WO2018193971A1 - 加工対象物切断方法 - Google Patents

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剛志 坂本
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • One aspect of the present invention relates to a workpiece cutting method.
  • Patent Document 1 discloses that a modified region is formed on a workpiece along a planned cutting line by irradiating the workpiece with a laser beam, and then etching is performed. Describes a technique for performing etching along the modified region.
  • an object of one aspect of the present invention is to provide a workpiece cutting method capable of controlling the progress of reactive ion etching.
  • a processing object cutting method includes a first step of preparing a processing object having a single crystal silicon substrate and a functional element layer provided on the first main surface side, and a first step. After that, at least one row of modified regions is formed inside the single crystal silicon substrate along each of the plurality of scheduled cutting lines by irradiating the workpiece with laser light, and the plurality of scheduled cutting lines are formed.
  • Performing a reactive ion etching on the object from the second main surface side to form a groove opening in the second main surface in the processing object along each of the plurality of cutting scheduled lines and
  • the third step Information during implementation of the reactive ion etching to form a black silicon layer on the inner surface of the second main surface and the groove of the workpiece.
  • reactive ions are formed from the second principal surface side on the workpiece in which a crack is formed so as to extend between at least one row of the modified region and the second principal surface of the workpiece. Etch. Thereby, reactive ion etching proceeds selectively along the crack from the second main surface side, and a narrow groove and a deep groove are formed along each of a plurality of cutting lines.
  • a black silicon layer is formed on the second main surface of the workpiece and the inner surface of the groove, thereby terminating the progress of the reactive ion etching using the black silicon layer. be able to. That is, the progress of reactive ion etching can be controlled.
  • the second step by forming a plurality of rows of modified regions arranged in the thickness direction of the processing object, along each of the plurality of scheduled cutting lines.
  • at least one row of modified regions may be formed, and cracks may be formed so as to extend between adjacent modified regions in a plurality of rows of modified regions. According to this, reactive ion etching can be deeply and selectively advanced.
  • each of the plurality of cutting scheduled lines is formed. It is also possible to form at least one row of modified regions along the cracks and to form cracks so as to extend between the modified spots adjacent to each other in the plurality of modified spots. According to this, reactive ion etching can be selectively advanced more efficiently.
  • the black silicon layer in the third step, may be formed by mixing oxygen into the etching gas. According to this configuration, the formation of the black silicon layer can be specifically realized.
  • oxygen may be mixed into the etching gas when the groove has a predetermined depth. According to this configuration, the progress of the reactive ion etching can be completed by forming the black silicon layer so that the groove having a predetermined depth is formed.
  • the processing object cutting method which concerns on 1 side of this invention attaches an expansion film to the 2nd main surface side after a 3rd step, and extends each expansion film, respectively, along each of several cutting planned lines.
  • a fourth step of cutting the workpiece into a plurality of semiconductor chips may be provided. According to this configuration, the workpiece can be reliably divided into a plurality of semiconductor chips.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus used for forming a modified region.
  • FIG. 2 is a plan view of a workpiece to be modified.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the workpiece of FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of an object to be processed after laser processing.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of the workpiece in FIG. 6 is a cross-sectional view of the workpiece of FIG. 4 along the line VI-VI.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an experimental result related to a workpiece cutting method.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining an experimental result relating to the workpiece cutting method.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus used for forming a modified region.
  • FIG. 2 is a plan view of a workpiece to be modified.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining an experimental result related to the method of cutting a workpiece.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining an experimental result related to the method of cutting a workpiece.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an experimental result related to the method of cutting a workpiece.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an experimental result relating to a workpiece cutting method.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an experimental result related to the workpiece cutting method.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an experimental result relating to the workpiece cutting method.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining an experimental result related to the workpiece cutting method.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining an experimental result related to the workpiece cutting method.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining an experimental result relating to the workpiece cutting method.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining an experimental result relating to a workpiece cutting method.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining an experimental result relating to the workpiece cutting method.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining an experimental result relating to the workpiece cutting method.
  • FIG. 21 is a perspective view of a processing object for explaining an experimental result related to the processing object cutting method.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining a workpiece cutting method according to an embodiment.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining a workpiece cutting method according to an embodiment.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a workpiece cutting method according to an embodiment.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view for explaining a workpiece cutting method according to an embodiment.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining a workpiece cutting method according to an embodiment.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining a workpiece cutting method according to an embodiment.
  • the modified region is formed in the processing object along the planned cutting line by condensing the laser beam on the processing object.
  • the formation of the modified region will be described with reference to FIGS.
  • the laser processing apparatus 100 is arranged so that the direction of the optical axis (optical path) of the laser light L and the laser light source 101 that is a laser light emitting unit that pulsates the laser light L is changed by 90 °.
  • the dichroic mirror 103 and the condensing lens 105 for condensing the laser beam L are provided.
  • the laser processing apparatus 100 includes a support base 107 for supporting the workpiece 1 irradiated with the laser light L condensed by the condensing lens 105, and a stage 111 for moving the support base 107.
  • a laser light source controller 102 for controlling the laser light source 101 to adjust the output (pulse energy, light intensity), pulse width, pulse waveform, etc. of the laser light L, and a stage controller 115 for controlling the movement of the stage 111 It is equipped with.
  • the laser light L emitted from the laser light source 101 is changed in the direction of its optical axis by 90 ° by the dichroic mirror 103, and is placed inside the processing object 1 placed on the support base 107.
  • the light is condensed by the condensing lens 105.
  • the stage 111 is moved, and the workpiece 1 is moved relative to the laser beam L along the planned cutting line 5. Thereby, a modified region along the planned cutting line 5 is formed on the workpiece 1.
  • the stage 111 is moved in order to move the laser light L relatively, but the condensing lens 105 may be moved, or both of them may be moved.
  • a plate-like member for example, a substrate, a wafer, or the like
  • a scheduled cutting line 5 for cutting the workpiece 1 is set in the workpiece 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly.
  • the laser beam L is cut in a state where the condensing point (condensing position) P is aligned with the inside of the workpiece 1 as shown in FIG. 3. It moves relatively along the planned line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 2).
  • the modified region 7 is formed on the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and the modified region formed along the planned cutting line 5. 7 becomes the cutting start region 8.
  • the condensing point P is a portion 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, a three-dimensional shape in which these lines are combined, or a coordinate designated.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a virtual line but may be a line actually drawn on the surface 3 of the workpiece 1.
  • the modified region 7 may be formed continuously or intermittently.
  • the modified region 7 may be in the form of a line or a dot. In short, the modified region 7 only needs to be formed at least inside the workpiece 1.
  • a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and the modified region 7 may be exposed on the outer surface (front surface 3, back surface, or outer peripheral surface) of the workpiece 1. .
  • the laser light incident surface when forming the modified region 7 is not limited to the front surface 3 of the workpiece 1 and may be the back surface of the workpiece 1.
  • the modified region 7 when the modified region 7 is formed inside the workpiece 1, the laser light L passes through the workpiece 1 and is near the condensing point P located inside the workpiece 1. Especially absorbed. Thereby, the modified region 7 is formed in the workpiece 1 (that is, internal absorption laser processing). In this case, 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. On the other hand, when the modified region 7 is formed on the front surface 3 or the back surface of the workpiece 1, the laser light L is absorbed particularly in the vicinity of the condensing point P located on the front surface 3 or the back surface, and the front surface 3 or the back surface. Then, a removed portion such as a hole or a groove is formed (surface absorption laser processing).
  • the modified region 7 is a region where the density, refractive index, mechanical strength and other physical characteristics are different from the surroundings.
  • Examples of the modified region 7 include a melt treatment region (meaning at least one of a region once solidified after melting, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting), a crack region, and the like.
  • a dielectric breakdown region, a refractive index change region, etc. there is a region where these are mixed.
  • the modified region 7 includes a region where the density of the modified region 7 in the material of the workpiece 1 is changed compared to the density of the non-modified region, and a region where lattice defects are formed.
  • the modified region 7 can be said to be a high dislocation density region.
  • the area where the density of the melt processing area, the refractive index changing area, the density of the modified area 7 is changed as compared with the density of the non-modified area, and the area where lattice defects are formed are further included in the interior of these areas or the modified areas.
  • cracks (cracks, microcracks) are included in the interface between the region 7 and the non-modified region.
  • the included crack may be formed over the entire surface of the modified region 7, or may be formed in only a part or a plurality of parts.
  • the workpiece 1 includes a substrate made of a crystal material having a crystal structure.
  • the workpiece 1 includes a substrate formed of at least one of gallium nitride (GaN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), LiTaO 3 , and sapphire (Al 2 O 3 ).
  • the workpiece 1 includes, for example, a gallium nitride substrate, a silicon substrate, a SiC substrate, a LiTaO 3 substrate, or a sapphire substrate.
  • the crystal material may be either an anisotropic crystal or an isotropic crystal.
  • the workpiece 1 may include a substrate made of an amorphous material having an amorphous structure (amorphous structure), for example, a glass substrate.
  • the modified region 7 can be formed by forming a plurality of modified spots (processing marks) along the planned cutting line 5.
  • the modified region 7 is formed by collecting a plurality of modified spots.
  • the modified spot is a modified portion formed by one pulse shot of pulsed laser light (that is, one pulse of laser irradiation: laser shot).
  • Examples of the modified spot include a crack spot, a melting treatment spot, a refractive index change spot, or a mixture of at least one of these.
  • the size and length of cracks to be generated are appropriately determined in consideration of the required cutting accuracy, required flatness of the cut surface, thickness, type, crystal orientation, etc. of the workpiece 1. Can be controlled.
