JP4762653B2 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するために使用されるレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

従来におけるこの種のレーザ加工方法として、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１７９３０２号公報

しかしながら、上述したようなレーザ加工方法を使用し、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断すると、切断面にツイストハックルが現れて、切断面にうねりや凹凸が発生するなど、切断面の平坦度が損なわれるおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断した際の切断面の平坦度を向上させることができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。

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、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが切断予定ラインに平行な方向の最大長さより短い断面形状を集光点で有する所定のレーザ光を照射することにより、所定の改質領域を形成することを特徴とする。

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

なお、切断の起点となる改質領域は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで、多光子吸収その他の光吸収を加工対象物の内部で生じさせることにより形成される。

本発明に係るレーザ加工方法においては、所定の改質領域を形成することにより、切断予定ラインに沿った割れを所定の改質領域から加工対象物のレーザ光入射面に生じさせることが好ましい。上述したように、所定の改質領域の形状は、レーザ光の入射方向から見ると、切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが切断予定ラインに平行な方向の最大長さより短い形状であることから、所定の改質領域から加工対象物のレーザ光入射面に生じさせた割れにおいては、ツイストハックルの出現が抑制される。従って、割れが蛇行したり、クランク状に進行したりするのを抑制して、割れをほぼ直進させることができ、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断した際の切断面の平坦度を向上させることが可能になる。なお、加工対象物の厚さが比較的薄い場合には、切断予定ラインに沿った割れが所定の改質領域から加工対象物のレーザ光入射面に生じていると、改質領域を切断の起点として加工対象物を確実に切断することが可能になる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、改質領域を加工対象物の内部に形成した後に、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物を切断することが好ましい。これにより、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することが可能になる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、加工対象物は半導体基板を備え、改質領域は溶融処理領域を含む場合がある。

本発明によれば、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断した際の切断面の平坦度を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態のレーザ加工方法では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成するためのレーザ加工方法について説明する。

材料の吸収のバンドギャップＥ_Ｇよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞Ｅ_Ｇである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞Ｅ_Ｇの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）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×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まる。

このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工方法の原理について、図１〜図６を参照して説明する。図１に示すように、ウェハ状（平板状）の加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５がある。切断予定ライン５は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図２に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する。なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、仮想線に限らず加工対象物１に実際に引かれた線であってもよい。

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。

本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物１がレーザ光Ｌを吸収することにより加工対象物１を発熱させて改質領域７を形成するものではない。加工対象物１にレーザ光Ｌを透過させ加工対象物１の内部に多光子吸収を発生させて改質領域７を形成している。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。

加工対象物１の内部に切断起点領域８を形成すると、この切断起点領域８を起点として割れが発生し易くなるため、図６に示すように、比較的小さな力で加工対象物１を切断することができる。よって、加工対象物１の表面３に不必要な割れを発生させることなく、加工対象物１を高精度に切断することが可能になる。

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く、切断起点領域８を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物１の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。

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。

（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_３からなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜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。

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。

（Ａ）加工対象物：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７００μｍ）
（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：３．１４×１０^−８ｃｍ^２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：出力＜１ｍＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ_００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒

なお、レーザ光品質がＴＥＭ_００とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。

図７は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は１パルスのレーザ光により加工対象物の内部に形成されたクラック部分（クラックスポット）の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が１００倍、開口数（ＮＡ）が０．８０の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が５０倍、開口数（ＮＡ）が０．５５の場合である。ピークパワー密度が１０^１１（Ｗ／ｃｍ^２）程度か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が分かる。

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１１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。

（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１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造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１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。

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。

（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、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：３．１４×１０^−８ｃｍ^２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ_００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒

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１００μｍ程度である。

溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを説明する。図１３は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。

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５００μｍ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３５０μｍ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１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍ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）されたものではなく、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。

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。

（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１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ以下が好ましく、１ｐｓ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（１９９７年．１１月）の第１０５頁〜第１１１頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。

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。

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_２Ｏ_３）などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ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。

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。

次に、本発明の好適な実施形態について説明する。図１４は、本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の平面図であり、図１５は、図１４に示す加工対象物のXV−XV線に沿っての部分断面図である。

