CN102024886B - 晶片的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶片的加工方法，其能在不对形成于基板表面的器件层造成破坏的情况下在基板内部沿间隔道形成变质层。该晶片的加工方法在晶片内部沿间隔道形成变质层的晶片的加工方法，其包括：第一变质层形成工序，将聚光点定位于基板内部，从基板背面侧照射相对于基板具有透射性的波长的激光光线，沿间隔道形成第一变质层；以及第二变质层形成工序，将聚光点定位于第一变质层的上侧，从基板背面侧照射相对于基板具有透射性的波长的激光光线，沿间隔道以层叠于第一变质层的方式形成第二变质层，第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定成比第二变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度要低、且处于能在基板中加工出变质层的下限附近。
Description
技术领域
本发明涉及一种在晶片的内部沿第一间隔道和第二间隔道形成变质层的晶片的加工方法，其中所述晶片构成为：在蓝宝石基板的表面层叠有由氮化物半导体构成的发光层，并且在通过沿预定方向延伸的多条第一间隔道和与所述多条第一间隔道交叉地形成的多条第二间隔道划分出的多个区域内形成有光器件。
背景技术
在光器件的制造工序中，在蓝宝石基板的表面层叠由氮化物半导体构成的发光层(外延层)，并且在通过沿预定方向延伸的多条第一间隔道和与所述多条第一间隔道交叉地形成的多条第二间隔道划分出的多个区域内形成光器件。该形成有多个光器件的晶片通过沿第一间隔道和第二间隔道切断而被分割成一个个发光二极管等光器件，并且被广泛地利用于电气设备。
这样的晶片的沿着间隔道的切断通常通过使环状的切削刀具高速旋转来进行切削的切削装置来进行。但是，由于蓝宝石基板是莫氏硬度很高的难切削材料，所以需要降低加工速度，存在生产效率差的问题。
近年来，作为沿间隔道分割晶片的方法，提出有这样的方法：通过沿间隔道照射相对于晶片具有吸收性的脉冲激光光线来形成激光加工槽，通过沿该激光加工槽施加外力来进行断裂(例如，参照专利文献1)。
但是，若沿着形成于蓝宝石基板的表面的间隔道照射激光光线来形成激光加工槽，则存在这样的问题：发光二极管等光器件的外周被烧蚀，亮度降低，从而光器件的品质降低。
为了消除这样的问题，下述专利文献2中公开了这样的蓝宝石基板的加工方法：将聚光点定位于蓝宝石基板的内部，从蓝宝石基板的未形成由氮化物半导体构成的发光层(外延层)的背面侧沿间隔道照射相对于蓝宝石基板具有透射性的波长的激光光线，从而在蓝宝石基板的内部沿着间隔道形成变质层，由此沿着形成有变质层的间隔道分割蓝宝石基板。
专利文献1：日本特开平10－305420号公报
专利文献2：日本特开2008－6492号公报
在上述专利文献2所公开的蓝宝石基板的加工方法中，虽然在一定程度上改善了光器件的亮度的降低，然而当将聚光点定位于蓝宝石基板的内部、从蓝宝石基板的背面侧沿间隔道照射相对于蓝宝石基板具有透射性的波长的激光光线时，存在以下问题：通过泄漏至由氮化物半导体构成的发光层(外延层)的激光光线，发光层受到破坏，从而使光器件的发光功能降低。
此外，关于在硅基板的表面层叠IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(Large-scale Integration：大规模集成电路)等器件而形成的半导体晶片，在将聚光点定位于硅基板的内部从半导体晶片的背面侧沿间隔道照射相对于硅基板具有透射性的波长的激光光线、由此在硅激光的内部沿着间隔道形成变质层的情况下，也存在由于泄漏至器件层的激光光线而使得器件受到破坏的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于提供一种能够在不对形成于基板表面的器件层造成破坏的情况下在基板的内部沿着间隔道形成变质层的晶片的加工方法。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种晶片的加工方法，其是在晶片的内部沿间隔道形成变质层的晶片的加工方法，其中，所述晶片构成为：在基板的表面层叠有器件层，并且在通过形成为格子状的多条间隔道划分出的多个区域内形成有器件，所述晶片的加工方法的特征在于，该晶片的加工方法包括以下工序：
第一变质层形成工序，在该第一变质层形成工序中，将聚光点定位于基板的内部，从基板的背面侧沿间隔道照射相对于基板具有透射性的波长的激光光线，由此在基板的内部沿间隔道形成第一变质层；以及
第二变质层形成工序，在实施了所述第一变质层形成工序后，在该第二变质层形成工序中，将聚光点定位于所述第一变质层的上侧，从基板的背面侧沿间隔道照射相对于基板具有透射性的波长的激光光线，由此在基板的内部沿间隔道以层叠于所述第一变质层的方式形成第二变质层，
