(57)【要約】      （修正有）【課題】単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】レーザー光線照射手段は、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線ＬＢを発振する発振器を備える。レーザー加工方法は、被加工物として、単結晶シリコンウエーハを選択する単結晶シリコンウエーハ選択工程と、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線を選定するレーザー光線選定工程と、レーザー光線の集光点を単結晶シリコンウエーハの内部に位置づけてレーザー光線を単結晶シリコンウエーハに照射して入射面から反対面に至る細孔７０と細孔７０を囲繞する非晶質７２とからなるシールドトンネル７４を形成するシールドトンネル形成工程とを少なくとも含む。【選択図】図７
2019013953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンウエーハにシールドトンネルを形成するレーザー加工装置であって、
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施す集光器を備えたレーザー光線照射手段と、から少なくとも構成され、
該レーザー光線照射手段は、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線を発振する発振器を備えるレーザー加工装置。
【請求項２】
該集光器の開口数を単結晶シリコンの屈折率で除した値が０．０５〜０．２の範囲になるように該集光器の開口数が設定される請求項１記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施す集光器を備えたレーザー光線照射手段と、から少なくとも構成されるレーザー加工装置を用いたレーザー加工方法であって、
被加工物として、単結晶シリコンウエーハを選択する単結晶シリコンウエーハ選択工程と、
単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線を選定するレーザー光線選定工程と、
レーザー光線の集光点を単結晶シリコンウエーハの内部に位置づけてレーザー光線を単結晶シリコンウエーハに照射して入射面から反対面に至る細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなる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、
を少なくとも含むレーザー加工方法。
【請求項４】
該集光器の開口数を単結晶シリコンの屈折率で除した値が０．０５〜０．２の範囲になるように該集光器の開口数を決定する開口数決定工程を含む請求項３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、単結晶シリコンウエーハにシールドトンネルを形成するためのレーザー加工装置、および単結晶シリコンウエーハにシールドトンネルを形成するためのレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、レーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割された各デバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
【０００３】
レーザー加工装置は下記（１）ないし（３）のタイプのものが存在する。
（１）被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の上面に位置づけてレーザー光線を被加工物に照射し、アブレーションによって分割の起点となる溝を形成するタイプ（たとえば特許文献１参照。）
（２）被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置づけてレーザー光線を被加工物に照射し、被加工物の内部に分割の起点となる改質層を形成するタイプ（たとえば特許文献２参照。）
（３）被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の所要位置に位置づけてレーザー光線を被加工物に照射し、表面から裏面に至る細孔と細孔を囲繞する非晶質とからなる分割の起点となるシールドトンネルを形成するタイプ（たとえば特許文献３参照。）
【０００４】
特許文献３には、ウエーハの素材としてサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）を抽出して実験を重ねた結果、シールドトンネルを適正に形成することができる条件として、ウエーハに照射するレーザー光線の波長を１０３０ｎｍとし、集光器の開口数をウエーハの素材の屈折率で除した値が０．０５〜０．２の範囲になるように集光器の開口数を決定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特許第３４０８８０５号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２１４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、単結晶シリコンを素材とするウエーハに特許文献３に開示された条件を当てはめて実験しても、適正なシールドトンネルを形成することができないことが判明した。
