レーザ加工方法及びチップ
【課題】加工物の厚さや劈開性に依存せず、加工対象物を切断予定ラインに沿って高精度な切断を可能とするレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部に位置する改質領域Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ形成する。その後、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ１と改質領域Ｍ２との間に位置する改質領域を形成する。
【解決手段】シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部に位置する改質領域Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ形成する。その後、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ１と改質領域Ｍ２との間に位置する改質領域を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するためのレーザ加工方法及びチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工方法として、板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により、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に複数列形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４３００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなレーザ加工方法では、例えば加工対象物の厚さや劈開性等によって、加工対象物を精度よく切断することができないおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、切断予定ラインに沿った加工対象物の高精度な切断が可能となるレーザ加工方法、及びそのようなレーザ加工方法の使用により得られるチップを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、板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により、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、切断予定ラインに沿って、加工対象物の厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域を形成する工程と、切断予定ラインに沿って、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
ここで、第１の改質領域及び第２の改質領域を形成する工程においては、切断予定ラインに沿って、第１の改質領域を形成し、第１の改質領域を形成した後に、切断予定ラインに沿って、第１の改質領域と加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面との間に位置する第２の改質領域を形成することが好ましい。このように、切断予定ラインに沿って、加工対象物の内部に第１の改質領域を形成し、第１の改質領域とレーザ光入射面との間に位置する第２の改質領域を形成し、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成することにより、第１の改質領域、第３の改質領域、第２の改質領域をこの順で加工対象物の内部に形成する場合（すなわち、レーザ光入射面の反対側からレーザ光入射面側に順次に改質領域を形成する場合）に比し、加工対象物を切断した際に、切断面のレーザ光入射面側の端部が切断予定ラインから大きく外れるのを防止することができる。その理由は、例えば、加工対象物がその厚さ方向に平行であり且つ切断予定ラインを含む面に対して傾斜する方向に劈開面を有する場合において、第１の改質領域、第３の改質領域、第２の改質領域をこの順で加工対象物の内部に形成すると、第２の改質領域を形成した際に、既成の第３の改質領域から劈開面に沿った方向に割れが大きく延び、当該割れが切断予定ラインから大きく外れてレーザ光入射面に達してしまうことがあるためである。
【０００７】
また、第３の改質領域を形成した後に、切断予定ラインに沿って、第２の改質領域と第３の改質領域との間に位置する第４の改質領域を形成する工程を含むことが好ましい。
【０００８】
これにより、第１の改質領域、第２の改質領域、第４の改質領域、第３の改質領域をこの順で加工対象物の内部に形成する場合に比し、加工対象物を切断した際に、切断面が凸凹状になるのを防止することができる。その理由は、第１の改質領域、第２の改質領域、第４の改質領域、第３の改質領域をこの順で加工対象物の内部に形成すると、第３の改質領域を形成する際に、第３の改質領域とレーザ光入射面との間に存在する第４の改質領域によりレーザ光の散乱や吸収等が起こって第３の改質領域がうまく形成されず、よって、亀裂自体が形成されなかったり、第３の改質領域から延びる割れと当該第３の改質領域に隣接する改質領域から延びる割れとが連結しなかったり等があるためである。
【０００９】
また、第３の改質領域を形成する工程においては、少なくとも第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡る割れを発生させることが好ましい。この場合、加工対象物の厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域を形成することにより、加工対象物における第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分に、切断予定ラインの両側に向かって引張応力が生じることになる。そのため、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成すると、その第３の改質領域が切っ掛けとなって、少なくとも第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡る割れを発生させることができる。従って、例えば、第１の改質領域を加工対象物の一方の面近傍に形成し、且つ第２の改質領域を加工対象物の他方の面近傍に形成すれば、加工対象物の厚さが比較的厚い場合であっても、１本の切断予定ラインに対して形成すべき改質領域の列数を増加させることなく、加工対象物において切断予定ラインに沿った部分の略全体に割れを形成することが可能となる。以上により、板状の加工対象物の厚さが比較的厚い場合であっても、このレーザ加工方法によれば、加工対象物に改質領域を形成する時間を短縮化することができ、しかも、このレーザ加工方法は、切断予定ラインに沿った加工対象物の高精度な切断を可能にする。
【００１０】
なお、各改質領域は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物の内部において多光子吸収その他の光吸収を生じさせることで形成される。
【００１１】
本発明に係るレーザ加工方法においては、第３の改質領域は、切断予定ラインの略全体に沿って形成されてもよいし、切断予定ラインの一端部分に沿って形成されてもよい。上述したように、加工対象物における第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分には、切断予定ラインの両側に向かって引張応力が生じているため、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を少しでも形成しただけで、第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分の略全体に割れが進行する場合がある。従って、第３の改質領域を切断予定ラインの略全体に沿って形成すれば、何らかの原因で割れの進行が止まるのを防止して、第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分の略全体に確実に割れを形成することができる。一方、第３の改質領域を切断予定ラインの一端部分に沿って形成すれば、加工対象物に改質領域を形成する時間をより一層短縮化しつつ、第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分の略全体に割れを形成することができる。
【００１２】
本発明に係るレーザ加工方法においては、第３の改質領域は、第１の改質領域及び第２の改質領域のうち、加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面に近い一方の改質領域側に偏倚するように形成されることが好ましい。第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成すると、初めのうちは、第３の改質領域から、第１の改質領域及び第２の改質領域のうち第３の改質領域に近い改質領域に割れが進行するが、やがて、第１の改質領域及び第２の改質領域のうちレーザ光入射面から遠い他方の改質領域から、レーザ光入射面に近い一方の改質領域に割れが進行するようになる（以下、他方の改質領域から一方の改質領域に割れが進行するようになるまでに要する切断予定ラインに沿った距離を「助走距離」という。）。ここで、第１の改質領域及び第２の改質領域のうちレーザ光入射面に近い一方の改質領域側に偏倚するように第３の改質領域を形成すると、比較的短い助走距離で、レーザ光入射面から遠い他方の改質領域から、レーザ光入射面に近い一方の改質領域に割れを進行させることができる。このように、助走距離が短くなると、比較的小さな外力で、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断することが可能となる。
【００１３】
また、加工対象物が半導体基板を備え、改質領域が溶融処理領域を含む場合がある。
【００１４】
また、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物を切断する工程を含むことが好ましい。これにより、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。
【００１５】
また、本発明に係るチップは、厚さ方向に略平行な側面を有するチップであって、側面には、厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域と、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置し、厚さ方向の長さが第１の改質領域及び第２の改質領域より短い第３の改質領域と、少なくとも第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡り、前記厚さ方向に対して斜めに延在するウォルナーラインと、が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
このチップは、上述した本発明に係るレーザ加工方法の使用により得られる。ここで、厚さ方向における第３の改質領域の長さが第１の改質領域及び第２の改質領域より短くなるのは、第３の改質領域が形成されるのに先んじて、第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡る割れが発生するため、第３の改質領域を形成する際に集光点におけるレーザ光の吸収の度合いが低下するからである。また、ウォルナーラインが厚さ方向に対して斜めに延在するのは、第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡る割れが厚さ方向に対して斜めに進行するからである。
【００１７】
なお、ウォルナーラインは、割れが進行する際に、その進行方向に略垂直な方向に延在するように形成される。
【００１８】
また、本発明に係るチップにおいては、機能素子をさらに備え、改質領域は、半導体材料に形成された溶融処理領域を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、切断予定ラインに沿った加工対象物の高精度な切断が可能となる。
【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加工方法について説明する。
【００２１】
材料の吸収のバンドギャップＥＧよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥＧである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞ＥＧの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ２）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、ウェハ状（板状）の加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５がある。切断予定ライン５は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図２に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する。なお、集光点Ｐとは、レーザ光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においては、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。
