(57)【要約】【課題】単結晶基板を分割予定ラインに沿って効率よく個々のチップに分割することができるとともに、チップの品質を低下させないレーザー加工方法を提供する。【解決手段】単結晶基板にパルスレーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工方法であって、パルスレーザー光線を集光する集光レンズの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値が０．０５〜０．２の範囲で集光レンズの開口数(NA)を設定する開口数設定工程と、パルスレーザー光線の集光点が単結晶基板の厚み方向の所望の位置に位置付けられるように集光レンズと単結晶基板とを相対的に光軸方向に位置付ける位置付け工程と、パルスレーザー光線を照射して単結晶基板に位置付けられた集光点とパルスレーザー光線が入射された側との間に細孔と細孔をシールドする非晶質とを成長させてシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成工程とを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板にパルスレーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工方法であって、
パルスレーザー光線を集光する集光レンズの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値が０．０５〜０．２の範囲で集光レンズの開口数(NA)を設定する開口数設定工程と、
パルスレーザー光線の集光点が単結晶基板の厚み方向の所望の位置に位置付けられるように集光レンズと単結晶基板とを相対的に光軸方向に位置付ける位置付け工程と、
パルスレーザー光線を照射して単結晶基板に位置付けられた集光点とパルスレーザー光線が入射された側との間に細孔と該細孔をシールドする非晶質とを成長させてシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成工程と、を含む、
ことを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項２】
該位置付け工程において集光点は、単結晶基板におけるパルスレーザー光線が入射される側と反対側の面に隣接する内側に位置付けられる、請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項３】
該シールドトンネル形成工程において、単結晶基板に設定された分割予定ラインに沿って複数のシールドトンネルを形成する、請求項１又は２記載のレーザー加工方法。
【請求項４】
該複数のシールドトンネルは、隣接する非晶質同士がつながるように形成される、請求項３記載のレーザー加工方法。
【請求項５】
該シールドトンネルの長さが単結晶基板の厚みとなるようにパルスレーザー光線のエネルギーが設定される、請求項１から４のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項６】
パルスレーザー光線のエネルギーと該シールドトンネルの長さとの相関関係を生成し、形成したい該シールドトンネルの長さに対応したパルスレーザー光線のエネルギーを設定する、請求項１から５のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項７】
パルスレーザー光線のエネルギーが５μJ／１パルス以上であり、該シールドトンネルの長さをY（μm）とし、パルスレーザー光線のエネルギーをX（μJ／１パルス）とした場合、Y＝(３．０〜４．０μm／μJ）X＋５０μmの相関関係を有する、請求項６記載のレーザー加工方法。
【請求項８】
パルスレーザー光線の波長は、単結晶基板のバンドギャップに対応する波長の２倍以上に設定される、請求項１から７のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項９】
該開口数設定工程においては、単結晶基板がサファイア(Al2O3)基板の場合には集光レンズの開口数(NA)は０．１〜０．３５に設定され、単結晶基板が炭化珪素（SiC）基板の場合には集光レンズの開口数(NA)は０．１５〜０．５５に設定され、単結晶基板が窒化ガリウム(GaN)基板の場合には集光レンズの開口数(NA)は０．１〜０．５に設定される、請求項１から８のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン（Si）基板、サファイア基板、炭化珪素（SiC）基板、窒化ガリウム(GaN)基板等の単結晶基板にレーザー加工を施すレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン（Si）基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された機能層によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスが分割予定ラインによって区画されており、この分割予定ラインに沿って分割することによって個々の半導体チップを製造している。
【０００３】
また、光デバイス製造工程においては、サファイア基板(Al2O3)、炭化珪素（SiC）基板、窒化ガリウム(GaN)基板の表面にn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより光デバイスが形成された領域を分割して個々のチップを製造している。
【０００４】
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割する技術である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することによりアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成し、この破断起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する技術が実用化されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【特許文献２】特開平１０―３０５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、ウエーハの内部にレーザー光線の集光点を位置付けて改質層を形成するためには開口数(NA)が０．８前後の集光レンズを用いる必要があり、例えば厚みが３００μmのウエーハを個々のデバイスに分割するためには改質層を数段重ねて形成しなければならず生産性が悪いという問題がある。
