WO2007032392A1 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

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WO2007032392A1
WO2007032392A1 PCT/JP2006/318163 JP2006318163W WO2007032392A1 WO 2007032392 A1 WO2007032392 A1 WO 2007032392A1 JP 2006318163 W JP2006318163 W JP 2006318163W WO 2007032392 A1 WO2007032392 A1 WO 2007032392A1
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laser
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region
cutting line
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PCT/JP2006/318163
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Tetsuya Osajima
Ryuji Sugiura
Kazuhiro Atsumi
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Hamamatsu Photonics K.K.
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Definitions

  • the present invention relates to a laser chain method and a laser chain device used for cutting a workpiece along a planned cutting line.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-179302
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to improve the flatness of a cut surface when a workpiece is cut using the modified region as a starting point of cutting. It is an object of the present invention to provide a single machining method and a laser machining apparatus.
  • the laser cleaning method according to the present invention is adapted to irradiate a laser beam with a converging point inside the object to be processed, along the planned cutting line of the object to be processed.
  • a laser processing method in which a modified region that is the starting point of cutting is formed inside the workpiece, and the maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line is the maximum length in the direction parallel to the planned cutting line.
  • a predetermined modified region is formed by irradiating a predetermined laser beam having a shorter cross-sectional shape with a light spot.
  • the cross-sectional shape of a predetermined laser beam at the focal point is a shape whose maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line is shorter than the maximum length in the direction parallel to the planned cutting line.
  • the shape of the predetermined modified region formed inside the workpiece is such that the maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line is parallel to the planned cutting line when viewed from the incident direction of the laser beam. The shape is shorter than the maximum length.
  • twist hackles appear on the cut surface when the cache object is cut using the modified region as a starting point for cutting. Can be suppressed, and the flatness of the cut surface can be improved.
  • the modified region that is the starting point of cutting is such that multi-photon absorption and other light absorption occur inside the workpiece by irradiating laser light with the focusing point inside the workpiece. It is formed from what is generated.
  • a crack along the planned cutting line is generated from the predetermined modified region to the laser light incident surface of the workpiece.
  • the shape of the predetermined modified region is a shape in which the maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line is shorter than the maximum length in the direction parallel to the planned cutting line when viewed from the incident direction of the laser beam. For this reason, the appearance of twist hackles is suppressed in the cracks generated on the laser light incident surface of the workpiece from the predetermined modified region.
  • the workpiece is cut along the planned cutting line using the modified region as a starting point for cutting. . This makes it possible to accurately cut the workpiece along the planned cutting line.
  • the object to be processed may include a semiconductor substrate, and the modified region may include a melt processing region.
  • 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 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by the laser cage method according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light and the transmittance inside the silicon substrate in the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view of an object to be processed in the laser processing method of the present embodiment.
  • FIG. 15 is a partial sectional view taken along line XV—XV of the cache object shown in FIG.
  • FIG. 16 is a partial cross-sectional view showing a state in which an expanded tape is attached to the back surface of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 17 is a partial cross-sectional view showing a state in which the processing object shown in FIG. 14 is irradiated with laser light.
  • FIG. 18 is a diagram showing a state of laser light at a condensing point, (a) is a cross-sectional shape of laser light at the condensing point, and (b) is an intensity distribution of laser light at the condensing point. .
  • FIG. 19 is a partial cross-sectional view showing a state where the expanded tape attached to the back surface of the workpiece shown in FIG. 14 is expanded.
  • FIG. 20 is a partial cross-sectional view of an object to be processed in which five rows of modified regions are formed with respect to one scheduled cutting line.
  • A shows the first and second rows from the back surface of the object to be processed.
  • the modified region in the row is formed by irradiating the shaped laser beam and the remaining modified region is formed by irradiating the non-shaped laser beam
  • (b) shows the second row from the back surface of the workpiece.
  • the modified region is formed by irradiation with shaped laser light and the remaining modified region is formed by irradiation with non-shaped laser light
  • (c) shows the modified region in the first row from the back surface of the workpiece. This is a case where it is formed by irradiation with shaped laser light, and the remaining modified region is formed by irradiation with non-shaped laser light.
  • 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.
  • a surface 3 of a wafer-like (flat plate) workpiece 1 has a planned cutting line 5 for cutting the workpiece 1.
  • the cutting scheduled line 5 is a virtual line extending straight.
  • the modified region 7 is irradiated with the laser beam L by aligning the condensing point P inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs.
  • the condensing point P is a location where the laser light L is condensed.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a straight line but may be a curved line, or may be a line actually drawn on the cache object 1 without being limited to a virtual line.
  • the condensing point P is moved along the planned cutting line 5 by relatively moving the laser light L along the planned cutting line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 1). .
  • the modified region 7 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 light L.
  • Processed object 1 mm Laser beam L is transmitted and multiphoton absorption is generated inside the processed object 1 to form a modified region 7. Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted.
  • the cutting start region 8 is formed inside the workpiece 1, the cutting start region 8 is used as a starting point. Since cracks are likely to occur, the workpiece 1 can be cut with a relatively small force as shown in FIG. Therefore, it is possible to cut the workpiece 1 that causes unnecessary cracks in the surface 3 of the workpiece 1 with high accuracy.
  • the other is that by forming the cutting start region 8, it naturally cracks in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece 1 starting from the cutting start region 8, resulting in the processing target This is the case where object 1 is cut.
  • this can be achieved by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 in one row, and when the thickness of the workpiece 1 is large.
  • This can be achieved by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 formed in a plurality of rows in the thickness direction. Even in the case of natural cracking, 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 regions formed by multiphoton absorption include the following cases (1) to (3).
