JP2016198788A - レーザー加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被加工物に設定された分割予定ラインに沿って効率よく、適正なレーザー加工を施すことができるレーザー加工装置。【解決手段】レーザー光線照射手段５は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して該被加工物保持手段に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しており、集光器は、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズ５３２と、集光レンズの球面収差を伸長する球面収差伸長レンズ５３３とを備えており、集光器から被加工物保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射することにより、被加工物の上面から下面に向けて細孔と該孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルを形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工装置、特にサファイア(Al2O3)基板、炭化珪素(SiC)基板、窒化ガリウム(GaN)基板、リチウムタンタレート(LiTaO3)基板、リチウムナイオベート(LiNbO3)基板、ダイヤモンド基板、石英基板等の単結晶基板のレーザー加工に適するレーザー加工装置に関する。
光デバイス製造工程においては、サファイア(Al2O3)基板、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レーザー光線を照射し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光デバイスを製造している。また、リチウムタンタレート(LiTaO3)基板、リチウムナイオベート(LiNbO3)基板、炭化珪素(SiC)基板、ダイヤモンド基板、石英基板の表面にSAWデバイスが形成されたSAWウエーハも分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射して切断することにより個々のSAWデバイスを製造している。
上述した光デバイスウエーハやSAWウエーハ等のウエーハを分割する方法として、被加工物である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破断起点となる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分割予定ライン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）。
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、被加工物である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）。
特許第３４０８８０５号公報 特開平１０―３０５４２０号公報
しかるに、被加工物である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においては、サファイア(Al2O3)基板等からなる光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するためには同一分割予定ラインに複数回レーザー光線を照射する必要があり、生産性が悪いという問題がある。
また、被加工物である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するレーザー加工方法においては、レーザー光線の照射によってデブリが飛散し、飛散したデブリがデバイスの表面に付着して品質を低下させるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、被加工物に設定された分割予定ラインに沿って効率よく、適正なレーザー加工を施すことができるレーザー加工装置を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とを加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置であって、
該レーザー光線照射手段は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して該被加工物保持手段に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しており、
該集光器は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズと、該集光レンズの球面収差を伸長する球面収差伸長レンズとを備えており、
該集光器から該被加工物保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射することにより、被加工物の上面から下面に向けて細孔と該細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルを形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
上記球面収差伸長レンズは、集光レンズの球面収差を１００〜５００μmに伸長する。
また、上記パルスレーザー光線は、ピークエネルギー密度が１TW／cm2〜１００TW／cm2の範囲に設定されている。
本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線照射手段は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して被加工物保持手段に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しており、集光器は、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズと、集光レンズの球面収差を伸長する球面収差伸長レンズとを備えており、集光器から被加工物保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射することにより、被加工物の上面から下面に向けて細孔と該細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルを形成するので、被加工物の上面から下面に亘ってシールドトンネルを分割予定ラインに沿って効率よく形成すことができる。
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１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段のブロック構成図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成する集光器を構成する球面収差伸長レンズの他に実施形態を示すもので、４個の球面収差伸長レンズと該４個の球面収差伸長レンズを回転円盤に配設した球面収差変更機構の斜視図。 被加工物としての光デバイスウエーハの斜視図。 図４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１に示すレーザー加工装置を用いて図４に示す光デバイスウエーハに実施するシールドトンネル形成工程の説明図。
