate including a functional element, and having a modified region formed on a side surface of the substrate.
  • the modified region is formed so that the distance between the position of the surface side end of the modified region and the surface of the substrate is 3 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • this semiconductor chip can be said to have been cut by using the laser processing method, the end of the stacked portion corresponding to the side surface of the substrate on which the modified region is formed was cut with high accuracy. It will be a thing.
  • the present invention makes it possible to cut a laminated portion with high precision, particularly when cutting a substrate on which a laminated portion including a plurality of functional elements is formed.
  • 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 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 caking by the laser caking method according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the cache object shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V_V of the cache object shown in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of a workpiece to be cut by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 8 A sectional view of the object to be processed in the first step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 9 A sectional view of the object to be processed in the second step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 10 A cross-sectional view of the workpiece in the third step of the laser caching method according to the present embodiment.
  • FIG. 12 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. 14 is a cross-sectional view of a silicon wafer in which a melt processing region and a microcavity are formed by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a silicon wafer for explaining the principle of forming a melt processing region and a microcavity by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 16 is a view showing a photograph of a cut surface of a silicon wafer in which a melt processing region and a microcavity are formed by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 17 A plan view of an object to be processed that is an object of the laser caching method of the present embodiment.
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view along the xvm_xvm line of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 19 is a partial cross-sectional view of an object to be processed for explaining the laser processing method of the present embodiment, where (a) shows a state where a protective tape is applied to the object to be processed, and (b) shows an object to be processed. It is in a state of being irradiated with laser light.
  • FIG. 20 is a partial cross-sectional view of an object to be processed for explaining the laser processing method of the present embodiment. Yes, (a) shows a state where an expanded tape is applied to the object to be processed, and (b) shows a state where the protective tape is irradiated with ultraviolet rays.
  • FIG. 21 is a partial cross-sectional view of an object to be processed for explaining the laser processing method of the present embodiment, in which (a) shows a state where a protective tape is peeled off from the object to be processed, and (b) shows an expanded tape expanded. It is in the state.
  • FIG. 22 A partial cross-sectional view of an object to be processed in which a crack reaching the inside of the laminated portion from the surface side end portion of the modified region occurs.
  • FIG. 23 A partial cross-sectional view of a workpiece to be cracked that reaches the surface of the laminated portion from the surface side end of the modified region.
  • FIG. 27 is a view showing a photograph showing a cutting result of a workpiece when a crack reaches the surface of the substrate and when a crack reaches the surface of the low dielectric constant film.
  • Garden 28 is a diagram showing the thickness 30 beta m of the substrate Nirre, hand "and the distance between the modified region surface side end portion of the position and the surface of the substrate, the relationship between the state of the substrate”.
  • FIG. 29 A diagram showing the relationship between the position of the surface side edge of the modified region and the surface of the substrate and the state of the substrate on a 50 ⁇ m thick substrate.
  • FIG. 30 is a view showing the “relationship between the distance between the position of the surface-side edge of the modified region and the surface of the substrate and the state of the substrate” for a substrate having a thickness of 100 ⁇ m.
  • FIG. 31 is a diagram showing the “relationship between the distance between the position of the surface-side edge of the modified region and the surface of the substrate and the state of the substrate” for a substrate having a thickness of 150 zm.
  • FIG. 32 is a view showing a photograph of a cut surface of a substrate on which the modified region is formed such that the surface side end of the modified region extends in a streak pattern on the surface of the substrate.
  • the intensity of the laser beam is the peak power density (W / cm 2 ) at the focal point of the laser beam.
  • the peak density is 1 X 10 8 (W / cm 2 ) or more, and the peak power density is (energy per pulse of laser light at the focal point) ⁇ (laser light
  • the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (W / cm 2 ) at the focal point of the laser beam.
  • the surface 3 of the plate-like workpiece 1 has a planned cutting line 5 for cutting the workpiece 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending straight.
  • modification is performed by irradiating the laser beam L with the condensing point P inside the cache object 1 under conditions where multiphoton absorption occurs. Region 7 is formed.
  • the focusing point P means that the laser beam L is focused It is a place.
  • 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 cache object 1 without being limited to a virtual line.
  • the laser light L is moved along the planned cutting line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 1) to move the condensing point P along the planned cutting line 5. .
  • the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and the 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 target 1 to generate heat by causing the processing target 1 to absorb the laser beam L.
  • the modified region 7 is formed by allowing the laser beam L to pass through the workpiece 1 and causing multiphoton absorption inside the cathode 1. 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 when 1 is disconnected.
  • the cutting start region 8 is formed by the modified region 7 in one row.
  • the thickness of the workpiece 1 is large, this is possible by forming the cutting start region 8 by the modified regions 7 formed in a plurality of rows in the thickness direction. Even in the case of natural cracking, the part where the cutting start region 8 is formed so that the crack does not advance to the surface 3 of the part corresponding to the part where the cutting start region 8 is not formed at the part to be cut.
  • the modified regions formed by multiphoton absorption include the following cases (1) to (4).
  • 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 (W / cm 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.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of the experiment.
  • the horizontal axis is the peak power density, which is the laser power S pulse laser light, so 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 a single panelless laser beam. Crack spot force gathers 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 are for the condenser lens (C) with a magnification of 100 and a numerical aperture (NA) of 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.
  • the peak power density is about lO ⁇ W / cm 2 ) Force A crack spot is generated inside the workpiece, and as the peak power density increases, the crack spot 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 force S is further grown from the crack region 9 (that is, from the cutting start region), and as shown in FIG. And to figure 11
  • the workpiece 1 is cut when the workpiece 1 is broken.
  • 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 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 (W / cm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less. Irradiate laser light under certain conditions. As a result, 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. That is, for example, a region where a single crystal structure is changed to an amorphous structure, a region where a single crystal structural force is changed to a polycrystalline structure, a region where a single crystal structure is changed to a structure including an amorphous structure and a polycrystalline structure are included. 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 (W / cm 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 laser processing 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 to show the transmittance only inside. The above relationship was shown for each of the silicon substrate thickness t force 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, 200 ⁇ m, 500 ⁇ m, and 1000 ⁇ m.
  • the thickness of the silicon substrate is 500 ⁇ m or less at 1064 nm which is the wavelength of the Nd: YAG laser
  • 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 / im from the surface.
  • the transmittance is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 ⁇ . Therefore, the laser light 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. [0043] Note that the silicon wafer generates a crack 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. As a result, it is cut.
  • the cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow spontaneously or may grow when force is applied to the silicon wafer.
  • the crack grows from a state where the melt processing region forming the cutting start region is melted, and the cutting start region
  • 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.
  • unnecessary cracking off the cutting start region line is less likely to occur at the time of cleaving, so that cleaving control is facilitated.
  • 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 (W / cm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less. Irradiate laser light under certain conditions. As a result, a melt-processed region and a microcavity may be formed 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 microcavity 14 is formed on the rear surface 21 side with respect to the melt processing region 13.
  • the melt processing region 13 and the microcavity 14 are continuously formed.
  • the microcavity 14 is formed on the opposite side of the laser light incident surface of the silicon wafer 11 with respect to the melt-processed region 13. It will be done.
  • melt processing regions 13 are formed by transmitting the laser light L through the silicon wafer 11 and generating multiphoton absorption inside the silicon wafer 11, the respective melt processing regions 13 are supported.
  • the principle behind the formation of the microcavity 14 is not always clear .
  • two hypotheses assumed by the present inventors regarding the principle of forming the melt-processed region 13 and the microcavity 14 in pairs will be described.
  • the first hypothesis assumed by the present inventors is as follows. That is, as shown in FIG. 15, when the laser beam L is focused and focused on the condensing point P inside the silicon wafer 11, the melting region 13 is formed in the vicinity of the condensing point P.
  • the laser light L the light at the center of the laser light L emitted from the laser light source (lights corresponding to L4 and L5 in FIG. 15) is used. This is because the central portion of the Gaussian distribution of the laser beam L is used.
  • the present inventors have decided to broaden the laser beam L in order to suppress the influence of the laser beam L on the surface 3 of the silicon wafer 11.
  • One method is to expand the base of the Gaussian distribution by expanding the laser light L emitted from the laser light source with a predetermined optical system, and to the light around the laser light L (L1 to L3 and L6 in Fig. 15).