  • the modified region is a crack region including one or more cracks
  • the laser beam is irradiated under the condition that the electric field intensity at the focal point is 1 ⁇ 10 8 (WZcm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less.
  • the magnitude of the pulse width is a condition that allows a crack region to be formed only inside the workpiece without causing extra damage to the surface of the workpiece while causing multiphoton absorption. This allows multiphoton absorption inside the workpiece.
  • the phenomenon of optical damage occurs. This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200 ns.
  • the formation of the crack region by multiphoton absorption is described in, for example, “Inside of glass substrate by solid-state laser harmonics” on pages 23-28 of the 45th Laser Thermal Processing Workshop Proceedings (December 1998). It is described in “Marking”.
  • the present inventor obtained the relationship between the electric field strength and the size of the crack by experiment.
  • the experimental conditions are as follows.
  • the laser beam quality is TEM.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of the experiment.
  • the horizontal axis is the peak power density. Since the laser beam is a pulsed laser beam, the electric field strength is expressed by the peak power density.
  • the vertical axis shows the size of the crack part (crack spot) formed inside the workpiece by 1 pulse of laser light. Crack spots gather to form a crack region. Crack spot The size 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.
  • 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 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 is, for example, amorphous. It is a quality 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. Silicon substrate thickness t is 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, 200 ⁇ m, 500 ⁇ m, 1000 ⁇ m The above relationship was shown for each.
  • the thickness of the silicon substrate is 500 m or less at the wavelength of 1064 nm of the Nd: YAG laser, it can be understood that 80% or more of the laser light is transmitted inside the silicon substrate. Since the thickness of the silicon wafer 11 shown in FIG. 12 is 350 m, the melt processing region 13 by multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer 11, that is, at a portion of 175 m from the surface. In this case, the transmittance is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 m. Therefore, the laser beam is hardly absorbed inside the silicon wafer 11, and almost all is transmitted.
  • melt processing region 13 is formed by multiphoton absorption.
  • the formation of the melt processing region by multiphoton absorption is, for example, “Evaluation of processing characteristics of silicon by picosecond pulse laser” on pages 72 to 73 of the 66th Annual Meeting Summary (April 2000). It is described in.
  • the silicon wafer generates a crack by applying a force in the cross-sectional direction starting from the cutting start region formed by the melt processing region, and the crack reaches the front and back surfaces of the silicon wafer. , Resulting in disconnection.
  • the cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow spontaneously or 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.
  • the cutting start region is formed in the workpiece by the melt processing region, unnecessary cracking in which the cutting starting region line force is also not easily generated at the time of cleaving, so that the cleaving control becomes easy.
  • the focusing point inside the workpiece eg glass
  • the pulse width is made extremely short and multiphoton absorption is caused to occur inside the workpiece, the energy due to multiphoton absorption does not convert to thermal energy, and the ionic valence changes inside the workpiece, A permanent structural change such as crystallization or polarization orientation is induced to form a refractive index changing region.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (WZcm 2 ).
  • the pulse width is preferably less than Ins, more preferably less than lps.
  • the formation of the refractive index change region by multiphoton absorption is described in, for example, “Femtosecond Laser Irradiation in Glasses” on pages 105 to 111 of the 42nd Laser Thermal Processing Workshop Papers (November 1997). Photo-induced structure formation ”.
  • the cases of (1) to (3) have been described as the modified regions formed by multiphoton absorption.
  • the cutting origin is considered in consideration of the crystal structure of the wafer-like workpiece and its cleavage property. If the region is formed in the following manner, the workpiece can be cut with a smaller force and a higher accuracy with the cutting starting region as a starting point.
  • the cutting origin region in the direction along the (111) plane (first cleavage plane) or the (110) plane (second cleavage plane) Is preferably formed.
  • the cutting start region in the direction along the (110) plane it is preferable to form the cutting start region in the direction along the (110) plane.
  • the field of a substrate having a hexagonal crystal structure such as sapphire (Al 2 O 3).
  • the 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, it is possible to easily and accurately form the cutting start area along the direction in which the cutting start area is to be formed on the basis of the orientation flat. become.
  • FIG. 14 is a plan view of the object to be processed in the laser processing method of the present embodiment
  • FIG. 15 is a partial cross-sectional view of the object to be processed shown in FIG. 14 along the XV-XV line.
  • the workpiece 1 is a 50 m thick silicon wafer (semiconductor).
  • the functional element 15 is, 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, or a circuit element formed as a circuit. Many are formed in a matrix in the direction parallel to the orientation flat 6 and in the direction perpendicular to it.
  • the cache object 1 configured as described above is cut for each functional element 15 as follows. First, as shown in FIG. 16, the expanded tape 23 is attached to the back surface 21 of the workpiece 1. Subsequently, as shown in FIG. 17, the workpiece 1 is fixed on the mounting table 51 of the laser device 50 with the functional element layer 16 facing upward. Then, the surface 3 of the workpiece 1 is set as the laser beam incident surface, the condensing point P is aligned inside the silicon wafer 11, and the laser beam L is irradiated under the condition that multiphoton absorption occurs, and is adjacent by moving the mounting table. The condensing point P is scanned along each of the planned cutting lines 5 (see the broken line in Fig. 14) set in a lattice pattern so as to pass between the functional elements 15 and 15.
  • one row of the modified region 7 along the planned cutting line 5 is formed with respect to one planned cutting line 5, and the crack 24 along the planned cutting line 5 is formed in the modified region 7.
  • the reforming region 7 may include force cracks that are melting processing regions.
