JP4584607B2 - 加工対象物切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハ状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断する加工対象物切断方法に関する。

従来におけるこの種の技術として、下記の特許文献１には次のようなレーザ加工方法が記載されている。すなわち、平板状の加工対象物にその表面を保護する部材を装着し、加工対象物の裏面をレーザ光入射面としてレーザ光を照射することで、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域による切断起点領域を形成する。続いて、加工対象物の裏面に伸張性のフィルムを装着し、その伸張性のフィルムを伸張させることで、切断起点領域を起点として加工対象物が切断されて生じた複数の部分を互いに分離する。
特開２００４−１０７６号公報

ところで、上述したレーザ加工方法においては、切断起点領域が形成された加工対象物は切断起点領域を起点として切断され易い状態にあり、しかも、切断起点領域を起点として加工対象物が切断された場合、それにより生じた複数の部分は互いに密接した状態にある。そのため、例えば、表面を保護する部材として保護フィルムを用いた場合において、切断されて生じた複数の部分にチッピングやクラッキング等の不具合が発生するのを防止するためには、切断起点領域が形成された加工対象物を慎重に取り扱う必要がある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、切断起点領域が形成された加工対象物の取り扱いを容易化し、且つ切断起点領域を起点として加工対象物が切断されて生じた複数の部分にチッピングやクラッキング等の不具合が発生するのを防止することができる加工対象物切断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る加工対象物切断方法は、ウェハ状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断する加工対象物切断方法であって、レーザ加工装置において、加工対象物の表面に、加工対象物の変形を防止するための形状保持プレートが取り付けられた状態で、加工対象物の裏面をレーザ光入射面として加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで改質領域を形成し、その改質領域によって、切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、切断起点領域が形成された加工対象物の裏面に、拡張可能フィルム、及び拡張可能フィルムの外周部分が貼り付けられて拡張可能フィルムが固定されたリング状のテープ固定枠を取り付ける工程と、加工対象物の裏面に拡張可能フィルムが取り付けられた加工対象物を、加工対象物の表面に形状保持プレートが取り付けられた状態でフィルム拡張装置に搬送し、テープ固定枠をフィルム拡張装置のリング状の受け部材とフィルム拡張装置のリング状の押え部材とで挟持することで、加工対象物をフィルム拡張装置に装着する工程と、フィルム拡張装置において、拡張可能フィルムが取り付けられた加工対象物の表面から形状保持プレートを取り外す工程と、フィルム拡張装置において、拡張可能フィルムを拡張させることで、切断起点領域を起点として加工対象物が切断されて生じた複数の部分を互いに離間させる工程とを含むことを特徴とする。

この加工対象物切断方法においては、加工対象物の裏面をレーザ光入射面として切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域による切断起点領域を形成する際中から、その加工対象物の裏面に拡張可能フィルムを取り付けるまでは、加工対象物の表面に形状保持プレートが取り付けられている。この形状保持プレートにより、加工対象物の変形が確実に防止されるため、切断起点領域が形成された加工対象物の取り扱いを容易化することができる。そして、加工対象物の表面から形状保持プレートを取り外し、拡張可能フィルムを拡張させることで、切断起点領域を起点として加工対象物が切断されて生じた複数の部分を互いに離間させる。これにより、切断起点領域が形成された加工対象物は、その変形が確実に防止された状態を経て複数の部分に切断されることになるため、切断されて生じた複数の部分にチッピングやクラッキング等の不具合が発生するのを防止することができる。ここで、切断起点領域とは、加工対象物が切断される際に切断の起点となる領域を意味する。この切断起点領域は、改質領域が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域が断続的に形成されることで形成される場合もある。また、改質領域は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで、多光子吸収或いはそれと同等の光吸収を加工対象物の内部で生じさせることにより形成される。

また、切断起点領域を形成する工程は、レーザ加工装置において行われ、形状保持プレートを取り外す工程、及び複数の部分を互いに離間させる工程は、フィルム拡張装置において行われる。このようにレーザ加工装置とフィルム拡張装置とを用いることで、各装置の構成を簡易化することができる。そして、レーザ加工装置からフィルム拡張装置への加工対象物の搬送においては、加工対象物の内部に切断起点領域が形成されているものの、加工対象物の表面には形状保持プレートが取り付けられているため、搬送中に切断起点領域を起点として加工対象物が不意に切断されてしまうというような事態を防止することができる。