  • the laser intensity of the portion corresponding to ⁇ L8) was relatively increased.
  • the melt processing region 13 and the microcavity 14 are formed at positions along the optical axis of the laser beam L (the chain line in FIG. 15).
  • the position where the microcavity 14 is formed corresponds to a portion where the light in the peripheral portion of the laser light L (the light corresponding to L1 to L3 and L6 to L8 in FIG. 15) is theoretically condensed.
  • the light at the center of the laser light L (the light corresponding to L4 and L5 in FIG. 15) and the light at the peripheral part of the laser light L (in FIG. It is considered that the difference in the thickness direction of the silicon wafer 11 between the portions where the light (the portion corresponding to L8) is collected is due to the spherical aberration of the lens that collects the laser light L.
  • the first hypothesis assumed by the present inventors is that the difference in the condensing position does not have any influence.
  • the second hypothesis assumed by the present inventors is that the portion around the laser beam L (the portion corresponding to L1 to L3 and L6 to L8 in Fig. 15) is focused. Since this is the theoretical laser focusing point, the light intensity in this part is high and microstructural changes have occurred. However, the microcavity 14 in which the crystal structure is not substantially changed is formed, and the portion where the melt-processed region 13 is formed has a large thermal effect and is simply melted and re-solidified.
  • the melt-processed region 13 is as described in (2) above.
  • the force microcavity 14 is a region in which the crystal structure is not substantially changed around the periphery.
  • the silicon wafer 11 has a silicon single crystal structure, there are many portions around the microcavity 14 that remain in the silicon single crystal structure.
  • the present inventors have confirmed through experiments that the melt-processed region 13 and the microcavity 14 are formed inside the silicon wafer 11.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Pulse pitch 7 ⁇ m
  • FIG. 16 is a view showing a photograph of a cut surface of silicon wafer 11 cut by laser processing under the above conditions.
  • (a) and (b) show photographs of the same cut surface at different scales.
  • a pair of a melt processing region 13 and a microcavity 14 formed by irradiation with one pulse of laser light L is formed along a cutting plane (that is, a line to be cut). Along the same pitch).
  • the melt processing region 13 of the cut surface shown in FIG. 16 has a width of about 13 ⁇ m in the thickness direction (vertical direction in the drawing) of the silicon wafer 11 and moves the laser light L (see FIG. 16). Inside left / right direction ) Width is about 3 / im.
  • the microcavity 14 has a width force ⁇ in the thickness direction of the silicon wafer 11 and a width in the direction in which the laser light L is moved is about 1.3 / m.
  • the distance between the melt processing region 13 and the microcavity 14 is about 1.2 ⁇ .
  • the focusing point inside the workpiece (eg glass) and irradiate the laser beam under the condition that the electric field strength at the focusing point is 1 X 10 8 (W / cm 2 ) or more and the pulse width force Sins or less.
  • the pulse width is made extremely short and multiphoton absorption occurs inside the object, the energy due to the multiphoton absorption is not converted into 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 changing region.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably less than Ins, more preferably less than lps.
  • the cases of (1) to (4) 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.
  • a cutting origin region in a direction along the (111) plane (first cleavage plane) or the (110) plane (second cleavage plane) Is preferably formed.
  • a substrate made of a phosphite-type III-V compound semiconductor such as GaAs
  • the field of a substrate having a hexagonal crystal structure such as sapphire (Al 2 O 3).
  • the cutting start region in the direction along the (1120) plane (eight plane) or the (1100) plane (M plane) with the (0001) plane (C plane) as the main plane.
  • FIG. 17 is a plan view of the workpiece to be processed by the laser caching method of the present embodiment
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view of the workpiece shown in FIG. 17 along the line XVIII-XVIII. It is.
  • a workpiece 1 that is a wafer has a flat plate shape and a substantially disk shape.
  • a plurality of cutting lines 5 that intersect vertically and horizontally are set (lattice-shaped cutting lines).
  • the planned cutting line 5 is a virtual line assumed to cut the workpiece 1 into a plurality of chip-like parts.
  • the workpiece 1 includes a silicon substrate 4 having a thickness of 30 111 to 150 111 and a plurality of functional elements 15 on the surface 4a of the substrate 4. And a formed layer portion 16.
  • the functional element 15 is laminated on the interlayer insulating film 17a so as to cover the interlayer insulating film 17a laminated on the surface 4a of the substrate 4, the wiring layer 19a formed on the interlayer insulating film 17a, and the wiring layer 19a.
  • the interlayer insulating film 17b is formed, and the wiring layer 19b is formed on the interlayer insulating film 17b.
  • the wiring layer 19a and the substrate 4 are electrically connected by a conductive plug 20a that penetrates the interlayer insulating film 17a.
  • the wiring layer 19b and the wiring layer 19a are connected by a conductive plug 20b that penetrates the interlayer insulating film 17b. Electrically connected.
  • the interlayer insulating films 17a and 17b are formed on the entire surface 4a of the substrate 4. It is formed across the adjacent functional elements 15 and 15 so as to cover.
  • the workpiece 1 configured as described above is cut for each functional element 15 as follows. First, as shown in FIG. 19A, a protective tape (protective member) 22 is attached to the surface 16a of the laminated portion 16 so as to cover each functional element 15. Subsequently, as shown in FIG. 19 (b), the workpiece 1 is fixed on a mounting table (not shown) of the laser processing apparatus with the back surface 4b of the substrate 4 facing upward. At this time, since the protective tape 22 prevents the laminated portion 16 from coming into direct contact with the mounting table, each functional element 15 can be protected.
  • the cutting line 5 is set in a lattice shape so as to pass between the adjacent functional elements 15 and 15.
  • the back surface 4b of the substrate 4 is focused on the inside of the substrate 4 with the laser light incident surface. While converging the point P and irradiating the laser beam L under conditions that cause multiphoton absorption, the condensing point P of the laser beam L is scanned along the planned cutting line 5 by moving the mounting table.
  • the modified region 7 that is the starting point of cutting is the distance between the position of the surface side end 7a and the surface 4a of the substrate 4 (unless otherwise noted, it means the distance in the thickness direction of the substrate 4).
  • Is formed inside the substrate 4 so as to be 3 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the modified region 7 can be reliably formed in the inner portion of the substrate 4 along the planned cutting line 5. Since the substrate 4 is a semiconductor substrate made of silicon, the modified region 7 is the melt processing region 13. Further, here, the modified region 7 is formed in the substrate 4 at a rate of one row for one line 5 to be cut.
  • an expand tape (expandable member) 23 is attached to the back surface 4b of the substrate 4 as shown in FIG. Subsequently, as shown in FIG. 20 (b), the protective tape 22 is irradiated with ultraviolet rays to reduce its adhesive strength, and the protective tape 22 is applied from the surface 16a of the laminated portion 16 as shown in FIG. 21 (a). Remove.
  • the expanded tape 23 is expanded to cause a crack starting from the modified region 7, and the substrate 4 and the laminated portion 16 are to be cut.
  • the semiconductor chips 25 obtained by cutting are separated from each other.
  • the substrate 4 and the laminated portion 16 formed on the surface 4a of the substrate 4 including the functional element 15 are provided, and the distance between the position of the surface side end portion 7a and the surface 4a of the substrate 4 is 3 ⁇ m to The semiconductor chip 25 in which the modified region 7 is formed on the side surface 4c of the substrate 4 so as to be 40 zm can be obtained.
  • the laser light L is emitted using the back surface 4b of the substrate 4 as the laser light incident surface in a state where the protective tape 22 is attached to the front surface 16a of the laminated portion 16.
  • a modified region 7 is formed inside the substrate 4 along the planned cutting line 5, and a crack 24 reaching the surface 4 a of the substrate 4 from the surface side end 7 a of the modified region 7 is generated.
  • the expanded tape 23 is applied to the back surface 4b of the substrate 4 and expanded in a state where such cracks 24 are generated, the laminated portion 16 on the line 5 to be cut only by the substrate 4, that is, the interlayer insulation.
  • the membranes 17a and 17b can be cut along the planned cutting line 5 with high accuracy.
  • the semiconductor chip 25 obtained by cutting the end portion 16c of the stacked portion 16 corresponding to the side surface 4c of the substrate 4 on which the modified region 7 is formed has high accuracy. It will be cut.