【０００７】
上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成することができるレーザー加工装置、および単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成することができる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】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の第一の局面が提供するのは以下のレーザー加工装置である。すなわち、単結晶シリコンウエーハにシールドトンネルを形成するレーザー加工装置であって、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施す集光器を備えたレーザー光線照射手段と、から少なくとも構成され、該レーザー光線照射手段は、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線を発振する発振器を備えるレーザー加工装置である。
【０００９】
本発明の第一の局面に係るレーザー加工装置では、該集光器の開口数を単結晶シリコンの屈折率で除した値が０．０５〜０．２の範囲になるように該集光器の開口数が設定されるのが好ましい。
【００１０】
本発明の第二の局面が提供するのは以下のレーザー加工方法である。すなわち、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施す集光器を備えたレーザー光線照射手段と、から少なくとも構成されるレーザー加工装置を用いたレーザー加工方法であって、被加工物として、単結晶シリコンウエーハを選択する単結晶シリコンウエーハ選択工程と、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線を選定するレーザー光線選定工程と、レーザー光線の集光点を単結晶シリコンウエーハの内部に位置づけてレーザー光線を単結晶シリコンウエーハに照射して入射面から反対面に至る細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなる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、を少なくとも含むレーザー加工方法である。
【００１１】
本発明の第二の局面に係るレーザー加工方法では、該集光器の開口数を単結晶シリコンの屈折率で除した値が０．０５〜０．２の範囲になるように該集光器の開口数を決定する開口数決定工程を含むのが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第一の局面に係るレーザー加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施す集光器を備えたレーザー光線照射手段と、から少なくとも構成され、該レーザー光線照射手段は、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線を発振する発振器を備えるので、単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成することができる。
【００１３】
本発明の第二の局面に係るレーザー加工方法は、被加工物として、単結晶シリコンウエーハを選択する単結晶シリコンウエーハ選択工程と、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線を選定するレーザー光線選定工程と、レーザー光線の集光点を単結晶シリコンウエーハの内部に位置づけてレーザー光線を単結晶シリコンウエーハに照射して入射面から反対面に至る細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなる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、を少なくとも含むので、単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図１に示すレーザー光線照射手段のブロック図。
【図３】単結晶シリコンの光透過率と光の波長との一般的な関係を示すグラフ。
【図４】集光レンズの開口数と、単結晶シリコンウエーハの屈折率と、集光レンズの開口数を単結晶シリコンウエーハの屈折率で除した値との関係を示す模式図。
【図５】単結晶シリコンウエーハの斜視図。
【図６】シールドトンネル形成工程が実施されている状態を示す斜視図。