  • the modified spot can be formed as the modified region 7 along the planned cutting line 5. [Experimental result on cutting method of workpiece]
  • FIGS. 7 to 10 Each of the configurations shown in FIGS. 7 to 10 is schematic, and the aspect ratio of each configuration is different from the actual one.
  • a workpiece 1 having a single crystal silicon substrate 11 and a functional element layer 12 provided on the first main surface 1a side is prepared, and a protective film 21 is processed. Affixed to the first main surface 1 a of the object 1.
  • the functional element layer 12 includes a plurality of functional elements 12a (light receiving elements such as photodiodes, light emitting elements such as laser diodes, or circuit elements formed as circuits) arranged in a matrix, for example, along the first main surface 1a. ) Is included.
  • the second main surface 1b (main surface opposite to the first main surface 1a) of the workpiece 1 is a surface on the opposite side to the functional element layer 12 in the single crystal silicon substrate 11.
  • the workpiece 1 is irradiated with the laser light L with the second main surface 1b as the laser light incident surface, thereby being along each of the plurality of scheduled cutting lines 5.
  • a plurality of rows of modified regions 7 are formed inside the single crystal silicon substrate 11, and cracks 31 are formed in the workpiece 1 along each of the plurality of scheduled cutting lines 5.
  • the plurality of scheduled cutting lines 5 are set, for example, in a lattice shape so as to pass between the functional elements 12a adjacent to each other when viewed from the thickness direction of the workpiece 1.
  • a plurality of rows of modified regions 7 formed along each of the plurality of scheduled cutting lines 5 are arranged in the thickness direction of the workpiece 1.
  • the cracks 31 extend at least between one row of the modified regions 7 located on the second main surface 1b side and the second main surface 1b.
  • a plurality of cutting schedules are performed as shown in FIG. 8B.
  • a groove 32 is formed in the workpiece 1 along each of the lines 5.
  • the groove 32 is, for example, a V-groove (a groove having a V-shaped cross section) that opens in the second main surface 1b.
  • the groove 32 is formed by the dry etching selectively progressing along the crack 31 (that is, along each of the plurality of scheduled cutting lines 5) from the second main surface 1b side.
  • region 9 is formed in the inner surface of the groove
  • the uneven region 9 has an uneven shape corresponding to one row of the modified region 7 located on the second main surface 1b side. Details of these will be described later.
  • performing dry etching on the workpiece 1 from the second main surface 1b side means that the first main surface 1a is covered with a protective film or the like, and the second main surface 1b (or each of the plurality of scheduled cutting lines 5 is applied). It means that the single crystal silicon substrate 11 is dry-etched in a state where the etching protective layer 23 (to be described later) in which the gas passage region is formed is exposed to the etching gas.
  • etching protective layer 23 (described later) is irradiated.
  • the expansion film 22 is attached to the second main surface 1b of the workpiece 1, and the protective film 21 is processed as shown in FIG. 9 (b).
  • the object 1 is removed from the first main surface 1a.
  • the workpiece 1 is cut into a plurality of semiconductor chips 15 along each of the plurality of scheduled cutting lines 5.
  • the semiconductor chip 15 is picked up.
  • FIGS. 11 and 12 In the first experiment (see FIGS. 11 and 12), a plurality of scheduled cutting lines are set in a stripe shape at intervals of 2 mm on a single crystal silicon substrate having a thickness of 400 ⁇ m, and a single crystal is formed along each of the plurality of scheduled cutting lines. A plurality of rows of modified regions arranged in the thickness direction of the silicon substrate were formed on the single crystal silicon substrate.
  • FIG. 11A is a cross-sectional photograph of the single crystal silicon substrate after the formation of the modified region (more precisely, a photograph of the cut surface when the single crystal silicon substrate is cut before the reactive ion etching described later is performed).
  • FIG. 11B is a plan view of the single crystal silicon substrate after the modified region is formed.
  • the thickness direction of the single crystal silicon substrate is simply referred to as “thickness direction”, and the single crystal silicon substrate is subjected to dry etching from one surface side (in FIG.
  • the upper surface of the crystalline silicon substrate is simply referred to as “one surface”.
  • “standard processed surface: HC” is a laser with natural spherical aberration (aberration that naturally occurs at the converging position due to Snell's law etc. due to condensing the laser beam on the object to be processed)
  • a crack is formed on the one surface from the one row of modified region.
  • the cracks extending in the thickness direction from the respective modified regions are connected to each other.
  • “Tact-up processed surface: HC” is located on one surface side when the laser beam is focused so that the length of the focusing point in the optical axis direction is shorter than the natural spherical aberration by aberration correction.
  • the modified region of the row is separated from one surface, and a crack has reached the one surface from the modified region of the one row, and a crack extending in the thickness direction from each modified region, It is the state which is not connected by the black stripe part seen by (a) of FIG.
  • VL pattern processing surface: HC is located on one surface side when the laser beam is condensed such that the length of the condensing point in the optical axis direction becomes longer than the natural spherical aberration by the addition of aberration. This is a state in which the modified region of the row is separated from the one surface, and a crack has reached the one surface from the modified region of the one row.
  • VL pattern processing surface: ST is located on one surface side when the laser light is condensed such that the length of the condensing point in the optical axis direction is longer than the natural spherical aberration by the aberration. The modified region of the row is separated from one surface, and the crack is not reached from the one region of the modified region to the one surface.
  • VL pattern processing surface ablation
  • ablation is located on the one surface side when the laser beam is condensed such that the length of the condensing point in the optical axis direction becomes longer than the natural spherical aberration by applying aberration. In this state, the modified region of the row is exposed on one surface.
  • FIG. 12A is a plan photograph of the single crystal silicon substrate after the reactive ion etching is performed
  • FIG. 12B is a cross-sectional photograph of the single crystal silicon substrate after the reactive ion etching (to be cut). A photograph of a cut surface perpendicular to the line).
  • the “groove width” is the width W of the opening of the groove formed by dry etching.
  • the “groove depth” is a depth D of a groove formed by dry etching.
  • the “groove aspect ratio” is a value obtained by dividing (dividing) D by W.
  • the “Si etching amount” is a value E1 obtained by subtracting (subtracting) the thickness of the single crystal silicon substrate after dry etching from the thickness (original thickness) of the single crystal silicon substrate before dry etching.
  • “SD etching amount” is a value E2 obtained by adding D to E1.
  • “Etching time” is time T when dry etching is performed.
  • “Si etching rate” is a value obtained by dividing E1 by T.
  • the “SD etching rate” is a value obtained by dividing E2 by T.
  • the “etching rate ratio” is a value obtained by dividing E2 by E1.
  • the crack contributes more significantly to the selective progress of dry etching than the modified region itself ("Standard processing surface: HC", “VL pattern processing surface: HC” and “VL pattern processing surface: Ablation”) comparison). If cracks extending in the thickness direction from each modified region are not connected, the selective progress of dry etching stops at the portion where the crack is not connected (the black streak portion shown in FIG. 11A). (Comparison between “standard processing surface: HC” and “tact-up processing surface: HC”). Note that the fact that the selective progress of dry etching stops means that the progress rate of dry etching decreases.
  • a plurality of scheduled cutting lines are set in a lattice pattern at 100 ⁇ m intervals on a single crystal silicon substrate having a thickness of 100 ⁇ m, and a single crystal is formed along each of the plurality of scheduled cutting lines.
  • Two rows of modified regions arranged in the thickness direction of the silicon substrate were formed inside the single crystal silicon substrate.
  • the modified regions adjacent to each other in the thickness direction are separated from each other, and cracks extending from the respective modified regions in the thickness direction are on one surface and the other surface (on the side opposite to the one surface). The surface of both of the two surfaces).
  • reactive ion etching using CF 4 was performed on one surface of the single crystal silicon substrate.
  • FIG. 14 (a) is a planar photograph (a photograph of one surface) of the single crystal silicon substrate before the reactive ion etching is performed
  • FIG. 14 (b) is a single crystal silicon after the reactive ion etching is performed. It is a bottom face photograph (photograph of the other surface) of a substrate. (A) of FIG.
  • FIG. 15 is a side view photograph of a single crystal silicon chip obtained by cutting a single crystal silicon substrate along each of a plurality of cutting scheduled lines, and (b) of FIG. It is a figure which shows the dimension of a single crystal silicon chip. Note that in FIGS. 15A and 15B, one surface of the single crystal silicon substrate is on the lower side.
  • a plurality of planned cutting lines are set in a stripe shape at intervals of 2 mm on a single crystal silicon substrate having a thickness of 400 ⁇ m, and the single crystal silicon substrate is formed along each of the plurality of scheduled cutting lines.
  • a plurality of modified regions arranged in the thickness direction were formed inside the single crystal silicon substrate.
  • the laser beam is condensed with natural spherical aberration
  • one row of the modified region located on one surface side is separated from one surface, and one surface from the one row of modified region In this state, cracks extending in the thickness direction from the respective modified regions are connected to each other.
  • reactive ion etching was performed on one surface of the single crystal silicon substrate.
  • CF 4 (RIE) is a reactive ion etching using CF 4 shows the case of applying by RIE (Reactive Ion Etching) apparatus
  • SF 6 (RIE) is SF 6 ( This shows the case where reactive ion etching using sulfur hexafluoride) is performed with an RIE apparatus.
  • SF 6 (DRIE) is a reactive ion etching using SF 6 with a DRIE (Deep Reactive Ion Etching) apparatus.
