WO2007004607A1 - 加工対象物切断方法 - Google Patents

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WO2007004607A1
WO2007004607A1 PCT/JP2006/313224 JP2006313224W WO2007004607A1 WO 2007004607 A1 WO2007004607 A1 WO 2007004607A1 JP 2006313224 W JP2006313224 W JP 2006313224W WO 2007004607 A1 WO2007004607 A1 WO 2007004607A1
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workpiece
region
modified region
cutting
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PCT/JP2006/313224
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Takeshi Sakamoto
Kenichi Muramatsu
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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    • 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
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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 workpiece cutting device that cuts a workpiece to be processed for each functional element along a line to be cut, including a substrate and a laminated portion having a plurality of functional elements and provided on the surface of the substrate. It relates to the method
  • the modified region along the line to be cut is formed inside the workpiece by irradiating a laser beam with a focusing point inside the wafer-like workpiece.
  • a laser processing method in which a plurality of rows are formed in this way, and the modified region is used as a starting point for cutting (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 JP 2002-205180 A
  • the laser processing method as described above is a technique that is particularly effective when a workpiece is thick. This is because even if the workpiece is thick, the workpiece can be cut along the planned cutting line with high accuracy by increasing the number of modified regions along the planned cutting line. With regard to such a technique, it is desired to shorten the processing time while maintaining the cutting quality.
  • an object to be processed includes a substrate and a stacked portion that has a plurality of functional elements and is provided on the surface of the substrate.
  • An object of the present invention is to provide a workpiece cutting method that can cut a functional element along a scheduled cutting line with high accuracy in a short time even when the substrate is thick.
  • a processing object cutting method cuts a processing object including a substrate and a stacked portion provided on the surface of the substrate having a plurality of functional elements.
  • a processing object cutting method for cutting each functional element along a planned line comprising: By aligning the condensing point inside and irradiating a laser beam from the laminated part side, the first modification region in which the central position force in the thickness direction of the substrate is also biased toward the back side of the substrate along the line to be cut. Center position force in the thickness direction of the substrate along the planned cutting line by aligning the condensing point inside the substrate and irradiating laser light from the laminated part side.
  • a second modified region biased toward the surface of the substrate is formed inside the substrate, and a crack is generated on the surface of the substrate from the second modified region, and the first and second modified regions are formed. Then, in a state where the expandable member attached to the back surface of the substrate is expanded, a step of generating stress on the workpiece so as to open a crack is included.
  • the first modified region in which the central position force in the thickness direction of the substrate is also biased toward the back surface side of the substrate, and the central position force in the thickness direction of the substrate is also on the surface side of the substrate.
  • the second modified region biased to the inside is formed inside the substrate along the planned cutting line, and at the same time, the second modified region force is cracked on the surface of the substrate. Then, stress is generated in the workpiece so that the crack opens in this state, so that the crack extends toward the laminated portion and the first modified region, and the workpiece is cut. Cut along the planned line with high accuracy.
  • 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 first modified region in which the central position force in the substrate thickness direction is also biased toward the back side of the substrate means that all parts of the first modified region are centered in the substrate thickness direction. It means that it is located on the back side of the substrate with respect to the device.
  • the second modified region in which the central position force in the thickness direction of the substrate is also biased toward the surface side of the substrate means that all parts of the second modified region are at the central position in the thickness direction of the substrate. It means that it is located on the surface side of the substrate.
  • the first and second modified regions are formed by aligning the condensing point inside the substrate and irradiating laser light to cause multiphoton absorption or other light absorption inside the substrate.
  • the formation density of the second modified region in the portion on the surface side of the substrate with respect to the center position in the thickness direction of the substrate is the thickness of the substrate. It is preferable that the density is higher than the formation density of the first modified region in the portion on the back surface side of the substrate with respect to the center position in the direction. Furthermore, it is preferable that the number of columns of the second modified region is larger than the number of columns of the first modified region in a portion along the line to be cut in the substrate. According to these, a processing object including a substrate and a laminated portion provided on the surface of the substrate having a plurality of functional elements is arranged along the planned cutting line even when the substrate is thick. It becomes possible to cut with higher accuracy for each functional element.
  • the formation density of the first modified region in the portion on the back side of the substrate with respect to the center position in the thickness direction of the substrate is the ratio of the first modified region to the portion Means.
  • the formation density of the second modified region in the portion on the surface side of the substrate with respect to the center position in the thickness direction of the substrate means the ratio of the second modified region to that portion. .
  • the second modified region is formed inside the substrate, and the second modified region force causes cracks on the surface of the substrate. It is preferable. In this case, when each modified region is formed, there is no modified region or crack between the surface of the substrate on which the laser beam is incident and the focal point of the laser beam. Scattering, absorption, etc. of the laser beam by such as will not occur. Therefore, it is possible to reliably form each modified region.
  • the substrate may be a semiconductor substrate, and the first and second modified regions may include a melt processing region. If the substrate is a semiconductor substrate, a modified region including a melt processing region may be formed as the first and second modified regions.
  • an object to be processed comprising a substrate and a laminated portion having a plurality of functional elements and provided on the surface of the substrate can be cut even if the substrate is thick. Accordingly, it is possible to cut each functional element accurately in a short time.
  • 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 workpiece to be 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 the object to be processed in the first step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an object to be processed in a second step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an object to be processed in a third step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an object to be processed in a fourth step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 12 A part of the 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 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 is a plan view of a processing target object to be processed by the processing target cutting method of the present embodiment.
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view along the line XVIII-XVIII of the cache object shown in FIG. ⁇ 19] It is a partial cross-sectional view of the workpiece for explaining the workpiece cutting method of the present embodiment, (a) is a state in which an expanded tape is attached to the workpiece, and (b) is a workpiece. This is a state in which an object is irradiated with laser light.
  • a partial cross-sectional view of the workpiece for explaining the workpiece cutting method of the present embodiment where (a) is an expanded state of the expanded tape, and (b) is a knife edge on the workpiece. It is in a state where it is pressed.