  • the laser cafe device 50 will be described.
  • the laser processing apparatus 50 is extended with a laser head (laser light source) 52 that emits a laser beam L, and a laser shaping optical system 53 that expands the beam diameter of the emitted laser beam L.
  • a pair of knife edges (variable means) 55 that form slits 54 located on the optical axis of the laser light L and extending in a direction parallel to the planned cutting line 5.
  • the laser carriage device 50 condenses the objective lens (condensing lens) 56 that condenses the laser light L that has passed through the slit 54 and the depth from the surface 3 of the workpiece 1 at a certain position.
  • a piezo element 57 that moves the objective lens 56 up and down to align the points is provided.
  • the beam diameter of the laser light L expanded by the laser shaping optical system 53 is 5 mm
  • the width of the slit 54 is 1 mm
  • the pupil diameter of the entrance pupil of the objective lens 56 is 2.7 mm.
  • the cross-sectional shape of the laser light L at the condensing point P (the cross-sectional shape perpendicular to the optical axis) is As shown in FIG. 18 (a), the maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line 5 is shorter than the maximum length in the direction parallel to the planned cutting line 5. Further, the intensity distribution of the laser beam at the condensing point P is a distribution in which the skirts on both sides of the Gaussian distribution are cut in the direction perpendicular to the planned cutting line 5, as shown in FIG. 18 (b). Since the knife edge 55 can be moved back and forth in the horizontal direction with respect to the optical axis of the laser beam L, changing the width of the slit 54 changes the maximum length in the direction perpendicular to the line 5 to be cut. be able to.
  • the expanded tape 23 is expanded, and the crack 24 starts from the modified region 7 as the back surface of the workpiece 1. 21 is also reached, and the silicon wafer 11 and the functional element layer 16 are cut along the planned cutting line 5, and the semiconductor chips 25 obtained by cutting are separated from each other.
  • the cross-sectional shape of the laser beam L at the condensing point P is determined so that the maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line 5 is parallel to the planned cutting line 5.
  • the shape is shorter than the maximum length in the direction. Therefore, the shape of the modified region 7 formed inside the silicon wafer 11 is such that the maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line 5 is parallel to the planned cutting line 5 when viewed from the incident direction of the laser beam L.
  • the shape is shorter than the maximum length.
  • the shape of the modified region 7 is such that the maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line 5 is parallel to the planned cutting line 5 when viewed from the incident direction of the laser beam L. Therefore, in the crack 24 generated on the surface 3 of the workpiece 1 from the modified region 7, the appearance of twist hackles is suppressed. Accordingly, the crack 24 can be prevented from meandering or proceeding in the form of a crank, and the crack 24 can be moved substantially straight. This is also the case where the work piece 1 This contributes to an improvement in the flatness of the cut surface when cutting.
  • the processing object 1 can be reliably (that is, not left uncut) with the modified region 7 as the starting point of cutting. Chip 25 can be cut.
  • the laser beam L has a shape in which the maximum length in the direction perpendicular to the planned cutting line 5 is shorter than the maximum length in the direction parallel to the planned cutting line 5 also on the surface 3 of the workpiece 1. ing. Therefore, even when the functional element 15 is vulnerable to heat, the interval between the adjacent functional elements 15, 15 can be narrowed, and more semiconductor chips 25 can be obtained from one workpiece 1. It becomes possible.
  • the number of columns of the modified region 7 formed inside the workpiece 1 with respect to one scheduled cutting line 5 varies depending on the thickness of the workpiece 1 and the like. Yes, not limited to one column. Further, the modified region 7 may be formed so that the crack 24 along the planned cutting line 5 does not occur from the modified region 7 to the surface 3 of the workpiece 1.
  • the modified region 7 Since the energy of the laser beam L decreases due to the influence of the rate, it may not have an appropriate splitting action. Therefore, when the modified region 7 is formed at a position where the laser beam incident surface force of the workpiece 1 is shallow, the laser beam L having a cross-sectional shape whose vertical length is shorter than the parallel length is irradiated to the workpiece 1. When the modified region 7 is formed at a deep position, the laser light L having a cross-sectional shape with a longer vertical length is formed when the modified region 7 is formed at a deep position than when the modified region 7 is formed at a shallow position. I want to irradiate it.
  • a laser beam having a cross-sectional shape whose vertical length is shorter than the parallel length (hereinafter referred to as “shaping").
  • shape a laser beam having a cross-sectional shape whose vertical length is shorter than the parallel length.
  • the modified region 7 is processed as a starting point of cutting.
  • the cutting quality of the laser light incident surface can be improved.
  • switching between the shaped laser light and the non-shaped laser light is performed as follows in the laser carriage device 50 described above. That is, the shaped laser beam can be obtained by advancing the knife edge 55 with respect to the optical axis of the laser beam L and reducing the width of the slit 54.
  • unshaped laser light can be obtained by retracting the knife edge 55 with respect to the optical axis of the laser light L and widening the slit 54.
  • FIG. 20 shows a process in which five rows of modified regions 7 to 7 are formed with respect to one cutting scheduled line 5.
  • the surface 3 of the workpiece 1 is a laser light incident surface, but the back surface 21 of the workpiece 1 may be a laser light incident surface.
  • the functional element layer 16 is present on the planned cutting line 5, but the functional element layer 16 is not present on the planned cutting line 5, and the surface 1 la of the silicon wafer 11 is In the exposed state, the surface 1 la of the silicon wafer 11 may be used as the laser light incident surface.