また、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射すると、ウエーハの入射面近傍でアブレーション加工が施されてエネルギーがウエーハの内部まで浸透しないため、分割予定ラインに沿って複数回パルスレーザー光線を照射しなければならず生産性が悪いとともに、デブリが飛散してチップの品質を低下させるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、単結晶基板を分割予定ラインに沿って効率よく個々のチップに分割することができるとともに、チップの品質を低下させないレーザー加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、単結晶基板にパルスレーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工方法であって、
パルスレーザー光線を集光する集光レンズの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値が０．０５〜０．２の範囲で集光レンズの開口数(NA)を設定する開口数設定工程と、
パルスレーザー光線の集光点が単結晶基板の厚み方向の所望の位置に位置付けられるように集光レンズと単結晶基板とを相対的に光軸方向に位置付ける位置付け工程と、
パルスレーザー光線を照射して単結晶基板に位置付けられた集光点とパルスレーザー光線が入射された側との間に細孔と該細孔をシールドする非晶質とを成長させてシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成工程と、を含む、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。
【００１０】
上記位置付け工程において集光点は、単結晶基板におけるパルスレーザー光線が入射される側と反対側の面に隣接する内側に位置付けられる。
上記シールドトンネル形成工程において、単結晶基板に設定された分割予定ラインに沿って複数のシールドトンネルを形成する。この複数のシールドトンネルは、隣接する非晶質同士がつながるように形成されることが望ましい。
上記シールドトンネルの長さは、単結晶基板の厚みとなるようにパルスレーザー光線のエネルギーが設定される。
パルスレーザー光線のエネルギーとシールドトンネルの長さとの相関関係を生成し、形成したい該シールドトンネルの長さに対応したパルスレーザー光線のエネルギーを設定する。パルスレーザー光線のエネルギーが５μJ／１パルス以上であり、シールドトンネルの長さをY（μm）とし、パルスレーザー光線のエネルギーをX（μJ／１パルス）とした場合、Y＝(３．０〜４．０μm／μJ）X＋５０μmの相関関係を有する。
パルスレーザー光線の波長は、単結晶基板のバンドギャップに対応する波長の２倍以上に設定される。
上記開口数設定工程においては、単結晶基板がサファイア(Al2O3)基板の場合には集光レンズの開口数(NA)は０．１〜０．３５に設定され、単結晶基板が炭化珪素（SiC）基板の場合には集光レンズの開口数(NA)は０．１５〜０．５５に設定され、単結晶基板が窒化ガリウム(GaN)基板の場合には集光レンズの開口数(NA)は０．１〜０．５に設定される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザー加工方法においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値が０．０５〜０．２の範囲で集光レンズの開口数(NA)を設定し、パルスレーザー光線を照射して単結晶基板に位置付けられた集光点とパルスレーザー光線が入射された側との間に細孔と該細孔をシールドする非晶質とを成長させてシールドトンネルを形成するので、厚みが例えば３００μmの単結晶基板であっても入射面（上面）から下面に亘ってシールドトンネルを形成することができるため、単結晶基板の厚みが厚くてもパルスレーザー光線を１回照射すればよいため、生産性が極めて良好となる。また、シールドトンネル形成工程においてはデブリが飛散しないので、デバイスの品質を低下させるという問題も解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるレーザー加工方法によって加工される単結晶基板としての光デバイスウエーハの斜視図。
【図２】図１に示す光デバイスウエーハを環状のフレームに装着したダイシングテープに貼着した状態を示す斜視図。
【図３】本発明によるレーザー加工方法におけるシールドトンネル形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。
【図４】本発明によるレーザー加工方法におけるシールドトンネル形成工程の説明図。
【図５】集光レンズの開口数(NA)と光デバイスウエーハの屈折率(N)と開口数(NA)を屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）との関係を示す図。
【図６】サファイア基板と炭化珪素（SiC）基板と窒化ガリウム(GaN)基板においてシールドトンネルが形成された状態におけるパルスレーザー光線のエネルギーとシールドトンネルの長さとの関係を示すグラフ。
【図７】本発明によるレーザー加工方法によってシールドトンネルが形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割するための分割装置の斜視図。
