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JP2018182138A - 加工対象物切断方法 - Google Patents

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JP2018182138A JP2017081536A JP2017081536A JP2018182138A JP 2018182138 A JP2018182138 A JP 2018182138A JP 2017081536 A JP2017081536 A JP 2017081536A JP 2017081536 A JP2017081536 A JP 2017081536A JP 2018182138 A JP2018182138 A JP 2018182138A
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剛志 坂本
孝文 荻原
Takafumi Ogiwara
孝文 荻原
智也 田口
Tomoya Taguchi
智也 田口
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Abstract

【課題】加工対象物を複数の半導体チップに確実に切断することができる加工対象物切断方法を提供する。【解決手段】加工対象物切断方法は、単結晶シリコン基板１１を有する加工対象物１を準備する第１ステップと、加工対象物１にレーザ光を照射することにより、少なくとも１列の改質領域７を単結晶シリコン基板１１の内部に形成し、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加工対象物１に亀裂３１を形成する第２ステップと、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、加工対象物１に溝３２を形成する第３ステップと、を備える。第３ステップでは、ガス通過領域が形成されたエッチング保護層２３が第２主面１ｂに形成された状態で、二フッ化キセノンガスを用いて、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す。【選択図】図２３

Description

本発明は、加工対象物切断方法に関する。
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に少なくとも１列の改質領域を形成し、加工対象物に貼り付けられた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加工対象物切断方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４７８１６６１号公報
上述したような加工対象物切断方法においては、拡張フィルムを拡張させることにより、改質領域から伸展した亀裂を加工対象物の両主面に到達させて加工対象物を複数の半導体チップに切断する場合があるが、複数の半導体チップに切断されない部分が残ることがある。
本発明は、加工対象物を複数の半導体チップに確実に切断することができる加工対象物切断方法を提供することを目的とする。
本発明の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主面側からドライ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、を備え、第３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ガス通過領域が形成されたエッチング保護層が第２主面に形成された状態で、二フッ化キセノンガスを用いて、第２主面側からドライエッチングを施す。
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、二フッ化キセノンガスを用いて、第２主面側からドライエッチングを施す。このとき、第２主面には、複数の切断予定ライン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が形成されている。これにより、ドライエッチングが第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。したがって、例えば、溝が開口する第２主面側に貼り付けられた拡張フィルムを拡張させることにより、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確実に切断することができる。
本発明の加工対象物切断方法では、第１ステップにおいては、二酸化シリコンからなるエッチング保護層が第２主面に形成された加工対象物を準備し、第２ステップにおいては、少なくとも１列の改質領域とエッチング保護層の表面との間に渡るように亀裂を形成してもよい。これによれば、エッチング保護層において亀裂がガス通過領域として機能するため、エッチング保護層にガス通過領域を容易に且つ確実に形成することができる。
本発明の加工対象物切断方法では、第３ステップにおいては、エッチング保護層が残存するように、第２主面側からドライエッチングを施してもよい。これによれば、半導体チップにおいて、エッチング保護層を、強度的な補強層、不純物を捕捉するゲッタリング層として機能させることができる。
本発明の加工対象物切断方法では、第３ステップにおいては、エッチング保護層が除去されるように、第２主面側からドライエッチングを施してもよい。これによれば、半導体チップにおいて、エッチング保護層によって不要な影響が生じるのを防止することができる。
本発明の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、ドライ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、ドライ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ステップを更に備えてもよい。これによれば、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確実に切断することができる。更に、拡張フィルム上において複数の半導体チップが互いに離間するため、半導体チップのピックアップの容易化を図ることができる。
本発明の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列の改質領域と第１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１主面側からドライ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１主面に開口する溝を形成する第３ステップと、を備え、第３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ガス通過領域が形成されたエッチング保護層が第１主面に形成された状態で、二フッ化キセノンガスを用いて、第１主面側からドライエッチングを施す。
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１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１主面側からドライエッチングを施す。このとき、第１主面には、複数の切断予定ライン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が形成されている。これにより、ドライエッチングが第１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。したがって、例えば、第２主面側に貼り付けられた拡張フィルムを拡張させることにより、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確実に切断することができる。
本発明によれば、加工対象物を複数の半導体チップに確実に切断することができる加工対象物切断方法を提供することが可能となる。
