特許 7584429 レーザ加工装置及びチップの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-07

(45)【発行日】2024-11-15

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びチップの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20241108BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

H01L21/78 B

B23K26/53

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021550394

(86)(22)【出願日】2020-08-07

(86)【国際出願番号】 JP2020030465

(87)【国際公開番号】W WO2021065207

(87)【国際公開日】2021-04-08

【審査請求日】2023-08-01

(31)【優先権主張番号】P 2019180676

(32)【優先日】2019-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100156395

【弁理士】

【氏名又は名称】荒井 寿王

(72)【発明者】

【氏名】爲本 広昭

(72)【発明者】

【氏名】山本 稔

(72)【発明者】

【氏名】関本 祐介

(72)【発明者】

【氏名】杉尾 良太

(72)【発明者】

【氏名】中村 都美則

【審査官】鈴木 孝章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４２７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３４６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２０９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０７３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－５２８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－５０３６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃ面を主面とするサファイア基板を含む加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源で出射した前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器で変調した前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光光学系と、を備え、
前記空間光変調器は、
前記レーザ光の集光位置で発生する球面収差を打ち消すように収差補正した状態を理想集光状態とし、当該理想集光状態での収差補正量を理想収差補正量としたとき、
前記サファイア基板のａ軸方向に沿う第１切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する場合には、前記理想収差補正量よりも小さい第１収差補正量で収差補正を行い、
前記サファイア基板のｍ軸方向に沿う第２切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する場合には、前記理想収差補正量よりも小さく且つ前記第１収差補正量とは異なる第２収差補正量で収差補正を行う、レーザ加工装置。

【請求項2】

前記第１収差補正量は、前記第２収差補正量よりも小さい、請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記第１切断予定ラインは、前記加工対象物を厚さ方向から見て、前記加工対象物のオリエンテーションフラットと垂直である、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記第２切断予定ラインは、前記加工対象物を厚さ方向から見て、前記加工対象物のオリエンテーションフラットと平行である、請求項１～３の何れか一項に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記加工対象物の表面側には、デバイス層が設けられており、
前記加工対象物の裏面は、前記レーザ光の入射面である、請求項１～４の何れか一項に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

Ｃ面を主面とするサファイア基板を含む加工対象物を準備する工程と、
レーザ光源から出射したレーザ光を空間光変調器により変調し、前記空間光変調器により変調した前記レーザ光を集光光学系により前記サファイア基板に集光することで、前記サファイア基板に改質領域を形成する工程と、を備え、
前記空間光変調器による前記レーザ光の変調においては、
前記レーザ光の集光位置で発生する球面収差を打ち消すように収差補正した状態を理想集光状態とし、当該理想集光状態での収差補正量を理想収差補正量としたとき、
前記サファイア基板のａ軸方向に沿う第１切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する場合には、前記理想収差補正量よりも小さい第１収差補正量で収差補正を行い、
前記サファイア基板のｍ軸方向に沿う第２切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する場合には、前記理想収差補正量よりも小さく且つ前記第１収差補正量とは異なる第２収差補正量で収差補正を行う、チップの製造方法。

【請求項7】

前記第１収差補正量は、前記第２収差補正量よりも小さい、請求項６に記載のチップの製造方法。

【請求項8】

前記第１切断予定ラインは、前記加工対象物を厚さ方向から見て、前記加工対象物のオリエンテーションフラットと垂直である、請求項６又は７に記載のチップの製造方法。

【請求項9】

前記第２切断予定ラインは、前記加工対象物を厚さ方向から見て、前記加工対象物のオリエンテーションフラットと平行である、請求項６～８の何れか一項に記載のチップの製造方法。

【請求項10】

前記加工対象物の表面側には、デバイス層が設けられており、
前記加工対象物の裏面は、前記レーザ光の入射面である、請求項６～９の何れか一項に記載のチップの製造方法。

【請求項11】

前記第１切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する場合において、前記レーザ光のパルスエネルギが、９．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、前記第１収差補正量が、前記理想収差補正量の２５％以上７５％以下の範囲である、請求項６～１０の何れか一項に記載のチップの製造方法。

【請求項12】

前記第１切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する場合において、前記レーザ光のパルスエネルギが、８．５μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、前記第１収差補正量が、前記理想収差補正量の５０％以上６２．５％以下の範囲である、請求項６～１０の何れか一項に記載のチップの製造方法。

【請求項13】

前記第２切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する場合において、前記レーザ光のパルスエネルギが、８．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、前記第２収差補正量が、前記理想収差補正量の７５％以上１００％未満の範囲である、請求項６～１２の何れか一項に記載のチップの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一側面は、レーザ加工装置及びチップの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工装置として、加工対象物にレーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する球面収差を補正して、加工対象物にレーザ光を集光する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１０７３３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような技術では、レーザ光のパルスエネルギが大きくなると、加工対象物にダメージが出やすい。よって、近年、レーザ光のパルスエネルギが小さいレーザ加工の実現が期待されている。