  • FIG. 16A is a plan view of the single crystal silicon substrate after the reactive ion etching is performed
  • FIG. 16B is a cross-sectional photograph of the single crystal silicon substrate after the reactive ion etching (to be cut). A photograph of a cut surface perpendicular to the line).
  • a plurality of scheduled cutting lines are set in a stripe shape at intervals of 2 mm on a single crystal silicon substrate having a thickness of 400 ⁇ m, and a single crystal silicon substrate is formed along each of the plurality of scheduled cutting lines.
  • a plurality of modified regions arranged in the thickness direction were formed inside the single crystal silicon substrate.
  • CF 4 (RIE): 60 min surface: HC” are natural spherical aberration and laser light.
  • CF 4 (RIE): 6H surface: ST means that when a laser beam is condensed with natural spherical aberration, one row of modified regions located on one surface side is separated from one surface, and This means that there is no crack on one surface from the modified region in one row, and the cracks extending from each modified region in the thickness direction are connected to each other.
  • CF 4 (RIE): “6H surface: ST” means that reactive ion etching using CF 4 was performed by an RIE apparatus for 30 minutes, 60 minutes, 6 hours, and 6 hours, respectively.
  • FIG. 17A is a cross-sectional photograph (a photograph of a cut surface perpendicular to the planned cutting line) of the single crystal silicon substrate after the reactive ion etching is performed.
  • a plurality of scheduled cutting lines are set in a lattice pattern at intervals of 3 mm on a single crystal silicon substrate having a thickness of 320 ⁇ m, and the single crystalline silicon substrate is formed along each of the plurality of scheduled cutting lines.
  • a plurality of modified regions arranged in the thickness direction were formed inside the single crystal silicon substrate.
  • CF 4 (RIE) surface: HC means that reactive ion etching using CF 4 was performed by an RIE apparatus.
  • XeF 2 surface: HC means that reactive gas etching using XeF 2 (xenon difluoride) was performed in a sacrificial layer etcher.
  • the “XeF 2 surface: HC SiO 2 etching protective layer” is a series of modified layers in which an etching protective layer made of SiO 2 (silicon dioxide) is formed on one surface of a single crystal silicon substrate and located on one surface side. The reactive gas etching using XeF 2 was performed with a sacrificial layer etcher in a state where the surface of the etching protective layer (the outer surface opposite to the single crystal silicon substrate) was cracked from the porous region means.
  • FIG. 18A is a plan view of the single crystal silicon substrate before the reactive ion etching is performed
  • FIG. 18B is a plan view of the single crystal silicon substrate after the reactive ion etching is performed.
  • FIG. 18C is a cross-sectional photograph (a photograph of a cut surface perpendicular to the cutting line) of the single crystal silicon substrate after the reactive ion etching is performed.
  • the etching protective layer made of SiO 2 is not formed on one surface of the single crystal silicon substrate (the one surface when dry etching is performed on the single crystal silicon substrate from one surface side), the etching rate is high. There is no significant difference between the reactive ion etching using CF 4 and the reactive gas etching using XeF 2 in that the ratio and the high groove aspect ratio are ensured.
  • the etching protection layer made of SiO 2 is formed on one surface of the single crystal silicon substrate, and the surface of the etching protection layer is cracked from one row of modified regions located on one surface side, The etching rate ratio and the groove aspect ratio are dramatically increased.
  • a plurality of cutting lines are set in a lattice pattern at intervals of 3 mm on a single crystal silicon substrate having a thickness of 320 ⁇ m on which one of the SiO 2 etching protective layers is formed.
  • a plurality of rows of modified regions arranged in the thickness direction of the single crystal silicon substrate were formed in the single crystal silicon substrate along each of the planned cutting lines.
  • reactive gas etching using XeF 2 was performed on one surface of the single crystal silicon substrate for 180 minutes using a sacrificial layer etcher.
  • “standard processed surface: HC” is such that the modified regions adjacent to each other in the thickness direction are separated from each other, and one row of modified regions located on one surface side is separated from one surface, A crack has reached the surface of the etching protective layer (the outer surface opposite to the single crystal silicon substrate) from the one row of modified regions, and the cracks extending in the thickness direction from the respective modified regions are mutually connected. It is in a connected state.
  • “Standard processing surface: ST” is such that the modified regions adjacent to each other in the thickness direction are separated from each other, and one row of modified regions located on one surface side is separated from one surface. This is a state in which no crack has reached one surface from the modified region, and the cracks extending from each modified region in the thickness direction are connected to each other.
  • “tact-up processing 1 surface: HC” the modified regions adjacent to each other in the thickness direction are separated from each other, and one row of modified regions located on one surface side is separated from one surface. In this state, cracks reach the surface of the etching protection layer from the modified region of the row, and cracks extending in the thickness direction from the respective modified regions are connected to each other.
  • “tact-up process 2 surface: HC” the modified regions adjacent to each other in the thickness direction are separated from each other, and one row of modified regions located on one surface side is separated from one surface. In this state, cracks reach the surface of the etching protection layer from the modified region of the row, and cracks extending in the thickness direction from the respective modified regions are not partially connected.
  • VL pattern processing surface HC
  • the modified regions adjacent to each other in the thickness direction are connected to each other, and one row of modified regions located on one surface side is separated from one surface, and the one row In this state, the surface of the etching protective layer is cracked from the modified region.
  • VL pattern processing surface: ablation is a state in which the modified regions adjacent to each other in the thickness direction are connected to each other, and one row of modified regions located on one surface side is exposed on the surface of the etching protection layer. It is.
  • FIG. 19A is a cross-sectional photograph of a single crystal silicon substrate after reactive ion etching (a photograph of a cut surface perpendicular to the line to be cut), and FIG. 19B is a reactive ion etch. It is a photograph of the cut surface of the subsequent single crystal silicon substrate.
  • one surface is cracked from one row of modified regions located on one surface (one surface when dry etching is performed on the single crystal silicon substrate from one surface side) (SiO 2
  • the etching protective layer made of is formed on one surface of the single crystal silicon substrate, assuming that the surface of the etching protective layer is cracked)
  • the reactive ion etching using CF 4 and the reactive gas etching using XeF 2 ensure a higher etching rate ratio than the reactive ion etching using SF 6. be able to.
  • an etching protective layer made of SiO 2 is formed on one surface of the single crystal silicon substrate, and the surface of the etching protective layer is cracked from one row of modified regions located on the one surface side.
  • the etching rate ratio is dramatically increased.
  • reactive ion etching using CF 4 is particularly excellent. Note that reactive gas etching using XeF 2 is advantageous in that a decrease in strength of the single crystal silicon substrate due to plasma is prevented.
  • the dry etching proceeds deeper and selectively. Furthermore, if the cracks 31 are formed so as to extend between the modified spots 7a adjacent to each other in the plurality of modified spots 7a arranged along the planned cutting line 5, the dry etching proceeds more efficiently and selectively. Presumed. At this time, since the etching gas comes into contact with each modified spot 7a from the periphery thereof, it is estimated that the modified spot 7a having a size of about several ⁇ m is quickly removed.
  • the crack 31 here is different from microcracks included in each modified spot 7a, microcracks formed randomly around each modified spot 7a, and the like.
  • the crack 31 here is a crack that extends along a plane that is parallel to the thickness direction of the workpiece 1 and that includes the line 5 to be cut.
  • the surface formed by the crack 31 is the surface where the single crystal silicon is exposed.
  • the modified spot 7a formed on the single crystal silicon substrate includes a polycrystalline silicon region, a high dislocation density region, and the like.
  • FIGS. 22 to 26 Each configuration shown in FIGS. 22 to 26 is schematic, and the aspect ratio of each configuration is different from the actual one.
  • a workpiece 1 having a single crystal silicon substrate 11 and a functional element layer 12 provided on the first main surface 1a side is prepared.
  • the protective film 21 is affixed on the 1st main surface 1a of the workpiece 1.
  • the workpiece 1 is irradiated with the laser light L with the second main surface 1b as the laser light incident surface, so that a plurality of the first main surface 1b is irradiated.
  • a plurality of rows of modified regions 7 are formed inside the single crystal silicon substrate 11 along each of the scheduled cutting lines 5, and a crack 31 is formed in the workpiece 1 along each of the plurality of scheduled cutting lines 5.
  • a plurality of rows of modified regions 7 formed along each of the plurality of scheduled cutting lines 5 are arranged in the thickness direction of the workpiece 1.
  • Each of the plurality of rows of modified regions 7 is constituted by a plurality of modified spots 7a arranged along the planned cutting line 5 (see FIG. 21).
  • the cracks 31 are formed between the one row of modified regions 7 and the second principal surface 1b located on the second main surface 1b side, and between the modified regions 7 adjacent to each other in the plurality of rows of modified regions 7. Crossing. Furthermore, the crack 31 extends between the modification spots 7a adjacent to each other in the plurality of modification spots 7a (see FIG. 21).
  • a groove 32 is formed in the workpiece 1 along each of the plurality of scheduled cutting lines 5.
  • the groove 32 is, for example, a V-groove (a groove having a V-shaped cross section) that opens in the second main surface 1b.
  • CF 4 or SF 6 subjected to reactive ion etching using CF 4 or SF 6 from the second principal surface 1b side in the object 1.
  • Reactive ion etching is performed on the workpiece 1 from the second main surface 1b side so that the uneven region 9 having the uneven shape is formed on the inner surface of the groove 32.
  • reactive ion etching may be performed until the modified region 7 (modified spot 7a) is completely removed from the inner surface of the groove 32.
  • the reactive ion etching may not be performed until the uneven region 9 is completely removed.
  • O 2 oxygen
  • the etching gas that is, CF 4 or SF 6
  • a black silicon layer 6 is formed on the second main surface 1 b of the object 1 and the inner surface of the groove 32.