【図７】（ａ）シールドトンネル形成工程が実施された単結晶シリコンウエーハの断面図、（ｂ）シールドトンネルの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の実施形態、および本発明に係るレーザー加工方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
まず、本発明に従って構成されたレーザー加工装置について説明する。図１に示すレーザー加工装置２は、ウエーハ等の被加工物を保持する保持手段４と、保持手段４に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施す集光器６を備えたレーザー光線照射手段８と、から少なくとも構成される。
【００１７】
図１に示すとおり、保持手段４は、Ｘ軸方向において移動自在に基台１０に搭載された矩形状のＸ軸方向可動板１２と、Ｙ軸方向において移動自在にＸ軸方向可動板１２に搭載された矩形状のＹ軸方向可動板１４と、Ｙ軸方向可動板１４の上面に固定された円筒状の支柱１６と、支柱１６の上端に固定された矩形状のカバー板１８とを含む。カバー板１８にはＹ軸方向に延びる長穴１８ａが形成され、長穴１８ａを通って上方に延びる円形状のチャックテーブル２０が支柱１６の上端に回転自在に搭載されている。チャックテーブル２０の上面には、多孔質材料から形成され実質上水平に延在する円形状の吸着チャック２２が配置され、吸着チャック２２は流路によって吸引手段（図示していない。）に接続されている。そして、チャックテーブル２０においては、吸引手段によって吸着チャック２２の上面に吸引力を生成することにより、吸着チャック２２の上面に載せられたウエーハ等の被加工物を吸着して保持することができる。また、チャックテーブル２０の周縁には、周方向に間隔をおいて複数のクランプ２４が配置されている。なお、Ｘ軸方向は図１に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ軸方向は図１に矢印Ｙで示す方向であってＸ軸方向に直交する方向である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向が規定する平面は実質上水平である。
【００１８】
図１及び図２を参照してレーザー光線照射手段８について説明する。レーザー光線照射手段８は、基台１０の上面から上方に延び次いで実質上水平に延びる枠体２６（図１参照。）と、枠体２６に内蔵された発振器２８（図２参照。）とを含む。発振器２８は、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のパルスレーザー光線ＬＢを発振するように構成されている。なお、一般に単結晶シリコンの光透過率は、図３に示すとおり、単結晶シリコンの光学吸収端である光の波長１０５０ｎｍ付近から光の波長が大きくなるに従って増加し、光の波長が約１２００ｎｍから約６０００ｎｍまでは約５５％でほぼ一定であり、光の波長が約６０００ｎｍを超えた範囲では光の波長が大きくなるに従って減少するという傾向にある。
【００１９】
図１及び図２を参照してレーザー光線照射手段８についての説明を続ける。図１に示すとおり、枠体２６の先端下面に配置されている集光器６は、枠体２６の先端下面に昇降自在に装着された円筒状のケーシング３０と、ケーシング３０に内蔵され発振器２８が発振したパルスレーザー光線ＬＢを集光する集光レンズ３２と、集光レンズ３２で集光するパルスレーザー光線ＬＢの集光点を上下方向に移動させる集光点位置調整手段（図示していない。）とを含む。集光点位置調整手段は、たとえば、ナット部が集光器６のケーシング３０に固定され上下方向に延びるボールねじ（図示していない。）と、このボールねじの片端部に連結されたモータ（図示していない。）とを有する構成でよい。このような構成の集光点位置調整手段においては、ボールねじによりモータの回転運動を直線運動に変換してケーシング３０に伝達し、上下方向に延びる案内レール（図示していない。）に沿ってケーシング３０を昇降させ、これによって集光レンズ３２で集光するパルスレーザー光線ＬＢの集光点を上下方向に移動させる。また、図示の実施形態では図２に示すとおり、レーザー光線照射手段８は、更に、発振器２８が発振したパルスレーザー光線ＬＢの出力を調整するアッテネーター３４と、アッテネーター３４によって出力が調整されたパルスレーザー光線ＬＢを反射して集光器６の集光レンズ３２に導くミラー３６とを含む。そして、発振器２８から発振されたパルスレーザー光線ＬＢは、適宜の出力にアッテネーター３４で調整され、次いでミラー３６で反射して光軸が上下方向に変換されて集光器６の集光レンズ３２に導かれて集光レンズ３２において集光され、そして保持手段４のチャックテーブル２０に保持された被加工物に照射される。これによって、チャックテーブル２０に保持された被加工物にレーザー加工が施される。
【００２０】