【図８】図７に示す分割装置によって実施するウエーハ分割工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明によるウエーハの加工方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明によるレーザー加工方法によって加工される単結晶基板としての光デバイスウエーハの斜視図が示されている。図１に示す光デバイスウエーハ２は、厚みが３００μmのサファイア基板の表面２aに発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス２１がマトリックス状に形成されている。そして、各光デバイス２１は、格子状に形成された分割予定ライン２２によって区画されている。
【００１５】
上述した光デバイスウエーハ２を分割予定ライン２２に沿って分割するために、分割予定ライン２２に沿ってレーザー加工を施すレーザー加工方法について説明する。
先ず、光デバイスウエーハ２を環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図２に示すように、環状のフレーム３の内側開口部を覆うように外周部が装着されたダイシングテープ３０の表面に光デバイスウエーハ２の表面２aを貼着する。従って、ダイシングテープ３０の表面に貼着された光デバイスウエーハ２は、裏面２bが上側となる。
【００１６】
図３には、上述したウエーハ支持工程が実施された光デバイスウエーハ２の分割予定ライン２２に沿ってレーザー加工を施すレーザー加工装置が示されている。図３に示すレーザー加工装置４は、被加工物を保持するチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２と、チャックテーブル４１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段４３を具備している。チャックテーブル４１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図３において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図３において矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
【００１７】
上記レーザー光線照射手段４２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング４２１を含んでいる。ケーシング４２１内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング４２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光レンズ４２２aを備えた集光器４２２が装着されている。この集光器４２２の集光レンズ４２２aは、開口数(NA)が次のよう設定されている。即ち、集光レンズ４２２aの開口数(NA)は、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値が０．０５〜０．２の範囲に設定される（開口数設定工程）。なお、レーザー光線照射手段４２は、集光器４２２の集光レンズ４２２aによって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。
【００１８】
上記レーザー光線照射手段４２を構成するケーシング４２１の先端部に装着された撮像手段４３は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００１９】
上述したレーザー加工装置４を用いて、上述したウエーハ支持工程が実施された光デバイスウエーハ２の分割予定ライン２２に沿ってレーザー加工を施すには、パルスレーザー光線の集光点が単結晶基板としての光デバイスウエーハ２の厚み方向の所望の位置に位置付けられるように集光レンズと単結晶基板とを相対的に光軸方向に位置付ける位置付け工程を実施する。
先ず、上述した図３に示すレーザー加工装置４のチャックテーブル４１上に光デバイスウエーハ２が貼着されたダイシングテープ３０側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、ダイシングテープ３０を介して光デバイスウエーハ２をチャックテーブル４１上に保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル４１に保持された光デバイスウエーハ２は、裏面２bが上側となる。なお、図３においてはダイシングテープ３０が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル４１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持される。このようにして、光デバイスウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル４１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段４３の直下に位置付けられる。
【００２０】
チャックテーブル４１が撮像手段４３の直下に位置付けられると、撮像手段４３および図示しない制御手段によって光デバイスウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段４３および図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ２の所定方向に形成されている分割予定ライン２２と、分割予定ライン２２に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４２２との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する（アライメント工程）。また、光デバイスウエーハ２に上記所定方向と直交する方向に形成された分割予定ライン２２に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、光デバイスウエーハ２の分割予定ライン２２が形成されている表面２ａは下側に位置しているが、撮像手段４３が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面２bから透かして分割予定ライン２２を撮像することができる。