  • the black silicon layer 6 is provided so as to be laminated on the second main surface 1 b of the workpiece 1 and is provided so as to enter the groove 32.
  • the black silicon layer 6 exists so as to cover the second main surface 1b side of the workpiece 1. This stops or terminates the selective progress of reactive ion etching.
  • the black silicon layer 6 is formed by a black silicon phenomenon in which a SiO 2 -based material that is a reaction product during dry etching is deposited on the surface to be etched.
  • the black silicon layer 6 includes fine needle-like irregularities.
  • the termination of the reactive ion etching is a state in which the reactive ion etching does not proceed any further.
  • the timing at which O 2 is mixed is a timing at which the depth of the groove 32 becomes a predetermined (arbitrary) predetermined depth.
  • the timing of mixing O 2 can be set, for example, by at least one of calculation using an etching rate ratio, experiment, and experience.
  • the amount of O 2 mixed may be at least a predetermined amount that can form the black silicon layer 6.
  • the amount in which O 2 is mixed may be a preset constant amount or a variable amount.
  • the expansion film 22 is attached to the black silicon layer 6 on the second main surface 1b of the workpiece 1 (that is, processed)
  • the protective film 21 is removed from the first main surface 1a of the workpiece 1 as shown in FIG. 24 (b).
  • the expansion film 22 is expanded to cut the workpiece 1 into a plurality of semiconductor chips 15 along each of the plurality of scheduled cutting lines 5. As shown in (b) of 25, the semiconductor chip 15 is picked up.
  • the semiconductor chip 15 obtained by the above-described workpiece cutting method will be described.
  • the semiconductor chip 15 includes a single crystal silicon substrate 110, a functional element layer 120 provided on the first surface 110a side of the single crystal silicon substrate 110, and a second surface of the single crystal silicon substrate 110.
  • the single crystal silicon substrate 110 is a portion cut out from the single crystal silicon substrate 11 of the workpiece 1.
  • the functional element layer 120 is a portion cut out from the functional element layer 12 of the workpiece 1 and includes one functional element 12a.
  • the etching protection layer 230 is a portion cut out from the etching protection layer 23.
  • the single crystal silicon substrate 110 includes a first portion 111x and a second portion (portion) 112.
  • the first portion 111x is a portion on the first surface 110a side.
  • the second portion 112 is a portion on the second surface 110b side.
  • the 2nd part 112 is exhibiting the shape which becomes so thin that it leaves
  • the second portion 112 corresponds to a portion where the groove 32 is formed in the single crystal silicon substrate 11 of the workpiece 1 (that is, a portion where reactive ion etching has progressed).
  • the first portion 111x has a quadrangular plate shape (a rectangular parallelepiped shape), and the second portion 112 has a quadrangular frustum shape that becomes thinner as the distance from the first portion 111x increases.
  • the modified region 7 is formed in a band shape on the side surface 111a of the first portion 111x. That is, the modified region 7 extends in the direction parallel to the first surface 110a along each side surface 111a in each side surface 111a.
  • the modified region 7 located on the first surface 110a side is separated from the first surface 110a.
  • the modified region 7 is composed of a plurality of modified spots 7a (see FIG. 21).
  • the plurality of modified spots 7a are arranged in each side surface 111a in a direction parallel to the first surface 110a along each side surface 111a.
  • the modified region 7 (more specifically, each modified spot 7a) includes a polycrystalline silicon region, a high dislocation density region, and the like.
  • the uneven region 9 is formed in a band shape. That is, the concavo-convex region 9 extends in the direction parallel to the second surface 110b along each side surface 112a on each side surface 112a.
  • the uneven region 9 located on the second surface 110b side is separated from the second surface 110b.
  • the uneven region 9 is formed by removing the modified region 7 located on the second main surface 1b side of the workpiece 1 by reactive ion etching. Accordingly, the uneven region 9 has an uneven shape corresponding to the modified region 7, and single crystal silicon is exposed in the uneven region 9. That is, the side surface 112 a of the second portion 112 is a surface where the single crystal silicon is exposed, including the uneven surface of the uneven region 9.
  • the semiconductor chip 15 may not include the etching protection layer 230. Such a semiconductor chip 15 is obtained, for example, when reactive ion etching is performed from the second main surface 1b side so that the etching protection layer 23 is removed.
  • the upper part is a photograph of the uneven region 9, and the lower part is an uneven profile of the uneven region 9 along the alternate long and short dash line.
  • the upper row is a photograph of the modified region 7, and the lower row is a concavo-convex profile of the modified region 7 along the alternate long and short dash line.
  • 27C shows a case where the workpiece 1 is cut without performing reactive ion etching on the workpiece 1 from the second principal surface 1b side. It is the photograph and uneven
  • the second main surface is formed on the processing object 1 in which the crack 31 is formed so as to extend between at least one row of the modified region 7 and the second main surface 1b.
  • Reactive ion etching is performed from the 1b side.
  • reactive ion etching proceeds selectively along the crack 31 from the second main surface 1b side, and a narrow groove 32 and a deep groove 32 are formed along each of the plurality of cutting lines 5.
  • the black silicon layer 6 is formed on the second main surface 1 b of the workpiece 1 and the inner surface of the groove 32, so that the reactive silicon etching is performed using the black silicon layer 6. Can be completed.
  • the progress of reactive ion etching can be controlled.
  • Reactive ion etching can be reliably terminated at an arbitrary timing, and high-quality etching dicing can be performed. Since reactive ion etching can be stopped in the middle of etching, it is possible to prevent the etching gas from flowing into the functional element layer 12.
  • the second step by forming a plurality of modified regions 7 arranged in the thickness direction of the processing object 1, at least one line along each of the plurality of scheduled cutting lines 5 is formed.
  • the modified regions 7 may be formed, and the cracks 31 may be formed so as to extend between the modified regions 7 adjacent to each other in the plurality of modified regions 7. According to this, reactive ion etching can be deeply and selectively advanced.
  • the second step by forming a plurality of modified spots 7a arranged along each of the plurality of scheduled cutting lines 5, at least one along each of the plurality of scheduled cutting lines 5 is formed.
  • the modified regions 7 in a row may be formed, and the cracks 31 may be formed so as to extend between the modified spots 7a adjacent to each other in the plurality of modified spots 7a. According to this, reactive ion etching can be selectively advanced more efficiently.
  • the black silicon layer 6 is formed by mixing O 2 into the etching gas. Thereby, the formation of the black silicon layer 6 can be specifically realized.
  • the third step O 2 is mixed into the etching gas when the groove 32 has a predetermined depth.
  • the progress of the reactive ion etching can be completed by forming the black silicon layer 6 so that the groove 32 having a predetermined depth is formed.
  • the processing object cutting method includes a step of attaching an extension film 22 to the second main surface 1b side after the third step, and expanding the extension film 22 so that each of the plurality of cutting lines 5 is processed.
  • a fourth step of cutting the object 1 into a plurality of semiconductor chips 15 is provided. Thereby, the workpiece 1 can be reliably cut into the plurality of semiconductor chips 15 along each of the scheduled cutting lines 5. Furthermore, since the plurality of semiconductor chips 15 are separated from each other on the expansion film 22, the pickup of the semiconductor chips 15 can be facilitated.
  • the protective film 21 for example, a pressure-sensitive tape having a vacuum resistance, a UV tape, or the like can be used.
  • a wafer fixing jig having etching resistance may be used.
  • the number of columns of the modified region 7 formed inside the single crystal silicon substrate 11 along each of the plurality of scheduled cutting lines 5 is not limited to a plurality of columns, and may be one column. . That is, at least one row of the modified regions 7 may be formed inside the single crystal silicon substrate 11 along each of the plurality of cutting lines 5. When a plurality of rows of modified regions 7 are formed inside the single crystal silicon substrate 11 along each of the plurality of cutting lines 5, the modified regions 7 adjacent to each other may be connected to each other.
  • the cracks 31 may be formed so as to extend between at least one row of the modified region 7 and the second main surface 1b of the workpiece 1. That is, if the crack 31 is partial, it does not need to reach the 2nd main surface 1b. Furthermore, if the crack 31 is partial, it does not need to cross between the modification area
  • the dry etching is performed by removing the plurality of rows of modified regions 7, thereby providing a concavo-convex region 9 having a concavo-convex shape corresponding to the removed plural rows of modified regions 7 and exposing single crystal silicon. May be applied to the inner surface of the groove 32 from the second main surface 1b side.
  • dry etching reactive ion etching using a gas other than CF 4 or SF 6 may be performed.
  • SYMBOLS 1 Processing object, 1a ... 1st main surface, 1b ... 2nd main surface, 5 ... Planned cutting line, 6 ... Black silicon layer, 7 ... Modified region, 7a ... Modified spot, 11 ... Single-crystal silicon substrate , 12 ... functional element layer, 15 ... semiconductor chip, 22 ... expansion film, 31 ... crack, 32 ... groove, L ... laser beam.