また、加工対象物がその表面に機能素子が形成された半導体基板である場合には、半導体基板の表面には形状保持プレートが取り付けられるため、機能素子を保護することができる。更に、例えば機能素子にレーザ光を反射する部分が存在しても、切断起点領域を形成する工程では裏面がレーザ光入射面となるため、半導体基板の内部に切断起点領域を確実に形成することができる。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等を意味する。

また、切断起点領域を形成する工程の前に、加工対象物の表面に形状保持プレートが取り付けられた状態で、加工対象物の裏面を研磨する工程を含んでもよいし、或いは、切断起点領域を形成する工程と拡張可能フィルムを取り付ける工程との間に、加工対象物の表面に形状保持プレートが取り付けられた状態で、加工対象物の裏面を研磨する工程を含んでもよい。これらにより、加工対象物の表面を保護し、且つ加工対象物の変形を防止しつつ、加工対象物を薄型化することができる。これらは、半導体デバイスの小型化に伴って半導体基板の薄型化が望まれているため、加工対象物が半導体基板である場合に特に有効である。ここで、研磨とは、切削、研削、ケミカルエッチング等を含む意味である。

また、形状保持プレートは、ガラス製又は樹脂製であり、粘着剤層を介して加工対象物の表面に取り付けられ、形状保持プレートを取り外す工程では、形状保持プレート側から粘着剤層に電磁波を照射すること、又は粘着剤層を加熱することで粘着剤層の粘着力を低下させ、加工対象物の表面から形状保持プレートを取り外すことが好ましい。これにより、加工対象物の表面に対する形状保持プレートの取り付け、取り外しを容易に行うことができる。

本発明によれば、切断起点領域が形成された加工対象物の取り扱いを容易化し、且つ切断起点領域を起点として加工対象物が切断されて生じた複数の部分にチッピングやクラッキング等の不具合が発生するのを防止することができる。

以下、本発明に係る加工対象物切断方法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。本実施形態では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成するためのレーザ加工方法について説明する。

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

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

そして、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図１の矢印Ａ方向に）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動させる。これにより、図３〜図５に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、この改質領域７が切断起点領域８となる。本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物１がレーザ光Ｌを吸収することにより加工対象物１を発熱させて改質領域７を形成するものではない。加工対象物１にレーザ光Ｌを透過させ加工対象物１の内部に多光子吸収を発生させて改質領域７を形成している。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

以下、本発明に係る加工対象物切断方法の好適な実施形態について説明する。なお、図１５〜図１７は、図１４のシリコンウェハのXV−XV線に沿っての部分断面図である。

図１４に示すように、加工対象物となるシリコンウェハ（半導体基板）１１の表面３には、複数の機能素子１５がオリエンテーションフラット１６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状にパターン形成されている。このようなシリコンウェハ１１を次のようにして機能素子１５毎に切断する。

まず、図１５（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の表面３に両面粘着テープ１７を貼り付ける。この両面粘着テープ１７のシリコンウェハ１１側の粘着剤層１７ａは、紫外線の照射により粘着力が低下し、且つシリコンウェハ１１との界面にガスが発生することで、シリコンウェハ１１を自ら剥離させるものである。このような自己剥離型の両面粘着テープ１７としては、例えば、積水化学工業株式会社の「セルファ（ＳＥＬＦＡ）（商品名）」がある。そして、図１５（ｂ）に示すように、両面粘着テープ１７のシリコンウェハ１１と反対側の粘着剤層１７ｂにガラス製の形状保持プレート（形状保持体）１８を貼り付ける。このように、機能素子1５が形成されたシリコンウェハ１１の表面３に形状保持プレート１８が取り付けられるため、機能素子１５を保護することができる。