【００２１】
上述したアライメント工程を実施したならば、図４で示すようにチャックテーブル４１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２２を集光器４２２の直下に位置付ける。このとき、図４の（ａ）で示すように光デバイスウエーハ２は、分割予定ライン２２の一端(図４の（ａ）において左端)が集光器４２２の直下に位置するように位置付けられる。そして、集光器４２２の集光レンズ４２２aによって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点Pが単結晶基板としての光デバイスウエーハ２の厚み方向の所望の位置に位置付けられるように図示しない集光点位置調整手段を作動して集光器４２２を光軸方向に移動する（位置付け工程）。なお、図示の実施形態においては、パルスレーザー光線の集光点Pは、光デバイスウエーハ２におけるパルスレーザー光線が入射される側（裏面２b側）と反対側の面（表面２a）に隣接する内側に設定されている。
【００２２】
上述したように位置付け工程を実施したならば、レーザー光線照射手段４２を作動して集光器４２２からパルスレーザー光線LBを照射して光デバイスウエーハ２に位置付けられた集光点Pとパルスレーザー光線が入射された側（裏面２b側）との間に細孔と該細孔をシールドする非晶質とを形成させてシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成工程を実施する。即ち、集光器４２２から光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LBを照射しつつチャックテーブル４１を図４の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる（シールドトンネル形成工程）。そして、図４の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段４２の集光器４２２の照射位置に分割予定ライン２２の他端(図４の（ａ）において右端)が達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル４１の移動を停止する。
【００２３】
上述したシールドトンネル形成工程を実施することにより、光デバイスウエーハ２の内部には、図４の（c）に示すようにパルスレーザー光線LBの集光点Pが位置付けられた表面２a（下面）側から入射面である裏面２b（上面）に亘って細孔２３１と該細孔２３１の周囲に形成された非晶質２３２が成長し、分割予定ライン２２に沿って所定の間隔（図示の実施形態においては１０μｍの間隔（加工送り速度：５００ｍｍ／秒）／（繰り返し周波数：５０ｋＨｚ））で非晶質のシールドトンネル２３が形成される。このシールドトンネル２３は、図４の（d）および（e）に示すように中心に形成された直径がφ１μm程度の細孔２３１と該細孔２３１の周囲に形成された直径がφ１０μmの非晶質２３２とからなり、図示の実施形態においては互いに隣接する非晶質２３２同士がつながるように形成される形態となっている。なお、上述したシールドトンネル形成工程において形成される非晶質のシールドトンネル２３は、光デバイスウエーハ２の表面２a（下面）側から入射面である裏面２b（上面）に亘って形成することができるため、ウエーハの厚みが厚くてもパルスレーザー光線を１回照射すればよいので、生産性が極めて良好となる。また、シールドトンネル形成工程においてはデブリが飛散しないので、デバイスの品質を低下させるという問題も解消される。
【００２４】
上述したように所定の分割予定ライン２２に沿って上記シールドトンネル形成工程を実施したら、チャックテーブル４１を矢印Ｙで示す方向に光デバイスウエーハ２に形成された分割予定ライン２２の間隔だけ割り出し移動し（割り出し工程）、上記シールドトンネル形成工程を遂行する。このようにして所定方向に形成された全ての分割予定ライン２２に沿って上記シールドトンネル形成工程を実施したならば、チャックテーブル４１を９０度回動せしめて、上記所定方向に形成された分割予定ライン２２に対して直交する方向に延びる分割予定ライン２２に沿って上記シールドトンネル形成工程を実行する。
【００２５】
上述したシールドトンネル形成工程において、良好なシールドトンネル２３を形成するには、上述したように集光レンズ４２２aの開口数(NA)は、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S）が０．０５〜０．２の範囲に設定されていることが重要である。
ここで、開口数(NA)と屈折率(N)と開口数(NA)を屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）との関係について、図５を参照して説明する。図５において集光レンズ４２２aに入光したパルスレーザー光線LBは光軸に対して角度(θ)をもって集光される。このとき、sinθが集光レンズ４２２aの開口数(NA)である（NA＝sinθ）。集光レンズ４２２aによって集光されたパルスレーザー光線LBが単結晶基板からなる光デバイスウエーハ２に照射されると、光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板は空気より密度が高いのでパルスレーザー光線LBは角度(θ)から角度(α)に屈折して集光点Pに集光される。このとき、光軸に対する角度(α)は、光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板の屈折率(N)によって異なる。屈折率(N)は（Ｎ＝sinθ／sinα）であるから、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）はsinαとなる。従って、sinαを０．０５〜０．２の範囲（０．０５≦sinα≦０．２）に設定することが重要である。
以下、集光レンズ４２２aの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定された理由について説明する。
