JP4200177B2 - レーザ加工方法及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工対象物を切断するために使用されるレーザ加工方法及びこれを用いて製造される半導体装置に関する。

レーザ光の照射によって加工対象物を切断するに際し、連続発振とパルス発振とを切り替えてレーザ光を加工対象物に照射するレーザ加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このレーザ加工方法においては、切断予定ラインの直線部分ではレーザ光を連続発振させ、一方、切断予定ラインの曲線部分又は角部分ではレーザ光をパルス発振させる。
特開昭５９−２１２１８５号公報

ところで、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が知られている。このようなレーザ加工方法では、加工対象物を切断予定ラインに沿って高精度に切断するために、切断予定ラインの所望の部分に沿って加工対象物の内部に改質領域を確実に形成することが望まれている。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、切断予定ラインの所望の部分に沿って、加工対象物の内部に改質領域を確実に形成することができるレーザ加工方法及びこれを用いて製造される半導体装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明のレーザ加工方法は、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、レーザ光を照射する際に、選択的に連続発振とパルス発振とを切り替えることを特徴とする。

レーザ光をパルス発振させると、レーザ光を連続発振させる場合に比べて加工対象物の内部に改質領域を確実に形成することができる。このため、切断予定ラインの所望の部分に沿ってレーザ光をパルス発振させ、その所望の部分以外の部分に沿ってレーザ光を連続発振させることにより、所望の部分に沿って、加工対象物の内部に改質領域を確実に形成することができる。特にＱスイッチレーザを用いる場合、ＲＦ出力の制御によりＱスイッチをＯＮ制御することでパルス発振と連続発振とを切り替えるので、励起用ＬＤ光の固体レーザ結晶への印加状態は基本的に変化しない。そのため、パルス発振と連続発振との切替えを速やかに行なうことができるので、安定したレーザ光で加工することができると共に加工速度も向上させることができる。なお、レーザ発振器の種類によっては、連続発振時に連続発振出力とパルス発振出力とが混合した状態となる場合もあるが、パルス出力の平均出力は低下しているので、エネルギーが加工閾値を越えず、所望の部分以外では加工対象物の内部に改質領域は形成されない。この場合もパルス発振と連続発振との切替えを速やかに行なうことができると共に、パルス発振移行時の熱安定性もより向上するので、より安定したレーザ光で加工することができると共に加工速度を向上させることができる。この場合も本願の連続発振に含まれる。

また、加工対象物は、表面に積層部が形成された基板であり、改質領域は、基板の内部に形成されることが好ましい。この場合、切断予定ラインの所望の部分に沿ってレーザ光をパルス発振させ、その所望の部分以外の部分に沿ってレーザ光を連続発振させることにより、所望の部分に沿って、基板の内部に改質領域を確実に形成することができる。

また、改質領域は、表面と表面側端部との距離が５μｍ〜２０μｍとなる位置に形成されることが好ましい。また、改質領域は、表面と裏面側端部との距離が［５＋（基板の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（基板の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に形成されることが好ましい。ここで、「距離」とは、特に断りがない限り、基板の厚さ方向に沿っての距離を意味する。

上述の場合、例えば、エキスパンドテープ等の拡張可能なフィルムを基板の裏面に貼り付けて拡張させると、切断予定ラインに沿って基板及び積層部が切断される。このとき、上述の位置に改質領域が形成されていると、積層部の高精度な切断が可能となる。

また、切断予定ラインの所定の部分に沿って、積層部が金属膜又は絶縁膜を含む場合には、その所定の部分では、レーザ光を連続発振させることが好ましい。この場合、当該所定の部分に沿ってレーザ光をパルス発振させる場合に比べて、積層部に与えるダメージを低減できる。このため、基板及び積層部を切断する際には、切断予定ラインの所定の部分における積層部の切断精度を向上させることができる。

また、切断予定ラインが交差する部分では、レーザ光をパルス発振させることが好ましい。これにより、切断予定ラインが交差する部分に沿って、加工対象物の内部に改質領域が確実に形成される。このため、切断予定ラインが交差する部分における加工対象物の切断精度を向上させることができる。

また、改質領域を形成した後、加工対象物を切断予定ラインに沿って切断することが好ましい。これにより、加工対象物を切断予定ラインに沿って高精度に切断することができる。