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Abstract

加工対象物切断方法は、加工対象物を準備する第１ステップと、第１ステップの後に、加工対象物にレーザ光を照射することにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、加工対象物の単結晶シリコン基板の内部に少なくとも１列の改質領域を形成し、少なくとも１列の改質領域と加工対象物の第２主面との間に渡るように亀裂を形成する第２ステップと、第２ステップの後に、加工対象物に第２主面側から反応性イオンエッチングを施すことにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、第２主面に開口する溝を形成する第３ステップと、を含む。第３ステップでは、反応性イオンエッチングの実施中に、加工対象物の第２主面及び溝の内面にブラックシリコン層を形成する。

Description

加工対象物切断方法
　本発明の一側面は、加工対象物切断方法に関する。
　従来の加工対象物切断方法に関する技術として、特許文献１には、加工対象物にレーザ光を照射することにより切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成した後、エッチングを施すことにより改質領域に沿ってエッチングを進行させる技術が記載されている。
特許第５１９７５８６号公報
　ところで、近年の加工対象物切断方法では、反応性イオンエッチングを利用して加工対象物を切断することが望まれる場合がある。この場合、例えば切断により得られる半導体チップの品質を管理するために、反応性イオンエッチングの進行を制御することが求められる。
　そこで、本発明の一側面は、反応性イオンエッチングの進行を制御可能な加工対象物切断方法を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る加工対象物切断方法は、単結晶シリコン基板と、第１主面側に設けられた機能素子層と、を有する加工対象物を準備する第１ステップと、第１ステップの後に、加工対象物にレーザ光を照射することにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の内部に、少なくとも１列の改質領域を形成し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、加工対象物に、少なくとも１列の改質領域と加工対象物の第２主面との間に渡るように亀裂を形成する第２ステップと、第２ステップの後に、加工対象物に第２主面側から反応性イオンエッチングを施すことにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、加工対象物に、第２主面に開口する溝を形成する第３ステップと、を含み、第３ステップにおいては、反応性イオンエッチングの実施中に、加工対象物の第２主面及び溝の内面にブラックシリコン層を形成する。
　この加工対象物切断方法では、少なくとも１列の改質領域と加工対象物の第２主面との間に渡るように亀裂が形成された加工対象物に、第２主面側から反応性イオンエッチングを施す。これにより、反応性イオンエッチングが第２主面側から亀裂に沿って選択的に進行し、開口の幅が狭く且つ深い溝が複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って形成される。ここで、反応性イオンエッチングの実施中、加工対象物の第２主面及び溝の内面にブラックシリコン層を形成することで、当該ブラックシリコン層を利用して反応性イオンエッチングの進行を終了させることができる。すなわち、反応性イオンエッチングの進行を制御することが可能となる。
　本発明の一側面に係る加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、加工対象物の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を形成することにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って少なくとも１列の改質領域を形成し、複数列の改質領域において互いに隣り合う改質領域の間に渡るように亀裂を形成してもよい。これによれば、反応性イオンエッチングをより深く選択的に進行させることができる。
　本発明の一側面に係る加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って並ぶ複数の改質スポットを形成することにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って少なくとも１列の改質領域を形成し、複数の改質スポットにおいて互いに隣り合う改質スポットの間に渡るように亀裂を形成してもよい。これによれば、反応性イオンエッチングをより効率良く選択的に進行させることができる。
　本発明の一側面に係る加工対象物切断方法では、第３ステップにおいては、エッチングガスに酸素を混入することにより、ブラックシリコン層を形成してもよい。この構成によれば、ブラックシリコン層の形成を具体的に実現できる。
　本発明の一側面に係る加工対象物切断方法では、第３ステップにおいては、溝が所定深さのときにエッチングガスに酸素を混入してもよい。この構成によれば、所定深さの溝が形成されるように、ブラックシリコン層を形成して反応性イオンエッチングの進行を終了できる。
　本発明の一側面に係る加工対象物切断方法は、第３ステップの後に、第２主面側に拡張フィルムを貼り付け、拡張フィルムを拡張させることにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、加工対象物を複数の半導体チップに切断する第４ステップを備えていてもよい。この構成によれば、加工対象物を複数の半導体チップに確実に分割できる。
　本発明の一側面によれば、反応性イオンエッチングの進行を制御可能な加工対象物切断方法を提供することができる。
図１は、改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 図２は、改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図３は、図２の加工対象物のIII－III線に沿っての断面図である。 図４は、レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図５は、図４の加工対象物のV－V線に沿っての断面図である。 図６は、図４の加工対象物のVI－VI線に沿っての断面図である。 図７は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための断面図である。 図８は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための断面図である。 図９は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための断面図である。 図１０は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための断面図である。 図１１は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図１２は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図１３は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図１４は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図１５は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図１６は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図１７は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図１８は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図１９は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図２０は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための図である。 図２１は、加工対象物切断方法に関する実験結果を説明するための加工対象物の斜視図である。 図２２は、一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。 図２３は、一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。 図２４は、一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。 図２５は、一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。 図２６は、一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。 図２７は、一実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための断面図である。
　以下、実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　本実施形態に係る加工対象物切断方法では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１～図６を参照して説明する。
　図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光出射部であるレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力（パルスエネルギ、光強度）やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
　レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。
　加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
　集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。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、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。
　ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆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。一方、加工対象物１の表面３又は裏面に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３又は裏面に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３又は裏面から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。
　改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。
　溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。
　本実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、本実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
［加工対象物切断方法に関する実験結果］
　まず、加工対象物切断方法の一例について、図７～図１０を参照して説明する。なお、図７～図１０に示される各構成は模式的なものであり、各構成の縦横比等は実際のものとは異なる。
　図７の（ａ）に示されるように、単結晶シリコン基板１１と、第１主面１ａ側に設けられた機能素子層１２と、を有する加工対象物１を準備し、保護フィルム２１を加工対象物１の第１主面１ａに貼り付ける。機能素子層１２は、第１主面１ａに沿って例えばマトリックス状に配列された複数の機能素子１２ａ（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、又は回路として形成された回路素子等）を含んでいる。なお、加工対象物１の第２主面１ｂ（第１主面１ａとは反対側の主面）は、単結晶シリコン基板１１における機能素子層１２とは反対側の表面である。
　続いて、図７の（ｂ）に示されるように、第２主面１ｂをレーザ光入射面として加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って単結晶シリコン基板１１の内部に複数列の改質領域７を形成し、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に亀裂３１を形成する。複数の切断予定ライン５は、加工対象物１の厚さ方向から見た場合に互いに隣り合う機能素子１２ａの間を通るように、例えば格子状に設定されている。複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って形成された複数列の改質領域７は、加工対象物１の厚さ方向に並んでいる。亀裂３１は、少なくとも、第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間に渡っている。
　続いて、図８の（ａ）に示されるように、加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施すことにより、図８の（ｂ）に示されるように、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に溝３２を形成する。溝３２は、第２主面１ｂに開口する例えばＶ溝（断面Ｖ字状の溝）である。溝３２は、ドライエッチングが第２主面１ｂ側から亀裂３１に沿って（すなわち、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って）選択的に進行することにより形成される。そして、第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７がドライエッチングによって除去されることにより、溝３２の内面に凹凸領域９が形成される。凹凸領域９は、第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７に対応する凹凸形状を呈している。これらの詳細については後述する。