【００２６】
［実験１−１］
厚みが１０００μmのサファイア(Al2O3)基板（屈折率：１．７）を次の加工条件でシールドトンネルを形成し、シールドトンネルの良不良を判定した。
加工条件
波長                            ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数                  ：５０ｋＨｚ
パルス幅                        ：１０ps
平均出力                        ：３Ｗ
集光スポット径                  ：φ１０μｍ
加工送り速度                    ：５００ｍｍ／秒
集光レンズの開口数(NA)      シールドトンネルの良不良      S＝ＮＡ／Ｎ
０．０５                      なし                                  
０．１                        やや良好                ０．０５８
０．１５                      良好                    ０．０８８
０．２                        良好                    ０．１１７
０．２５                      良好                    ０．１４７
０．３                        良好                    ０．１７６
０．３５                      やや良好                ０．２０５
０．４                        不良  
０．４５                      不良：ボイドができる
０．５                        不良：ボイドができる
０．５５                      不良：ボイドができる
０．６                        不良：ボイドができる
以上のようにサファイア基板（屈折率：１．７）においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ４２２aの開口数(NA)が、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定することにより、シールドトンネルが形成される。従って、サファイア基板（屈折率：１．７）においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ４２２aの開口数(NA)は、０．１〜０．３５に設定することが重要である。
【００２７】
［実験１−２］
厚みが１０００μmの炭化珪素（SiC）基板（屈折率：２．６３）を次の加工条件でシールドトンネルを形成し、シールドトンネルの良不良を判定した。
加工条件
波長                            ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数                  ：５０ｋＨｚ
パルス幅                        ：１０ps
平均出力                        ：３Ｗ
集光スポット径                  ：φ１０μｍ
加工送り速度                    ：５００ｍｍ／秒
集光レンズの開口数(NA)      シールドトンネルの良不良      S＝ＮＡ／Ｎ
０．０５                      なし                                  
０．１                        なし                              
０．１５                      やや良好                ０．０５７
０．２                        良好                    ０．０７６
０．２５                      良好                    ０．０９５
０．３                        良好                    ０．１１４
０．３５                      良好                    ０．１３３
０．４                        良好                    ０．１５３
０．４５                      良好                    ０．１７１
０．５                        良好                    ０．１９
０．５５                      やや良好                ０．２０９
０．６                        不良：ボイドができる
以上のように炭化珪素（SiC）基板（屈折率：２．６３）においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ４２２aの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定することにより、シールドトンネルが形成される。従って、炭化珪素（SiC）基板においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ４２２aの開口数(NA)は、０．１５〜０．５５に設定することが重要である。
【００２８】
［実験１−３］
厚みが１０００μmの窒化ガリウム(GaN)基板（屈折率：２．３）を次の加工条件でシールドトンネルを形成し、シールドトンネルの良不良を判定した。
加工条件
波長                            ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数                  ：５０ｋＨｚ