【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く、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を起点とした加工対象物１の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域８形成後、加工対象物１に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１が割れ、加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物１の切断起点領域８に沿って加工対象物１に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物１に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点領域８を形成することにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが小さい場合には、１列の改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となり、加工対象物１の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域８が形成されていない部位に対応する部分の表面３上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域８を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物１の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
【００２７】
さて、本実施形態に係るレーザ加工方法において、改質領域としては、次の（１）〜（３）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
【００２９】
加工対象物（例えばガラスやＬｉＴａＯ３からなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第４５回レーザ熱加工研究会論文集（１９９８年．１２月）の第２３頁〜第２８頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
【００３０】
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。
（Ａ）加工対象物：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７００μｍ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０−８ｃｍ２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：出力＜１ｍＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００３１】
なお、レーザ光品質がＴＥＭ００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１０１１（Ｗ／ｃｍ２）程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
【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１１を参照して説明する。図８に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域９を形成する。クラック領域９は１つ又は複数のクラックを含む領域である。このように形成されたクラック領域９が切断起点領域となる。図９に示すように、クラック領域９を起点として（すなわち、切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し、図１０に示すように、クラックが加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達し、図１１に示すように、加工対象物１が割れることにより加工対象物１が切断される。加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物１に力が印加されることにより成長する場合もある。
【００３４】
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
【００３５】
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１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００３６】
本発明者は、シリコンウェハ（半導体基板）の内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。
（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０−８ｃｍ２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００３７】
図１２は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。
【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５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍ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５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０％以上透過することが分かる。図１２に示すシリコンウェハ１１の厚さは３５０μｍであるので、多光子吸収による溶融処理領域１３はシリコンウェハ１１の中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光がシリコンウェハ１１の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【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かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図１２のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。ちなみに、溶融処理領域の形成は多光子吸収が原因の場合のみでなく、他の吸収作用が原因の場合もある。
【００４１】
（３）改質領域が屈折率変化領域の場合
【００４２】
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１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ以下が好ましく、１ｐｓ以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第４２回レーザ熱加工研究会論文集（１９９７年．１１月）の第１０５頁〜第１１１頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
【００４３】
以上、改質領域として（１）〜（３）の場合を説明したが、ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く加工対象物を切断することが可能になる。
【００４４】
すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
【００４５】
なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
【００４６】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
【００４７】
図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、シリコンウェハ１１と、複数の機能素子１５を含んでシリコンウェハ１１の表面１１ａに形成された機能素子層１６とを備えている。シリコンウェハ１１は、その厚さ方向ｔと異なる方向に割れが延び易い結晶方位を有するものである。具体的には、シリコンウェハ１１は、その厚さ方向に平行であり且つ後述の切断予定ライン５を含む面に対して傾斜する方向に沿った劈開面を有する結晶構造体であり、この劈開面に沿った方向に割れが延び易いものである。ここでは、シリコンウェハ１１は、その表面１１ａを（１１１）面としている。
【００４８】
機能素子１５は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、又は回路として形成された回路素子等であり、シリコンウェハ１１のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。このような加工対象物１は、隣り合う機能素子間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５（図１４の破線参照）に沿ってレーザ加工により切断され、微小チップであるディスクリートデバイス等となるものである。
【００４９】
この加工対象物１を切断する場合、まず、加工対象物１の裏面２１に、例えばエキスパンドテープを貼り付ける。続いて、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面として、当該レーザ光入射面１１ａからシリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、各切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域を形成する。そして、エキスパンドテープを拡張させる。これにより、改質領域を切断の起点として、加工対象物１が切断予定ライン５に沿って機能素子１５毎に精度良く切断され、複数の半導体チップが互いに離間することになる。なお、改質領域は、溶融処理領域の他に、クラック領域等を含む場合がある。
【００５０】
ここで、上述した改質領域の形成についてより詳細に説明する。
【００５１】
まず、図１６（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部に改質領域Ｍ１を一列形成する。ここでは、改質領域Ｍ１は、シリコンウェハ１１の内部の裏面２１近傍に位置している。
【００５２】
続いて、図１６（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ１とレーザ光入射面３との間に位置する改質領域Ｍ２を一列形成する。ここでは、改質領域Ｍ２は、シリコンウェハ１１の内部の表面３近傍に位置している。
【００５３】
続いて、図１７（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ１と改質領域Ｍ２との間に位置する改質領域Ｍ３を一列形成する。ここでは、改質領域Ｍ３は、シリコンウェハ１１の内部であって、改質領域Ｍ１と改質領域Ｍ２との間の裏面２１側に位置している。
【００５４】
続いて、図１７（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ２と改質領域Ｍ３との間に位置する改質領域Ｍ４を一列形成する。ここでは、改質領域Ｍ４は、シリコンウェハ１１の内部であって、改質領域Ｍ２と改質領域Ｍ３との間に位置している。
【００５５】
ところで、従来のレーザ加工方法では、加工対象物１においてレーザ光が入射する表面３とレーザ光の集光点との間に位置する改質領域によるレーザ光の散乱や吸収等を防止するため、裏面２１側から表面３側に順次に改質領域を加工対象物１の内部に複数列形成すること、すなわち、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ３、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ２をこの順で加工対象物１の内部に形成することが一般的であった。しかしながら、この場合、加工対象物１を切断した際に、切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から大きく外れてしまい、この端部がスカート状に欠ける又はスカート状に突出することがあった（図１８（ａ）参照）。
【００５６】
そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、加工対象物１を切断した際に切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から大きく外れてしまうことが以下の現象に起因することを見出した。すなわち、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ３、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ２をこの順で加工対象物１の内部に複数列形成すると、改質領域Ｍ２を形成した際に、この改質領域Ｍ２に隣接する既成の改質領域Ｍ４からシリコンウェハ１１の劈開面に沿った方向に割れが発生したり、改質領域Ｍ４から延びる割れが劈開面に沿った方向に大きく成長したりして、当該割れが切断予定ライン５から大きく外れて表面３に達してしまうことがある。さらに、このように改質領域を裏面２１側から表面３側に順次に複数列形成すると、改質領域Ｍ２を形成した際に、既成の改質領域Ｍ３からシリコンウェハ１１の劈開面に沿った方向に割れが発生したり、改質領域Ｍ３から延びる割れが劈開面に沿った方向に大きく成長したりして、当該割れが切断予定ライン５から大きく外れて表面３に達してしまったりすることもある。よって、加工対象物１を切断した際に切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から大きく外れてしまうのである。
【００５７】
本発明者らは、上記知見に基づいてさらに検討を重ね、上述のように、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部に改質領域Ｍ１を形成し、改質領域Ｍ１と加工対象物１の表面３との間に位置する改質領域Ｍ２を形成し、改質領域Ｍ１と改質領域Ｍ２との間に位置する改質領域Ｍ３を形成している。換言すると、加工対象物１の内部において、表面３から深い位置、浅い位置の順に改質領域を形成した後、これらの改質領域の間の中間位置に改質領域を形成している。
【００５８】
これにより、上記の現象、すなわち、割れが切断予定ライン５から大きく外れて加工対象物１の表面３に達してしまうという現象を抑制することができ、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ３、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ２をこの順で加工対象物１の内部に複数列形成する場合に比し、加工対象物１を切断した際、切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から大きく外れるのを防止することが可能となる。その結果、図１８（ｂ）に示すように、加工対象物がその厚さ方向に平行であり且つ切断予定ラインを含む面に対して傾斜する方向に沿った劈開面を有する結晶構造体であっても、切断面の表面側がスカート状に突出することを抑止し、切断面の端面品質を向上させることができる。
【００５９】
一方、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ２、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ３をこの順で加工対象物１の内部に形成する場合、加工対象物１を切断した際に切断面が凸凹状になることがある。なぜならば、この場合においては、改質領域Ｍ３を形成するとき、形成する改質領域Ｍ３と表面３との間に存在する改質領域Ｍ４でレーザ光が散乱や吸収等して改質領域Ｍ３がうまく形成されず、よって、亀裂自体が形成されなかったり、改質領域Ｍ３から延びる割れと、当該改質領域Ｍ３に隣接する改質領域Ｍ１，Ｍ４から延びる割れとが連結しなかったり等があるからである。
【００６０】
しかしながら、本実施形態のレーザ加工方法であっては、上述のように、改質領域Ｍ３を形成した後、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ２と改質領域Ｍ３との間に位置する改質領域Ｍ４を形成しているため、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ２、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ３をこの順で加工対象物１の内部に複数列形成する場合に比し、改質領域Ｍ３から延びる割れと隣接する改質領域Ｍ１，Ｍ４から延びる割れとを確実に連結することができ、加工対象物１を切断した際に切断面が凸凹状になるのを防止することができる。その結果、加工対象物がその厚さ方向に平行であり且つ切断予定ラインを含む面に対して傾斜する方向に沿った劈開面を有する結晶構造体であっても、加工対象物を切断予定ラインに沿ってその厚さ方向に比較的真っ直ぐに切断することが可能となり、切断面の端面品質をより向上することができる。
〔第２実施形態〕
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。この第２実施形態に係るレーザ加工方法が、図１６及び図１７に示した第１実施形態に係るレーザ加工方法と違う点は、改質領域Ｍ４を形成しない点である。具体的には、第２実施形態に係るレーザ加工方法では、切断予定ラインに沿って、加工対象物の内部に、レーザ光入射面から深い位置に改質領域を形成し、レーザ光入射面から浅い位置に改質領域を形成し、これらの間に改質領域が形成して切断する。この場合においても、図１９（ａ）に示すように、加工対象物を切断した際に、切断面のレーザ光入射面側の端部が切断予定ラインから大きく外れることを防止するという上記と同様の作用効果を奏する。
〔第３実施形態〕
【００６２】
次に、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。この第３実施形態に係るレーザ加工方法が、図１６及び図１７に示した第１実施形態に係るレーザ加工方法と違う点は、改質領域Ｍ１を形成する前に、レーザ光入射面の反対側からレーザ光入射面側に順次に改質領域を複数形成した点である。具体的には、第３実施形態に係るレーザ加工方法では、例えば厚さ２５０μｍの加工対象物を用い、切断予定ラインに沿って、加工対象物の内部に、レーザ光入射面を厚さ方向の基準（０μｍの位置）として６７μｍの位置から２３μｍの位置まで１１列の改質領域を順次に複数列形成し、７μｍの位置に１２列目の改質領域を形成し、１３．５μｍの位置に１３列目の改質領域を形成し、１０μｍの位置に１４列目の改質領域を形成して切断する。この場合においても、図１９（ｂ）に示すように、加工対象物を切断した際に、切断面のレーザ光入射面側の端部が切断予定ラインから大きく外れること及び切断面が凸凹状になることを防止するという上記と同様の作用効果を奏する。
〔第４実施形態〕
【００６３】
図２０及び図２１に示すように、加工対象物１は、厚さ２００μｍのシリコンウェハ（半導体基板）１１と、複数の機能素子１５を含んでシリコンウェハ１１の表面に形成された機能素子層１６とを備えている。機能素子１５は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等であり、シリコンウェハ１１のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。
【００６４】
以上のように構成された加工対象物１を次のようにして機能素子１５毎に切断する。まず、加工対象物１の表面３（すなわち、機能素子層１６の表面）に保護テープを貼り付け、保護テープにより機能素子層１６を保護した状態で、レーザ加工装置の載置台上に、加工対象物１を保持した保護テープを固定する。続いて、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように切断予定ライン５を格子状に設定する。そして、加工対象物１の裏面２１（すなわち、シリコンウェハ１１の裏面）をレーザ光入射面として、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせて多光子吸収が生じる条件でレーザ光を照射することにより、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域をシリコンウェハ１１の内部に形成する。ここでは、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域を加工対象物１の厚さ方向に３列形成する。続いて、載置台上に固定された保護テープを加工対象物１と共に離隔させる。そして、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付けて、機能素子層１６の表面から保護テープを剥がした後、エキスパンドテープを拡張させて、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されることで得られた複数の半導体チップを互いに離間させる。
【００６５】
ここで、上述した溶融処理領域の形成について、より詳細に説明する。
【００６６】
まず、図２２（ａ）に示すように、加工対象物１の裏面２１からの距離が６８μｍの位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域（第１の改質領域）１３１をシリコンウェハ１１の内部に形成する。続いて、加工対象物１の裏面２１からの距離が１９５μｍの位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域（第２の改質領域）１３２をシリコンウェハ１１の内部に形成する。溶融処理領域１３１，１３２を形成する際のレーザ光の照射条件の具体例としては、レーザ光のエネルギーが０．６８Ｗであり、切断予定ライン５に沿ったレーザ光の集光点の移動速度が３５０ｍｍ／ｓである。なお、加工対象物１の裏面２１に至る割れが溶融処理領域１３１から発生する場合や、加工対象物１の表面３に至る割れが溶融処理領域１３２から発生する場合がある。
【００６７】
溶融処理領域１３１，１３２を形成した後、加工対象物１の裏面２１からの距離が１６０μｍの位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域（第３の改質領域）１３３をシリコンウェハ１１の内部に形成する。溶融処理領域１３３を形成する際のレーザ光の照射条件の具体例としては、レーザ光のエネルギーが０．６８Ｗであり、切断予定ライン５に沿ったレーザ光の集光点の移動速度が６００ｍｍ／ｓである。なお、溶融処理領域１３１，１３２，１３３には、クラックが混在する場合もある。
【００６８】
このとき、溶融処理領域１３３は、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面である裏面２１に近い溶融処理領域１３１側に偏倚するように形成される。これにより、初めのうちは、溶融処理領域１３３から、溶融処理領域１３１，１３２のうち溶融処理領域１３３に近い溶融処理領域１３１に割れ２４が進行し、やがて、図２２（ｂ）に示すように、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面である裏面２１から遠い溶融処理領域１３２から、レーザ光入射面である裏面２１に近い溶融処理領域１３１に割れ２４が進行するようになる。
【００６９】
このように、溶融処理領域１３３の形成によって、溶融処理領域１３１，１３２間に渡る割れ２４が発生するのは、図２３に示すように、加工対象物１の厚さ方向に並ぶ溶融処理領域１３１，１３２を形成することで、加工対象物１における溶融処理領域１３１，１３２間の部分に、切断予定ライン５の両側に向かって引張応力が生じることに起因している。つまり、この引張応力の存在によって、加工対象物１における溶融処理領域１３１，１３２間の部分に形成された溶融処理領域１３３が切っ掛けとなり、溶融処理領域１３１，１３２間に渡る割れ２４が発生するのである。
【００７０】
なお、図２２（ｂ）に示すように、助走距離Ｄ（すなわち、溶融処理領域１３２から溶融処理領域１３１に割れ２４が進行するようになるまでに要する切断予定ライン５に沿った距離）通過後は、加工対象物１の厚さ方向における溶融処理領域１３３の長さが溶融処理領域１３１，１３２より短くなる。これは、溶融処理領域１３３が形成されるのに先んじて、溶融処理領域１３１，１３２間に渡る割れ２４が発生するため、溶融処理領域１３３を形成する際に集光点におけるレーザ光の吸収の度合いが低下するからである。ちなみに、上記レーザ光の照射条件を適用した場合、助走距離Ｄは１００μｍ程度である。
【００７１】
また、溶融処理領域１３３は、切断予定ライン５の略全体に沿って形成される場合もあるし、切断予定ライン５のところどころに形成されるだけの場合もある。後者のように、レーザ光を照射したにも関わらず溶融処理領域１３３が形成されない箇所が現れるのは、割れによりレーザ光の吸収の度合いが低下することにより溶融処理領域１３３を形成するための加工エネルギーに到達しないためである。このような理由により、加工対象物１の一端部分のみに溶融処理領域１３３が形成されることもある。
【００７２】
ただし、レーザ光の集光点は、次の理由により、加工対象物１の切断予定ライン５の一端から他端まで移動することが好ましい。すなわち、割れが切断予定ライン５の略全体に沿って形成されることが望ましいが、前述したように溶融処理領域１３３が形成されない箇所が現れる等の理由で、一旦割れが発生しない箇所が生じる場合もある。そこで、レーザ光を切断予定ライン５の全てに渡って照射することにより、切断予定ライン５の部分部分で割れを発生させることができ、加工対象物１の高精度な切断が可能となる。