  • ⁇ 21 A partial cross-sectional view of a processing object for explaining the processing object cutting method of the present embodiment, in which the processing object is cut into semiconductor chips.
  • FIG. 22 is a perspective view of a workpiece support unit mounted on a workpiece cutting device used in the workpiece cutting method of the present embodiment.
  • FIG. 23 is a perspective view of a workpiece cutting device used in the workpiece cutting method of the present embodiment.
  • FIG. 27 is a partial cross-sectional view of an object to be processed in an example.
  • the absorption band gap of the material is optically transparent when the photon energy h v force S is smaller than E.
  • 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.
  • 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.
  • the modified region 7 is irradiated with the laser beam L with the focusing point P inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs.
  • the condensing point P is a part where the laser beam L is condensed.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a straight line but may be a curved line. However, it is not limited to a virtual line, and may be a line actually drawn on the workpiece 1.
  • the laser beam L is moved along the planned cutting line 5 (ie, 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 object 1 to generate heat when the processing object 1 absorbs the laser beam 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. Form multiple rows in the thickness direction This is made possible by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 thus formed.
  • the part where the cutting start region 8 is formed so that 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 at the part to be cut.
  • 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 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 crack size by experiment.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Oscillation form Q switch pulse Repeat frequency: 100kHz
  • the laser beam quality is TEM
  • the laser beam is highly condensing and can be focused to the wavelength of the laser beam.
  • 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 that 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.
  • Processing object A crack that reaches the front surface 3 and the back surface 21 of 1 may grow naturally, or may grow when a force is applied to the workpiece 1.
  • the focusing point is set inside the workpiece (eg, 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.
  • 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 structure 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.
  • 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 is probable that 80% or more of the laser light is transmitted inside the silicon substrate.
  • 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.
  • 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 starts from a cutting start region formed by the melt processing region.
  • cracks are generated in the cross-sectional direction, and the cracks reach the front and back surfaces of the silicon wafer, resulting in cutting.
  • 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. 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. In this way, when the cutting start region is formed in the workpiece by the melt processing region, unnecessary cracking with the line force of the cutting starting region coming off is less likely to occur at the time of cleaving, so cleaving control becomes easy.
  • 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 upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200ns! / ⁇ .
  • 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 formed apart from each other, but the melt processing region 13 and the microcavity 14 may be formed continuously.
  • 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 melt processing regions 13 correspond to each other.
  • the principle behind the formation of microcavities 14 is not always clear.
  • the principle that the melt-processed region 13 and the microcavity 14 are formed in a paired state Two hypotheses assumed by the present inventors regarding
  • 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 emitted from the laser light source (light 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.
  • the laser light L irradiated with the laser light source power is expanded with a predetermined optical system to widen the base of the Gaussian distribution, and 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 (light in the portion corresponding to L4 and L5 in FIG. 15) and the light at the peripheral portion of the laser light L (in FIG. 15, L1 to L3 and L6 to It is considered that the difference between the portions where the light of the portion corresponding to L8) is condensed in the thickness direction of the silicon wafer 11 is due to the spherical aberration of the lens that condenses the laser light L.
  • the first hypothesis envisaged by the present inventors is the force that the difference in the condensing position does not have any influence.
  • the force in which the melt-processed region 13 is as described in (2) above is the microcavity 14 in which the crystal structure is substantially unchanged 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 processing region 13 and the microcavity 14 are formed inside the silicon wafer 11.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Pulse pitch 7 / z m
  • Pulse energy 50 ⁇ ]
  • FIG. 16 is a view showing a photograph of a cut surface of the silicon wafer 11 cut by the laser cage under the above conditions.
  • (a) and (b) show photographs of the same cut surface at different scales.
  • a pair of the melt processing region 13 and the microcavity 14 formed by irradiation with one pulse of the laser beam L is formed along the cutting plane (that is, the line to be cut).
  • the cutting plane that is, the line to be cut
  • 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 figure) of the silicon wafer 11 and moves the laser light L (in the figure).
  • the width in the horizontal direction is about 3 ⁇ m.
  • the microcavity 14 is the width in the thickness direction of the silicon wafer 11.
  • the width in the direction of moving the laser beam L is about 1.3 m.
  • the distance between the melt processing region 13 and the microcavity 14 is about 1.2 m.
  • 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 (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 having a zinc-blende structure III-V compound semiconductor force such as GaAs 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 cutting origin region in the direction along the (1120) plane (8 planes) or (1100) plane (M plane) with the (0001) plane (C plane) as the main plane. .
  • 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, the cutting start area along the direction in which the cutting start area should be formed is based on the orientation flat. Can be easily and accurately formed on the substrate.
  • FIG. 17 is a plan view of a processing target object to be processed by the processing target cutting method of the present embodiment
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view along the line XVIII-XVIII of the Caloe target shown in FIG. It is.
  • the workpiece 1 includes a substrate 4 having a silicon force, and a stacked portion 16 having a plurality of functional elements 15 and formed on the surface 3 of the substrate 4.
  • the functional element 15 is laminated on the interlayer insulating film 17a so as to cover the wiring layer 19a, the interlayer insulating film 17a laminated on the surface 3 of the substrate 4, the wiring layer 19a disposed on the interlayer insulating film 17a, and the wiring layer 19a.
  • the insulating film 17b includes an interlayer insulating film 17b and a wiring layer 19b disposed 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 to the conductive plug 20b that penetrates the interlayer insulating film 17b. Therefore, it is electrically connected.
  • the functional element 15 includes a plurality of force interlayer insulating films 17a and 17b formed in a matrix on the surface 3 of the substrate 4 in a direction parallel to and perpendicular to the orientation flat 6 of the substrate 4. It is formed across the adjacent functional elements 15 and 15 so as to cover the entire surface 3 of the substrate 4.
  • the cache object 1 configured as described above is cut for each functional element 15 as follows. First, as shown in FIG. 19 (a), an expand tape (expandable member) 23 is attached to the back surface 21 of the substrate 4. Subsequently, as shown in FIG. 19 (b), the calorie object 1 is fixed on a mounting table (not shown) of the laser processing apparatus with the laminated portion 16 facing upward.