所述第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定成：比所述第二变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度要低、而且处于能够在基板中加工出变质层的下限附近，在所述第二变质层形成工序中照射的泄漏到形成于基板的表面的器件层侧的脉冲激光光线被在所述第一变质层形成工序中形成的所述第一变质层吸收，并且散射而衰减。
在基板为蓝宝石基板的情况下，所述第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为3～12J/cm2，所述第二变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为100～400J/cm2。
此外，在基板为硅基板的情况下，所述第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为15～60J/cm2，所述第二变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为400～1500J/cm2。
本发明所述的晶片的加工方法中，包括以下工序：第一变质层形成工序，在该第一变质层形成工序中，将聚光点定位于基板的内部，从基板的背面侧沿间隔道照射相对于基板具有透射性的波长的激光光线，由此在基板的内部沿间隔道形成第一变质层；以及第二变质层形成工序，在该第二变质层形成工序中，将聚光点定位于第一变质层的上侧，从基板的背面侧沿间隔道照射相对于基板具有透射性的波长的激光光线，由此在基板的内部沿间隔道以层叠于第一变质层的方式形成第二变质层，第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为：比第二变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度要低、而且处于能够在基板中加工出变质层的下限附近，在所述第二变质层形成工序中照射的泄漏到形成于基板的表面的器件层侧的脉冲激光光线被在所述第一变质层形成工序中形成的所述第一变质层吸收，并且散射而衰减，因此，在第一变质层形成工序中，泄漏到器件层的脉冲激光光线的能量极小，因此器件层不会受到破坏。此外，在第二变质层形成工序中，虽然照射了能量密度比在第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度要高的脉冲激光光线，但泄漏到器件层侧的脉冲激光光线被第一变质层吸收并且散射而衰减，因此器件层不会受到破坏，能够有效地形成第二变质层。
附图说明
图1是利用本发明所述的晶片的加工方法进行加工的晶片的立体图以及放大表示其主要部分的剖视图。
图2是表示将图1所示的晶片粘贴在装配于环状框架的保护带的表面上的状态的立体图。
图3是用于实施本发明所述的晶片的加工方法中的第一变质层形成工序和第二变质层形成工序的激光加工装置的主要部分立体图。
图4是本发明所述的晶片的加工方法中的第一变质层形成工序的说明图。
图5是本发明所述的晶片的加工方法中的第二变质层形成工序的说明图。
标号说明
2：晶片；20：蓝宝石基板；21：发光层(外延层)；22：间隔道；23：光器件；210：第一变质层；220：第二变质层；3：环状框架；4：保护带；5：激光加工装置；51：激光加工装置的卡盘工作台；52：激光光线照射构件；53：摄像构件。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明所述的晶片的加工方法的优选实施方式。
在图1的(a)和(b)中，示出了按照本发明所述的晶片的加工方法来进行加工的晶片的立体图。在图1的(a)和(b)所示的晶片2中，在例如厚度为100μm的蓝宝石基板20的表面20a层叠有由氮化物半导体构成的作为器件层的发光层(外延层)21。并且，发光层(外延层)21在由形成为格子状的多条间隔道22划分出的多个区域内形成有光器件23。
关于图1所示的晶片2，如图2所示地将发光层(外延层)21的表面侧粘贴至保护带4(保护带粘贴工序)，其中所述保护带4装配于环状框架3并由聚烯烃等合成树脂片构成。因此，晶片2的蓝宝石基板20的背面20b处于上侧。
在实施了上述保护带粘贴工序后，实施第一变质层形成工序，在该第一变质层形成工序中，将聚光点定位于蓝宝石基板20的内部，从蓝宝石基板20的背面侧沿着形成于预定方向的间隔道22照射相对于蓝宝石基板20具有透射性的波长的激光光线，从而在蓝宝石基板20的内部沿着间隔道22形成第一变质层。该第一变质层形成工序使用图3所示的激光加工装置5来实施。图3所示的激光加工装置5包括：卡盘工作台51，其保持被加工物；激光光线照射构件52，其向保持于上述卡盘工作台51上的被加工物照射激光光线；和摄像构件53，其对保持于卡盘工作台51上的被加工物进行摄像。卡盘工作台51构成为吸引保持被加工物，卡盘工作台51通过未图示的加工进给构件在图3中箭头X所示的加工进给方向上移动，并且通过未图示的分度进给构件在图3中箭头Y所示的分度进给方向上移动。