【００７３】
以上のように、溶融処理領域１３１が加工対象物１の裏面２１近傍に形成され、且つ溶融処理領域１３２が加工対象物１の表面３近傍に形成されるため、２００μｍ以上というように加工対象物１の厚さが比較的厚い場合であっても、１本の切断予定ライン５に対して形成すべき溶融処理領域１３の列数を増加させることなく、加工対象物１において切断予定ライン５に沿った部分の略全体に割れ２４を形成することが可能となる。従って、加工対象物１の厚さが比較的厚い場合であっても、加工対象物１に溶融処理領域１３を形成する時間を短縮化することができ、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能となる。
【００７４】
しかも、溶融処理領域１３３は、溶融処理領域１３１，１３２間に渡る割れ２４を発生させるための切っ掛けに過ぎないため、溶融処理領域１３１，１３２を形成する際における切断予定ライン５に沿ったレーザ光の集光点の移動速度よりも、溶融処理領域１３３を形成する際における切断予定ライン５に沿ったレーザ光の集光点の移動速度を速くすることができる。
【００７５】
また、溶融処理領域１３３は、図２４（ａ）に示すように、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面である裏面２１に近い溶融処理領域１３１側に偏倚するように形成される。これにより、図２４（ｂ）に示すように、溶融処理領域１３３が溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面である裏面２１から遠い溶融処理領域１３２側に偏倚するように形成される場合に比べ、短い助走距離Ｄで溶融処理領域１３２から溶融処理領域１３１に割れを進行させることができる。このように、助走距離Ｄが短くなると、助走距離Ｄが長い場合に比べ、小さな外力で切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断することが可能となる。なお、図２４（ａ），（ｂ）においては、図２２（ａ），（ｂ）の場合とは逆に、切断予定ライン５に沿って右から左にレーザ光の集光点を移動させている。
【００７６】
図２５は、上述した本実施形態のレーザ加工方法の使用により得られた半導体チップ（チップ）２５の側面図である。半導体チップ２５は矩形薄板状であり、その厚さ方向に略平行な側面２５ａには、半導体チップ２５の厚さ方向に並ぶ溶融処理領域１３１，１３２、及び溶融処理領域１３１，１３２間に位置する溶融処理領域１３３が形成されている。半導体チップ２５の厚さ方向における溶融処理領域１３３の長さは、上述したように、溶融処理領域１３１，１３２より短くなっている。具体的には、上記レーザ光の照射条件を適用した場合、半導体チップ２５の厚さ方向において、溶融処理領域１３１の長さが２０〜２５μｍであり、溶融処理領域１３２の長さが２５〜３０μｍであるのに対し、溶融処
理領域１３３の長さは１５〜２０μｍである。
【００７７】
更に、半導体チップ２５の側面２５ａには、溶融処理領域１３１，１３２間に渡るウォルナーライン２６が形成されている。ウォルナーライン２６は、図２２（ａ），（ｂ）に示すように割れ２４が進行する際に、その進行方向に略垂直な方向に延在するため、半導体チップ２５の厚さ方向に対して斜めに延在することになる（図２４（ａ），（ｂ）参照）。
【００７８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、加工対象物として、その表面が（１１１）面であるシリコンウェハ１１を備えた加工対象物１を用いているが、厚さ方向に異なる方向に劈開面を有するシリコンウェハを備えたものでもよく、厚さ方向劈開面を有するシリコンウェハを備えたものでもよい。
【００８０】
また、シリコンウェハ１１でなくとも、例えば、ガリウム砒素等の半導体化合物材料、圧電材料、サファイヤ等の結晶性を有する材料でもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、レーザ光の照射条件は、パルスピッチ幅や出力等により限定されるものではなく様々な照射条件とすることができる。例えば、レーザ光の照射条件は、レーザ光のパルスピッチを狭くする、出力を上げる、又はこれらを組み合わせる等の割れが比較的延び難い条件でもよく、この場合には、割れの成長を抑制することができる。
【００８２】
また、上記実施形態では、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面に近い溶融処理領域１３１を形成した後に、レーザ光入射面から遠い溶融処理領域１３２を形成したが、溶融処理領域１３１，１３２の形成順序は逆であってもよいし、或いは同時であってもよい。
【００８３】
また、図２６に示すように、溶融処理領域１３１，１３２間に位置する溶融処理領域１３３を複数列（ここでは２列）形成してもよい。これにより、図２２（ｂ）に示す状態において割れ２４が発生しなかった領域Ｒに、割れの起点となる溶融処理領域１３３を補完することができ、より一層小さな外力で切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断することが可能となる。
【００８４】
また、２５０μｍ以上というように加工対象物１の厚さがより一層厚い場合には、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面に近い溶融処理領域１３１を複数列（例えば２列）形成したり、レーザ光入射面から遠い溶融処理領域１３２を複数列（例えば２列）形成したりしてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、半導体材料からなるウェハの内部に溶融処理領域を形成したが、ガラスや圧電材料等、他の材料からなるウェハの内部に、クラック領域や屈折率変化領域等、他の改質領域を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。
【図２】図１に示す加工対象物のII−II線に沿った断面図である。
【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線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す加工対象物のV−V線に沿った断面図である。
【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。
【図８】本実施形態に係るレーザ加工方法の第１工程における加工対象物の断面図である。
【図９】本実施形態に係るレーザ加工方法の第２工程における加工対象物の断面図である。
【図１０】本実施形態に係るレーザ加工方法の第３工程における加工対象物の断面図である。
【図１１】本実施形態に係るレーザ加工方法の第４工程における加工対象物の断面図である。
【図１２】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表す図である。
【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】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法の対象となる加工対象物を示す正面図である。
【図１５】図１４中のXV−XV線に沿った部分断面図である。
【図１６】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図１４中のXVI−XVI線に沿った部分断面図である。
【図１７】図１６に示すレーザ加工方法の続きを説明するための図である。
【図１８】（ａ）は従来のレーザ加工方法による加工対象物の切断面を示す図であり、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法による加工対象物の切断面を示す図である。
【図１９】（ａ）は本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法による加工対象物の切断面を示す図であり、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工方法による加工対象物の切断面を示す図である。
【図２０】本発明の第４実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物の平面図である。
【図２１】図２０に示すXXI−XXI線に沿っての部分断面図である。
【図２２】図２０に示すXXII−XXII線に沿っての部分断面図である。
【図２３】図２０に示すXXI−XXI線に沿っての部分断面図である。
【図２４】図２０に示すXXII−XXII線に沿っての部分断面の写真を表した図である。
【図２５】本実施形態のレーザ加工方法の使用により得られた半導体チップの側面図である。
【図２６】図２０に示すXXII−XXII線に沿っての部分断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１…加工対象物、３…表面（レーザ光入射面）、５…切断予定ライン、１１…シリコンウェハ（半導体基板）、１３１…溶融処理領域（第１の改質領域）、１３２…溶融処理領域（第２の改質領域）、１３３…溶融処理領域（第３の改質領域）、２１…裏面（レーザ光入射面）、２４…割れ、２５…半導体チップ（チップ）、２５ａ…側面、２６…ウォルナーライン。Ｌ…レーザ光、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４…改質領域、Ｐ…集光点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するためのレーザ加工方法及びチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工方法として、板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により、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に複数列形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４３００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなレーザ加工方法では、例えば加工対象物の厚さや劈開性等によって、加工対象物を精度よく切断することができないおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、切断予定ラインに沿った加工対象物の高精度な切断が可能となるレーザ加工方法、及びそのようなレーザ加工方法の使用により得られるチップを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、板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により、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、切断予定ラインに沿って、加工対象物の厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域を形成する工程と、切断予定ラインに沿って、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
ここで、第１の改質領域及び第２の改質領域を形成する工程においては、切断予定ラインに沿って、第１の改質領域を形成し、第１の改質領域を形成した後に、切断予定ラインに沿って、第１の改質領域と加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面との間に位置する第２の改質領域を形成することが好ましい。このように、切断予定ラインに沿って、加工対象物の内部に第１の改質領域を形成し、第１の改質領域とレーザ光入射面との間に位置する第２の改質領域を形成し、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成することにより、第１の改質領域、第３の改質領域、第２の改質領域をこの順で加工対象物の内部に形成する場合（すなわち、レーザ光入射面の反対側からレーザ光入射面側に順次に改質領域を形成する場合）に比し、加工対象物を切断した際に、切断面のレーザ光入射面側の端部が切断予定ラインから大きく外れるのを防止することができる。その理由は、例えば、加工対象物がその厚さ方向に平行であり且つ切断予定ラインを含む面に対して傾斜する方向に劈開面を有する場合において、第１の改質領域、第３の改質領域、第２の改質領域をこの順で加工対象物の内部に形成すると、第２の改質領域を形成した際に、既成の第３の改質領域から劈開面に沿った方向に割れが大きく延び、当該割れが切断予定ラインから大きく外れてレーザ光入射面に達してしまうことがあるためである。
【０００７】
また、第３の改質領域を形成した後に、切断予定ラインに沿って、第２の改質領域と第３の改質領域との間に位置する第４の改質領域を形成する工程を含むことが好ましい。