  • the substrate 4 has a thickness of 30 111 to 150 111. If the thickness of the substrate 4 is 30 111 to 150 111, then one row Starting from the modified region 7, the substrate 4 that is formed only by the laminated portion 16 can be cut with higher accuracy.
  • the modified region 7 is formed inside the substrate 4 along the planned cutting line 5, so that the surface 4 of the modified region 7 is removed from the surface side end portion 7a.
  • the crack 24 reaching the surface 4a was generated, as shown in FIG. 22, the crack 24 reaching the inside of the laminated portion 16 from the surface side end portion 7a of the modified region 7 may be generated.
  • a crack 24 that reaches the surface 16a of the laminated portion 16 from the surface side end portion 7a of the modified region 7 may be generated.
  • the modified region 7 is formed inside the substrate 4 along the planned cutting line 5, the crack 24 reaching at least the surface 4a of the substrate 4 from the surface side end portion 7a of the modified region 7 is generated.
  • the modified region 7 is placed inside the substrate 4 so that the distance between the position of the surface side end portion 7a and the surface 4a of the substrate 4 is 3 / im to 40 ⁇ .
  • the modified region 7 may be formed so that the center of the modified region 7 is located closer to the surface 4a side of the substrate 4 than the center of the substrate 4 in the thickness direction of the substrate 4.
  • the reason why the laminated portion 16 can be cut with high precision when a crack 24 that reaches at least the surface 4a of the substrate 4 from the surface side end portion 7a of the modified region 7 is generated will be described.
  • a low dielectric constant film low (k film) is laminated.
  • FIG. 24 explains the first reason why the low dielectric constant film 26 can be cut with high accuracy when a crack 24 reaching the surface 4a of the substrate 4 from the surface side end 7a of the modified region 7 is generated.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a workpiece 1 for performing.
  • the state where the crack 24 reaching the front surface 4a of the substrate 4 from the front surface side end 7a of the modified region 7 is generated is the rear surface side end of the modified region 7. It can be said that it is difficult to cut the substrate 4 compared to the state in which the crack 24 reaching the back surface 4 b of the substrate 4 from the part 7b is generated.
  • the low dielectric constant film 26 generally has a property that is not easily compatible with other materials having low mechanical strength, and thus tends to be torn off or peeled off. It is considered that the low dielectric constant film 26 can be cut with the substrate 4 with high accuracy.
  • FIG. 25 shows a second example in which the low dielectric constant film 26 can be cut with high accuracy when the crack 24 reaching the surface 4a of the substrate 4 from the surface side end 7a of the modified region 7 is generated.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the workpiece 1 for explaining the reason.
  • the front surface side end portion 7a of the modified region 7 to the surface 4a of the substrate 4 It is considered that the low dielectric constant film 26 can be cut along with the substrate 4 with high accuracy in the state where the crack 24 reaching the thickness is generated.
  • FIG. 26 illustrates the reason why the low dielectric constant film 26 can be cut with high precision when the crack 24 reaching the surface 26a of the low dielectric constant film 26 from the surface side end 7a of the modified region 7 is generated.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a workpiece 1 to be processed. As shown in the figure, in this case, the low dielectric constant film 26 is cut when the modified region 7 is formed inside the substrate 4 along the cutting predetermine line 5. Therefore, it is considered that the low dielectric constant film 26 can be cut with high accuracy by preventing tearing and film peeling.
  • the cutting results in the cases (1) and (2) are as follows. As shown in Fig. 27, the low dielectric constant film 26 is extremely highly accurate both when the crack 24 reaches the surface 4a of the substrate 4 and when the crack 24 reaches the surface 26a of the low dielectric constant film 26. (See the photo at the bottom). Even in the portion where the A1 pad 27 was formed on the planned cutting line 5, the tearing of the low dielectric constant film 26 could be suppressed to less than 5 zm (see the photo in the middle).
  • the surface side edge distance of the modified region 7 means the distance between the position of the surface side edge 7a of the modified region 7 and the surface 4a of the substrate 4, and the back surface of the modified region 7
  • the side edge distance means the distance between the position of the rear surface side edge 7 b of the modified region 7 and the back surface 4 b of the substrate 4.
  • the width of the modified region 7 means the distance between the position of the front surface side end portion 7a and the position of the back surface side end portion 7b of the modified region 7.
  • the position of the surface side end 7a of the modified region 7 is formed along the planned cutting line 5.
  • FIG. 28 to FIG. 31 show the positions of the surface side edge 7a of the modified region 7 and the substrate 4 for the substrate 4 having thicknesses of 30 ⁇ , 50 ⁇ m, 100 zm, and 150 xm, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the distance to the surface 4a and the state of the substrate 4.
  • (a) is the case where the condensing point P of the laser beam L is scanned once along the planned cutting line 5, and (b) is the laser beam L along the planned cutting line 5.
  • This is the case where the condensing point P is scanned twice.
  • the state DM of the substrate 4 is a state in which damage has appeared on the surface 4 a of the substrate 4
  • the state FL of the substrate 4 is a state in which the crack 24 has reached the surface 4 a of the substrate 4.
  • the state ST of the substrate 4 is a state in which no change appears on the front surface 4a and the back surface 4b of the substrate 4
  • the state HC of the substrate 4 is a state in which the crack 24 reaches the back surface 4b of the substrate 4.
  • the substrate 4 is made of a silicon bare wafer.
  • the irradiation conditions of the laser beam L along the planned cutting line 5 are as follows.
  • Processing speed moving speed of condensing point P with respect to substrate 4): 300mmZ seconds
  • the modified region 7 is connected to the substrate 4 along the planned cutting line 5 so that the surface side end portion 7a of the modified region 7 extends in a streak pattern on the surface 4a of the substrate 4.
  • FIG. 32 (a) and (b) are photographs of the same cut surface shown at different scales).
  • a crack 24 that reaches at least the surface 4a of the substrate 4 from the surface side end portion 7a of the modified region 7 occurs.
  • the expanded tape 23 is applied to the back surface 4b of the substrate 4 and expanded in a state where such cracks 24 are generated, particularly the laminated portion 16 (in FIG. 32, the low dielectric constant film) 26) can be cut along the planned cutting line 5 with high accuracy.
  • the surface side end portion 7a of the modified region 7 becomes the substrate 4. Often extends linearly on the surface 4a.
  • the melt processing region 13 is formed as the modified region 7 inside the semiconductor substrate such as a silicon wafer.
  • a microcavity 14 located on the surface 4a side of the substrate 4 may be formed with respect to the melt processing region 13.
  • the straightness of the crack 24 reaching at least the surface 4a of the substrate 4 is improved, and as a result, in particular, the lamination The part 16 can be cut along the scheduled cutting line 5 with higher accuracy.
  • multi-photon absorption is generated inside the substrate 4 to form the modified region 7.
  • light absorption equivalent to multi-photon absorption is generated inside the substrate 4.
  • the modified region 7 can be formed.
  • an organic insulating film or an inorganic insulating film a composite film thereof, a low dielectric constant film, a conductive film such as a TEG, a metal wiring, or an electrode is considered. And these include those in which one or more layers are formed.
  • the present invention makes it possible to cut a stacked portion particularly precisely when cutting a substrate on which a stacked portion including a plurality of functional elements is formed.