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。 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２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための半導体チップの斜視図である。 第１実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための図である。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１実施形態に係る加工対象物切断方法を説明するための半導体チップの斜視図である。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第２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。 第２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。 第２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。 第２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、本発明の実施形態について、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。なお、抜け幅とは、溝が単結晶シリコン基板の他方の面に至った場合の当該他方の面での開口の幅である。
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。
［第１実施形態］
第１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、図２８〜図３８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。続いて、例えば蒸着によって、加工対象物１の第２主面１ｂに、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層２３を形成する。ＳｉＯ２は、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料である。
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、エッチング保護層２３を介して加工対象物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とエッチング保護層２３の表面２３ａ（単結晶シリコン基板１１とは反対側の外表面）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）。ここでは、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってエッチング保護層２３に形成された亀裂３１が、エッチング保護層２３においてガス通過領域として機能する。
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、エッチング保護層２３が第２主面１ｂに形成された状態で、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、ＸｅＦ２を用いて、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（つまり、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングを施す）。また、ここでは、エッチング保護層２３が残存するように、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。更に、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側からドライエッチングを施す。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ドライエッチングを実施することが好ましい。その一方で、凹凸領域９が完全になくなるまではドライエッチングを実施しないことが好ましい。
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をエッチング保護層２３の表面２３ａ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。
以上の第１実施形態に係る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（図２５参照）。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（図２５参照）、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（図２５参照）。
単結晶シリコン基板１１０は、第１部分１１１と、第２部分（部分）１１２と、を含んでいる。第１部分１１１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、ドライエッチングが進行した部分）に対応している（図２５参照）。一例として、第１部分１１１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１１１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１１１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がドライ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（図２５参照）。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側からドライ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側からドライ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がドライ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。
以上説明したように、第１実施形態に係る加工対象物切断方法は、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を準備する第１ステップと、第１ステップの後に、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、少なくとも１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、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亀裂３１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、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、第２主面１ｂに開口する溝３２を形成する第３ステップと、を備える。
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７と加工対象物１の第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側からドライエッチングを施す。これにより、ドライエッチングが第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。したがって、例えば、溝３２が開口する第２主面１ｂ側に貼り付けられた拡張フィルム２２を拡張させることにより、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。