続いて、図１５（ｃ）に示すように、表面３に形状保持プレート１８が取り付けられた状態でシリコンウェハ１１を研削装置５０に搬送し、研削装置５０の加工台５１上に、シリコンウェハ１１の裏面２１を上方に向けて形状保持プレート１８を固定する。そして、シリコンウェハ１１の裏面２１を回転砥石５２により平面研削し、例えば、厚さ３５０μｍのシリコンウェハ１１を厚さ１００μｍに薄型化する。このように形状保持プレート１８を用いることで、シリコンウェハ１１の表面３及び表面３に形成された機能素子１５を保護し、且つシリコンウェハ１１の変形を防止しつつ、シリコンウェハ１１を薄型化することができる。

続いて、図１６（ａ）に示すように、表面３に形状保持プレート１８が取り付けられた状態でシリコンウェハ１１をレーザ加工装置６０に搬送し、レーザ加工装置６０の加工台６１上に、シリコンウェハ１１の裏面２１を上方に向けて形状保持プレート１８を固定する。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の二点鎖線参照）、裏面２１をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせて、多光子吸収が生じる条件でレーザ光Ｌを照射しながら、加工台６１の移動により切断予定ライン５に沿って集光点Ｐを相対移動させる。これにより、シリコンウェハ１１の内部には、図１６（ｂ）に示すように、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３による切断起点領域８が形成される。このようにシリコンウェハ１１の裏面２１をレーザ光入射面とすることで、例えば機能素子１５にレーザ光Ｌを反射する部分が存在しても、シリコンウェハ１１の内部に切断起点領域８を確実に形成することができる。

続いて、形状保持プレート１８が取り付けられたシリコンウェハ１１を加工台６１から取り外し、図１６（ｃ）に示すように、テープ貼付機（図示せず）を用いて、シリコンウェハ１１の裏面２１に、エキスパンドテープ（拡張可能フィルム）１９を貼り付ける。このエキスパンドテープ１９は、その外周部分がリング状のテープ固定枠２２に貼り付けられて、このテープ固定枠２２に固定されている。

続いて、図１７（ａ）に示すように、裏面２１にエキスパンドテープ１９が貼り付けられたシリコンウェハ１１を、表面３に形状保持プレート１８が取り付けられた状態でフィルム拡張装置７０に搬送し、テープ固定枠２２をリング状の受け部材７１とリング状の押え部材７２とで挟持することで、シリコンウェハ１１をフィルム拡張装置７０に装着する。この状態で形状保持プレート１８側から紫外線を照射し、粘着剤層１７ａの粘着力を低下させ、且つシリコンウェハ１１との界面にガスを発生させることで、シリコンウェハ１１の表面３から両面粘着テープ１７及び形状保持プレート１８を取り外す。そして、図１７（ｂ）に示すように、受け部材７１の内側に配置された円柱状の押圧部材７３をエキスパンドテープ１９の下側から上昇させ、図１７（ｃ）に示すように、エキスパンドテープ１９を拡張させることで、切断起点領域８を起点としてシリコンウェハ１１を切断すると共に、切断されて生じた各チップ２３を互いに離間させる。これにより、各チップ２３を容易且つ確実にピックアップすることが可能になる。

以上説明した加工対象物切断方法においては、シリコンウェハ１１の裏面２１をレーザ光入射面として切断予定ライン５に沿ってシリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３による切断起点領域８を形成する際中から、そのシリコンウェハ１１の裏面２１にエキスパンドテープ１９を貼り付けるまでは、シリコンウェハ１１の表面３に形状保持プレート１８が取り付けられている。この形状保持プレート１８により、シリコンウェハ１１の変形が確実に防止されるため、切断起点領域８が形成されたシリコンウェハ１１の取り扱いを容易化することができる。そして、シリコンウェハ１１の表面３から形状保持プレート１８を取り外し、エキスパンドテープ１９を拡張させることで、切断起点領域８を起点としてシリコンウェハ１１が切断されて生じた複数のチップ２３を互いに離間させる。これにより、切断起点領域８が形成されたシリコンウェハ１１は、その変形が確実に防止された状態を経て複数のチップ２３に切断されることになるため、切断されて生じた複数のチップ２３にチッピングやクラッキング等の不具合が発生するのを防止することができる。