図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、厚さ５０μｍのシリコンウェハ（半導体基板）１１と、複数の機能素子１５を含んでシリコンウェハ１１の表面１１ａに形成された機能素子層１６とを備えている。機能素子１５は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、或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のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。

以上のように構成された加工対象物１を以下のようにして機能素子１５毎に切断する。まず、図１６に示すように、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープ２３を貼り付ける。続いて、図１７に示すように、機能素子層１６を上側にして加工対象物１をレーザ加工装置５０の載置台５１上に固定する。そして、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを多光子吸収が生じる条件で照射し、載置台の移動によって、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５（図１４の破線参照）のそれぞれに沿って集光点Ｐをスキャンする。

これにより、１本の切断予定ライン５に対して、切断予定ライン５に沿った１列の改質領域７を形成すると共に、切断予定ライン５に沿った割れ２４を改質領域７から加工対象物１の表面３に生じさせる。なお、改質領域７は、溶融処理領域であるが、クラックが混在する場合もある。

ここで、レーザ加工装置５０について説明する。図１７に示すように、レーザ加工装置５０は、レーザ光Ｌを出射するレーザヘッド（レーザ光源）５２と、出射されたレーザ光Ｌのビーム径を拡張するレーザ整形光学系５３と、拡張されたレーザ光Ｌの光軸上に位置し且つ切断予定ライン５に平行な方向に延在するスリット５４を形成する一対のナイフエッジ（可変手段）５５とを備えている。更に、レーザ加工装置５０は、スリット５４を通過したレーザ光Ｌを集光する対物レンズ（集光用レンズ）５６と、加工対象物１の表面３からの深さが一定の位置に集光点を合わせるために対物レンズ５６を上下動させるピエゾ素子５７とを備えている。なお、例えば、レーザ整形光学系５３により拡張されたレーザ光Ｌのビーム径は５ｍｍであり、スリット５４の幅は１ｍｍであり、対物レンズ５６の入射瞳の瞳径は２．７ｍｍである。

これにより、集光点Ｐにおけるレーザ光Ｌの断面形状（光軸に垂直な断面形状）は、図１８（ａ）に示すように、切断予定ライン５に垂直な方向の最大長さが切断予定ライン５に平行な方向の最大長さより短い形状となる。また、集光点Ｐにおけるレーザ光Ｌの強度分布は、図１８（ｂ）に示すように、切断予定ライン５に垂直な方向においてガウシアン分布の両側の裾部がカットされた分布となる。なお、ナイフエッジ５５は、レーザ光Ｌの光軸に対して水平方向に進退可能となっているため、スリット５４の幅を変えることで、切断予定ライン５に垂直な方向の最大長さを変えることができる。

改質領域７を形成すると共に割れ２４を生じさせた後、図１９に示すように、エキスパンドテープ２３を拡張させて、改質領域７を起点として割れ２４を加工対象物１の裏面２１にも到達させ、シリコンウェハ１１及び機能素子層１６を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されて得られた各半導体チップ２５を互いに離間させる。

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

また、上述したように、改質領域７の形状は、レーザ光Ｌの入射方向から見ると、切断予定ライン５に垂直な方向の最大長さが切断予定ライン５に平行な方向の最大長さより短い形状であることから、改質領域７から加工対象物１の表面３に生じさせた割れ２４においては、ツイストハックルの出現が抑制される。従って、割れ２４が蛇行したり、クランク状に進行したりするのを抑制して、割れ２４をほぼ直進させることができ、このことも、改質領域７を切断の起点として加工対象物１を切断した際の切断面の平坦度の向上に寄与することとなる。

また、加工対象物１の厚さが５０μｍというように比較的薄い場合には、切断予定ライン５に沿った割れ２４を改質領域７から加工対象物１の表面３に生じさせることで、改質領域７を切断の起点として加工対象物１を確実に（すなわち、割り残しなく）半導体チップ２５に切断することが可能になる。

更に、レーザ光Ｌは、加工対象物１の表面３においても、切断予定ライン５に垂直な方向の最大長さが切断予定ライン５に平行な方向の最大長さより短い形状を有している。そのため、機能素子１５が熱に弱いような場合であっても、隣り合う機能素子１５，１５間の間隔を狭くすることができ、１枚の加工対象物１からより多くの半導体チップ２５を得ることが可能になる。