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向であるＸ軸方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２上に配設されたレーザー光線照射ユニット４とを具備している。
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にＸ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にＸ軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にX軸方向と直交する矢印Yで示す割り出し送り方向であるY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるための割り出し送り手段３８を具備している。割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
上記レーザー光線照射ユニット４は、上記基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６を具備している。なお、撮像手段６は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上記レーザー光線照射手段５について、図２を参照して説明する。
レーザー光線照射手段５は、パルスレーザー光線発振手段５１と、該パルスレーザー光線発振手段５１から発振されたパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整手段５２と、レーザー光線発振手段５１から発振され出力調整手段５２によって出力が調整されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する集光器５３とを具備している。パルスレーザー光線発振手段５１は、パルスレーザー光線発振器５１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５１２とから構成されている。なお、パルスレーザー光線発振手段５１のパルスレーザー光線発振器５１１は、図示の実施形態においては波長が１０３０nmのパルスレーザー光線LBを発振する。なお、上記パルスレーザー光線発振手段５１および出力調整手段５２は、図示しない制御手段によって制御されるようになっている。
上記集光器５３は、上記パルスレーザー光線発振手段５１から発振され出力調整手段５２によって所定の出力に調整されたパルスレーザー光線LBを下方に向けて方向変換する方向変換ミラー５３１と、該方向変換ミラー５３１によって方向変換されたパルスレーザー光線LBを集光する集光レンズ５３２と、該集光レンズ５３２の球面収差を伸長する球面収差伸長レンズ５３３とからなっている。この集光器５３の集光レンズ５３２は開口数(NA)を単結晶基板からなる被加工物の屈折率(N)で除した値が０．０５〜０．４の範囲となっている場合にシールドトンネルが形成されることが本発明者によって確認されている。
上記球面収差伸長レンズ５３３は、図２に示すように集光レンズ５３２自体の集光点P0を収差集光点Pに伸長する。なお、球面収差伸長レンズ５３３は、集光レンズ５３２の球面収差を１００〜５００μmの範囲で伸長するように設定することが望ましい。
図３の(a)には複数(図示の実施形態においては４個)の球面収差伸長レンズ５３３a,５３３b,５３３c,５３３dが示されており、図３の(b)には４個の球面収差伸長レンズ５３３a,５３３b,５３３c,５３３dを回転円盤に配設した球面収差変更機構５３０が示されている。４個の球面収差伸長レンズ５３３a,５３３b,５３３c,５３３dは、それぞれ石英によって形成されている。球面収差伸長レンズ５３３aは上面および下面が平行な石英板レンズからなっており、球面収差伸長レンズ５３３b,５３３c,５３３dはそれぞれ拡がり角が異なる凹レンズからなっている。なお、図示の実施形態においては球面収差伸長レンズ５３３bの拡がり角が最も小さく、球面収差伸長レンズ５３３cの拡がり角が中間で, 球面収差伸長レンズ５３３dの拡がり角が最も大きく設定されている。従って、４個の球面収差伸長レンズ５３３a,５３３b,５３３c,５３３dにおいては、収差が５３３a,５３３b,５３３c,５３３dの順に大きくなるように設定されている。このように形成された球面収差変更機構５３０を構成する４個の球面収差伸長レンズ５３３a,５３３b,５３３c,５３３dは、図３の(b)に示すように回転円盤５４０に設けられた貫通穴５４０a,５４０b,５４０c,５４０dに配設される。このように球面収差伸長レンズ５３３a,５３３b,５３３c,５３３dが配設された回転円盤５４０は、回動機構５５０によって軸心を中心として回動せしめられるようになっている。この回転円盤５４０を回転駆動する回動機構５５０は、図示しない制御手段によって制御される。このように、回転円盤５４０に複数の球面収差伸長レンズ５３３a,５３３b,５３３c,５３３dを配設した球面収差変更機構５３０を装備することにより、形成したいシールドトンネルの長さに適する球面収差伸長レンズを選択することができる。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４には、本発明による被加工物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４に示す光デバイスウエーハ１０は、厚みが４００μmの単結晶基板であるサファイア(Al2O3)基板からなっており、表面１０aにn型窒化ガリウム半導体層およびp型窒化ガリウム半導体層からなる光デバイス層が形成され、格子状に形成された複数の分割予定ライン１０１によって区画された複数の領域に光デバイス１０２が形成されている。以下、この光デバイスウエーハ１０に分割予定ライン１０１に沿って上面から下面に向けて細孔と該細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルを形成する方法について説明する。
先ず、光デバイスウエーハ１０の裏面１０bに合成樹脂からなるダイシングテープの表面を貼着するとともに粘着テープの外周部を環状のフレームによって支持する被加工物支持工程を実施する。即ち、図５に示すように、環状のフレームF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Tの表面に光デバイスウエーハ１０の裏面１０bを貼着する。なお、ダイシングテープTは、図示の実施形態においては塩化ビニール(PVC)シートによって形成されている。
上述した被加工物支持工程を実施したならば、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に光デバイスウエーハ１０のダイシングテープT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、光デバイスウエーハ１０をダイシングテープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持する（被加工物保持工程）。従って、チャックテーブル３６にダイシングテープTを介して保持された光デバイスウエーハ１０は、表面１０aが上側となる。なお、光デバイスウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持した環状のフレームFは、チャックテーブル３６に配設されたクランプ３６２によって固定される。