また、本発明の半導体装置は、上述のレーザ加工方法を用いて製造されたことを特徴とする。この半導体装置は、高精度に切断された切断面を有する。

本発明によれば、切断予定ラインの所望の部分に沿って、加工対象物の内部に改質領域を確実に形成することができる。

本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。 図１に示す加工対象物のII−II線に沿っての断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図３に示す加工対象物のIV−IV線に沿っての断面図である。 図３に示す加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法により切断された加工対象物の平面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。 本実施形態に係るレーザ加工方法の第１工程における加工対象物の断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法の第２工程における加工対象物の断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法の第３工程における加工対象物の断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法の第４工程における加工対象物の断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。 本実施形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。 本実施形態のレーザ加工方法における加工対象物の平面図である。 図１４に示す加工対象物のXV−XV線に沿っての部分断面図である。 本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。 本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。 本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。 本実施形態のレーザ加工方法により改質領域が形成された加工対象物の一部分を示す平面図である。 図１９に示す加工対象物のXX−XX線に沿っての部分断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法の一実施例における加工対象物の平面図であり、（ａ）は、加工対象物の内部に改質領域を形成した後の状態、（ｂ）は、加工対象物を切断した後の状態である。 本実施形態のレーザ加工方法の一実施例により切断された加工対象物の切断面の写真を表した図である。 レーザ加工方法の一例における加工対象物の平面図であり、（ａ）は、加工対象物の内部に改質領域を形成した後の状態、（ｂ）は、加工対象物を切断した後の状態である。 レーザ加工方法の一例における加工対象物の切断面の写真を表した図である。

符号の説明

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、７…改質領域、８…切断起点領域、１３…溶融処理領域、１６…積層部、２５…半導体チップ（半導体装置）、７１…品質改質領域、７１ａ…表面側端部、７１ｂ…裏面側端部、ＣＰ…切断予定ラインが交差する部分、Ｌ…レーザ光、Ｍ…金属膜、Ｐ…集光点、ＲＣ…切断予定ラインの所定の部分。

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

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

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

そして、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図１の矢印Ａ方向に）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動させる。これにより、図３〜図５に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、この改質領域７が切断起点領域８となる。ここで、切断起点領域８とは、加工対象物１が切断される際に切断（割れ）の起点となる領域を意味する。この切断起点領域８は、改質領域７が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域７が断続的に形成されることで形成される場合もある。

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

加工対象物１の内部に切断起点領域８を形成すると、この切断起点領域８を起点として割れが発生し易くなるため、図６に示すように、比較的小さな力で加工対象物１を切断することができる。よって、加工対象物１の表面３に切断予定ライン５を大きく外れる不必要な割れを発生させることなく、加工対象物１を高精度に切断することが可能になる。

この切断起点領域８を起点とした加工対象物１の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域８形成後、加工対象物１に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１が割れ、加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物１の切断起点領域８に沿って加工対象物１に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物１に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点領域８を形成することにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが小さい場合には、１列の改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となり、加工対象物１の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域８が形成されていない部位に対応する部分の表面３上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域８を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物１の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。

さて、本実施形態に係るレーザ加工方法において、多光子吸収により形成される改質領域としては、次の（１）〜（３）の場合がある。

（１）改質領域が１つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
加工対象物（例えばガラスやＬｉＴａＯ_３からなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第４５回レーザ熱加工研究会論文集（１９９８年．１２月）の第２３頁〜第２８頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。

本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。

（Ａ）加工対象物：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７００μｍ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０^−８ｃｍ^２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：出力＜１ｍＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ_００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒

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

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

次に、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて、図８〜図１１を参照して説明する。図８に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域９を形成する。クラック領域９は１つ又は複数のクラックを含む領域である。このように形成されたクラック領域９が切断起点領域となる。図９に示すように、クラック領域９を起点として（すなわち、切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し、図１０に示すように、クラックが加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達し、図１１に示すように、加工対象物１が割れることにより加工対象物１が切断される。加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物１に力が印加されることにより成長する場合もある。

（２）改質領域が溶融処理領域の場合
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。

本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。

（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０^−８ｃｍ^２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ_００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒

図１２は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。

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

例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０％以上透過することが分かる。図１２に示すシリコンウェハ１１の厚さは３５０μｍであるので、多光子吸収による溶融処理領域１３はシリコンウェハ１１の中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光がシリコンウェハ１１の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。

なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図１２のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。

（３）改質領域が屈折率変化領域の場合
加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ以下が好ましく、１ｐｓ以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第４２回レーザ熱加工研究会論文集（１９９７年．１１月）の第１０５頁〜第１１１頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。

以上、多光子吸収により形成される改質領域として（１）〜（３）の場合を説明したが、ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く加工対象物を切断することが可能になる。

すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。

なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。

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

図１４及び図１５に示すように、本実施形態では、加工対象物１は、例えばシリコンからなる厚さ３００μｍ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１９ｂとを有している。配線層１９ａと基板４とは、層間絶縁膜１７ａを貫通する導電性プラグ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いる。

機能素子１５としては、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、回路として形成された回路素子、半導体デバイス等が挙げられる。

なお、機能素子１５は、例えば、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が、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。

以上のように構成された加工対象物１を以下のようにして機能素子１５毎に切断する。まず、図１６（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１６（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、保護テープ２２によって、積層部１６が載置台に直接接触することが避けられるため、各機能素子１５を保護することができる。

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１４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しながら、載置台の移動により切断予定ライン５に沿って集光点Ｐをスキャンする。

本実施形態では、切断予定ライン５に沿った集光点Ｐのスキャンを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からの距離を各回毎に変えることで、表面３側から順に、１列の品質改質領域７１、３列の分断改質領域７２、及び２列のＨＣ（ハーフカット）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。各改質領域７１，７２，７３は、加工対象物１を切断する際の切断の起点となる。なお、本実施形態の基板４はシリコンから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。また、改質領域７１，７２，７３は、上述の改質領域７と同様に、連続的に形成された改質領域からなるとしてもよいし、所定の間隔をおいて断続的に形成された改質領域からなるとしてもよい。

このように、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ことで、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。また、基板４の裏面２１をレーザ光入射面とすることで、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。

各改質領域７１，７２，７３を形成した後、図１７（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１７（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１８（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。

保護テープ２２を剥がした後、図１８（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、基板４及び積層部１６を切断予定ライン５に沿って切断すると共に、切断されて得られた各半導体チップ２５（半導体装置）を互いに離間させる。

ここで、改質領域７１，７２，７３の形成方法について詳細に説明する。図１９は、改質領域７１，７２，７３が形成された加工対象物１の一部分を示す平面図であり、図２０は、図１９に示す加工対象物１のXX−XX線に沿っての部分断面図である。

品質改質領域７１は、レーザ光Ｌを照射する際に、選択的に連続発振とパルス発振とを切り替えることにより形成される。レーザ光Ｌの発振は、例えば、レーザ光Ｌを制御する電源コントローラ（図示せず）により切り替えられる。レーザ光Ｌをパルス発振させると、レーザ光Ｌを連続発振させる場合に比べてエネルギーが高いため加工閾値を越え、基板４の内部に品質改質領域７１を確実に形成することができる。このため、切断予定ライン５の所望の部分ＲＰに沿ってレーザ光Ｌをパルス発振させ、その所望の部分ＲＰ以外の部分（所定の部分）ＲＣに沿ってレーザ光Ｌを連続発振させることにより、所望の部分ＲＰに沿って、基板４の内部に品質改質領域７１を確実に形成することができる。

また、所定の部分ＲＣに沿ってレーザ光Ｌを連続発振させることにより、エネルギーが低いため加工閾値を越えず、所定の部分ＲＣに沿ってレーザ光Ｌをパルス発振させる場合に比べて、レーザ光Ｌが積層部１６に与えるダメージを低減できる。このため、基板４及び積層部１６を切断する際には、切断予定ライン５の所定の部分ＲＣにおける積層部１６の切断精度を向上させることができる。したがって、図１８（ｂ）に示すように、本実施形態のレーザ加工方法を用いて製造された半導体チップ２５においては、基板４の切断面（側面）４ａ、及び積層部１６の切断面（側面）１６ａは、凹凸が抑制された高精度な切断面となる。

また、本実施形態では、図１９及び図２０に示されるように、切断予定ライン５の所定の部分ＲＣに沿って、金属膜Ｍが積層部１６内に設けられている。この所定の部分ＲＣに沿った基板４の内部には、上述の積層部１６に生じるダメージを低減する観点から、品質改質領域７１を形成しないことが好ましい。金属膜Ｍが積層部１６内に設けられていると、積層部１６にダメージが生じ易くなる。このようなダメージが生じる原因として以下のことが考えられる。レーザ光Ｌを集光するレンズの収差等の影響によりレーザ光Ｌの一部の成分が金属膜Ｍで集光されてしまうことがある。この場合、レーザ光Ｌが金属膜Ｍにより反射され、反射光によって基板４や積層部１６の内部又は基板４と積層部１６との界面に改質領域が形成されてしまう。特に、基板４の裏面２１が入射面の場合、入射面から遠い側に改質領域を形成する際には、レンズの収差の影響を受け易くなる。また、積層部１６は、基板４に比べて改質領域が形成されるのに必要なエネルギーの閾値が低いため、積層部１６内では改質領域が形成され易い。ただし、積層部１６にダメージが生じる原因はこれらに限定されない。