Abstract

　このレーザ加工方法では、集光点Ｐにおけるレーザ光Ｌの断面形状を、切断予定ライン５に垂直な方向の最大長さが切断予定ライン５に平行な方向の最大長さより短い形状とする。そのため、シリコンウェハ１１の内部に形成される改質領域７の形状は、レーザ光Ｌの入射方向から見ると、切断予定ライン５に垂直な方向の最大長さが切断予定ライン５に平行な方向の最大長さより短い形状となる。このような形状を有する改質領域７が加工対象物１の内部に形成されると、改質領域７を切断の起点として加工対象物１を切断した際に、切断面にツイストハックルが現れるのを抑制することができ、切断面の平坦度を向上させることが可能になる。

Description

明 細 書
レーザ加工方法及びレーザ加工装置
技術分野
[0001] 本発明は、加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するために使用されるレー ザカ卩ェ方法及びレーザカ卩ェ装置に関する。
背景技術
[0002] 従来におけるこの種のレーザ加工方法として、加工対象物の内部に集光点を合わ せてレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに 沿って加工対象物の内部に形成する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 2004— 179302号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] し力しながら、上述したようなレーザカ卩ェ方法を使用し、改質領域を切断の起点とし て加工対象物を切断すると、切断面にツイストハックルが現れて、切断面にうねりや 凹凸が発生するなど、切断面の平坦度が損なわれるおそれがある。
[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、改質領域を切断の 起点として加工対象物を切断した際の切断面の平坦度を向上させることができるレ 一ザ加工方法及びレーザ加工装置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カ卩ェ方法は、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により、加工対象物の切断予定ラインに 沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ加工方 法であって、切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが切断予定ラインに平行な方 向の最大長さより短い断面形状^^光点で有する所定のレーザ光を照射することに より、所定の改質領域を形成することを特徴とする。
[0006] このレーザカ卩ェ方法では、集光点における所定のレーザ光の断面形状 (光軸に垂 直な断面形状)を、切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが切断予定ラインに平 行な方向の最大長さより短い形状とする。そのため、加工対象物の内部に形成され る所定の改質領域の形状は、レーザ光の入射方向から見ると、切断予定ラインに垂 直な方向の最大長さが切断予定ラインに平行な方向の最大長さより短い形状となる。 このような形状を有する所定の改質領域が加工対象物の内部に形成されると、改質 領域を切断の起点としてカ卩ェ対象物を切断した際に、切断面にツイストハックルが現 れるのを抑制することができ、切断面の平坦度を向上させることが可能になる。
[0007] なお、切断の起点となる改質領域は、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、多光子吸収その他の光吸収を加工対象物の内部で生じさせ ること〖こより形成される。
[0008] 本発明に係るレーザ加工方法においては、所定の改質領域を形成することにより、 切断予定ラインに沿った割れを所定の改質領域から加工対象物のレーザ光入射面 に生じさせることが好ましい。上述したように、所定の改質領域の形状は、レーザ光の 入射方向から見ると、切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが切断予定ラインに 平行な方向の最大長さより短い形状であることから、所定の改質領域から加工対象 物のレーザ光入射面に生じさせた割れにおいては、ツイストハックルの出現が抑制さ れる。従って、割れが蛇行したり、クランク状に進行したりするのを抑制して、割れをほ ぼ直進させることができ、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断した際の 切断面の平坦度を向上させることが可能になる。なお、加工対象物の厚さが比較的 薄い場合には、切断予定ラインに沿った割れが所定の改質領域力 加工対象物の レーザ光入射面に生じていると、改質領域を切断の起点として加工対象物を確実に 切断することが可能になる。
[0009] 本発明に係るレーザ加工方法においては、改質領域を加工対象物の内部に形成 した後に、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物を切断 することが好ましい。これにより、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断 することが可能になる。
[0010] 本発明に係るレーザ加工方法においては、加工対象物は半導体基板を備え、改 質領域は溶融処理領域を含む場合がある。 発明の効果
[0011] 本発明によれば、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断した際の切断面 の平坦度を向上させることができる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本実施形態に係るレーザカ卩ェ方法によるレーザカ卩ェ中の加工対象物の平面図 である。
[図 2]図 1に示すカ卩ェ対象物の II— II線に沿っての断面図である。
[図 3]本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図 である。
[図 4]図 3に示す加工対象物の IV— IV線に沿っての断面図である。
[図 5]図 3に示す加工対象物の V— V線に沿っての断面図である。
[図 6]本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図であ る。
[図 7]本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックスポットの大きさ との関係を示すグラフである。
[図 8]本実施形態に係るレーザ加工方法の第 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]本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の平面図である。 [図 15]図 14に示すカ卩ェ対象物の XV— XV線に沿っての部分断面図である。
[図 16]図 14に示す加工対象物の裏面にエキスパンドテープを貼り付けた状態を示 す部分断面図である。
[図 17]図 14に示す加工対象物にレーザ光を照射している状態を示す部分断面図で ある。
[図 18]集光点におけるレーザ光の状態を示す図であり、（a)は、集光点におけるレー ザ光の断面形状、（b)は、集光点におけるレーザ光の強度分布である。
[図 19]図 14に示す加工対象物の裏面に貼り付けられたエキスパンドテープを拡張さ せた状態を示す部分断面図である。
[図 20]1本の切断予定ラインに対して 5列の改質領域が形成された加工対象物の部 分断面図であり、 (a)は、加工対象物の裏面から 1列目及び 2列目の改質領域を整 形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域を非整形レーザ光の照射により形 成した場合、 (b)は、加工対象物の裏面から 2列目の改質領域を整形レーザ光の照 射により形成し、残りの改質領域を非整形レーザ光の照射により形成した場合、（c) は、加工対象物の裏面から 1列目の改質領域を整形レーザ光の照射により形成し、 残りの改質領域を非整形レーザ光の照射により形成した場合である。
符号の説明