【0005】

本発明の一側面は、レーザ光のパルスエネルギが小さいレーザ加工を実現できるレーザ加工装置及びチップの製造方法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】

【0006】

本発明の一側面に係るレーザ加工装置は、Ｃ面を主面とするサファイア基板を含む加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源で出射したレーザ光を変調する空間光変調器と、空間光変調器で変調したレーザ光を加工対象物に集光する集光光学系と、を備え、空間光変調器は、レーザ光の集光位置で発生する球面収差を打ち消すように収差補正した状態を理想集光状態とし、当該理想集光状態での収差補正量を理想収差補正量としたとき、サファイア基板のａ軸方向に沿う第１切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さい第１収差補正量で収差補正を行い、サファイア基板のｍ軸方向に沿う第２切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さく且つ第１収差補正量とは異なる第２収差補正量で収差補正を行う。

【0007】

サファイア基板のａ軸方向に沿う第１切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さい第１収差補正量で収差補正を行うことで、理想収差補正量で収差補正を行う場合に比べて、サファイア基板の厚さ方向における亀裂の伸展性が向上し、小さいパルスエネルギでも第１切断予定ラインに沿って加工対象物を切断できることが見出される。また、サファイア基板のｍ軸方向に沿う第２切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さく且つ第１収差補正量とは異なる第２収差補正量で収差補正を行うことで、理想収差補正量で収差補正を行う場合に比べて、サファイア基板の厚さ方向における亀裂の伸展性が向上し、小さいパルスエネルギでも第２切断予定ラインに沿って加工対象物を切断できることが見出される。したがって、本発明の一側面によれば、レーザ光のパルスエネルギが小さいレーザ加工を実現することが可能となる。

【0008】

本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、第１収差補正量は、第２収差補正量よりも小さくてもよい。この場合、サファイア基板の厚さ方向における亀裂の伸展性が一層向上し、一層小さいパルスエネルギでも加工対象物を切断できることが可能となる。

【0009】

本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、第１切断予定ラインは、加工対象物を厚さ方向から見て、加工対象物のオリエンテーションフラットと垂直であってもよい。これにより、加工対象物のオリエンテーションフラットを基準に、レーザ光のパルスエネルギが小さいレーザ加工を実現することが可能となる。

【0010】

本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、第２切断予定ラインは、加工対象物を厚さ方向から見て、加工対象物のオリエンテーションフラットと平行であってもよい。これにより、加工対象物のオリエンテーションフラットを基準に、レーザ光のパルスエネルギが小さいレーザ加工を実現することが可能となる。

【0011】

本発明の一側面に係るレーザ加工装置では、加工対象物の表面側には、デバイス層が設けられており、加工対象物の裏面は、レーザ光の入射面であってもよい。この場合には、上述したようにレーザ光のパルスエネルギが小さいレーザ加工を実現できることから、サファイア基板を透過したレーザ光によるデバイス層へのダメージ（いわゆる抜け光ダメージ）が大きくなることを抑制することが可能となる。

【0012】

本発明の一側面に係るチップの製造方法では、Ｃ面を主面とするサファイア基板を含む加工対象物を準備する工程と、レーザ光源から出射したレーザ光を空間光変調器により変調し、空間光変調器により変調したレーザ光を集光光学系によりサファイア基板に集光することで、サファイア基板に改質領域を形成する工程と、を備え、空間光変調器によるレーザ光の変調においては、レーザ光の集光位置で発生する球面収差を打ち消すように収差補正した状態を理想集光状態とし、当該理想集光状態での収差補正量を理想収差補正量としたとき、サファイア基板のａ軸方向に沿う第１切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さい第１収差補正量で収差補正を行い、サファイア基板のｍ軸方向に沿う第２切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さく且つ第１収差補正量とは異なる第２収差補正量で収差補正を行う。

【0013】

本発明の一側面に係るチップの製造方法では、第１収差補正量は、第２収差補正量よりも小さくてもよい。

【0014】

本発明の一側面に係るチップの製造方法では、第１切断予定ラインは、加工対象物を厚さ方向から見て、加工対象物のオリエンテーションフラットと垂直であってもよい。

【0015】

本発明の一側面に係るチップの製造方法では、第２切断予定ラインは、加工対象物を厚さ方向から見て、加工対象物のオリエンテーションフラットと平行であってもよい。

【0016】

本発明の一側面に係るチップの製造方法では、加工対象物の表面側には、デバイス層が設けられており、加工対象物の裏面は、レーザ光の入射面であってもよい。

【0017】

本発明の一側面に係るチップの製造方法では、第１切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合において、レーザ光のパルスエネルギが、９．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第１収差補正量が、理想収差補正量の２５％以上７５％以下の範囲であってもよい。この場合、チップの製造を歩留まりよく行うことができる。

【0018】

本発明の一側面に係るチップの製造方法では、第１切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合において、レーザ光のパルスエネルギが、８．５μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第１収差補正量が、理想収差補正量の５０％以上６２．５％以下の範囲であってもよい。この場合、チップの製造を歩留まりよく行うことができる。