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Abstract

　複数の機能素子を含む積層部が形成された基板を切断するに際し、特に積層部の高精度な切断を可能にするレーザ加工方法を提供する。 　積層部１６の表面１６ａに保護テープ２２を貼り付けた状態で、基板４の裏面４ｂをレーザ光入射面としてレーザ光Ｌを照射することにより、切断予定ラインに沿って改質領域７を基板４の内部に形成し、改質領域７の表面側端部７ａから基板４の表面４ａに達する亀裂２４を生じさせる。そして、このような亀裂２４が生じている状態で、エキスパンドテープを基板４の裏面４ｂに貼り付けて拡張させると、基板４だけでなく、切断予定ライン上の積層部１６、すなわち層間絶縁膜１７ａ，１７ｂを切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。

Description

明 細 書
レーザ加工方法及び半導体チップ
技術分野
[0001] 本発明は、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板を切断するために使 用されるレーザ加工方法、及びそのようなレーザ加工方法の使用により切断された半 導体チップに関する。 背景技術
[0002] 従来におけるこの種の技術として、複数の機能素子を含む積層部が形成された基 板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿つ て改質領域を基板の内部に形成し、その改質領域を起点として基板及び積層部を 切断するとレ、うレーザ加工方法がある（例えば、特許文献 1参照）。
特許文献 1 :特開 2003— 334812号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 上述したようなレーザ加工方法は、基板及び積層部を高精度に切断することができ る点で有効な技術である。このような技術に関連し、複数の機能素子を含む積層部 が形成された基板の内部に切断予定ラインに沿って改質領域を形成した場合に、そ の改質領域を起点として、特に積層部のより高精度な切断を可能にする技術が望ま れていた。
[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、複数の機能素子を 含む積層部が形成された基板を切断するに際し、特に積層部の高精度な切断を可 能にするレーザ加工方法、及びそのようなレーザ加工方法の使用により切断された 半導体チップを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、複数の機能素子を 含む積層部が表面に形成された基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射す ることにより、基板の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を基板の 内部に形成するレーザ加工方法であって、改質領域の表面側端部から少なくとも基 板の表面に達する亀裂が生じるように改質領域を形成することを特徴とする。
[0006] このレーザ加工方法では、改質領域の表面側端部から少なくとも基板の表面に達 する亀裂が生じるように、切断予定ラインに沿って改質領域を基板の内部に形成す る。このような亀裂が生じている状態で、例えば、エキスパンドテープ等の拡張可能 部材を基板の裏面に取り付けて拡張させると、基板だけでなぐ特に積層部を切断予 定ラインに沿って精度良く切断することができる。従って、このレーザ加工方法は、複 数の機能素子を含む積層部が形成された基板を切断するに際し、特に積層部の高 精度な切断を可能にする。
[0007] なお、機能素子とは、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイ オード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、回路として形成された回路 素子等を意味する。また、改質領域は、基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を 照射して、多光子吸収或いはそれと同等の光吸収を基板の内部で生じさせることに より形成される。
[0008] また、上記レーザ加工方法においては、改質領域の表面側端部から積層部の内部 に達する亀裂が生じるように改質領域を形成してもよいし、改質領域の表面側端部 力 積層部の表面に達する亀裂が生じるように改質領域を形成してもよい。
[0009] また、本発明に係るレーザ加工方法は、複数の機能素子を含む積層部が表面に形 成された基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、基板の切 断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を基板の内部に形成するレーザ 加工方法であって、改質領域の表面側端部が基板の表面に筋状に延びるように改 質領域を形成することを特徴とする。
[0010] このレーザカ卩ェ方法では、改質領域の表面側端部が基板の表面に筋状に延びる ように、切断予定ラインに沿って改質領域を基板の内部に形成する。このように改質 領域を形成すると、改質領域の表面側端部から少なくとも基板の表面に達する亀裂 が生じることになる。そして、このような亀裂が生じている状態で、例えば、エキスパン ドテープ等の拡張可能部材を基板の裏面に取り付けて拡張させると、基板だけでな ぐ特に積層部を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。従って、こ のレーザ加工方法は、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板を切断する に際し、特に積層部の高精度な切断を可能にする。
[0011] ここで、基板は半導体基板であり、改質領域は溶融処理領域を含む場合がある。こ の溶融処理領域は上述した改質領域の一例であるため、この場合にも、複数の機能 素子を含む積層部が形成された基板を切断するに際し、特に積層部の高精度な切 断が可能になる。
[0012] また、基板は半導体基板であり、改質領域は、溶融処理領域と、その溶融処理領 域に対して基板の表面側に位置する微小空洞とを含む場合がある。この溶融処理領 域及び微小空洞は上述した改質領域の一例であるため、この場合にも、複数の機能 素子を含む積層部が形成された基板を切断するに際し、特に積層部の高精度な切 断が可能になる。
[0013] また、基板の厚さは30〃111〜150〃111でぁることが好ましレ、。基板の厚さが 30 x m 〜150 / mであると、上述した改質領域を起点として、積層部だけでなぐ基板をもよ り高精度に切断することが可能になる。
[0014] また、改質領域を形成した後に、基板及び積層部を切断予定ラインに沿って切断し てもよレ、。この場合、上述した理由から、複数の機能素子を含む積層部が形成された 基板を切断するに際し、特に積層部を切断予定ラインに沿って精度良く切断すること ができる。
[0015] また、本発明に係るレーザ加工方法は、複数の機能素子を含む積層部が表面に形 成された基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、基板の切 断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を基板の内部に形成するレーザ カロェ方法であって、改質領域の表面側端部の位置と基板の表面との距離が 3 μ m〜 40 μ mとなるように改質領域を形成することを特徴とする。
[0016] このレーザカ卩ェ方法では、改質領域の表面側端部の位置と基板の表面との距離が 3 μ m〜40 μ mとなるように、切断予定ラインに沿って改質領域を基板の内部に形成 する。このように改質領域を形成すると、改質領域の表面側端部から少なくとも基板 の表面に達する亀裂が生じることになる。そして、このような亀裂が生じている状態で 、例えば、エキスパンドテープ等の拡張可能部材を基板の裏面に取り付けて拡張さ せると、基板だけでなぐ特に積層部を切断予定ラインに沿って精度良く切断するこ とができる。従って、このレーザ加工方法は、複数の機能素子を含む積層部が形成さ れた基板を切断するに際し、特に積層部の高精度な切断を可能にする。
[0017] また、上記レーザカ卩ェ方法においては、切断予定ラインに沿ったレーザ光の照射 力 ^回の場合には、改質領域の表面側端部の位置と基板の表面との距離が 3 μ m〜 35 μ mとなるように改質領域を形成することが好ましぐ切断予定ラインに沿ったレー ザ光の照射が複数回の場合には、改質領域の表面側端部の位置と基板の表面との 距離が 3 x m〜40 z mとなるように改質領域を形成することが好ましレ、。このような条 件で改質領域を形成することにより、改質領域の表面側端部から少なくとも基板の表 面に達する亀裂を確実に生じさせることができる。
[0018] また、本発明に係る半導体チップは、基板と、機能素子を含んで基板の表面に形 成された積層部とを備え、基板の側面に改質領域が形成された半導体チップであつ て、改質領域の表面側端部の位置と基板の表面との距離が 3 μ m〜40 μ mとなるよ うに改質領域が形成されてレ、ることを特徴とする。
[0019] この半導体チップは、上記レーザ加工方法の使用により切断されたものといえるた め、改質領域が形成された基板の側面に対応する積層部の端部は、高精度に切断 されたものとなる。
発明の効果
[0020] 本発明は、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板を切断するに際し、特 に積層部の高精度な切断を可能にする。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図 である。
[図 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カ卩ェ方法によるレーザカ卩ェ後の加工対象物の平面図 である。
[図 4]図 3に示すカ卩ェ対象物の IV— IV線に沿っての断面図である。
[図 5]図 3に示すカ卩ェ対象物の 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。
園 7]本実施形態に係るレーザカ卩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。
園 8]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。
園 9]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。
園 10]本実施形態に係るレーザカ卩ェ方法の第 3工程における加工対象物の断面図 である。
園 11]本実施形態に係るレーザカ卩ェ方法の第 4工程における加工対象物の断面図 である。
園 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ウェハの一部にお ける断面の写真を表した図である。
