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WO2007074823A1 - レーザ加工方法及び半導体チップ - Google Patents

レーザ加工方法及び半導体チップ Download PDF

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Publication number
WO2007074823A1
WO2007074823A1 PCT/JP2006/325919 JP2006325919W WO2007074823A1 WO 2007074823 A1 WO2007074823 A1 WO 2007074823A1 JP 2006325919 W JP2006325919 W JP 2006325919W WO 2007074823 A1 WO2007074823 A1 WO 2007074823A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
modified region
region
modified
laser
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/325919
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takeshi Sakamoto
Kenichi Muramatsu
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics K.K. filed Critical Hamamatsu Photonics K.K.
Priority to CN2006800498190A priority Critical patent/CN101351870B/zh
Priority to EP06843303A priority patent/EP1983557B1/en
Priority to KR1020087009833A priority patent/KR101369567B1/ko
Priority to US12/159,338 priority patent/US8389384B2/en
Publication of WO2007074823A1 publication Critical patent/WO2007074823A1/ja
Priority to US13/757,111 priority patent/US8759948B2/en

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method used for cutting a workpiece including a substrate and a plurality of functional elements formed on the surface of the substrate along a planned cutting line, and such a laser.
  • the present invention relates to a semiconductor chip cut by using a processing method.
  • the modified region along the line to be cut is formed inside the workpiece by irradiating a laser beam with a focusing point inside the wafer-like workpiece.
  • a laser processing method in which a plurality of rows are formed in this way, and the modified region is used as a starting point for cutting (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 JP 2002-205180 A
  • the laser processing method as described above is a technique that is particularly effective when a workpiece is thick. This is because even if the workpiece is thick, the workpiece can be cut along the planned cutting line with high accuracy by increasing the number of modified regions along the planned cutting line. With regard to such a technique, it is desired to shorten the processing time while maintaining the cutting quality.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a processing object including a substrate and a plurality of functional elements formed on the surface of the substrate is thick when the substrate is thick. Even so, it is an object of the present invention to provide a laser processing method capable of cutting accurately in a short time along a planned cutting line, and a semiconductor chip cut by using such a laser processing method. .
  • a laser processing method provides a condensing point in a substrate of a processing target including a substrate and a plurality of functional elements formed on the surface of the substrate. Together, a laser processing method for forming a modified region, which is the starting point of cutting, along the planned cutting line of the workpiece by irradiating the laser beam inside the substrate.
  • At least one row of the first modified region, at least one row of the second modified region located between the first modified region and the surface of the substrate, and the first modified region Forming a third modified region in at least one row located between the substrate and the back surface of the substrate, and the formation density of the first modified region in the direction along the planned cutting line is It is characterized by being lower than the formation density of the second modified region and the formation density of the third modified region in the direction along.
  • the formation density of the first modified region in the direction along the planned cutting line is the same as the formation density of the second modified region in the direction along the planned cutting line and the third modified density. Lower than the formation density of the modified region. Therefore, compared with the case where the formation density of the first modified region is equal to the formation density of the second modified region and the formation density of the third modified region, the first, second, and second The formation time of the modified region 3 can be shortened.
  • the second modified region located between the first modified region and the surface of the substrate and the third modified region located between the first modified region and the back surface of the substrate are Compared with the first reformed area, it has a great influence on the cutting quality of the workpiece.
  • the formation density of the second modified region and the formation density of the third modified region in the direction along the planned cutting line are different from the formation density of the first modified region in the direction along the planned cutting line. Since the height is increased, it is possible to prevent deterioration of the cutting quality of the workpiece.
  • a processing object including a substrate and a plurality of functional elements formed on the surface of the substrate is shortened along the planned cutting line even when the substrate is thick. It makes it possible to cut accurately with time.
  • the functional element means, for example, a semiconductor operation layer formed by crystal growth, a light receiving element such as a photodiode, a light emitting element such as a laser diode, a circuit element formed as a circuit, and the like.
  • the formation density of the modified region in the direction along the planned cutting line (hereinafter simply referred to as the “modified region forming density”) is the modified distribution distributed in the unit length in the direction along the planned cutting line. It means the area ratio.
  • each of the first, second, and third modified regions is in no particular order.
  • the first, second, and third modified regions are formed by aligning the condensing point inside the substrate and irradiating a laser beam to cause multiphoton absorption or other light absorption inside the substrate. It is done.
  • the second modified region in the case where the back surface of the substrate is used as the laser beam incident surface and the laser beam is irradiated with the focusing point inside the substrate, the second modified region It is preferable to form the second modified region so that the distance between the surface side edge and the surface of the substrate is 5 m to 20 m.
  • the second modified region is formed in this way, for example, even if a laminated portion is formed on the planned cutting line on the surface of the substrate, the laminated portion is accurately aligned with the substrate along the planned cutting line. It becomes possible to cut well.
  • the third modified region so that cracks along the planned cutting line occur on the back surface of the third modified region force substrate.
  • the third modified region is formed in this way, for example, when the expanded tape is applied to the back surface of the substrate and expanded, the third modified region force the cracking force generated on the back surface of the substrate. It progresses smoothly toward the surface of the substrate through the first and second modified regions, and as a result, it becomes possible to accurately cut the object to be processed along the planned cutting line.
  • the substrate may be a semiconductor substrate, and the first, second, and third modified regions may include a melt processing region. If the substrate is a semiconductor substrate, a modified region including a melt processing region may be formed as the first, second, and third modified regions.
  • the laser processing method may further include a step of cutting the object to be processed for each functional element along a planned cutting line. For the reasons described above, even if the substrate is thick, the workpiece can be cut into each functional element with high accuracy in a short time along the planned cutting line.
  • the laser processing method irradiates a laser beam with a converging point inside the substrate of a processing target including the substrate and a plurality of functional elements formed on the surface of the substrate.
  • This is a laser processing method in which a modified region that is the starting point of cutting is formed inside a substrate along a planned cutting line of an object to be processed. At least one row of the first modified region, at least one row of the second modified region located between the first modified region and the surface of the substrate, and the first modified region and the substrate Including a step of forming at least one row of third modified regions positioned between the rear surface and the laser beam along the planned cutting line when forming the first modified region.
  • the relative moving speed is faster than the moving speed of the laser beam relative to the workpiece along the planned cutting line when forming the second modified region and when forming the third modified region. It is characterized by.
  • the formation density of the first modified region can be made lower than the formation density of the second modified region and the formation density of the third modified region. Therefore, in the laser processing method, similarly to the laser processing method described above, even if the processing target including the substrate and a plurality of functional elements formed on the surface of the substrate is thick, It is possible to cut accurately along a scheduled cutting line in a short time.
  • the semiconductor chip according to the present invention is a semiconductor chip comprising a substrate and a functional element formed on the surface of the substrate, and at least one row of first modified regions is provided on the side surface of the substrate. At least one row of second modified regions located between the first modified region and the surface of the substrate, and at least one row located between the first modified region and the back surface of the substrate.
  • the third modified region is formed, and the formation density of the first modified region in the direction orthogonal to the thickness direction of the substrate is the second modified region in the direction orthogonal to the thickness direction of the substrate. The formation density is lower than the formation density of the third modified region.
  • this semiconductor chip can be said to have been cut by the use of the above-mentioned laser cage method, the side surface of the substrate on which the first, second, and third modified regions are formed has suppressed unevenness. It has a high precision cut surface.
  • the present invention provides a processing object including a substrate and a plurality of functional elements formed on the surface of the substrate, with high accuracy in a short time along the planned cutting line even when the substrate is thick. Makes it possible to cut.
  • FIG. 1 is a plan view of an object to be processed in a laser cage by the laser cage method according to the present embodiment. It is.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the cache object shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of an object to be processed after laser processing by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V—V of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of a workpiece to be cut by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between electric field strength and crack spot size in the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the object to be processed in the third step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 11 A cross-sectional view of the object to be processed in the fourth step of the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by the laser caching method according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light and the transmittance inside the silicon substrate in the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a silicon wafer in which a melt processing region and a microcavity are formed by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a silicon wafer for explaining the principle of forming a melt processing region and a microcavity by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 16 is a view showing a photograph of a cut surface of a silicon wafer in which a melt processing region and a microcavity are formed by the laser processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 17 is a plan view of an object to be processed in the laser processing method according to the first embodiment.
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view along the line XVIII-XVIII of the cache object shown in FIG.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining the laser processing method according to the first embodiment, in which (a) shows a state in which a protective tape is applied to the object to be processed, and (b) shows a laser beam applied to the object to be processed. Irradiated.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining the laser processing method according to the first embodiment.
  • (A) is a state in which an expanded tape is attached to a processing object
  • (b) is a state in which ultraviolet rays are irradiated to the protective tape. It is in a state of being.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the laser processing method according to the first embodiment, in which (a) shows a state in which the protective tape is peeled off from the object to be processed, and (b) shows a state in which the expanded tape is expanded. is there.
  • FIG. 22 is a partial cross-sectional view along the line XXII-XXII of the cache object shown in FIG. 19 (b).
  • FIG. 23 is a diagram for explaining a laser processing method according to the second embodiment, in which (a) shows a state in which an expanded tape is attached to the object to be processed, and (b) shows that the object to be processed is irradiated with laser light. It is in a state of being.
  • FIG. 24 is a diagram for explaining a laser processing method according to the second embodiment, where (a) is a state in which an expanded tape is expanded, and (b) is a state in which a knife edge is pressed against a workpiece. It is.
  • FIG. 25 is a diagram for explaining a laser processing method according to the second embodiment, in which a processing object is cut into semiconductor chips.
  • FIG. 26 is a partial cross-sectional view along the line XXVI—XXVI of the cache object shown in FIG. 23 (b). Explanation of symbols
  • the absorption band gap of the material is optically transparent when the photon energy h v force S is smaller than E.
  • the intensity of the laser beam is determined by the peak power density (WZcm 2 ) at the focal point of the laser beam.
  • WZcm 2 peak power density
  • multiphoton absorption occurs when the peak density is 1 X 10 8 (WZcm 2 ) or more.
  • the peak power density is calculated by (energy per pulse of laser beam at the focal point) ⁇ (laser beam beam cross-sectional area X pulse width).
  • the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (WZcm 2 ) at the condensing point of the laser beam.