【0019】

本発明の一側面に係るチップの製造方法では、第２切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合において、レーザ光のパルスエネルギが、８．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第２収差補正量が、理想収差補正量の７５％以上１００％未満の範囲であってもよい。この場合、チップの製造を歩留まりよく行うことができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一側面によれば、レーザ光のパルスエネルギが小さいレーザ加工を実現できるレーザ加工装置及びチップの製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、実施形態のレーザ加工装置の構成図である。

【図2】図２（ａ）は、加工対象物の平面図である。図２（ｂ）は、加工対象物の一部の側断面図である。

【図3】図３は、オリエンテーションフラットと垂直な第１切断予定ラインに沿ったレーザ加工の評価結果を示すグラフである。

【図4】図４は、オリエンテーションフラットと平行な第２切断予定ラインに沿ったレーザ加工の評価結果を示すグラフである。

【図5】図５は、オリエンテーションフラットと垂直な第１切断予定ラインに沿ったレーザ加工の評価結果を示すグラフである。

【図6】図６（ａ）は、収差補正無しの集光状態を説明する図である。図６（ｂ）は、収差補正量が理想収差補正量よりも小さいことにより弱補正の集光状態となっていることを説明する図である。図６（ｃ）は、理想集光状態を説明する図である。図６（ｄ）は、収差補正量が理想収差補正量よりも大きいことにより補正過剰の集光状態となっていることを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［レーザ加工装置の構成］

【0023】

図１に示されるように、レーザ加工装置１は、ステージ２と、レーザ光源３と、空間光変調器４と、集光レンズ（集光光学系）７と、制御部６と、を備えている。レーザ加工装置１は、加工対象物２０にレーザ光Ｌを照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物２０に改質領域１２を形成する装置である。以下、第１水平方向をＸ方向といい、第１水平方向に垂直な第２水平方向をＹ方向という。また、鉛直方向をＺ方向という。

【0024】

ステージ２は、例えば加工対象物２０に貼り付けられたフィルムを吸着することにより、加工対象物２０を支持する。本実施形態では、ステージ２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って移動可能である。また、ステージ２は、Ｚ方向に沿った軸を中心に回転可能である。レーザ光源３は、例えばパルス発振方式によって、加工対象物２０に対して透過性を有するレーザ光Ｌを出射する。空間光変調器４は、レーザ光源３で出力したレーザ光Ｌを変調する。空間光変調器４は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。集光レンズ７は、空間光変調器４で変調したレーザ光Ｌを加工対象物２０に集光する。

【0025】

ステージ２に支持された加工対象物２０の内部にレーザ光Ｌが集光されると、レーザ光Ｌの集光点Ｃに対応する部分においてレーザ光Ｌが特に吸収され、加工対象物２０の内部に改質領域１２が形成される。改質領域１２は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域１２としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。

【0026】

一例として、加工対象物２０に対してレーザ光Ｌを照射しながら、ステージ２をＸ方向に沿って移動させ、加工対象物２０に対して集光点ＣをＸ方向に沿って相対的に移動させると、複数の改質スポット１３がＸ方向に沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポット１３は、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される。１列の改質領域１２は、１列に並んだ複数の改質スポット１３の集合である。隣り合う改質スポット１３は、加工対象物２０に対する集光点Ｃの相対的な移動速度及びレーザ光Ｌの繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。

【0027】

制御部６は、ステージ２、レーザ光源３、空間光変調器４及び集光レンズ７を制御する。制御部６は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部６では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部６は、各種機能を実現する。

【0028】

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、加工対象物２０は、Ｃ面を主面（表面１１ａ及び裏面１１ｂ）とするサファイア基板１１と、サファイア基板１１の表面１１ａ（一方の主面）に形成された複数の機能素子１５と、を備える。加工対象物２０は、円板状を呈する。加工対象物２０には、オリエンテーションフラット２５が形成されている。オリエンテーションフラット２５は、加工対象物２０の外周面の一部に形成された平面である。オリエンテーションフラット２５は、加工対象物２０の側面の一部を構成する。

【0029】

サファイア基板１１は、六方晶系の材料であるサファイアで形成された円板状（板状）の基板である。Ｃ面は、（０００１）面である。機能素子１５は、フォトダイオード等の受光素子やレーザダイオード、発光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る。複数の機能素子１５は、サファイア基板１１の表面１１ａ上にマトリックス状に配列されている。このように、加工対象物２０は、その表面２１側に、複数の機能素子１５を含むデバイス層１６が設けられたものである。なお、加工対象物２０及びサファイア基板１１の形状は、特に限定されない。