上述した被加工物保持工程を実施したならば、加工送り手段３７を作動して光デバイスウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６を撮像手段６の直下に位置付ける。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６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１０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６および図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ１０の所定方向に形成されている分割予定ライン１０１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５の集光器５３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。また、光デバイスウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されている分割予定ライン１０１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。
上述したアライメント工程を実施したならば、図６の(a)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５の集光器５３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１０１を集光器５３の直下に位置付ける。このとき、図６の(a)で示すように光デバイスウエーハ１０は、分割予定ライン１０１の一端(図６の(a)において左端)が集光器５３の直下に位置するように位置付けられる。そして、集光器５３の集光レンズ５３２によって集光され球面収差伸長レンズ５３３によって球面収差が伸長されたパルスレーザー光線LBの集光点P0が単結晶基板としてのサファイア(Al2O3)基板からなる光デバイスウエーハ１０の表面１０aから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５３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P0は、光デバイスウエーハにおけるパルスレーザー光線が入射される単結晶基板としてのサファイア(Al2O3)基板からなる光デバイスウエーハ１０の表面１０aから所望位置（例えば表面１０aから５〜１０μm裏面１０b側の位置）に位置付けられる。従って、収差集光点Pは更に裏面１０b側に位置付けられる。
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５を作動して集光器５３からパルスレーザー光線LBを照射して単結晶基板としてのサファイア(Al2O3)基板からなる光デバイスウエーハ１０に位置付けられた集光点P0付近（表面１０a）から裏面１０bに向けて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５３から光デバイスウエーハ１０を構成する単結晶基板としてのサファイア(Al2O3)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３６を図６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６の(b)で示すようにレーザー光線照射手段５の集光器５３のレーザー光線照射位置に分割予定ライン１０１の他端(図６の(b)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３６の移動を停止する。
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、単結晶基板としてのサファイア(Al2O3)基板からなる光デバイスウエーハ１０の内部には、図６の(c)に示すようにパルスレーザー光線LBの収差集光点P付近（表面１０a）から裏面１０bに向けて細孔１１１と該細孔１１１の周囲に形成された非晶質１１２が成長し、分割予定ライン１０１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：１０００mm／秒）／（繰り返し周波数：１００kHz））で非晶質のシールドトンネル１１０が形成される。このように形成されたシールドトンネル１１０は、図６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１１１と該細孔１１１の周囲に形成された直径がφ１０μmの非晶質１１２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１１２同士がつながるように連接して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１１０は、単結晶基板としてのサファイア(Al2O3)基板からなる光デバイスウエーハ１０の表面１０aから裏面１０bに亘って形成することができるため、単結晶基板としてのサファイア(Al2O3)基板からなる光デバイスウエーハ１０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。
上述したように所定の分割予定ライン１０１に沿って上記シールドトンネル形成工程を実施したら、割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６をY軸方向に光デバイスウエーハ１０に形成された分割予定ライン１０１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１０１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３６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１０１に対して直交する方向に延びる分割予定ライン１０１に沿って上記シールドトンネル形成工程を実行する。
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１１０を形成するには、パルスレーザー光線LBのピークエネルギー密度を１TW／cm2〜１００TW／cm2の範囲に設定することが望ましい。
なお、ピークエネルギー密度は、
平均出力(W)／｛繰り返し周波数(Hz)×スポット面積(cm2)×パルス幅(s)｝によって求めることができる。
以下、パルスレーザー光線LBのピークエネルギー密度を１TW／cm2〜１００TW／cm2の範囲に設定された理由について説明する。
実験例
［実験：１］
条件１・・・単結晶基板：サファイア基板（厚み４００μm）
条件２・・・パルスレーザー光線の波長を１０３０nmに設定
条件３・・・パルスレーザー光線の繰り返し周波数を１００kHzに設定
条件４・・・パルスレーザー光線のスポット径を１０μmに設定
条件５・・・パルスレーザー光線の平均出力を５Wに設定
条件６・・・変数：パルスレーザー光線のパルス幅