本発明は、上述した実施形態に限定されない。

例えば、１本の切断予定ライン５に対して加工対象物１の内部に形成される改質領域７の列数は、加工対象物１の厚さ等に応じて変化するものであり、１列に限定されるものではない。また、切断予定ライン５に沿った割れ２４を改質領域７から加工対象物１の表面３に生じさせないように、改質領域７を形成してもよい。

１本の切断予定ライン５に対して複数列の改質領域７を形成する場合には、切断予定ライン５に垂直な方向の最大長さ（以下、「垂直方向長さ」という）が切断予定ライン５に平行な方向の最大長さ（以下、「平行方向長さ」という）より短い断面形状を集光点Ｐで有するレーザ光Ｌを照射することにより、全ての改質領域７を形成してもよい。ただし、加工対象物１のレーザ光入射面から深い位置に形成される改質領域７は、浅い位置に形成される改質領域７に比べ、加工対象物１内でのレーザ光Ｌの集光率の影響によりレーザ光Ｌのエネルギーが低下するため、適正な分断作用を有しない場合がある。そこで、加工対象物１のレーザ光入射面から浅い位置に改質領域７を形成する際には、垂直方向長さが平行方向長さより短い断面形状を有するレーザ光Ｌを照射し、加工対象物１のレーザ光入射面から深い位置に改質領域７を形成する際には、浅い位置に改質領域７を形成する際に比べ、垂直方向長さが長い断面形状を有するレーザ光Ｌを照射することが望ましい。

また、１本の切断予定ライン５に対して複数列の改質領域７を形成する場合には、垂直方向長さが平行方向長さより短い断面形状を有するレーザ光（以下、「整形レーザ光」という）を照射することにより、加工対象物１のレーザ光入射面から１列目及び２列目の改質領域７の少なくとも一方を形成し、垂直方向長さと平行方向長さとがほぼ等しい断面形状を有するレーザ光（以下、「非整形レーザ光」という）を照射することにより、残りの改質領域７を形成してもよい。このように、加工対象物１のレーザ光入射面から１列目及び２列目の改質領域７の少なくとも一方を整形レーザ光により形成することで、改質領域７を切断の起点として加工対象物１を切断した際にレーザ光入射面の切断品質を向上させることができる。なお、整形レーザ光と非整形レーザ光との切替えは、上述したレーザ加工装置５０においては、次のようにして行われる。すなわち、レーザ光Ｌの光軸に対してナイフエッジ５５を前進させて、スリット５４の幅を狭くすることで、整形レーザ光が得られる。一方、レーザ光Ｌの光軸に対してナイフエッジ５５を後退させて、スリット５４の幅を広くすることで、非整形レーザ光が得られる。

図２０は、１本の切断予定ライン５に対して５列の改質領域７_１〜７_５が形成された加工対象物１の部分断面図であり、（ａ）は、加工対象物１の裏面２１から１列目及び２列目の改質領域７_４，７_５を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域７_１〜７_３を非整形レーザ光の照射により形成した場合、（ｂ）は、加工対象物１の裏面２１から２列目の改質領域７_４を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域７_１〜７_３，７_５を非整形レーザ光の照射により形成した場合、（ｃ）は、加工対象物１の裏面２１から１列目の改質領域７_５を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域７_１〜７_４を非整形レーザ光の照射により形成した場合である。なお、図２０（ａ）の場合は、切断予定ライン５に沿った深い割れを裏面２１に生じさせるのに有効であり、図２０（ｂ）の場合は、切断予定ライン５に沿った浅い割れを裏面２１に生じさせるのに有効であるが、必ずしも割れを生じさせることを目的とするものではない。

また、上記実施形態は、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面とする場合であったが、加工対象物１の裏面２１をレーザ光入射面としてもよい。更に、上記実施形態は、切断予定ライン５上に機能素子層１６が存在する場合であったが、切断予定ライン５上に機能素子層１６が存在せず、シリコンウェハ１１の表面１１ａが露出している状態で、シリコンウェハ１１の表面１１ａをレーザ光入射面としてもよい。