【0030】

レーザ加工装置１において実施されるレーザ加工方法は、加工対象物２０を機能素子１５ごとに切断することにより複数のチップを製造するチップの製造方法として用いられる。そのため、レーザ加工装置１では、加工対象物２０に対して、隣り合う機能素子１５の間のストリート領域１７を通るように（加工対象物２０の厚さ方向（Ｚ方向）から見た場合に、ストリート領域１７の幅の中を通るように）複数の切断予定ライン５が格子状に設定される。へき開性を有するa軸に沿って割断する場合には、斜めに割れる量（へき開量）を考慮し、レーザ光Ｌの照射位置を意図的にずらして（オフセットして）、レーザ照射してもよい。オフセットすることにより、サファイア基板１１の亀裂がストリート領域１７からはみ出して、機能素子１５となる領域の内部に及ぶことを抑制することができる。そして、サファイア基板１１の裏面１１ｂでもある加工対象物２０の裏面２２から入射させられたレーザ光Ｌが集光され、各切断予定ライン５に沿って加工対象物２０に改質領域１２が形成される。裏面２２は、レーザ光Ｌの入射面を構成する。切断予定ライン５は、仮想的なラインであるが、実際に引かれたラインであってもよい。切断予定ライン５は、座標指定されたものであってもよい。

【0031】

空間光変調器４は、レーザ光Ｌが入射される液晶層（表示部）を有する。空間光変調器４は、改質領域１２を形成する際、液晶層に所定の変調パターンを表示させてレーザ光Ｌを変調することで、収差補正を実行する。表示させる変調パターンは、例えば、改質領域１２の形成を予定する深さ位置（Ｚ方向の位置）、レーザ光Ｌの波長、加工対象物２０の材料、並びに、集光レンズ７及び加工対象物２０の屈折率等の少なくとも何れかに基づいて、予め導出されて記憶されている。空間光変調器４における変調パターンの表示等の動作は、制御部６により制御される。

【0032】

変調パターンは、球面収差を軽減する球面収差補正パターンを含む。球面収差は、レーザ光Ｌを構成する各光線が、１点に収束せずにばらつく（ボケる）現象である。球面収差は、レーザ光Ｌの集光領域（レーザ光Ｌを構成する各光線が集光される領域）をＺ方向に長尺化させてしまう。なお、球面収差補正パターンに加えて、変調パターンは、加工点を分岐させるパターン、及び、レーザ加工装置１に生じる個体差を補正するための個体差補正パターン等の少なくとも何れかを含んでいてもよい。

【0033】

空間光変調器４は、複数の切断予定ライン５のうちの第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合には、理想集光状態での理想収差補正量よりも小さい第１収差補正量で収差補正を行う。空間光変調器４は、複数の切断予定ライン５のうちの第２切断予定ライン５ｂに沿って改質領域１２を形成する場合には、理想集光状態での理想収差補正量よりも小さく且つ第１収差補正量とは異なる第２収差補正量で収差補正を行う。

【0034】

理想集光状態とは、レーザ光Ｌの集光位置で発生する球面収差を打ち消すように収差補正した状態であって、媒質がないと仮定した場合の集光状態に近くなるまで収差が軽減された集光状態のことである。理想収差補正量とは、媒質中での理想集光状態になる収差補正量である。レーザ光Ｌの集光位置は、技術常識により特定することができる。例えばレーザ光Ｌの集光位置は、図１の集光点Ｃの位置に対応する。例えばレーザ光Ｌの集光位置は、レーザ光Ｌの集光領域の中心付近の位置に対応する。

【0035】

第１切断予定ライン５ａは、サファイア基板１１のａ軸方向に沿うラインである。第１切断予定ライン５ａは、Ｚ方向から見て、加工対象物２０のオリエンテーションフラット２５と垂直である。第２切断予定ライン５ｂは、サファイア基板１１のｍ軸方向に沿うラインである。第２切断予定ライン５ｂは、Ｚ方向から見て、加工対象物２０のオリエンテーションフラット２５と平行である。第１収差補正量は、第２収差補正量よりも小さい。ｍ軸は、ｍ面に垂直な軸である。ａ軸は、ａ面に垂直な軸である。

【0036】

図３は、オリエンテーションフラット２５と垂直な第１切断予定ライン５ａに沿ったレーザ加工の評価結果を示すグラフである。加工条件としては、レーザ光Ｌの波長を１０３０ｎｍ、パルス幅を６ｐｓ、パルスエネルギを９．５μＪ、デフォーカス４０μｍ、スキャン速度を４００ｍｍ／ｓ、繰り返し周波数を５０ｋHzとした。このとき、走査速度と繰り返し周波数とより算出されるパルスピッチは、８μｍである。レーザ光Ｌの入射面は裏面２２である。このときの理想収差補正量をＨ０とする。スキャン速度は、切断予定ライン５に沿って走査するレーザ光Ｌの相対速度である。デフォーカスとは、対物レンズと加工対象媒質入射面の距離について、加工用レーザ集光点を加工対象媒質入射表面で最も集光した時を基準にどれくらい近づけたかを距離で表したものである（以下、同じ）。

【0037】

ａ軸方向に沿う第１切断予定ライン５ａの加工条件としては、パルス幅を０．１ｐｓ～１０ｐｓ、パルスエネルギを８．５μＪ～１２μＪ、デフォーカス量を３２μｍ～５０μｍとしてもよい。繰り返し周波数と走査速度から決まるパルスピッチは、５μｍ～１０μｍとしてもよい。

