WO2008041604A1 - Procédé de traitement laser - Google Patents

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WO2008041604A1
WO2008041604A1 PCT/JP2007/068820 JP2007068820W WO2008041604A1 WO 2008041604 A1 WO2008041604 A1 WO 2008041604A1 JP 2007068820 W JP2007068820 W JP 2007068820W WO 2008041604 A1 WO2008041604 A1 WO 2008041604A1
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laser
condensing lens
region
laser beam
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PCT/JP2007/068820
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Koji Kuno
Tatsuya Suzuki
Kazuhiro Atsumi
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Hamamatsu Photonics K.K.
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Priority to US12/444,125 priority patent/US8735770B2/en
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment

Definitions

  • the present invention relates to a laser heating method for cutting a plate-like workpiece along a planned cutting line.
  • a technique for cutting a plate-like workpiece along a planned cutting line there is a technique called a blade dicing method (see, for example, Patent Document 1).
  • a blade dicing method a plate-like workpiece is pasted on an expandable sheet stretched on an annular frame, this is fixed on a mounting table, and the workpiece is cut by a cutting blade that rotates at high speed. Cut along.
  • the cutting blade is moved relative to the workpiece only in the area inside the frame.
  • the plate-like workpiece is attached to an expandable sheet stretched on an annular frame, This is fixed on the mounting table, and the processing area is irradiated with the processing laser light by aligning the condensing point with the condensing lens inside the object to be processed, so that the modified region that is the starting point of cutting becomes the line to be cut.
  • Some of them are formed along the inside of the workpiece (for example, see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 JP 2006-13312 A
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-273895
  • the laser processing method as described above has the following problems.
  • the measuring laser beam is condensed by a condensing lens
  • the amount of reflected light of the measuring laser beam is detected, and when the amount of light exceeds a predetermined threshold, the modified region is set as the object to be processed.
  • the laser beam for processing is condensed by a condensing lens.
  • the condensing lens is moved relative to the object to be processed, including the region outside the frame, a frame having a high reflectance as the object to be processed is erroneously recognized as the object to be processed. There is a risk of irradiating the processing laser beam on the frame and damaging the frame, and eventually damaging the workpiece.
  • An object of the present invention is to provide a laser processing method capable of preventing the frame from being damaged by irradiating the processing laser beam on the frame.
  • a laser processing method collects a condensing lens inside a plate-like workpiece attached to an expandable sheet stretched on an annular frame.
  • a step of setting a processing region having an outer shape between the processing object and the frame, and at least one of the condensing lens and the processing object is relatively moved along the line including the line to be cut to collect the processing area.
  • the measurement laser beam is condensed toward the processing area by the condensing lens and reflected by the laser light irradiation surface of the workpiece.
  • the focal point of the processing laser beam is focused at a predetermined position relative to the laser beam-irradiated surface, while adjusting the distance between the laser light irradiation surface and the converging lens, a lens for concentrating light of the processing laser beam And the step of focusing on the workpiece and forming the modified region inside the workpiece.
  • the laser processing method according to the present invention adds a condensing point with a condensing lens inside a plate-like workpiece attached to an expandable sheet stretched on an annular frame.
  • a laser processing method for forming a modified region, which is a starting point of cutting, inside a processing object along a planned cutting line of the processing object by irradiating a laser beam for processing A process of setting a processing region having an outer shape between the frame and at least one of the condensing lens and the object to be processed is relatively moved along a line including the line to be cut.
  • the measurement laser beam is focused on the processing area by the condensing lens and reflected from the laser beam irradiation surface of the workpiece.
  • the laser light irradiation surface By detecting the Adjusting the distance between the laser light irradiation surface and the condensing lens so that the light spot matches a predetermined position with respect to the laser light irradiation surface, obtaining adjustment information regarding the adjustment, and When at least one of the condensing lens and the object to be processed is relatively moved along the included line, and the condensing lens is positioned on the processing area, the laser light irradiation surface is based on the adjustment information. And adjusting the distance between the focusing lens and the condensing lens, condensing the processing laser beam toward the target object with the condensing lens, and forming a modified region inside the target object; and , Including.
  • At least one of the condensing lens and the processing object is relatively moved along a line including the cutting target line of the processing object, and the processing object and the frame are moved.
  • the condensing lens is positioned on the processing area having an outer shape between them, the laser beam for measurement is condensed toward the processing area by the condensing lens, and the laser light irradiation surface of the object to be processed The reflected light of the laser beam for measurement reflected by is detected.
  • the laser light irradiation surface and the condensing lens are set so that the condensing point of the processing laser light is in a predetermined position with respect to the laser light irradiation surface.
  • the laser beam for processing is condensed toward the object to be processed by the condensing lens while adjusting the distance to the object, and a modified region is formed inside the object to be processed.
  • the condensing lens is positioned on the processing region having the outer shape between the processing object and the frame. In this case, the processing laser light is condensed toward the object to be processed by the condensing lens, and a modified region is formed inside the object to be processed.
  • the modified region is formed by causing multiphoton absorption or other light absorption inside the workpiece by irradiating a laser beam with the focusing point inside the workpiece. Is done.
  • the measuring laser light is condensed toward the processing region by the condensing lens and processed.
  • the amount of reflected light of the measurement laser beam reflected by the area is detected, and when the amount of light exceeds a predetermined threshold, the processing laser beam is focused at a predetermined position with respect to the laser light irradiation surface. It is preferable to adjust the distance between the laser light irradiation surface and the condensing lens so as to match. As a result, the modified region can be accurately formed at a predetermined position on the basis of the laser light irradiation surface with a force S.
  • the measurement laser light is condensed toward the processing region by the condensing lens and processed.
  • the amount of reflected light of the measurement laser light reflected by the area is detected, and when the light amount exceeds a predetermined threshold, the condensed image of the reflected light of the measurement laser light with astigmatism added is constant. It is preferable to adjust the distance between the laser light irradiation surface and the condensing lens so that As a result, even if the laser light irradiation surface of the workpiece has surface deflection, the modified region can be accurately formed at a position at a certain distance from the laser light irradiation surface.
  • the object to be processed includes a semiconductor substrate and the modified region includes a melted region.
  • the processing laser beam is irradiated to the frame. This can prevent the frame from being damaged.
  • FIG. 1 is a plan view of an object to be processed during laser processing by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of an object to be processed after laser processing by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V—V of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of a processing object cut by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the peak power density and the 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 processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light and the internal transmittance of the silicon substrate in the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view of a workpiece to be processed by the laser processing method of the present embodiment.
  • FIG. 15 is a partial sectional view taken along line XV—XV shown in FIG.
  • FIG. 16 is a configuration diagram of a laser processing apparatus in which the laser processing method of the present embodiment is performed.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram of a laser processing method of the present embodiment.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram of the laser processing method of the present embodiment following FIG.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of the laser processing method of the present embodiment, following FIG. 18.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of the laser processing method of the present embodiment, following FIG. 19.
  • the intensity of the laser beam is determined by the peak power density (W / cm 2 ) at the condensing point of the laser beam.
  • the multiphoton is obtained under a condition where the peak density is lX10 8 (W / cm 2 ) or more.
  • the peak power density is obtained by (the energy per pulse of the laser beam at the focal point) ⁇ (the laser beam beam spot cross-sectional area X the nose width).
  • the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (W / cm 2 ) at the condensing point of the laser beam.
  • a surface 3 of a wafer-like (plate-like) workpiece 1 has a scheduled cutting line 5 for cutting the workpiece 1.
  • Planned cutting Inn 5 is an imaginary line extending in a straight line.
  • the modified region 7 is irradiated with the laser beam L with the focusing point P aligned inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs.
  • the condensing point P is a part where the laser beam is condensed.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a straight line but may be a curved line! /, And not only a virtual line but also a line actually drawn on the workpiece 1! /.
  • the laser light L is moved along the planned cutting line 5 by moving the laser beam 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 beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, so that the surface 3 of the workpiece 1 is not melted.