上記条件に従ってパルス幅を０．１〜１００psまで変化させながらサファイア基板にパルスレーザー光線を照射し、加工状態を観察した。

パルス幅が０．１〜０．６ｐsまではサファイア基板の内部にボイドが形成された。
パルス幅が０．７〜６３ｐsまではサファイア基板の内部に細孔と細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルが形成された。
パルス幅が６４〜１００ｐsまではサファイア基板の内部が溶融した。

以上の実験結果から、パルス幅が０．７〜６３ｐsの範囲においてサファイア基板の内部に細孔と細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルが形成されることが判った。

従って、上記条件においてパルス幅を０．７〜６３ｐsにしてピークエネルギー密度を求めると、１TW／cm2〜１００TW／cm2の範囲に設定することでシールドトンネルが形成される。
［実験：２］
条件１・・・単結晶基板：サファイア基板（厚み４００μm）
条件２・・・パルスレーザー光線の波長を１０３０nmに設定
条件３・・・パルスレーザー光線の平均出力を５Wに設定
条件４・・・パルス幅１０ｐsに設定
条件５・・・パルスレーザー光線のスポット径を１０μmに設定
条件６・・・変数：パルスレーザー光線の繰り返し周波数

上記条件に従って繰り返し周波数を１〜１０００kHzまで変化させながらサファイア基板にパルスレーザー光線を照射し、加工状態を観察した。

繰り返し周波数が１〜６kHzまではサファイア基板の内部が破壊されクラックが放射状に形成された。
繰り返し周波数が７〜６４０kHzまではサファイア基板の内部に細孔と細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルが形成された。
繰り返し周波数が６５０〜１０００kHzまではサファイア基板の内部にボイドが形成されシールドトンネルは形成されなかった。

以上の実験結果から、繰り返し周波数が７〜６４０kHzの範囲においてサファイア基板の内部に細孔と細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルが形成されることが判った。

従って、上記条件において繰り返し周波数が７〜６４０kHzにしてピークエネルギー密度を求めると、１TW／cm2〜１００TW／cm2の範囲に設定することでシールドトンネルが形成される。
上記実験１および実験２はサファイア(Al2O3)基板に対して実施した例を示したが、単結晶基板としての炭化珪素(SiC)基板、窒化ガリウム(GaN)基板、リチウムタンタレート(LiTaO３)基板、リチウムナイオベート(LiNbO３)基板、ダイヤモンド基板、石英(SiO2)基板に対しても上記実験１および実験２と同様の実験を行ったが、略同じ結果であった。
［実験：３］
条件１・・・単結晶基板：サファイア基板（厚み１０００μm）
条件２・・・パルスレーザー光線の波長を１０３０nmに設定
条件３・・・パルス幅１０ｐsに設定
条件４・・・パルスレーザー光線のスポット径を１０μmに設定
条件５・・・パルスレーザー光線の平均出力を５Wに設定
条件６・・・変数：集光レンズの球面収差

上記条件に従って球面収差伸長レンズ５３３によって集光レンズ５３２の球面収差を変化させ、形成されるシールドトンネルの長さおよびシールドトンネルの良否を観察した。
上記実験の結果、次の通り確認された。

球面収差(μm) シールドトンネルの長さ(μm) シールドトンネルの良否
０ ７０ 良好
５０ ７０ 良好
１００ １５０ 良好
１５０ ２２０ 良好
２００ ３００ 良好
２５０ ３６０ 良好
３００ ４１０ 良好
３５０ ４７０ 良好
４００ ５３０ 良好
４５０ ６００ 良好
５００ ６２０ 良好
５５０ ５７０ やや良好
６００ ３００ やや良好
６５０ ２００ やや良好
７００ ７０ 不良
７５０ ０
８００ ０

以上の実験結果から、集光レンズ５３２の球面収差が１００μmから５００μmの間において１５０μmから６２０μmまでの良好なシールドトンネルが形成されことが判った。
従って、球面収差伸長レンズ５３３は、集光レンズ５３２の球面収差を１００〜５００μmに伸長するように設定することが望ましい。
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施例のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においてはウエーハの表面側からレーザー光線を照射する例を示したが、ウエーハの裏面側からレーザー光線を照射してもよい。
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５１：パルスレーザー光線発振手段
５２：出力調整手段
５３：集光器
５３２：集光レンズ
５３３：球面収差伸長レンズ
６：撮像手段
１０：光デバイスウエーハ
F：環状のフレーム
T：ダイシングテープ

Claims (3)

  1. 被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とを加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置であって、
    該レーザー光線照射手段は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して該被加工物保持手段に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しており、
    該集光器は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズと、該集光レンズの球面収差を伸長する球面収差伸長レンズとを備えており、
    該集光器から該被加工物保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射することにより、被加工物の上面から下面に向けて細孔と該細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルを形成する、
    ことを特徴とするレーザー加工装置。
  2. 該球面収差伸長レンズは、該集光レンズの球面収差を１００〜５００μmに伸長する、請求項１記載のレーザー加工装置。
  3. 該パルスレーザー光線は、ピークエネルギー密度が１TW／cm2〜１００TW／cm2の範囲に設定されている、請求項１記載のレーザー加工装置。
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