　なお、加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施すとは、第１主面１ａを保護フィルム等で覆い、第２主面１ｂ（又は、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってガス通過領域が形成されたエッチング保護層２３（後述））をエッチングガスに晒した状態で、単結晶シリコン基板１１にドライエッチングを施すことを意味する。特に、反応性イオンエッチング（プラズマエッチング）を実施する場合には、プラズマ中の反応種を第２主面１ｂ（又は、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってガス通過領域が形成されたエッチング保護層２３（後述））に照射することを意味する。
　続いて、図９の（ａ）に示されるように、拡張フィルム２２を加工対象物１の第２主面１ｂに貼り付け、図９の（ｂ）に示されるように、保護フィルム２１を加工対象物１の第１主面１ａから取り除く。続いて、図１０の（ａ）に示されるように、拡張フィルム２２を拡張させることにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１を複数の半導体チップ１５に切断し、図１０の（ｂ）に示されるように、半導体チップ１５をピックアップする。
　次に、上述した加工対象物切断方法の一例のように改質領域を形成した後にドライエッチングを実施した場合の実験結果について説明する。
　第１実験（図１１及び図１２参照）では、厚さ４００μｍの単結晶シリコン基板に２ｍｍ間隔でストライプ状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板に形成した。図１１の（ａ）は、改質領域形成後の単結晶シリコン基板の断面写真（正確には、後述する反応性イオンエッチングを実施する前に単結晶シリコン基板を切断した際の切断面の写真）であり、図１１の（ｂ）は、改質領域形成後の単結晶シリコン基板の平面写真である。以下、単結晶シリコン基板の厚さ方向を単に「厚さ方向」といい、単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面（図１１の（ａ）では、単結晶シリコン基板の上側の表面）を単に「一方の表面」という。
　図１１において、「標準加工　表面：ＨＣ」は、自然球面収差（加工対象物にレーザ光を集光させることに起因して、スネルの法則等により当該集光位置で自然発生する収差）でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態である。「タクトアップ加工　表面：ＨＣ」は、光軸方向における集光点の長さが収差補正によって自然球面収差よりも短くなるようにレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が、図１１の（ａ）に見られる黒いスジの部分で繋がっていない状態である。
　「ＶＬパターン加工　表面：ＨＣ」は、光軸方向における集光点の長さが収差付与によって自然球面収差よりも長くなるようにレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態である。「ＶＬパターン加工　表面：ＳＴ」は、光軸方向における集光点の長さが収差付与によって自然球面収差よりも長くなるようにレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っていない状態である。「ＶＬパターン加工　表面：アブレーション」は、光軸方向における集光点の長さが収差付与によって自然球面収差よりも長くなるようにレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面に露出している状態である。
　以上のように改質領域を形成した後に、単結晶シリコン基板の一方の表面に、ＣＦ４（四フッ化炭素）を用いた反応性イオンエッチングを６０分間施した。その結果は、図１２に示されるとおりである。図１２の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の平面写真であり、図１２の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）である。
　ここで、図１２に示される各用語の定義について、図１３を参照して説明する。「溝幅」とは、ドライエッチングによって形成された溝の開口の幅Ｗである。「溝深さ」とは、ドライエッチングによって形成された溝の深さＤである。「溝アスペクト比」とは、ＤをＷで除した（割った）値である。「Ｓｉエッチング量」とは、ドライエッチング実施前の単結晶シリコン基板の厚さ（元厚）からドライエッチング実施後の単結晶シリコン基板の厚さを減じた（引いた）値Ｅ１である。「ＳＤエッチング量」とは、Ｅ１にＤを加えた値Ｅ２である。「エッチング時間」とは、ドライエッチングを実施した時間Ｔである。「Ｓｉエッチングレート」とは、Ｅ１をＴで除した値である。「ＳＤエッチングレート」とは、Ｅ２をＴで除した値である。「エッチングレート比」とは、Ｅ２をＥ１で除した値である。
　図１２に示される第１実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）に亀裂が至っていると、亀裂が繋がっている範囲内において、ドライエッチングが一方の表面側から亀裂に沿って選択的に（すなわち、高いエッチングレート比で）進行し、開口の幅が狭く且つ深い（すなわち、溝アスペクト比が高い）溝が形成される（「標準加工　表面：ＨＣ」と「ＶＬパターン加工　表面：ＳＴ」及び「ＶＬパターン加工　表面：アブレーション」との比較）。改質領域自体よりも亀裂のほうがドライエッチングの選択的な進行に顕著に寄与している（「標準加工　表面：ＨＣ」と「ＶＬパターン加工　表面：ＨＣ」及び「ＶＬパターン加工　表面：アブレーション」との比較）。各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が繋がっていないと、亀裂が繋がっていない部分（図１１の（ａ）に見られる黒いスジの部分）でドライエッチングの選択的な進行が停止する（「標準加工　表面：ＨＣ」と「タクトアップ加工　表面：ＨＣ」との比較）。なお、ドライエッチングの選択的な進行が停止するとは、ドライエッチングの進行速度が低下することを意味する。
　第２実験（図１４及び図１５参照）では、厚さ１００μｍの単結晶シリコン基板に１００μｍ間隔で格子状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ２列の改質領域を単結晶シリコン基板の内部に形成した。ここでは、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れた状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が一方の表面及び他方の表面（一方の表面とは反対側の表面）の両方に至っている状態とした。そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングを施した。
　第２実験の結果は、図１４及び図１５に示されるとおりである。図１４及び図１５において、「ＣＦ４：６０min」は、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングを６０分間施した場合を示し、「ＣＦ４：１２０min」は、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングを１２０分間施した場合を示す。図１４の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施前の単結晶シリコン基板の平面写真（一方の表面の写真）であり、図１４の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の底面写真（他方の表面の写真）である。図１５の（ａ）は、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って単結晶シリコン基板が切断されることにより得られた単結晶シリコンチップの側面写真であり、図１５の（ｂ）は、当該単結晶シリコンチップの寸法を示す図である。なお、図１５の（ａ）及び（ｂ）では、単結晶シリコン基板の一方の表面が下側になっている。
　図１４及び図１５に示される第２実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）に亀裂が至っていると、亀裂が繋がっている範囲内において、ドライエッチングが一方の表面側から亀裂に沿って選択的に（すなわち、高いエッチングレート比で）進行し、開口の幅が狭く且つ深い（すなわち、溝アスペクト比が高い）溝が形成される。各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が一方の表面及び他方の表面の両方に至っていると、ドライエッチングのみで単結晶シリコン基板を完全にチップ化することができる。なお、「ＣＦ４：６０min」の場合に、単結晶シリコン基板の他方の面に貼り付けられた拡張フィルムを拡張させると、５０ｍｍ×５０ｍｍの矩形板状の単結晶シリコン基板を１００μｍ×１００μｍのチップに１００％の割合で切断することができた。
　第３実験（図１６参照）では、厚さ４００μｍの単結晶シリコン基板に２ｍｍ間隔でストライプ状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板の内部に形成した。ここでは、自然球面収差でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態とした。そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、反応性イオンエッチングを施した。
　第３実験の結果は、図１６に示されるとおりである。図１６において、「ＣＦ４（ＲＩＥ）」は、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングをＲＩＥ（Reactive　Ion　Etching）装置にて施した場合を示し、「ＳＦ６（ＲＩＥ）」は、ＳＦ６（六フッ化硫黄）を用いた反応性イオンエッチングをＲＩＥ装置にて施した場合を示し、「ＳＦ６（ＤＲＩＥ）」は、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングをＤＲＩＥ（Deep　Reactive　Ion　Etching）装置にて施した場合を示す。図１６の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の平面写真であり、図１６の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）である。
　図１６に示される第３実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、同程度のＳｉエッチング量を確保するのに、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングよりもＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングのほうが長時間を要するものの、高いエッチングレート比及び高い溝アスペクト比を確保し得る点では、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングよりもＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングのほうが有利である。
　第４実験（図１７参照）では、厚さ４００μｍの単結晶シリコン基板に２ｍｍ間隔でストライプ状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板の内部に形成した。図１７において、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：３０min　表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６０min　表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６Ｈ　表面：ＨＣ」は、自然球面収差でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態としたことを意味する。「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６Ｈ　表面：ＳＴ」は、自然球面収差でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っていない状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態としたことを意味する。
　そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングを施した。図１７において、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：３０min　表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６０min　表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６Ｈ　表面：ＨＣ」、「ＣＦ４（ＲＩＥ）：６Ｈ　表面：ＳＴ」は、それぞれ、３０分、６０分、６時間、６時間、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングをＲＩＥ装置にて施したことを意味する。
　第４実験の結果は、図１７に示されるとおりである。図１７の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）である。
　図１７に示される第４実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）に亀裂が至っていると、亀裂が繋がっている範囲内においては、ドライエッチングの選択的な進行は停止しない（すなわち、高いエッチングレート比が維持される）。一方の表面に亀裂が至っていなくても、一方の表面のエッチングが進行し、一方の表面に亀裂が現れれば、当該亀裂に沿ってドライエッチングが選択的に進行し始める。ただし、一方の表面から一定の深さで亀裂の伸展を停止させることは困難であることから、エッチングの進行によって一方の表面に亀裂が現れるタイミングは場所によって異なり易く、その結果、形成される溝の開口の幅及び深さも場所によって異なり易い。したがって、一方の表面側に位置する１列の改質領域を形成する際に、一方の表面に亀裂が至るように当該改質領域を形成することは極めて重要である。