[0013] 1…加工対象物、 3…表面 (レーザ光入射面）、 5…切断予定ライン、 7…改質領域 、 11· ··シリコンゥヱハ（半導体基板）、 13· ··溶融処理領域、 24· ··割れ、 50· "レーザ 加工装置、 52· ··レーザヘッド (レーザ光源）、 55· ··ナイフエッジ (可変手段）、 56…対 物レンズ (集光用レンズ)、 L…レーザ光、 P…集光点。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実 施形態のレーザ加工方法では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多 光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成 するためのレーザカ卩ェ方法について説明する。
[0015] 材料の吸収のバンドギャップ E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 でも、レーザ光の強度を非常に大きくすると nh v >Eの条件 (n= 2, 3, 4, " で
G
材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強 度はレーザ光の集光点のピークパワー密度 (WZcm2)で決まり、例えばピークパヮ 一密度が 1 X 108(WZcm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度 は、（集光点におけるレーザ光の 1パルス当たりのエネルギー） ÷ (レーザ光のビーム スポット断面積 Xパルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度 はレーザ光の集光点の電界強度 (WZcm2)で決まる。
[0016] このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工方法の原理につい て、図 1〜図 6を参照して説明する。図 1に示すように、ウェハ状 (平板状)の加工対象 物 1の表面 3には、加工対象物 1を切断するための切断予定ライン 5がある。切断予 定ライン 5は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では 、図 2に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物 1の内部に集光点 Pを合 わせてレーザ光 Lを照射して改質領域 7を形成する。なお、集光点 Pとは、レーザ光 L が集光する箇所のことである。また、切断予定ライン 5は、直線状に限らず曲線状で あってもよいし、仮想線に限らずカ卩ェ対象物 1に実際に引かれた線であってもよい。
[0017] そして、レーザ光 Lを切断予定ライン 5に沿って (すなわち、図 1の矢印 A方向に)相 対的に移動させることにより、集光点 Pを切断予定ライン 5に沿って移動させる。これ により、図 3〜図 5に示すように、改質領域 7が切断予定ライン 5に沿って加工対象物 1の内部に形成され、この改質領域 7が切断起点領域 8となる。ここで、切断起点領 域 8とは、加工対象物 1が切断される際に切断 (割れ)の起点となる領域を意味する。 この切断起点領域 8は、改質領域 7が連続的に形成されることで形成される場合もあ るし、改質領域 7が断続的に形成されることで形成される場合もある。
[0018] 本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物 1がレーザ光 Lを吸収することに より加工対象物 1を発熱させて改質領域 7を形成するものではない。加工対象物 1〖こ レーザ光 Lを透過させ加工対象物 1の内部に多光子吸収を発生させて改質領域 7を 形成している。よって、加工対象物 1の表面 3ではレーザ光 Lがほとんど吸収されない ので、加工対象物 1の表面 3が溶融することはない。
[0019] 加工対象物 1の内部に切断起点領域 8を形成すると、この切断起点領域 8を起点と して割れが発生し易くなるため、図 6に示すように、比較的小さな力で加工対象物 1を 切断することができる。よって、加工対象物 1の表面 3に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。
[0020] この切断起点領域 8を起点としたカ卩ェ対象物 1の切断には、次の 2通りが考えられ る。 1つは、切断起点領域 8形成後、加工対象物 1に人為的な力が印加されることに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1が割れ、加工対象物 1が切断される 場合である。これは、例えば加工対象物 1の厚さが大きい場合の切断である。人為的 な力が印加されるとは、例えば、加工対象物 1の切断起点領域 8に沿ってカ卩ェ対象 物 1に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物 1に温度差を与えることにより 熱応力を発生させたりすることである。他の 1つは、切断起点領域 8を形成することに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1の断面方向（厚さ方向）に向力つて自 然に割れ、結果的に加工対象物 1が切断される場合である。これは、例えば加工対 象物 1の厚さが小さい場合には、 1列の改質領域 7により切断起点領域 8が形成され ることで可能となり、加工対象物 1の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成 された改質領域 7により切断起点領域 8が形成されることで可能となる。なお、この自 然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域 8が形成されていない部 位に対応する部分の表面 3上にまで割れが先走ることがなぐ切断起点領域 8を形成 した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすること ができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物 1の厚さは薄くなる傾向にあるので、 このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
[0021] さて、本実施形態に係るレーザ加工方法において、多光子吸収により形成される改 質領域としては、次の（1)〜（3)の場合がある。
[0022] (1)改質領域が 1つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
加工対象物（例えばガラスや LiTaOカゝらなる圧電材料)の内部に集光点を合わせ
3
て、集光点における電界強度が 1 X 108 (WZcm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s以下 の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつ つ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラッ ク領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収によ る光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱 ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界 強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (W/cm2)である。パルス幅は例えば lns〜 200nsが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第 45回 レーザ熱加工研究会論文集（1998年. 12月）の第 23頁〜第 28頁の「固体レーザー 高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されて 、る。
[0023] 本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は 次ぎの通りである。
[0024] (A)加工対象物:パイレックス (登録商標)ガラス (厚さ 700 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