【０００８】
これにより、第１の改質領域、第２の改質領域、第４の改質領域、第３の改質領域をこの順で加工対象物の内部に形成する場合に比し、加工対象物を切断した際に、切断面が凸凹状になるのを防止することができる。その理由は、第１の改質領域、第２の改質領域、第４の改質領域、第３の改質領域をこの順で加工対象物の内部に形成すると、第３の改質領域を形成する際に、第３の改質領域とレーザ光入射面との間に存在する第４の改質領域によりレーザ光の散乱や吸収等が起こって第３の改質領域がうまく形成されず、よって、亀裂自体が形成されなかったり、第３の改質領域から延びる割れと当該第３の改質領域に隣接する改質領域から延びる割れとが連結しなかったり等があるためである。
【０００９】
また、第３の改質領域を形成する工程においては、少なくとも第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡る割れを発生させることが好ましい。この場合、加工対象物の厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域を形成することにより、加工対象物における第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分に、切断予定ラインの両側に向かって引張応力が生じることになる。そのため、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成すると、その第３の改質領域が切っ掛けとなって、少なくとも第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡る割れを発生させることができる。従って、例えば、第１の改質領域を加工対象物の一方の面近傍に形成し、且つ第２の改質領域を加工対象物の他方の面近傍に形成すれば、加工対象物の厚さが比較的厚い場合であっても、１本の切断予定ラインに対して形成すべき改質領域の列数を増加させることなく、加工対象物において切断予定ラインに沿った部分の略全体に割れを形成することが可能となる。以上により、板状の加工対象物の厚さが比較的厚い場合であっても、このレーザ加工方法によれば、加工対象物に改質領域を形成する時間を短縮化することができ、しかも、このレーザ加工方法は、切断予定ラインに沿った加工対象物の高精度な切断を可能にする。
【００１０】
なお、各改質領域は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物の内部において多光子吸収その他の光吸収を生じさせることで形成される。
【００１１】
本発明に係るレーザ加工方法においては、第３の改質領域は、切断予定ラインの略全体に沿って形成されてもよいし、切断予定ラインの一端部分に沿って形成されてもよい。上述したように、加工対象物における第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分には、切断予定ラインの両側に向かって引張応力が生じているため、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を少しでも形成しただけで、第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分の略全体に割れが進行する場合がある。従って、第３の改質領域を切断予定ラインの略全体に沿って形成すれば、何らかの原因で割れの進行が止まるのを防止して、第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分の略全体に確実に割れを形成することができる。一方、第３の改質領域を切断予定ラインの一端部分に沿って形成すれば、加工対象物に改質領域を形成する時間をより一層短縮化しつつ、第１の改質領域と第２の改質領域との間の部分の略全体に割れを形成することができる。
【００１２】
本発明に係るレーザ加工方法においては、第３の改質領域は、第１の改質領域及び第２の改質領域のうち、加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面に近い一方の改質領域側に偏倚するように形成されることが好ましい。第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成すると、初めのうちは、第３の改質領域から、第１の改質領域及び第２の改質領域のうち第３の改質領域に近い改質領域に割れが進行するが、やがて、第１の改質領域及び第２の改質領域のうちレーザ光入射面から遠い他方の改質領域から、レーザ光入射面に近い一方の改質領域に割れが進行するようになる（以下、他方の改質領域から一方の改質領域に割れが進行するようになるまでに要する切断予定ラインに沿った距離を「助走距離」という。）。ここで、第１の改質領域及び第２の改質領域のうちレーザ光入射面に近い一方の改質領域側に偏倚するように第３の改質領域を形成すると、比較的短い助走距離で、レーザ光入射面から遠い他方の改質領域から、レーザ光入射面に近い一方の改質領域に割れを進行させることができる。このように、助走距離が短くなると、比較的小さな外力で、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断することが可能となる。
【００１３】
また、加工対象物が半導体基板を備え、改質領域が溶融処理領域を含む場合がある。
【００１４】
また、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物を切断する工程を含むことが好ましい。これにより、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。
【００１５】
また、本発明に係るチップは、厚さ方向に略平行な側面を有するチップであって、側面には、厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域と、第１の改質領域と第２の改質領域との間に位置し、厚さ方向の長さが第１の改質領域及び第２の改質領域より短い第３の改質領域と、少なくとも第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡り、前記厚さ方向に対して斜めに延在するウォルナーラインと、が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
このチップは、上述した本発明に係るレーザ加工方法の使用により得られる。ここで、厚さ方向における第３の改質領域の長さが第１の改質領域及び第２の改質領域より短くなるのは、第３の改質領域が形成されるのに先んじて、第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡る割れが発生するため、第３の改質領域を形成する際に集光点におけるレーザ光の吸収の度合いが低下するからである。また、ウォルナーラインが厚さ方向に対して斜めに延在するのは、第１の改質領域と第２の改質領域との間に渡る割れが厚さ方向に対して斜めに進行するからである。
【００１７】
なお、ウォルナーラインは、割れが進行する際に、その進行方向に略垂直な方向に延在するように形成される。
【００１８】
また、本発明に係るチップにおいては、機能素子をさらに備え、改質領域は、半導体材料に形成された溶融処理領域を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、切断予定ラインに沿った加工対象物の高精度な切断が可能となる。
【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加工方法について説明する。
【００２１】
材料の吸収のバンドギャップＥＧよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥＧである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞ＥＧの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ２）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、ウェハ状（板状）の加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５がある。切断予定ライン５は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図２に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する。なお、集光点Ｐとは、レーザ光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においては、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。
【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く、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を起点とした加工対象物１の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域８形成後、加工対象物１に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１が割れ、加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物１の切断起点領域８に沿って加工対象物１に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物１に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点領域８を形成することにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが小さい場合には、１列の改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となり、加工対象物１の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域８が形成されていない部位に対応する部分の表面３上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域８を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物１の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
【００２７】
さて、本実施形態に係るレーザ加工方法において、改質領域としては、次の（１）〜（３）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
【００２９】
加工対象物（例えばガラスやＬｉＴａＯ３からなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第４５回レーザ熱加工研究会論文集（１９９８年．１２月）の第２３頁〜第２８頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
【００３０】
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。
（Ａ）加工対象物：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７００μｍ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０−８ｃｍ２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：出力＜１ｍＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００３１】
なお、レーザ光品質がＴＥＭ００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１０１１（Ｗ／ｃｍ２）程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
【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１１を参照して説明する。図８に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域９を形成する。クラック領域９は１つ又は複数のクラックを含む領域である。このように形成されたクラック領域９が切断起点領域となる。図９に示すように、クラック領域９を起点として（すなわち、切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し、図１０に示すように、クラックが加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達し、図１１に示すように、加工対象物１が割れることにより加工対象物１が切断される。加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物１に力が印加されることにより成長する場合もある。