パルス幅                        ：１０ps
平均出力                        ：３Ｗ
集光スポット径                  ：φ１０μｍ
加工送り速度                    ：５００ｍｍ／秒
集光レンズの開口数(NA)      シールドトンネルの良不良      S＝ＮＡ／Ｎ
０．０５                      なし                                  
０．１                        やや良好                ０．０４３
０．１５                      良好                    ０．０６５
０．２                        良好                    ０．０８６
０．２５                      良好                    ０．１０８
０．３                        良好                    ０．１３０
０．３５                      良好                    ０．１５２
０．４                        良好                    ０．１７３
０．４５                      良好                    ０．１９５
０．５                        やや良好                ０．２１７
０．５５                      不良：ボイドができる
０．６                        不良：ボイドができる
以上のように窒化ガリウム(GaN)基板においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ４２２aの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定することにより、シールドトンネルが形成される。従って、窒化ガリウム(GaN)基板においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ４２２aの開口数(NA)は、０．１〜０．５に設定することが重要である。
なお、シールドトンネルは集光点Pからレーザー光線が照射された側に形成されることから、パルスレーザー光線の集光点はパルスレーザー光線が入射される側と反対側の面に隣接する内側に位置付けられる必要がある。
【００２９】
上述した実験１−１、実験１−２、実験１−３から、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ４２２aの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定することにより、シールドトンネルが形成されることが確認できた。
【００３０】
次に、パルスレーザー光線のエネルギーとシールドトンネルの長さとの相関関係について検討する。
【００３１】
［実験２］
厚みが１０００μmのサファイア(Al2O3)基板、炭化珪素（SiC）基板、窒化ガリウム(GaN)基板に次の加工条件でパルスレーザー光線を照射し、パルスレーザー光線のエネルギー（μJ／１パルス）とシールドトンネルの長さ（μm）との関係を求めた。
加工条件
波長                            ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数                  ：５０ｋＨｚ
パルス幅                        ：１０ps
集光スポット径                  ：φ１０μｍ
加工送り速度                    ：５００ｍｍ／秒
平均出力を０．０５Ｗ（1μJ／１パルス）間隔でシールドトンネルが形成されるまで平均出力を上昇させ、シールドトンネルが形成された後は０．５Ｗ（1０μJ／１パルス）間隔で１０Ｗ（２００μJ／１パルス）まで平均出力を上昇させ、シールドトンネルの長さ（μm）を計測した。
パルスエネルギー（μJ／１パルス）    シールドトンネルの長さ（μm）
サファイア  炭化珪素  窒化ガリウム
１                                なし        なし      なし
２                                なし        なし      なし
３                                なし        なし      なし
４                                なし        なし      なし
５                                ６５        ６５      ７０
１０                                ７５        ８５      ８５
２０                              １２５      １１５    １２５
３０                              １５０      １５５    １７０
４０                              １７５      １８５    ２０５
５０                              １９０      ２３０    ２５０
６０                              ２１０      ２６５    ２９５
７０                              ２４５      ２９０    ３３０
８０                              ２６０      ３３０    ３６５
９０                              ３１５      ３７０    ４１５
１００                              ３４０      ３９５    ４５０