  • the other is that by forming the cutting start region 8, it naturally cracks in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece 1 starting from the cutting start region 8, resulting in the processing target This is the case when 1 is disconnected.
  • the cutting start region 8 is formed by the modified region 7 in one row.
  • the thickness of the workpiece 1 is large, this is possible by forming the cutting start region 8 by the modified regions 7 formed in a plurality of rows in the thickness direction. Even in the case of natural cracking, the part where the cutting start region 8 is formed so that the crack does not 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 (W / cm 2 ) or more and the nose width is 1 ⁇ s or less.
  • the size of the Knoll width is a condition in which a crack region can 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 present inventor obtained the relationship between the electric field strength and the size of cracks through experiments.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Polarization characteristics linearly polarized light
  • 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 power is s pulsed laser light, the electric field strength is expressed by the peak power density.
  • the vertical axis shows the size of the crack (crack spot) formed inside the workpiece by 1 pulse of laser light. Crack spot force S gathers to form a crack region. The size of the crack spot is the size of the maximum length of the crack spot shape.
  • the data indicated by the black circles in the graph are for the condenser lens (C) with a magnification of 100 and a numerical aperture (NA) of 0 ⁇ 80.
  • the data indicated by white circles in the graph is for the case where the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0 ⁇ 55.
  • the peak power density is about 10 U (W / cm 2 )
  • a crack spot is generated inside the workpiece, and the crack spot increases as the peak power density increases.
  • the mechanism of cutting the workpiece by forming the crack region will be described with reference to FIGS.
  • 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 grows further starting from the crack region 9 (that is, starting from the cutting start region), and as shown in FIG. To figure 11
  • the workpiece 1 is cut when the workpiece 1 is broken.
  • a crack that reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 may grow naturally, or may grow when a force is applied to the workpiece 1.
  • the focusing point is set inside the object to be processed (for example, a semiconductor material such as silicon), and the electric field strength at the focusing point is 1 X 10 8 (W / cm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less. Irradiate laser light under certain conditions. As a result, the inside of the workpiece is locally heated by multiphoton absorption. By this heating, a melt processing region is formed inside the workpiece.
  • the melt treatment region is a region once solidified after melting, a region in a molten state, or a region re-solidified from a molten state, and can also be referred to as a phase-changed region or a region where the crystal structure has changed.
  • the melt-processed region can also be referred to as a region in which one structure is changed to another in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure.
  • a region that has changed from a single crystal structure to an amorphous structure a region that has changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, and a region that has changed from a single crystal structure to a structure that includes an amorphous structure and a polycrystalline structure.
  • the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200 ns.
  • the present inventor has confirmed through experiments that a melt-treated region is formed inside a silicon wafer.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Polarization characteristics linearly polarized light
  • FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by laser processing under the above conditions.
  • a melt processing region 13 is formed inside the silicon wafer 11.
  • the size in the thickness direction of the melt processing region 13 formed under the above conditions is about 100 m.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance inside the silicon substrate. However, the reflection component on the front side and the back side of the silicon substrate is removed to show the transmittance only inside. The above relationship was shown for each of the silicon substrate thickness t forces of 50 mm, 100 mm, 200 ⁇ m, 500 ⁇ m, and 1000 ⁇ m.
  • the thickness of the silicon substrate is 500 m or less at the wavelength of Nd: YAG laser of 1064 nm
  • Nd: YAG laser of 1064 nm it can be seen 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 350 111
  • the melt processing region 13 by multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer 11, that is, at a portion of 175 111 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 silicon processing characteristics by picosecond pulse laser” on pages 72 to 73 of the 66th Annual Meeting Summary (April 2000). It is described in. [0038] Note that the silicon wafer generates a crack in the cross-sectional direction starting from the cutting start region formed by the melt processing region, and the crack reaches the front surface and the back surface of the silicon wafer. As a result, it is cut.
  • the cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow spontaneously, or they may grow when force is applied to the silicon wafer.
  • the crack grows from a state where the melt processing region forming the cutting start region is melted, and the cutting start region
  • cracks grow when the solidified region is melted from the molten state.
  • the melt processing region is formed only inside the silicon wafer, and the melt processing region is formed only inside the cut surface after cutting as shown in FIG.
  • the formation of the melt-processed region may be caused not only by multiphoton absorption but also by other absorption effects.
  • the focusing point inside the workpiece eg glass
  • the pulse width is Ins or less.
  • the norm width is made extremely short and multiphoton absorption occurs inside the workpiece, the energy due to multiphoton absorption is not converted into thermal energy, and the ionic valence change, crystal Permanent structural changes such as conversion or polarization orientation are induced to form a refractive index changing region.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, l X 10 12 (W / cm 2 ).
  • the Norse width is preferably less than Ins, more preferably less than lps.
  • 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 as follows, the cutting start region is used as a starting point, and with a smaller force and more precise. It is possible to cut the workpiece with good accuracy.
  • a cutting origin region in a direction along the (111) plane (first cleavage plane) or the (110) plane (second cleavage plane). is preferably formed.
  • a substrate made of a zinc-blende-type III-V compound semiconductor such as GaAs it is preferable to form the cutting origin 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 (eight plane) or! / (1100) plane (M plane) with the (0001) plane (C plane) as the main plane. .
  • the workpiece 1 includes a silicon wafer having a thickness of 100 m, a (semiconductor substrate) 11, and a plurality of functional elements 15 on the surface 11 a of the silicon wafer 11. And a functional element layer 16 formed.
  • the functional element 15 is, for example, a semiconductor operating 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 flat 6 and in the vertical direction.
  • the back surface 21 of the workpiece 1 is pasted on an expanding tape (expandable sheet) 23 stretched on an annular frame 22.
  • the frame 22 holding the workpiece 1 and the expanded tape 23 are fixed on the mounting table 101 of the laser processing apparatus 100 with the surface 3 of the workpiece 1 facing upward.
  • the cutting lines 5 are set in a lattice shape so as to pass between the adjacent functional elements 15 and 15 (see FIG. 14).
  • the focusing point P is aligned inside the silicon wafer 11.
  • the laser beam LI for processing is irradiated to form the melt processing region 13 inside the silicon wafer 11 along each scheduled cutting line 5.
  • the frame 22 holding the workpiece 1 and the expanded tape 23 are attached to an expanded tape expansion device (not shown), and the expanded tape 23 is expanded to the surroundings, so that the melt processing region 13 is cut.
  • the workpiece 1 is cut along the scheduled cutting line 5, and a large number of semiconductor chips obtained by the cutting are separated from each other.
  • the workpiece 1 can be accurately cut along the scheduled cutting line 5.
  • the cracking force S may be mixed in the melt processing region 13.
  • the laser processing apparatus 100 includes a mounting table 101 on which the workpiece 1 is mounted horizontally, a laser unit 102, and movement control connected to each of the mounting table 101 and the laser unit 102. Part 103.
  • the movement control unit 103 moves the mounting table 101 in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction) and moves the laser unit 102 in the vertical direction (Z-axis direction).
  • the laser unit 102 includes a processing laser light source 104 that pulsates the processing laser light L1.
  • the processing laser light L1 emitted from the processing laser light source 104 sequentially passes through a shatter 105 that selectively passes and blocks the processing laser light L1 and a beam expander 106 that expands the beam size. After passing through the dichroic mirror 107, it is condensed by the condensing lens 108 and irradiated onto the workpiece 1.
  • a piezo element 109 for finely adjusting the position in the Z-axis direction is attached to the condensing lens 108.
  • the laser unit 102 includes a measurement laser light source 111 that emits measurement laser light L2 for irradiating a processing region 30 described later.
  • the measurement laser light L2 emitted from the measurement laser light source 111 is sequentially reflected by the mirror 112, the half mirror 113, and the dichroic mirror 107, and travels downward on the optical axis of the processing laser light L1. Thereafter, the light is condensed by the condensing lens 108 and irradiated onto the processing region 30.