  • the surface 3 of the plate-like workpiece 1 has a planned cutting line 5 for cutting the workpiece 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending straight.
  • the modified region 7 is irradiated with the laser beam L with the focusing point P inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs.
  • the condensing point P is a part where the laser beam L is condensed.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a straight line but may be a curved line, or may be a line actually drawn on the workpiece 1 without being limited to a virtual line.
  • the laser beam L is moved along the planned cutting line 5 by moving the laser beam L along the planned cutting line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 1). .
  • the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and the modified region 7 becomes the cutting start region 8.
  • the cutting starting point region 8 means a region that becomes a starting point of cutting (cracking) when the workpiece 1 is cut.
  • This cutting starting point region 8 may be formed by continuously forming the modified region 7 or may be formed by intermittently forming the modified region 7.
  • the workpiece 1 absorbs the laser light L.
  • the modified object 7 is not formed by heating the workpiece 1 more.
  • Processed object 1 mm Laser beam L is transmitted and multiphoton absorption is generated inside the processed object 1 to form a modified region 7. Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted.
  • the following two types of cutting of the cleaning object 1 starting from the cutting start region 8 can be considered.
  • an artificial force is applied to the processing target 1, so that the processing target 1 is cracked and the processing target 1 is cut from the cutting start region 8.
  • the artificial force is applied, for example, by applying a bending stress or a shear stress to the workpiece 1 along the cutting start region 8 of the workpiece 1 or giving a temperature difference to the workpiece 1. To generate thermal stress.
  • the other is that by forming the cutting start region 8, it naturally cracks in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece 1 starting from the cutting start region 8, resulting in the processing target This is the case where object 1 is cut.
  • this can be achieved by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 in one row, and when the thickness of the workpiece 1 is large.
  • This can be achieved by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 formed in a plurality of rows in the thickness direction. Even in the case of natural cracking, the part where the cutting start region 8 is formed so that the crack does not run on the surface 3 of the portion corresponding to the portion where the cutting start region 8 is not formed at the part to be cut.
  • the cleaving can be controlled well.
  • the thickness of the workpiece 1 such as a silicon wafer tends to be thin, such a cleaving method with good controllability is very effective.
  • the modified regions formed by multiphoton absorption include the following cases (1) to (4).
  • the modified region is a crack region including one or more cracks Align the focusing point inside the workpiece (for example, piezoelectric material made of glass or LiTaO)
  • the laser beam is irradiated under the condition that the electric field intensity at the focal point is 1 ⁇ 10 8 (WZcm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less.
  • the magnitude of the pulse width is a condition that allows a crack region to be formed only inside the workpiece without causing extra damage to the surface of the workpiece while causing multiphoton absorption.
  • a phenomenon called optical damage due to multiphoton absorption occurs inside the workpiece.
  • This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200 ns.
  • the formation of the crack region by multiphoton absorption is described in, for example, “Inside of glass substrate by solid-state laser harmonics” on pages 23-28 of the 45th Laser Thermal Processing Workshop Proceedings (December 1998). It is described in “Marking”.
  • the present inventor obtained the relationship between the electric field strength and the size of the crack by experiment.
  • the experimental conditions are as follows.
  • the laser beam quality is TEM
  • the laser beam is highly condensable and can be focused to the wavelength of the laser beam. Means Noh.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of the above experiment.
  • the horizontal axis is the peak power density. Since the laser beam is a pulsed laser beam, the electric field strength is expressed by the peak power density.
  • the vertical axis shows the size of the crack part (crack spot) formed inside the workpiece by 1 pulse of laser light. Crack spots gather to form a crack region. The size of the crack spot is the size of the maximum length of the crack spot shape.
  • the data indicated by the black circles in the graph is when the condenser lens (C) has a magnification of 100 and the numerical aperture (NA) is 0.80.
  • the data indicated by white circles in the graph is for the case where the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0.55. From the peak power density of about lO ⁇ WZcm 2 ), it can be seen that a crack spot is generated inside the cache object, and that the crack spot increases as the peak power density increases.
  • FIG. 8 Under the condition that multiphoton absorption occurs, the condensing point P is aligned inside the workpiece 1 and the laser beam L is irradiated to form a crack region 9 along the planned cutting line.
  • the crack region 9 is a region including one or more cracks.
  • the crack region 9 thus formed becomes a cutting start region.
  • the crack further grows starting from the crack region 9 (that is, starting from the cutting start region), and as shown in FIG.
  • FIG. 11 when the workpiece 1 is cracked, the workpiece 1 is cut.
  • a crack that reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 may grow naturally, or may grow when a force is applied to the workpiece 1.
  • the focusing point is set inside the workpiece (eg, semiconductor material such as silicon) and the electric field strength at the focusing point is 1 X 10 8 (WZcm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less.
  • the laser beam is irradiated with.
  • the inside of the workpiece is locally heated by multiphoton absorption.
  • a melt processing region is formed inside the workpiece.
  • a melt-treated region is a region that has been re-solidified after melting, a region that has just melted, or a region that has re-solidified from a molten state. It can also be said.
  • the melt-processed region can also be referred to as a region in which one structure is changed to another structure in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure.
  • a region changed to a single crystal structural force amorphous structure a region changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, a region changed to a structure including a single crystal structural force amorphous structure and a polycrystalline structure.
  • the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (WZcm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200 ns.
  • the inventor has confirmed through experiments that a melt-processed region is formed inside a silicon wafer.
  • the experimental conditions are as follows.
  • FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by a laser cage under the above conditions.
  • a melt processing region 13 is formed inside the silicon wafer 11.
  • the size in the thickness direction of the melt processing region 13 formed under the above conditions is 1 It is about 00 ⁇ m.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance inside the silicon substrate. However, the reflection component on the front side and the back side of the silicon substrate is removed, and the transmittance only inside is shown. The above relationship was shown for each of the silicon substrate thicknesses t of 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, 200 ⁇ m, 500 ⁇ m, and 1000 ⁇ m.
  • the thickness of the silicon substrate is 500 m or less at the wavelength of 1064 nm of the Nd: YAG laser, it is probable that 80% or more of the laser light is transmitted inside the silicon substrate.
  • the thickness of the silicon wafer 11 shown in FIG. 12 is 350 m, the melt processing region 13 by multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer 11, that is, at a portion of 175 m from the surface.
  • the transmittance is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 m. Therefore, the laser beam is hardly absorbed inside the silicon wafer 11, and almost all is transmitted.
  • melt processing region 13 is formed by multiphoton absorption.
  • the formation of the melt processing region by multiphoton absorption is, for example, “Evaluation of processing characteristics of silicon by picosecond pulse laser” on pages 72 to 73 of the 66th Annual Meeting Summary (April 2000). It is described in.
  • a silicon wafer generates a crack by applying a force in a cross-sectional direction starting from a cutting start region formed by the melt processing region, and the crack reaches the front and back surfaces of the silicon wafer. , Resulting in disconnection.
  • the cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow spontaneously or may grow when force is applied to the silicon wafer. Then, if the crack grows naturally on the front and back surfaces of the silicon wafer, the crack grows from the state where the melt processing area forming the cutting origin area is melted, and the cutting origin area In some cases, cracks grow when the solidified region is melted from the molten state.
  • the melt processing region is formed only inside the silicon wafer, and the melt processing region is formed only inside the cut surface after cutting, as shown in FIG. In this way, processing If the cutting start region is formed inside the object by the melt treatment region, unnecessary cracks that are out of the cutting start region line force are less likely to occur at the time of cleaving, so cleaving control becomes easy.
  • the focusing point is set inside the workpiece (eg, semiconductor material such as silicon) and the electric field strength at the focusing point is 1 X 10 8 (WZcm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less.
  • the laser beam is irradiated with.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200ns! / ⁇ .
  • the microcavity 14 is formed on the rear surface 21 side with respect to the melt processing region 13.
  • the melt processing region 13 and the microcavity 14 are formed apart from each other, but the melt processing region 13 and the microcavity 14 may be formed continuously.
  • the microcavity 14 is formed on the opposite side of the laser light incident surface of the silicon wafer 11 with respect to the melt-processed region 13. It will be done.
  • melt processing regions 13 are formed by transmitting the laser beam L to the silicon wafer 11 and generating multiphoton absorption inside the silicon wafer 11, the melt processing regions 13 correspond to each other.
  • the principle behind the formation of microcavities 14 is not always clear.
  • two hypotheses assumed by the present inventors regarding the principle of forming the molten processing region 13 and the microcavity 14 in a paired state will be described.
  • the first hypothesis assumed by the present inventors is as follows. That is, as shown in FIG. 15, when the laser beam L is focused and focused on the condensing point P inside the silicon wafer 11, the melting region 13 is formed in the vicinity of the condensing point P.
  • the laser light L the light at the center of the laser light emitted from the laser light source (light corresponding to L4 and L5 in FIG. 15) is used. This is because the central portion of the Gaussian distribution of the laser beam L is used.
  • the present inventors have decided to broaden the laser beam L in order to suppress the influence of the laser beam L on the surface 3 of the silicon wafer 11.
  • One method is to use a laser beam source
  • the light L is expanded by a predetermined optical system to broaden the base of the Gaussian distribution, and the laser intensity of the light around the laser light L (light corresponding to L1 to L3 and L6 to L8 in Fig. 15) was relatively increased.
  • the laser beam L expanded in this way is transmitted through the silicon wafer 11, as described above, a melt-processed region 13 is formed in the vicinity of the condensing point P, and a microcavity is formed in a portion corresponding to the melt-processed region 13. 14 is formed.
  • the melt processing region 13 and the microcavity 14 are formed at positions along the optical axis of the laser beam L (the chain line in FIG. 15).
  • the position where the microcavity 14 is formed corresponds to a portion where the light in the peripheral portion of the laser light L (the light corresponding to L1 to L3 and L6 to L8 in FIG. 15) is theoretically condensed.
  • the light at the central portion of the laser light L (light in the portion corresponding to L4 and L5 in FIG. 15) and the light at the peripheral portion of the laser light L (in FIG. 15, L1 to L3 and L6 to It is considered that the difference between the portions where the light of the portion corresponding to L8) is condensed in the thickness direction of the silicon wafer 11 is due to the spherical aberration of the lens that condenses the laser light L.
  • the first hypothesis envisaged by the present inventors is the force that the difference in the condensing position does not have any influence.