１１０                              ３６５      ４３０    ４８５
１２０                              ４００      ４７０    ５３０
１３０                              ４２５      ５００    ５６５
１４０                              ４５５      ５３５    ６１０
１５０                              ４９０      ５７０    ６５０
１６０                              ５２５      ６１０    ６８５
１７０                              ５５０      ６４０    ７３５
１８０                              ５７５      ６７５    ７７０
１９０                              ６１０      ７１５    ８１５
２００                              ６４０      ７４０    ８５０
【００３２】
上述したサファイア(Al2O3)基板、炭化珪素（SiC）基板、窒化ガリウム(GaN)基板においてシールドトンネルが形成された状態におけるパルスレーザー光線のエネルギー（μJ／１パルス）とシールドトンネルの長さ（μm）とは図６に示すグラフの通り表され、パルスレーザー光線のエネルギーが５μJ／１パルス以上であること、およびシールドトンネルの長さをY（μm）とし、パルスレーザー光線のエネルギーをX（μJ／１パルス）とした場合、Y＝(３．０〜４．０μm／μJ）X＋５０μmの相関関係を有することが判った。従って、厚み５００μmのサファイア(Al2O3)基板の場合、シールドトンネルの長さが単結晶基板の厚みとなるように設定されるパルスレーザー光線のエネルギーは１６０μJ／１パルス以上となる。
【００３３】
次に、パルスレーザー光線の波長とシールドトンネルの形成状況について検討する。
【００３４】
［実験３−１］
厚みが１０００μmのサファイア基板を次の加工条件でパルスレーザー光線の波長を２９４０nm、１５５０nm、１０３０nm、５１５nm、３４３nm、２５７nm、１５１nmと下げていき、バンドギャップ８．０eV（波長換算：１５５nm）のサファイア基板にシールドトンネルが形成できるか否かを検証した。
加工条件
波長                            ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数                  ：５０ｋＨｚ
パルス幅                        ：１０ps
平均出力                        ：３Ｗ
集光スポット径                  ：φ１０μｍ
加工送り速度                    ：５００ｍｍ／秒
波長(nm) シールドトンネル良不良
２９４０                良好
１５５０                良好
１０３０                良好
５１５                良好
３４３                良好
２５７                不良
１５１                入射面でアブレーション不良
以上のようにサファイア基板においては、パルスレーザー光線の波長はバンドギャップ８．０eVに対応する波長（波長換算：１５５nm）の２倍以上に設定するとシールドトンネルが形成されることが確認できた。
【００３５】
［実験３−２］
厚みが１０００μmの炭化珪素（SiC）基板を次の加工条件でパルスレーザー光線の波長を２９４０nm、１５５０nm、１０３０nm、５１５nm、２５７nmと下げていき、バンドギャップ２．９eV（波長換算：４２５nm）の炭化珪素（SiC）基板にシールドトンネルが形成できるか否かを検証した。
加工条件
波長                            ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数                  ：５０ｋＨｚ
パルス幅                        ：１０ps
平均出力                        ：３Ｗ
集光スポット径                  ：φ１０μｍ
加工送り速度                    ：５００ｍｍ／秒
波長(nm) シールドトンネル良不良
２９４０                良好
１５５０                良好
１０３０                良好
５１５                入射面でアブレーション不良
２５７                入射面でアブレーション不良
以上のように炭化珪素（SiC）基板においては、パルスレーザー光線の波長はバンドギャップ２．９eVに対応する波長（波長換算：４２５nm）の２倍以上に設定するとシールドトンネルが形成されることが確認できた。
【００３６】
［実験３−３］
厚みが１０００μmの窒化ガリウム(GaN)基板を次の加工条件でパルスレーザー光線の波長を２９４０nm、１５５０nm、１０３０nm、５１５nm、２５７nmと下げていき、バンドギャップ３．４eV（波長換算：３６５nm）の窒化ガリウム(GaN)基板にシールドトンネルが形成できるか否かを検証した。
加工条件
波長                            ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数                  ：５０ｋＨｚ
パルス幅                        ：１０ps
平均出力                        ：３Ｗ
集光スポット径                  ：φ１０μｍ
加工送り速度                    ：５００ｍｍ／秒
波長(nm) シールドトンネル良不良
２９４０                良好
