單晶部件的加工方法
【專利摘要】提供單晶部件的加工方法，能夠高效率地實施期望的厚度的激光加工。一種單晶部件的加工方法，其特征在于，包含如下的各步驟：將脈沖激光光線的峰值能量密度設定為1TW/cm2～100TW/cm2的范圍，并將脈沖激光光線的聚光點定位于從單晶部件的上表面起的規定的位置而對單晶部件照射脈沖激光光線，使細孔和對該細孔進行盾構的非晶質從單晶部件的上表面起生長而形成盾構隧道。
【專利說明】
單晶部件的加工方法
技術領域
[0001]本發明涉及對藍寶石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板等單晶部件實施加工的單晶部件的加工方法。
【背景技術】
[0002]在光器件制造工藝中，在藍寶石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板的正面上層疊有由η型氮化物半導體層和P型氮化物半導體層構成的光器件層，在由形成為格子狀的多條分割預定線劃分出的多個區域中形成發光二極管、激光二極管等光器件而構成光器件晶片。并且，通過沿著分割預定線照射激光光線而切斷光器件晶片，從而對形成有光器件的區域進行分割而制造出各個光器件。
[0003]作為對上述的光器件晶片等晶片進行分割的方法還嘗試如下的激光加工方法:使用對于被加工物具有透過性的波長的脈沖激光光線，使聚光點對準待分割區域的內部而照射脈沖激光光線。使用了該激光加工方法的分割方法是如下的技術:從晶片的一個面側使聚光點對準內部而照射對于晶片具有透過性的波長的脈沖激光光線，在被加工物的內部沿著分割預定線連續地形成作為斷裂起點的改質層，并沿著因形成該改質層而強度降低的分割預定線施加外力而將晶片分割(例如，參照專利文獻I)。
[0004]并且，作為沿著分割預定線對半導體晶片或光器件晶片等晶片進行分割的方法還實用化了如下的技術:通過沿著分割預定線照射對于晶片具有吸收性的波長的脈沖激光光線，從而實施燒蝕(ablat1n)加工而形成激光加工槽，并通過沿著形成作為該斷裂起點的激光加工槽的分割預定線施加外力而割斷晶片(例如，參照專利文獻2)。
[0005]專利文獻I:日本專利第3408805號公報
[0006]專利文獻2:日本特開平10-305420號公報
[0007]然而，在上述任意一個加工方法中，為了沿著分割預定線將由藍寶石(Al2O3)基板等構成的光器件晶片分割成各個器件，需要對同一分割預定線照射多次激光光線，存在生廣率差的冋題。

【發明內容】

[0008]本發明是鑒于上述情況而完成的，其主要的技術課題在于提供一種單晶部件的加工方法，能夠高效率地實施期望的厚度的激光加工。
[0009]為了解決上述主要的技術課題，根據本發明提供了一種單晶部件的加工方法，其特征在于，包含如下的步驟:將脈沖激光光線的峰值能量密度設定為lTW/cm2?100TW/cm2的范圍，并將脈沖激光光線的聚光點定位于從單晶部件的上表面起的規定的位置而對單晶部件照射脈沖激光光線，使細孔和對該細孔進行盾構的非晶質從單晶部件的上表面起生長而形成盾構隧道。
[0010]優選沿著設定于單晶部件的多條分割預定線連接而形成該盾構隧道，并沿著形成有該盾構隧道的分割預定線對單晶部件進行分割。
[0011]根據本發明的單晶部件的加工方法，由于將脈沖激光光線的峰值能量密度設定為lTW/cm2?lOOTW/cm2的范圍，并將脈沖激光光線的聚光點定位于從單晶部件的上表面起的規定的位置而對單晶部件照射脈沖激光光線，使細孔和對該細孔進行盾構的非晶質從單晶部件的上表面起生長而形成盾構隧道，所以通過適當調整脈沖激光光線的輸出，能夠通過I次的脈沖激光光線的照射從單晶部件的上表面遍及下表面地形成盾構隧道，因此即使單晶部件的厚度較厚也只需進行I次脈沖激光光線的照射，提高了生產率。