  • the second hypothesis assumed by the present inventors is that the portion where the light in the peripheral portion of the laser light L (the light corresponding to L1 to L3 and L6 to L8 in FIG. 15) is condensed is Since this is the theoretical laser condensing point, the light intensity in this part is high and a microstructural change occurs, so that a microcavity 14 is formed in which the crystal structure is not substantially changed, and the melting process is performed.
  • the area where the region 13 is formed has a large thermal effect and is simply dissolved and re-solidified.
  • the force microcavity 14 is a region in which the crystal structure does not substantially change in the periphery.
  • the silicon wafer 11 has a silicon single crystal structure, there are many portions around the microcavity 14 that remain in the silicon single crystal structure.
  • the present inventors have confirmed through experiments that the melt processing region 13 and the microcavity 14 are formed inside the silicon wafer 11.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Pulse pitch 7 / z m
  • Pulse energy 50 ⁇ ]
  • FIG. 16 is a view showing a photograph of a cut surface of the silicon wafer 11 cut by the laser cage under the above conditions.
  • (a) and (b) show photographs of the same cut surface at different scales.
  • a pair of the melt processing region 13 and the microcavity 14 formed by irradiation with one pulse of the laser beam L is formed along the cutting plane (that is, the line to be cut).
  • the cutting plane that is, the line to be cut
  • the melt-processed region 13 of the cut surface shown in FIG. 16 has a width of about 13 m in the thickness direction (vertical direction in the figure) of the silicon wafer 11 and moves the laser light L (in the figure).
  • the width in the horizontal direction is about 3 ⁇ m.
  • the microcavity 14 has a width of about 1 m in the thickness direction of the silicon wafer 11 and a width in the direction of moving the laser beam L of about 1.3 m.
  • the distance between the melt processing region 13 and the microcavity 14 is about 1.2 m.
  • the focusing point inside the workpiece eg glass
  • the pulse width is made extremely short and multiphoton absorption is caused to occur inside the workpiece, the energy due to multiphoton absorption does not convert to thermal energy, and the ionic valence changes inside the workpiece, A permanent structural change such as crystallization or polarization orientation is induced to form a refractive index changing region.
  • the upper limit of the electric field strength is, for example, 1 X 10 12 (WZcm 2 ) is there.
  • the pulse width is preferably less than Ins, more preferably less than lps.
  • the formation of the refractive index change region by multiphoton absorption is described in, for example, “Femtosecond Laser Irradiation in Glasses” on pages 105 to 111 of the 42nd Laser Thermal Processing Workshop Papers (November 1997). Photo-induced structure formation ”.
  • the cases of (1) to (4) have been described as the modified regions formed by multiphoton absorption.
  • the cutting origin is considered in consideration of the crystal structure of the wafer-like workpiece and its cleavage property. If the region is formed in the following manner, the workpiece can be cut with a smaller force and a higher accuracy with the cutting starting region as a starting point.
  • the cutting origin region in the direction along the (111) plane (first cleavage plane) or the (110) plane (second cleavage plane) Is preferably formed.
  • the cutting start region in the direction along the (110) plane it is preferable to form the cutting start region in the direction along the (110) plane.
  • the field of a substrate having a hexagonal crystal structure such as sapphire (Al 2 O 3).
  • the cutting origin region in the direction along the (1120) plane (8 planes) or (1100) plane (M plane) with the (0001) plane (C plane) as the main plane. .
  • the direction in which the above-described cutting start region is to be formed (for example, the direction along the (111) plane in the single crystal silicon substrate) or! Is orthogonal to the direction in which the cutting start region is to be formed. If an orientation flat is formed on the substrate along the direction, it is possible to easily and accurately form the cutting start area along the direction in which the cutting start area is to be formed on the basis of the orientation flat. become.
  • FIG. 17 is a plan view of the object to be processed in the laser heating method of the present embodiment
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view of the object to be processed shown in FIG. 17 along the line XVIII-XVIII.
  • the workpiece 1 includes a substrate 4 made of silicon and having a thickness of 300 m and an outer diameter of 6 inches, and a surface 3 of the substrate 4 including a plurality of functional elements 15. And a laminated portion 16 formed.
  • the functional element 15 includes an interlayer insulation film 17a laminated on the surface 3 of the substrate 4, a wiring layer 19a disposed on the interlayer insulation film 17a, and an interlayer insulation so as to cover the wiring layer 19a.
  • An interlayer insulating film 17b stacked on the film 17a and a wiring layer 19b disposed on the interlayer insulating film 17b are provided.
  • the wiring layer 19a and the substrate 4 are electrically connected by a conductive plug 20a that penetrates the interlayer insulating film 17a, and the wiring layer 19b and the wiring layer 19a are connected by a conductive plug 20b that penetrates the interlayer insulating film 17b. It is electrically connected!
  • the functional element 15 has a large number of force interlayer insulating films 17a and 17b formed in a matrix in a direction parallel to and perpendicular to the orientation flat 6 of the substrate 4 and covers the entire surface 3 of the substrate 4. Thus, it is formed across the adjacent functional elements 15 and 15.
  • the cache object 1 configured as described above is cut into functional elements 15 as follows (here, cut into square thin plate-shaped chips having a plan view of 5 mm ⁇ 5 mm).
  • a protective tape 22 is attached to the workpiece 1 so as to cover the laminated portion 16.
  • the workpiece 1 is fixed on a mounting table (not shown) of the laser processing apparatus with the back surface 21 of the substrate 4 facing upward.
  • the protective tape 22 prevents the stacked portion 16 from directly contacting the mounting table, each functional element 15 can be protected.
  • the cutting lines 5 are set in a grid shape at intervals of 5 mm so as to pass between the adjacent functional elements 15 and 15 (see the broken line in FIG. 17), and the back surface 21 is used as the laser beam incident surface.
  • Laser beam L is irradiated under the condition that multiphoton absorption occurs with focusing point P inside.
  • the laser beam L is moved relative to the workpiece 1 along the planned cutting line 5 by moving the mounting table.
  • each modified region 71, 72, 73 may include a force crack that is a melt processing region.
  • the speed (hereinafter referred to as the following) of moving the laser beam L relative to the workpiece 1 along the cutting scheduled line 5 It was simply called “laser beam L moving speed”) at 300mmZ seconds.
  • the moving speed of the laser light L was set to 600 mmZ seconds. It should be noted that the repetition frequency of the light source of the laser beam L is constant at 80 kHz.
  • the formation interval of the divided modified region 72 formed by irradiation with one pulse of laser light L is equal to the quality modification formed by irradiation with one pulse of laser light L.
  • the formation interval of the region 71 and the formation interval of the HC modified region 73 were larger. In other words, the formation density of the split reforming region 72 became lower than the formation density of the quality reforming region 71 and the formation density of the HC reforming region 73.
  • the quality reforming region 71 is set so that the distance between the surface 3 of the substrate 4 and the surface side end 71a of the quality reforming region 71 is 5 m to 20 m.
  • One row of 71 was formed.
  • three rows of the divided modified regions 72 were formed so as to be continuous in the thickness direction of the substrate 4.
  • the HC modified region 73 as shown in FIG. 19 (b)
  • the cracks 24 along the planned cutting line 5 are formed.
  • a crack 24 may also occur between the adjacent divided modified region 72 and the HC modified region 73).
  • the expanded tape 23 is attached to the back surface 21 of the substrate 4 of the workpiece 1.
  • the protective tape 22 is irradiated with ultraviolet rays to reduce its adhesive force, and as shown in FIG. 21 (a), it is protected from the laminated portion 16 of the workpiece 1. Remove tape 22.
  • the expanded tape 23 is expanded to cause cracks starting from the respective modified regions 71, 72, 73, and the workpiece 1 Is cut for each functional element 15 along the planned cutting line 5 and the semiconductor chips 25 obtained by cutting are separated from each other.
  • the moving speed (600 mmZ second) of the laser light L when forming the divided modified region 72 is set, and the quality modified region 71 and the HC modified region 73 are formed. It is faster than the moving speed of laser beam L (300mmZ seconds). Then, the formation density of the divided modification region 72 is changed to the formation density of the quality modification region 71 and the shape of the HC modification region 73. It is lower than the density. Therefore, compared with the case where the formation density of the split reforming region 72 is equal to the formation density of the quality reforming region 71 and the formation density of the HC reforming region 73, all the reforming is performed on one scheduled cutting line 5. The time for forming the regions 71, 72, 73 can be shortened.
  • the quality reforming region 71 and the HC reforming region 73 have a greater influence on the cutting quality of the calorie object 1 than the split reforming region 72.
  • the quality modification region 71 is formed so that the distance between the surface side end 71a of the quality modification region 71 and the surface 3 of the substrate 4 is 5 m to 20 m, the surface 3 of the substrate 4 The formed laminated portion 16 can be cut along with the substrate 4 along the planned cutting line 5 with high accuracy.
  • the HC modified region 73 is formed so that the crack 24 along the planned cutting line 5 occurs from the HC modified region 73 to the back surface 21 of the substrate 4, the crack will occur when the expanded tape 23 is expanded. 24 progresses smoothly toward the surface 3 of the substrate 4 through the divided modification region 72 and the quality modification region 71. As a result, the workpiece 1 is accurately cut along the planned cutting line 5. It is possible to do.
  • the formation density of the quality-modified region 71 and the HC modified region 73 which greatly affects the cutting quality of the workpiece 1, is set higher than the formation density of the divided modified region 72.
  • the cutting quality of the workpiece 1 can be prevented from being deteriorated.
  • each modified region 71, 72, 73 is formed in a row in order of distance from the back surface 21 of the substrate 4, so when forming each modified region 71, 72, 73, There is no modified region between the back surface 21 that is the laser light incident surface and the condensing point P of the laser light L. Therefore, the laser beam L is not scattered or absorbed by the modified region already formed. Accordingly, the respective modified regions 71, 72, 73 can be accurately formed in the substrate 4 along the planned cutting line 5.
  • the back surface 21 of the substrate 4 is the laser light incident surface, there is a member (for example, TEG) that reflects the laser light L on the planned cutting line 5 of the laminated portion 16. Even so, the modified regions 71, 72, 73 can be reliably formed in the substrate 4 along the planned cutting line 5.
  • TEG a member that reflects the laser light L on the planned cutting line 5 of the laminated portion 16.