【００３４】
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
【００３５】
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１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００３６】
本発明者は、シリコンウェハ（半導体基板）の内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。
（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０−８ｃｍ２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００３７】
図１２は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。
【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５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍ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５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０％以上透過することが分かる。図１２に示すシリコンウェハ１１の厚さは３５０μｍであるので、多光子吸収による溶融処理領域１３はシリコンウェハ１１の中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光がシリコンウェハ１１の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【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かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図１２のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。ちなみに、溶融処理領域の形成は多光子吸収が原因の場合のみでなく、他の吸収作用が原因の場合もある。
【００４１】
（３）改質領域が屈折率変化領域の場合
【００４２】
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１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ以下が好ましく、１ｐｓ以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第４２回レーザ熱加工研究会論文集（１９９７年．１１月）の第１０５頁〜第１１１頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
【００４３】
以上、改質領域として（１）〜（３）の場合を説明したが、ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く加工対象物を切断することが可能になる。
【００４４】
すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
【００４５】
なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
【００４６】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
【００４７】
図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、シリコンウェハ１１と、複数の機能素子１５を含んでシリコンウェハ１１の表面１１ａに形成された機能素子層１６とを備えている。シリコンウェハ１１は、その厚さ方向ｔと異なる方向に割れが延び易い結晶方位を有するものである。具体的には、シリコンウェハ１１は、その厚さ方向に平行であり且つ後述の切断予定ライン５を含む面に対して傾斜する方向に沿った劈開面を有する結晶構造体であり、この劈開面に沿った方向に割れが延び易いものである。ここでは、シリコンウェハ１１は、その表面１１ａを（１１１）面としている。
【００４８】
機能素子１５は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、又は回路として形成された回路素子等であり、シリコンウェハ１１のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。このような加工対象物１は、隣り合う機能素子間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５（図１４の破線参照）に沿ってレーザ加工により切断され、微小チップであるディスクリートデバイス等となるものである。
【００４９】
この加工対象物１を切断する場合、まず、加工対象物１の裏面２１に、例えばエキスパンドテープを貼り付ける。続いて、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面として、当該レーザ光入射面１１ａからシリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、各切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域を形成する。そして、エキスパンドテープを拡張させる。これにより、改質領域を切断の起点として、加工対象物１が切断予定ライン５に沿って機能素子１５毎に精度良く切断され、複数の半導体チップが互いに離間することになる。なお、改質領域は、溶融処理領域の他に、クラック領域等を含む場合がある。
【００５０】
ここで、上述した改質領域の形成についてより詳細に説明する。
【００５１】
まず、図１６（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部に改質領域Ｍ１を一列形成する。ここでは、改質領域Ｍ１は、シリコンウェハ１１の内部の裏面２１近傍に位置している。
【００５２】
続いて、図１６（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ１とレーザ光入射面３との間に位置する改質領域Ｍ２を一列形成する。ここでは、改質領域Ｍ２は、シリコンウェハ１１の内部の表面３近傍に位置している。
【００５３】
続いて、図１７（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ１と改質領域Ｍ２との間に位置する改質領域Ｍ３を一列形成する。ここでは、改質領域Ｍ３は、シリコンウェハ１１の内部であって、改質領域Ｍ１と改質領域Ｍ２との間の裏面２１側に位置している。
【００５４】
続いて、図１７（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光を加工対象物１に照射し、切断予定ライン５に沿って集光点を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ２と改質領域Ｍ３との間に位置する改質領域Ｍ４を一列形成する。ここでは、改質領域Ｍ４は、シリコンウェハ１１の内部であって、改質領域Ｍ２と改質領域Ｍ３との間に位置している。
【００５５】
ところで、従来のレーザ加工方法では、加工対象物１においてレーザ光が入射する表面３とレーザ光の集光点との間に位置する改質領域によるレーザ光の散乱や吸収等を防止するため、裏面２１側から表面３側に順次に改質領域を加工対象物１の内部に複数列形成すること、すなわち、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ３、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ２をこの順で加工対象物１の内部に形成することが一般的であった。しかしながら、この場合、加工対象物１を切断した際に、切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から大きく外れてしまい、この端部がスカート状に欠ける又はスカート状に突出することがあった（図１８（ａ）参照）。
【００５６】
そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、加工対象物１を切断した際に切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から大きく外れてしまうことが以下の現象に起因することを見出した。すなわち、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ３、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ２をこの順で加工対象物１の内部に複数列形成すると、改質領域Ｍ２を形成した際に、この改質領域Ｍ２に隣接する既成の改質領域Ｍ４からシリコンウェハ１１の劈開面に沿った方向に割れが発生したり、改質領域Ｍ４から延びる割れが劈開面に沿った方向に大きく成長したりして、当該割れが切断予定ライン５から大きく外れて表面３に達してしまうことがある。さらに、このように改質領域を裏面２１側から表面３側に順次に複数列形成すると、改質領域Ｍ２を形成した際に、既成の改質領域Ｍ３からシリコンウェハ１１の劈開面に沿った方向に割れが発生したり、改質領域Ｍ３から延びる割れが劈開面に沿った方向に大きく成長したりして、当該割れが切断予定ライン５から大きく外れて表面３に達してしまったりすることもある。よって、加工対象物１を切断した際に切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から大きく外れてしまうのである。
【００５７】
本発明者らは、上記知見に基づいてさらに検討を重ね、上述のように、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部に改質領域Ｍ１を形成し、改質領域Ｍ１と加工対象物１の表面３との間に位置する改質領域Ｍ２を形成し、改質領域Ｍ１と改質領域Ｍ２との間に位置する改質領域Ｍ３を形成している。換言すると、加工対象物１の内部において、表面３から深い位置、浅い位置の順に改質領域を形成した後、これらの改質領域の間の中間位置に改質領域を形成している。
【００５８】
これにより、上記の現象、すなわち、割れが切断予定ライン５から大きく外れて加工対象物１の表面３に達してしまうという現象を抑制することができ、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ３、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ２をこの順で加工対象物１の内部に複数列形成する場合に比し、加工対象物１を切断した際、切断面の表面３側の端部が切断予定ライン５から大きく外れるのを防止することが可能となる。その結果、図１８（ｂ）に示すように、加工対象物がその厚さ方向に平行であり且つ切断予定ラインを含む面に対して傾斜する方向に沿った劈開面を有する結晶構造体であっても、切断面の表面側がスカート状に突出することを抑止し、切断面の端面品質を向上させることができる。
【００５９】
一方、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ２、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ３をこの順で加工対象物１の内部に形成する場合、加工対象物１を切断した際に切断面が凸凹状になることがある。なぜならば、この場合においては、改質領域Ｍ３を形成するとき、形成する改質領域Ｍ３と表面３との間に存在する改質領域Ｍ４でレーザ光が散乱や吸収等して改質領域Ｍ３がうまく形成されず、よって、亀裂自体が形成されなかったり、改質領域Ｍ３から延びる割れと、当該改質領域Ｍ３に隣接する改質領域Ｍ１，Ｍ４から延びる割れとが連結しなかったり等があるからである。
【００６０】
しかしながら、本実施形態のレーザ加工方法であっては、上述のように、改質領域Ｍ３を形成した後、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部において改質領域Ｍ２と改質領域Ｍ３との間に位置する改質領域Ｍ４を形成しているため、改質領域Ｍ１、改質領域Ｍ２、改質領域Ｍ４、改質領域Ｍ３をこの順で加工対象物１の内部に複数列形成する場合に比し、改質領域Ｍ３から延びる割れと隣接する改質領域Ｍ１，Ｍ４から延びる割れとを確実に連結することができ、加工対象物１を切断した際に切断面が凸凹状になるのを防止することができる。その結果、加工対象物がその厚さ方向に平行であり且つ切断予定ラインを含む面に対して傾斜する方向に沿った劈開面を有する結晶構造体であっても、加工対象物を切断予定ラインに沿ってその厚さ方向に比較的真っ直ぐに切断することが可能となり、切断面の端面品質をより向上することができる。
〔第２実施形態〕