金属膜Ｍとしては、試験用素子群（ＴＥＧ）を構成する金属配線や金属パッド等が挙げられる。また、金属膜Ｍは、熱によって剥離する膜であるとしてもよい。なお、金属膜Ｍに代えて、低誘電率膜（ｌｏｗ−ｋ膜）等の絶縁膜が積層部１６内に設けられているとしてもよい。この絶縁膜は、熱によって剥離する膜であってもよい。低誘電率膜としては、例えば、誘電率が３．８（ＳｉＯ_２の誘電率）より小さい膜が挙げられる。

また、図１９に示すように、切断予定ライン５が交差する部分ＣＰでは、レーザ光Ｌをパルス発振させることが好ましい。これにより、切断予定ライン５が交差する部分ＣＰに沿って、基板４の内部に品質改質領域７１が確実に形成される。このため、基板４及び積層部１６を切断する際には、切断予定ライン５が交差する部分ＣＰにおけるチッピング等の発生を防止することができる。したがって、基板４及び積層部１６の切断精度を更に向上させることができる。

また、図２０に示すように、品質改質領域７１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５μｍ〜２０μｍとなる位置に、或いは基板４の表面３と品質改質領域７１の裏面側端部７１ｂとの距離が［５＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（基板４の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に１列形成されることが好ましい。ここで、例えば、拡張可能なフィルムとしてのエキスパンドテープ２３を基板４の裏面２１に貼り付けて拡張させると、切断予定ライン５に沿って基板４及び積層部１６が切断される。このとき、上述の位置に品質改質領域７１が形成されていると、積層部１６（ここでは、層間絶縁膜１７ａ，１７ｂ）の高精度な切断が可能となる。また、基板４の厚さが３００μｍというように厚い場合であっても、基板４及び積層部１６の高精度な切断が可能となる。

また、分断改質領域７２の形成では、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を例えば３列形成する。更に、ＨＣ改質領域７３の形成では、図１６（ｂ）に示すように、ＨＣ改質領域７３を例えば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に生じさせる。なお、形成条件によっては、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。エキスパンドテープ２３を基板４の裏面２１に貼り付けて拡張させると、厚さ方向において一続きとなるように３列形成された分断改質領域７２を介して基板４から積層部１６へとスムーズに割れが進行することとなり、その結果、基板４及び積層部１６を切断予定ライン５に沿って精度良く切断することができる。

なお、基板４から積層部１６へとスムーズに割れを進行させることができれば、分断改質領域７２は３列に限定されない。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。また、基板４から積層部１６へとスムーズに割れを進行させることができれば、分断改質領域７２は互いに離間していてもよい。更に、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できれば、ＨＣ改質領域７３は１列であってもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、品質改質領域７１を形成する際に、選択的にパルス発振と連続発振とを切り替えるとしたが、他の改質領域を形成する際に、選択的にパルス発振と連続発振とを切り替えるとしてもよい。他の改質領域としては、例えば、分断改質領域７２、ＨＣ改質領域７３等が挙げられる。これらの中でも、切断精度を向上させる観点から、最もデバイス側に位置する品質改質領域７１を形成する際に、選択的にパルス発振と連続発振とを切り替えることが好ましい。

また、加工対象物１は、ＧａＡｓウェハ又は厚さ１００μｍ以下のシリコンウェハであってもよい。これらの場合、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に改質領域を１列形成することにより、加工対象物１の切断を十分高精度に行うことができる。

また、改質領域７１，７２，７３は、加工対象物１の内部で生じる多光子吸収により形成されることに限定されない。改質領域７１，７２，７３は、多光子吸収と同等の光吸収を加工対象物１の内部で生じさせることにより形成されるとしてもよい。

また、本実施形態においては、加工対象物１としてシリコン製の半導体ウェハを用いているが、半導体ウェハの材料はこれに限られるものではない。半導体ウェハの材料としては、例えば、シリコン以外のIV族元素半導体、ＳｉＣのようなIV族元素を含む化合物半導体、III−Ｖ族元素を含む化合物半導体、II−VI族元素を含む化合物半導体、更に種々の
ドーパント（不純物）がドープされた半導体等が挙げられる。

以下、本実施形態のレーザ加工方法の一実施例について詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。図２１(ａ)及び図２１(ｂ)は、本実施例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２２は、図２１(ｂ)に示された加工対象物の基板の切断面４ａの写真を表した図であり、図２０に対応する。