  • the laser processing method of the second embodiment differs from the laser processing method of the first embodiment in that the back surface 21 of the substrate 4 is the laser light incident surface in that the front surface 3 of the substrate 4 is the laser light incident surface.
  • the expanding tape 23 is attached to the back surface 21 of the substrate 4.
  • the workpiece 1 is fixed on a mounting table (not shown) of the laser processing apparatus with the laminated portion 16 facing upward.
  • the cutting line 5 is set in a lattice shape so as to pass between the adjacent functional elements 15 and 15.
  • the condensing point P is aligned inside the substrate 4, and the laminating portion 16 side force is also irradiated with the laser light L under conditions that cause multiphoton absorption.
  • the laser beam L is moved relative to the workpiece 1 along the planned cutting line 5 by moving the mounting table.
  • the relative movement of the laser beam L along the planned cutting line 5 is performed six times with respect to one planned cutting line 5, but the distance from the surface 3 where the condensing point P is aligned is changed each time. Therefore, the rear side 21 side force is also sequentially changed into four rows of the modified reforming region (third reforming region) 72, one row of auxiliary HC reforming region (first reforming region) 74, and one row of HC reforming.
  • a quality region (second modified region) 73 is formed along the predetermined cutting line 5 in the substrate 4 one by one.
  • the moving speed of the laser light L was set to 300 mmZ seconds.
  • the moving speed of the laser beam L was set to 600 mmZ seconds. Accordingly, as shown in FIG. 26, the formation interval of the auxiliary HC modified region 74 formed by irradiation with one pulse of laser light L is divided and changed by irradiation with one pulse of laser light L.
  • the formation interval of the quality region 72 and the formation interval of the HC modified region 73 were larger. In other words, the formation density of the auxiliary HC reforming region 74 was lower than the formation density of the split reforming region 72 and the formation density of the HC reforming region 73.
  • the HC modified region 73 In the formation of the HC modified region 73, the HC modified region is formed so that the distance between the surface 3 of the substrate 4 and the surface side end 73a of the HC modified region 73 is 30 ⁇ m to 80 ⁇ m. A quality region 73 was formed in a row.
  • the cracks 24 along the planned cutting line 5 are formed in the auxiliary HC. The cracks 24 were also generated from the modified region 74 on the surface 3 of the substrate 4 (depending on the formation conditions, a crack 24 may also occur between the adjacent divided reformed region 72 and the auxiliary HC modified region 74).
  • the expanded tape 23 is expanded as shown in FIG. 24 (a).
  • the knife edge 41 is pressed against the back surface 21 of the substrate 4 via the expanding tape 23 and moved in the arrow B direction.
  • a stress that causes the crack 24 to open is generated in the workpiece 1, so that the crack 24 extends toward the laminated portion 16 and the split modified region 72, and the workpiece 1 Is cut along the planned cutting line 5.
  • the moving speed (600 mmZ second) of the laser light L when forming the auxiliary HC modified region 74 is changed between the divided modified region 72 and the HC modified region 73. It is faster than the moving speed (300mmZ seconds) of the laser beam L during formation.
  • the formation density of the auxiliary HC modified region 74 is set lower than the formation density of the divided modified region 72 and the formation density of the HC modified region 73. Therefore, compared with the case where the formation density of the auxiliary HC modified region 74 is equal to the formation density of the divided modified region 72 and the formation density of the HC modified region 73, all the modifications to one cutting planned line 5 are performed.
  • the auxiliary HC modified region 74 By shortening the time to form the quality regions 72, 73, 74. [0085] Further, by making the formation density of the auxiliary HC modified region 74 lower than the formation density of the HC modified region 73, when the auxiliary HC modified region 74 is formed, the crack 24 is formed on the surface 3 of the substrate 4. It becomes difficult to reach. Therefore, when the HC modified region 73 is formed, it is possible to suppress the formation of a molten pool due to the condensing point P of the laser beam L being located in the crack 24. As a result, when the workpiece 1 is cut along the planned cutting line 5, it is possible to prevent generation of dust due to formation of a molten pool.
  • the auxiliary HC The straightness of the crack 24 generated from the reforming region 74 toward the HC reforming region 73 can be improved. Further, by forming the HC modified region 73 so that the crack 24 along the planned cutting line 5 occurs from the HC modified region 73 to the surface 3 of the substrate 4, the straightness of the planned cutting line 5 can be improved. it can.
  • the number of rows of the split reforming region 72 is not limited to three rows (first embodiment) or four rows (second embodiment), and the cracks progress smoothly in the thickness direction of the substrate 4. As long as the number of columns is possible. Generally, when the substrate 4 is thinned, the number of columns of the divided modified region 72 is decreased, and when the substrate 4 is thickened, the number of columns of the divided modified region 72 is increased. If the cracks can be smoothly advanced in the thickness direction of the substrate 4, the divided reforming regions 72 may be separated from each other. In the first embodiment, the HC modified region 73 may be arranged in a single row as long as the crack 24 can be reliably generated from the HC modified region 73 to the back surface 21 of the substrate 4.
  • the force is a case where the laminated portion 16 is formed on the planned cutting line 5 on the surface 3 of the substrate 4.
  • the laminated portion is formed on the planned cutting line 5 on the surface 3 of the substrate 4. 16 may not be formed.
  • the present invention provides a processing object including a substrate and a plurality of functional elements formed on the surface of the substrate, with high accuracy in a short time along the planned cutting line even when the substrate is thick. Makes it possible to cut.

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Abstract