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。この第２実施形態に係るレーザ加工方法が、図１６及び図１７に示した第１実施形態に係るレーザ加工方法と違う点は、改質領域Ｍ４を形成しない点である。具体的には、第２実施形態に係るレーザ加工方法では、切断予定ラインに沿って、加工対象物の内部に、レーザ光入射面から深い位置に改質領域を形成し、レーザ光入射面から浅い位置に改質領域を形成し、これらの間に改質領域が形成して切断する。この場合においても、図１９（ａ）に示すように、加工対象物を切断した際に、切断面のレーザ光入射面側の端部が切断予定ラインから大きく外れることを防止するという上記と同様の作用効果を奏する。
〔第３実施形態〕
【００６２】
次に、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。この第３実施形態に係るレーザ加工方法が、図１６及び図１７に示した第１実施形態に係るレーザ加工方法と違う点は、改質領域Ｍ１を形成する前に、レーザ光入射面の反対側からレーザ光入射面側に順次に改質領域を複数形成した点である。具体的には、第３実施形態に係るレーザ加工方法では、例えば厚さ２５０μｍの加工対象物を用い、切断予定ラインに沿って、加工対象物の内部に、レーザ光入射面を厚さ方向の基準（０μｍの位置）として６７μｍの位置から２３μｍの位置まで１１列の改質領域を順次に複数列形成し、７μｍの位置に１２列目の改質領域を形成し、１３．５μｍの位置に１３列目の改質領域を形成し、１０μｍの位置に１４列目の改質領域を形成して切断する。この場合においても、図１９（ｂ）に示すように、加工対象物を切断した際に、切断面のレーザ光入射面側の端部が切断予定ラインから大きく外れること及び切断面が凸凹状になることを防止するという上記と同様の作用効果を奏する。
〔第４実施形態〕
【００６３】
図２０及び図２１に示すように、加工対象物１は、厚さ２００μｍのシリコンウェハ（半導体基板）１１と、複数の機能素子１５を含んでシリコンウェハ１１の表面に形成された機能素子層１６とを備えている。機能素子１５は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等であり、シリコンウェハ１１のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。
【００６４】
以上のように構成された加工対象物１を次のようにして機能素子１５毎に切断する。まず、加工対象物１の表面３（すなわち、機能素子層１６の表面）に保護テープを貼り付け、保護テープにより機能素子層１６を保護した状態で、レーザ加工装置の載置台上に、加工対象物１を保持した保護テープを固定する。続いて、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように切断予定ライン５を格子状に設定する。そして、加工対象物１の裏面２１（すなわち、シリコンウェハ１１の裏面）をレーザ光入射面として、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせて多光子吸収が生じる条件でレーザ光を照射することにより、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域をシリコンウェハ１１の内部に形成する。ここでは、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域を加工対象物１の厚さ方向に３列形成する。続いて、載置台上に固定された保護テープを加工対象物１と共に離隔させる。そして、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付けて、機能素子層１６の表面から保護テープを剥がした後、エキスパンドテープを拡張させて、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されることで得られた複数の半導体チップを互いに離間させる。
【００６５】
ここで、上述した溶融処理領域の形成について、より詳細に説明する。
【００６６】
まず、図２２（ａ）に示すように、加工対象物１の裏面２１からの距離が６８μｍの位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域（第１の改質領域）１３１をシリコンウェハ１１の内部に形成する。続いて、加工対象物１の裏面２１からの距離が１９５μｍの位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域（第２の改質領域）１３２をシリコンウェハ１１の内部に形成する。溶融処理領域１３１，１３２を形成する際のレーザ光の照射条件の具体例としては、レーザ光のエネルギーが０．６８Ｗであり、切断予定ライン５に沿ったレーザ光の集光点の移動速度が３５０ｍｍ／ｓである。なお、加工対象物１の裏面２１に至る割れが溶融処理領域１３１から発生する場合や、加工対象物１の表面３に至る割れが溶融処理領域１３２から発生する場合がある。
【００６７】
溶融処理領域１３１，１３２を形成した後、加工対象物１の裏面２１からの距離が１６０μｍの位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、各切断予定ライン５に沿って溶融処理領域（第３の改質領域）１３３をシリコンウェハ１１の内部に形成する。溶融処理領域１３３を形成する際のレーザ光の照射条件の具体例としては、レーザ光のエネルギーが０．６８Ｗであり、切断予定ライン５に沿ったレーザ光の集光点の移動速度が６００ｍｍ／ｓである。なお、溶融処理領域１３１，１３２，１３３には、クラックが混在する場合もある。
【００６８】
このとき、溶融処理領域１３３は、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面である裏面２１に近い溶融処理領域１３１側に偏倚するように形成される。これにより、初めのうちは、溶融処理領域１３３から、溶融処理領域１３１，１３２のうち溶融処理領域１３３に近い溶融処理領域１３１に割れ２４が進行し、やがて、図２２（ｂ）に示すように、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面である裏面２１から遠い溶融処理領域１３２から、レーザ光入射面である裏面２１に近い溶融処理領域１３１に割れ２４が進行するようになる。
【００６９】
このように、溶融処理領域１３３の形成によって、溶融処理領域１３１，１３２間に渡る割れ２４が発生するのは、図２３に示すように、加工対象物１の厚さ方向に並ぶ溶融処理領域１３１，１３２を形成することで、加工対象物１における溶融処理領域１３１，１３２間の部分に、切断予定ライン５の両側に向かって引張応力が生じることに起因している。つまり、この引張応力の存在によって、加工対象物１における溶融処理領域１３１，１３２間の部分に形成された溶融処理領域１３３が切っ掛けとなり、溶融処理領域１３１，１３２間に渡る割れ２４が発生するのである。
【００７０】
なお、図２２（ｂ）に示すように、助走距離Ｄ（すなわち、溶融処理領域１３２から溶融処理領域１３１に割れ２４が進行するようになるまでに要する切断予定ライン５に沿った距離）通過後は、加工対象物１の厚さ方向における溶融処理領域１３３の長さが溶融処理領域１３１，１３２より短くなる。これは、溶融処理領域１３３が形成されるのに先んじて、溶融処理領域１３１，１３２間に渡る割れ２４が発生するため、溶融処理領域１３３を形成する際に集光点におけるレーザ光の吸収の度合いが低下するからである。ちなみに、上記レーザ光の照射条件を適用した場合、助走距離Ｄは１００μｍ程度である。
【００７１】
また、溶融処理領域１３３は、切断予定ライン５の略全体に沿って形成される場合もあるし、切断予定ライン５のところどころに形成されるだけの場合もある。後者のように、レーザ光を照射したにも関わらず溶融処理領域１３３が形成されない箇所が現れるのは、割れによりレーザ光の吸収の度合いが低下することにより溶融処理領域１３３を形成するための加工エネルギーに到達しないためである。このような理由により、加工対象物１の一端部分のみに溶融処理領域１３３が形成されることもある。
【００７２】
ただし、レーザ光の集光点は、次の理由により、加工対象物１の切断予定ライン５の一端から他端まで移動することが好ましい。すなわち、割れが切断予定ライン５の略全体に沿って形成されることが望ましいが、前述したように溶融処理領域１３３が形成されない箇所が現れる等の理由で、一旦割れが発生しない箇所が生じる場合もある。そこで、レーザ光を切断予定ライン５の全てに渡って照射することにより、切断予定ライン５の部分部分で割れを発生させることができ、加工対象物１の高精度な切断が可能となる。
【００７３】
以上のように、溶融処理領域１３１が加工対象物１の裏面２１近傍に形成され、且つ溶融処理領域１３２が加工対象物１の表面３近傍に形成されるため、２００μｍ以上というように加工対象物１の厚さが比較的厚い場合であっても、１本の切断予定ライン５に対して形成すべき溶融処理領域１３の列数を増加させることなく、加工対象物１において切断予定ライン５に沿った部分の略全体に割れ２４を形成することが可能となる。従って、加工対象物１の厚さが比較的厚い場合であっても、加工対象物１に溶融処理領域１３を形成する時間を短縮化することができ、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能となる。
【００７４】
しかも、溶融処理領域１３３は、溶融処理領域１３１，１３２間に渡る割れ２４を発生させるための切っ掛けに過ぎないため、溶融処理領域１３１，１３２を形成する際における切断予定ライン５に沿ったレーザ光の集光点の移動速度よりも、溶融処理領域１３３を形成する際における切断予定ライン５に沿ったレーザ光の集光点の移動速度を速くすることができる。
【００７５】
また、溶融処理領域１３３は、図２４（ａ）に示すように、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面である裏面２１に近い溶融処理領域１３１側に偏倚するように形成される。これにより、図２４（ｂ）に示すように、溶融処理領域１３３が溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面である裏面２１から遠い溶融処理領域１３２側に偏倚するように形成される場合に比べ、短い助走距離Ｄで溶融処理領域１３２から溶融処理領域１３１に割れを進行させることができる。このように、助走距離Ｄが短くなると、助走距離Ｄが長い場合に比べ、小さな外力で切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断することが可能となる。なお、図２４（ａ），（ｂ）においては、図２２（ａ），（ｂ）の場合とは逆に、切断予定ライン５に沿って右から左にレーザ光の集光点を移動させている。
【００７６】
図２５は、上述した本実施形態のレーザ加工方法の使用により得られた半導体チップ（チップ）２５の側面図である。半導体チップ２５は矩形薄板状であり、その厚さ方向に略平行な側面２５ａには、半導体チップ２５の厚さ方向に並ぶ溶融処理領域１３１，１３２、及び溶融処理領域１３１，１３２間に位置する溶融処理領域１３３が形成されている。半導体チップ２５の厚さ方向における溶融処理領域１３３の長さは、上述したように、溶融処理領域１３１，１３２より短くなっている。具体的には、上記レーザ光の照射条件を適用した場合、半導体チップ２５の厚さ方向において、溶融処理領域１３１の長さが２０〜２５μｍであり、溶融処理領域１３２の長さが２５〜３０μｍであるのに対し、溶融処
理領域１３３の長さは１５〜２０μｍである。
【００７７】
更に、半導体チップ２５の側面２５ａには、溶融処理領域１３１，１３２間に渡るウォルナーライン２６が形成されている。ウォルナーライン２６は、図２２（ａ），（ｂ）に示すように割れ２４が進行する際に、その進行方向に略垂直な方向に延在するため、半導体チップ２５の厚さ方向に対して斜めに延在することになる（図２４（ａ），（ｂ）参照）。
【００７８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、加工対象物として、その表面が（１１１）面であるシリコンウェハ１１を備えた加工対象物１を用いているが、厚さ方向に異なる方向に劈開面を有するシリコンウェハを備えたものでもよく、厚さ方向劈開面を有するシリコンウェハを備えたものでもよい。
【００８０】
また、シリコンウェハ１１でなくとも、例えば、ガリウム砒素等の半導体化合物材料、圧電材料、サファイヤ等の結晶性を有する材料でもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、レーザ光の照射条件は、パルスピッチ幅や出力等により限定されるものではなく様々な照射条件とすることができる。例えば、レーザ光の照射条件は、レーザ光のパルスピッチを狭くする、出力を上げる、又はこれらを組み合わせる等の割れが比較的延び難い条件でもよく、この場合には、割れの成長を抑制することができる。
【００８２】
また、上記実施形態では、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面に近い溶融処理領域１３１を形成した後に、レーザ光入射面から遠い溶融処理領域１３２を形成したが、溶融処理領域１３１，１３２の形成順序は逆であってもよいし、或いは同時であってもよい。