【0038】

横軸は、収差補正量である。ここでの収差補正量は、理想収差補正量Ｈ０を１００％とし、収差補正を行わない場合を０％としている（以下、同じ）。なお、収差補正量の表現（単位）は特に限定されない。収差補正量が理想収差補正量Ｈ０よりも大きいと、補正過剰とされる。収差補正量が理想収差補正量Ｈ０よりも小さいと、弱補正とされる。縦軸は、亀裂伸展率の軸を含む。例えば、Ｚ方向から見て、加工対象物２０の所定領域（例えば全域）にレーザ加工を施した場合には、「亀裂伸展率」は、「改質領域１２からの亀裂が十分に伸展していると評価できる領域」／「レーザ加工を施した所定領域」である（下記参照）。改質領域１２からの亀裂が十分に伸展しているか否かの評価は、種々の評価方法により実施できる。例えば、改質領域１２から伸展する亀裂がサファイア基板１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂの両方に到達している場合について改質領域１２からの亀裂が十分に伸展していると評価できる。亀裂伸展率が１００％に近いほど、Ｚ方向における改質領域１２からの亀裂の伸展が良好である。亀裂伸展率が０％に近いほど、Ｚ方向における改質領域１２からの亀裂の伸展が悪い。亀裂伸展率は、目視により確認することも可能である。グラフ中の折れ線が、亀裂伸展率である。また、縦軸は、へき開量を含む。へき開量とは、ａ軸方向に沿うレーザ加工により形成される改質領域１２から伸展する亀裂のｍ軸方向に沿う長さである。
亀裂伸展率＝Ｚ方向視における改質領域１２からの亀裂が十分に伸展していると評価できる領域／Ｚ方向視における加工対象物２０にレーザ加工を施した所定領域

【0039】

図６（ａ）は、収差補正無しの集光状態を説明する図である。図６（ｂ）は、収差補正量が理想収差補正量よりも小さいことにより弱補正の集光状態となっていることを説明する図である。図６（ｃ）は、理想集光状態を説明する図である。図６（ｄ）は、収差補正量が理想収差補正量よりも大きいことにより補正過剰の集光状態となっていることを説明する図である。図６（ａ）～図６（ｄ）は、サファイアで形成された加工対象物２０に空気中からレーザ光Ｌを照射したときの当該加工対象物２０の側断面図に対応する。

【0040】

図６（ａ）に示されるように、収差補正を行わない場合の集光状態では、例えば、レーザ光Ｌの外側の光線の集光点についての加工対象物２０の表面からの距離Ｚ２が、レーザ光Ｌの内側の光線の集光点についての加工対象物２０の表面からの距離Ｚ１よりも大きくなる。この場合、距離Ｚ１，Ｚ２に差ΔＺが生じる。図６（ｂ）に示されるように、弱補正の集光状態では、例えば距離Ｚ２が距離Ｚ１よりも未だ大きく、距離Ｚ１，Ｚ２に差ΔＺが生じる。図６（ｃ）に示されるように、理想集光状態では、例えば距離Ｚ１，Ｚ２等しくなり、距離Ｚ１，Ｚ２に差ΔＺが生じない。図６（ｄ）に示されるように、補正過剰の集光状態では、例えば距離Ｚ２が距離Ｚ１よりも小さくなり、距離Ｚ１，Ｚ２に差ΔＺが生じる。

【0041】

図３に示されるように、第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合には、次の知見が見出される。すなわち、収差補正量を理想収差補正量よりも小さくする（弱補正側にする）ことで、亀裂伸展率を高められる。収差補正量が３７．５％以上７５％未満の範囲Ｆ１で、亀裂伸展率が良化する傾向にある。範囲Ｆ１において、へき開量は約２０～約３０μｍの範囲であった。範囲Ｆ１は、図４の範囲Ｆ２よりも広い。範囲Ｆ１は、図４の範囲Ｆ２よりも弱補正側の範囲である。収差補正量が理想収差補正量よりも大きくなる（補正過剰になる）と、亀裂伸展率が極端に悪化する。収差補正量が理想収差補正量よりも大きくなると、亀裂の蛇行及びへき開量が増加してしまう。

【0042】

ａ軸方向に沿う第１切断予定ライン５ａのレーザ加工におけるパルスエネルギの範囲は、加工対象物２０をチップに切断する際の歩留り向上のため、亀裂伸展率が５０％以上になるような範囲としてもよい。パルスエネルギを高く設定し過ぎると、機能素子１５にダメージが生じ、特性の悪化を招く可能性がある。また、パルスエネルギを高く設定し過ぎると、改質領域１２が大きくなり、改質領域１２同士が影響し合うことで、却って亀裂伸展性を悪化させる可能性がある。従って、ａ軸方向に沿う第１切断予定ライン５ａの加工においては、パルスエネルギは上述した８．５μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲に設定してもよい。パルスエネルギを上述した８．５μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲に設定とすることにより、亀裂伸展率が５０％以上の良好な亀裂の伸展とすることができ、且つ、機能素子１５のダメージを抑制することが可能である。

