特許 6097146 光デバイスウエーハの加工方法

(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】6097146

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】光デバイスウエーハの加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20170306BHJP

   B23K 26/062 20140101ALI20170306BHJP

   B23K 26/04 20140101ALI20170306BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/78 B

   H01L21/78 Q

   B23K26/062

   B23K26/04

   B23K26/00

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-104045(P2013-104045)

(22)【出願日】2013年5月16日

(65)【公開番号】特開2014-225562(P2014-225562A)

(43)【公開日】2014年12月4日

【審査請求日】2016年3月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075177

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 尚純

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100186897

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 さやか

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 智裕

(72)【発明者】

【氏名】武田 昇

【審査官】 儀同 孝信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１６０３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９２９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６６１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６５２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１７７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５３３８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７９６８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０４

Ｂ２３Ｋ ２６／０６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶基板の表面に発光層が形成され格子状の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光デバイスが形成された光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、
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、
光デバイスウエーハを構成する単結晶基板の裏面側からパルスレーザー光線の集光点を単結晶基板の表面側近傍に位置付ける集光点位置付け工程と、
該集光点位置付け工程を実施した後にパルスレーザー光線を照射して単結晶基板の表面側近傍に位置付けられた集光点からパルスレーザー光線が入射された側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分割予定ラインに沿って隣接して形成するシールドトンネル形成工程と、
該シールドトンネル形成工程が実施された光デバイスウエーハを構成する単結晶基板の裏面に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
該反射膜形成工程が実施された光デバイスウエーハに外力を付与して光デバイスウエーハをシールドトンネルが形成された分割予定ラインに沿って破断し、個々の光デバイスに分割するウエーハ分割工程と、を含む、
ことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。

【請求項2】

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記載の光デバイスウエーハの加工方法。

【請求項3】

該反射膜形成工程を実施する前に、該シールドトンネル形成工程が実施された光デバイスウエーハを構成する単結晶基板の裏面を研削して光デバイスウエーハを所定の厚みに形成する裏面研削工程を実施する、請求項１又は２記載の光デバイスウエーハの加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サファイア等の単結晶基板の表面に発光層が形成され格子状の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光デバイスが形成された光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層が積層され格子状に形成された複数のストリート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ストリート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光デバイスを製造している。

【0003】

上述した光デバイスウエーハのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと呼ばれている切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードおよび回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。

【0004】

しかるに、光デバイスウエーハを構成するサファイア基板はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。更に、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、デバイスを区画するストリートとしては幅が５０μｍ程度必要となる。このため、ストリートの占める面積比率が高くなり、生産性が悪いという問題がある。

【0005】

上述した問題を解消するために、光デバイスウエーハをストリート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ストリートに沿って照射することにより破断の起点となるレーザー加工溝を形成し、この破断の起点となるレーザー加工溝が形成されたストリートに沿って外力を付与することにより割断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

しかるに、光デバイスウエーハを構成するサファイア基板の表面に形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成すると、発光ダイオード等の光デバイスの外周がアブレーションされてデブリと呼ばれる溶融物が付着するため輝度が低下し、光デバイスの品質が低下するという問題がある。このような問題を解消するために、光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する前にエッチングによりデブリを除去する工程が必要となり生産性が悪いという問題がある。

【0007】

このような問題を解消するために、発光層（エピ層）が形成されていないサファイア基板の裏面側からサファイア基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を集光点を内部に位置付けてストリートに沿って照射し、サファイア基板の内部にストリートに沿って改質層を形成することにより、サファイア基板を改質層が形成されたストリートに沿って分割する加工方法が下記特許文献２に開示されている。

【0008】

近年、サファイア基板の表面に発光層が形成された光デバイスウエーハとして、発光層から発光された光を反射して光の取り出し効率を向上させるために、サファイア基板の裏面に反射膜（DBR膜）を積層する技術が提案されている。
しかるに、サファイア基板の裏面に反射膜（DBR膜）特に金、アルミニウム等の金属膜からなる反射膜が積層された光デバイスウエーハは、反射膜がレーザー光線の妨げとなりサファイア基板の裏面側からレーザー光線を照射することができないという問題がある。