  • the cutting lines 5 are set in a lattice pattern with respect to the workpiece 1 so as to pass between the adjacent functional elements 15 and 15 (see the broken lines in FIG. 17).
  • the condensing point P is aligned with the inside of the substrate 4 and the laminated portion 16 side force laser light L is irradiated under conditions that cause multiphoton absorption, while the condensing point is moved along the planned cutting line 5 by moving the mounting table. Scan P.
  • the condensing point P along the planned cutting line 5 is scanned three times for one planned cutting line 5, and the distance from the surface 3 of the substrate 4 to the condensing point P is determined each time.
  • the center position CL force in the thickness direction of the substrate 4 in order from the back surface 21 side of the substrate 4 is also shifted to the back surface 21 side of the substrate 4 in a row of the first modified region 71 and the substrate from the center position CL. 4 surface biased to 3 side
  • two rows of second modified regions 72 are formed one by one along the planned cutting line 5 inside the substrate 4.
  • a crack 24 along the planned cutting line 5 is generated from the second modified region 72 to the surface 3 of the substrate 4. Since the substrate 4 is a semiconductor substrate that also serves as a silicon substrate, the modified regions 71 and 72 are melt processing regions.
  • the respective modified regions 71 and 72 are formed one by one in order from the surface 3 of the substrate 4, the surface on which the laser beam L is incident when the modified regions 71 and 72 are formed. 3 and the condensing point P of the laser beam L, there are no modified regions 71, 72 and cracks 24, so the scattering, absorption, etc. of the laser beam L by the already formed modified regions 71, 72, etc. Will never happen. Therefore, the respective modified regions 71 and 72 can be reliably formed inside the substrate 4 along the planned cutting line 5. Further, by aligning the condensing point P inside the substrate 4 and irradiating the laser beam L from the laminated portion 16 side, the crack 24 is surely generated from the second modified region 72 to the surface 3 of the substrate 4. Can do.
  • the expanded tape 23 is expanded as shown in Fig. 20 (a). Then, in this state, as shown in FIG. 20 (b), the knife edge (pressing member) 41 is pressed against the back surface 21 of the substrate 4 via the expanded tape 23 and moved in the direction of arrow B. . As a result, stress that causes the crack 24 to open is generated in the workpiece 1, so that the crack 24 extends toward the laminated portion 16 and the first modified region 71. 1 is cut along line 5 to be cut.
  • FIG. 22 is a perspective view of a workpiece support unit mounted on the workpiece cutting device.
  • the workpiece support unit 30 has a ring-shaped support frame 31 that also serves as a plate material.
  • An expansion tape 23 is stretched from the back side of the support frame 31 so as to cover the opening 31a. Cover object 1 is pasted upward It is
  • the first and second cut lines 5 along the planned cutting line 5 set in a lattice pattern with respect to the catheter subject 1 so as to pass between the adjacent functional elements 15 and 15.
  • the second modified regions 71 and 72 are formed inside the substrate 4, and cracks 24 are generated from the second modified region 72 to the surface 3 of the substrate 4.
  • FIG. 23 is a perspective view of the workpiece cutting device.
  • the workpiece cutting device 40 has a cylindrical base 42, and the support frame 31 of the workpiece support unit 30 is disposed on the end face 42a of the base 42.
  • the base 42 is provided with a plurality of clamps 43 for fixing the support frame 31 disposed on the end face 42a.
  • a cylindrical expansion member 44 having an inner diameter larger than the outer diameter of the workpiece 1 is arranged inside the base 42.
  • the expansion member 44 is movable in the z-axis direction (vertical direction).
  • a knife edge 41 having a width larger than the outer diameter of the workpiece 1 is arranged inside the expansion member 44.
  • the knife edge 41 can move in the X-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, and can rotate around the z-axis.
  • the cut line 5 set in a grid pattern with respect to the workpiece 1 is placed on the end face 42a of the base 42 so that it coincides with the X-axis direction and the y-axis direction.
  • the support frame 31 of the object support unit 30 is arranged and fixed by the clamp 43.
  • the expansion member 44 is raised, and the workpiece 1 is pushed up together with the expanded tape 23.
  • the expanded tape 23 is expanded.
  • the knife edge 41 rises and is pressed against the cache object 1 via the expanding tape 23. Then, the knife edge 41 moves in the y-axis direction with its width direction coinciding with the X-axis direction. As a result, a stress that causes the crack 24 to open is generated in the workpiece 1, and the workpiece 1 is cut into strips along the planned cutting line 5 that extends in the X-axis direction.
  • the knife edge 41 descends and rotates 90 ° around the z-axis. Thereafter, the knife edge 41 rises again and is pressed against the cache object 1 via the expanding tape 23. Then, the knife edge 41 moves in the X-axis direction with its width direction coinciding with the y-axis direction. As a result, stress that causes the crack 24 to open is generated in the workpiece 1, and the workpiece 1 is cut into chips along the planned cutting line 5 that extends in the y-axis direction.
  • the first modified region 71 that is biased toward the back surface 21 side of the substrate 4 from the center position CL, and the center position CL.
  • To the surface 3 side of the substrate 4 is formed inside the substrate 4 along the planned cutting line 5, and from the second modification region 72 to the surface 3 of the substrate 4.
  • Crack 24 is generated.
  • the crack 24 extends toward the laminated portion 16 and the first modified region 71, and the workpiece 1 is cut along the scheduled cutting line 5 with high accuracy.
  • the adjacent semiconductor chips 25 and 25 face each other.
  • the surfaces 25a and 25a are separated from each other (see FIG. 21), and the occurrence of chipping and cracking due to the contact between the opposing cut surfaces 25a and 25a is prevented.
  • the workpiece 1 is cut along the planned cutting line 5 by increasing the number of the modified regions 71 and 72 along the planned cutting line 5.