図示の実施形態における集光器６の集光レンズ３２の開口数ＮＡは、開口数ＮＡを単結晶シリコンＳｉの屈折率ｎで除した値Ｓ（Ｓ＝ＮＡ／ｎ）が０．０５〜０．２の範囲（０．０５≦Ｓ≦０．２）になるように設定されている。単結晶シリコンＳｉの屈折率ｎは通常３．７程度であり、単結晶シリコンＳｉの屈折率ｎが３．７の場合には集光レンズ３２の開口数ＮＡは０．１８５〜０．７４の範囲（０．１８５≦ＮＡ≦０．７４）に設定される。ここで図４を参照して、集光レンズ３２の開口数ＮＡと、単結晶シリコンＳｉの屈折率ｎと、集光レンズ３２の開口数ＮＡを単結晶シリコンＳｉの屈折率ｎで除した値Ｓ（Ｓ＝ＮＡ／ｎ）との関係について説明する。集光レンズ３２に入射したパルスレーザー光線ＬＢは光軸Ａ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３２の開口数ＮＡである（ＮＡ＝ｓｉｎθ）。集光レンズ３２で集光されたパルスレーザー光線ＬＢが単結晶シリコンＳｉに照射されると、単結晶シリコンＳｉの密度は空気の密度よりも大きいので、パルスレーザー光線ＬＢは角度θから角度βに屈折して集光点ＦＰに集光される。屈折率ｎはｎ＝ｓｉｎθ／ｓｉｎβで表されるから、集光レンズ３２の開口数ＮＡを単結晶シリコンＳｉの屈折率ｎで除した値Ｓ（Ｓ＝ＮＡ／ｎ）はｓｉｎβとなる。すなわち、開口数ＮＡを単結晶シリコンＳｉの屈折率ｎで除した値Ｓ（Ｓ＝ＮＡ／ｎ）が０．０５〜０．２の範囲（０．０５≦Ｓ≦０．２）であるとは、ｓｉｎβが０．０５〜０．２の範囲（０．０５≦ｓｉｎβ≦０．２）であると言い換えることができる。
【００２１】
図１に示すとおり、レーザー光線照射手段８の枠体２６の先端下面には、保持手段４に保持された被加工物を撮像してレーザー加工すべき領域を検出するための撮像手段３８が集光器６とＸ軸方向に間隔をおいて装着されている。撮像手段３８は、可視光線により被加工物を撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）と、被加工物に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段により照射された赤外線を捕らえる光学系と、光学系が捕らえた赤外線に対応する電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）とを含む（いずれも図示していない。）。
【００２２】
図１を参照して説明を続けると、レーザー加工装置２は、更に、保持手段４とレーザー光線照射手段８とを相対的に移動させる移動手段４０を備える。図示の実施形態における移動手段４０は、レーザー光線照射手段８に対して保持手段４のチャックテーブル２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動手段４２と、レーザー光線照射手段８に対して保持手段４のチャックテーブル２０をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動手段４４と、保持手段４の支柱１６に対してチャックテーブル２０を回転させる回転手段（図示していない。）とを含む。Ｘ軸方向移動手段４２は、基台１０上においてＸ軸方向に延びるボールねじ４６と、ボールねじ４６の片端部に連結されたモータ４８とを有する。ボールねじ４６のナット部（図示していない。）は、Ｘ軸方向可動板１２の下面に固定されている。そしてＸ軸方向移動手段４２は、ボールねじ４６によりモータ４８の回転運動を直線運動に変換してＸ軸方向可動板１２に伝達し、基台１０上の案内レール１０ａに沿ってＸ軸方向可動板１２をＸ軸方向に進退させ、これによってレーザー光線照射手段８に対してチャックテーブル２０をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸方向移動手段４４は、Ｘ軸方向可動板１２上においてＹ軸方向に延びるボールねじ５０と、ボールねじ５０の片端部に連結されたモータ５２とを有する。ボールねじ５０のナット部（図示していない。）は、Ｙ軸方向可動板１４の下面に固定されている。そしてＹ軸方向移動手段４４は、ボールねじ５０によりモータ５２の回転運動を直線運動に変換してＹ軸方向可動板１４に伝達し、Ｘ軸方向可動板１２上の案内レール１２ａに沿ってＹ軸方向可動板１４をＹ軸方向に進退させ、これによってレーザー光線照射手段８に対してチャックテーブル２０をＹ軸方向に移動させる。回転手段は、支柱１６に内蔵されたモータ（図示していない。）を有し、上下方向に延びる軸線を中心として支柱１６に対してチャックテーブル２０を回転させる。
【００２３】
次に、本発明に係るレーザー加工方法について説明する。本実施形態では、レーザー加工装置２を用いたレーザー加工方法について説明する。本実施形態では、まず、被加工物として、単結晶シリコンウエーハを選択する単結晶シリコンウエーハ選択工程を実施する。図５には、単結晶シリコンウエーハ選択工程において選択され得る円盤状の単結晶シリコンウエーハ６０が示されている。単結晶シリコンウエーハ６０の表面６０ａは、格子状の分割予定ライン６２によって複数の矩形領域に区画され、複数の矩形領域のそれぞれにはＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス６４が形成されている。本実施形態では、周縁が環状フレーム６６に固定された粘着テープ６８に単結晶シリコンウエーハ６０の裏面６０ｂが貼り付けられている。なお、単結晶シリコンウエーハ６０の表面６０ａが粘着テープ６８に貼り付けられていてもよい。