【0009】

このような問題を解消するために、サファイアウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿ってサファイアに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をサファイアウエーハの内部に集光して照射し、内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成した後、サファイアウエーハの裏面に反射膜を形成し、その後、サファイアウエーハに外力を作用することにより改質層が形成された分割予定ラインに沿って分割するサファイアウエーハの分割方法が下記特許文献３に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【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２０１１−２４３８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

而して、サファイアウエーハのように単結晶基板の内部に改質層を形成するには、レーザー光線のピークパワー密度を高く設定する必要があり、開口数(NA)が０．８以上の集光レンズが用いられるとともに、単結晶基板を改質層が形成された分割予定ラインに沿って分割できる厚みとして１５０μm以下に薄くする必要がある。
しかるに、厚みが１５０μm以下と薄くなった単結晶基板の内部に改質層を形成すると、単結晶基板に反りが生じて反射膜の形成に支障をきたすという問題がある。
一方、単結晶基板の厚みを１５０μm以上、例えば３００μmに設定して内部に改質層を形成すると反りは生じないものの、単結晶基板の厚みに対して十分な厚みの改質層を形成することができないため、単結晶基板を改質層が形成された分割予定ラインに沿って確実に分割することができないという問題がある。

【0012】

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、単結晶基板からなる光デバイスウエーハの厚みが厚くても単結晶基板の裏面に反射膜を形成した後に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確実に分割することができる光デバイスウエーハの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】

【0013】

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、単結晶基板の表面に発光層が形成され格子状の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光デバイスが形成された光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、
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、
光デバイスウエーハを構成する単結晶基板の裏面側からパルスレーザー光線の集光点を単結晶基板の表面側近傍に位置付ける集光点位置付け工程と、
該集光点位置付け工程を実施した後にパルスレーザー光線を照射して単結晶基板の表面側近傍に位置付けられた集光点からパルスレーザー光線が入射された側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分割予定ラインに沿って隣接して形成するシールドトンネル形成工程と、
該シールドトンネル形成工程が実施された光デバイスウエーハを構成する単結晶基板の裏面に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
該反射膜形成工程が実施された光デバイスウエーハに外力を付与して光デバイスウエーハをシールドトンネルが形成された分割予定ラインに沿って破断し、個々の光デバイスに分割するウエーハ分割工程と、を含む、
ことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法が提供される。

【0014】

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に設定される。
また、上記反射膜形成工程を実施する前に、シールドトンネル形成工程が実施された光デバイスウエーハを構成する単結晶基板の裏面を研削して光デバイスウエーハを所定の厚みに形成する裏面研削工程を実施する。

【発明の効果】

【0015】

本発明による光デバイスウエーハの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光デバイスウエーハを構成する単結晶基板の表面側近傍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分割予定ラインに沿って隣接して形成するので、厚みが例えば３００μmの光デバイスウエーハであっても表面側近傍に位置付けられた集光点からパルスレーザー光線が入射された表面側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、光デバイスウエーハの厚みが厚くてもパルスレーザー光線を１回照射すればよいため、生産性が極めて良好となる。このように光デバイスウエーハの厚みが厚くても表面側から入射面である裏面に亘ってシールドトンネルを形成することができるので、光デバイスウエーハに反りが生じることはない。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明による光デバイスウエーハの加工方法によって個々の光デバイスに分割される光デバイスウエーハの斜視図および要部を拡大して示す断面図。

【図2】図１に示す光デバイスウエーハの表面に保護テープを貼着した状態を示す斜視図。

【図3】本発明による光デバイスウエーハの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】本発明による光デバイスウエーハの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】本発明による光デバイスウエーハの加工方法における裏面研削工程を実施するための研削装置の要部斜視図。

【図8】本発明による光デバイスウエーハの加工方法における裏面研削工程を示す説明図。

【図9】本発明による光デバイスウエーハの加工方法における反射膜積層工程の説明図。

【図10】図８に示す反射膜積層工程が実施された光デバイスウエーハの斜視図。

【図11】本発明による光デバイスウエーハの加工方法におけるウエーハ支持工程および保護テープ剥離工程を示す説明図。

【図12】本発明による光デバイスウエーハの加工方法におけるウエーハ分割工程を実施するためのテープ拡張装置の斜視図。

【図13】本発明による光デバイスウエーハの加工方法おけるウエーハ分割工程を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明による光デバイス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。