  • the processing object 1 including the substrate 4 and the stacked portion 16 having the plurality of functional elements 15 and formed on the surface 3 of the substrate 4 is converted into the substrate. Even when 4 is thick, it is possible to cut the functional elements 15 along the scheduled cutting line 5 in a short time with high accuracy.
  • the distance between the surface 3 of the substrate 4 and the surface-side end 71a of the first modified region 71 is a position where the force S is about 245 ⁇ m in the thickness direction of the substrate 4.
  • a first modified region 71 having a width of about 45 ⁇ m was formed.
  • the second width of the substrate 4 in the thickness direction of about 27 ⁇ m is set at a position where the distance between the surface 3 of the substrate 4 and the surface side end portion 72a of the second modified region 72 is about 82 ⁇ m.
  • the modified region 72 is formed, and the surface 3 of the substrate 4 and the surface side end portion 7 of the second modified region 72 are formed.
  • a second modified region 72 having a width in the thickness direction of the substrate 4 of about 24 ⁇ m is formed at a position where the distance to 2a is about 39 ⁇ m, and the second modified region 72 is Cracks 24 were generated on surface 3.
  • the workpiece 1 when a stress was generated on the workpiece 1 so that the crack 24 was opened, the workpiece 1 was completely cut along the planned cutting lines 5 set in a lattice shape.
  • the meandering along the planned cutting line 5 was suppressed to 4 ⁇ m or less, and the unevenness of the cut surface 25a was suppressed to 5 ⁇ m or less.
  • the time required to form the first and second reformed areas 71 and 72 was reduced to 4 minutes or less (for reference, five rows of reformed areas were formed for one scheduled cutting line. It takes more than 6 minutes to complete).
  • the formation density of the second modified region 72 in the portion 4a on the surface 3 side of the substrate 4 with respect to the center position CL is higher than the formation density of the first modified region 71 in the portion 4b on the back surface 21 side of the substrate 4 with respect to the center position CL, or the number of columns of the second modified region 72 is changed to the first modified region. More than the number of columns in area 71 is preferable. According to these, even if the substrate 4 is thick, such as a thickness of 300 m, the workpiece 1 can be cut along the scheduled cutting line 5 with higher accuracy.
  • the first and second modified regions 71 and 72 are formed inside the substrate 4 after the expanded tape 23 is attached to the back surface 21 of the substrate 4.
  • the expand tape 23 may be attached to the back surface 21 of the substrate 4.
  • a ruler may be used as a pressing member for generating stress on the workpiece 1 so that the crack 24 is opened. Also with the roller, as with the knife edge 41, the workpiece 1 can be stressed easily and reliably so that the crack 24 opens. When the knife edge 41 is used as the pressing member, the workpiece 1 may be repeatedly pushed up along the scheduled cutting line 5.
  • the number of columns of the first modified region 71 is not limited to one column as long as the center position CL force in the thickness direction of the substrate 4 also satisfies the condition that the back surface 21 side of the substrate 4 is also biased.
  • the second The number of rows of the modified region 72 is limited to 2 rows if the deviation from the center position CL in the thickness direction of the substrate 4 toward the surface 3 side of the substrate 4 is satisfied! Nao.
  • the laser light L is collected via the insulating films (interlayer insulating films 17a and 17b) on the planned cutting line 5, but the laser light L on the substrate 4 is incident on the laser light incident surface. If the insulating film is removed, it is possible to focus the laser beam L inside the substrate 4 without attenuating the laser beam intensity.