【００８３】
また、図２６に示すように、溶融処理領域１３１，１３２間に位置する溶融処理領域１３３を複数列（ここでは２列）形成してもよい。これにより、図２２（ｂ）に示す状態において割れ２４が発生しなかった領域Ｒに、割れの起点となる溶融処理領域１３３を補完することができ、より一層小さな外力で切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断することが可能となる。
【００８４】
また、２５０μｍ以上というように加工対象物１の厚さがより一層厚い場合には、溶融処理領域１３１，１３２のうちレーザ光入射面に近い溶融処理領域１３１を複数列（例えば２列）形成したり、レーザ光入射面から遠い溶融処理領域１３２を複数列（例えば２列）形成したりしてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、半導体材料からなるウェハの内部に溶融処理領域を形成したが、ガラスや圧電材料等、他の材料からなるウェハの内部に、クラック領域や屈折率変化領域等、他の改質領域を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。
【図２】図１に示す加工対象物のII−II線に沿った断面図である。
【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線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す加工対象物のV−V線に沿った断面図である。
【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。
【図８】本実施形態に係るレーザ加工方法の第１工程における加工対象物の断面図である。
【図９】本実施形態に係るレーザ加工方法の第２工程における加工対象物の断面図である。
【図１０】本実施形態に係るレーザ加工方法の第３工程における加工対象物の断面図である。
【図１１】本実施形態に係るレーザ加工方法の第４工程における加工対象物の断面図である。
【図１２】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表す図である。
【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】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法の対象となる加工対象物を示す正面図である。
【図１５】図１４中のXV−XV線に沿った部分断面図である。
【図１６】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図１４中のXVI−XVI線に沿った部分断面図である。
【図１７】図１６に示すレーザ加工方法の続きを説明するための図である。
【図１８】（ａ）は従来のレーザ加工方法による加工対象物の切断面を示す図であり、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法による加工対象物の切断面を示す図である。
【図１９】（ａ）は本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法による加工対象物の切断面を示す図であり、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工方法による加工対象物の切断面を示す図である。
【図２０】本発明の第４実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物の平面図である。
【図２１】図２０に示すXXI−XXI線に沿っての部分断面図である。
【図２２】図２０に示すXXII−XXII線に沿っての部分断面図である。
【図２３】図２０に示すXXI−XXI線に沿っての部分断面図である。
【図２４】図２０に示すXXII−XXII線に沿っての部分断面の写真を表した図である。
【図２５】本実施形態のレーザ加工方法の使用により得られた半導体チップの側面図である。
【図２６】図２０に示すXXII−XXII線に沿っての部分断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１…加工対象物、３…表面（レーザ光入射面）、５…切断予定ライン、１１…シリコンウェハ（半導体基板）、１３１…溶融処理領域（第１の改質領域）、１３２…溶融処理領域（第２の改質領域）、１３３…溶融処理領域（第３の改質領域）、２１…裏面（レーザ光入射面）、２４…割れ、２５…半導体チップ（チップ）、２５ａ…側面、２６…ウォルナーライン。Ｌ…レーザ光、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４…改質領域、Ｐ…集光点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板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により、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
前記切断予定ラインに沿って、前記加工対象物の厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域を形成する工程と、
前記切断予定ラインに沿って、前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成する工程と、を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１の改質領域及び第２の改質領域を形成する工程においては、
前記切断予定ラインに沿って、第１の改質領域を形成し、
前記第１の改質領域を形成した後に、前記切断予定ラインに沿って、前記第１の改質領域と前記加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面との間に位置する第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。
【請求項３】
前記第３の改質領域を形成した後に、前記切断予定ラインに沿って、前記第２の改質領域と前記第３の改質領域との間に位置する第４の改質領域を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記第３の改質領域を形成する工程においては、
少なくとも前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に渡る割れを発生させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記第３の改質領域は、前記切断予定ラインの略全体に沿って形成されることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記第３の改質領域は、前記切断予定ラインの一端部分に沿って形成されることを特徴とする請求項４又は５記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記第３の改質領域は、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域のうち、前記加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面に近い一方の改質領域側に偏倚するように形成されることを特徴とする請求項４〜６の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記加工対象物は半導体基板を備え、前記改質領域は溶融処理領域を含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する工程を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
厚さ方向に略平行な側面を有するチップであって、
前記側面には、
前記厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域と、
前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に位置し、前記厚さ方向の長さが前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域より短い第３の改質領域と、
少なくとも前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に渡り、前記厚さ方向に対して斜めに延在するウォルナーラインと、が形成されていることを特徴とするチップ。
【請求項１１】
機能素子をさらに備え、前記改質領域は、半導体材料に形成された溶融処理領域を含むことを特徴とする請求項１０記載のチップ。
【請求項１】
板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により、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
前記切断予定ラインに沿って、前記加工対象物の厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域を形成する工程と、
前記切断予定ラインに沿って、前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に位置する第３の改質領域を形成する工程と、を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１の改質領域及び第２の改質領域を形成する工程においては、
前記切断予定ラインに沿って、第１の改質領域を形成し、
前記第１の改質領域を形成した後に、前記切断予定ラインに沿って、前記第１の改質領域と前記加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面との間に位置する第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。
【請求項３】
前記第３の改質領域を形成した後に、前記切断予定ラインに沿って、前記第２の改質領域と前記第３の改質領域との間に位置する第４の改質領域を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記第３の改質領域を形成する工程においては、
少なくとも前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に渡る割れを発生させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記第３の改質領域は、前記切断予定ラインの略全体に沿って形成されることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記第３の改質領域は、前記切断予定ラインの一端部分に沿って形成されることを特徴とする請求項４又は５記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記第３の改質領域は、前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域のうち、前記加工対象物においてレーザ光が入射するレーザ光入射面に近い一方の改質領域側に偏倚するように形成されることを特徴とする請求項４〜６の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記加工対象物は半導体基板を備え、前記改質領域は溶融処理領域を含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する工程を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
厚さ方向に略平行な側面を有するチップであって、
前記側面には、
前記厚さ方向に並ぶ第１の改質領域及び第２の改質領域と、
前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に位置し、前記厚さ方向の長さが前記第１の改質領域及び前記第２の改質領域より短い第３の改質領域と、
少なくとも前記第１の改質領域と前記第２の改質領域との間に渡り、前記厚さ方向に対して斜めに延在するウォルナーラインと、が形成されていることを特徴とするチップ。
【請求項１１】
機能素子をさらに備え、前記改質領域は、半導体材料に形成された溶融処理領域を含むことを特徴とする請求項１０記載のチップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００８−６８３１９（Ｐ２００８−６８３１９Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７５４９５（Ｐ２００７−１７５４９５）
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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