【0043】

図４は、オリエンテーションフラット２５と平行な第２切断予定ライン５ｂに沿ったレーザ加工の評価結果を示すグラフである。加工条件としては、レーザ光Ｌの波長を１０３０ｎｍ、パルス幅を６ｐｓ、パルスエネルギを８．０μＪ、スキャン速度を４００ｍ／ｓ、デフォーカス４０μｍとした。レーザ光Ｌの入射面は裏面２２である。このときの理想収差補正量をＨ０とする。横軸は、収差補正量である。縦軸は、亀裂伸展率の軸及び斜裂開量の軸を含む。グラフ中の折れ線が、亀裂伸展率である。斜裂開量とは、ｍ軸方向に沿うレーザ加工によって形成される改質領域１２から伸展する亀裂のａ軸方向に沿う長さである。斜裂開量はサファイア基板１１の特性上、へき開量よりも小さい値になりやすい。従って、ｍ軸方向に沿う亀裂はａ軸方向に沿う亀裂よりも伸展しやすい。ｍ軸方向に沿うレーザ加工のパルスエネルギは、切断位置をストリート領域１７内に収めやすくするために、斜裂開量が３．０μｍ以内となる範囲に設定してもよい。

【0044】

ｍ軸方向に沿う第２切断予定ライン５ｂの加工条件としては、パルス幅を０．１ｐｓ～１０ｐｓ、パルスエネルギを８．０μＪ～１２μＪ、デフォーカス量を３０μｍ～５０μｍとしてもよい。繰り返し周波数と走査速度とから決まるパルスピッチは、５μｍ～１０μｍとしてもよい。

【0045】

ｍ軸方向に沿う第２切断予定ライン５ｂの加工におけるパルスエネルギの範囲は、加工対象物２０をチップに切断する際の歩留り向上のため、亀裂伸展率が５０％以上になるような範囲としてもよい。パルスエネルギを高く設定し過ぎると、機能素子１５にダメージが生じ、特性の悪化を招く可能性がある。また、パルスエネルギを高く設定し過ぎると、改質領域１２が大きくなり、改質領域１２同士が影響し合うことで、却って亀裂伸展性を悪化させる可能性がある。従って、ｍ軸方向に沿う第２切断予定ライン５ｂの加工においては、パルスエネルギは上述した８．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲に設定してもよい。パルスエネルギを上述した８．０μＪ～１２．０μＪの範囲に設定とすることにより、亀裂伸展率が５０％以上の良好な亀裂の伸展とすることができ、かつ、機能素子１５のダメージを抑制することが可能である。ここで、ｍ軸方向の亀裂は、ａ軸方向の亀裂と比較して、低いパルスエネルギで伸展しやすい。従って、ｍ軸方向に沿う第２切断予定ライン５ｂの加工におけるパルスエネルギは、ａ軸方向に沿うレーザ加工のパルスエネルギの範囲（８．５μＪ以上１２．０μＪ以下）よりも広い、８．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲に設定することができる。さらに、ｍ軸方向に沿う第２切断予定ライン５ｂの加工におけるパルスエネルギが、８．０μJ以上１２．０μJ以下の範囲においては、斜裂開量が３．０μｍ以内の範囲となるので、切断位置が、ストリート領域１７内に収まりやすくなる。

【0046】

図４に示されるように、第２切断予定ライン５ｂに沿って改質領域１２を形成する場合には、次の知見が見出される。すなわち、収差補正量を理想収差補正量よりも小さくする（弱補正側にする）ことで、亀裂伸展率を高められる。収差補正量が７５％以上１００未満の範囲Ｆ２で、亀裂伸展率が良化する傾向にある。収差補正量が８７．５％のとき、亀裂伸展率が極大点を有する傾向がある。斜裂開量は、収差補正量を理想収差補正量よりも小さくしても問題ない。

【0047】

図５は、オリエンテーションフラット２５と垂直な第１切断予定ライン５ａに沿ったレーザ加工の評価結果を示すグラフである。図５の評価結果の加工条件は、図３の評価結果の加工条件に対して、レーザ光Ｌのパルスエネルギを低下させ、９．０μＪ，８．５μＪ，８．０μＪとしている。グラフ中の折れ線が、亀裂伸展率である。グラフ中のＯ１がパルスエネルギを９．０μＪとしたときの亀裂伸展率の結果であり、グラフ中のＯ２がパルスエネルギを８．５μＪとしたときの亀裂伸展率の結果であり、グラフ中のＯ３がパルスエネルギを８．０μＪとしたときの亀裂伸展率の結果である。