園 13]本実施形態に係るレーザカ卩ェ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]本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成 されたシリコンウェハの断面図である。
[図 15]本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成 される原理を説明するためのシリコンウェハの断面図である。
[図 16]本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成 されたシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。
園 17]本実施形態のレーザカ卩ェ方法の対象となる加工対象物の平面図である。
[図 18]図 17に示す加工対象物の xvm_xvm線に沿っての部分断面図である。
[図 19]本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図で あり、（a)は加工対象物に保護テープを貼り付けた状態、 （b)は加工対象物にレーザ 光を照射してレ、る状態である。
[図 20]本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図で あり、（a)は加工対象物にエキスパンドテープを貼り付けた状態、（b)は保護テープ に紫外線を照射してレ、る状態である。
[図 21]本実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の部分断面図で あり、（a)は加工対象物から保護テープを剥がした状態、（b)はエキスパンドテープを 拡張させた状態である。
園 22]改質領域の表面側端部から積層部の内部に達する亀裂が生じた加工対象物 の部分断面図である。
園 23]改質領域の表面側端部から積層部の表面に達する亀裂が生じた加工対象物 の部分断面図である。
園 24]改質領域の表面側端部から基板の表面に達する亀裂を生じさせた場合に低 誘電率膜を高精度に切断することができる第 1の理由を説明するための加工対象物 の部分断面図である。
園 25]改質領域の表面側端部から基板の表面に達する亀裂を生じさせた場合に低 誘電率膜を高精度に切断することができる第 2の理由を説明するための加工対象物 の部分断面図である。
園 26]改質領域の表面側端部から低誘電率膜の表面に達する亀裂を生じさせた場 合に低誘電率膜を高精度に切断することができる理由を説明するための加工対象物 の部分断面図である。
[図 27]基板の表面に亀裂が達してレ、た場合、及び低誘電率膜の表面に亀裂が達し ていた場合の加工対象物の切断結果を示す写真を表した図である。
園 28]厚さ 30 β mの基板にっレ、ての「改質領域の表面側端部の位置と基板の表面 との距離と、基板の状態との関係」を示す図である。
園 29]厚さ 50 μ mの基板にっレ、ての「改質領域の表面側端部の位置と基板の表面 との距離と、基板の状態との関係」を示す図である。
園 30]厚さ 100 μ mの基板についての「改質領域の表面側端部の位置と基板の表面 との距離と、基板の状態との関係」を示す図である。
園 31]厚さ 150 z mの基板についての「改質領域の表面側端部の位置と基板の表面 との距離と、基板の状態との関係」を示す図である。 [図 32]改質領域の表面側端部が基板の表面に筋状に延びるように改質領域が形成 された基板の切断面の写真を表した図である。
符号の説明
[0022] 1…加工対象物、 4…基板、 4a…基板の表面、 4b…基板の裏面、 4c…基板の側面 、 5…切断予定ライン、 7…改質領域、 7a…改質領域の表面側端部、 13…溶融処理 領域、 14…微小空洞、 15…機能素子、 16…積層部、 16a…積層部の表面、 22· · · 保護テープ (保護部材)、 23…エキスパンドテープ (拡張可能部材)、 24…亀裂、 25 …半導体チップ、 26…低誘電率膜、 L…レーザ光、 P…集光点。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実 施形態のレーザ加工方法では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多 光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成 するためのレーザ加工方法について説明する。
[0024] 材料の吸収のバンドギャップ Eよりも光子のエネルギー h v力 M、さいと光学的に透
G
明となる。よって、材料に吸収が生じる条件は >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
G ， 3， 4, " で 材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強 度はレーザ光の集光点のピークパワー密度 (W/cm2)で決まり、例えばピークパヮ 一密度が 1 X 108 (W/cm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度 は、（集光点におけるレーザ光の 1パルス当たりのエネルギー） ÷ (レーザ光のビーム スポット断面積 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/cm2)で決まる。
[0025] 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、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カ卩ェ対象物 1の内部に集光点 Pを合わせてレー ザ光 Lを照射して改質領域 7を形成する。なお、集光点 Pとは、レーザ光 Lが集光する 箇所のことである。また、切断予定ライン 5は、直線状に限らず曲線状であってもよい し、仮想線に限らずカ卩ェ対象物 1に実際に引かれた線であってもよい。
[0026] 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。
[0027] 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レ、。加工対象物 1に レーザ光 Lを透過させカ卩ェ対象物 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。
[0028] 加工対象物 1の内部に切断起点領域 8を形成すると、この切断起点領域 8を起点と して割れが発生し易くなるため、図 6に示すように、比較的小さな力で加工対象物 1を 切断することができる。よって、加工対象物 1の表面 3に不必要な割れを発生させるこ となぐ加工対象物 1を高精度に切断することが可能になる。
[0029] この切断起点領域 8を起点とした加工対象物 1の切断には、次の 2通りが考えられ る。 1つは、切断起点領域 8形成後、加工対象物 1に人為的な力が印加されることに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1が割れ、加工対象物 1が切断される 場合である。これは、例えばカ卩ェ対象物 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）に向かって自 然に割れ、結果的に加工対象物 1が切断される場合である。これは、例えば加工対 象物 1の厚さが小さい場合には、 1列の改質領域 7により切断起点領域 8が形成され ることで可能となり、加工対象物 1の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成 された改質領域 7により切断起点領域 8が形成されることで可能となる。なお、この自 然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域 8が形成されていない部 位に対応する部分の表面 3上にまで割れが先走ることがなぐ切断起点領域 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、シリコンゥヱハ等の加工対象物 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。
[0030] さて、本実施形態に係るレーザカ卩ェ方法において、多光子吸収により形成される改 質領域としては、次の（1)〜（4)の場合がある。
[0031] (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力 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 (W/cm2)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」に記載されている。
[0032] 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。
[0033] (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
00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： 100mm/秒
[0034] 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。
[0035] 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 ザ光力 S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 ノレ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。クラックスポット力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^W/cm2)程度 力 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 従レ、クラックスポットも大きくなることが分力る。
[0036] 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）クラック力 S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。
[0037] (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 (W/cm2)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、 単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造力 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 1012 (W/cm2)であ る。パルス幅は例えば lns〜200nsが好ましい。
[0038] 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。
[0039] (A)カ卩ェ対象物：シリコンウェハ（厚さ 350 μ ΐη、外径 4インチ）