【００２４】
本実施形態では、単結晶シリコンウエーハ選択工程を実施すると共に、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のレーザー光線を選定するレーザー光線選定工程を実施する。レーザー加工装置２の発振器２８は、上述のとおり、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のパルスレーザー光線ＬＢを発振するように構成されているので、レーザー加工装置２を用いたレーザー加工方法では必然的にレーザー光線選定工程を実施することになる。
【００２５】
また、単結晶シリコンウエーハ選択工程及びレーザー光線選定工程を実施すると共に、集光器の開口数を単結晶シリコンの屈折率で除した値が０．０５〜０．２の範囲になるように集光器の開口数を決定する開口数決定工程を実施するのが好適である。レーザー加工装置２では、上述のとおり、集光器６の集光レンズ３２開口数ＮＡを単結晶シリコンの屈折率ｎで除した値Ｓ（Ｓ＝ＮＡ／ｎ）が０．０５〜０．２の範囲（０．０５≦Ｓ≦０．２）になるように設定されているので、レーザー加工装置２を用いたレーザー加工方法では必然的に開口数決定工程を実施することになる。
【００２６】
本実施形態では、単結晶シリコンウエーハ選択工程、レーザー光線選定工程及び開口数決定工程を実施した後、パルスレーザー光線ＬＢの集光点ＦＰを単結晶シリコンウエーハ６０の内部に位置づけてパルスレーザー光線ＬＢを単結晶シリコンウエーハ６０に照射して入射面から反対面に至る細孔と細孔を囲繞する非晶質とからなる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。シールドトンネル形成工程では、まず、単結晶シリコンウエーハ６０の表面６０ａを上に向けて、保持手段４のチャックテーブル２０の上面に単結晶シリコンウエーハ６０を吸着させる。また、環状フレーム６６の外周縁部を複数のクランプ２４で固定する。次いで、撮像手段３８で上方から単結晶シリコンウエーハ６０を撮像する。次いで、撮像手段３８で撮像した単結晶シリコンウエーハ６０の画像に基づいて、移動手段４０のＸ軸方向移動手段４２、Ｙ軸方向移動手段４４及び回転手段でチャックテーブル２０を移動及び回転させることにより、格子状の分割予定ライン６２をＸ軸方向及びＹ軸方向に整合させると共に、Ｘ軸方向に整合させた分割予定ライン６２の片端部の上方に集光器６を位置づける。次いで、集光点位置調整手段でパルスレーザー光線ＬＢの集光点ＦＰを上下方向に移動させることにより、単結晶シリコンウエーハ６０の内部にパルスレーザー光線ＬＢの集光点ＦＰを位置づける。次いで、単結晶シリコンウエーハ６０と集光点ＦＰとを相対的にＸ軸方向に移動させながら、単結晶シリコンウエーハ６０に対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のパルスレーザー光線ＬＢを分割予定ライン６２に沿って照射するシールドトンネル形成加工を施す。本実施形態では図６に示すとおり、シールドトンネル形成加工において、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル２０を所定の送り速度でＸ軸方向移動手段４２によってＸ軸方向に移動させている。シールドトンネル形成加工を行うと、図７に示すとおり、入射面である単結晶シリコンウエーハ６０の表面６０ａから反対面である裏面６０ｂに至る細孔７０と、細孔７０を囲繞する非晶質７２とからなるシールドトンネル７４が分割予定ライン６２に沿って多数形成される。次いで、分割予定ライン６２の間隔の分だけ単結晶シリコンウエーハ６０と集光点ＦＰとを相対的にＹ軸方向にインデックス送りする。本実施形態ではインデックス送りにおいて、分割予定ライン６２の間隔の分だけ、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル２０をＹ軸方向移動手段４４でＹ軸方向にインデックス送りしている。そして、シールドトンネル形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、Ｘ軸方向に整合させた分割予定ライン６２のすべてにシールドトンネル形成加工を施す。また、移動手段４０の回転手段によってチャックテーブル２０を９０度回転させた上で、シールドトンネル形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、先にシールドトンネル形成加工を施した分割予定ライン６２と直交する分割予定ライン６２のすべてにもシールドトンネル形成加工を施し、格子状の分割予定ライン６２に沿ってシールドトンネル７４を形成する。
【００２７】