  • an object to be processed including a substrate and a stacked portion having a plurality of functional elements and provided on the surface of the substrate can be cut even if the substrate is thick. Accordingly, it is possible to cut each functional element accurately in a short time.

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Abstract

　基板と、複数の機能素子を有して基板の表面に設けられた積層部とを備える加工対象物を、その基板が厚い場合であっても、切断予定ラインに沿って機能素子毎に短時間で精度良く切断することができる加工対象物切断方法を提供する。基板４の内部に集光点Ｐを合わせて積層部１６側からレーザ光Ｌを照射することにより、基板４の厚さ方向の中心位置ＣＬから基板４の裏面２１側に偏倚した第１の改質領域７１と、基板４の厚さ方向の中心位置ＣＬから基板４の表面３側に偏倚した第２の改質領域７２とを切断予定ラインに沿って基板４の内部に形成し、第２の改質領域７２から基板４の表面３に割れ２４を生じさせる。その後、基板４の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープ２３を拡張させた状態で、割れ２４が開くように加工対象物１に応力を生じさせる。

Description

明 細 書
加工対象物切断方法
技術分野
[0001] 本発明は、基板と、複数の機能素子を有して基板の表面に設けられた積層部とを 備える加工対象物を切断予定ラインに沿って機能素子毎に切断する加工対象物切 断方法に関する。
背景技術
[0002] 従来におけるこの種の技術として、ウェハ状の加工対象物の内部に集光点を合わ せてレーザ光を照射することで、切断予定ラインに沿った改質領域を加工対象物の 内部に複数列形成し、その改質領域を切断の起点とするというレーザ加工方法があ る (例えば、特許文献 1参照)。
特許文献 1 :特開 2002— 205180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、加工対象物が厚い場合に特に有効となる技術 である。それは、加工対象物が厚い場合でも、切断予定ラインに沿った改質領域の 列数を増やすことによって、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断する ことができるからである。そして、このような技術に関しては、切断品質を維持した上で の加工時間の短時間化が望まれて 、る。
[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、基板と、複数の機 能素子を有して基板の表面に設けられた積層部とを備える加工対象物を、その基板 が厚い場合であっても、切断予定ラインに沿って機能素子毎に短時間で精度良く切 断することができる加工対象物切断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] 上記目的を達成するために、本発明に係る加工対象物切断方法は、基板と、複数 の機能素子を有して基板の表面に設けられた積層部とを備える加工対象物を切断 予定ラインに沿って機能素子毎に切断する加工対象物切断方法であって、基板の 内部に集光点を合わせて積層部側からレーザ光を照射することにより、切断予定ライ ンに沿って、基板の厚さ方向の中心位置力も基板の裏面側に偏倚した第 1の改質領 域を基板の内部に形成する工程と、基板の内部に集光点を合わせて積層部側から レーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って、基板の厚さ方向の中心位 置力 基板の表面側に偏倚した第 2の改質領域を基板の内部に形成し、第 2の改質 領域から基板の表面に割れを生じさせる工程と、第 1及び第 2の改質領域を形成した 後に、基板の裏面に取り付けられた拡張可能部材を拡張させた状態で、割れが開く ように加工対象物に応力を生じさせる工程と、を含むことを特徴とする。
[0006] この加工対象物切断方法においては、基板の厚さ方向の中心位置力も基板の裏 面側に偏倚した第 1の改質領域と、基板の厚さ方向の中心位置力も基板の表面側に 偏倚した第 2の改質領域とが切断予定ラインに沿って基板の内部に形成されると共 に、第 2の改質領域力 基板の表面に割れが生じさせられる。そして、この状態でそ の割れが開くように加工対象物に応力が生じさせられるため、その割れが積層部及 び第 1の改質領域に向かって伸展することになり、加工対象物が切断予定ラインに沿 つて精度良く切断される。し力も、このとき、基板の裏面に取り付けられた拡張可能部 材が拡張させられているため、加工対象物が切断された直後に対向する切断面が離 間することになり、対向する切断面同士の接触によるチッビングやクラッキングの発生 が防止される。これにより、例えば、基板が厚い場合に、切断予定ラインに沿った改 質領域の列数を増やすことによって、加工対象物を切断予定ラインに沿って切断す る技術に比べ、切断品質を維持した上での加工時間の短時間化を図ることができる 。従って、この加工対象物切断方法によれば、基板と、複数の機能素子を有して基 板の表面に設けられた積層部とを備える加工対象物を、その基板が厚い場合であつ ても、切断予定ラインに沿って機能素子毎に短時間で精度良く切断することが可能 になる。
[0007] ここで、機能素子とは、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダ ィ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、「基板の厚さ方向の中心位置力も基板の裏面側に偏倚し た第 1の改質領域」とは、第 1の改質領域の全ての部分が基板の厚さ方向の中心位 置に対して基板の裏面側に位置していることを意味する。一方、「基板の厚さ方向の 中心位置力も基板の表面側に偏倚した第 2の改質領域」とは、第 2の改質領域の全 ての部分が基板の厚さ方向の中心位置に対して基板の表面側に位置していることを 意味する。なお、第 1及び第 2の改質領域は、基板の内部に集光点を合わせてレー ザ光を照射して、多光子吸収或いは他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、基板において切断予定ラインに沿った部分では、基板の厚さ方向の中心位 置に対して基板の表面側の部分における第 2の改質領域の形成密度は、基板の厚 さ方向の中心位置に対して基板の裏面側の部分における第 1の改質領域の形成密 度より高いことが好ましい。更に、基板において切断予定ラインに沿った部分では、 第 2の改質領域の列数は、第 1の改質領域の列数より多いことが好ましい。これらによ れば、基板と、複数の機能素子を有して基板の表面に設けられた積層部とを備える 加工対象物を、その基板が厚い場合であっても、切断予定ラインに沿って機能素子 毎に、より一層精度良く切断することが可能になる。
[0009] ここで、基板の厚さ方向の中心位置に対して基板の裏面側の部分における第 1の 改質領域の形成密度とは、その部分に対して第 1の改質領域が占める割合を意味す る。同様に、基板の厚さ方向の中心位置に対して基板の表面側の部分における第 2 の改質領域の形成密度とは、その部分に対して第 2の改質領域が占める割合を意味 する。
[0010] また、第 1の改質領域を基板の内部に形成した後に、第 2の改質領域を基板の内 部に形成し、第 2の改質領域力 基板の表面に割れを生じさせることが好ましい。こ の場合、各改質領域を形成するに際し、レーザ光が入射する基板の表面とレーザ光 の集光点との間には改質領域や割れが存在しないため、既に形成された改質領域 等によるレーザ光の散乱、吸収等が起こることはない。従って、各改質領域を確実に 形成することが可能になる。
[0011] また、基板の裏面に対し、拡張可能部材を介して押圧部材を押し当てることにより、 割れが開くように加工対象物に応力を生じさせることが好ましい。これによれば、容易 且つ確実に、割れが開くような応力を加工対象物に生じさせることができる。 [0012] また、基板は半導体基板であり、第 1及び第 2の改質領域は溶融処理領域を含む 場合がある。基板が半導体基板であると、第 1及び第 2の改質領域として、溶融処理 領域を含む改質領域が形成される場合がある。