また、第３ステップにおいては、少なくとも１列の改質領域７が除去されることにより、除去された改質領域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が溝３２の内面に形成されるように、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す。これにより、単結晶シリコンが露出した凹凸領域９が形成されるため、凹凸領域９周辺での強度低下を抑制することができる。
また、第３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ガス通過領域（ここでは、亀裂３１）が形成されたエッチング保護層２３が第２主面１ｂに形成された状態で、ＸｅＦ２を用いて、第２主面１ｂからドライエッチングを施す。これにより、ドライ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、開口の幅が狭く且つ深い溝３２をより効率良く形成することができる。
特に、少なくとも１列の改質領域７とエッチング保護層２３の表面２３ａとの間に渡るように亀裂３１を形成するため、エッチング保護層２３にパターニングを施してエッチング保護層２３にスリットを形成するような手間を省くことができる。
また、第３ステップにおいては、エッチング保護層２３が残存するように、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す。これにより、半導体チップ１５において、エッチング保護層２３を、強度的な補強層、不純物を捕捉するゲッタリング層として機能させることができる。更に、半導体チップ１５において、単結晶シリコン基板１１の元厚を維持することができる。なお、第３ステップにおいて、エッチング保護層２３が除去されるように、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施してもよい。これによれば、半導体チップ１５において、エッチング保護層２３によって不要な影響が生じるのを防止することができる。
また、第１ステップにおいては、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料を用いてエッチング保護層２３を形成し、第２ステップにおいては、エッチング保護層２３を介して加工対象物１にレーザ光Ｌを照射する。これにより、単結晶シリコン基板１１に機能素子層１２とは反対側からレーザ光Ｌを入射せることができるため、機能素子層１２の構成によらず、改質領域７及び亀裂３１を確実に形成することができる。
また、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を形成する。これにより、ドライ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。この場合、第３ステップにおいては、複数列の改質領域７のうち第２主面１ｂ側に位置する改質領域７が除去されることにより、除去された改質領域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、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す。
また、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を形成する。これにより、ドライ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。
また、第４ステップにおいては、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。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。
また、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、を備える。単結晶シリコン基板１１０における少なくとも第２表面１１０ｂ側の第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おり、第２部分１１２の側面１１２ａには、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が帯状に形成されている。
この半導体チップ１５では、凹凸領域９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。また、凹凸領域９では単結晶シリコンが露出しているため、凹凸領域９周辺での強度低下を抑制することができる。
なお、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。
また、エッチング保護層２３の材料は、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料であれば、ＳｉＯ２に限定されない。エッチング保護層２３として、例えば、スピンコートによって加工対象物１の第２主面１ｂにレジスト膜又は樹脂膜を形成してもよいし、或いは、シート状部材（透明樹脂フィルム等）、裏面保護テープ（ＩＲＬＣテープ／ＷＰテープ）等を加工対象物１の第２主面１ｂに貼り付けてもよい。
また、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってエッチング保護層２３に形成されるガス通過領域は、亀裂３１に限定されない。ガス通過領域として、例えば、エッチング保護層２３にパターニングを施すことにより、加工対象物１の第２主面１ｂを露出させるスリットを形成してもよいし、或いは、レーザ光Ｌを照射することにより、改質領域（多数のマイクロクラックを含む領域、アブレーション領域等）を形成してもよい。
また、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。
また、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。
また、ドライエッチングは、エッチング保護層２３が除去されるように第２主面１ｂ側から施されてもよい。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。ドライエッチングの種類は、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングに限定されない。ドライエッチングとして、例えば、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチング等を実施してもよい。
また、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が形成されている場合、図２８の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ一部の改質領域７が除去されるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図２８の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ全ての改質領域７が除去されるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図２８の（ｃ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ加工対象物１が完全に分離されるようにドライエッチングを実施してもよい。
また、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が形成されている場合、図２９の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ溝３２の断面形状がＵ字状となるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図２９の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ溝３２の断面形状がＩ字状となるようにドライエッチングを実施してもよい。