以上のとおり、レーザー加工装置２は、単結晶シリコンウエーハ６０に対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のパルスレーザー光線ＬＢを発振する発振器２８を備えるので、単結晶シリコンウエーハ６０に適正なシールドトンネル７４を形成することができる。また、上述したとおりのレーザー加工方法は、被加工物として、単結晶シリコンウエーハ６０を選択する単結晶シリコンウエーハ選択工程と、単結晶シリコンウエーハ６０に対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上の波長のパルスレーザー光線ＬＢを選定するレーザー光線選定工程と、パルスレーザー光線ＬＢの集光点ＦＰを単結晶シリコンウエーハ６０の内部に位置づけてパルスレーザー光線ＬＢを単結晶シリコンウエーハ６０に照射して入射面（表面６０ａ）から反対面（裏面６０ｂ）に至る細孔７０と細孔７０を囲繞する非晶質７２とからなるシールドトンネル７４を形成するシールドトンネル形成工程と、を少なくとも含むので、単結晶シリコンウエーハ６０に適正なシールドトンネル７４を形成することができる。
【００２８】
なお、本実施形態ではレーザー加工装置２を用いたレーザー加工方法を説明したが、本発明に係るレーザー加工方法は、単結晶シリコンウエーハ選択工程と、レーザー光線選定工程と、シールドトンネル形成工程と、を少なくとも含んでいればよく、レーザー加工装置２を用いたレーザー加工方法に限定されない。また、図示の実施形態では、シールドトンネル形成工程において、単結晶シリコンウエーハ６０の表面６０ａを上に向けて、パルスレーザー光線ＬＢの入射面を表面６０ａとしたが、単結晶シリコンウエーハ６０の裏面６０ｂを上に向けて、パルスレーザー光線ＬＢの入射面を裏面６０ｂとしてもよい。単結晶シリコンウエーハ６０の裏面６０ｂを上に向けた場合は、分割予定ライン６２が形成されている表面６０ａは下を向くことになるが、上述のとおり、撮像手段３８は、赤外線照射手段と、赤外線を捕らえる光学系と、赤外線に対応する電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）とを含むので、単結晶シリコンウエーハ６０の裏面６０ｂから透かして表面６０ａの分割予定ライン６２を撮像することができ、したがって、格子状の分割予定ライン６２をＸ軸方向及びＹ軸方向に整合させることができると共に、Ｘ軸方向に整合させた分割予定ライン６２の片端部の上方に集光器６を位置づけることができる。
【００２９】
ここで、単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成するためのレーザー光線の条件について、本発明者らが行った実験の結果に基づいて説明する。単結晶シリコンウエーハは、所定波長範囲の赤外線に対して５５％程度の透過性を有することから、光学吸収端近傍の１０３０ｎｍの波長のレーザー光線を用いてシールドトンネルの形成を試みると、レーザー光線の透過によって単結晶シリコンウエーハの内部に改質層は形成されるものの、レーザー光線の吸収によってシールドトンネルの形成が妨げられ適正なシールドトンネルを形成することができないと推察されることから、本発明者らは、レーザー光線の波長を単結晶シリコンウエーハの光学吸収端付近から長くしながら実験を行った。
【００３０】
［実験１］
本発明者らは、単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成するためのレーザー光線の波長を見つけるため、以下の条件において、レーザー光線の集光点を単結晶シリコンウエーハの内部に位置づけて、単結晶シリコンウエーハと集光点とを所定送り速度で相対的に移動させながら、レーザー光線を単結晶シリコンウエーハに照射した。なお、単結晶シリコンの屈折率ｎは３．７程度であることから、上記特許文献３に開示された実験を参考にして、０．０５≦Ｓ≦０．２の範囲内であるＳ＝ＮＡ／ｎ＝ＮＡ／３．７＝０．１３５となるように集光レンズの開口数ＮＡを０．５とした。
単結晶シリコンウエーハの厚み  ：７００μｍ
パルスレーザー光線の波長      ：１０３４〜２２００ｎｍ
集光レンズの開口数ＮＡ        ：０．５
平均出力                      ：３Ｗ
繰り返し周波数                ：５０ｋＨｚ
パルス幅                      ：１０ｎｓ
送り速度                      ：５００ｍｍ／ｓ
［実験１の結果］
レーザー光線の波長（ｎｍ）            シールドトンネルの良否
１０３４                                  不良
１０６４                                  不良
１３００                                  不良
１９００                                やや良好
１９５０                                  良好