【0048】

図５に示されるように、第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合には、次の知見がさらに見出される。すなわち、レーザ光Ｌのパルスエネルギを低下させると、亀裂伸展率の極大点が顕著となる。レーザ光Ｌのパルスエネルギを低下させると、収差補正量が５０％以上６２．５％未満の範囲Ｆ３で、亀裂伸展率が極大点を有する。範囲Ｆ３は、図４の範囲Ｆ２よりも弱補正側の範囲である。範囲Ｆ３は、図３の範囲Ｆ１よりも狭い。

【0049】

本実施形態のチップの製造方法は、加工対象物２０を切断してチップを得る方法であって、上述したレーザ加工装置１を用いて実施される。すなわち、本実施形態のチップの製造方法は、加工対象物２０を準備する工程と、レーザ光源３から出射したレーザ光Ｌを空間光変調器４により変調し、空間光変調器４により変調したレーザ光Ｌを集光レンズ７によりサファイア基板１１に集光することで、サファイア基板１１に改質領域１２を形成する工程と、を備える。空間光変調器４によるレーザ光Ｌの変調では、第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さい第１収差補正量で収差補正を行う一方、第２切断予定ライン５ｂに沿って改質領域１２を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さく且つ第１収差補正量とは異なる第２収差補正量で収差補正を行う。

【0050】

ここで、レーザ光Ｌのパルスエネルギを低下させると、亀裂伸展率の極大点が顕著となる知見から、レーザ光Ｌのパルスエネルギを増加させると、亀裂伸展率が極大値を有する第１収差補正量の範囲が大きくなると考えられる。従って、亀裂伸展率が５０％以上を示す第１収差補正量の範囲においても、レーザ光Ｌのパルスエネルギを増加させると大きくなると考えられる。つまり、図５に示される、レーザ光Ｌのパルスエネルギが９．０μＪの場合における、亀裂伸展率が５０％以上を示す第１収差補正量の範囲が、少なくとも理想収差補正量の２５％以上７５％以下の範囲であるという結果は、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、９．０μＪ以上の場合においても当てはまると考えられる。ただし、上述したように、パルスエネルギが高すぎると、却って亀裂伸展性に悪影響を及ぼす可能性があるため、レーザ光Ｌのパルスエネルギの上限は１２．０μＪであってもよい。つまり、ａ軸方向に沿う第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、９．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第１収差補正量が、理想収差補正量の２５％以上７５％以下の範囲とすることで、亀裂伸展率が５０％以上の良好な亀裂の伸展とすることができる。

【0051】

また、図５に示される、レーザ光Ｌのパルスエネルギが８．５μＪの場合における、亀裂伸展率が５０％以上を示す第１収差補正量の範囲が、５０％以上６２．５％以下であるという結果は、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、８．５μＪ以上の場合においても当てはまると考えられる。ただし、上述したように、レーザ光Ｌのパルスエネルギの上限は１２．０μＪであってもよい。つまり、ａ軸方向に沿う第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、８．５μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第１収差補正量が、理想収差補正量の５０％以上６２．５％以下の範囲とすることで、亀裂伸展率が５０％以上の良好な亀裂の伸展とすることができる。

【0052】

また、図４に示される、レーザ光Ｌのパルスエネルギが８．０μＪの場合における、亀裂伸展率が５０％以上を示す第２収差補正量の範囲が、７５％以上１００％以下であるという結果は、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、８．０μＪ以上の場合においても当てはまると考えられる。ただし、上述したように、レーザ光Ｌのパルスエネルギの上限は１２．０μＪであってもよい。つまり、ｍ軸方向に沿う第２切断予定ライン５ｂに沿って改質領域１２を形成する場合、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、８．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第２収差補正量が、理想収差補正量の７５％以上１００％以下の範囲とすることで、亀裂伸展率が５０％以上の良好な亀裂の伸展とすることができる。

【0053】

以上、レーザ加工においては、図３、図４及び図５に示されるように、サファイア基板１１のａ軸方向に沿う第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さい第１収差補正量で収差補正を行うことで、理想収差補正量で収差補正を行う場合に比べて、Ｚ方向における亀裂の伸展性が向上することが見出される。この場合、小さいパルスエネルギでも当該第１切断予定ラインに沿って加工対象物２０を切断できることが見出される。また、サファイア基板１１のｍ軸方向に沿う第２切断予定ライン５ｂに沿って改質領域１２を形成する場合には、理想収差補正量よりも小さく且つ第１収差補正量とは異なる第２収差補正量で収差補正を行うことで、理想収差補正量で収差補正を行う場合に比べて、Ｚ方向における亀裂の伸展性が向上することが見出される。この場合、小さいパルスエネルギでも当該第２切断予定ラインに沿って加工対象物２０を切断できることが見出される。

【0054】

この点、レーザ加工装置１及びチップの製造方法では、第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する際には第１収差補正量で収差補正を行い、第２切断予定ライン５ｂに沿って改質領域１２を形成する際には第２収差補正量で収差補正を行う。したがって、亀裂の伸展性を向上することができ、レーザ光Ｌのパルスエネルギが小さいレーザ加工を実現することが可能となる。その結果、加工対象物２０に与えるダメージを抑制することができる。加工対象物２０が厚い場合でも、パルスエネルギの増大を抑制してダメージ抑制しつつ、当該加工対象物２０を精度よく切断することが可能となる。