上述激光光线照射构件52包括实质上水平配置的圆筒形状的壳体521。在壳体521内配设有具有未图示的脉冲激光光线振荡器和重复频率设定构件的脉冲激光光线振荡构件。在上述壳体521的末端部，安装有用于使从脉冲激光光线振荡构件振荡出的脉冲激光光线会聚的聚光器522。
摄像构件53安装在构成上述激光光线照射构件52的壳体521的末端部，在图示的实施方式中，该摄像构件53除了具有利用可见光线进行摄像的通常的摄像元件(CCD)以外，还具有：向被加工物照射红外线的红外线照明构件、捕捉由该红外线照明构件照射出的红外线的光学系统、以及输出与通过该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等，上述摄像构件53将所拍摄到的图像信号发送至未图示的控制构件。
参照图3和图4，对这样的第一变质层形成工序进行说明：使用上述激光加工装置5，将聚光点定位于构成上述晶片2的蓝宝石基板20的内部，从蓝宝石基板20的背面侧沿着间隔道22照射相对于蓝宝石基板20具有透射性的波长的激光光线，从而在蓝宝石基板20的内部沿着间隔道22形成第一变质层。
首先，将粘贴有晶片2的保护带4载置到上述图3所示的激光加工装置5的卡盘工作台51上。然后，通过使未图示的吸引构件工作，来将晶片2经由保护带4保持到卡盘工作台51上(晶片保持工序)。因此，保持于卡盘工作台51的晶片2的蓝宝石基板20的背面20b处于上侧。另外，虽然图3的表示省略了装配有保护带4的环状框架3，但是环状框架3由配设于卡盘工作台51的适当的框架保持构件所保持。这样，吸引保持有晶片2的卡盘工作台51通过未图示的加工进给构件而被定位于摄像构件53的正下方。
在卡盘工作台51被定位于摄像构件53的正下方时，通过摄像构件53和未图示的控制构件来执行校准作业，该校准作业是检测晶片2的应进行激光加工的加工区域的作业。即，摄像构件53和未图示的控制构件执行图案匹配等图像处理，从而完成激光光线照射位置的校准(校准工序)，其中上述图案匹配等图像处理用来进行形成在晶片2的预定方向上的间隔道22与沿着该间隔道22照射激光光线的激光光线照射构件52的聚光器522之间的位置对准。此外，对于沿着与上述预定方向正交的方向形成于晶片2的间隔道22，也同样地完成激光光线照射位置的校准。此时，晶片2中的形成有间隔道22的发光层(外延层)21的表面位于下侧，但是由于构成晶片2的蓝宝石基板20是透明体，所以能够从蓝宝石基板20的背面侧对间隔道22进行摄像。另外，在晶片由硅基板那样的非透明体材料构成的情况下，摄像构件53从红外线照明构件照射红外线，从硅基板的背面通过透射对间隔道进行摄像。
在如上所述地检测出形成于发光层(外延层)21的表面的间隔道22，并进行了激光光线照射位置的校准作业后，如图4的(a)所示，将卡盘工作台51移动至激光光线照射构件52的聚光器522所在的激光光线照射区域，并将预定的间隔道22的一端(图4的(a)中的左端)定位于激光光线照射构件52的聚光器522的正下方，其中所述发光层21构成保持在卡盘工作台51上的晶片2。然后，从聚光器522照射相对于蓝宝石基板20具有透射性的波长的脉冲激光光线，同时使卡盘工作台51以预定的加工进给速度在图4的(a)中箭头X1所示的方向上移动。然后，如图4的(b)所示，在激光光线照射构件52的聚光器522的照射位置到达间隔道22的另一端(图4的(b)中的右端)的位置后，停止照射脉冲激光光线，并且使卡盘工作台51停止移动。在该第一变质层形成工序中，使脉冲激光光线的聚光点P对准从构成晶片2的蓝宝石基板20的表面(下侧面)向上方例如10～20μm的位置。其结果为，在构成晶片2的蓝宝石基板20的内部沿着间隔道22形成了连续的第一变质层210。在该第一变质层形成工序中，将从激光光线照射构件52照射的脉冲激光光线的能量密度设定在能够在蓝宝石基板20中加工出变质层的下限附近，这一点是很重要的。通过这样将脉冲激光光线的能量密度设定在能够在蓝宝石基板20中加工出变质层的下限附近(例如3～12J/cm2)，泄漏到发光层(外延层)21的脉冲激光光线的能量极小，因此发光层(外延层)21不会受到破坏。
上述第一变质层形成工序中的加工条件例如如下所示地设定。
光源：Yb激光器：掺镱光纤激光器
波长：1045nm
重复频率：100kHz
平均输出：0.01W
聚光点直径：φ1～2μm
能量密度：3～12J/cm2
加工进给速度：400mm/秒