【0018】

図１の（a）および(b)には、本発明による光デバイスウエーハの加工方法によって個々の光デバイスに分割される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の単結晶基板であるサファイア基板２０の表面２０aに窒化物半導体からなる発光層（エピ層）２１が積層されている。そして、発光層（エピ層）２１が格子状に形成された複数の分割予定ライン２２によって区画され、この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２３が形成されている。

【0019】

上述した光デバイスウエーハ２を構成する発光層（エピ層）２１の表面２１ａには、光デバイス２３を保護するために図２に示すように保護テープ３を貼着する（保護テープ貼着工程）。従って、保護テープ３が貼着された光デバイスウエーハ２は、サファイア基板２０の裏面２０bが露出される。

【0020】

図３には、上述した保護テープ貼着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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

上述したレーザー加工装置４を用いて、上述した保護テープ貼着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、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に貼着された保護テープ３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、保護テープ３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、単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０bが上側となる。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。

【0024】

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、該分割予定ライン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が形成されている発光層（エピ層）２１の表面２１ａ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、単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０b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。

【0025】

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、図示しない集光点位置調整手段を作動して集光器４２２を光軸方向に移動し、光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０b側からパルスレーザー光線LBの集光点Pをサファイア基板２０の表面２０a側（発光層（エピ層）２１側）の近傍に位置付ける（集光点位置付け工程）。

【0026】

上述したように集光点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を構成する単結晶基板であるサファイア基板２０に位置付けられた集光点Pからパルスレーザー光線が入射された側（サファイア基板２０の裏面２０b側）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を構成する単結晶基板としての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。

【0027】

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を構成する単結晶基板であるサファイア基板２０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が位置付けられた単結晶基板２０の表面２０a側から入射面である単結晶基板２０の裏面２０bに亘って細孔２４１と該細孔２４１の周囲に形成された非晶質２４２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２４が形成される。このシールドトンネル２４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２４１と該細孔２４１の周囲に形成された直径がφ１０μmの非晶質２４２とからなり、図示の実施形態においては隣接する非晶質２４２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２４は、光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板であるサファイア基板２０の表面２０a側から入射面である単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０bに亘って成長させ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。このように光デバイスウエーハ２の厚みが例えば３００μmと厚くても表面（下面）側から入射面であるサファイア基板２０の表面２０a側から裏面２０bに亘ってシールドトンネル２４を形成することができるので、光デバイスウエーハ２に反りが生じることはない。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。

【0028】

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。

【0029】

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２４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＝ＮＡ／Ｎ）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。

【0030】

［実験１］
厚みが３００μm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(Al₂O₃)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)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(Al₂O₃)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。

【0031】

［実験２］
厚みが３００μm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。

【0032】

［実験３］
厚みが３００μm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（屈折率：２．３）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。

【0033】

上述した実験１、実験２、実験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)は、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。

【0034】

図６には、本発明者等の実験によって得られたサファイア(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）との関係が示されている。図６に示すグラフから例えば厚みが３００μmのサファイア(Al₂O₃)基板に下面から上面に亘ってシールドトンネルを形成するためには、パルスレーザー光線のエネルギーは８５μJ／１パルス以上となる。従って、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を５０ｋＨｚとすると、サファイア(Al₂O₃)基板に長さが３００μmのシールドトンネルを形成するためには、パルスレーザー光線の平均出力を４．５Ｗに設定すればよい。

【0035】

上述したようにシールドトンネル形成工程を実施したならば、必要に応じて該シールドトンネル形成工程が実施された光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０ｂを研削して光デバイスウエーハ２を所定の厚みに形成する裏面研削工程を実施する．この裏面研削工程は、図７に示す研削装置５を用いて実施する。図７に示す研削装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１に保持された被加工物を研削する研削手段５２を具備している。チャックテーブル５１は、保持面である上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転駆動機構によって図７において矢印５１aで示す方向に回転せしめられる。研削手段５２は、スピンドルハウジング５２１と、該スピンドルハウジング５２１に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル５２２と、該回転スピンドル５２２の下端に装着されたマウンター５２３と、該マウンター５２３の下面に取り付けられた研削ホイール５２４とを具備している。この研削ホイール５２４は、円環状の基台５２５と、該基台５２５の下面に環状に装着された研削砥石５２６とからなっており、基台５２５がマウンター５２３の下面に締結ボルト５２７によって取り付けられている。