１５５０                良好
１０３０                良好
５１５                不良
２５７                入射面でアブレーション不良
以上のように窒化ガリウム(GaN)基板においては、パルスレーザー光線の波長はバンドギャップ３．４eVに対応する波長（波長換算：３６５nm）の２倍以上に設定するとシールドトンネルが形成されることが確認できた。
【００３７】
上述した実験３−１、実験３−２、実験３−３から、パルスレーザー光線の波長は単結晶基板のバンドギャップに対応する波長の２倍以上に設定するとシールドトンネルが形成されることが確認できた。
【００３８】
上述したシールドトンネル形成工程を実施したならば、光デバイスウエーハ２に外力を付与し細孔２３１と該細孔２３１の周囲に形成された非晶質２３２とからなるシールドトンネル２３が連続して形成された分割予定ライン２２に沿って光デバイスウエーハ２を個々の光デバイス２１に分割するウエーハ分割工程を実施する。ウエーハ分割工程は、図７に示す分割装置６を用いて実施する。図７に示す分割装置６は、上記環状のフレーム３を保持するフレーム保持手段６１と、該フレーム保持手段６１に保持された環状のフレーム３に装着された光デバイスウエーハ２を拡張するテープ拡張手段６２と、ピックアップコレット６３を具備している。フレーム保持手段６１は、環状のフレーム保持部材６１１と、該フレーム保持部材６１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ６１２とからなっている。フレーム保持部材６１１の上面は環状のフレーム３を載置する載置面６１１ａを形成しており、この載置面６１１ａ上に環状のフレーム３が載置される。そして、載置面６１１ａ上に載置された環状のフレーム３は、クランプ６１２によってフレーム保持部材６１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段６１は、テープ拡張手段６２によって上下方向に進退可能に支持されている。
【００３９】
テープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１の内側に配設される拡張ドラム６２１を具備している。この拡張ドラム６２１は、環状のフレーム３の内径より小さく該環状のフレーム３に装着されたダイシングテープ３０に貼着される光デバイスウエーハ２の外径より大きい内径および外径を有している。また、拡張ドラム６２１は、下端に支持フランジ６２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１を上下方向に進退可能な支持手段６２３を具備している。この支持手段６２３は、上記支持フランジ６２２上に配設された複数のエアシリンダ６２３aからなっており、そのピストンロッド６２３bが上記環状のフレーム保持部材６１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ６２３aからなる支持手段６２３は、図８の（ａ）に示すように環状のフレーム保持部材６１１を載置面６１１ａが拡張ドラム６２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、図８の（ｂ）に示すように拡張ドラム６２１の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動せしめる。
【００４０】
以上のように構成された分割装置６を用いて実施するウエーハ分割工程について図８を参照して説明する。即ち、光デバイスウエーハ２が貼着されているダイシングテープ３０が装着された環状のフレーム３を、図８の（ａ）に示すようにフレーム保持手段６１を構成するフレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に載置し、クランプ６１２によってフレーム保持部材６１１に固定する（フレーム保持工程）。このとき、フレーム保持部材６１１は図８の（ａ）に示す基準位置に位置付けられている。次に、テープ拡張手段６２を構成する支持手段６２３としての複数のエアシリンダ６２３ａを作動して、環状のフレーム保持部材６１１を図８の（ｂ）に示す拡張位置に下降せしめる。従って、フレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に固定されている環状のフレーム３も下降するため、図８の（ｂ）に示すように環状のフレーム３に装着されたダイシングテープ３０は拡張ドラム６２１の上端縁に接して拡張せしめられる（テープ拡張工程）。この結果、ダイシングテープ３０に貼着されている光デバイスウエーハ２には放射状に引張力が作用するため、上述したシールドトンネル２３が連続して形成され強度が低下せしめられた分割予定ライン２２に沿って個々の光デバイス２１に分離されるとともに光デバイス２１間に間隔Sが形成される。
【００４１】
次に、図８の（c）に示すようにピックアップコレット６３を作動して光デバイス２１を吸着し、ダイシングテープ３０から剥離してピックアップし、図示しないトレーまたはダイボンディング工程に搬送する。なお、ピックアップ工程においては、上述したようにダイシングテープ３０に貼着されている個々の光デバイス２１間の隙間Sが広げられているので、隣接する光デバイス２１と接触することなく容易にピックアップすることができる。
【符号の説明】
【００４２】
２：光デバイスウエーハ
２１：光デバイス
２２：分割予定ライン
２３：シールドトンネル
３：環状のフレーム
３０：ダイシングテープ
４：レーザー加工装置
４１：レーザー加工装置のチャックテーブル
４２：レーザー光線照射手段
４２２：集光器
６：分割装置
【図１】
2014221483.tif 000003
【図２】
2014221483.tif 000004
【図３】
2014221483.tif 000005
【図４】
2014221483.tif 000006
【図５】
2014221483.tif 000007
【図６】
2014221483.tif 000008
【図７】
2014221483.tif 000009
【図８】
2014221483.tif 000010