　基板４と、基板４の表面３に形成された複数の機能素子１５とを備える加工対象物１の基板４の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより、１本の切断予定ライン５に対して、少なくとも１列の分断改質領域７２、分断改質領域７２と基板４の表面３との間に位置する少なくとも１列の品質改質領域７１、及び分断改質領域７２と基板４の裏面２１との間に位置する少なくとも１列のＨＣ改質領域７３を形成する。このとき、切断予定ラインに沿った方向において、分断改質領域７２の形成密度を品質改質領域７１の形成密度及びＨＣ改質領域７３の形成密度より低くする。

Description

明 細 書
レーザ加工方法及び半導体チップ
技術分野
[0001] 本発明は、基板と、基板の表面に形成された複数の機能素子とを備える加工対象 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、及びその ようなレーザ加工方法の使用により切断された半導体チップに関する。
背景技術
[0002] 従来におけるこの種の技術として、ウェハ状の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、切断予定ラインに沿った改質領域を加工対象物の 内部に複数列形成し、その改質領域を切断の起点とするというレーザ加工方法があ る (例えば、特許文献 1参照)。
特許文献 1 :特開 2002— 205180号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 上述したようなレーザ加工方法は、加工対象物が厚い場合に特に有効となる技術 である。それは、加工対象物が厚い場合でも、切断予定ラインに沿った改質領域の 列数を増やすことによって、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断する ことができるからである。そして、このような技術に関しては、切断品質を維持した上で の加工時間の短時間化が望まれて 、る。
[0004] そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板と、基板の表 面に形成された複数の機能素子とを備える加工対象物を、その基板が厚い場合であ つても、切断予定ラインに沿って短時間で精度良く切断することを可能にするレーザ 加工方法、及びそのようなレーザ加工方法の使用により切断された半導体チップを 提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、基板と、基板の表 面に形成された複数の機能素子とを備える加工対象物の基板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基板の内部に形成するレーザ加工方法であって、 1本の切 断予定ラインに対して、少なくとも 1列の第 1の改質領域、第 1の改質領域と基板の表 面との間に位置する少なくとも 1列の第 2の改質領域、及び第 1の改質領域と基板の 裏面との間に位置する少なくとも 1列の第 3の改質領域を形成する工程を含み、切断 予定ラインに沿った方向における第 1の改質領域の形成密度は、切断予定ラインに 沿った方向における第 2の改質領域の形成密度及び第 3の改質領域の形成密度より 低いことを特徴とする。
[0006] このレーザ加工方法では、切断予定ラインに沿った方向における第 1の改質領域 の形成密度を、切断予定ラインに沿った方向における第 2の改質領域の形成密度及 び第 3の改質領域の形成密度より低くする。そのため、当該第 1の改質領域の形成密 度を当該第 2の改質領域の形成密度及び当該第 3の改質領域の形成密度と同等に する場合に比べ、第 1、第 2及び第 3の改質領域の形成時間の短時間化を図ることで きる。ところで、第 1の改質領域と基板の表面との間に位置する第 2の改質領域、及 び第 1の改質領域と基板の裏面との間に位置する第 3の改質領域は、第 1の改質領 域に比べ、加工対象物の切断品質に大きな影響を与える。しかしながら、切断予定ラ インに沿った方向における第 2の改質領域の形成密度及び第 3の改質領域の形成 密度を、切断予定ラインに沿った方向における第 1の改質領域の形成密度より高くす るため、加工対象物の切断品質の劣化を防止することができる。以上により、このレ 一ザ加工方法は、基板と、基板の表面に形成された複数の機能素子とを備える加工 対象物を、その基板が厚い場合であっても、切断予定ラインに沿って短時間で精度 良く切断することを可能にする。
[0007] ここで、機能素子とは、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 ィオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、回路として形成された回路 素子等を意味する。また、切断予定ラインに沿った方向における改質領域の形成密 度（以下、単に「改質領域の形成密度」という）とは、切断予定ラインに沿った方向の 単位長さに分布する改質領域の割合を意味する。
[0008] なお、第 1、第 2及び第 3の改質領域のそれぞれを形成する順序は順不同である。 また、第 1、第 2及び第 3の改質領域は、基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を 照射して基板の内部で多光子吸収或いは他の光吸収を生じさせることにより形成さ れる。
[0009] また、上記レーザ加工方法にぉ ヽては、基板の裏面をレーザ光入射面として基板 の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射する場合には、第 2の改質領域の表面 側端部と基板の表面との距離が 5 m〜20 mとなるように第 2の改質領域を形成 することが好ましい。このように第 2の改質領域が形成されていると、例えば、基板の 表面の切断予定ライン上に積層部が形成されていても、その積層部を基板と共に切 断予定ラインに沿って精度良く切断することが可能になる。
[0010] また、上記レーザ加工方法にぉ 、ては、切断予定ラインに沿った割れが第 3の改質 領域力 基板の裏面に生じるように第 3の改質領域を形成することが好ましい。このよ うに第 3の改質領域が形成されていると、例えば、エキスパンドテープを基板の裏面 に貼り付けて拡張させた場合に、第 3の改質領域力 基板の裏面に生じていた割れ 力 第 1及び第 2の改質領域を介して基板の表面に向かってスムーズに進行すること になり、その結果、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 會 になる。
[0011] また、上記レーザ加工方法においては、基板は半導体基板であり、第 1、第 2及び 第 3の改質領域は溶融処理領域を含む場合がある。基板が半導体基板であると、第 1、第 2及び第 3の改質領域として、溶融処理領域を含む改質領域が形成される場合 がある。
[0012] また、上記レーザ加工方法は、加工対象物を切断予定ラインに沿って機能素子毎 に切断する工程を更に含んでもよい。上述した理由から、基板が厚い場合であっても 、切断予定ラインに沿って短時間で精度良く加工対象物を機能素子毎に切断するこ とがでさる。
[0013] また、本発明に係るレーザ加工方法は、基板と、基板の表面に形成された複数の 機能素子とを備える加工対象物の基板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 を基板の内部に形成するレーザ加工方法であって、 1本の切断予定ラインに対して、 少なくとも 1列の第 1の改質領域、第 1の改質領域と基板の表面との間に位置する少 なくとも 1列の第 2の改質領域、及び第 1の改質領域と基板の裏面との間に位置する 少なくとも 1列の第 3の改質領域を形成する工程を含み、第 1の改質領域を形成する 際に切断予定ラインに沿ってレーザ光を加工対象物に対して相対移動させる速度は 、第 2の改質領域を形成する際及び第 3の改質領域を形成する際に切断予定ライン に沿ってレーザ光を加工対象物に対して相対移動させる速度より速いことを特徴とす る。
[0014] このレーザ加工方法によれば、第 1の改質領域の形成密度を、第 2の改質領域の 形成密度及び第 3の改質領域の形成密度より低くすることができる。従って、このレー ザ加工方法は、上記レーザ加工方法と同様に、基板と、基板の表面に形成された複 数の機能素子とを備える加工対象物を、その基板が厚い場合であっても、切断予定 ラインに沿って短時間で精度良く切断することを可能にする。
[0015] 更に、本発明に係る半導体チップは、基板と、基板の表面に形成された機能素子と を備える半導体チップであって、基板の側面には、少なくとも 1列の第 1の改質領域、 第 1の改質領域と基板の表面との間に位置する少なくとも 1列の第 2の改質領域、及 び第 1の改質領域と基板の裏面との間に位置する少なくとも 1列の第 3の改質領域が 形成されており、基板の厚さ方向と直交する方向における第 1の改質領域の形成密 度は、基板の厚さ方向と直交する方向における第 2の改質領域の形成密度及び第 3 の改質領域の形成密度より低いことを特徴とする。
[0016] この半導体チップは、上記レーザカ卩ェ方法の使用により切断されたものといえるた め、第 1、第 2及び第 3の改質領域が形成された基板の側面は、凹凸が抑制された高 精度な切断面となっている。
発明の効果
[0017] 本発明は、基板と、基板の表面に形成された複数の機能素子とを備える加工対象 物を、その基板が厚い場合であっても、切断予定ラインに沿って短時間で精度良く 切断することを可能にする。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本実施形態に係るレーザカ卩ェ方法によるレーザカ卩ェ中の加工対象物の平面図 である。
[図 2]図 1に示すカ卩ェ対象物の II— II線に沿っての断面図である。
[図 3]本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図 である。
[図 4]図 3に示す加工対象物の IV— IV線に沿っての断面図である。
[図 5]図 3に示す加工対象物の V— V線に沿っての断面図である。
[図 6]本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図であ る。
[図 7]本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックスポットの大きさ との関係を示すグラフである。
圆 8]本実施形態に係るレーザ加工方法の第 1工程における加工対象物の断面図で ある。
圆 9]本実施形態に係るレーザ加工方法の第 2工程における加工対象物の断面図で ある。
圆 10]本実施形態に係るレーザ加工方法の第 3工程における加工対象物の断面図 である。
圆 11]本実施形態に係るレーザ加工方法の第 4工程における加工対象物の断面図 である。
[図 12]本実施形態に係るレーザカ卩ェ方法により切断されたシリコンウェハの一部にお ける断面の写真を表した図である。
[図 13]本実施形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の 内部の透過率との関係を示すグラフである。
[図 14]本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成 されたシリコンウェハの断面図である。
[図 15]本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成 される原理を説明するためのシリコンウェハの断面図である。
[図 16]本実施形態に係るレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成 されたシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。 [図 17]第 1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 18]図 17に示すカ卩ェ対象物の XVIII— XVIII線に沿っての部分断面図である。
[図 19]第 1実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、 (a)は、加工対象 物に保護テープを貼り付けた状態、（b)は、加工対象物にレーザ光を照射している 状態である。
[図 20]第 1実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、 (a)は、加工対象 物にエキスパンドテープを貼り付けた状態、（b)は、保護テープに紫外線を照射して いる状態である。
[図 21]第 1実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、 (a)は、加工対象 物から保護テープを剥がした状態、（b)は、エキスパンドテープを拡張させた状態で ある。
[図 22]図 19 (b)に示すカ卩ェ対象物の XXII— XXII線に沿っての部分断面図である。
[図 23]第 2実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、 (a)は加工対象 物にエキスパンドテープを貼り付けた状態、（b)は加工対象物にレーザ光を照射して いる状態である。
[図 24]第 2実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、 (a)はエキスパン ドテープを拡張させた状態、（b)は加工対象物にナイフエッジを押し当てている状態 である。
[図 25]第 2実施形態のレーザ加工方法を説明するための図であり、加工対象物が半 導体チップに切断された状態である。
[図 26]図 23 (b)に示すカ卩ェ対象物の XXVI— XXVI線に沿っての部分断面図である。 符号の説明
[0019] 1…加工対象物、 3…表面、 4…基板、 4a…切断面 (側面）、 5…切断予定ライン、 1 5…機能素子、 21· ··裏面、 24· ··割れ、 25…半導体チップ、 71· ··品質改質領域、 71 a…表面側端部、 72…分断改質領域、 73 HC改質領域、 73a…表面側端部、 74 …補助 HC改質領域、 L…レーザ光、 Ρ· ··集光点。
発明を実施するための最良の形態
[0020] 以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実 施形態のレーザ加工方法では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多 光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成 するためのレーザカ卩ェ方法について説明する。
[0021] 材料の吸収のバンドギャップ Eよりも光子のエネルギー h v力 S小さいと光学的に透
G
明となる。よって、材料に吸収が生じる条件は h v >Eである。しかし、光学的に透明
G
でも、レーザ光の強度を非常に大きくすると nh v >Eの条件 (n= 2, 3, 4, " で
G