【0036】

上述した研削装置５を用いて上記裏面研削工程を実施するには、図７に示すようにチャックテーブル５１の上面（保持面）に上記シールドトンネル形成工程が実施された光デバイスウエーハ２の保護テープ３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ってチャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を保護テープ３を介して吸着保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル５１上に保持された光デバイスウエーハ２は、単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０bが上側となる。このようにチャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を保護テープ３を介して吸引保持したならば、チャックテーブル５１を図７において矢印５１aで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削手段５２の研削ホイール５２４を図７において矢印５２４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転せしめて、図７に示すように研削砥石５２６を被加工面である光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板であるサファイア基板の裏面２ｂに接触せしめ、研削ホイール５２４を図７および図８において矢印５２４bで示すように例えば１μm／秒の研削送り速度で下方（チャックテーブル５１の保持面に対し垂直な方向）に所定量研削送りする。この結果、光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０ｂが研削されて光デバイスウエーハ２は所定の厚み（例えば２００μm）に形成される。

【0037】

次に、上記シールドトンネル形成工程（および裏面研削工程）が実施された光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０ｂに反射膜を形成する反射膜形成工程を実施する。この反射膜形成工程は、図９に示すスパッタ装置６を用いて実施する。図９に示すスパッタ装置６は、スパッタチャンバー６１を形成するハウジング６２と、該ハウジング６２のスパッタチャンバー６１内に配設され被加工物を保持する陽極となる静電吸着式の保持テーブル６３と、該保持テーブル６３と対向して配設され積層する金属（例えば金、アルミニウム）または酸化物（例えばSiO2、TiO2、ZnO）からなるターゲット６４を取り付ける陰極６５と、ターゲット６４を励磁する励磁手段６６と、陰極６５に高周波電圧を印加する高周波電源６７とからなっている。なお、ハウジング６２には、スパッタチャンバー６１内を図示しない減圧手段に連通する減圧口６２１と、スパッタチャンバー６１内を図示しないスパッタガス供給手段に連通する導入口６２２が設けられている。

【0038】

上記のように構成されたスパッタ装置６を用いて上述した反射膜形成工程を実施するには、保持テーブル６３上に上述したシールドトンネル形成工程（および裏面研削工程）が実施された光デバイスウエーハ２の表面に貼着された保護テープ３側を載置し、静電吸着保持する。従って、保持テーブル６３上に静電吸着保持された光デバイスウエーハ２を構成する単結晶基板であるサファイア基板２０の裏面２０bが上側となる。次に、励磁手段６６を作動してターゲット６４を励磁するとともに、陰極６５に高周波電源６７から例えば４０kHzの高周波電圧を印加する。そして、図示しない減圧手段を作動してスパッタチャンバー６１内を１０^−２Pa〜１０⁻⁴Pa程度に減圧するとともに、図示しないスパッタガス供給手段を作動してスパッタチャンバー６１内にアルゴンガスを導入してプラズマを発生させる。従って、プラズマ中のアルゴンガスが陰極６５に取り付けられた金、アルミニウム等の金属またはSiO2、TiO2、ZnO等の酸化物からなるターゲット６４に衝突し、この衝突によって飛散する金属粒子または酸化物粒子は光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２０の裏面２０bに金属層または酸化物層が堆積する。この結果、図１０に示すように光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２０の裏面２０bには、金属膜または酸化膜からなる反射膜２１０が形成される。この金属膜または酸化膜からなる反射膜２１０は、厚みが０．５〜２μmに設定されている。

【0039】

上述した反射膜形成工程を実施したならば、反射膜２１０が形成された光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２０の裏面２０bを環状のフレームに装着された粘着テープに貼着するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図１１に示すように環状のフレームFの開口部を覆うように外周部が装着された粘着テープTの表面に光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２０の裏面２０bに形成された反射膜２１０側を貼着する。そして、光デバイスウエーハ２の表面に貼着されている保護テープ３を剥離する（保護テープ剥離工程）。