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１に示す加工対象物のII−II線に沿っての断面図である。 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３に示す加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。 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。 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。 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。 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。 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。 本実施形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。 本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の平面図である。 図１４に示す加工対象物のXV−XV線に沿っての部分断面図である。 図１４に示す加工対象物の裏面にエキスパンドテープを貼り付けた状態を示す部分断面図である。 図１４に示す加工対象物にレーザ光を照射している状態を示す部分断面図である。 集光点におけるレーザ光の状態を示す図であり、（ａ）は、集光点におけるレーザ光の断面形状、（ｂ）は、集光点におけるレーザ光の強度分布である。 図１４に示す加工対象物の裏面に貼り付けられたエキスパンドテープを拡張させた状態を示す部分断面図である。 １本の切断予定ラインに対して５列の改質領域が形成された加工対象物の部分断面図であり、（ａ）は、加工対象物の裏面から１列目及び２列目の改質領域を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域を非整形レーザ光の照射により形成した場合、（ｂ）は、加工対象物の裏面から２列目の改質領域を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域を非整形レーザ光の照射により形成した場合、（ｃ）は、加工対象物の裏面から１列目の改質領域を整形レーザ光の照射により形成し、残りの改質領域を非整形レーザ光の照射により形成した場合である。

符号の説明

１…加工対象物、３…表面（レーザ光入射面）、５…切断予定ライン、７…改質領域、１１…シリコンウェハ（半導体基板）、１３…溶融処理領域、２４…割れ、５０…レーザ加工装置、５２…レーザヘッド（レーザ光源）、５５…ナイフエッジ（可変手段）、５６…対物レンズ（集光用レンズ）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims (10)

1. 加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
   前記切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが前記切断予定ラインに平行な方向の最大長さより短い断面形状を集光点で有する所定のレーザ光を照射することにより、所定の改質領域を形成することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記所定のレーザ光を照射することにより、１本の前記切断予定ラインに対して複数列の前記所定の改質領域を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
3. １本の前記切断予定ラインに対して複数列の前記改質領域を形成する場合において、前記所定のレーザ光を照射することにより、前記加工対象物のレーザ光入射面から浅い位置に前記所定の改質領域を形成する際には、前記切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが前記切断予定ラインに平行な方向の最大長さより短い断面形状を前記集光点で有する前記所定のレーザ光を照射し、前記レーザ光入射面から深い位置に前記所定の改質領域を形成する際には、浅い位置に前記所定の改質領域を形成する際に比べ、前記切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが長い断面形状を前記集光点で有する前記所定のレーザ光を照射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. １本の前記切断予定ラインに対して複数列の前記改質領域を形成する場合において、前記所定のレーザ光を照射することにより、前記レーザ光入射面から１列目及び２列目の前記改質領域の少なくとも一方を前記所定の改質領域とし、前記切断予定ラインに垂直な方向の最大長さと前記切断予定ラインに平行な方向の最大長さとがほぼ等しい断面形状を前記集光点で有する前記レーザ光を照射することにより、前記所定の改質領域以外の前記改質領域を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
5. 前記所定の改質領域を形成することにより、前記切断予定ラインに沿った割れを前記所定の改質領域から前記加工対象物のレーザ光入射面に生じさせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
6. 前記改質領域を前記加工対象物の内部に形成した後に、前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
7. 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１〜６のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
8. 前記集光点における前記所定のレーザ光の強度分布は、前記切断予定ラインに垂直な方向においてガウシアン分布の両側の裾部がカットされた分布となっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
9. 加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を前記加工対象物の内部に集光する集光用レンズと、
   前記集光点における前記レーザ光の断面形状において、前記切断予定ラインに垂直な方向の最大長さを可変する可変手段と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
10. 前記レーザ光は、前記切断予定ラインに垂直な方向の最大長さが前記切断予定ラインに平行な方向の最大長さより短い断面形状を前記集光点で有する前記レーザ光と、前記切断予定ラインに垂直な方向の最大長さと前記切断予定ラインに平行な方向の最大長さとがほぼ等しい断面形状を前記集光点で有する前記レーザ光とに、前記可変手段によって切り替えられることを特徴とする請求項９記載のレーザ加工装置。

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