また、切断起点領域８の形成はレーザ加工装置６０において行われ、形状保持プレート１８の取り外し及び各チップ２３の離間はフィルム拡張装置７０において行われるため、各装置６０，７０の構成を簡易化することができる。そして、レーザ加工装置６０からフィルム拡張装置７０へのシリコンウェハ１１の搬送においては、シリコンウェハ１１の内部に切断起点領域８が形成されているものの、シリコンウェハ１１の表面３には形状保持プレート１８が取り付けられているため、搬送中に切断起点領域８を起点としてシリコンウェハ１１が不意に切断されてしまうというような事態を防止することができる。

次に、上述したフィルム拡張装置７０の構成について説明する。図１８〜図２０に示すように、フィルム拡張装置７０は、受け部材７１、押え部材７２及び押圧部材７３が設けられた本体部７４と、この本体部７４に並設された載置台７５とを有している。本体部７４には開閉自在なカバー７９が取り付けられており、このカバー７９の内面には紫外線ランプ７６が取り付けられている。更に、本体部７４には、吸着パッド７７が先端に固定された揺動自在なアーム７８が取り付けられている。

このように構成されたフィルム拡張装置７０の使用方法について説明する。まず、図１８（ａ）に示すように、カバー７９を開放した状態で受け部材７１及び押え部材７２によりシリコンウェハ１１をフィルム拡張装置７０に装着する。そして、図１８（ｂ）に示すように、カバー７９を閉鎖し、この状態で紫外線ランプ７５により形状保持プレート１８側から紫外線を照射する。これにより、シリコンウェハ１１の表面３から両面粘着テープ１７及び形状保持プレート１８が取り外し可能となる。

続いて、図１９（ａ）に示すように、カバー７９を開放し、この状態でアーム７８を揺動させて吸着パッド７７を形状保持プレート１８上に移動して、吸着パッド７７により形状保持プレート１８を吸着する。その後、図１９（ｂ）に示すように、アーム７８を揺動させて両面粘着テープ１７及び形状保持プレート１８を載置台７５上に移動する。そして、図２０に示すように、押圧部材７３をエキスパンドテープ１９の下側から上昇させ、エキスパンドテープ１９を拡張させることで、切断起点領域を起点としてシリコンウェハ１１が切断されて生じた各チップ２３を互いに離間させる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、加工対象物１の内部で多光子吸収を生じさせて改質領域７を形成する場合であったが、加工対象物１の内部で多光子吸収と同等の光吸収を生じさせて改質領域７を形成することができる場合もある。

また、上記実施形態は、エキスパンドテープ１９を拡張させることで、切断起点領域８を起点としてシリコンウェハ１１を切断すると共に、切断されて生じた各チップ２３を互いに離間させる場合であったが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、表面３に形状保持プレート１８が取り付けられた状態で、切断起点領域８が形成されたシリコンウェハ１１に対して裏面２１側から熱応力等の外力を印加することで、エキスパンドテープ１９を拡張させる前に、切断起点領域８を起点としてシリコンウェハ１１を切断しておいてもよい。

また、シリコンウェハ１１の内部に切断起点領域８を形成した後、シリコンウェハ１１の裏面２１にエキスパンドテープ１９を貼り付ける前に、表面３に形状保持プレート１８が取り付けられた状態で、シリコンウェハ１１の裏面２１を研磨し、例えば、厚さ１００μｍのシリコンウェハ１１を厚さ５０μｍ〜２５μｍにより一層薄型化してもよい。この場合にも、シリコンウェハ１１の表面３を保護し、且つシリコンウェハ１１の変形を防止しつつ、シリコンウェハ１１の更なる薄型化を達成することができる。