材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強 度はレーザ光の集光点のピークパワー密度 (WZcm2)で決まり、例えばピークパヮ 一密度が 1 X 108(WZcm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度 は、（集光点におけるレーザ光の 1パルス当たりのエネルギー） ÷ (レーザ光のビーム スポット断面積 Xパルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度 はレーザ光の集光点の電界強度 (WZcm2)で決まる。
[0022] 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、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。
[0023] 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。
[0024] 本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物 1がレーザ光 Lを吸収することに より加工対象物 1を発熱させて改質領域 7を形成するものではない。加工対象物 1〖こ レーザ光 Lを透過させ加工対象物 1の内部に多光子吸収を発生させて改質領域 7を 形成している。よって、加工対象物 1の表面 3ではレーザ光 Lがほとんど吸収されない ので、加工対象物 1の表面 3が溶融することはない。
[0025] 加工対象物 1の内部に切断起点領域 8を形成すると、この切断起点領域 8を起点と して割れが発生し易くなるため、図 6に示すように、比較的小さな力で加工対象物 1を 切断することができる。よって、加工対象物 1の表面 3に不必要な割れを発生させるこ となぐ加工対象物 1を高精度に切断することが可能になる。
[0026] この切断起点領域 8を起点としたカ卩ェ対象物 1の切断には、次の 2通りが考えられ る。 1つは、切断起点領域 8形成後、加工対象物 1に人為的な力が印加されることに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1が割れ、加工対象物 1が切断される 場合である。これは、例えば加工対象物 1の厚さが大きい場合の切断である。人為的 な力が印加されるとは、例えば、加工対象物 1の切断起点領域 8に沿ってカ卩ェ対象 物 1に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物 1に温度差を与えることにより 熱応力を発生させたりすることである。他の 1つは、切断起点領域 8を形成することに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1の断面方向（厚さ方向）に向力つて自 然に割れ、結果的に加工対象物 1が切断される場合である。これは、例えば加工対 象物 1の厚さが小さい場合には、 1列の改質領域 7により切断起点領域 8が形成され ることで可能となり、加工対象物 1の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成 された改質領域 7により切断起点領域 8が形成されることで可能となる。なお、この自 然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域 8が形成されていない部 位に対応する部分の表面 3上にまで割れが先走ることがなぐ切断起点領域 8を形成 した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすること ができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物 1の厚さは薄くなる傾向にあるので、 このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
[0027] 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)〜 (4)の場合がある。
[0028] (1)改質領域が 1つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合 加工対象物（例えばガラスや LiTaOカゝらなる圧電材料)の内部に集光点を合わせ
3
て、集光点における電界強度が 1 X 108 (WZcm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s以下 の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつ つ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラッ ク領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収によ る光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱 ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界 強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (W/cm2)である。パルス幅は例えば lns〜 200nsが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第 45回 レーザ熱加工研究会論文集（1998年. 12月）の第 23頁〜第 28頁の「固体レーザー 高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されて 、る。
[0029] 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。
[0030] (A)加工対象物:パイレックス (登録商標)ガラス (厚さ 700 m)
(B)レーザ
光源：半導体レーザ励起 Nd： YAGレーザ
波長： 1064nm
レーザ光スポット断面積： 3. 14 X 10"8cm2
発振形態： Qスィッチパルス
繰り返し周波数： 100kHz
パルス幅：30ns
出力：出力く lmjZパルス
レーザ光品質: TEM
00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： lOOmmZ秒
[0031] なお、レーザ光品質が TEM とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可 能を意味する。
[0032] 図 7は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レー ザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は 1パ ルスのレーザ光により加工対象物の内部に形成されたクラック部分 (クラックスポット） の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの 大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ 中の黒丸で示すデータは集光用レンズ (C)の倍率が 100倍、開口数 (NA)が 0. 80 の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ (C)の倍率が 50 倍、開口数 (NA)が 0. 55の場合である。ピークパワー密度が lO^WZcm2)程度 からカ卩ェ対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに 従 、クラックスポットも大きくなることが分かる。
[0033] 次に、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて、図 8〜図 1 1を参照して説明する。図 8に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物 1 の内部に集光点 Pを合わせてレーザ光 Lを照射して切断予定ラインに沿って内部に クラック領域 9を形成する。クラック領域 9は 1つ又は複数のクラックを含む領域である 。このように形成されたクラック領域 9が切断起点領域となる。図 9に示すように、クラッ ク領域 9を起点として (すなわち、切断起点領域を起点として)クラックがさらに成長し 、図 10に示すように、クラックが加工対象物 1の表面 3と裏面 21とに到達し、図 11に 示すように、加工対象物 1が割れることにより加工対象物 1が切断される。加工対象物 1の表面 3と裏面 21とに到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象 物 1に力が印加されることにより成長する場合もある。
[0034] (2)改質領域が溶融処理領域の場合
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料)の内部に集光点を合わせて、集 光点における電界強度が 1 X 108 (WZcm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s以下の条 件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所 的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。 溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融 状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域 ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造 において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、 単結晶構造力 非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化し た領域、単結晶構造力 非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を 意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶 質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (WZcm2)であ る。パルス幅は例えば lns〜200nsが好ましい。
[0035] 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。
[0036] (A)加工対象物：シリコンウェハ（厚さ 350 μ m、外径 4インチ）
(B)レーザ
光源：半導体レーザ励起 Nd： YAGレーザ
波長： 1064nm
レーザ光スポット断面積： 3. 14 X 10"8cm2
発振形態： Qスィッチパルス
繰り返し周波数： 100kHz
パルス幅：30ns
出力： 20 JZパルス
レーザ光品質: TEM
00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率： 50倍
N. A. : 0. 55
レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： lOOmmZ秒
[0037] 図 12は、上記条件でのレーザカ卩ェにより切断されたシリコンウェハの一部における 断面の写真を表した図である。シリコンウェハ 11の内部に溶融処理領域 13が形成さ れている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域 13の厚さ方向の大きさは 1 00 μ m程度である。
[0038] 溶融処理領域 13が多光子吸収により形成されたことを説明する。図 13は、レーザ 光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコ ン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示し ている。シリコン基板の厚さ tが 50 μ m、 100 μ m、 200 μ m、 500 μ m、 1000 μ mの 各々について上記関係を示した。
[0039] 例えば、 Nd:YAGレーザの波長である 1064nmにおいて、シリコン基板の厚さが 5 00 m以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が 80%以上透過することが分 力る。図 12に示すシリコンウェハ 11の厚さは 350 mであるので、多光子吸収による 溶融処理領域 13はシリコンウェハ 11の中心付近、つまり表面から 175 mの部分に 形成される。この場合の透過率は、厚さ 200 mのシリコンウェハを参考にすると、 90 %以上なので、レーザ光がシリコンウェハ 11の内部で吸収されるのは僅かであり、ほ とんどが透過する。このことは、シリコンウェハ 11の内部でレーザ光が吸収されて、溶 融処理領域 13がシリコンウェハ 11の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱 で溶融処理領域が形成）されたものではなぐ溶融処理領域 13が多光子吸収により 形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶 接学会全国大会講演概要第 66集（2000年 4月）の第 72頁〜第 73頁の「ピコ秒パル スレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
[0040] なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点と して断面方向に向力つて割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面と に到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達する この割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより 成長する場合もある。そして、切断起点領域力 シリコンウェハの表面と裏面とに割れ が自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融してい る状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融 している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、ど ちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断 面には、図 12のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工 対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断 起点領域ライン力も外れた不必要な割れが生じにく 、ので、割断制御が容易となる。