【附圖說明】
[0012]圖1是作為單晶部件的光器件晶片的立體圖。
[0013]圖2是示出在安裝于環狀的框架的劃片帶上粘接了圖1所示的光器件晶片的狀態的立體圖。
[0014]圖3是適合于實施盾構隧道形成工序的激光加工裝置的主要部分的立體圖。
[0015]圖4是裝備于圖3所示的激光加工裝置的脈沖激光光線振蕩單元的框狀結構圖。
[0016]圖5是示出聚光透鏡的數值孔徑(NA)、光器件晶片的折射率(N)以及數值孔徑(NA)除以折射率(N)得到的值(S = NA/N)之間的關系的圖。
[0017]圖6是盾構隧道形成工序的說明圖。
[0018]圖7是用于將形成有盾構隧道的光器件晶片分割成各個光器件的分割裝置的立體圖。
[0019]圖8是通過圖7所示的分割裝置而實施的晶片分割工序的說明圖。
[0020]標號說明
[0021 ] 2:光器件晶片；21:光器件;22:分割預定線；23:盾構隧道;3:環狀的框架;30:劃片帶;4:激光加工裝置;41:卡盤工作臺；42:激光光線照射單元;422:脈沖激光光線振蕩單元；423:輸出調整單元;424:聚光器;5:分割裝置。
【具體實施方式】
[0022]以下，參照附圖詳細地對本發明的單晶部件的加工方法進行說明。
[0023]圖1示出了通過本發明的單晶部件的加工方法來加工的作為單晶部件的光器件晶片的立體圖。在圖1所示的光器件晶片2的厚度為400μπι的藍寶石(Al2O3)基板的正面2a上呈矩陣狀形成有發光二極管、激光二極管等光器件21。并且，各光器件21通過形成為格子狀的分割預定線22而劃分。
[0024]對加工上述的作為單晶部件的光器件晶片2的單晶部件的加工方法進行說明。首先，實施晶片支承工序，在安裝于環狀的框架的劃片帶的正面上粘接光器件晶片2。即，如圖2所示，在劃片帶30的正面上粘接光器件晶片2的背面2b，該劃片帶30的外周部以覆蓋環狀的框架3的內側開口部的方式安裝。因此，粘接在劃片帶30的正面上的光器件晶片2的正面2a成為上側。
[0025]圖3示出了沿著實施了上述的晶片支承工序的光器件晶片2的分割預定線22實施激光加工的激光加工裝置的主要部分的立體圖，圖4示出了裝備于圖3所示的激光加工裝置的脈沖激光光線振蕩單元的框狀結構圖。圖3所示的激光加工裝置4具有:卡盤工作臺41，其保持被加工物;激光光線照射單元42，其對保持在該卡盤工作臺41上的被加工物照射激光光線；拍攝單元43，其對保持在卡盤工作臺41上的被加工物進行拍攝。卡盤工作臺41被構成為吸引保持被加工物，通過未圖示的加工進給單元在圖3中箭頭X所示的加工進給方向上移動，并且通過未圖示的分度進給單元在圖3中箭頭Y所示的分度進給方向上移動。
[0026]上述激光光線照射單元42包含實際上水平配置的圓筒形狀的外殼421。如圖4所示，激光光線照射單元42具有:脈沖激光光線振蕩單元422，其配設在上述外殼421內；輸出調整單元423，其對從該脈沖激光光線振蕩單元422振蕩出的脈沖激光光線的輸出進行調整；以及聚光器424，其對通過該輸出調整單元423調整了輸出的脈沖激光光線進行會聚而對保持在卡盤工作臺41的上表面即保持面上的作為被加工物的光器件晶片2進行照射。脈沖激光光線振蕩單元422構成為包含:脈沖激光振蕩器422a;重復頻率設定單元422b，其對由脈沖激光振蕩器422a振蕩出的脈沖激光光線的重復頻率進行設定；以及脈沖寬度設定單元422c，其對由脈沖激光光線振蕩器422a振蕩出的脈沖激光光線的脈沖寬度進行設定。在本實施方式中，以這種方式構成的脈沖激光光線振蕩單元422振蕩出波長為1030nm的脈沖激光光線LB。另外，通過未圖示的控制單元來對脈沖激光光線振蕩單元422和上述輸出調整單元423進行控制。