また、上記実施形態は、形状保持プレート１８がガラス製の場合であったが、形状保持プレート１８は、それが取り付けられたシリコンウェハ１１の変形を防止し得る程度の剛性を有するものであればよい（例えば、アクリル樹脂等の樹脂製であってもよい）。ただし、上記実施形態のように、ガラス製の形状保持プレート１８を、粘着剤層１７ａを介してシリコンウェハ１１の表面３に取り付け、その一方で、形状保持プレート１８側から粘着剤層１７ａに紫外線を照射することで粘着剤層１７ａの粘着力を低下させ、シリコンウェハ１１の表面３から形状保持プレート１８を取り外すようにすれば、シリコンウェハ１１の表面３に対する形状保持プレート１８の取り付け、取り外しを容易に行うことができる。なお、シリコンウェハ１１の表面３に形状保持プレート１８を取り付けるために介在させる粘着剤層として、紫外線その他の電磁波の照射又は加熱により粘着力が低下するものを用いてもよい。これにより、粘着剤層に電磁波を照射すること、又は粘着剤層を加熱することで粘着剤層の粘着力を低下させ、シリコンウェハ１１の表面３から形状保持プレート１８を容易に取り外すことが可能になる。

また、上記実施形態は、形状保持体が形状保持プレート１８の場合であったが、形状保持体は、複数枚の保護フィルムが貼り合わされたものであってもよい。この場合、図２１（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の表面３に保護フィルム２５を貼り付けた後、研削装置５０の加工台５１上に、シリコンウェハ１１の裏面２１を上方に向けてシリコンウェハ１１を固定し、シリコンウェハ１１の裏面２１を回転砥石５２により平面研削してシリコンウェハ１１を薄型化する。続いて、図２１（ｂ）に示すように、テープマウンター８０の吸着台８１上に、シリコンウェハ１１の表面３を上方に向けてシリコンウェハ１１を固定し、既に貼り付けられている保護フィルム２５上に、更に１枚又は複数枚の保護フィルム２５を貼り付ける。その後は、貼り合わされることでシリコンウェハ１１の変形を防止し得る程度の剛性を有することとなった複数枚の保護フィルム２５を形状保持体として、上記実施形態と同様の工程を実施する。なお、シリコンウェハ１１の表面３から保護フィルム２５を剥がし易くするための電磁波（例えば、紫外線）の照射は、複数枚の保護フィルム２５を貼り合わせてから、フィルム拡張装置７０においてシリコンウェハ１１の表面３から複数枚の保護フィルム２５を剥がすまでの間であれば、いつ行ってもよい。また、保護フィルム２５を１枚ずつ剥がす場合、それぞれ剥がすタイミングで電磁波（例えば、紫外線）を照射してもよい。

更に、形状保持体は、シリコンウェハ１１の表面３に貼り付けられる保護フィルム２５と、形状保持プレート１８とが貼り合わされたものであってもよい。この場合、図２２（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の表面３に保護フィルム２５を貼り付けた後、研削装置５０の加工台５１上に、シリコンウェハ１１の裏面２１を上方に向けてシリコンウェハ１１を固定し、シリコンウェハ１１の裏面２１を回転砥石５２により平面研削してシリコンウェハ１１を薄型化する。続いて、図２２（ｂ）に示すように、テープマウンター８０の吸着台８１上に、シリコンウェハ１１の表面３を上方に向けてシリコンウェハ１１を固定し、既に貼り付けられている保護フィルム２５上に、更に形状保持プレート１８を貼り付ける。その後は、保護フィルム２５及び形状保持プレート１８を形状保持体として、上記実施形態と同様の工程を実施する。なお、シリコンウェハ１１の表面３から保護フィルム２５及び形状保持プレート１８を剥がし易くするための紫外線の照射は、保護フィルム２５上に形状保持プレート１８を貼り付けてから、フィルム拡張装置７０においてシリコンウェハ１１の表面３から保護フィルム２５及び形状保持プレート１８を剥がすまでの間であれば、いつ行ってもよい。