[0041] (3)改質領域が溶融処理領域及び微小空洞の場合
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料)の内部に集光点を合わせて、集 光点における電界強度が 1 X 108 (WZcm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s以下の条 件でレーザ光を照射する。これにより、加工対象物の内部には溶融処理領域と微小 空洞とが形成される場合がある。なお、電界強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (W/cm2)である。パルス幅は例えば lns〜200nsが好まし!/ヽ。
[0042] 図 14に示すように、シリコンウェハ 11の表面 3側からレーザ光 Lを入射させた場合、 微小空洞 14は、溶融処理領域 13に対して裏面 21側に形成される。図 14では、溶融 処理領域 13と微小空洞 14とが離れて形成されているが、溶融処理領域 13と微小空 洞 14とが連続して形成される場合もある。つまり、多光子吸収によって溶融処理領域 13及び微小空洞 14が対になって形成される場合、微小空洞 14は、溶融処理領域 1 3に対してシリコンウェハ 11におけるレーザ光入射面の反対側に形成されることにな る。
[0043] このように、シリコンウェハ 11にレーザ光 Lを透過させシリコンウェハ 11の内部に多 光子吸収を発生させて溶融処理領域 13を形成した場合に、それぞれの溶融処理領 域 13に対応した微小空洞 14が形成される原理につ ヽては必ずしも明らかではな ヽ 。ここでは、溶融処理領域 13及び微小空洞 14が対になった状態で形成される原理 に関して本発明者らが想定する 2つの仮説を説明する。
[0044] 本発明者らが想定する第 1の仮説は次の通りである。すなわち、図 15に示すように 、シリコンウェハ 11の内部の集光点 Pに焦点を合わせてレーザ光 Lを照射すると、集 光点 Pの近傍に溶融処理領域 13が形成される。従来は、このレーザ光 Lとして、レー ザ光源から照射されるレーザ光 の中心部分の光（図 15中、 L4及び L5に相当する 部分の光）を使用することとしていた。これは、レーザ光 Lのガウシアン分布の中心部 分を使用するためである。
[0045] 本発明者らはレーザ光 Lがシリコンウェハ 11の表面 3に与える影響をおさえるため にレーザ光 Lを広げることとした。その一手法として、レーザ光源力 照射されるレー ザ光 Lを所定の光学系でエキスパンドしてガウシアン分布の裾野を広げて、レーザ光 Lの周辺部分の光（図 15中、 L1〜L3及び L6〜L8に相当する部分の光）のレーザ 強度を相対的に上昇させることとした。このようにエキスパンドしたレーザ光 Lをシリコ ンウェハ 11に透過させると、既に説明したように集光点 Pの近傍では溶融処理領域 1 3が形成され、その溶融処理領域 13に対応した部分に微小空洞 14が形成される。 つまり、溶融処理領域 13と微小空洞 14とはレーザ光 Lの光軸（図 15中の一点鎖線） に沿った位置に形成される。微小空洞 14が形成される位置は、レーザ光 Lの周辺部 分の光（図 15中、 L1〜L3及び L6〜L8に相当する部分の光）が理論上集光される 部分に相当する。
[0046] このようにレーザ光 Lの中心部分の光（図 15中、 L4及び L5に相当する部分の光） と、レーザ光 Lの周辺部分の光（図 15中、 L1〜L3及び L6〜L8に相当する部分の 光）とがそれぞれ集光される部分がシリコンウェハ 11の厚さ方向にぉ 、て異なるのは 、レーザ光 Lを集光するレンズの球面収差によるものと考えられる。本発明者らが想 定する第 1の仮説は、この集光位置の差が何らかの影響を及ぼしているのではない 力というものである。
[0047] 本発明者らが想定する第 2の仮説は、レーザ光 Lの周辺部分の光（図 15中、 Ll〜 L3及び L6〜L8に相当する部分の光）が集光される部分は理論上のレーザ集光点 であるから、この部分の光強度が高く微細構造変化が起こって 、るためにその周囲 が実質的に結晶構造が変化していない微小空洞 14が形成され、溶融処理領域 13 が形成されている部分は熱的な影響が大きく単純に溶解して再固化したというもので ある。
[0048] ここで、溶融処理領域 13は上記（2)で述べた通りのものである力 微小空洞 14は、 その周囲が実質的に結晶構造が変化していないものである。シリコンウェハ 11がシリ コン単結晶構造の場合には、微小空洞 14の周囲はシリコン単結晶構造のままの部 分が多い。
[0049] 本発明者らは、シリコンウェハ 11の内部で溶融処理領域 13及び微小空洞 14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。
[0050] (A)加工対象物：シリコンウェハ（厚さ 100 m) (B)レーザ
光源：半導体レーザ励起 Nd： YAGレーザ
波長： 1064nm
繰り返し周波数: 40kHz
パルス幅：30ns
パルスピッチ：7 /z m
加工深さ：8 m
パルスエネルギー： 50 μ ],パルス
(C)集光用レンズ
NA: 0. 55
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： 280mmZ秒
[0051] 図 16は、上記条件でのレーザカ卩ェにより切断されたシリコンゥヱハ 11の切断面の 写真を表した図である。図 16において (a)と (b)とは同一の切断面の写真を異なる縮 尺で示したものである。同図に示すように、シリコンウェハ 11の内部には、 1パルスの レーザ光 Lの照射により形成された溶融処理領域 13及び微小空洞 14の対が、切断 面に沿って (すなわち、切断予定ラインに沿って）所定のピッチで形成されて！、る。
[0052] なお、図 16に示す切断面の溶融処理領域 13は、シリコンウェハ 11の厚さ方向（図 中の上下方向）の幅が 13 m程度で、レーザ光 Lを移動する方向（図中の左右方向 )の幅が 3 μ m程度である。また、微小空洞 14は、シリコンウェハ 11の厚さ方向の幅 カ^ m程度で、レーザ光 Lを移動する方向の幅が 1. 3 m程度である。溶融処理 領域 13と微小空洞 14との間隔は 1. 2 m程度である。
[0053] (4)改質領域が屈折率変化領域の場合
加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強 度が 1 X 108 (W/cm2)以上で且つパルス幅が Ins以下の条件でレーザ光を照射す る。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多 光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転ィ匕せずに、加工対象物の内部には イオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率 変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (WZcm2)で ある。パルス幅は例えば Ins以下が好ましぐ lps以下がさらに好ましい。多光子吸収 による屈折率変化領域の形成は、例えば、第 42回レーザ熱加工研究会論文集（19 97年. 11月）の第 105頁〜第 111頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部へ の光誘起構造形成」に記載されている。
[0054] 以上、多光子吸収により形成される改質領域として（1)〜 (4)の場合を説明したが、 ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次 のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、し力も精 度良く加工対象物を切断することが可能になる。
[0055] すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体力 なる基板の場合は 、 （ 111)面 (第 1劈開面)や ( 110)面 (第 2劈開面）に沿った方向に切断起点領域を 形成するのが好ましい。また、 GaAsなどの閃亜鉛鉱型構造の III— V族化合物半導 体力 なる基板の場合は、（110)面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが 好ましい。さらに、サファイア (Al O )などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場
2 3
合は、（0001)面（C面）を主面として（1120)面 (八面）或 、は（1100)面（M面）に沿 つた方向に切断起点領域を形成するのが好ま U、。
[0056] なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板にお ける（111)面に沿った方向）、或!、は切断起点領域を形成すべき方向に直交する方 向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーション フラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域 を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
[第 1実施形態]
[0057] 次に、本発明の第 1実施形態について説明する。図 17は、本実施形態のレーザ加 ェ方法における加工対象物の平面図であり、図 18は、図 17に示す加工対象物の X VIII— XVIII線に沿っての部分断面図である。
[0058] 図 17及び図 18に示すように、加工対象物 1は、シリコンからなる厚さ 300 m、外 径 6インチの基板 4と、複数の機能素子 15を含んで基板 4の表面 3に形成された積層 部 16とを備えている。機能素子 15は、基板 4の表面 3に積層された層間絶縁膜 17a と、層間絶縁膜 17a上に配置された配線層 19aと、配線層 19aを覆うように層間絶縁 膜 17a上に積層された層間絶縁膜 17bと、層間絶縁膜 17b上に配置された配線層 1 9bとを有している。配線層 19aと基板 4とは、層間絶縁膜 17aを貫通する導電性ブラ グ 20aによって電気的に接続され、配線層 19bと配線層 19aとは、層間絶縁膜 17bを 貫通する導電性プラグ 20bによって電気的に接続されて!ヽる。
[0059] なお、機能素子 15は、基板 4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力 層間絶縁膜 17a, 17bは、基板 4の 表面 3全体を覆うように隣り合う機能素子 15, 15間に渡って形成されている。
[0060] 以上のように構成されたカ卩ェ対象物 1を以下のようにして機能素子 15毎に切断す る（ここでは、平面視 5mm X 5mmの正方形薄板状のチップに切断する）。まず、図 1 9 (a)に示すように、積層部 16を覆うように加工対象物 1に保護テープ 22を貼り付け る。続いて、図 19 (b)に示すように、基板 4の裏面 21を上方に向けて加工対象物 1を レーザ加工装置の載置台（図示せず)上に固定する。このとき、積層部 16が載置台 に直接接触することが保護テープ 22によって避けられるため、各機能素子 15を保護 することができる。
[0061] そして、隣り合う機能素子 15, 15間を通るように切断予定ライン 5を 5mm間隔で格 子状に設定し（図 17の破線参照）、裏面 21をレーザ光入射面として基板 4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する。同時に、載 置台の移動により、切断予定ライン 5に沿ってレーザ光 Lを加工対象物 1に対して相 対移動させる。
[0062] この切断予定ライン 5に沿ってのレーザ光 Lの相対移動を 1本の切断予定ライン 5に 対して 6回行うが、集光点 Pを合わせる位置の裏面 21からの距離を毎回変えることで 、表面 3側力も順に、 1列の品質改質領域 (第 2の改質領域) 71、 3列の分断改質領 域 (第 1の改質領域) 72、及び 2列の HC (ハーフカット)改質領域 (第 3の改質領域) 7 3を切断予定ライン 5に沿って基板 4の内部に 1列ずつ形成する。なお、基板 4はシリ コンカもなる半導体基板であるため、各改質領域 71, 72, 73は溶融処理領域である 力 クラックを含む場合ちある。
[0063] ここで、品質改質領域 71の形成及び HC改質領域 73の形成においては、切断予 定ライン 5に沿ってレーザ光 Lを加工対象物 1に対して相対移動させる速度（以下、 単に「レーザ光 Lの移動速度」という）を 300mmZ秒とした。これに対し、分断改質領 域 72の形成においては、レーザ光 Lの移動速度を 600mmZ秒とした。なお、レーザ 光 Lの光源の繰り返し周波数につ!、ては、 80kHzで一定とした。
[0064] これにより、図 22に示すように、 1パルスのレーザ光 Lの照射により形成される分断 改質領域 72の形成間隔は、 1パルスのレーザ光 Lの照射により形成される品質改質 領域 71の形成間隔及び HC改質領域 73の形成間隔より大きくなつた。すなわち、分 断改質領域 72の形成密度は、品質改質領域 71の形成密度及び HC改質領域 73の 形成密度より低くなつた。
[0065] なお、品質改質領域 71の形成においては、基板 4の表面 3と品質改質領域 71の表 面側端部 71aとの距離が 5 m〜20 mとなるように品質改質領域 71を 1列形成し た。また、分断改質領域 72の形成においては、基板 4の厚さ方向において一続きと なるように分断改質領域 72を 3列形成した。更に、 HC改質領域 73の形成において は、図 19 (b)に示すように、 HC改質領域 73を 2列形成することで、切断予定ライン 5 に沿った割れ 24を HC改質領域 73から基板 4の裏面 21に生じさせた (形成条件によ つては、隣り合う分断改質領域 72と HC改質領域 73との間にも割れ 24が生じる場合 がある）。
[0066] 各改質領域 71, 72, 73を形成した後、図 20 (a)に示すように、加工対象物 1の基 板 4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 20 (b)に示すように 、保護テープ 22に紫外線を照射して、その粘着力を低下させ、図 21 (a)に示すよう に、加工対象物 1の積層部 16から保護テープ 22を剥がす。
[0067] 保護テープ 22を剥がした後、図 21 (b)に示すように、エキスパンドテープ 23を拡張 させて、各改質領域 71, 72, 73を起点として割れを生じさせ、加工対象物 1を切断 予定ライン 5に沿って機能素子 15毎に切断すると共に、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。