  • the measurement laser light L2 irradiated to the processing region 30 is reflected by the processing region 30, and the reflected light L3 of the measurement laser light reenters the condensing lens 108 and is processed. After traveling upward on the optical axis of L1, it is reflected by the dichroic mirror 107 and passes through the half mirror 113.
  • the reflected light L3 of the measurement laser beam that has passed through the half mirror 113 is Astigmatism is added by the shaping optical system 114 composed of a cylindrical lens and a plano-convex lens, and the light is condensed on the light receiving surface of a quadrant photodiode 115 obtained by dividing the photodiode into four equal parts.
  • the quadrant photodiode 115 is connected to a condensing lens control unit 116 connected to the piezo element 109.
  • the condensing lens control unit 116 detects the light amount of the reflected light L3 of the measurement laser light reflected by the processing region 30, and when the light amount exceeds a predetermined threshold, the light received by the quadrant photodiode 115 is received.
  • the condensing image formed on the surface is acquired as a voltage value, and the piezo element 109 is driven so that this voltage value is constant (that is, the condensing image is constant).
  • the distance between the surface 3 of 1 and the condensing lens 108 is adjusted to be substantially constant, and the drive signal of the piezo element 109 at that time is recorded.
  • the back surface 21 of the workpiece 1 is affixed on an expanding tape 23 stretched around an annular frame 22.
  • the surface 22 of the processing object 1 is directed upward, and the frame 22 and the expanding tape 23 holding the processing object 1 are fixed on the mounting table 101 of the laser processing apparatus 100.
  • the cutting lines 5 are set in a lattice shape so as to pass between the adjacent functional elements 15 and 15, and at least one of the workpiece 1 and the frame 22 is used as a reference.
  • a machining region 30 having an outer diameter larger than the outer diameter of the workpiece 1 and smaller than the inner diameter of the frame 22 is set. That is, the caloe area 30 has an outer shape between the workpiece 1 and the frame 22.
  • the condensing lens 108 is moved relative to the workpiece 1 including the region outside the frame 22 for the following reason. That is, in order to irradiate the processing object 1 with the processing laser beam L1 in a state where the relative moving speed of the condensing lens 108 with respect to the processing object 1 is constant, the condensing with respect to the processing object 1 is performed. This is because it is necessary to add an acceleration distance until the relative moving speed becomes constant to the relative moving distance of the lens 108 for use. Furthermore, by expanding the expanding tape 23 to the periphery, the workpiece 1 can be reliably cut along the planned cutting line 5 with the melt processing region 13 as the starting point of cutting. This is because it is necessary to make the frame 22 as small as possible.
  • the condensing lens 108 By the relative movement of the condensing lens 108 with respect to the workpiece 1, the condensing lens 108 reaches one intersection ⁇ 1 of the line 50 including the line 5 to be cut and the outer shape of the processing region 30. Then, as shown in FIG. 20 (a), the control signal of the measurement laser light source 111 is changed from “OFF” to “ON”, and the measurement laser light L2 is emitted from the measurement laser light source 111 and is condensed. It is condensed at 108. At this time, the measurement laser beam L2 is reflected by the expanded tape 23. Since the expanded tape 23 has a lower reflectance than the surface 3 of the workpiece 1, measurement is performed as shown in FIG. The amount of reflected laser light L3 does not reach the threshold T. At this time, as shown in FIG. 20C, the drive signal of the piezo element 109 is “OFF”, and the condensing lens 108 is held at a predetermined position.
  • the condensing lens 108 reaches one intersection point / 31 of the line 50 including the planned cutting line 5 and the outer edge of the workpiece 1, the measurement laser beam L2 is converted into the workpiece 1 Therefore, the amount of reflected light L3 of the measurement laser beam exceeds the threshold T as shown in FIG. 20 (b).
  • the drive signal of the piezo element 109 is changed from “OFF” to “ON”, and the reflected light L3 of the measurement laser beam is formed on the light receiving surface of the four-division photodiode 115.
  • the piezo element 109 is driven so that the voltage value based on the optical image is constant, and the distance between the surface 3 of the workpiece 1 and the condensing lens 108 is adjusted to be substantially constant.
  • the control signal power S of the shirt 105 is changed from “OFF” to “ON”. Then, the processing laser light LI emitted from the processing laser light source 104 passes through the shirt 105 and is collected by the condensing lens 108. As a result, even if the surface 3 of the workpiece 1 has runout, it is positioned along the planned cutting line 5 at a certain distance from the surface 3 of the workpiece 1 (inside the silicon wafer 11). The melt processing region 13 can be formed with high accuracy.
  • the control signal power S of the shirt 105 is changed from “OFF” to “ON”, and the timing at which the processing laser beam L1 is applied to the workpiece 1 is changed from “OFF” to “ON”. The timing may be substantially the same as or may be a little later than that timing.
  • the measurement laser beam L 2 is expanded by the expanded tape 23. Since the light is reflected, the amount of reflected light L3 of the measurement laser light is below the threshold T as shown in FIG.
  • the drive signal of the piezo element 109 is also turned “ON” and “OFF”, and the condensing lens 108 is held at a predetermined position.
  • the control signal force S “ON” of the shirter 105 is changed from “ON” to “OFF”, and the passage of the processing laser light L 1 emitted from the processing laser light source 104 is blocked.
  • the condensing lens 108 is made relative to the processing object 1 along the line 50 including the cutting scheduled line 5 of the processing object 1.
  • the condensing lens 108 is positioned on the processing region 30 having the outer shape between the workpiece 1 and the frame 22, the measuring laser beam L2 is processed by the condensing lens 108. Condensed light toward the region 30 and the reflected light L3 of the measurement laser light reflected by the surface 3 of the workpiece 1 is detected.
  • the surface 3 of the workpiece 1 and the surface 3 of the workpiece 1 are aligned so that the converging point P of the laser beam L1 for processing is at a certain distance from the surface 3 of the workpiece 1.
  • the laser beam L1 for processing is condensed toward the processing object 1 by the condensing lens 108, and the melting processing region 13 is processed 1 Form inside.
  • the processing laser light L1 is applied to the processing object 1 by the condensing lens 108.
  • the light is condensed toward the inner surface of the object to be processed 1 to form the melt processing region 13. Therefore, even if the condensing lens 108 is moved relative to the workpiece 1 including the area outside the frame 22, the frame 22 is erroneously recognized as the workpiece and processed into the frame 22. It is possible to prevent the frame 22 from being damaged by irradiating the laser beam L1 for use.
  • the measurement laser beam L2 is irradiated while being applied.
  • Control in the laser processing apparatus 100 may be performed as follows. That is, from one side, until the condensing lens 108 reaches one intersection point ⁇ 1 of the line 50 and the outer shape of the processing region 30, the surface 3 of the workpiece 1 and the condensing lens 108
  • the measurement process based on the reflected light of the measurement laser beam for adjusting the distance of the laser beam is stopped and the calculation process based on the light quantity of L3 (hereinafter referred to as “autofocus calculation process”) is stopped.
  • the condensing lens 108 is fixed to and the irradiation of the processing laser beam L1 is stopped. Then, the autofocus calculation process is performed until the condensing lens 108 reaches one intersection point / 31 of the line 50 and the outer edge of the workpiece 1 from the intersection point ⁇ 1.
  • the condensing lens 108 is fixed at a fixed position in the thickness direction, and the irradiation of the processing laser beam L1 is stopped.
  • the condenser lens 108 is fixed at a fixed position in the thickness direction of the workpiece 1 because the reflected light L3 of the measurement laser beam is predetermined. This is because the threshold value is not exceeded.
  • the autofocus calculation process is performed until the condensing lens 108 reaches the intersection point ⁇ 2 of the other intersection ⁇ 2 of the line 50 and the outer edge of the workpiece 1.
  • the distance between the front surface 3 and the condensing lens 108 is adjusted, and the processing laser beam L1 is irradiated.
  • the melting processing region 13 may be formed inside the processing object 1 as follows. .
  • the condensing lens 108 is moved relative to the workpiece 1 along the line 50 including the line 5 to be cut, so that the condensing lens 108 is positioned on the processing region 30.