[0027]上述聚光器424包含:方向轉換鏡424a，其使從脈沖激光光線振蕩單元422振蕩出并通過輸出調整單元423調整了輸出的脈沖激光光線LB朝向下方進行方向轉換;聚光透鏡424b，其對借助該方向轉換鏡424a進行了方向轉換的脈沖激光光線LB進行會聚而對保持在卡盤工作臺41的上表面即保持面上的被加工物W進行照射。本發明的發明人確認了如下事實:在該聚光器424的聚光透鏡424b的數值孔徑(NA)除以單晶部件的折射率(N)而得到的值為0.05?0.4的范圍的情況下，能夠形成盾構隧道(shield tunnel)。這里，參照圖5對數值孔徑(NA)、折射率(N)以及數值孔徑(NA)除以折射率(N)而得到的值(S = NA/N)之間的關系進行說明。在圖5中，入射到聚光透鏡424b的脈沖激光光線LB相對于光軸以角度(α)會聚。這時，sina為聚光透鏡422a的數值孔徑(NA) (NA = Sina)。當通過聚光透鏡424b會聚的脈沖激光光線LB照射到由單晶部件構成的光器件晶片2時，由于構成光器件晶片2的單晶部件的密度比空氣高，所以脈沖激光光線LB從角度(a)折射至角度(β)。這時，作為相對于光軸的角度(β)，根據構成光器件晶片2的單晶部件的折射率(N)而不同。由于折射率(N)為(N=Sina/sirf)，所以數值孔徑(NA)除以單晶部件的折射率(N)而得到的值(S = NA/N)為sirf。并且，在實驗中確認了當將sirf設定為0.05?0.4的范圍(0.050.4)時，能夠形成良好的盾構隧道，而且通過實驗確認了當sirf脫離設定的范圍時，即使是在后述的峰值能量密度的范圍內也無法形成良好的盾構隧道。另外，激光光線照射單元42具有聚光點位置調整單元(未圖示)，其用于對通過聚光器424的聚光透鏡424b會聚的脈沖激光光線的聚光點位置進行調整。
[0028]安裝在構成上述激光光線照射單元42的外殼421的前端部的拍攝單元43除了借助可視光線進行拍攝的通常的拍攝元件(CCD)外，還包含如下部分:紅外線照明單元，其對被加工物照射紅外線;光學系統，其捕捉通過該紅外線照明單元照射的紅外線；以及拍攝元件(紅外線CCD)等，其輸出與通過該光學系統捕捉到的紅外線對應的電信號，拍攝單元43將拍攝得到的圖像信號發送給未圖示的控制單元。
[0029]為了使用上述的激光加工裝置4沿著實施了上述的晶片支承工序的光器件晶片2的分割預定線22實施激光加工，實施以下的定位工序:以將脈沖激光光線的聚光點定位于作為單晶部件的光器件晶片2的厚度方向的期望的位置的方式將聚光透鏡和單晶部件在光軸方向上相對地定位。
[0030]首先，在上述的圖3所示的激光加工裝置4的卡盤工作臺41上載置粘接有光器件晶片2的劃片帶30側。并且，通過使未圖示的吸引單元進行動作，將光器件晶片2隔著劃片帶30保持在卡盤工作臺41上(晶片保持工序)。因此，保持在卡盤工作臺41上的光器件晶片2的正面2a成為上側。另外，圖3是省略了安裝有劃片帶30的環狀的框架3而示出的，環狀的框架3由配設于卡盤工作臺41上的合適的框架保持單元保持。這樣，吸引保持了光器件晶片2的卡盤工作臺41被未圖示的加工進給單元定位于拍攝單元43的正下方。
[0031]當卡盤工作臺41被定位于拍攝單元43的正下方時，執行如下的對準作業:通過拍攝單元43和未圖示的控制單元來檢測光器件晶片2的待激光加工的加工區域。即，拍攝單元43和未圖示的控制單元執行圖案匹配等圖像處理，并完成激光光線照射位置的對準(對準工序)，其中，該圖案匹配等圖像處理用于進行在光器件晶片2的第I方向上形成的分割預定線22與沿著分割預定線22照射激光光線的激光光線照射單元42的聚光器424的位置對準。并且，針對在光器件晶片2上且在與上述第I方向垂直的方向上形成的分割預定線22，也同樣地完成激光光線照射位置的對準。