２０００                                  良好
２１００                                  良好
２２００                                  良好
［実験１に基づく結論］
実験１の結果から、単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成することができるレーザー光線の波長は、単結晶シリコンウエーハに対して透過性を有する範囲で１９５０ｎｍ以上であるといえる。なお、波長が約６０００ｎｍまでは、上記した良好なシールドトンネルが形成された波長範囲と同様に、単結晶シリコンの光透過率が約５５％であるため（図３参照。）、単結晶シリコンウエーハに良好なシールドトンネルを形成することができると考えられる。
【００３１】
［実験２］
本発明者らは、単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成するための、単結晶シリコンの屈折率ｎと集光レンズの開口数ＮＡとの関係を見つけるため、以下の条件において、レーザー光線の集光点を単結晶シリコンウエーハの内部に位置づけて、単結晶シリコンウエーハと集光点とを所定送り速度で相対的に移動させながら、レーザー光線を単結晶シリコンウエーハに照射した。
単結晶シリコンウエーハの厚み  ：７００μｍ
パルスレーザー光線の波長      ：１９５０ｎｍ
平均出力                      ：３Ｗ
繰り返し周波数                ：５０ｋＨｚ
パルス幅                      ：１０ｎｓ
送り速度                      ：５００ｍｍ／ｓ
［実験２の結果］
集光レンズの開口数ＮＡ      シールドトンネルの良否          Ｓ（Ｓ＝ＮＡ／ｎ）
０．０５                      不良                        ０．０１４
０．１                        不良                        ０．０２７
０．１５                      不良                        ０．０４１
０．２                        良好                        ０．０５４
０．２５                      良好                        ０．０６８
０．３                        良好                        ０．０８１
０．３５                      良好                        ０．０９５
０．４                        良好                        ０．１０８
０．４５                      良好                        ０．１２２
０．５                        良好                        ０．１３５
０．５５                      良好                        ０．１４９
０．６                        良好                        ０．１６２
０．６５                      良好                        ０．１７６
０．７                        良好                        ０．１８９
０．７５                      良好                        ０．２０３
０．８                        不良                        ０．２１６
０．９                        不良                        ０．２４３
［実験２に基づく結論］
実験２の結果から、単結晶シリコンウエーハに適正なシールドトンネルを形成することができる、単結晶シリコンの屈折率ｎと集光レンズの開口数ＮＡとの関係は、０．０５≦ＮＡ／ｎ≦０．２であるといえる。
【符号の説明】
【００３２】
２：レーザー加工装置
４：保持手段
６：集光器
８：レーザー光線照射手段
２８：発振器
６０：単結晶シリコンウエーハ
７０：細孔
７２：非晶質
７４：シールドトンネル
ＬＢ：パルスレーザー光線
ＦＰ：集光点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019013953.tif 000007
【図６】
2019013953.tif 000008
【図７】
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