発明の効果
[0013] 本発明によれば、基板と、複数の機能素子を有して基板の表面に設けられた積層 部とを備える加工対象物を、その基板が厚い場合であっても、切断予定ラインに沿つ て機能素子毎に短時間で精度良く切断することができる。
図面の簡単な説明
[0014] [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の第 1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の第 2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の第 3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の第 4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。
[図 17]本実施形態の加工対象物切断方法の対象となる加工対象物の平面図である
[図 18]図 17に示すカ卩ェ対象物の XVIII— XVIII線に沿っての部分断面図である。 圆 19]本実施形態の加工対象物切断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)は加工 対象物にレーザ光を照射している状態である。
圆 20]本実施形態の加工対象物切断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)はエキスパンドテープを拡張させた状態、（b)は加工対象物にナイフ エッジを押し当てて 、る状態である。
圆 21]本実施形態の加工対象物切断方法を説明するための加工対象物の部分断 面図であり、加工対象物が半導体チップに切断された状態である。
[図 22]本実施形態の加工対象物切断方法に用いられる加工対象物切断装置に装 着される加工対象物支持ユニットの斜視図である。
[図 23]本実施形態の加工対象物切断方法に用いられる加工対象物切断装置の斜 視図である。
圆 24]加工対象物支持ユニットが装着された加工対象物切断装置の斜視図である。 圆 25]加工対象物切断装置の動作を説明するための加工対象物支持ユニット及び 加工対象物切断装置の断面図である。
圆 26]加工対象物切断装置の動作を説明するための加工対象物支持ユニット及び 加工対象物切断装置の断面図である。
[図 27]実施例における加工対象物の部分断面図である。
符号の説明
[0015] 1…加工対象物、 5…切断予定ライン、 3…表面、 4…基板、 15…機能素子、 16· ·· 積層部、 21· ··裏面、 23· ··エキスパンドテープ (拡張可能部材）、 24…割れ、 41· ··ナ イフェッジ (押圧部材)、 71· ··第 1の改質領域、 72…第 2の改質領域、 L…レーザ光、 P…集光点、 CL…中心位置。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 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。
[0017] 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 S小さいと光学的に透
G
明となる。よって、材料に吸収が生じる条件は 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。
[0018] 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加工対象物 1の内部に集光点 Pを合わせてレー ザ光 Lを照射して改質領域 7を形成する。なお、集光点 Pとは、レーザ光 Lが集光する 箇所のことである。また、切断予定ライン 5は、直線状に限らず曲線状であってもよい し、仮想線に限らず加工対象物 1に実際に引かれた線であってもよい。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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)〜 (4)の場合がある。
[0024] (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。
[0025] 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。
[0026] (A)加工対象物:パイレックス (登録商標)ガラス (厚さ 700 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： lOOmmZ秒
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] (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。
[0031] 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。
[0032] (A)加工対象物：シリコンウェハ（厚さ 350 μ 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 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
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] (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 (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!/ヽ。
[0038] 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が、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。
[0039] このように、シリコンウェハ 11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 ヽては必ずしも明らかではな ヽ 。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。
[0040] 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 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。
[0041] 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、レーザ光源力 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。
[0042] 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の厚さ方向にぉ 、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 力というものである。
[0043] 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 、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。
[0044] 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いものである。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。
[0045] 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。
[0046] (A)加ェ対象物：シリコンウェハ（厚さ 100 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
パルス幅：30ns
パルスピッチ：7 /z m
加工深さ：8 m
パルスエネルギー： 50 μ ],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： 280mmZ秒
[0047] 図 16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ゥヱハ 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！、る。