　第５実験（図１８参照）では、厚さ３２０μｍの単結晶シリコン基板に３ｍｍ間隔で格子状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板の内部に形成した。ここでは、自然球面収差でレーザ光を集光した場合において、一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、且つ当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態とした。
　そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、反応性イオンエッチングを施した。図１８において、「ＣＦ４（ＲＩＥ）　表面：ＨＣ」は、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングをＲＩＥ装置にて施したことを意味する。「ＸｅＦ２　表面：ＨＣ」は、ＸｅＦ２（二フッ化キセノン）を用いた反応性ガスエッチングを犠牲層エッチャー装置にて施したことを意味する。「ＸｅＦ２　表面：ＨＣ　ＳｉＯ２エッチング保護層」は、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面に形成され、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域から当該エッチング保護層の表面（単結晶シリコン基板とは反対側の外表面）に亀裂が至っている状態で、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングを犠牲層エッチャー装置にて施したことを意味する。
　第５実験の結果は、図１８に示されるとおりである。図１８の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施前の単結晶シリコン基板の平面写真であり、図１８の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の平面写真であり、図１８の（ｃ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）である。
　図１８に示される第５実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）に形成されていなければ、高いエッチングレート比及び高い溝アスペクト比を確保する点で、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングとＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングとで大きな差はない。ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面に形成されており、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域から当該エッチング保護層の表面に亀裂が至っていると、エッチングレート比及び溝アスペクト比が飛躍的に高くなる。
　第６実験（図１９参照）では、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が一方の表面に形成された厚さ３２０μｍの単結晶シリコン基板に３ｍｍ間隔で格子状に複数の切断予定ラインを設定し、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、単結晶シリコン基板の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を単結晶シリコン基板に形成した。そして、単結晶シリコン基板の一方の表面に、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングを犠牲層エッチャー装置にて１８０分間施した。
　図１９において、「標準加工　表面：ＨＣ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れ、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域からエッチング保護層の表面（単結晶シリコン基板とは反対側の外表面）に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態である。「標準加工　表面：ＳＴ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れ、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っていない状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態である。
　「タクトアップ加工１　表面：ＨＣ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れ、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域からエッチング保護層の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が互いに繋がっている状態である。「タクトアップ加工２　表面：ＨＣ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに離れ、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域からエッチング保護層の表面に亀裂が至っている状態であって、各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が一部分で繋がっていない状態である。
　「ＶＬパターン加工　表面：ＨＣ」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに繋がり、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域が一方の表面から離れており、当該１列の改質領域からエッチング保護層の表面に亀裂が至っている状態である。「ＶＬパターン加工　表面：アブレーション」は、厚さ方向において互いに隣り合う改質領域が互いに繋がり、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域がエッチング保護層の表面に露出している状態である。
　第６実験の結果は、図１９に示されるとおりである。図１９の（ａ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の断面写真（切断予定ラインに垂直な切断面の写真）であり、図１９の（ｂ）は、反応性イオンエッチング実施後の単結晶シリコン基板の切断面の写真である。
　図１９に示される第５実験の結果から、次のことが分かった。すなわち、エッチング保護層の表面に亀裂が至っていると、亀裂が繋がっている範囲内において、ドライエッチングが一方の表面側から亀裂に沿って選択的に（すなわち、高いエッチングレート比で）進行し、開口の幅が狭く且つ深い（すなわち、溝アスペクト比が高い）溝が形成される。各改質領域から厚さ方向に伸展した亀裂が繋がっていないと、亀裂が繋がっていない部分においてドライエッチングの等方的に進行する（「タクトアップ加工２　表面：ＨＣ」における（ａ）欄の写真）。
　以上の加工対象物切断方法に関する実験結果から、次のことが分かった。すなわち、一方の表面（単結晶シリコン基板に一方の表面側からドライエッチングを施す場合の当該一方の表面）側に位置する１列の改質領域から一方の表面に亀裂が至っていること（ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面に形成されている場合には、当該エッチング保護層の表面に亀裂が至っていること）を前提とすると、亀裂が繋がっている範囲内では、図２０に示されるように、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングよりも、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング、及びＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングのほうが、高いエッチングレート比を確保することができる。更に、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層が単結晶シリコン基板の一方の表面に形成されており、且つ一方の表面側に位置する１列の改質領域から当該エッチング保護層の表面に亀裂が至っていると、エッチングレート比が飛躍的に高くなる。また、溝アスペクト比に着目すると、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングが特に優れている。なお、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングは、プラズマによる単結晶シリコン基板の強度低下が防止される点で、有利である。
　ドライエッチングが亀裂に沿って選択的に進行する原理について説明する。パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｐを加工対象物１の内部に位置させて、当該集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って相対的に移動させると、図２１に示されるように、切断予定ライン５に沿って並んだ複数の改質スポット７ａが加工対象物１の内部に形成される。切断予定ライン５に沿って並んだ複数の改質スポット７ａが１列の改質領域７に相当する。
　加工対象物１の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域７が加工対象物１の内部に形成されている場合、加工対象物１の第２主面１ｂ（加工対象物１に第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す場合の当該第２主面１ｂ）側に位置する１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間に渡るように亀裂３１が形成されていると、数ｎｍ～数μｍの間隔を有する亀裂３１にエッチングガスが毛細管現象のように進入する（図２１の矢印参照）。これにより、ドライエッチングが亀裂３１に沿って選択的に進行すると推定される。
　このことから、複数列の改質領域７において互いに隣り合う改質領域７の間に渡るように亀裂３１が形成されていると、ドライエッチングがより深く選択的に進行すると推定される。更に、切断予定ライン５に沿って並ぶ複数の改質スポット７ａにおいて互いに隣り合う改質スポット７ａの間に渡るように亀裂３１が形成されていると、ドライエッチングがより効率良く選択的に進行すると推定される。このとき、各改質スポット７ａには、その周囲からエッチングガスが接触することになるため、数μｍ程度の大きさを有する改質スポット７ａは、速やかに除去されると推定される。
　なお、ここでいう亀裂３１は、各改質スポット７ａに含まれるマイクロクラック、各改質スポット７ａの周囲にランダムに形成されるマイクロクラック等とは異なる。ここでいう亀裂３１は、加工対象物１の厚さ方向に平行であり且つ切断予定ライン５を含む面に沿って伸展する亀裂である。ここでいう亀裂３１が単結晶シリコン基板に形成される場合、当該亀裂３１によって形成される面（数ｎｍ～数μｍの間隔で互いに対向する亀裂面）は、単結晶シリコンが露出した面となる。なお、単結晶シリコン基板に形成される改質スポット７ａは、多結晶シリコン領域、高転位密度領域等を含んでいる。
　次に、一実施形態に係る加工対象物切断方法について説明する。なお、図２２～図２６に示される各構成は模式的なものであり、各構成の縦横比等は実際のものとは異なる。
　まず、第１ステップとして、図２２の（ａ）に示されるように、単結晶シリコン基板１１と、第１主面１ａ側に設けられた機能素子層１２と、を有する加工対象物１を準備し、保護フィルム２１を加工対象物１の第１主面１ａに貼り付ける。
　第１ステップの後に、第２ステップとして、図２２の（ｂ）に示されるように、第２主面１ｂをレーザ光入射面として加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って単結晶シリコン基板１１の内部に複数列の改質領域７を形成し、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に亀裂３１を形成する。複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って形成された複数列の改質領域７は、加工対象物１の厚さ方向に並んでいる。複数列の改質領域７のそれぞれは、切断予定ライン５に沿って並ぶ複数の改質スポット７ａによって構成されている（図２１参照）。亀裂３１は、第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間、及び、複数列の改質領域７において互いに隣り合う改質領域７の間に渡っている。更に、亀裂３１は、複数の改質スポット７ａにおいて互いに隣り合う改質スポット７ａの間に渡っている（図２１参照）。
　第２ステップの後に、第３ステップとして、図２３の（ａ）に示されるように、加工対象物１に第２主面１ｂ側から反応性イオンエッチングを施すことにより、図２３の（ｂ）に示されるように、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１に溝３２を形成する。溝３２は、第２主面１ｂに開口する例えばＶ溝（断面Ｖ字状の溝）である。ここでは、ＣＦ４又はＳＦ６用いて、加工対象物１に第２主面１ｂ側からＣＦ４又はＳＦ６を用いた反応性イオンエッチングを施す。また、ここでは、複数列の改質領域７のうち第２主面１ｂ側に位置する１列の改質領域７が除去されることにより、除去された１列の改質領域７に対応する凹凸形状を呈する凹凸領域９が溝３２の内面に形成されるように、加工対象物１に第２主面１ｂ側から反応性イオンエッチングを施す。なお、凹凸領域９を形成する場合には、溝３２の内面から改質領域７（改質スポット７ａ）が完全に除去されるまで反応性イオンエッチングを実施してもよい。その一方で、凹凸領域９が完全になくなるまでは反応性イオンエッチングを実施しなくてもよい。