[0032]在實施了上述的對準工序之后，如圖6的(a)所示，將卡盤工作臺41移動至照射激光光線的激光光線照射單元42的聚光器424所處的激光光線照射區域，并將規定的分割預定線22定位于聚光器424的正下方。這時，如圖6的(a)所示，以分割預定線22的一端(圖6的(a)中的左端)位于聚光器424的正下方的方式定位光器件晶片2。并且，以將由聚光器424的聚光透鏡424b會聚的脈沖激光光線LB的聚光點P定位于作為單晶部件的光器件晶片2的厚度方向的期望的位置的方式使未圖示的聚光點位置調整單元進行動作而使聚光器424在光軸方向上移動(定位工序)。另外，在本實施方式中，脈沖激光光線的聚光點P被設定在光器件晶片2中的從脈沖激光光線入射的上表面(正面2a側)起的期望的位置(例如從正面2a起5?ΙΟμπι背面2b側的位置)。
[0033]如上述那樣實施了定位工序后，實施如下的盾構隧道形成工序:使激光光線照射單元42進行動作而從聚光器424照射脈沖激光光線LB，從定位在光器件晶片2的聚光點P附近(上表面(正面2a)朝向下表面(背面2b)形成細孔和對該細孔進行盾構(shield)的非晶質，從而形成盾構隧道。即，從聚光器424照射對于構成光器件晶片2的藍寶石基板具有透過性的波長的脈沖激光光線LB，并且使卡盤工作臺41在圖6的(a)中箭頭Xl所示的方向上以規定的進給速度移動(盾構隧道形成工序)。并且，如圖6的(b)所示，在分割預定線22的另一端(圖6的(b)中的右端)到達激光光線照射單元42的聚光器422的激光光線照射位置后，停止脈沖激光光線的照射并且停止卡盤工作臺41的移動。
[0034]通過實施上述的盾構隧道形成工序，在光器件晶片2的內部，如圖6的(C)所示，從脈沖激光光線LB的聚光點P附近(上表面(正面2a))朝向下表面(背面2b)生長細孔231和形成在該細孔231的周圍的非晶質232，沿著分割預定線22以規定的間隔(在本實施方式中為ΙΟμπι的間隔(加工進給速度:100mm/秒)/(重復頻率:10kHz))形成非晶質的盾構隧道23。如圖6的(d)和(e)所示，這樣形成的盾構隧道23由形成在中心的直徑為Φ?μπι左右的細孔231和形成在該細孔231的周圍的直徑為Φ ΙΟμπι的非晶質232構成，在本實施方式中，是相互鄰接的非晶質232以彼此相連的方式連接而形成的。另外，由于在上述的盾構隧道形成工序中形成的非晶質的盾構隧道23能夠從光器件晶片2的上表面(正面2a)遍及下表面(背面2b)地形成，所以即使晶片的厚度較厚也只需進行I次脈沖激光光線的照射，生產率極為良好。并且，在盾構隧道形成工序中由于沒有碎肩飛散，所以也解決了器件的品質降低的問題。
[0035]如上述那樣沿著規定的分割預定線22實施了上述盾構隧道形成工序之后，使卡盤工作臺41在箭頭Y所示的方向上按照形成在光器件晶片2上的分割預定線22的間隔進行分度移動(分度工序)，完成上述盾構隧道形成工序。這樣沿著形成在第I方向上的全部的分割預定線22實施了上述盾構隧道形成工序之后，使卡盤工作臺41轉動90度，沿著在與形成在上述第I方向上的分割預定線22垂直的方向上延伸的分割預定線22執行上述盾構隧道形成工序。
[0036]另外，在上述的實施方式中示出了如下的例子:使光器件晶片2的正面2a為上側而保持在卡盤工作臺41上，從光器件晶片2的正面2a的那一側沿著分割預定線22照射脈沖激光光線而形成盾構隧道23，但是也可以是使光器件晶片2的背面為上側而保持在卡盤工作臺41上，從光器件晶片2的背面側沿著分割預定線22照射脈沖激光光線而形成盾構隧道23。