本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の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。 本実施形態の加工対象物切断方法において加工対象物となるシリコンウェハの平面図である。 本実施形態の加工対象物切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）はシリコンウェハに両面粘着テープを貼り付けた状態、（ｂ）は両面粘着テープに形状保持プレートを貼り付けた状態、（ｃ）はシリコンウェハを研削している状態である。 本実施形態の加工対象物切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）はシリコンウェハにレーザ光を照射している状態、（ｂ）はシリコンウェハの内部に切断起点領域が形成された状態、（ｃ）はシリコンウェハにエキスパンドテープを貼り付けた状態である。 本実施形態の加工対象物切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）はフィルム拡張装置において紫外線を照射している状態、（ｂ）はフィルム拡張装置において押圧部材を上昇させている状態、（ｃ）はフィルム拡張装置において各チップが互いに離間した状態である。 本実施形態のフィルム拡張装置の斜視図であり、（ａ）はシリコンウェハを装着した状態、（ｂ）は紫外線を照射している状態である。 本実施形態のフィルム拡張装置の斜視図であり、（ａ）は吸着パッドを形状保持プレート上に移動した状態、（ｂ）は両面粘着テープ及び形状保持プレートを載置台上に移動した状態である。 本実施形態のフィルム拡張装置の斜視図であり、押圧部材を上昇させた状態である。 本実施形態の加工対象物切断方法の変形例を説明するための模式図であり、（ａ）はシリコンウェハを研削している状態、（ｂ）は保護フィルム上に保護フィルムを貼り付けた状態である。 本実施形態の加工対象物切断方法の変形例を説明するための模式図であり、（ａ）はシリコンウェハを研削している状態、（ｂ）は保護フィルム上に形状保持プレートを貼り付けた状態である。

符号の説明

１…加工対象物、３…表面、５…切断予定ライン、７…改質領域、８…切断起点領域、１１…シリコンウェハ（半導体基板）、１３…溶融処理領域、１５…機能素子、１８…形状保持プレート（形状保持体）、１９…エキスパンドテープ（拡張可能フィルム）、２１…裏面（レーザ光入射面）、２３…チップ、２５…保護フィルム、６０…レーザ加工装置、７０…フィルム拡張装置、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims (5)

1. ウェハ状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断する加工対象物切断方法であって、
   レーザ加工装置において、前記加工対象物の表面に、前記加工対象物の変形を防止するための形状保持プレートが取り付けられた状態で、前記加工対象物の裏面をレーザ光入射面として前記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改質領域を形成し、その改質領域によって、前記切断予定ラインに沿って前記レーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、
   前記切断起点領域が形成された前記加工対象物の裏面に、拡張可能フィルム、及び前記拡張可能フィルムの外周部分が貼り付けられて前記拡張可能フィルムが固定されたリング状のテープ固定枠を取り付ける工程と、
   前記加工対象物の裏面に前記拡張可能フィルムが取り付けられた前記加工対象物を、前記加工対象物の表面に前記形状保持プレートが取り付けられた状態でフィルム拡張装置に搬送し、前記テープ固定枠を前記フィルム拡張装置のリング状の受け部材と前記フィルム拡張装置のリング状の押え部材とで挟持することで、前記加工対象物を前記フィルム拡張装置に装着する工程と、
   前記フィルム拡張装置において、前記拡張可能フィルムが取り付けられた前記加工対象物の表面から前記形状保持プレートを取り外す工程と、
   前記フィルム拡張装置において、前記拡張可能フィルムを拡張させることで、前記切断起点領域を起点として前記加工対象物が切断されて生じた複数の部分を互いに離間させる工程とを含むことを特徴とする加工対象物切断方法。
2. 前記加工対象物は、その表面に機能素子が形成された半導体基板であることを特徴とする請求項１記載の加工対象物切断方法。
3. 前記切断起点領域を形成する工程の前に、前記加工対象物の表面に前記形状保持プレートが取り付けられた状態で、前記加工対象物の裏面を研磨する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の加工対象物切断方法。
4. 前記切断起点領域を形成する工程と前記拡張可能フィルムを取り付ける工程との間に、前記加工対象物の表面に前記形状保持プレートが取り付けられた状態で、前記加工対象物の裏面を研磨する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の加工対象物切断方法。
5. 前記形状保持プレートは、ガラス製又は樹脂製であり、粘着剤層を介して前記加工対象物の表面に取り付けられ、
   前記形状保持プレートを取り外す工程では、前記形状保持プレート側から前記粘着剤層に電磁波を照射すること、又は前記粘着剤層を加熱することで前記粘着剤層の粘着力を低下させ、前記加工対象物の表面から前記形状保持プレートを取り外すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の加工対象物切断方法。

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