(Β)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
パノレス幅：30ns
出力： 20 μ J/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
倍率： 50倍
N. A. : 0. 55
レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： 100mm/秒
[0040] 図 12は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における 断面の写真を表した図である。シリコンウェハ 11の内部に溶融処理領域 13が形成さ れている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域 13の厚さ方向の大きさは 1 00 μ m程度である。
[0041] 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 てレヽる。シリコン基板の厚さ t力 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。
[0042] 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 μ 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 μ ΐη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 /i mの部分に 形成される。この場合の透過率は、厚さ 200 μ ΐη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。 [0043] なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点と して断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面と に到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達する この割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより 成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れ が自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融してい る状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融 している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、ど ちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断 面には、図 12のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工 対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断 起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。
[0044] (3)改質領域が溶融処理領域及び微小空洞の場合
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 (W/cm2)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、加工対象物の内部には溶融処理領域と微小 空洞とが形成される場合がある。なお、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。
[0045] 図 14に示すように、シリコンウェハ 11の表面 3側からレーザ光 Lを入射させた場合、 微小空洞 14は、溶融処理領域 13に対して裏面 21側に形成される。図 14では、溶融 処理領域 13と微小空洞 14とが離れて形成されている力 溶融処理領域 13と微小空 洞 14とが連続して形成される場合もある。つまり、多光子吸収によって溶融処理領域 13及び微小空洞 14が対になって形成される場合、微小空洞 14は、溶融処理領域 1 3に対してシリコンウェハ 11におけるレーザ光入射面の反対側に形成されることにな る。
[0046] このように、シリコンウェハ 1 1にレーザ光 Lを透過させシリコンウェハ 11の内部に多 光子吸収を発生させて溶融処理領域 13を形成した場合に、それぞれの溶融処理領 域 13に対応した微小空洞 14が形成される原理については必ずしも明らかではない 。ここでは、溶融処理領域 13及び微小空洞 14が対になった状態で形成される原理 に関して本発明者らが想定する 2つの仮説を説明する。
[0047] 本発明者らが想定する第 1の仮説は次の通りである。すなわち、図 15に示すように 、シリコンウェハ 11の内部の集光点 Pに焦点を合わせてレーザ光 Lを照射すると、集 光点 Pの近傍に溶融処理領域 13が形成される。従来は、このレーザ光 Lとして、レー ザ光源から照射されるレーザ光 Lの中心部分の光（図 15中、 L4及び L5に相当する 部分の光）を使用することとしていた。これは、レーザ光 Lのガウシアン分布の中心部 分を使用するためである。
[0048] 本発明者らはレーザ光 Lがシリコンウェハ 11の表面 3に与える影響をおさえるため にレーザ光 Lを広げることとした。その一手法として、レーザ光源から照射されるレー ザ光 Lを所定の光学系でエキスパンドしてガウシアン分布の裾野を広げて、レーザ光 Lの周辺部分の光（図 15中、 L1〜L3及び L6〜L8に相当する部分の光）のレーザ 強度を相対的に上昇させることとした。このようにエキスパンドしたレーザ光 Lをシリコ ンウェハ 11に透過させると、既に説明したように集光点 Pの近傍では溶融処理領域 1 3が形成され、その溶融処理領域 13に対応した部分に微小空洞 14が形成される。 つまり、溶融処理領域 13と微小空洞 14とはレーザ光 Lの光軸（図 15中の一点鎖線） に沿った位置に形成される。微小空洞 14が形成される位置は、レーザ光 Lの周辺部 分の光（図 15中、 L1〜L3及び L6〜L8に相当する部分の光）が理論上集光される 部分に相当する。
[0049] このようにレーザ光 Lの中心部分の光（図 15中、 L4及び L5に相当する部分の光） と、レーザ光 Lの周辺部分の光（図 15中、 L1〜L3及び L6〜L8に相当する部分の 光）とがそれぞれ集光される部分がシリコンウェハ 11の厚さ方向において異なるのは 、レーザ光 Lを集光するレンズの球面収差によるものと考えられる。本発明者らが想 定する第 1の仮説は、この集光位置の差が何らかの影響を及ぼしているのではない 力、とレ、うものである。
[0050] 本発明者らが想定する第 2の仮説は、レーザ光 Lの周辺部分の光（図 15中、 Ll〜 L3及び L6〜L8に相当する部分の光）が集光される部分は理論上のレーザ集光点 であるから、この部分の光強度が高く微細構造変化が起こっているためにその周囲 が実質的に結晶構造が変化していない微小空洞 14が形成され、溶融処理領域 13 が形成されている部分は熱的な影響が大きく単純に溶解して再固化したというもので ある。
[0051] ここで、溶融処理領域 13は上記（2)で述べた通りのものである力 微小空洞 14は、 その周囲が実質的に結晶構造が変化していなレ、ものである。シリコンウェハ 11がシリ コン単結晶構造の場合には、微小空洞 14の周囲はシリコン単結晶構造のままの部 分が多い。
[0052] 本発明者らは、シリコンウェハ 11の内部で溶融処理領域 13及び微小空洞 14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。
[0053] (A)加工対象物：シリコンウェハ（厚さ 100 μ m)
(B)レーザ
光源：半導体レーザ励起 Nd： YAGレーザ
波長： 1064nm
繰り返し周波数： 40kHz
ノ ルス幅： 30ns
パルスピッチ： 7 μ m
加工深さ： 8 μ ΐη
ノ ルスエネルギー： 50 i J/パルス
(C)集光用レンズ
NA: 0. 55
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： 280mm/秒
[0054] 図 16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 11の切断面の 写真を表した図である。図 16において（a)と (b)とは同一の切断面の写真を異なる縮 尺で示したものである。同図に示すように、シリコンウェハ 11の内部には、 1パルスの レーザ光 Lの照射により形成された溶融処理領域 13及び微小空洞 14の対が、切断 面に沿って（すなわち、切断予定ラインに沿って)所定のピッチで形成されている。
[0055] なお、図 16に示す切断面の溶融処理領域 13は、シリコンウェハ 11の厚さ方向（図 中の上下方向）の幅が 13 μ m程度で、レーザ光 Lを移動する方向（図中の左右方向 )の幅が 3 /i m程度である。また、微小空洞 14は、シリコンウェハ 11の厚さ方向の幅 力 μ ΐη程度で、レーザ光 Lを移動する方向の幅が 1. 3 / m程度である。溶融処理 領域 13と微小空洞 14との間隔は 1. 2 μ ΐη程度である。
[0056] (4)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力 Sins以下の条件でレーザ光を照射す る。ノ ルス幅を極めて短くして、多光子吸収をカ卩ェ対象物の内部に起こさせると、多 光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部には イオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率 変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (W/cm2)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。
[0057] 以上、多光子吸収により形成される改質領域として（1)〜 (4)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。
[0058] すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は 、（111)面 (第 1劈開面)や（110)面 (第 2劈開面）に沿った方向に切断起点領域を 形成するのが好ましい。また、 GaAsなどの閃亜 鉱型構造の III V族化合物半導 体からなる基板の場合は、（110)面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが 好ましレ、。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
2 3