  • the measurement laser beam L2 is collected toward the processing region 30 by the condensing lens 108 and the reflected light L3 of the measurement laser beam reflected by the surface 3 of the workpiece 1 is collected.
  • the piezo element 109 By detecting, the piezo element 109 is driven so that the condensing point P of the processing laser beam L1 is positioned at a certain distance from the surface 3 of the workpiece 1, and the surface 3 of the workpiece 1 is The distance from the condensing lens 108 is adjusted to be substantially constant, and the driving signal (adjustment information) of the piezo element 109 at that time is recorded.
  • the condensing lens 108 is moved relative to the workpiece 1 along the line 50 including the planned cutting line 5, and the condensing lens 108 is positioned on the processing region 30.
  • the recorded drive signal is reproduced to drive the piezo element 109, and while adjusting the distance between the surface 3 of the workpiece 1 and the condensing lens 108 to be substantially constant, the processing laser beam L1 Is condensed toward the workpiece 1 by the collecting lens 108, and the melted region 13 is formed inside the workpiece 1.
  • the timing at which the control signal of the shatter 105 is turned from “OFF” to “ON” and the processing laser beam L1 is irradiated onto the workpiece 1 is changed from “OFF” to “ON”. It may be almost at the same time as / !, and a little earlier than that timing.
  • the formation of the melt processing region 13 as described above is such that the workpiece 1 is relatively thick, and a plurality of rows of the melt processing regions 13 are arranged in the thickness direction of the workpiece 1 with respect to one scheduled cutting line. This is effective in the case of forming in a line.
  • the focusing point P of the processing laser beam L1 and the surface 3 of the processing target 1 are collected so that the surface 3 force of the processing target 1 matches the position of a certain distance.
  • the surface of the workpiece 1 is adjusted so that the force S adjusted for the distance to the optical lens 108 and the converging point P of the processing laser beam L1 are in a predetermined position with respect to the surface 3 of the workpiece 1
  • the distance between 3 and the condensing lens 108 may be adjusted.
  • the melting region 13 can be accurately formed at a predetermined position on the basis of the surface 3 of the workpiece 1 and the distance from the surface 3 of the workpiece 1 changes along the way. It becomes possible to form the wavy melted region 13 and the like along the planned cutting line 5.
  • the reflected light L3 of the measurement laser beam reflected by the surface 3 of the workpiece 1 is detected, but the other laser beam irradiation surface such as the back surface 21 of the workpiece 1 is detected. Reflected The reflected light L3 of the measurement laser beam may be detected.
  • the crack region or the inside of the wafer made of another material such as a force glass or piezoelectric material in which the melt processing region 13 is formed inside the silicon wafer 11 of the workpiece 1 is formed.
  • Other modified regions such as a refractive index changing region may be formed.
  • the processing laser beam is irradiated to the frame. This can prevent the frame from being damaged.

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Description

明 細 書
レーザ加工方法
技術分野
[0001] 本発明は、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するためのレーザ加 ェ方法に関する。
背景技術
[0002] 板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断する技術として、ブレードダイシ ング法と称されるものがある（例えば、特許文献 1参照）。ブレードダイシング法では、 環状のフレームに張られた拡張可能シートに板状の加工対象物を貼り付けて、これ を載置台上に固定し、高速回転する切削ブレード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。このとき、加工対象物を包囲するフレームに損傷を与えるの を防止するために、フレームの内側の領域においてのみ、切削ブレードを加工対象 物に対して相対的に移動させる。
[0003] 一方、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するためのレーザ加工方 法として、環状のフレームに張られた拡張可能シートに板状の加工対象物を貼り付け て、これを載置台上に固定し、加工対象物の内部に集光用レンズで集光点を合わせ て加工用レーザ光を照射することにより、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ものがある（例えば、特許文献 2参照）。
[0004] このようなレーザ加工方法では、ブレードダイシング法と異なり、フレームの外側の 領域を含めて、集光用レンズを加工対象物に対して相対的に移動させる必要性があ る。その理由は、次の通りである。すなわち、加工対象物に対する集光用レンズの相 対的な移動速度が等速になった状態において加工対象物に加工用レーザ光を照射 するためには、加工対象物に対する集光用レンズの相対的な移動距離に、相対的な 移動速度が等速になるまでの加速距離を加える必要があるからである。更に、例え ば、拡張可能シートを周囲に拡張させることで、改質領域を切断の起点として加工対 象物を切断予定ラインに沿って切断する場合があるが、確実な切断を実現するため には、加工対象物に対してフレームを極力小さくする必要があるからである。 特許文献 1 :特開 2006— 13312号公報
特許文献 2：特開 2004— 273895号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ところで、上述したようなレーザ加工方法には、次のような問題が存在する。例えば 、測定用レーザ光を集光用レンズで集光して、測定用レーザ光の反射光の光量を検 出し、その光量が所定の閾値を越えている場合に、改質領域を加工対象物の内部 に形成するために、加工用レーザ光を集光用レンズで集光することがある。このとき、 フレームの外側の領域を含めて、集光用レンズを加工対象物に対して相対的に移動 させるので、加工対象物と同様に高反射率を有するフレームを加工対象物と誤認識 し、フレームに加工用レーザ光を照射してフレームに損傷を与えたり、延いては加工 対象物に損傷を与えたりするおそれがある。
[0006] 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、環状のフレームに 張られた拡張可能シートに貼り付けられた板状の加工対象物の内部に改質領域を 形成するに際し、フレームに加工用レーザ光を照射してフレームに損傷を与えるのを 防止することができるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、環状のフレームに 張られた拡張可能シートに貼り付けられた板状の加工対象物の内部に集光用レンズ で集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定 ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ 加工方法であって、加工対象物とフレームとの間に外形を有する加工領域を設定す る工程と、切断予定ラインを含むライン上に沿って集光用レンズ及び加工対象物の 少なくとも一方を相対的に移動させ、集光用レンズが加工領域上に位置している際 に、測定用レーザ光を集光用レンズで加工領域に向けて集光して、加工対象物のレ 一ザ光照射面で反射された測定用レーザ光の反射光を検出することにより、加工用 レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ 光照射面と集光用レンズとの距離を調整しながら、加工用レーザ光を集光用レンズ で加工対象物に向けて集光して、改質領域を加工対象物の内部に形成する工程と 、を含むことを特徴とする。