[0037]在上述的盾構隧道形成工序中，要想形成良好的盾構隧道23，將脈沖激光光線LB的峰值能量密度設定為lTW/cm2?lOOTW/cm2的范圍內是很重要的。另外，峰值能量密度能夠通過平均輸出(W)/{重復頻率(Hz) X光斑面積(cm2) X脈沖寬度(s)}來求得。
[0038]以下，對將脈沖激光光線LB的峰值能量密度設定為ITW/cm2?10TW/cm2的范圍內的理由進行說明。
[0039]【實驗例】
[0040][實驗:1]
[0041 ]條件I...單晶部件:藍寶石基板(厚度為400μπι)
[0042]條件2...將脈沖激光光線的波長設定為1030nm[0043 ]條件3...將脈沖激光光線的重復頻率設定為I OOkHz
[0044]條件4...將脈沖激光光線的光斑直徑設定為I Oym
[0045]條件5...將脈沖激光光線的平均輸出設定為5W
[0046]條件6...變量:脈沖激光光線的脈沖寬度
[0047]根據上述條件一邊使脈沖寬度在0.1?10ps變化，一邊對藍寶石基板照射脈沖激光光線，并觀察加工狀態。
[0048]在脈沖寬度為0.1?未到0.6ps的情況下，在藍寶石基板的內部形成了孔隙。
[0049]在脈沖寬度為0.6?63ps的情況下，在藍寶石基板的內部形成了由細孔和對細孔進行盾構的非晶質構成的盾構隧道。
[0050]在脈沖寬度為64?10ps的情況下，藍寶石基板的內部發生了熔融。
[0051 ]根據以上的實驗結果判斷為:在脈沖寬度為0.6?63ps的范圍內，能夠在藍寶石基板的內部形成由細孔和對細孔進行盾構的非晶質構成的盾構隧道。
[0052]因此，在上述條件中當使脈沖寬度為0.6?63ps而求解峰值能量密度時，通過將峰值能量密度設定為lTW/cm2?lOOTW/cm2的范圍而形成盾構隧道。
[0053][實驗:2]
[0054]條件I...單晶部件:藍寶石基板(厚度為400μπι)
[0055]條件2...將脈沖激光光線的波長設定為1030nm
[0056]條件3...將脈沖寬度設定為1ps
[0057]條件4...將脈沖激光光線的光斑直徑設定為ΙΟμπι
[0058]條件5...將脈沖激光光線的平均輸出設定為5W[0059 ]條件6...變量:脈沖激光光線的重復頻率
[0060]根據上述條件一邊使重復頻率在I?100kHz變化一邊對藍寶石基板照射脈沖激光光線，并觀察加工狀態。
[0061]在重復頻率為I?6kHz的情況下，藍寶石基板的內部被破壞并呈放射狀形成了裂紋。
[0062]在重復頻率為7?640kHz的情況下，在藍寶石基板的內部形成了由細孔和對細孔進行盾構的非晶質構成的盾構隧道。
[0063]在重復頻率為650?100kHz的情況下，在藍寶石基板的內部形成了孔隙而沒有形成盾構隧道。
[0064]根據以上的實驗結果判斷為:在重復頻率為7?640kHz的范圍內，能夠在藍寶石基板的內部形成由細孔和對細孔進行盾構的非晶質構成的盾構隧道。
[0065]因此，在上述條件中當使重復頻率為7?640kHz而求解峰值能量密度時，通過將峰值能量密度設定為lTW/cm2?lOOTW/cm2的范圍而形成盾構隧道。
[0066]上述實驗I和實驗2示出了針對藍寶石(Al2O3)基板而實施的例子，針對作為單晶部件的碳化硅(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板、鉭酸鋰(LiTaO3)基板、鈮酸鋰(LiNbO3)基板、金剛石基板和石英(S12)也進行了與上述實驗I和實驗2同樣的實驗，其結果大致相同。