　第３ステップでは、図２３の（ｃ）に示されるように、反応性イオンエッチングの実施中に、エッチングガス（すなわち、ＣＦ４又はＳＦ６）にＯ２（酸素）を混入させることにより、加工対象物１の第２主面１ｂ及び溝３２の内面にブラックシリコン層６を形成する。ブラックシリコン層６は、加工対象物１の第２主面１ｂに積層するように設けられていると共に、溝３２内に入り込むように設けられている。ブラックシリコン層６は、加工対象物１の第２主面１ｂ側を覆うように存在する。これにより、反応性イオンエッチングの選択的な進行を停止ないし終了させる。
　ブラックシリコン層６は、ドライエッチングを時の反応生成物であるＳｉＯ２系物質が被エッチング面に堆積するブラックシリコン現象によって形成される。ブラックシリコン層６は、微細な針状の凹凸を含む。反応性イオンエッチングの終了とは、反応性イオンエッチングがそれ以上進行しない状態にすることである。Ｏ２を混入させるタイミングは、溝３２の深さが予め設定された所望（任意）の所定深さとなるタイミングである。Ｏ２を混入させるタイミングは、例えばエッチングレート比等を用いた演算、実験及び経験の少なくとも何れかによって設定できる。Ｏ２を混入させる量は、ブラックシリコン層６が形成可能な所定量以上であればよい。Ｏ２を混入させる量は、予め設定された一定量であってもよいし可変量であってもよい。
　第３ステップの後に、第４ステップとして、図２４の（ａ）に示されるように、拡張フィルム２２を加工対象物１の第２主面１ｂ上のブラックシリコン層６に貼り付け（つまり、加工対象物１の第２主面１ｂ側に貼り付け）、図２４の（ｂ）に示されるように、保護フィルム２１を加工対象物１の第１主面１ａから取り除く。続いて、図２５の（ａ）に示されるように、拡張フィルム２２を拡張させることにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１を複数の半導体チップ１５に切断し、図２５の（ｂ）に示されるように、半導体チップ１５をピックアップする。
　以上の加工対象物切断方法によって得られた半導体チップ１５について説明する。図２６に示されるように、半導体チップ１５は、単結晶シリコン基板１１０と、単結晶シリコン基板１１０の第１表面１１０ａ側に設けられた機能素子層１２０と、単結晶シリコン基板１１０の第２表面１１０ｂ（第１表面１１０ａとは反対側の表面）に形成されたエッチング保護層２３０と、を備えている。単結晶シリコン基板１１０は、加工対象物１の単結晶シリコン基板１１から切り出された部分である。機能素子層１２０は、加工対象物１の機能素子層１２から切り出された部分であり、１つの機能素子１２ａを含んでいる。エッチング保護層２３０は、エッチング保護層２３から切り出された部分である。
　単結晶シリコン基板１１０は、第１部分１１１ｘと、第２部分（部分）１１２と、を含んでいる。第１部分１１１ｘは、第１表面１１０ａ側の部分である。第２部分１１２は、第２表面１１０ｂ側の部分である。第２部分１１２は、第１表面１１０ａから離れるほど細くなる形状を呈している。第２部分１１２は、加工対象物１の単結晶シリコン基板１１のうち溝３２が形成された部分（すなわち、反応性イオンエッチングが進行した部分）に対応している。一例として、第１部分１１１ｘは、四角形板状（直方体状）を呈しており、第２部分１１２は、第１部分１１１ｘから離れるほど細くなる四角錘台状を呈している。
　第１部分１１１ｘの側面１１１ａには、改質領域７が帯状に形成されている。つまり、改質領域７は、各側面１１１ａおいて、各側面１１１ａに沿って第１表面１１０ａに平行な方向に延在している。第１表面１１０ａ側に位置する改質領域７は、第１表面１１０ａから離れている。改質領域７は、複数の改質スポット７ａによって構成されている（図２１参照）。複数の改質スポット７ａは、各側面１１１ａおいて、各側面１１１ａに沿って第１表面１１０ａに平行な方向に並んでいる。改質領域７（より具体的には、各改質スポット７ａ）は、多結晶シリコン領域、高転位密度領域等を含んでいる。
　第２部分１１２の側面１１２ａには、凹凸領域９が帯状に形成されている。つまり、凹凸領域９は、各側面１１２ａおいて、各側面１１２ａに沿って第２表面１１０ｂに平行な方向に延在している。第２表面１１０ｂ側に位置する凹凸領域９は、第２表面１１０ｂから離れている。凹凸領域９は、加工対象物１の第２主面１ｂ側に位置する改質領域７が反応性イオンエッチングによって除去されることにより、形成されたものである。したがって、凹凸領域９は、改質領域７に対応する凹凸形状を呈しており、凹凸領域９では、単結晶シリコンが露出している。つまり、第２部分１１２の側面１１２ａは、凹凸領域９の凹凸面を含め、単結晶シリコンが露出した面となっている。
　なお、半導体チップ１５は、エッチング保護層２３０を備えていなくてもよい。そのような半導体チップ１５は、例えば、エッチング保護層２３が除去されるように第２主面１ｂ側から反応性イオンエッチングが施された場合に得られる。
　図２７の（ａ）において、上段は、凹凸領域９の写真であり、下段は、上段の一点鎖線に沿った凹凸領域９の凹凸プロファイルである。図２７の（ｂ）において、上段は、改質領域７の写真であり、下段は、上段の一点鎖線に沿った改質領域７の凹凸プロファイルである。これらを比較すると、凹凸領域９では、比較的大きな複数の凹部のみが形成される傾向があるのに対し、改質領域７では、比較的大きな複数の凹部だけでなく比較的大きな複数の凸部がランダムに形成される傾向があることが分かる。なお、図２７の（ｃ）は、加工対象物１に第２主面１ｂ側から反応性イオンエッチングを施さずに加工対象物１を切断した場合の「第２主面１ｂ側に位置する改質領域７」の写真及び凹凸プロファイルである。この場合の改質領域７でも、比較的大きな複数の凹部だけでなく比較的大きな複数の凸部がランダムに形成される傾向がある。つまり、凹凸領域９において比較的大きな複数の凹部のみが形成される傾向があるのは、改質領域７が反応性イオンエッチングによって除去されたことに起因していることが分かる。半導体チップ１５では、凹凸領域９に加え、ブラックシリコン層６を、不純物を捕捉するゲッタリング領域として機能させることができる。
　以上説明したように、加工対象物切断方法では、少なくとも１列の改質領域７と第２主面１ｂとの間に渡るように亀裂３１が形成された加工対象物１に、第２主面１ｂ側から反応性イオンエッチングを施す。これにより、反応性イオンエッチングが第２主面１ｂ側から亀裂３１に沿って選択的に進行し、開口の幅が狭く且つ深い溝３２が複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って形成される。ここで、反応性イオンエッチングの実施中、加工対象物１の第２主面１ｂ及び溝３２の内面にブラックシリコン層６を形成することで、当該ブラックシリコン層６を利用して反応性イオンエッチングの進行を終了させることができる。すなわち、反応性イオンエッチングの進行を制御することが可能となる。任意のタイミングで確実に反応性イオンエッチングを終了させ、高品質なエッチングダイシングが可能となる。エッチング途中で反応性イオンエッチングを停止できるため、機能素子層１２へのエッチングガスの回り込みを防止できる。
　加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、加工対象物１の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域７を形成することにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って少なくとも１列の改質領域７を形成し、複数列の改質領域７において互いに隣り合う改質領域７の間に渡るように亀裂３１を形成してもよい。これによれば、反応性イオンエッチングをより深く選択的に進行させることができる。
　加工対象物切断方法では、第２ステップにおいては、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って並ぶ複数の改質スポット７ａを形成することにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って少なくとも１列の改質領域７を形成し、複数の改質スポット７ａにおいて互いに隣り合う改質スポット７ａの間に渡るように亀裂３１を形成してもよい。これによれば、反応性イオンエッチングをより効率良く選択的に進行させることができる。
　加工対象物切断方法では、第３ステップにおいては、エッチングガスにＯ２を混入することにより、ブラックシリコン層６を形成する。これにより、ブラックシリコン層６の形成を具体的に実現できる。
　加工対象物切断方法では、第３ステップにおいては、溝３２が所定深さのときにエッチングガスにＯ２を混入する。これにより、所定深さの溝３２が形成されるように、ブラックシリコン層６を形成して反応性イオンエッチングの進行を終了できる。
　加工対象物切断方法は、第３ステップの後に、第２主面１ｂ側に拡張フィルム２２を貼り付け、拡張フィルム２２を拡張させることにより、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って、加工対象物１を複数の半導体チップ１５に切断する第４ステップを備えている。これにより、切断予定ライン５のそれぞれに沿って加工対象物１を複数の半導体チップ１５に確実に切断することができる。更に、拡張フィルム２２上において複数の半導体チップ１５が互いに離間するため、半導体チップ１５のピックアップの容易化を図ることができる。
　以上、実施形態について説明したが、本発明の一態様は、上記実施形態に限られない。
　上記実施形態では、保護フィルム２１としては、例えば、耐真空性を有する感圧テープ、ＵＶテープ等を用いることができる。保護フィルム２１に替えて、エッチング耐性を有するウェハ固定治具を用いてもよい。
　上記実施形態では、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って単結晶シリコン基板１１の内部に形成される改質領域７の列数は、複数列に限定されず、１列であってもよい。つまり、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って単結晶シリコン基板１１の内部に少なくとも１列の改質領域７を形成すればよい。複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿って単結晶シリコン基板１１の内部に複数列の改質領域７を形成する場合、互いに隣り合う改質領域７は、互いに繋がっていてもよい。
　上記実施形態では、亀裂３１は、少なくとも１列の改質領域７と加工対象物１の第２主面１ｂとの間に渡るように形成されればよい。つまり、亀裂３１は、部分的であれば、第２主面１ｂに至らなくてもよい。更に、亀裂３１は、部分的であれば、互いに隣り合う改質領域７の間に渡らなくてもよいし、互いに隣り合う改質スポット７ａの間に渡らなくてもよい。亀裂３１は、加工対象物１の第１主面１ａには、至っても、至らなくてもよい。
　上記実施形態では、ドライエッチングは、複数列の改質領域７が除去されることにより、除去された複数列の改質領域７に対応する凹凸形状を呈し且つ単結晶シリコンが露出した凹凸領域９が溝３２の内面に形成されるように、第２主面１ｂ側から施されてもよい。ドライエッチングとして、ＣＦ４又はＳＦ６以外のガス用いた反応性イオンエッチングを実施してもよい。
　１…加工対象物、１ａ…第１主面、１ｂ…第２主面、５…切断予定ライン、６…ブラックシリコン層、７…改質領域、７ａ…改質スポット、１１…単結晶シリコン基板、１２…機能素子層、１５…半導体チップ、２２…拡張フィルム、３１…亀裂、３２…溝、Ｌ…レーザ光。

Claims (6)

  1. 　単結晶シリコン基板と、第１主面側に設けられた機能素子層と、を有する加工対象物を準備する第１ステップと、
    　前記第１ステップの後に、前記加工対象物にレーザ光を照射することにより、複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、前記単結晶シリコン基板の内部に、少なくとも１列の改質領域を形成し、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、前記加工対象物に、前記少なくとも１列の改質領域と前記加工対象物の第２主面との間に渡るように亀裂を形成する第２ステップと、
    　前記第２ステップの後に、前記加工対象物に前記第２主面側から反応性イオンエッチングを施すことにより、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、前記加工対象物に、前記第２主面に開口する溝を形成する第３ステップと、を含み、
    　前記第３ステップにおいては、前記反応性イオンエッチングの実施中に、前記加工対象物の前記第２主面及び前記溝の内面にブラックシリコン層を形成する、加工対象物切断方法。
  2. 　前記第２ステップにおいては、前記加工対象物の厚さ方向に並ぶ複数列の改質領域を形成することにより、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って前記少なくとも１列の改質領域を形成し、前記複数列の改質領域において互いに隣り合う改質領域の間に渡るように前記亀裂を形成する、請求項１に記載の加工対象物切断方法。
  3. 　前記第２ステップにおいては、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って並ぶ複数の改質スポットを形成することにより、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って前記少なくとも１列の改質領域を形成し、前記複数の改質スポットにおいて互いに隣り合う改質スポットの間に渡るように前記亀裂を形成する、請求項１又は２に記載の加工対象物切断方法。
  4. 　前記第３ステップにおいては、エッチングガスに酸素を混入することにより、前記ブラックシリコン層を形成する、請求項１～３の何れか一項に記載の加工対象物切断方法。
  5. 　前記第３ステップにおいては、前記溝が所定深さのときに前記エッチングガスに前記酸素を混入する、請求項４に記載の加工対象物切断方法。
  6. 　前記第３ステップの後に、前記第２主面側に拡張フィルムを貼り付け、前記拡張フィルムを拡張させることにより、前記複数の切断予定ラインのそれぞれに沿って、前記加工対象物を複数の半導体チップに切断する第４ステップを備える、請求項１～５の何れか一項に記載の加工対象物切断方法。
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