【0040】

次に、反射膜形成工程が実施された光デバイスウエーハ２に外力を付与して光デバイスウエーハ２をシールドトンネル２３が形成された分割予定ライン２２に沿って破断し、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。この分割工程は、図１２に示すウエーハ分割装置７を用いて実施する。図１２に示すウエーハ分割装置７は、上記環状のフレームFを保持するフレーム保持手段７１と、該フレーム保持手段７１に保持された環状のフレームFに装着された粘着テープTを拡張するテープ拡張手段７２を具備している。フレーム保持手段７１は、環状のフレーム保持部材７１１と、該フレーム保持部材７１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ７１２とからなっている。フレーム保持部材７１１の上面は環状のフレームFを載置する載置面７１１ａを形成しており、この載置面７１１ａ上に環状のフレームFが載置される。そして、載置面７１１ａ上に載置された環状のフレームFは、クランプ７１２によってフレーム保持部材７１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段７１は、テープ拡張手段７２によって上下方向に進退可能に支持されている。

【0041】

上記テープ拡張手段７２は、上記環状のフレーム保持部材７１１の内側に配設される押圧部材としての円筒状の拡張ドラム７２１を具備している。この拡張ドラム７２１は、環状のフレームFの内径より小さく該環状のフレームFに装着された粘着テープT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７２１は、下端に支持フランジ７２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段７２は、上記環状のフレーム保持部材７１１を上下方向に進退可能な支持手段７３を具備している。この支持手段７３は、上記支持フランジ７２２上に配設された複数のエアシリンダ７３１からなっており、そのピストンロッド７３２が上記環状のフレーム保持部材７１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ７３１からなる支持手段７３は、環状のフレーム保持部材７１１を載置面７１１ａが拡張ドラム７２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム７２１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。従って、複数のエアシリンダ７３１からなる支持手段７３は、拡張ドラム７２１とフレーム保持部材７１１とを上下方向に相対移動する拡張移動手段として機能する。

【0042】

以上のように構成されたウエーハ分割装置７を用いて実施する分割工程について図１３を参照して説明する。即ち、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２０の裏面２０bに形成された反射膜２１０側が貼着されている粘着テープTが装着された環状のフレームFを、図１３の（ａ）に示すようにフレーム保持手段７１を構成するフレーム保持部材７１１の載置面７１１ａ上に載置し、クランプ７１２によってフレーム保持部材７１１に固定する。このとき、フレーム保持部材７１１は図１３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７２を構成する支持手段７３としての複数のエアシリンダ７３１を作動して、環状のフレーム保持部材７１１を図１３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７１１の載置面７１１ａ上に固定されている環状のフレームFも下降するため、図１３の（ｂ）に示すように環状のフレームFに装着された粘着テープTは、光デバイスウエーハ２と環状のフレームFの内周との間の環状領域が押圧部材としての円筒状の拡張ドラム７２１の上端縁に接して押圧され拡張せしめられる。この結果、粘着テープT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、光デバイスウエーハ２はシールドトンネル２４が形成されることによって強度が低下せしめられた分割予定ライン２２に沿って破断され個々の光デバイス２３に分割される。このとき、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２０の裏面２０bに形成されている反射膜２１０は、厚みが１μm以下と薄いため分割予定ライン２２に沿って破断される。

【0043】

上述したように分割工程を実施したならば、図１３の（c）に示すようにピックアップ機構８を作動しピックアップコレット８１によって所定位置に位置付けられた光デバイス２１をピックアップ（ピックアップ工程）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。

【符号の説明】

【0044】

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
２１０：反射膜
３：保護テープ
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
５：研削装置
５１：研削装置のチャックテーブル
５２：研削手段
５２４：研削ホイール
５２６：研削砥石
６：スパッタ装置
６１：スパッタチャンバー
６３：保持テーブル
６４：ターゲット
７：ウエーハ分割装置
７１：フレーム保持手段
７２：テープ拡張手段
７２１：拡張ドラム
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：粘着テープ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】