[0067]在實施了上述的盾構隧道形成工序之后，實施晶片分割工序，對光器件晶片2施加外力，沿著連續地形成有由細孔231和形成在該細孔231的周圍的非晶質232構成的盾構隧道23的分割預定線22將光器件晶片2分割成各個光器件21。在晶片分割工序中，使用圖7所示的分割裝置5來實施。圖7所示的分割裝置5具有:框架保持單元51，其保持上述環狀的框架3;帶擴展單元52，其對安裝于環狀的框架3的光器件晶片2進行擴展，該環狀的框架3由該框架保持單元51保持；以及拾取夾頭53。框架保持單元51由環狀框架保持部件511以及作為配設于該框架保持部件511的外周的固定單元的多個夾具512構成。框架保持部件511的上表面形成載置環狀的框架3的載置面511a，在該載置面511a上載置環狀的框架3。并且，載置在載置面511a上的環狀的框架3被夾具512固定于框架保持部件511。以這種方式構成的框架保持單元51被帶擴展單元52支承為能夠在上下方向上進退。
[0068]帶擴展單元52具有配設在上述環狀框架保持部件511的內側的擴展筒521。該擴展筒521具有比環狀的框架3的內徑小且比粘接在安裝于該環狀的框架3的劃片帶30的光器件晶片2的外徑大的內徑和外徑。并且，擴展筒521在下端具有支承凸緣522。本實施方式中的帶擴展單元52具有能夠使上述環狀框架保持部件511在上下方向上進退的支承單元523。該支承單元523由配設在上述支承凸緣522上的多個氣缸523a構成，其活塞桿523b與上述環狀框架保持部件511的下表面連結。這樣由多個氣缸523a構成的支承單元523使環狀框架保持部件511在基準位置與擴展位置之間沿上下方向移動，在該基準位置，如圖8的(a)所示，載置面511a與擴展筒521的上端處于大致同一高度，在該基準位置，如圖8的(b)所示，載置面51 Ia與擴展筒521的上端相比以規定的量位于下方。
[0069]參照圖8對使用以如上方式構成的分割裝置5實施的晶片分割工序進行說明。即，如圖8的(a)所示，將安裝了粘接有光器件晶片2的劃片帶30的環狀的框架3載置在構成框架保持單元51的框架保持部件511的載置面511a上，并通過夾具512固定于框架保持部件511(框架保持工序)。這時，將框架保持部件511定位在圖8的(a)所示的基準位置。接著，使作為構成帶擴展單元52的支承單元523的多個氣缸523a進行動作而使環狀框架保持部件511下降到圖8的(b)所示的擴展位置。因此，固定在框架保持部件511的載置面511a上的環狀的框架3也下降，因此如圖8的(b)所示，安裝于環狀的框架3的劃片帶30與擴展筒521的上端緣接觸而被擴展(帶擴展工序)。其結果為，由于對粘接在劃片帶30上的光器件晶片2放射狀地作用拉伸力，因此沿著連續地形成有上述的盾構隧道23故強度降低的分割預定線22將光器件晶片2分離為各個光器件21，并且在光器件21之間形成有間隔S。
[0070]接著，如圖8的(C)所示，使拾取夾頭53進行動作，對光器件21進行吸附，從劃片帶30剝離并拾取，且輸送到未圖示的托盤或者芯片接合工序。另外，在拾取工序中，由于像上述那樣粘接在劃片帶30上的各個光器件21之間的間隔S被擴寬，因此能夠在不與鄰接的光器件21接觸的情況下容易地進行拾取。
【主權項】
1.一種單晶部件的加工方法，其特征在于， 將脈沖激光光線的峰值能量密度設定為lTW/cm2?lOOTW/cm2的范圍， 將脈沖激光光線的聚光點定位于從單晶部件的上表面起的規定的位置而對單晶部件照射脈沖激光光線，使細孔和對該細孔進行盾構的非晶質從單晶部件的上表面起生長而形成盾構隧道。2.根據權利要求1所述的單晶部件的加工方法，其中， 沿著設定于單晶部件的多條分割預定線連接而形成該盾構隧道，并沿著形成有該盾構隧道的分割預定線對單晶部件進行分割。
【文檔編號】B23K26/06GK105834579SQ201610059155
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月28日
【發明人】森數洋司
【申請人】株式會社迪思科