[0025] なお、レーザ光品質が TEM とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可
00
能を意味する。
[0026] 図 7は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レー ザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は 1パ ルスのレーザ光により加工対象物の内部に形成されたクラック部分 (クラックスポット） の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの 大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ 中の黒丸で示すデータは集光用レンズ (C)の倍率が 100倍、開口数 (NA)が 0. 80 の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ (C)の倍率が 50 倍、開口数 (NA)が 0. 55の場合である。ピークパワー密度が lO^WZcm2)程度 からカ卩ェ対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに 従 、クラックスポットも大きくなることが分かる。
[0027] 次に、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて、図 8〜図 1 1を参照して説明する。図 8に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物 1 の内部に集光点 Pを合わせてレーザ光 Lを照射して切断予定ラインに沿って内部に クラック領域 9を形成する。クラック領域 9は 1つ又は複数のクラックを含む領域である 。このように形成されたクラック領域 9が切断起点領域となる。図 9に示すように、クラッ ク領域 9を起点として (すなわち、切断起点領域を起点として)クラックがさらに成長し 、図 10に示すように、クラックが加工対象物 1の表面 3と裏面 21とに到達し、図 11に 示すように、加工対象物 1が割れることにより加工対象物 1が切断される。加工対象物 1の表面 3と裏面 21とに到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象 物 1に力が印加されることにより成長する場合もある。
[0028] (2)改質領域が溶融処理領域の場合
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料)の内部に集光点を合わせて、集 光点における電界強度が 1 X 108 (WZcm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s以下の条 件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所 的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。 溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融 状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域 ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造 において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、 単結晶構造力 非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化し た領域、単結晶構造力 非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を 意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶 質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (WZcm2)であ る。パルス幅は例えば lns〜200nsが好ましい。
[0029] 本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により 確認した。実験条件は次の通りである。
[0030] (A)加工対象物：シリコンウェハ（厚さ 350 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
00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率： 50倍
N. A. : 0. 55
レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： lOOmmZ秒
[0031] 図 12は、上記条件でのレーザカ卩ェにより切断されたシリコンウェハの一部における 断面の写真を表した図である。シリコンウェハ 11の内部に溶融処理領域 13が形成さ れている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域 13の厚さ方向の大きさは 1 00 μ m程度である。
[0032] 溶融処理領域 13が多光子吸収により形成されたことを説明する。図 13は、レーザ 光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコ ン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示し ている。シリコン基板の厚さ tが 50 μ m、 100 μ m、 200 μ m、 500 μ m、 1000 μ mの 各々について上記関係を示した。
[0033] 例えば、 Nd:YAGレーザの波長である 1064nmにおいて、シリコン基板の厚さが 5 00 m以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が 80%以上透過することが分 力る。図 12に示すシリコンウェハ 11の厚さは 350 mであるので、多光子吸収による 溶融処理領域 13はシリコンウェハ 11の中心付近、つまり表面から 175 mの部分に 形成される。この場合の透過率は、厚さ 200 mのシリコンウェハを参考にすると、 90 %以上なので、レーザ光がシリコンウェハ 11の内部で吸収されるのは僅かであり、ほ とんどが透過する。このことは、シリコンウェハ 11の内部でレーザ光が吸収されて、溶 融処理領域 13がシリコンウェハ 11の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱 で溶融処理領域が形成）されたものではなぐ溶融処理領域 13が多光子吸収により 形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶 接学会全国大会講演概要第 66集（2000年 4月）の第 72頁〜第 73頁の「ピコ秒パル スレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
[0034] なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点と して断面方向に向力つて割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面と に到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達する この割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより 成長する場合もある。そして、切断起点領域力 シリコンウェハの表面と裏面とに割れ が自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融してい る状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融 している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、ど ちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断 面には、図 12のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工 対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断 起点領域ライン力も外れた不必要な割れが生じにく 、ので、割断制御が容易となる。