【0055】

レーザ加工装置１及びチップの製造方法では、第１収差補正量は、第２収差補正量よりも小さい。この場合、上述した知見にあるように、亀裂の伸展性を一層向上させ、一層小さいパルスエネルギでも加工対象物２０を切断することが可能となる。サファイア基板１１のａ軸方向に沿う第１切断予定ライン５ａと、サファイア基板１１のｍ軸方向に沿う第２切断予定ライン５ｂと、のそれぞれにおいて、サファイア基板１１の厚さ方向に複数列の改質領域１２を形成する場合、サファイア基板１１の厚さ方向の全ての第１収差補正量は、サファイア基板１１の厚さ方向の全ての第２収差補正量よりも小さくてもよい。つまり、第１切断予定ライン５ａに沿って複数列の改質領域１２を形成する際における全ての第１収差補正量は、第２切断予定ライン５ｂに沿って複数列の改質領域１２を形成する際における全ての第２収差補正量よりも小さくてもよい。

【0056】

レーザ加工装置１及びチップの製造方法では、第１切断予定ライン５ａは、Ｚ方向から見て、オリエンテーションフラット２５と垂直である。これにより、オリエンテーションフラット２５を基準に、パルスエネルギが小さいレーザ加工を実現することが可能となる。

【0057】

レーザ加工装置１及びチップの製造方法では、第２切断予定ライン５ｂは、Ｚ方向から見て、オリエンテーションフラット２５と平行である。これにより、オリエンテーションフラット２５を基準に、パルスエネルギが小さいレーザ加工を実現することが可能となる。

【0058】

レーザ加工装置１及びチップの製造方法では、加工対象物２０の表面２１側には、デバイス層１６が設けられており、加工対象物の裏面２２がレーザ光Ｌの入射面である。この場合において、上述したようにレーザ光Ｌのパルスエネルギが小さいレーザ加工を実現できるために、サファイア基板１１を透過したレーザ光Ｌによるデバイス層１６へのダメージ（いわゆる抜け光ダメージ）が大きくなるのを抑制することが可能となる。

【0059】

チップの製造方法では、第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合において、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、９．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第１収差補正量が、理想収差補正量の２５％以上７５％以下の範囲である。この場合、亀裂伸展率を５０％以上の範囲とし、チップの製造（加工対象物２０の割断）を歩留まりよく行うことができる。

【0060】

チップの製造方法では、第１切断予定ライン５ａに沿って改質領域１２を形成する場合において、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、８．５μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第１収差補正量が、理想収差補正量の５０％以上６２．５％以下の範囲であってもよい。この場合、亀裂伸展率を５０％以上の範囲とし、チップの製造を歩留まりよく行うことができる。

【0061】

チップの製造方法では、第２切断予定ライン５ｂに沿って改質領域１２を形成する場合において、レーザ光Ｌのパルスエネルギが、８．０μＪ以上１２．０μＪ以下の範囲であり、且つ、第２収差補正量が、理想収差補正量の７５％以上１００％未満の範囲であってもよい。この場合、亀裂伸展率を５０％以上の範囲とし、チップの製造を歩留まりよく行うことができる。また、斜裂開量の範囲を、３μｍ以下の範囲とすることができる。

【0062】

以上、実施形態を説明したが、本発明の一態様は、上述した実施形態に限定されない。

【0063】

本発明の一態様では、ステージ２を移動させることで、加工対象物２０に対してレーザ光Ｌを相対的に移動させたが、これに代えてもしくは加えて、集光レンズ７を移動させることで、加工対象物２０に対してレーザ光Ｌを相対的に移動させてもよい。本発明の一態様では、加工対象物２０の裏面２２をレーザ光Ｌの入射面としたが、加工対象物２０の表面２１をレーザ光Ｌの入射面としてもよい。本発明の一態様において、「ａ軸方向及びｍ軸方向に沿うこと」、「平行」並びに「垂直」は、誤差を含んでいてもよく、実質的にａ軸方向及びｍ軸方向に沿えばよいし、実質的に平行であればよいし、実質的に垂直であればよい。

【0064】

本発明の一態様は、レーザ加工装置、レーザ加工方法、半導体部材製造装置、又は半導体部材製造方法として捉えることができる。上述した実施形態及び変形例における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。また、上述した実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。

【符号の説明】

【0065】

１…レーザ加工装置、３…レーザ光源、４…空間光変調器、５…切断予定ライン、５ａ…第１切断予定ライン、５ｂ…第２切断予定ライン、７…集光レンズ（集光光学系）、１１…サファイア基板、１１ａ…表面（主面）、１１ｂ…裏面（主面）、１２…改質領域、１６…デバイス層、２０…加工対象物、２２…裏面、２５…オリエンテーションフラット、Ｌ…レーザ光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】