また、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が形成されている場合、図３０の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ一部の改質領域７が除去されるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図３０の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ全ての改質領域７が除去されるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図３０の（ｃ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ加工対象物１が完全に分離されるようにドライエッチングを実施してもよい。
また、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が形成されている場合、図３１の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ溝３２の断面形状がＵ字状となるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図３１の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ溝３２の断面形状がＩ字状となるようにドライエッチングを実施してもよい。
また、加工対象物１が完全に分離されるようにドライエッチングを実施した場合（図２８の（ｃ）、図２９の（ｂ）、図３０の（ｃ）及び図３１の（ｂ）参照）、拡張フィルム２２を拡張させることは必須ではない。ただし、半導体チップ１５のピックアップの容易化を図るために、拡張フィルム２２を拡張させて、拡張フィルム２２上において複数の半導体チップ１５を互いに離間させてもよい。
また、半導体チップ１５においては、図３２に示されるように、単結晶シリコン基板１１０の側面１１０ｃに、改質領域７が残存しておらず、少なくとも１列の凹凸領域９が帯状に形成されていてもよい。凹凸領域９は、加工対象物１の単結晶シリコン基板１１の内部に形成された全ての改質領域７がドライエッチングによって除去されることにより、形成されたものである（図３０の（ｂ）及び（ｃ）参照）。このような半導体チップ１５は、例えば、加工対象物１が完全に分離されるように第２主面１ｂ側からドライエッチングが施された場合に得られる。図３２に示される半導体チップ１５においては、単結晶シリコン基板１１０の全体が第１表面１１０ａから離れるほど細くなる形状を呈している。つまり、単結晶シリコン基板１１０の側面１１０ｃの全体が、加工対象物１の単結晶シリコン基板１１に形成された溝３２の内面に対応している（図３０の（ｂ）及び（ｃ）参照）。一例として、単結晶シリコン基板１１０の全体は、第１表面１１０ａから離れるほど細くなる四角錘台状を呈している。なお、図３２に示される半導体チップ１５は、単結晶シリコン基板１１０の第２表面１１０ｂに形成されたエッチング保護層２３０を備えていてもよい。
また、上述した第１ステップ及び第２ステップに替えて、次のように第１ステップ及び第２ステップを実施してもよい。すなわち、第１ステップとして、図３３の（ａ）に示されるように、加工対象物１を準備し、加工対象物１の第２主面１ｂにエッチング保護層２３を形成する。この場合、エッチング保護層２３の材料は、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料である必要はない。続いて、図３３の（ｂ）に示されるように、保護フィルム２１をエッチング保護層２３の表面２３ａ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３４の（ａ）に示されるように、第１主面１ａ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の内部に少なくとも１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、少なくとも１列の改質領域７とエッチング保護層２３の表面２３ａとの間に渡るように加工対象物１に亀裂３１を形成する。続いて、図３４の（ｂ）に示されるように、別の保護フィルム２１を第１主面１ａに貼り付け、先に貼り付けられていた保護フィルム２１をエッチング保護層２３の表面２３ａから取り除く。以降のステップは、上述した第３ステップ以降のステップと同様である。
また、加工対象物１の第１主面１ａに貼り付けられた保護フィルム２１の材料が、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料である場合には、図３５に示されるように、保護フィルム２１を介して加工対象物１にレーザ光Ｌを照射してもよい。
また、次のように加工対象物切断方法を実施することもできる。次のような加工対象物切断方法によっても、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。
まず、第１ステップとして、図３６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２主面１ｂに貼り付ける。続いて、加工対象物１の第１主面１ａにエッチング保護層２３を形成する。エッチング保護層２３の材料は、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料である。なお、機能素子層１２に存在するパシベーション膜をエッチング保護層２３として用いてもよい。
第１ステップの後に、第２ステップとして、図３６の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３を介して加工対象物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の内部に少なくとも１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、少なくとも１列の改質領域７とエッチング保護層２３の表面２３ａとの間に渡るように加工対象物１に亀裂３１を形成する。ここでは、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってエッチング保護層２３に形成された亀裂３１が、エッチング保護層２３においてガス通過領域として機能する。
第２ステップの後に、第３ステップとして、図３７の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が第１主面１ａに形成された状態で、加工対象物１に第１主面１ａ側からドライエッチングを施すことにより、図３７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１主面１ａに開口する例えばＶ溝（断面Ｖ字状の溝）である。ここでは、エッチング保護層２３が残存するように、加工対象物１に第１主面１ａ側からドライエッチングを施す。ただし、エッチング保護層２３が除去されるように、加工対象物１に第１主面１ａ側からドライエッチングを施してもよい。
なお、加工対象物１に第１主面１ａ側からドライエッチングを施すとは、第２主面１ｂを保護フィルム等で覆い、第１主面１ａ（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）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１主面１ａ（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）に照射することを意味する。
第３ステップの後に、第４ステップとして、図３８の（ａ）に示されるように、加工対象物１の第２主面１ｂに貼り付けられた保護フィルム２１を拡張フィルム２２として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３８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。
［第２実施形態］