[0068] 以上説明したように、上記レーザ加工方法では、分断改質領域 72を形成する際の レーザ光 Lの移動速度（600mmZ秒)を、品質改質領域 71及び HC改質領域 73を 形成する際のレーザ光 Lの移動速度（300mmZ秒)より速くしている。そして、分断 改質領域 72の形成密度を品質改質領域 71の形成密度及び HC改質領域 73の形 成密度より低くしている。そのため、分断改質領域 72の形成密度を品質改質領域 71 の形成密度及び HC改質領域 73の形成密度と同等にする場合に比べ、 1本の切断 予定ライン 5に対して全ての改質領域 71, 72, 73を形成する時間を短くすることでき る。
[0069] 具体的には、レーザ光 Lの移動速度を 300mmZ秒として 1本の切断予定ライン 5 に対して全ての改質領域 71, 72, 73を形成するのには約 1. 0秒を要した力 上記レ 一ザカ卩ェ方法によれば約 0. 5秒で済んだ。また、レーザ光 Lの移動速度を 300mm Z秒として基板 4の内部に全ての改質領域 71, 72, 73を形成するのには約 342秒 を要した力 上記レーザカ卩ェ方法によれば約 256. 5秒で済んだ。
[0070] ところで、品質改質領域 71及び HC改質領域 73は、分断改質領域 72に比べ、カロ ェ対象物 1の切断品質に大きな影響を与える。例えば、品質改質領域 71の表面側 端部 71aと基板 4の表面 3との距離が 5 m〜20 mとなるように品質改質領域 71が 形成されていると、基板 4の表面 3に形成された積層部 16を基板 4と共に切断予定ラ イン 5に沿って精度良く切断することが可能になる。また、切断予定ライン 5に沿った 割れ 24が HC改質領域 73から基板 4の裏面 21に生じるように HC改質領域 73が形 成されていると、エキスパンドテープ 23を拡張させた際に割れ 24が分断改質領域 72 及び品質改質領域 71を介して基板 4の表面 3に向かってスムーズに進行することに なり、その結果、加工対象物 1を切断予定ライン 5に沿って精度良く切断することが可 會 になる。
[0071] 上記レーザ加工方法では、加工対象物 1の切断品質に大きな影響を与える品質改 質領域 71及び HC改質領域 73の形成密度を分断改質領域 72の形成密度より高くし ているため、加工対象物 1の切断品質の劣化を防止することができる。
[0072] また、上記レーザ加工方法では、各改質領域 71, 72, 73を基板 4の裏面 21から遠 い順に一列ずつ形成するので、各改質領域 71, 72, 73を形成するに際し、レーザ 光入射面である裏面 21とレーザ光 Lの集光点 Pとの間には改質領域が存在しない。 そのため、既に形成された改質領域によるレーザ光 Lの散乱、吸収等が起こることは ない。従って、各改質領域 71, 72, 73を切断予定ライン 5に沿って基板 4の内部に 精度良く形成することができる。 [0073] 更に、上記レーザ加工方法では、基板 4の裏面 21をレーザ光入射面とするため、 積層部 16の切断予定ライン 5上にレーザ光 Lを反射する部材 (例えば、 TEG)が存 在しても、各改質領域 71, 72, 73を切断予定ライン 5に沿って基板 4の内部に確実 に形成することができる。
[0074] そして、以上のようなレーザカ卩ェ方法の使用により切断された半導体チップ 25にお いては、図 21 (b)に示すように、各改質領域 71, 72, 73が形成された基板 4の切断 面 (側面) 4a、及び積層部 16の切断面 16aは、凹凸が抑制された高精度な切断面と なる。
[第 2実施形態]
[0075] 次に、本発明の第 2実施形態について説明する。第 2実施形態のレーザ加工方法 は、基板 4の表面 3をレーザ光入射面とする点で、基板 4の裏面 21をレーザ光入射 面とする第 1実施形態のレーザ加工方法と異なっている。
[0076] すなわち、図 23 (a)に示すように、基板 4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 23 (b)に示すように、積層部 16を上方に向けて加工対象物 1をレ 一ザ加工装置の載置台（図示せず)上に固定する。
[0077] そして、隣り合う機能素子 15, 15間を通るように切断予定ライン 5を格子状に設定し
(図 17の破線参照）、表面 3をレーザ光入射面として基板 4の内部に集光点 Pを合わ せて積層部 16側力もレーザ光 Lを多光子吸収が生じる条件で照射する。同時に、載 置台の移動により、切断予定ライン 5に沿ってレーザ光 Lを加工対象物 1に対して相 対移動させる。
[0078] この切断予定ライン 5に沿ってのレーザ光 Lの相対移動を 1本の切断予定ライン 5に 対して 6回行うが、集光点 Pを合わせる位置の表面 3からの距離を毎回変えることで、 裏面 21側力も順に、 4列の分断改質領域 (第 3の改質領域) 72、 1列の補助 HC改質 領域 (第 1の改質領域) 74、及び 1列の HC改質領域 (第 2の改質領域) 73を切断予 定ライン 5に沿って基板 4の内部に 1列ずつ形成する。
[0079] ここで、分断改質領域 72の形成及び HC改質領域 73の形成においては、レーザ 光 Lの移動速度を 300mmZ秒とした。これに対し、補助 HC改質領域 74の形成に お!、ては、レーザ光 Lの移動速度を 600mmZ秒とした。 [0080] これにより、図 26に示すように、 1パルスのレーザ光 Lの照射により形成される補助 HC改質領域 74の形成間隔は、 1パルスのレーザ光 Lの照射により形成される分断 改質領域 72の形成間隔及び HC改質領域 73の形成間隔より大きくなつた。すなわち 、補助 HC改質領域 74の形成密度は、分断改質領域 72の形成密度及び HC改質領 域 73の形成密度より低くなつた。
[0081] なお、 HC改質領域 73の形成においては、基板 4の表面 3と HC改質領域 73の表 面側端部 73aとの距離が 30 μ m〜80 μ mとなるように HC改質領域 73を 1列形成し た。また、 HC改質領域 73の形成においては、図 23 (b)に示すように、補助 HC改質 領域 74を 1列形成しておくことで、切断予定ライン 5に沿った割れ 24を補助 HC改質 領域 74から基板 4の表面 3に生じさせた (形成条件によっては、隣り合う分断改質領 域 72と補助 HC改質領域 74との間にも割れ 24が生じる場合がある)。
[0082] 各改質領域 72, 73, 74を形成した後、図 24 (a)に示すように、エキスパンドテープ 23を拡張させる。そして、この状態で、図 24 (b)に示すように、基板 4の裏面 21に対 し、エキスパンドテープ 23を介してナイフエッジ 41を押し当てて、矢印 B方向に移動 させる。これにより、加工対象物 1には、割れ 24が開くような応力が生じさせられるた め、割れ 24が積層部 16及び分断改質領域 72に向力つて伸展することになり、加工 対象物 1が切断予定ライン 5に沿って切断される。
[0083] そして、このとき、基板 4の裏面 21に貼り付けられたエキスパンドテープ 23が拡張さ せられた状態にあるため、図 25に示すように、加工対象物 1が切断された直後に、切 断されて得られた各半導体チップ 25が互いに離間することになる。
[0084] 以上説明したように、上記レーザ加工方法では、補助 HC改質領域 74を形成する 際のレーザ光 Lの移動速度（600mmZ秒)を、分断改質領域 72及び HC改質領域 73を形成する際のレーザ光 Lの移動速度（300mmZ秒)より速くしている。そして、 補助 HC改質領域 74の形成密度を分断改質領域 72の形成密度及び HC改質領域 73の形成密度より低くしている。そのため、補助 HC改質領域 74の形成密度を分断 改質領域 72の形成密度及び HC改質領域 73の形成密度と同等にする場合に比べ 、 1本の切断予定ライン 5に対して全ての改質領域 72, 73, 74を形成する時間を短く することでさる。 [0085] また、補助 HC改質領域 74の形成密度を HC改質領域 73の形成密度より低くする ことで、補助 HC改質領域 74を形成した時点では、割れ 24が基板 4の表面 3にまで 到達し難くなる。そのため、 HC改質領域 73を形成する際に、レーザ光 Lの集光点 P が割れ 24に位置することによる溶融溜りの形成を抑制することができる。その結果、 加工対象物 1を切断予定ライン 5に沿って切断する際に、溶融溜りの形成による粉塵 の発生を防止することが可能になる。
[0086] また、 HC改質領域 73の表面側端部 73aと基板 4の表面 3との距離が 30 μ m〜80 μ mとなるように HC改質領域 73を形成することにより、補助 HC改質領域 74から HC 改質領域 73に向けて生じる割れ 24の直進性を向上させることができる。更に、切断 予定ライン 5に沿った割れ 24が HC改質領域 73から基板 4の表面 3に生じるように H C改質領域 73を形成することにより、切断予定ライン 5の直進性を向上させることがで きる。
[0087] 本発明は、上述した実施形態に限定されない。
[0088] 例えば、分断改質領域 72の列数は 3列 (第 1実施形態)や 4列 (第 2実施形態）に限 定されず、基板 4の厚さ方向にスムーズに割れを進行させることが可能な列数であれ ばよい。一般的には、基板 4が薄くなれば分断改質領域 72の列数を減少させ、基板 4が厚くなれば分断改質領域 72の列数を増加させることになる。そして、基板 4の厚 さ方向にスムーズに割れを進行させることが可能であれば、分断改質領域 72は互 、 に離間していてもよい。また、第 1実施形態においては、 HC改質領域 73から基板 4 の裏面 21に割れ 24を確実に生じさせることが可能であれば、 HC改質領域 73は 1列 であってもよい。
[0089] また、上記実施形態は、基板 4の表面 3の切断予定ライン 5上に積層部 16が形成さ れている場合であった力 基板 4の表面 3の切断予定ライン 5上に積層部 16が形成さ れていない場合もある。
産業上の利用可能性
[0090] 本発明は、基板と、基板の表面に形成された複数の機能素子とを備える加工対象 物を、その基板が厚い場合であっても、切断予定ラインに沿って短時間で精度良く 切断することを可能にする。

Claims

請求の範囲
[1] 基板と、前記基板の表面に形成された複数の機能素子とを備える加工対象物の前 記基板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基板の内部に形成す るレーザ加工方法であって、
1本の前記切断予定ラインに対して、少なくとも 1列の第 1の改質領域、前記第 1の 改質領域と前記基板の表面との間に位置する少なくとも 1列の第 2の改質領域、及び 前記第 1の改質領域と前記基板の裏面との間に位置する少なくとも 1列の第 3の改質 領域を形成する工程を含み、
前記切断予定ラインに沿った方向における前記第 1の改質領域の形成密度は、前 記切断予定ラインに沿った方向における前記第 2の改質領域の形成密度及び前記 第 3の改質領域の形成密度より低いことを特徴とするレーザ加工方法。
[2] 前記基板の裏面をレーザ光入射面として前記基板の内部に集光点を合わせてレ 一ザ光を照射する場合には、前記第 2の改質領域の表面側端部と前記基板の表面 との距離が 5 m〜20 mとなるように前記第 2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] 前記切断予定ラインに沿った割れが前記第 3の改質領域から前記基板の裏面に生 じるように前記第 3の改質領域を形成することを特徴とする請求項 2記載のレーザカロ ェ方法。
[4] 前記基板の表面をレーザ光入射面として前記基板の内部に集光点を合わせてレ 一ザ光を照射する場合には、前記第 2の改質領域の表面側端部と前記基板の表面 との距離が 30 m〜80 mとなるように前記第 2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。
[5] 前記切断予定ラインに沿った割れが前記第 2の改質領域から前記基板の表面に生 じるように前記第 2の改質領域を形成することを特徴とする請求項 4記載のレーザカロ ェ方法。
[6] 前記基板は半導体基板であり、前記第 1、前記第 2及び前記第 3の改質領域は溶 融処理領域を含むことを特徴とする請求項 1記載のレーザ加工方法。
[7] 前記加工対象物を前記切断予定ラインに沿って前記機能素子毎に切断する工程 を更に含むことを特徴とする請求項 1記載のレーザ加工方法。
[8] 基板と、前記基板の表面に形成された複数の機能素子とを備える加工対象物の前 記基板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基板の内部に形成す るレーザ加工方法であって、
1本の前記切断予定ラインに対して、少なくとも 1列の第 1の改質領域、前記第 1の 改質領域と前記基板の表面との間に位置する少なくとも 1列の第 2の改質領域、及び 前記第 1の改質領域と前記基板の裏面との間に位置する少なくとも 1列の第 3の改質 領域を形成する工程を含み、
前記第 1の改質領域を形成する際に前記切断予定ラインに沿ってレーザ光を前記 加工対象物に対して相対移動させる速度は、前記第 2の改質領域を形成する際及 び前記第 3の改質領域を形成する際に前記切断予定ラインに沿ってレーザ光を前記 加工対象物に対して相対移動させる速度より速いことを特徴とするレーザ加工方法。
[9] 基板と、前記基板の表面に形成された複数の機能素子とを備える加工対象物の前 記基板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基板の内部に形成す るレーザ加工方法であって、
1本の前記切断予定ラインに対して少なくとも 3列の改質領域を形成する工程を含 み、
前記基板の表面に最も近い改質領域と前記基板の裏面に最も近い改質領域との 間に位置する改質領域のうち少なくとも 1列の改質領域を形成する際に前記切断予 定ラインに沿ってレーザ光を前記加工対象物に対して相対移動させる速度は、前記 基板の表面に最も近い改質領域を形成する際及び前記基板の裏面に最も近い改質 領域を形成する際に前記切断予定ラインに沿ってレーザ光を前記加工対象物に対 して相対移動させる速度より速いことを特徴とするレーザ加工方法。
[10] 基板と、前記基板の表面に形成された機能素子とを備える半導体チップであって、 前記基板の側面には、少なくとも 1列の第 1の改質領域、前記第 1の改質領域と前 記基板の表面との間に位置する少なくとも 1列の第 2の改質領域、及び前記第 1の改 質領域と前記基板の裏面との間に位置する少なくとも 1列の第 3の改質領域が形成さ れており、
前記基板の厚さ方向と直交する方向における前記第 1の改質領域の形成密度は、 前記基板の厚さ方向と直交する方向における前記第 2の改質領域の形成密度及び 前記第 3の改質領域の形成密度より低いことを特徴とする半導体チップ。
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