合は、 (0001)面 (C面)を主面として（1120)面 (八面)或いは（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しい。
[0059] なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板にお ける（111)面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方 向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーション フラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域 を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
[0060] 次に、本発明の好適な実施形態について説明する。図 17は、本実施形態のレー ザカ卩ェ方法の対象となる加工対象物の平面図であり、図 18は、図 17に示す加工対 象物の XVIII— XVIII線に沿っての部分断面図である。図 17を参照すると、ウェハであ る加工対象物 1は、平板状であり略円盤状を呈している。この加工対象物 1の表面に は、縦横に交差する複数の切断予定ライン 5が設定されてレ、る（格子状の切断予定ラ イン)。切断予定ライン 5は、加工対象物 1を複数のチップ状の部分に切断するため に想定される仮想線である。
[0061] 図 17及び図 18に示すように、加工対象物 1は、 30 111〜150 111の厚さを有する シリコン製の基板 4と、複数の機能素子 15を含んで基板 4の表面 4aに形成された積 層部 16とを備えている。機能素子 15は、基板 4の表面 4aに積層された層間絶縁膜 1 7aと、層間絶縁膜 17a上に形成された配線層 19aと、配線層 19aを覆うように層間絶 縁膜 17a上に積層された層間絶縁膜 17bと、層間絶縁膜 17b上に形成された配線層 19bとを有している。配線層 19aと基板 4とは、層間絶縁膜 17aを貫通する導電性プ ラグ 20aによって電気的に接続され、配線層 19bと配線層 19aとは、層間絶縁膜 17b を貫通する導電性プラグ 20bによって電気的に接続されている。
[0062] なお、機能素子 15は、基板 4のオリエンテーションフラット 6に平行な方向及び垂直 な方向にマトリックス状に多数形成されているが、層間絶縁膜 17a， 17bは、基板 4の 表面 4a全体を覆うように隣り合う機能素子 15, 15間に渡って形成されている。
[0063] 以上のように構成された加工対象物 1を以下のようにして機能素子 15毎に切断す る。まず、図 19 (a)に示すように、各機能素子 15を覆うように積層部 16の表面 16aに 保護テープ (保護部材） 22を貼り付ける。続いて、図 19 (b)に示すように、基板 4の裏 面 4bを上方に向けて加工対象物 1をレーザ加工装置の載置台（図示せず）上に固 定する。このとき、積層部 16が載置台に直接接触することが保護テープ 22によって 避けられるため、各機能素子 15を保護することができる。
[0064] そして、隣り合う機能素子 15, 15間を通るように切断予定ライン 5を格子状に設定し
(図 17の破線参照）、基板 4の裏面 4bをレーザ光入射面として基板 4の内部に集光 点 Pを合わせてレーザ光 Lを多光子吸収が生じる条件で照射しながら、載置台の移 動により切断予定ライン 5に沿ってレーザ光 Lの集光点 Pをスキャンする。これにより、 切断の起点となる改質領域 7を、その表面側端部 7aの位置と基板 4の表面 4aとの距 離 (特に断りがない限り、基板 4の厚さ方向における距離を意味する）が 3 μ m〜40 μ mとなるように基板 4の内部に形成する。このような条件で改質領域 7を形成すると 、改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに達する亀裂 24が生じることにな る。
[0065] このように、加工対象物 1にレーザ光 Lを照射するに際して、基板 4の裏面 4bをレー ザ光入射面とするため、積層部 16の切断予定ライン 5上にレーザ光 Lを反射する部 材 (例えば、 TEG)が存在しても、改質領域 7を切断予定ライン 5に沿って基板 4の内 部に確実に形成することができる。なお、基板 4はシリコンからなる半導体基板である ため、改質領域 7は溶融処理領域 13である。また、ここでは、 1本の切断予定ライン 5 に対して 1列の割合で基板 4の内部に改質領域 7を形成する。
[0066] 改質領域 7を形成して亀裂 24を生じさせた後、図 20 (a)に示すように、基板 4の裏 面 4bにエキスパンドテープ (拡張可能部材） 23を貼り付ける。続いて、図 20 (b)に示 すように、保護テープ 22に紫外線を照射して、その粘着力を低下させ、図 21 (a)に 示すように積層部 16の表面 16aから保護テープ 22を剥がす。
[0067] 保護テープ 22を剥がした後、図 21 (b)に示すように、エキスパンドテープ 23を拡張 させて、改質領域 7を起点として割れを生じさせ、基板 4及び積層部 16を切断予定ラ イン 5に沿って切断すると共に、切断されて得られた各半導体チップ 25を互いに離 間させる。これにより、基板 4と、機能素子 15を含んで基板 4の表面 4aに形成された 積層部 16とを備え、表面側端部 7aの位置と基板 4の表面 4aとの距離が 3 μ m〜40 z mとなるように改質領域 7が基板 4の側面 4cに形成された半導体チップ 25を得るこ とができる。
[0068] 以上説明したように、上記レーザカ卩ェ方法においては、積層部 16の表面 16aに保 護テープ 22を貼り付けた状態で、基板 4の裏面 4bをレーザ光入射面としてレーザ光 Lを照射することにより、切断予定ライン 5に沿って改質領域 7を基板 4の内部に形成 し、改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を生じさせる。 そして、このような亀裂 24が生じている状態で、エキスパンドテープ 23を基板 4の裏 面 4bに貼り付けて拡張させると、基板 4だけでなぐ切断予定ライン 5上の積層部 16 、すなわち層間絶縁膜 17a， 17bを切断予定ライン 5に沿って精度良く切断すること ができる。つまり、切断されて得られた半導体チップ 25は、図 21 (b)に示すように、改 質領域 7が形成された基板 4の側面 4cに対応する積層部 16の端部 16cも高精度に 切断されたものとなる。
[0069] また、上記加工対象物 1においては、基板4が30 111〜150 111の厚さを有するが 、このょぅに基板4の厚さが30 111〜150 111でぁると、 1列の改質領域 7を起点とし て、積層部 16だけでなぐ基板 4をもより高精度に切断することができる。
[0070] なお、上記レーザカ卩ェ方法においては、切断予定ライン 5に沿って改質領域 7を基 板 4の内部に形成することにより、改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに 達する亀裂 24を生じさせたが、図 22に示すように、改質領域 7の表面側端部 7aから 積層部 16の内部に達する亀裂 24を生じさせてもよいし、図 23に示すように、改質領 域 7の表面側端部 7aから積層部 16の表面 16aに達する亀裂 24を生じさせてもよい。 つまり、切断予定ライン 5に沿って改質領域 7を基板 4の内部に形成することにより、 改質領域 7の表面側端部 7aから少なくとも基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を生じさ せれば、基板 4と、機能素子 15を含んで基板 4の表面 4aに形成された積層部 16とを 備える加工対象物 1を切断するに際し、特に積層部 16を高精度に切断することがで きる。
[0071] また、上記レーザカ卩ェ方法においては、表面側端部 7aの位置と基板 4の表面 4aと の距離が 3 /i m〜40 μ ΐηとなるように改質領域 7を基板 4の内部に形成した力 基板 4の厚さ方向において、改質領域 7の中心が基板 4の中心より基板 4の表面 4a側に 位置するように改質領域 7を形成してもよレ、。このように改質領域 7を形成することで、 改質領域 7の表面側端部 7aから少なくとも基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を生じさ せ易くすることができる。
[0072] 次に、改質領域 7の表面側端部 7aから少なくとも基板 4の表面 4aに達する亀裂 24 を生じさせた場合に積層部 16を高精度に切断することができる理由について説明す る。なお、ここでは、シリコン製の基板 4の表面 4aに積層部 16として低誘電率膜 (low k膜）が積層されているものとする。
[0073] (1)改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を生じさせた
¾口
図 24は、改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を生じ させた場合に低誘電率膜 26を高精度に切断することができる第 1の理由を説明する ための加工対象物 1の部分断面図である。
[0074] 図 24 (a)に示すように、改質領域 7の裏面側端部 7bから基板 4の裏面 4bに達する 亀裂 24を生じさせた状態でエキスパンドテープ 23を拡張させると、非常にスムーズ に亀裂 24が基板 4の表面 4a側に延びる。そのため、改質領域 7の裏面側端部 7bか ら基板 4の裏面 4bに達する亀裂 24を生じさせた状態は、基板 4を切断し易い状態で あるといえる。
[0075] 一方、図 24 (b)に示すように、改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに 達する亀裂 24を生じさせた状態は、改質領域 7の裏面側端部 7bから基板 4の裏面 4 bに達する亀裂 24を生じさせた状態に比べ、基板 4を切断し難い状態であるといえる
[0076] 改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を生じさせた状 態、すなわち基板 4を切断し難い状態でエキスパンドテープ 23を拡張させると、ェキ スパンドテープ 23の拡張に伴って徐々にではなぐ一気に基板 4が切断されることに なる。これにより、低誘電率膜 26は、機械的強度が低ぐ他の材料と馴染み難い性質 を一般的に有しているため、引き千切れや膜剥がれを起こし易いものの、それらを防 止して、低誘電率膜 26を基板 4と共に高精度に切断することができると考えられる。
[0077] 図 25は、改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を生じ させた場合に低誘電率膜 26を高精度に切断することができる第 2の理由を説明する ための加工対象物 1の部分断面図である。
[0078] 図 25 (a)に示すように、改質領域 7の裏面側端部 7bから基板 4の裏面 4bに達する 亀裂 24を生じさせた状態でエキスパンドテープ 23を拡張させると、エキスパンドテー プ 23の拡張に伴って徐々に基板 4が切断される。そのため、亀裂 24が低誘電率膜 2 6に達した際には、低誘電率膜 26は谷折り方向に反り、そのままの状態で引き裂か れることになる。