[0035] (3)改質領域が屈折率変化領域の場合
加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強 度が 1 X 108 (W/cm2)以上で且つパルス幅が Ins以下の条件でレーザ光を照射す る。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多 光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転ィ匕せずに、加工対象物の内部には イオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率 変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (WZcm2)で ある。パルス幅は例えば Ins以下が好ましぐ lps以下がさらに好ましい。多光子吸収 による屈折率変化領域の形成は、例えば、第 42回レーザ熱加工研究会論文集（19 97年. 11月）の第 105頁〜第 111頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部へ の光誘起構造形成」に記載されている。
[0036] 以上、多光子吸収により形成される改質領域として（1)〜（3)の場合を説明したが、 ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次 のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、し力も精 度良く加工対象物を切断することが可能になる。
[0037] すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体力 なる基板の場合は 、 （ 111)面 (第 1劈開面)や ( 110)面 (第 2劈開面）に沿った方向に切断起点領域を 形成するのが好ましい。また、 GaAsなどの閃亜鉛鉱型構造の III— V族化合物半導 体力 なる基板の場合は、（110)面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが 好ましい。さらに、サファイア (Al O )などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場
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、。
[0038] なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板にお ける（111)面に沿った方向）、或!、は切断起点領域を形成すべき方向に直交する方 向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーション フラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域 を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
[0039] 次に、本発明の好適な実施形態について説明する。図 14は、本実施形態のレー ザ加工方法における加工対象物の平面図であり、図 15は、図 14に示す加工対象物 の XV— XV線に沿っての部分断面図である。
[0040] 図 14及び図 15に示すように、加工対象物 1は、厚さ 50 mのシリコンウェハ（半導 体基板） 11と、複数の機能素子 15を含んでシリコンウェハ 11の表面 11aに形成され た機能素子層 16とを備えている。機能素子 15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、 或!ヽは回路として形成された回路素子等であり、シリコンウェハ 11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。
[0041] 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 16に示すように、加工対象物 1の裏面 21にエキスパンドテープ 23を貼り 付ける。続いて、図 17に示すように、機能素子層 16を上側にして加工対象物 1をレ 一ザカ卩ェ装置 50の載置台 51上に固定する。そして、加工対象物 1の表面 3をレーザ 光入射面としてシリコンウェハ 11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、載置台の移動によって、隣り合う機能素子 15, 15間を 通るように格子状に設定された切断予定ライン 5 (図 14の破線参照）のそれぞれに沿 つて集光点 Pをスキャンする。
[0042] これにより、 1本の切断予定ライン 5に対して、切断予定ライン 5に沿った 1列の改質 領域 7を形成すると共に、切断予定ライン 5に沿った割れ 24を改質領域 7から加工対 象物 1の表面 3に生じさせる。なお、改質領域 7は、溶融処理領域である力 クラック が混在する場合もある。
[0043] ここで、レーザカ卩ェ装置 50について説明する。図 17に示すように、レーザ加工装 置 50は、レーザ光 Lを出射するレーザヘッド（レーザ光源） 52と、出射されたレーザ 光 Lのビーム径を拡張するレーザ整形光学系 53と、拡張されたレーザ光 Lの光軸上 に位置し且つ切断予定ライン 5に平行な方向に延在するスリット 54を形成する一対の ナイフエッジ（可変手段） 55とを備えている。更に、レーザカ卩ェ装置 50は、スリット 54 を通過したレーザ光 Lを集光する対物レンズ (集光用レンズ) 56と、加工対象物 1の 表面 3からの深さが一定の位置に集光点を合わせるために対物レンズ 56を上下動さ せるピエゾ素子 57とを備えている。なお、例えば、レーザ整形光学系 53により拡張さ れたレーザ光 Lのビーム径は 5mmであり、スリット 54の幅は lmmであり、対物レンズ 56の入射瞳の瞳径は 2. 7mmである。
[0044] これにより、集光点 Pにおけるレーザ光 Lの断面形状 (光軸に垂直な断面形状）は、 図 18 (a)に示すように、切断予定ライン 5に垂直な方向の最大長さが切断予定ライン 5に平行な方向の最大長さより短い形状となる。また、集光点 Pにおけるレーザ光 の 強度分布は、図 18 (b)に示すように、切断予定ライン 5に垂直な方向においてガウシ アン分布の両側の裾部がカットされた分布となる。なお、ナイフエッジ 55は、レーザ光 Lの光軸に対して水平方向に進退可能となっているため、スリット 54の幅を変えること で、切断予定ライン 5に垂直な方向の最大長さを変えることができる。
[0045] 改質領域 7を形成すると共に割れ 24を生じさせた後、図 19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 24を加工対象物 1の裏面 21にも到達させ、シリコンウェハ 11及び機能素子層 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。
[0046] 以上説明したように、上記レーザ加工方法では、集光点 Pにおけるレーザ光 Lの断 面形状を、切断予定ライン 5に垂直な方向の最大長さが切断予定ライン 5に平行な方 向の最大長さより短い形状とする。そのため、シリコンウェハ 11の内部に形成される 改質領域 7の形状は、レーザ光 Lの入射方向から見ると、切断予定ライン 5に垂直な 方向の最大長さが切断予定ライン 5に平行な方向の最大長さより短い形状となる。こ のような形状を有する改質領域 7が加工対象物 1の内部に形成されると、改質領域 7 を切断の起点としてカ卩ェ対象物 1を切断した際に、切断面にツイストハックルが現れ るのを抑制することができ、切断面の平坦度を向上させることが可能になる。
[0047] また、上述したように、改質領域 7の形状は、レーザ光 Lの入射方向から見ると、切 断予定ライン 5に垂直な方向の最大長さが切断予定ライン 5に平行な方向の最大長 さより短い形状であることから、改質領域 7から加工対象物 1の表面 3に生じさせた割 れ 24においては、ツイストハックルの出現が抑制される。従って、割れ 24が蛇行した り、クランク状に進行したりするのを抑制して、割れ 24をほぼ直進させることができ、こ のことも、改質領域 7を切断の起点として加工対象物 1を切断した際の切断面の平坦 度の向上に寄与することとなる。