[0048] 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 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 μ 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 カ^ m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 m程度である。
[0049] (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。
[0050] 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。
[0051] 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
2 3
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、。
[0052] 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。
[0053] 次に、本発明の好適な実施形態について説明する。図 17は、本実施形態の加工 対象物切断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に示すカロ ェ対象物の XVIII— XVIII線に沿っての部分断面図である。
[0054] 図 17及び図 18に示すように、加工対象物 1は、シリコン力もなる基板 4と、複数の機 能素子 15を有して基板 4の表面 3に形成された積層部 16とを備えている。機能素子 15は、基板 4の表面 3に積層された層間絶縁膜 17aと、層間絶縁膜 17a上に配置さ れた配線層 19aと、配線層 19aを覆うように層間絶縁膜 17a上に積層された層間絶 縁膜 17bと、層間絶縁膜 17b上に配置された配線層 19bとを有している。配線層 19a と基板 4とは、層間絶縁膜 17aを貫通する導電性プラグ 20aによって電気的に接続さ れ、配線層 19bと配線層 19aとは、層間絶縁膜 17bを貫通する導電性プラグ 20bによ つて電気的に接続されている。
[0055] なお、機能素子 15は、基板 4の表面 3に、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力 層間絶縁膜 17a , 17bは、基板 4の表面 3全体を覆うように隣り合う機能素子 15, 15間に渡って形成 されている。
[0056] 以上のように構成されたカ卩ェ対象物 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、基板 4の裏面 21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 19 (b)に示すように、積層部 16を上方に向けてカロ ェ対象物 1をレーザ加工装置の載置台（図示せず)上に固定する。
[0057] そして、隣り合う機能素子 15, 15間を通るように、加工対象物 1に対して切断予定 ライン 5を格子状に設定する（図 17の破線参照)。続いて、基板 4の内部に集光点 P を合わせて積層部 16側力 レーザ光 Lを多光子吸収が生じる条件で照射しながら、 載置台の移動により切断予定ライン 5に沿って集光点 Pをスキャンする。
[0058] この切断予定ライン 5に沿った集光点 Pのスキャンを 1本の切断予定ライン 5に対し て 3回行うが、基板 4の表面 3から集光点 Pまでの距離を各回毎に変えることで、基板 4の裏面 21側から順に、基板 4の厚さ方向の中心位置 CL力も基板 4の裏面 21側に 偏倚した 1列の第 1の改質領域 71、及び中心位置 CLから基板 4の表面 3側に偏倚し た 2列の第 2の改質領域 72を切断予定ライン 5に沿って基板 4の内部に 1列ずつ形 成する。そして、 2列の第 2の改質領域 72の形成によって、切断予定ライン 5に沿った 割れ 24を第 2の改質領域 72から基板 4の表面 3に生じさせる。なお、基板 4はシリコ ンカもなる半導体基板であるため、各改質領域 71, 72は溶融処理領域である。
[0059] このように、各改質領域 71, 72を基板 4の表面 3から遠い順に一列ずつ形成するこ とで、各改質領域 71, 72を形成するに際し、レーザ光 Lが入射する表面 3とレーザ光 Lの集光点 Pとの間には改質領域 71, 72や割れ 24が存在しないため、既に形成さ れた改質領域 71, 72等によるレーザ光 Lの散乱、吸収等が起こることはない。従って 、各改質領域 71, 72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。また、基板 4の内部に集光点 Pを合わせて積層部 16側からレーザ光 Lを 照射することで、第 2の改質領域 72から基板 4の表面 3に割れ 24を確実に生じさせる ことができる。
[0060] 各改質領域 71, 72を形成した後、図 20 (a)に示すように、エキスパンドテープ 23を 拡張させる。そして、この状態で、図 20 (b)に示すように、基板 4の裏面 21に対し、ェ キスパンドテープ 23を介してナイフエッジ (押圧部材) 41を押し当てて、矢印 B方向 に移動させる。これにより、加工対象物 1には、割れ 24が開くような応力が生じさせら れるため、割れ 24が積層部 16及び第 1の改質領域 71に向かって伸展することになり 、加工対象物 1が切断予定ライン 5に沿って切断される。
[0061] そして、このとき、基板 4の裏面 21に貼り付けられたエキスパンドテープ 23が拡張さ せられた状態にあるため、図 21に示すように、加工対象物 1が切断された直後に、切 断されて得られた各半導体チップ 25が互いに離間することになる。
[0062] ここで、本実施形態の加工対象物切断方法に用いられる加工対象物切断装置に ついて説明する。
[0063] 図 22は、加工対象物切断装置に装着される加工対象物支持ユニットの斜視図で ある。同図に示すように、加工対象物支持ユニット 30は、板材カもなるリング状の支 持フレーム 31を有している。支持フレーム 31には、その開口部 31aを覆うように裏面 側からエキスパンドテープ 23が張られており、このエキスパンドテープ 23上には、開 口部 31aの中央に位置するように、積層部 16を上方に向けてカ卩ェ対象物 1が貼り付 けられている。
[0064] なお、加工対象物 1においては、隣り合う機能素子 15, 15間を通るようにカ卩ェ対象 物 1に対して格子状に設定された切断予定ライン 5に沿って、第 1及び第 2の改質領 域 71 , 72が基板 4の内部に形成されていると共に、第 2の改質領域 72から基板 4の 表面 3に割れ 24が生じさせられている。
[0065] 図 23は、加工対象物切断装置の斜視図である。同図に示すように、加工対象物切 断装置 40は、円筒状のベース 42を有しており、このベース 42の端面 42a上に、加工 対象物支持ユニット 30の支持フレーム 31が配置される。ベース 42には、端面 42a上 に配置された支持フレーム 31を固定するためのクランプ 43が複数設けられている。
[0066] ベース 42の内側には、加工対象物 1の外径より大きい内径を有する円筒状の拡張 部材 44が配置されている。この拡張部材 44は、 z軸方向（上下方向）に移動可能とな つている。更に、拡張部材 44の内側には、加工対象物 1の外径より大きい幅を有する ナイフエッジ 41が配置されている。このナイフエッジ 41は、 X軸方向、 y軸方向及び z 軸方向に移動可能となって 、ると共に、 z軸回りに回転可能となって 、る。
[0067] 以上のように構成された加工対象物切断装置 40の動作について説明する。まず、 図 24に示すように、加工対象物 1に対して格子状に設定された切断予定ライン 5が X 軸方向及び y軸方向に一致するように、ベース 42の端面 42a上にカ卩ェ対象物支持 ユニット 30の支持フレーム 31を配置し、クランプ 43によって固定する。この状態で、 図 25に示すように、拡張部材 44が上昇し、加工対象物 1がエキスパンドテープ 23と 共に押し上げられる。これにより、エキスパンドテープ 23が拡張させられた状態となる
[0068] 続いて、図 26に示すように、ナイフエッジ 41が上昇して、エキスパンドテープ 23を 介してカ卩ェ対象物 1に押し当てられる。そして、ナイフエッジ 41がその幅方向を X軸 方向に一致させた状態で y軸方向に移動する。これにより、加工対象物 1には、割れ 24が開くような応力が生じさせられ、 X軸方向に延在する切断予定ライン 5に沿って 加工対象物 1が短冊状に切断される。