第２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３９〜図４２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３９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、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３９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亀裂３１が形成されたエッチング保護層２３を加工対象物１の第２主面１ｂに形成する。例えば蒸着によって、加工対象物１の第２主面１ｂに、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層２３を形成すると、加工対象物１に形成されていた亀裂３１に連続してエッチング保護層２３に亀裂３１が形成され、当該亀裂３１がエッチング保護層２３の表面２３ａ（単結晶シリコン基板１１とは反対側の外表面）に至る。ここでは、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってエッチング保護層２３に形成された亀裂３１が、エッチング保護層２３においてガス通過領域として機能する。
以降のステップは、上述した第１実施形態に係る加工対象物切断方法の第３ステップ以降のステップと同様であるため、以降のステップについて、図２３〜図２５を参照して説明する。第３ステップの後に、第４ステップとして、図２３の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が第２主面１ｂに形成された状態で、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、ＸｅＦ２を用いて、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（つまり、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングを施す）。また、ここでは、エッチング保護層２３が残存するように、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。更に、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側からドライエッチングを施す。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ドライエッチングを実施することが好ましい。その一方で、凹凸領域９が完全になくなるまではドライエッチングを実施しないことが好ましい。
第４ステップの後に、第５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をエッチング保護層２３の表面２３ａ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。
以上の第２実施形態に係る加工対象物切断方法によって得られた半導体チップ１５の構成は、上述した第１実施形態に係る加工対象物切断方法によって得られた半導体チップ１５の構成（図２６及び図２７参照）と同様である。
以上説明したように、第２実施形態に係る加工対象物切断方法では、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を準備する第１ステップと、第１ステップの後に、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、少なくとも１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、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亀裂３１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、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、第２主面１ｂに開口する溝３２を形成する第４ステップと、を備える。
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７と加工対象物１の第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側からドライエッチングを施す。これにより、ドライエッチングが第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。したがって、例えば、溝３２が開口する第２主面１ｂ側に貼り付けられた拡張フィルム２２を拡張させることにより、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。
また、第４ステップにおいては、少なくとも１列の改質領域７が除去されることにより、除去された改質領域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が溝３２の内面に形成されるように、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す。これにより、単結晶シリコンが露出した凹凸領域９が形成されるため、凹凸領域９周辺での強度低下を抑制することができる。
また、第２ステップの後に、第３ステップとして、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（ここでは、亀裂３１）が形成されたエッチング保護層２３を第２主面１ｂに形成し、第４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ガス通過領域が形成されたエッチング保護層２３が第２主面１ｂに形成された状態で、ＸｅＦ２を用いて、第２主面１ｂからドライエッチングを施す。これにより、ドライ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、開口の幅が狭く且つ深い溝３２をより効率良く形成することができる。
特に、加工対象物１に形成れていた亀裂３１にならってエッチング保護層２３に亀裂３１が形成される場合には、エッチング保護層２３にパターニングを施してエッチング保護層２３にスリットを形成するような手間を省くことができる。
また、第４ステップにおいては、エッチング保護層２３が残存するように、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す。これにより、半導体チップ１５において、エッチング保護層２３を、強度的な補強層、不純物を捕捉するゲッタリング層として機能させることができる。エッチング保護層２３が金属からなる場合には、半導体チップ１５において、エッチング保護層２３を電極層として機能させることができる。更に、半導体チップ１５において、単結晶シリコン基板１１の元厚を維持することができる。なお、第４ステップにおいて、エッチング保護層２３が除去されるように、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施してもよい。これによれば、半導体チップ１５において、エッチング保護層２３によって不要な影響が生じるのを防止することができる。
また、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を形成する。これにより、ドライ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。この場合、第３ステップにおいては、複数列の改質領域７のうち第２主面１ｂ側に位置する改質領域７が除去されることにより、除去された改質領域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、第２主面１ｂ側からドライエッチングを施す。