[0048] また、加工対象物 1の厚さが 50 mというように比較的薄い場合には、切断予定ラ イン 5に沿った割れ 24を改質領域 7から加工対象物 1の表面 3に生じさせることで、改 質領域 7を切断の起点として加工対象物 1を確実に (すなわち、割り残しなく）半導体 チップ 25に切断することが可能になる。
[0049] 更に、レーザ光 Lは、加工対象物 1の表面 3においても、切断予定ライン 5に垂直な 方向の最大長さが切断予定ライン 5に平行な方向の最大長さより短い形状を有して いる。そのため、機能素子 15が熱に弱いような場合であっても、隣り合う機能素子 15 , 15間の間隔を狭くすることができ、 1枚の加工対象物 1からより多くの半導体チップ 25を得ることが可能になる。
[0050] 本発明は、上述した実施形態に限定されない。
[0051] 例えば、 1本の切断予定ライン 5に対して加工対象物 1の内部に形成される改質領 域 7の列数は、加工対象物 1の厚さ等に応じて変化するものであり、 1列に限定される ものではない。また、切断予定ライン 5に沿った割れ 24を改質領域 7から加工対象物 1の表面 3に生じさせな 、ように、改質領域 7を形成してもよ 、。
[0052] 1本の切断予定ライン 5に対して複数列の改質領域 7を形成する場合には、切断予 定ライン 5に垂直な方向の最大長さ（以下、「垂直方向長さ」 、う）が切断予定ライン 5に平行な方向の最大長さ (以下、「平行方向長さ」という）より短い断面形状を集光 点 Pで有するレーザ光 Lを照射することにより、全ての改質領域 7を形成してもよい。 ただし、加工対象物 1のレーザ光入射面力 深い位置に形成される改質領域 7は、 浅い位置に形成される改質領域 7に比べ、加工対象物 1内でのレーザ光 Lの集光率 の影響によりレーザ光 Lのエネルギーが低下するため、適正な分断作用を有しない 場合がある。そこで、加工対象物 1のレーザ光入射面力も浅い位置に改質領域 7を 形成する際には、垂直方向長さが平行方向長さより短い断面形状を有するレーザ光 Lを照射し、加工対象物 1のレーザ光入射面力 深い位置に改質領域 7を形成する 際には、浅い位置に改質領域 7を形成する際に比べ、垂直方向長さが長い断面形 状を有するレーザ光 Lを照射することが望ま ヽ。
[0053] また、 1本の切断予定ライン 5に対して複数列の改質領域 7を形成する場合には、 垂直方向長さが平行方向長さより短い断面形状を有するレーザ光 (以下、「整形レー ザ光」という）を照射することにより、加工対象物 1のレーザ光入射面から 1列目及び 2 列目の改質領域 7の少なくとも一方を形成し、垂直方向長さと平行方向長さとがほぼ 等 、断面形状を有するレーザ光 (以下、「非整形レーザ光」 、う）を照射することに より、残りの改質領域 7を形成してもよい。このように、加工対象物 1のレーザ光入射 面から 1列目及び 2列目の改質領域 7の少なくとも一方を整形レーザ光により形成す ることで、改質領域 7を切断の起点として加工対象物 1を切断した際にレーザ光入射 面の切断品質を向上させることができる。なお、整形レーザ光と非整形レーザ光との 切替えは、上述したレーザカ卩ェ装置 50においては、次のようにして行われる。すなわ ち、レーザ光 Lの光軸に対してナイフエッジ 55を前進させて、スリット 54の幅を狭くす ることで、整形レーザ光が得られる。一方、レーザ光 Lの光軸に対してナイフエッジ 55 を後退させて、スリット 54の幅を広くすることで、非整形レーザ光が得られる。
[0054] 図 20は、 1本の切断予定ライン 5に対して 5列の改質領域 7〜7が形成された加工
1 5
対象物 1の部分断面図であり、 (a)は、加工対象物 1の裏面 21から 1列目及び 2列目 の改質領域 7 , 7を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域 7〜7を非
4 5 1 3 整形レーザ光の照射により形成した場合、 (b)は、加工対象物 1の裏面 21から 2列目 の改質領域 7を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域 7〜7 , 7を非
4 1 3 5 整形レーザ光の照射により形成した場合、（c)は、加工対象物 1の裏面 21から 1列目 の改質領域 7を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域 7〜7を非整形
5 1 4 レーザ光の照射により形成した場合である。なお、図 20 (a)の場合は、切断予定ライ ン 5に沿った深い割れを裏面 21に生じさせるのに有効であり、図 20 (b)の場合は、切 断予定ライン 5に沿った浅い割れを裏面 21に生じさせるのに有効である力 必ずしも 割れを生じさせることを目的とするものではな 、。
[0055] また、上記実施形態は、加工対象物 1の表面 3をレーザ光入射面とする場合であつ たが、加工対象物 1の裏面 21をレーザ光入射面としてもよい。更に、上記実施形態 は、切断予定ライン 5上に機能素子層 16が存在する場合であつたが、切断予定ライ ン 5上に機能素子層 16が存在せず、シリコンウェハ 11の表面 1 laが露出して 、る状 態で、シリコンウェハ 11の表面 1 laをレーザ光入射面としてもよ 、。
産業上の利用可能性
[0056] 本発明によれば、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断した際の切断面 の平坦度を向上させることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 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により、前記加工 対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の 内部に形成するレーザカ卩ェ方法であって、
前記切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが前記切断予定ラインに平行な方向 の最大長さより短い断面形状を集光点で有する所定のレーザ光を照射することにより 、所定の改質領域を形成することを特徴とするレーザ加工方法。
[2] 前記所定のレーザ光を照射することにより、 1本の前記切断予定ラインに対して複 数列の前記所定の改質領域を形成することを特徴とする請求項 1記載のレーザ加工 方法。
[3] 1本の前記切断予定ラインに対して複数列の前記改質領域を形成する場合におい て、前記所定のレーザ光を照射することにより、前記加工対象物のレーザ光入射面 から 1列目及び 2列目の前記改質領域の少なくとも一方を前記所定の改質領域とす ることを特徴とする請求項 1記載のレーザ加工方法。
[4] 前記所定の改質領域を形成することにより、前記切断予定ラインに沿った割れを前 記所定の改質領域力 前記加工対象物のレーザ光入射面に生じさせることを特徴と する請求項 1記載のレーザ加工方法。
[5] 前記改質領域を前記加工対象物の内部に形成した後に、前記改質領域を切断の 起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断することを特徴とする 請求項 1記載のレーザ加工方法。
[6] 前記加工対象物は半導体基板を備え、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記載のレーザ加工方法。
[7] 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により、前記加工 対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の 内部に形成するレーザ加工装置であって
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を前記加工対象物の内部に集光す る集光用レンズと、 前記集光点における前記レーザ光の断面形状において、前記切断予定ラインに垂 直な方向の最大長さを可変する可変手段と、を備えることを特徴とするレーザ加工装 置。
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