[0008] また、本発明に係るレーザ加工方法は、環状のフレームに張られた拡張可能シート に貼り付けられた板状の加工対象物の内部に集光用レンズで集光点を合わせて加 ェ用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の 起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、カロ ェ対象物とフレームとの間に外形を有する加工領域を設定する工程と、切断予定ラ インを含むライン上に沿って集光用レンズ及び加工対象物の少なくとも一方を相対 的に移動させ、集光用レンズが加工領域上に位置している際に、測定用レーザ光を 集光用レンズで加工領域に向けて集光して、加工対象物のレーザ光照射面で反射 された測定用レーザ光の反射光を検出することにより、加工用レーザ光の集光点が レーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と集光用レン ズとの距離を調整し、その調整に関する調整情報を取得する工程と、切断予定ライン を含むライン上に沿って集光用レンズ及び加工対象物の少なくとも一方を相対的に 移動させ、集光用レンズが加工領域上に位置している際に、調整情報に基づいて、 レーザ光照射面と集光用レンズとの距離を調整しながら、加工用レーザ光を集光用 レンズで加ェ対象物に向けて集光して、改質領域を加ェ対象物の内部に形成する 工程と、を含むことを特徴とする。
[0009] これらのレーザ加工方法では、加工対象物の切断予定ラインを含むライン上に沿つ て集光用レンズ及び加工対象物の少なくとも一方を相対的に移動させ、加工対象物 とフレームとの間に外形を有する加工領域上に集光用レンズが位置している際に、 測定用レーザ光を集光用レンズで加工領域に向けて集光して、加工対象物のレー ザ光照射面で反射された測定用レーザ光の反射光を検出する。そして、測定用レー ザ光の反射光の検出結果に基づいて、加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面 を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と集光用レンズとの距離を調 整しながら、加工用レーザ光を集光用レンズで加工対象物に向けて集光して、改質 領域を加工対象物の内部に形成する。以上のように、これらのレーザ加工方法では 、加工対象物とフレームとの間に外形を有する加工領域上に集光用レンズが位置し ている際に、加工用レーザ光を集光用レンズで加工対象物に向けて集光して、改質 領域を加工対象物の内部に形成する。そのため、フレームの外側の領域を含めて、 集光用レンズを加工対象物に対して相対的に移動させても、フレームを加工対象物 と誤認識し、フレームに加工用レーザ光を照射してフレームに損傷を与えるのを防止 すること力 Sでさる。
[0010] なお、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 とにより、加工対象物の内部において多光子吸収その他の光吸収を生じさせることで 形成される。
[0011] 本発明に係るレーザ加工方法においては、集光用レンズが加工領域上に位置して いる際に、測定用レーザ光を集光用レンズで加工領域に向けて集光して、加工領域 で反射された測定用レーザ光の反射光の光量を検出し、光量が所定の閾値を越え ている場合に、加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置 に合うように、レーザ光照射面と集光用レンズとの距離を調整することが好ましい。こ れにより、レーザ光照射面を基準として所定の位置に改質領域を精度良く形成する こと力 Sでさる。
[0012] 本発明に係るレーザ加工方法においては、集光用レンズが加工領域上に位置して いる際に、測定用レーザ光を集光用レンズで加工領域に向けて集光して、加工領域 で反射された測定用レーザ光の反射光の光量を検出し、光量が所定の閾値を越え ている場合に、非点収差が付加された測定用レーザ光の反射光の集光像が一定と なるように、レーザ光照射面と集光用レンズとの距離を調整することが好ましい。これ により、加工対象物のレーザ光照射面が面振れを有していても、レーザ光照射面か ら一定の距離の位置に改質領域を精度良く形成することができる。
[0013] 本発明に係るレーザ加工方法にお!/、ては、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できる。
[0014] 本発明に係るレーザ加工方法にお!/、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 [0015] 本発明によれば、環状のフレームに張られた拡張可能シートに貼り付けられた板状 の加工対象物の内部に改質領域を形成するに際し、フレームに加工用レーザ光を 照射してフレームに損傷を与えるのを防止することができる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図 である。
[図 2]図 1に示す加工対象物の 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
[図 7]本実施形態に係るレーザ加工方法におけるピークパワー密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加工方法により切断されたシリコンウェハの一部にお ける断面の写真を表した図である。
[図 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の対象となる加工対象物の平面図である。 [図 15]図 14に示す XV— XV線に沿っての部分断面図である。
[図 16]本実施形態のレーザ加工方法が実施されるレーザ加工装置の構成図である。
[図 17]本実施形態のレーザ加工方法の説明図である。
[図 18]図 17に続く本実施形態のレーザ加工方法の説明図である。
[図 19]図 18に続く本実施形態のレーザ加工方法の説明図である。
[図 20]図 19に続く本実施形態のレーザ加工方法の説明図である。
符号の説明
[0017] 1···加工対象物、 3···表面（レーザ光入射面）、 5···切断予定ライン、 11···シリコンゥ ェハ（半導体基板）、 13···溶融処理領域（改質領域）、 22···フレーム、 23···エキスパ ンドテープ (拡張可能シート）、 50···ライン、 108···集光用レンズ、 L1…加工用レー ザ光、 L2〜測定用レーザ光、 L3〜測定用レーザ光の反射光、 Ρ···集光点。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 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 施形態のレーザ加ェ方法では、加ェ対象物の内部に改質領域を形成するために多 光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成 するためのレーザ加工方法について説明する。
[0019] 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 が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 >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 nhv >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。ノ ルス波の場合、レーザ光の強 度はレーザ光の集光点のピークパワー密度 (W/cm2)で決まり、例えばピークパヮ 一密度が lX108(W/cm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度 は、（集光点におけるレーザ光の 1パルス当たりのエネルギー） ÷ (レーザ光のビーム スポット断面積 Xノ ルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度 はレーザ光の集光点の電界強度 (W/cm2)で決まる。
[0020] このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工方法の原理につい て、図 1〜図 6を参照して説明する。図 1に示すように、ウェハ状 (板状）の加工対象物 1の表面 3には、加工対象物 1を切断するための切断予定ライン 5がある。切断予定ラ イン 5は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図 2に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物 1の内部に集光点 Pを合わ せてレーザ光 Lを照射して改質領域 7を形成する。なお、集光点 Pとは、レーザ光しが 集光する箇所のことである。また、切断予定ライン 5は、直線状に限らず曲線状であつ てもよ!/、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!/、。
[0021] 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。
[0022] 本実施形態に係るレーザ加工方法は、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。
[0023] 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 切断すること力 S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。
[0024] この切断起点領域 8を起点とした加工対象物 1の切断には、次の 2通りが考えられ る。 1つは、切断起点領域 8形成後、加工対象物 1に人為的な力が印加されることに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1が割れ、加工対象物 1が切断される 場合である。これは、例えば加工対象物 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に沿って加工対象 物 1に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物 1に温度差を与えることにより 熱応力を発生させたりすることである。他の 1つは、切断起点領域 8を形成することに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1の断面方向（厚さ方向）に向かって自 然に割れ、結果的に加工対象物 1が切断される場合である。これは、例えば加工対 象物 1の厚さが小さい場合には、 1列の改質領域 7により切断起点領域 8が形成され ることで可能となり、加工対象物 1の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成 された改質領域 7により切断起点領域 8が形成されることで可能となる。なお、この自 然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域 8が形成されていない部 位に対応する部分の表面 3上にまで割れが先走ることがなぐ切断起点領域 8を形成 した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすること 力できる。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。
[0025] 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。
[0026] (1)改質領域が 1つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
加工対象物（例えばガラスや LiTaO力 なる圧電材料）の内部に集光点を合わせ
3