[0079] 一方、図 25 (b)に示すように、改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに 達する亀裂 24を生じさせた状態でエキスパンドテープ 23を拡張させると、基板 4に所 定の拡張力が作用した時点で一気に基板 4が切断される。そのため、低誘電率膜 26 が谷折り方向に反った状態で引き裂かれることが防止される。
[0080] 従って、改質領域 7の裏面側端部 7bから基板 4の裏面 4bに達する亀裂 24を生じさ せた状態よりも、改質領域 7の表面側端部 7aから基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を 生じさせた状態の方が、低誘電率膜 26を基板 4と共に高精度に切断することができ ると考えられる。
[0081] (2)改質領域 7の表面側端部 7aから低誘電率膜 26の表面 26aに達する亀裂 24を 生じさせた場合
図 26は、改質領域 7の表面側端部 7aから低誘電率膜 26の表面 26aに達する亀裂 24を生じさせた場合に低誘電率膜 26を高精度に切断することができる理由を説明 するための加工対象物 1の部分断面図である。同図に示すように、この場合、切断予 定ライン 5に沿って改質領域 7を基板 4の内部に形成した時点で、低誘電率膜 26が 切断されていることになる。従って、引き千切れや膜剥がれを防止して、低誘電率膜 26を高精度に切断することができると考えられる。
[0082] 上記（1) , (2)の各場合における切断結果は次の通りである。図 27に示すように、 基板 4の表面 4aに亀裂 24が達していた場合、及び低誘電率膜 26の表面 26aに亀 裂 24が達していた場合共に、低誘電率膜 26を極めて高精度に切断することができ た（下段の写真参照）。そして、切断予定ライン 5上に A1パッド 27が形成されていた部 分においても、低誘電率膜 26の引き千切れを 5 z m未満に抑制することができた（中 断の写真参照）。
[0083] なお、改質領域 7の表面側端部距離とは、改質領域 7の表面側端部 7aの位置と基 板 4の表面 4aとの距離を意味し、改質領域 7の裏面側端部距離とは、改質領域 7の 裏面側端部 7bの位置と基板 4の裏面 4bとの距離を意味する。また、改質領域 7の幅 とは、改質領域 7の表面側端部 7aの位置と裏面側端部 7bの位置との距離を意味す る。そして、改質領域 7の表面側端部 7aの位置とは、切断予定ライン 5に沿って形成 された改質領域 7の「基板 4の表面 4a側の端部」の「基板 4の厚さ方向における平均 的位置」を意味し、改質領域 7の裏面側端部 7bの位置とは、切断予定ライン 5に沿つ て形成された改質領域 7の「基板 4の裏面 4b側の端部」の「基板 4の厚さ方向におけ る平均的位置」を意味する（図 27の上段の写真参照）。
[0084] 次に、改質領域 7の表面側端部 7aの位置と基板 4の表面 4aとの距離と、基板 4の 状態との関係について説明する。
[0085] 図 28〜図 31は、それぞれ厚さ 30 μ πι、 50 μ m、 100 z m、 150 x mの基板 4につ いての「改質領域 7の表面側端部 7aの位置と基板 4の表面 4aとの距離と、基板 4の 状態との関係」を示す図である。
[0086] 各図において、（a)は切断予定ライン 5に沿ってレーザ光 Lの集光点 Pを 1回スキヤ ンした場合であり、 (b)は切断予定ライン 5に沿ってレーザ光 Lの集光点 Pを 2回スキ ヤンした場合である。また、基板 4の状態 DMは、基板 4の表面 4aに点々とダメージが 現れた状態であり、基板 4の状態 FLは、基板 4の表面 4aに亀裂 24が達した状態であ る。更に、基板 4の状態 STは、基板 4の表面 4aにも裏面 4bにも何ら変化が現れなか つた状態であり、基板 4の状態 HCは、基板 4の裏面 4bに亀裂 24が達した状態である
[0087] なお、「改質領域 7の表面側端部 7aの位置と基板 4の表面 4aとの距離と、基板 4の 状態との関係」を検証するに際しては、基板 4としてシリコン製のベアウェハを用いた 。また、切断予定ライン 5に沿ったレーザ光 Lの照射条件は次の通りである。
繰り返し周波数： 80kHz
ノ ノレス幅： 150ns
ノ ノレスエネルギー： 15 μ J
加工速度（基板 4に対する集光点 Pの移動速度）： 300mmZ秒
[0088] 図 28 (a)〜図 31 (a)から明らかなように、切断予定ライン 5に沿ったレーザ光 Lの照 射が 1回の場合には、改質領域 7の表面側端部 7aの位置と基板 4の表面 4aとの距離 力 ¾ μ m〜35 μ mとなるように改質領域 7を形成すると、改質領域 7の表面側端部 7a 力 少なくとも基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を確実に生じさせることができる（基 板 4の状態 FL)。 [0089] また、図 28 (b)〜図 31 (b)から明らかなように、切断予定ライン 5に沿ったレーザ光 Lの照射が 2回の場合には、改質領域 7の表面側端部 7aの位置と基板 4の表面 4aと の距離が 3 β m〜40 μ mとなるように改質領域 7を形成すると、改質領域 7の表面側 端部 7aから少なくとも基板 4の表面 4aに達する亀裂 24を確実に生じさせることができ る（基板 4の状態 FL)。
[0090] 本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
[0091] 例えば、図 32に示すように、改質領域 7の表面側端部 7aが基板 4の表面 4aに筋状 に延びるように、切断予定ライン 5に沿って改質領域 7を基板 4の内部に形成してもよ レ、（図 32において（a)と（b)とは同一の切断面の写真を異なる縮尺で示したものであ る）。このように改質領域 7を形成すると、改質領域 7の表面側端部 7aから少なくとも 基板 4の表面 4aに達する亀裂 24が生じることになる。そして、このような亀裂 24が生 じている状態で、エキスパンドテープ 23を基板 4の裏面 4bに貼り付けて拡張させると 、基板 4だけでなぐ特に積層部 16 (図 32では、低誘電率膜 26)を切断予定ライン 5 に沿って精度良く切断することができる。なお、積層部 16において切断予定ライン 5 上に、レーザ光 Lを反射する部材 (例えば、金属配線や金属パッド等）が存在してい ると、改質領域 7の表面側端部 7aが基板 4の表面 4aに筋状に延びることが多い。
[0092] また、上記実施形態は、シリコンウェハ等の半導体基板の内部に改質領域 7として 溶融処理領域 13を形成する場合であつたが、改質領域 7として、溶融処理領域 13と 、その溶融処理領域 13に対して基板 4の表面 4a側に位置する微小空洞 14とを形成 してもよレ、。このように、溶融処理領域 13に対して基板 4の表面 4a側に微小空洞 14 が形成されると、少なくとも基板 4の表面 4aに達する亀裂 24の直進性が向上し、その 結果として、特に積層部 16を切断予定ライン 5に沿ってより精度良く切断することが できる。
[0093] また、上記実施形態は、基板 4の内部で多光子吸収を生じさせて改質領域 7を形 成した場合であつたが、基板 4の内部で多光子吸収と同等の光吸収を生じさせて改 質領域 7を形成することができる場合もある。
[0094] また、切断予定ライン上に形成される積層部として、有機絶縁膜や無機絶縁膜、そ れらの複合膜、低誘電率膜、 TEGや金属配線や電極等の導電膜等が考えられ、そ れらが 1層以上形成されてレ、るものを含む。
産業上の利用可能性
本発明は、複数の機能素子を含む積層部が形成された基板を切断するに際し、特 に積層部の高精度な切断を可能にする。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の機能素子を含む積層部が表面に形成された基板の内部に集光点を合わせ てレーザ光を照射することにより、前記基板の切断予定ラインに沿って、切断の起点 となる改質領域を前記基板の内部に形成するレーザカ卩ェ方法であって、
前記改質領域の表面側端部から少なくとも前記基板の表面に達する亀裂が生じる ように前記改質領域を形成することを特徴とするレーザカ卩ェ方法。
[2] 前記改質領域の表面側端部から前記積層部の内部に達する前記亀裂が生じるよう に前記改質領域を形成することを特徴とする請求項 1記載のレーザカ卩ェ方法。
[3] 前記改質領域の表面側端部から前記積層部の表面に達する前記亀裂が生じるよう に前記改質領域を形成することを特徴とする請求項 1記載のレーザカ卩ェ方法。
[4] 複数の機能素子を含む積層部が表面に形成された基板の内部に集光点を合わせ てレーザ光を照射することにより、前記基板の切断予定ラインに沿って、切断の起点 となる改質領域を前記基板の内部に形成するレーザカ卩ェ方法であって、
前記改質領域の表面側端部が前記基板の表面に筋状に延びるように前記改質領 域を形成することを特徴とするレーザ加工方法。
[5] 前記基板は半導体基板であり、前記改質領域は溶融処理領域を含むことを特徴と する請求項 1又は 4記載のレーザ加工方法。
[6] 前記基板は半導体基板であり、前記改質領域は、溶融処理領域と、その溶融処理 領域に対して前記基板の表面側に位置する微小空洞とを含むことを特徴とする請求 項 1又は 4記載のレーザ加工方法。
[7] 前記基板の厚さは 30 μ m〜： 150 μ mであることを特徴とする請求項 1又は 4記載の レーザ加工方法。
[8] 前記改質領域を形成した後に、前記基板及び前記積層部を前記切断予定ライン に沿って切断することを特徴とする請求項 1又は 4記載のレーザカ卩ェ方法。
[9] 複数の機能素子を含む積層部が表面に形成された基板の内部に集光点を合わせ てレーザ光を照射することにより、前記基板の切断予定ラインに沿って、切断の起点 となる改質領域を前記基板の内部に形成するレーザカ卩ェ方法であって、
前記改質領域の表面側端部の位置と前記基板の表面との距離が 3 β m〜40 β m となるように前記改質領域を形成することを特徴とするレーザカ卩ェ方法。
[10] 前記切断予定ラインに沿った前記レーザ光の照射が 1回の場合には、前記改質領 域の表面側端部の位置と前記基板の表面との距離が 3 β m〜35 β mとなるように前 記改質領域を形成することを特徴とする請求項 9記載のレーザ加工方法。
[11] 前記切断予定ラインに沿った前記レーザ光の照射が複数回の場合には、前記改 質領域の表面側端部の位置と前記基板の表面との距離が 3 μ m〜40 μ mとなるよう に前記改質領域を形成することを特徴とする請求項 9記載のレーザカ卩ェ方法。
[12] 基板と、機能素子を含んで前記基板の表面に形成された積層部とを備え、前記基 板の側面に改質領域が形成された半導体チップであって、
前記改質領域の表面側端部の位置と前記基板の表面との距離が 3 μ m〜40 μ m となるように前記改質領域が形成されていることを特徴とする半導体チップ。
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