在实施了上述第一变质层形成工序后，实施第二变质层形成工序，在该第二变质层形成工序中，将聚光点定位于第一变质层210的上侧，从蓝宝石基板20的背面侧沿着间隔道22照射相对于蓝宝石基板20具有透射性的波长的激光光线，从而在蓝宝石基板20的内部沿着间隔道22以层叠于第一变质层210的方式形成第二变质层。在该第二变质层形成工序中，如图5的(a)所示，在实施了上述第一变质层形成工序的状态下，将从激光光线照射构件52的聚光器522照射出的脉冲激光光线的聚光点P定位于第一变质层210的上侧。接着，从聚光器522照射相对于蓝宝石基板20具有透射性的波长的脉冲激光光线，同时使卡盘工作台51以预定的加工进给速度在图5的(a)中箭头X2所示的方向上移动。然后，如图5的(b)所示，在激光光线照射构件52的聚光器522的照射位置到达间隔道22的一端(图5的(b)中的左端)的位置后，停止照射脉冲激光光线，并且使卡盘工作台51停止移动。其结果为，在构成晶片2的蓝宝石基板20的内部，沿着间隔道22以层叠于第一变质层210的方式形成了第二变质层220。在该第二变质层形成工序中，将从激光光线照射构件52照射的脉冲激光光线的能量密度设定成比在上述第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度要高、且能够在蓝宝石基板20中有效地加工出变质层的值(例如100～400J/cm2)。这样，在第二变质层形成工序中，虽然照射了能量密度较高的脉冲激光光线，但泄漏到发光层(外延层)21侧的脉冲激光光线被第一变质层210吸收并且散射而衰减，因此发光层(外延层)21不会受到破坏，并能够有效地形成第二变质层220。
上述第二变质层形成工序中的加工条件例如如下所示地设定。
光源：Yb激光器：掺镱光纤激光器
波长：1045nm
重复频率：100kHz
平均输出：0.3W
聚光点直径：φ1～2μm
能量密度：100～400J/cm2
加工进给速度：400mm/秒
在如上所述地沿着晶片2的形成在预定方向上的所有的间隔道22实施了上述第一变质层形成工序和第二变质层形成工序之后，将保持有晶片2的卡盘工作台51定位至转动了90度的位置。然后，沿着晶片2的形成在与上述预定方向正交的方向上的所有的间隔道22实施上述第一变质层形成工序和第二变质层形成工序。
将如上所述地沿着所有的间隔道22实施了第一变质层形成工序和第二变质层形成工序的晶片2搬送至晶片分割工序，在该晶片分割工序中，对所述晶片2沿间隔道22施加外力，使其沿着形成有第一变质层210和第二变质层220的间隔道22断裂。
接下来，对将本发明所述的加工方法应用于由硅基板构成的晶片的情况下的加工条件进行说明。
当在由硅基板构成的晶片中形成上述的第一变质层210和第二变质层220时，上述第一变质层形成工序中的加工条件例如如下所示地设定。
光源：YVO4激光器
波长：1342nm
重复频率：100kHz
平均输出：0.05W
聚光点直径：φ1～2μm
能量密度：15～60J/cm2
加工进给速度：300mm/秒
此外，上述第二变质层形成工序中的加工条件例如如下所示地设定。
光源：YVO4激光器
波长：1342nm
重复频率：100kHz
平均输出：1.2W
聚光点直径：φ1～2μm
能量密度：400～1500J/cm2
加工进给速度：300mm/秒
Claims (3)
1.一种晶片的加工方法，其是在晶片的内部沿间隔道形成变质层的晶片的加工方法，其中，所述晶片构成为：在基板的表面层叠有器件层，并且在通过形成为格子状的多条间隔道划分出的多个区域内形成有器件，所述晶片的加工方法的特征在于，
该晶片的加工方法包括以下工序：
第一变质层形成工序，在该第一变质层形成工序中，将聚光点定位于基板的内部，从基板的背面侧沿间隔道照射相对于基板具有透射性的波长的激光光线，由此在基板的内部沿间隔道形成第一变质层；以及
第二变质层形成工序，在实施了所述第一变质层形成工序后，在该第二变质层形成工序中，将聚光点定位于所述第一变质层的上侧，从基板的背面侧沿间隔道照射相对于基板具有透射性的波长的激光光线，由此在基板的内部沿间隔道以层叠于所述第一变质层的方式形成第二变质层，
所述第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定成：比所述第二变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度要低、而且处于能够在基板中加工出变质层的下限，在所述第二变质层形成工序中照射的泄漏到形成于基板的表面的器件层侧的脉冲激光光线被在所述第一变质层形成工序中形成的所述第一变质层吸收，并且散射而衰减。
2.根据权利要求1所述的晶片的加工方法，其中，
在基板为蓝宝石基板的情况下，所述第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为3～12J/cm2，所述第二变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为100～400J/cm2。
3.根据权利要求1所述的晶片的加工方法，其中，
在基板为硅基板的情况下，所述第一变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为15～60J/cm2，所述第二变质层形成工序中照射的激光光线的能量密度设定为400～1500J/cm2。
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