て、集光点における電界強度が 1 X 108 (W/cm2)以上で且つノ レス幅が 1 μ s以下 の条件でレーザ光を照射する。このノ ルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつ つ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラッ ク領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収によ る光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱 ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界 強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (W/cm2)である。パルス幅は例えば lns〜 200nsが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第 45回 レーザ熱加工研究会論文集（1998年. 12月）の第 23頁〜第 28頁の「固体レーザー 高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
[0027] 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。
[0028] (A)加工対象物：ノ ィレックス（登録商標）ガラス（厚さ 700 a 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スィッチノ ルス
繰り返し周波数： 100kHz
ノ ノレス幅： 30ns
出力：出力 < lmj/ノ ルス
レーザ光品質： TEM
00
偏光特性：直線偏光
(C)集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： 100mm/秒
[0029] 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。
[0030] 図 7は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レー ザ光力 sパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は 1パ 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。クラックスポット力 S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 10U (W/cm2)程度 力、ら加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに 従いクラックスポットも大きくなること力分力、る。
[0031] 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。
[0032] (2)改質領域が溶融処理領域の場合
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料）の内部に集光点を合わせて、集 光点における電界強度が 1 X 108 (W/cm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s以下の条 件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所 的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。 溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融 状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域 ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造 において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、 単結晶構造力 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、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を 意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶 質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (W/cm2)であ る。パルス幅は例えば lns〜200nsが好ましい。
[0033] 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。
[0034] (A)加工対象物：シリコンウエノ、（厚さ 350 m、外径 4インチ）
(B)レーザ
光源：半導体レーザ励起 Nd： YAGレーザ
波長： 1064nm
レーザ光スポット断面積： 3. 14 X 10— 8cm2
発振形態： Qスィッチノ ルス
繰り返し周波数： 100kHz
ノ ノレス幅： 30ns
出力： 20 J /パルス レーザ光品質： TEM
oo
偏光特性：直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率： 50倍
N. A. : 0. 55
レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： 100mm/秒
[0035] 図 12は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における 断面の写真を表した図である。シリコンウェハ 11の内部に溶融処理領域 13が形成さ れている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域 13の厚さ方向の大きさは 1 00 m程度である。
[0036] 溶融処理領域 13が多光子吸収により形成されたことを説明する。図 13は、レーザ 光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコ ン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示し てレヽる。シリコン基板の厚さ t力 50〃 m、 100〃 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。
[0037] 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 かる。図 12に示すシリコンウェハ 11の厚さは 350 111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 175 111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。 [0038] なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点と して断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面と に到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達する この割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより 成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れ が自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融してい る状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融 している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、ど ちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断 面には、図 12のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工 対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断 起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。 ちなみに、溶融処理領域の形成は多光子吸収が原因の場合のみでなぐ他の吸収 作用が原因の場合もある。
[0039] (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。ノ ルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多 光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部には イオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率 変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば l X 1012 (W/cm2)で ある。ノ 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 11 1頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部へ の光誘起構造形成」に記載されている。
[0040] 以上、多光子吸収により形成される改質領域として（1)〜（3)の場合を説明したが、 ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次 のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精 度良く加工対象物を切断することが可能になる。
[0041] すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は 、 （111)面（第 1劈開面)や（110)面（第 2劈開面）に沿った方向に切断起点領域を 形成するのが好ましい。また、 GaAsなどの閃亜鉛鉱型構造の III V族化合物半導 体からなる基板の場合は、 (110)面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが 好ましい。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しい。
[0042] なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板にお ける（111)面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方 向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーション フラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域 を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
[0043] 次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
[0044] 図 14及び図 15に示すように、加工対象物 1は、厚さ 100 mのシリコンウエノ、（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、或い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 シヨンフラット 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
〇