また、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を形成する。これにより、ドライ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。
また、第５ステップにおいては、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。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。
また、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、を備える。単結晶シリコン基板１１０における少なくとも第２表面１１０ｂ側の第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おり、第２部分１１２の側面１１２ａには、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が帯状に形成されている。
この半導体チップ１５では、凹凸領域９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。また、凹凸領域９では単結晶シリコンが露出しているため、凹凸領域９周辺での強度低下を抑制することができる。
なお、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。
また、エッチング保護層２３の材料は、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料である必要はない。エッチング保護層２３として、例えば蒸着によって加工対象物１の第２主面１ｂにＳｉＯ２膜を形成することに限定されず、例えば、スピンコートによって加工対象物１の第２主面１ｂにレジスト膜又は樹脂膜を形成してもよいし、或いは、スパッタリングによって加工対象物１の第２主面１ｂに金属膜（Ａｕ膜、Ａｌ膜等）を形成してもよい。これらによって加工対象物１の第２主面１ｂにエッチング保護層２３を形成すると、単結晶シリコン基板１１に形成されていた亀裂３１に連続してエッチング保護層２３に亀裂３１が形成され、当該亀裂３１がエッチング保護層２３の表面２３ａに至る。つまり、単結晶シリコン基板１１に形成されていた亀裂３１がエッチング保護層２３の材料で埋まることなく、エッチング保護層２３に亀裂３１が形成される。このとき、単結晶シリコン基板１１に形成されていた亀裂３１にエッチング保護層２３の材料が入り込んだとしても、単結晶シリコン基板１１に形成されていた亀裂３１がエッチング保護層２３の材料で埋まらなければ、それ以降のステップにおいて実質的な問題は生じない。
また、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってエッチング保護層２３に形成されるガス通過領域は、亀裂３１に限定されない。ガス通過領域として、例えば、エッチング保護層２３にパターニングを施すことにより、加工対象物１の第２主面１ｂを露出させるスリットを形成してもよいし、或いは、レーザ光Ｌを照射することにより、改質領域（多数のマイクロクラックを含む領域、アブレーション領域等）を形成してもよい。
また、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。
また、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。
また、ドライエッチングは、エッチング保護層２３が除去されるように第２主面１ｂ側から施されてもよい。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。ドライエッチングの種類は、ＸｅＦ２を用いた反応性ガスエッチングに限定されない。ドライエッチングとして、例えば、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング、ＳＦ６を用いた反応性イオンエッチング等を実施してもよい。
また、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が形成されている場合、図２８の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ一部の改質領域７が除去されるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図２８の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ全ての改質領域７が除去されるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図２８の（ｃ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ加工対象物１が完全に分離されるようにドライエッチングを実施してもよい。
また、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が形成されている場合、図２９の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ溝３２の断面形状がＵ字状となるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図２９の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３が残存し且つ溝３２の断面形状がＩ字状となるようにドライエッチングを実施してもよい。
また、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が形成されている場合、図３０の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ一部の改質領域７が除去されるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図３０の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ全ての改質領域７が除去されるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図３０の（ｃ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ加工対象物１が完全に分離されるようにドライエッチングを実施してもよい。
また、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が形成されている場合、図３１の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ溝３２の断面形状がＵ字状となるようにドライエッチングを実施してもよいし、或いは、図３１の（ｂ）に示されるように、エッチング保護層２３が除去され且つ溝３２の断面形状がＩ字状となるようにドライエッチングを実施してもよい。
また、加工対象物１が完全に分離されるようにドライエッチングを実施した場合（図２８の（ｃ）、図２９の（ｂ）、図３０の（ｃ）及び図３１の（ｂ）参照）、拡張フィルム２２を拡張させることは必須ではない。ただし、半導体チップ１５のピックアップの容易化を図るために、拡張フィルム２２を拡張させて、拡張フィルム２２上において複数の半導体チップ１５を互いに離間させてもよい。
また、半導体チップ１５においては、図３２に示されるように、単結晶シリコン基板１１０の側面１１０ｃに、改質領域７が残存しておらず、少なくとも１列の凹凸領域９が帯状に形成されていてもよい。凹凸領域９は、加工対象物１の単結晶シリコン基板１１の内部に形成された全ての改質領域７がドライエッチングによって除去されることにより、形成されたものである（図３０の（ｂ）及び（ｃ）参照）。このような半導体チップ１５は、例えば、加工対象物１が完全に分離されるように第２主面１ｂ側からドライエッチングが施された場合に得られる。図３２に示される半導体チップ１５においては、単結晶シリコン基板１１０の全体が第１表面１１０ａから離れるほど細くなる形状を呈している。つまり、単結晶シリコン基板１１０の側面１１０ｃの全体が、加工対象物１の単結晶シリコン基板１１に形成された溝３２の内面に対応している（図３０の（ｂ）及び（ｃ）参照）。一例として、単結晶シリコン基板１１０の全体は、第１表面１１０ａから離れるほど細くなる四角錘台状を呈している。なお、図３２に示される半導体チップ１５は、単結晶シリコン基板１１０の第２表面１１０ｂに形成されたエッチング保護層２３０を備えていてもよい。