まず、機能素子１５，１５間に位置する切断予定ライン５の所望の部分ＲＰに沿って、レーザ光Ｌをパルス発振させることにより、加工対象物の内部に品質改質領域７１を形成する。一方、切断予定ライン５の所定の部分ＲＣに沿って、レーザ光Ｌを連続発振させることにより、加工対象物の内部には品質改質領域７１を形成しない。なお、基板の裏面２１がレーザ光の入射面である。次に、切断予定ライン５に沿って、分断改質領域７２及びＨＣ改質領域７３を形成する。その結果、図２１(ａ)に示されるように、切断予定ライン５の所定の部分ＲＣに沿った積層部１６には金属膜Ｍが含まれるものの、レーザ光による積層部１６のダメージが確認されない。

改質領域７１，７２，７３を形成した後、加工対象物にエキスパンドテープを貼り付け、エキスパンド装置によりエキスパンドテープを拡張させることで加工対象物を切断する（図２１(ｂ)参照）。図２１(ｂ)に示されるように、切断面１６ａには凹凸が見られず高精度に切断されていることが確認される。このようにして切断された加工対象物の基板の切断面４ａを撮影した写真が、図２２に図として示されている。図２２に示されるように、切断予定ライン５の所定の部分ＲＣに沿った加工対象物の内部には品質改質領域７１が形成されていない。

続いて、上記実施例において改質領域７１，７２，７３を形成する際のレーザ加工条件について説明する。レーザ光Ｌのパルス幅は１８０ｎｓであり、レーザ光Ｌの照射位置間隔（パルスピッチ）は４μｍであり、レーザ光Ｌの周波数は７５ｋＨｚである。また、加工対象物が載置されたステージの移動速度は３００ｍｍ／ｓである。さらに、入射面となる裏面２１から集光点Ｐまでの距離（集光点位置）とレーザ光Ｌのエネルギー及び単位時間エネルギーとの関係は、表１に示される通りである。

一方、図２３(ａ)及び図２３(ｂ)は、レーザ加工方法の一例における加工対象物の平面図である。図２４は、図２３(ｂ)に示された加工対象物の基板の切断面１０４ａの写真を表した図である。

まず、機能素子１１５，１１５間に位置する切断予定ライン１０５に沿って、レーザ光を照射することにより、加工対象物の内部に改質領域１７１，１７２，１７３を形成する。なお、基板の裏面１２１がレーザ光の入射面である。この場合、図２３(ａ)に示されるように、レーザ光を切断予定ライン１０５に沿って照射するため、金属膜１００Ｍを含む積層部１１６には膜の剥離等のダメージが生じている。

改質領域１７１，１７２，１７３を形成した後、加工対象物にエキスパンドテープを貼り付け、エキスパンド装置によりエキスパンドテープを拡張させることで加工対象物を切断する（図２３(ｂ)参照）。図２３(ｂ)に示されるように、切断面１１６ａには凹凸が見られ、切断精度が不十分であることが確認される。このようにして切断された加工対象物の基板の１０４ａを撮影した写真が、図２４に図として示されている。図２４に示されるように、加工対象物の内部には、切断予定ライン１０５に沿って改質領域１７１が形成されている。

本発明によれば、切断予定ラインの所望の部分に沿って、加工対象物の内部に改質領域を確実に形成することができる。

Claims (8)

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、
   前記レーザ光の集光点を前記加工対象物に対して移動させながら、前記加工対象物において前記改質領域を形成すべき部分では前記レーザ光をパルス発振させて前記改質領域を形成し、前記加工対象物において前記改質領域を形成すべきでない部分では前記レーザ光を連続発振させて前記改質領域を形成しないことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記加工対象物は、表面に積層部が形成された基板であり、
   前記改質領域は、前記基板の内部に形成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記改質領域は、前記表面と表面側端部との距離が５μｍ〜２０μｍとなる位置に形成されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記改質領域は、前記表面と裏面側端部との距離が［５＋（前記基板の厚さ）×０．１］μｍ〜［２０＋（前記基板の厚さ）×０．１］μｍとなる位置に形成されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
5. 前記切断予定ラインの所定の部分に沿って、前記積層部が金属膜又は絶縁膜を含む場合には、該所定の部分では、前記レーザ光を連続発振させることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
6. 前記切断予定ラインが交差する部分では、前記レーザ光をパルス発振させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
7. 前記改質領域を形成した後、前記加工対象物を前記切断予定ラインに沿って切断することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
8. 請求項１に記載のレーザ加工方法を用いて製造されたことを特徴とする半導体装置。

Images