[0045] 以上のように構成された加工対象物 1を次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、円環状のフレーム 22に張られたエキスパンドテープ（拡張 可能シート） 23上に加工対象物 1の裏面 21を貼り付ける。そして、加工対象物 1の表 面 3を上側に向けて、加工対象物 1を保持したフレーム 22及びエキスパンドテープ 2 3をレーザ加工装置 100の載置台 101上に固定する。続いて、隣り合う機能素子 15 , 15間を通るように切断予定ライン 5を格子状に設定する（図 14参照）。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 わせて加工用レーザ光 LIを照射することにより、各切断予定ライン 5に沿って溶融処 理領域 13をシリコンウェハ 11の内部に形成する。続いて、加工対象物 1を保持したフ レーム 22及びエキスパンドテープ 23をエキスパンドテープ拡張装置（図示せず）に 装着し、エキスパンドテープ 23を周囲に拡張させることにより、溶融処理領域 13を切 断の起点として、切断予定ライン 5に沿って加工対象物 1を切断すると共に、切断に より得られた多数の半導体チップを互いに離間させる。以上により、加工対象物 1を 切断予定ライン 5に沿って精度良く切断することができる。なお、溶融処理領域 13に は、クラック力 S混在する場合もある。
[0046] ここで、レーザ加工装置 100について説明する。図 16に示すように、レーザ加工装 置 100は、加工対象物 1が水平に載置される載置台 101と、レーザユニット 102と、 載置台 101及びレーザユニット 102のそれぞれと接続された移動制御部 103と、を備 えている。移動制御部 103は、載置台 101を水平方向（X軸方向及び Y軸方向）に移 動させると共に、レーザユニット 102を鉛直方向（Z軸方向）に移動させる。
[0047] レーザユニット 102は、加工用レーザ光 L1をパルス発振する加工用レーザ光源 10 4を有している。加工用レーザ光源 104から出射された加工用レーザ光 L1は、加工 用レーザ光 L1の通過及び遮断を選択的に行うシャツタ 105、ビームサイズを拡大す るビームエキスパンダ 106を順次に通過して、ダイクロイツクミラー 107を透過した後、 集光用レンズ 108により集光されて加工対象物 1に照射される。なお、集光用レンズ 108には、その Z軸方向の位置を微調整するピエゾ素子 109が取り付けられている。
[0048] 更に、レーザユニット 102は、後述する加工領域 30に照射するための測定用レー ザ光 L2を出射する測定用レーザ光源 111を有して!/、る。測定用レーザ光源 111から 出射された測定用レーザ光 L2は、ミラー 112、ハーフミラー 113、ダイクロイツクミラー 107で順次に反射されて、加工用レーザ光 L1の光軸上を下方に向かって進行した 後、集光用レンズ 108により集光されて加工領域 30に照射される。
[0049] 加工領域 30に照射された測定用レーザ光 L2は、加工領域 30で反射され、その測 定用レーザ光の反射光 L3は、集光用レンズ 108に再入射して加工用レーザ光 L1の 光軸上を上方に向かって進行した後、ダイクロイツクミラー 107で反射されてハーフミ ラー 113を透過する。ハーフミラー 113を透過した測定用レーザ光の反射光 L3は、 シリンドリカルレンズ及び平凸レンズからなる整形光学系 114によって、非点収差が 付加されて、フォトダイオードを 4等分してなる 4分割フォトダイオード 115の受光面に 集光される。このように、 4分割フォトダイオード 115の受光面には、非点収差が付加 された測定用レーザ光の反射光 L3の集光像が形成されるので、この集光像は、カロ ェ領域 30内に位置する加工対象物 1の表面（レーザ光照射面） 3に対する測定用レ 一ザ光 L2の集光点の位置で変化することになる。
[0050] 4分割フォトダイオード 115には、ピエゾ素子 109と接続された集光用レンズ制御部 116が接続されている。集光用レンズ制御部 116は、加工領域 30で反射された測定 用レーザ光の反射光 L3の光量を検出し、その光量が所定の閾値を超えている場合 に、 4分割フォトダイオード 115の受光面に形成された集光像を電圧値として取得し、 この電圧値が一定となるように (すなわち、集光像が一定となるように）、ピエゾ素子 1 09を駆動させて、加工対象物 1の表面 3と集光用レンズ 108との距離を略一定に調 整すると共に、その際のピエゾ素子 109の駆動信号を記録する機能を有している。
[0051] 以上のように構成されたレーザ加工装置 100による溶融処理領域 13の形成につい て、より詳細に説明する。
[0052] まず、図 17に示すように、円環状のフレーム 22に張り渡されたエキスパンドテープ 23上に加工対象物 1の裏面 21を貼り付ける。そして、加工対象物 1の表面 3を上側 に向けて、加工対象物 1を保持したフレーム 22及びエキスパンドテープ 23をレーザ 加工装置 100の載置台 101上に固定する。続いて、図 18に示すように、隣り合う機 能素子 15, 15間を通るように切断予定ライン 5を格子状に設定すると共に、加工対 象物 1及びフレーム 22の少なくとも一方を基準として、加工対象物 1の外径より大きく 且つフレーム 22の内径より小さい外径を有する加工領域 30を設定する。つまり、カロ ェ領域 30は、加工対象物 1とフレーム 22との間に外形を有することになる。
[0053] 続いて、図 19に示すように、オリエンテーションフラット 6に平行な切断予定ライン 5 を含む各ライン 50と加工領域 30の外形との交点の座標を取得する。なお、オリエン テーシヨンフラット 6に垂直な切断予定ライン 5に沿って溶融処理領域 13を形成する 場合は、オリエンテーションフラット 6に平行な切断予定ライン 5に沿って溶融処理領 域 13を形成する場合と同様であるため、以下、その説明を省略する。 [0054] 続いて、図 20に示すように、オリエンテーションフラット 6に平行な切断予定ライン 5 が延在する方向に載置台 101を移動させることにより、加工対象物 1に対して集光用 レンズ 108を矢印 B方向に相対的に移動させる。このとき、次の理由により、フレーム 22の外側の領域を含めて、集光用レンズ 108を加工対象物 1に対して相対的に移 動させる。すなわち、加工対象物 1に対する集光用レンズ 108の相対的な移動速度 が等速になった状態において加工対象物 1に加工用レーザ光 L1を照射するために は、加工対象物 1に対する集光用レンズ 108の相対的な移動距離に、相対的な移動 速度が等速になるまでの加速距離を加える必要があるからである。更に、エキスパン ドテープ 23を周囲に拡張させることで、溶融処理領域 13を切断の起点として加工対 象物 1を切断予定ライン 5に沿って確実に切断するためには、加工対象物 1に対して フレーム 22を極力小さくする必要があるからである。
[0055] 加工対象物 1に対する集光用レンズ 108の相対的な移動により、切断予定ライン 5 を含むライン 50と加工領域 30の外形との一方の交点 α 1上に集光用レンズ 108が 達すると、図 20 (a)に示すように、測定用レーザ光源 111の制御信号が「OFF」から「 ON」となり、測定用レーザ光源 111から測定用レーザ光 L2が出射されて集光用レン ズ 108で集光される。このとき、測定用レーザ光 L2はエキスパンドテープ 23で反射さ れるカ エキスパンドテープ 23は加工対象物 1の表面 3に比べて低反射率であるた め、図 20 (b)に示すように、測定用レーザ光の反射光 L3の光量は閾直 Tに達しない 。なお、このとき、図 20 (c)に示すように、ピエゾ素子 109の駆動信号は「OFF」であり 、集光用レンズ 108は所定の位置に保持されている。
[0056] 続いて、切断予定ライン 5を含むライン 50と加工対象物 1の外縁との一方の交点 /3 1上に集光用レンズ 108が達すると、測定用レーザ光 L2が加工対象物 1の表面 3で 反射されるため、図 20 (b)に示すように、測定用レーザ光の反射光 L3の光量が閾値 Tを越える。これにより、図 20 (c)に示すように、ピエゾ素子 109の駆動信号が「OFF 」から「ON」となり、測定用レーザ光の反射光 L3が 4分割フォトダイオード 115の受光 面に形成する集光像に基づく電圧値が一定となるように、ピエゾ素子 109が駆動させ られて、加工対象物 1の表面 3と集光用レンズ 108との距離が略一定に調整される。
[0057] 同時に、図 20 (d)に示すように、シャツタ 105の制御信号力 S「OFF」から「ON」となり 、加工用レーザ光源 104から出射された加工用レーザ光 LIがシャツタ 105を通過し て集光用レンズ 108で集光される。これにより、加工対象物 1の表面 3が面振れを有 していても、切断予定ライン 5に沿って、加工対象物 1の表面 3から一定の距離の位 置 (シリコンウェハ 11の内部）に溶融処理領域 13を精度良く形成することができる。な お、シャツタ 105の制御信号力 S「OFF」から「ON」となって加工用レーザ光 L1が加工 対象物 1に照射されるタイミングは、ピエゾ素子 109の駆動信号が「OFF」から「ON」 となるタイミングと略同時でもよいし、そのタイミングより少し遅れてもよい。
[0058] 続いて、切断予定ライン 5を含むライン 50と加工対象物 1の外縁との他方の交点 /3 2上に集光用レンズ 108が達すると、測定用レーザ光 L2がエキスパンドテープ 23で 反射されるため、図 20 (b)に示すように、測定用レーザ光の反射光 L3の光量が閾値 Tを下回る。これにより、図 20 (c)に示すように、ピエゾ素子 109の駆動信号が「ON」 力も「OFF」となり、集光用レンズ 108が所定の位置に保持される。同時に、図 20 (d) に示すように、シャツタ 105の制御信号力 S「ON」から「OFF」となり、加工用レーザ光 源 104から出射された加工用レーザ光 L1の通過が遮断される。
[0059] 続!/、て、切断予定ライン 5を含むライン 50と加工領域 30の外形との他方の交点 α 2 上に集光用レンズ 108が達すると、図 20 (a)に示すように、測定用レーザ光源 111の 制御信号が「ON」から「OFF」となり、測定用レーザ光源 111からの測定用レーザ光 L2の出射が停止させられる。
[0060] 以上説明したように、本実施形態のレーザ加工方法では、加工対象物 1の切断予 定ライン 5を含むライン 50上に沿って集光用レンズ 108を加工対象物 1に対して相対 的に移動させ、加工対象物 1とフレーム 22との間に外形を有する加工領域 30上に集 光用レンズ 108が位置している際に、測定用レーザ光 L2を集光用レンズ 108で加工 領域 30に向けて集光して、加工対象物 1の表面 3で反射された測定用レーザ光の反 射光 L3を検出する。この測定用レーザ光の反射光 L3の検出により、加工用レーザ 光 L1の集光点 Pが加工対象物 1の表面 3から一定の距離の位置に合うように、加工 対象物 1の表面 3と集光用レンズ 108との距離を略一定に調整しながら、加工用レー ザ光 L1を集光用レンズ 108で加工対象物 1に向けて集光して、溶融処理領域 13を 加工対象物 1の内部に形成する。このように、本実施形態のレーザ加工方法では、 加工対象物 1とフレーム 22との間に外形を有する加工領域 30上に集光用レンズ 10 8が位置している際に、加工用レーザ光 L1を集光用レンズ 108で加工対象物 1に向 けて集光して、溶融処理領域 13を加工対象物 1の内部に形成する。そのため、フレ ーム 22の外側の領域を含めて、集光用レンズ 108を加工対象物 1に対して相対的に 移動させても、フレーム 22を加工対象物と誤認識し、フレーム 22に加工用レーザ光 L1を照射してフレーム 22に損傷を与えるのを防止することができる。
[0061] 本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