[0069] 続いて、ナイフエッジ 41が下降し、 z軸回りに 90° 回転する。その後、再びナイフエ ッジ 41が上昇して、エキスパンドテープ 23を介してカ卩ェ対象物 1に押し当てられる。 そして、ナイフエッジ 41がその幅方向を y軸方向に一致させた状態で X軸方向に移 動する。これにより、加工対象物 1には、割れ 24が開くような応力が生じさせられ、 y 軸方向に延在する切断予定ライン 5に沿って加工対象物 1がチップ状に切断される。
[0070] 以上説明したように、本実施形態の加工対象物切断方法にお!ヽては、中心位置 C Lから基板 4の裏面 21側に偏倚した第 1の改質領域 71と、中心位置 CLから基板 4の 表面 3側に偏倚した第 2の改質領域 72とが切断予定ライン 5に沿って基板 4の内部 に形成されると共に、第 2の改質領域 72から基板 4の表面 3に割れ 24が生じさせられ る。そして、この状態で割れ 24が開くように加工対象物 1に応力が生じさせられるた め、割れ 24が積層部 16及び第 1の改質領域 71に向かって伸展することになり、加工 対象物 1が切断予定ライン 5に沿って精度良く切断される。し力も、このとき、基板 4の 裏面 21に貼り付けられたエキスパンドテープ 23が拡張させられているため、加工対 象物 1が切断された直後に、隣り合う半導体チップ 25, 25の対向する切断面 25a, 2 5aが離間することになり（図 21参照）、対向する切断面 25a, 25a同士の接触による チッビングやクラッキングの発生が防止される。
[0071] これにより、例えば、基板 4が厚い場合に、切断予定ライン 5に沿った改質領域 71, 72の列数を増やすことによって、加工対象物 1を切断予定ライン 5に沿って切断する 技術に比べ、切断品質を維持した上での加工時間の短時間化を図ることができる。 従って、本実施形態の加工対象物切断方法によれば、基板 4と、複数の機能素子 15 を有して基板 4の表面 3に形成された積層部 16とを備える加工対象物 1を、基板 4が 厚い場合であっても、切断予定ライン 5に沿って機能素子 15毎に短時間で精度良く 切断することが可能になる。
[0072] 実施例として、厚さ 300 μ m、外径 8インチのシリコン製の基板 4を備える加工対象 物 1を 5mm X 5mmのチップに切断する場合につ!、て説明する。
[0073] 図 27に示すように、基板 4の表面 3と第 1の改質領域 71の表面側端部 71aとの距離 力 S約 245 μ mとなる位置に、基板 4の厚さ方向における幅が約 45 μ mの第 1の改質 領域 71を形成した。更に、基板 4の表面 3と第 2の改質領域 72の表面側端部 72aと の距離が約 82 μ mとなる位置に、基板 4の厚さ方向における幅が約 27 μ mの第 2の 改質領域 72を形成すると共に、基板 4の表面 3と第 2の改質領域 72の表面側端部 7 2aとの距離が約 39 μ mとなる位置に、基板 4の厚さ方向における幅が約 24 μ mの第 2の改質領域 72を形成し、第 2の改質領域 72から基板 4の表面 3に割れ 24を生じさ せた。
[0074] この状態で割れ 24が開くように加工対象物 1に応力を生じさせると、加工対象物 1 は、格子状に設定された切断予定ライン 5に沿って完全に切断された。また、切断予 定ライン 5に沿っての蛇行は 4 μ m以下に抑えられ、切断面 25aの凹凸は 5 μ m以下 に抑えられた。更に、第 1及び第 2の改質領域 71, 72を形成するのに要した時間は 4 分以下に抑えられた (参考として、 1本の切断予定ラインに対して改質領域を 5列形 成するためには 6分以上の時間を要する）。
[0075] 以上の実施例のように、基板 4において切断予定ライン 5に沿った部分では、中心 位置 CLに対して基板 4の表面 3側の部分 4aにおける第 2の改質領域 72の形成密度 を、中心位置 CLに対して基板 4の裏面 21側の部分 4bにおける第 1の改質領域 71の 形成密度より高くしたり、第 2の改質領域 72の列数を、第 1の改質領域 71の列数より 多くしたりすることが好ましい。これらによれば、厚さ 300 mというように基板 4が厚い 場合であっても、加工対象物 1を切断予定ライン 5に沿ってより一層精度良く切断す ることが可能になる。
[0076] 本発明は、上述した実施形態に限定されない。
[0077] 例えば、上記実施形態では、基板 4の裏面 21にエキスパンドテープ 23を貼り付け た後に、基板 4の内部に第 1及び第 2の改質領域 71, 72を形成したが、基板 4の内 部に第 1及び第 2の改質領域 71, 72を形成した後に、基板 4の裏面 21にエキスパン ドテープ 23を貼り付けてもよ 、。
[0078] また、割れ 24が開くように加工対象物 1に応力を生じさせるための押圧部材として口 ーラを用いてもよい。ローラによっても、ナイフエッジ 41と同様に、容易且つ確実に、 割れ 24が開くような応力を加工対象物 1に生じさせることができる。なお、押圧部材と してナイフエッジ 41を用いる場合、加工対象物 1に対し、切断予定ライン 5に沿って の突き上げを繰り返してもよ 、。
[0079] また、第 1の改質領域 71の列数は、基板 4の厚さ方向の中心位置 CL力も基板 4の 裏面 21側に偏倚しているという条件を満たせば、 1列に限定されない。同様に、第 2 の改質領域 72の列数は、基板 4の厚さ方向の中心位置 CLから基板 4の表面 3側に 偏倚して!/ヽると!/ヽぅ条件を満たせば、 2列に限定されな ヽ。
[0080] また、上記実施形態では、切断予定ライン 5上の絶縁膜 (層間絶縁膜 17a, 17b)を 介して、レーザ光 Lを集光しているが、基板 4のレーザ光入射面上の絶縁膜を除去す れば、レーザ光強度を減衰させずに基板 4の内部にレーザ光 Lを集光することが可 會 になる。
産業上の利用可能性
[0081] 本発明によれば、基板と、複数の機能素子を有して基板の表面に設けられた積層 部とを備える加工対象物を、その基板が厚い場合であっても、切断予定ラインに沿つ て機能素子毎に短時間で精度良く切断することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板と、複数の機能素子を有して前記基板の表面に設けられた積層部とを備える 加工対象物を切断予定ラインに沿って前記機能素子毎に切断する加工対象物切断 方法であって、
前記基板の内部に集光点を合わせて前記積層部側からレーザ光を照射することに より、前記切断予定ラインに沿って、前記基板の厚さ方向の中心位置から前記基板 の裏面側に偏倚した第 1の改質領域を前記基板の内部に形成する工程と、 前記基板の内部に集光点を合わせて前記積層部側からレーザ光を照射することに より、前記切断予定ラインに沿って、前記基板の厚さ方向の中心位置から前記基板 の表面側に偏倚した第 2の改質領域を前記基板の内部に形成し、前記第 2の改質領 域力 前記基板の表面に割れを生じさせる工程と、
前記第 1及び前記第 2の改質領域を形成した後に、前記基板の裏面に取り付けら れた拡張可能部材を拡張させた状態で、前記割れが開くように前記加工対象物に応 力を生じさせる工程と、を含むことを特徴とする加工対象物切断方法。
[2] 前記基板において前記切断予定ラインに沿った部分では、前記基板の厚さ方向の 中心位置に対して前記基板の表面側の部分における前記第 2の改質領域の形成密 度は、前記基板の厚さ方向の中心位置に対して前記基板の裏面側の部分における 前記第 1の改質領域の形成密度より高いことを特徴とする請求項 1記載の加工対象 物切断方法。
[3] 前記基板にお!、て前記切断予定ラインに沿った部分では、前記第 2の改質領域の 列数は、前記第 1の改質領域の列数より多いことを特徴とする請求項 1記載の加工対 象物切断方法。
[4] 前記第 1の改質領域を前記基板の内部に形成した後に、前記第 2の改質領域を前 記基板の内部に形成し、前記第 2の改質領域から前記基板の表面に割れを生じさせ ることを特徴とする請求項 1記載の加工対象物切断方法。
[5] 前記基板の裏面に対し、前記拡張可能部材を介して押圧部材を押し当てることに より、前記割れが開くように前記加工対象物に応力を生じさせることを特徴とする請求 項 1記載の加工対象物切断方法。 前記基板は半導体基板であり、前記第 1及び前記第 2の改質領域は溶融処理領域 を含むことを特徴とする請求項 1記載の加工対象物切断方法。
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