また、上述した第２ステップに替えて、次のように第２ステップを実施してもよい。すなわち、第２ステップとして、図４０の（ａ）に示されるように、第１主面１ａ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の内部に少なくとも１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、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加工対象物１に亀裂３１を形成する。続いて、図４０の（ｂ）に示されるように、別の保護フィルム２１を第１主面１ａに貼り付け、先に貼り付けられていた保護フィルム２１を第２主面１ｂから取り除く。以降のステップは、上述した第３ステップ以降のステップと同様である。
また、加工対象物１の第１主面１ａに貼り付けられた保護フィルム２１の材料が、レーザ光Ｌに対して透過性を有する材料である場合には、図４１に示されるように、保護フィルム２１を介して加工対象物１にレーザ光Ｌを照射してもよい。
また、次のように加工対象物切断方法を実施することもできる。次のような加工対象物切断方法によっても、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。
まず、第１ステップとして、図４２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２主面１ｂに貼り付ける。
第１ステップの後に、第２ステップとして、第１主面１ａ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の内部に少なくとも１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、少なくとも１列の改質領域７と第１主面１ａとの間に渡るように加工対象物１に亀裂３１を形成する。
第２ステップの後に、第３ステップとして、図４２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亀裂３１が形成されたエッチング保護層２３を加工対象物１の第１主面１ａに形成する。例えば蒸着によって、加工対象物１の第１主面１ａに、ＳｉＯ２からなるエッチング保護層２３を形成すると、加工対象物１に形成されていた亀裂３１に連続してエッチング保護層２３に亀裂３１が形成され、当該亀裂３１がエッチング保護層２３の表面２３ａ（単結晶シリコン基板１１とは反対側の外表面）に至る。ここでは、複数の切断予定ライン５のそれぞれに沿ってエッチング保護層２３に形成された亀裂３１が、エッチング保護層２３においてガス通過領域として機能する。
以降のステップは、上述した第１実施形態に係る加工対象物切断方法の変形例の第３ステップ以降のステップと同様であるため、以降のステップについて、図３７及び図３８を参照して説明する。第３ステップの後に、第４ステップとして、図３７の（ａ）に示されるように、エッチング保護層２３が第１主面１ａに形成された状態で、加工対象物１に第１主面１ａ側からドライエッチングを施すことにより、図３７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１主面１ａに開口する例えばＶ溝（断面Ｖ字状の溝）である。ここでは、エッチング保護層２３が残存するように、加工対象物１に第１主面１ａ側からドライエッチングを施す。ただし、エッチング保護層２３が除去されるように、加工対象物１に第１主面１ａ側からドライエッチングを施してもよい。
なお、加工対象物１に第１主面１ａ側からドライエッチングを施すとは、第２主面１ｂを保護フィルム等で覆い、第１主面１ａ（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）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１主面１ａ（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）に照射することを意味する。
第４ステップの後に、第５ステップとして、図３８の（ａ）に示されるように、加工対象物１の第２主面１ｂに貼り付けられた保護フィルム２１を拡張フィルム２２として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３８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。
１…加工対象物、１ａ…第１主面、１ｂ…第２主面、５…切断予定ライン、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、２３…エッチング保護層、２３ａ…表面、３１…亀裂、３２…溝、Ｌ…レーザ光。

Claims (8)

  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主面側からドライ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、を備え、
    前記第３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ガス通過領域が形成されたエッチング保護層が前記第２主面に形成された状態で、二フッ化キセノンガスを用いて、前記第２主面側から前記ドライエッチングを施す、加工対象物切断方法。
  2. 前記第１ステップにおいては、二酸化シリコンからなる前記エッチング保護層が前記第２主面に形成された前記加工対象物を準備し、
    前記第２ステップにおいては、前記少なくとも１列の改質領域と前記エッチング保護層の表面と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３ステップにおいては、前記エッチング保護層が残存するように、前記第２主面側から前記ドライエッチングを施す、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、前記エッチング保護層が除去されるように、前記第２主面側から前記ドライエッチングを施す、請求項１又は２に記載の加工対象物切断方法。
  5. 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１〜４のいずれか一項に記載の加工対象物切断方法。
  6. 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１〜５のいずれか一項に記載の加工対象物切断方法。
  7. 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ステップを更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の加工対象物切断方法。
  8. 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第１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１主面側からドライ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１主面に開口する溝を形成する第３ステップと、を備え、
    前記第３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ガス通過領域が形成されたエッチング保護層が前記第１主面に形成された状態で、二フッ化キセノンガスを用いて、前記第１主面側から前記ドライエッチングを施す、加工対象物切断方法。
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