[0062] 例えば、フレーム 22を横切るライン 50上に沿って集光用レンズ 108及び加工対象 物 1の少なくとも一方を相対的に移動させるに際し、測定用レーザ光 L2の照射を実 施したままで、次のようにレーザ加工装置 100における制御を実施してもよい。すな わち、一方の側からライン 50と加工領域 30の外形との一方の交点 α 1上に集光用レ ンズ 108が達するまで、加工対象物 1の表面 3と集光用レンズ 108との距離を調整す るための測定用レーザ光の反射光 L3の光量に基づく演算処理 (以下、「オートフォ 一カス演算処理」という）を停止し、加工対象物 1の厚さ方向において一定の位置に 集光用レンズ 108を固定し、且つ加工用レーザ光 L1の照射を停止する。そして、一 方の交点 α 1上からライン 50と加工対象物 1の外縁との一方の交点 /3 1上に集光用 レンズ 108が達するまで、オートフォーカス演算処理を実施し、加工対象物 1の厚さ 方向において一定の位置に集光用レンズ 108を固定し、且つ加工用レーザ光 L1の 照射を停止する。ここで、オートフォーカス演算処理を実施しても、加工対象物 1の厚 さ方向において一定の位置に集光用レンズ 108が固定されるのは、測定用レーザ光 の反射光 L3の光量が所定の閾値を超えないからである。そして、一方の交点 /3 1上 力もライン 50と加工対象物 1の外縁との他方の交点 β 2上に集光用レンズ 108が達 するまで、オートフォーカス演算処理を実施し、加工対象物 1の表面 3と集光用レンズ 108との距離を調整し、且つ加工用レーザ光 L1の照射を実施する。
[0063] また、加工対象物 1とフレーム 22との間に外形を有する加工領域 30を設定した後 に、次のように、加工対象物 1の内部に溶融処理領域 13を形成してもよい。
[0064] すなわち、まず、切断予定ライン 5を含むライン 50上に沿って集光用レンズ 108を 加工対象物 1に対して相対的に移動させ、集光用レンズ 108が加工領域 30上に位 置している際に、測定用レーザ光 L2を集光用レンズ 108で加工領域 30に向けて集 光して、加工対象物 1の表面 3で反射された測定用レーザ光の反射光 L3を検出する ことにより、加工用レーザ光 L1の集光点 Pが加工対象物 1の表面 3から一定の距離の 位置に合うように、ピエゾ素子 109を駆動させて、加工対象物 1の表面 3と集光用レン ズ 108との距離を略一定に調整すると共に、その際のピエゾ素子 109の駆動信号（ 調整情報)を記録する。
[0065] 続いて、切断予定ライン 5を含むライン 50上に沿って集光用レンズ 108を加工対象 物 1に対して相対的に移動させ、集光用レンズ 108が加工領域 30上に位置している 際に、記録した駆動信号を再生してピエゾ素子 109を駆動させ、加工対象物 1の表 面 3と集光用レンズ 108との距離を略一定に調整しながら、加工用レーザ光 L1を集 光用レンズ 108で加工対象物 1に向けて集光して、溶融処理領域 13を加工対象物 1 の内部に形成する。なお、シャツタ 105の制御信号が「OFF」から「ON」となって加工 用レーザ光 L1が加工対象物 1に照射されるタイミングは、ピエゾ素子 109の駆動信 号が「OFF」から「ON」となるタイミングと略同時でもよ!/、し、そのタイミングより少し早 くてもよい。
[0066] 以上のような溶融処理領域 13の形成は、加工対象物 1が比較的厚ぐ 1本の切断 予定ラインに対して複数列の溶融処理領域 13を加工対象物 1の厚さ方向に並ぶよう に形成するような場合に有効である。
[0067] また、上記実施形態では、加工用レーザ光 L1の集光点 Pが加工対象物 1の表面 3 力、ら一定の距離の位置に合うように、加工対象物 1の表面 3と集光用レンズ 108との 距離を調整した力 S、加工用レーザ光 L1の集光点 Pが加工対象物 1の表面 3を基準と して所定の位置に合うように、加工対象物 1の表面 3と集光用レンズ 108との距離を 調整してもよい。この場合、加工対象物 1の表面 3を基準として所定の位置に溶融処 理領域 13を精度良く形成することができ、加工対象物 1の表面 3からの距離が途中 で変わる溶融処理領域 13や波線状の溶融処理領域 13等を切断予定ライン 5に沿つ て形成することが可能となる。
[0068] また、上記実施形態では、加工対象物 1の表面 3で反射された測定用レーザ光の 反射光 L3を検出したが、加工対象物 1の裏面 21等、他のレーザ光照射面で反射さ れた測定用レーザ光の反射光 L3を検出してもよい。
[0069] また、上記実施形態では、加工対象物 1のシリコンウェハ 11の内部に溶融処理領 域 13を形成した力 ガラスゃ圧電材料等、他の材料からなるウェハの内部に、クラッ ク領域や屈折率変化領域等、他の改質領域を形成してもよレ、。
産業上の利用可能性
[0070] 本発明によれば、環状のフレームに張られた拡張可能シートに貼り付けられた板状 の加工対象物の内部に改質領域を形成するに際し、フレームに加工用レーザ光を 照射してフレームに損傷を与えるのを防止することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 環状のフレームに張られた拡張可能シートに貼り付けられた板状の加工対象物の 内部に集光用レンズで集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、前 記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対 象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物と前記フレームとの間に外形を有する加工領域を設定する工程と 前記切断予定ラインを含むライン上に沿って前記集光用レンズ及び前記加工対象 物の少なくとも一方を相対的に移動させ、前記集光用レンズが前記加工領域上に位 置している際に、測定用レーザ光を前記集光用レンズで前記加工領域に向けて集 光して、前記加工対象物のレーザ光照射面で反射された前記測定用レーザ光の反 射光を検出することにより、前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を 基準として所定の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記集光用レンズとの距 離を調整しながら、前記加ェ用レーザ光を前記集光用レンズで前記加ェ対象物に 向けて集光して、前記改質領域を前記加工対象物の内部に形成する工程と、を含む ことを特徴とするレーザ加工方法。
[2] 前記集光用レンズが前記加工領域上に位置している際に、前記測定用レーザ光を 前記集光用レンズで前記加工領域に向けて集光して、前記加工領域で反射された 前記測定用レーザ光の反射光の光量を検出し、前記光量が所定の閾値を越えてい る場合に、前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を基準として所定 の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記集光用レンズとの距離を調整するこ とを特徴とする請求項 1記載のレーザ加工方法。
[3] 前記集光用レンズが前記加工領域上に位置している際に、前記測定用レーザ光を 前記集光用レンズで前記加工領域に向けて集光して、前記加工領域で反射された 前記測定用レーザ光の反射光の光量を検出し、前記光量が所定の閾値を越えてい る場合に、非点収差が付加された前記測定用レーザ光の反射光の集光像が一定と なるように、前記レーザ光照射面と前記集光用レンズとの距離を調整することを特徴 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。
[5] 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。
[6] 環状のフレームに張られた拡張可能シートに貼り付けられた板状の加工対象物の 内部に集光用レンズで集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、前 記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対 象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物と前記フレームとの間に外形を有する加工領域を設定する工程と 前記切断予定ラインを含むライン上に沿って前記集光用レンズ及び前記加工対象 物の少なくとも一方を相対的に移動させ、前記集光用レンズが前記加工領域上に位 置している際に、測定用レーザ光を前記集光用レンズで前記加工領域に向けて集 光して、前記加工対象物のレーザ光照射面で反射された前記測定用レーザ光の反 射光を検出することにより、前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を 基準として所定の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記集光用レンズとの距 離を調整し、その調整に関する調整情報を取得する工程と、
前記切断予定ラインを含むライン上に沿って前記集光用レンズ及び前記加工対象 物の少なくとも一方を相対的に移動させ、前記集光用レンズが前記加工領域上に位 置している際に、前記調整情報に基づいて、前記レーザ光照射面と前記集光用レン ズとの距離を調整しながら、前記加工用レーザ光を前記集光用レンズで前記加工対 象物に向けて集光して、前記改質領域を前記加工対象物の内部に形成する工程と 、を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
[7] 前記集光用レンズが前記加工領域上に位置している際に、前記測定用レーザ光を 前記集光用レンズで前記加工領域に向けて集光して、前記加工領域で反射された 前記測定用レーザ光の反射光の光量を検出し、前記光量が所定の閾値を越えてい る場合に、前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を基準として所定 の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記集光用レンズとの距離を調整するこ とを特徴とする請求項 6記載のレーザ加工方法。
[8] 前記集光用レンズが前記加工領域上に位置している際に、前記測定用レーザ光を 前記集光用レンズで前記加工領域に向けて集光して、前記加工領域で反射された 前記測定用レーザ光の反射光の光量を検出し、前記光量が所定の閾値を越えてい る場合に、非点収差が付加された前記測定用レーザ光の反射光の集光像が一定と なるように、前記レーザ光照射面と前記集光用レンズとの距離を調整することを特徴 とする請求項 6記載のレーザ加工方法。
[9] 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 6記載のレーザ加工方法。
[10] 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 6記載のレーザ加工方法。
[11] 前記フレームを横切る前記ライン上に沿って前記集光用レンズ及び前記加工対象 物の少なくとも一方を相対的に移動させ、
一方の側から前記ラインと前記加工領域の外形との一方の交点上に前記集光用レ ンズが達するまで、前記レーザ光照射面と前記集光用レンズとの距離を調整するた めの前記測定用レーザ光の反射光の光量に基づく演算処理を停止し、前記加工対 象物の厚さ方向において一定の位置に前記集光用レンズを固定し、且つ前記加工 用レーザ光の照射を停止し、
前記ラインと前記加工領域の外形との一方の交点上から前記ラインと前記加工対 象物の外縁との一方の交点上に前記集光用レンズが達するまで、前記測定用レー ザ光の反射光の光量に基づく演算処理を実施し、前記加工対象物の厚さ方向にお いて一定の位置に前記集光用レンズを固定し、且つ前記加工用レーザ光の照射を 停止し、
前記ラインと前記加工対象物の外縁との一方の交点上から前記ラインと前記加工 対象物の外縁との他方の交点上に前記集光用レンズが達するまで、前記測定用レ 一ザ光の反射光の光量に基づく演算処理を実施し、前記レーザ光照射面と前記集 光用レンズとの距離を調整し、且つ前記加工用レーザ光の照射を実施することを特 徴とする請求項 1記載のレーザ加工方法。
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