CN102151985A - 激光加工方法 - Google Patents

Abstract

一种激光加工方法，能够在晶片内部沿间隔道形成变质层，而不会损伤形成于基板正面的功能层。该激光加工方法包括：晶片保持工序，在保持被加工物的卡盘工作台上以使基板背面在上侧的方式保持晶片；高度位置计测工序，从被保持在卡盘工作台上的晶片的基板的背面侧沿着间隔道进行照射，根据在基板背面以及正面反射的反射光，沿着间隔道计测从卡盘工作台的上表面到基板背面的第一高度位置、以及从卡盘工作台的上表面到基板正面的第二高度位置；变质层形成工序，使激光光线的会聚点位于在高度位置计测工序计测的第一高度位置与第二高度位置的中间部，并沿着间隔道进行照射，由此在基板内部沿着间隔道形成不会到达功能层的变质层。

Description

激光加工方法

技术领域

本发明涉及在半导体晶片或光器件晶片等晶片的内部形成变质层的激光加工方法。

背景技术

在半导体器件制造工序中，利用呈网格状排列的被称为间隔道的分割预定线，在大致圆板形状的半导体晶片的表面上划分多个区域，在该划分后的区域中形成IC、LSI等器件。并且，通过沿着间隔道将半导体晶片切断而分割形成有器件的区域，由此制得各个半导体器件。并且，在蓝宝石基板的表面层叠了氮化镓系化合物半导体等的光器件晶片也沿着间隔道切断，由此分割成为各个发光二极管、激光二极管等光器件，并被广泛应用于电气设备中。

关于上述的沿着间隔道分割半导体晶片等晶片的方法曾尝试过激光加工方法，该方法利用对晶片具有透射性波长的脉冲激光光线，使会聚点对准应分割的区域的内部来照射脉冲激光光线。利用这种激光加工方法的分割方法，使会聚点从晶片的一面侧对准内部，并照射对晶片具有透射性的例如波长1064nm的脉冲激光光线，在晶片的内部沿着间隔道连续形成变质层，沿着强度由于形成该变质层而下降的间隔道施加外力，由此分割被加工物(例如参照专利文献1)。在这样沿着形成于晶片的间隔道在内部形成变质层的情况下，使激光光线的会聚点位于距晶片的上表面为预定深度的位置进行照射。

可是，由于晶片具有起伏、厚度存在偏差，所以很难实施均匀的激光加工。即，当在晶片的内部沿着间隔道形成变质层的情况下，如果晶片的厚度存在偏差，则在照射激光光线时，由于折射率的关系，不能在距照射激光光线的照射面为预定深度的位置形成均匀的变质层。

为了解决上述问题，下述专利文献2公开了一种激光加工装置，检测被保持在卡盘工作台上的晶片的上表面高度位置，根据检测到的晶片的上表面高度位置，控制照射激光光线的聚光器的会聚点位置。

专利文献

【专利文献1】日本专利第3408805号公报

【专利文献2】日本特开2005-313182号公报

然而，如果照射对晶片具有透射性的波长的激光光线并使其会聚点位于距晶片的背面为预定深度的位置，来形成变质层，在基板的厚度较薄的部位，则有时变质层将到达在基板的正面上层叠形成的功能层。这样，如果通过照射激光光线而形成于基板上的变质层到达功能层或者极其近距离地接近变质层，则将存在功能层受到由于照射激光光线而产生的能量的影响而发生损伤的问题。这种问题尤其在下述情况时产生得比较多，从光器件晶片的背面侧照射对蓝宝石基板具有透射性的波长的激光光线，在蓝宝石基板的内部沿着间隔道形成变质层，该光器件晶片形成有在蓝宝石基板的表面上层叠n型氮化物半导体层及p型氮化物半导体层而形成的光器件。

发明内容

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其主要技术课题是提供一种激光加工方法，能够于在基板的表面形成有功能层的晶片的内部沿着间隔道形成变质层，而不会损伤功能层。

为了解决上述主要技术课题，根据本发明提供一种激光加工方法，从晶片中的基板的背面侧向基板内部照射对基板具有透射性波长的激光光线，在基板内部沿着间隔道形成变质层，所述晶片在基板正面层叠有功能层，在利用形成为网格状的多个间隔道划分而得到的多个区域中形成有器件，所述激光加工方法的特征在于，其包括：晶片保持工序，在保持激光加工装置的被加工物的卡盘工作台上以使基板的背面在上侧的方式来保持晶片；高度位置计测工序，从基板的背面侧沿着间隔道照射检测光，根据在基板背面以及基板正面反射的反射光，沿着间隔道计测从卡盘工作台的上表面到基板背面的第一高度位置(h1)、以及从卡盘工作台的上表面到基板正面的第二高度位置(h2)，其中，该检测光是对被保持在卡盘工作台上的晶片的基板具有透射性的波长的光；以及变质层形成工序，使激光光线的会聚点位于在该高度位置计测工序中计测出的该第一高度位置(h1)与该第二高度位置(h2)的中间部，并沿着间隔道进行照射，由此在基板内部沿着间隔道形成不会到达功能层的变质层。

在上述高度位置计测工序中，使用计测单元并根据在基板背面反射的第一光程差(d1)和在基板正面反射的第二光程差(d2)，计测从卡盘工作台的上表面到基板背面的第一高度位置(h1)、以及从卡盘工作台的上表面到基板正面的第二高度位置(h2)，其中，所述计测单元具有：发光源，其发出具有预定的波长区域的光；第一光分支单元，其将来自该发光源的光引导向第一路径，并且将在该第一路径中逆行的反射光引导向第二路径；准直透镜，其使引导至该第一路径的光形成为平行光；第二光分支单元，其将被该准直透镜形成为平行光的光分离为第三路径和第四路径；物镜，其设置在该第三路径中，将引导至该第三路径的光引导向被保持在该卡盘工作台上的晶片；会聚透镜，其设置在该第二光分支单元和该物镜之间，使引导至该第三路径的平行光会聚，并使会聚点位于该物镜上，使来自该物镜的光形成为准平行光；反射镜，其设置在该第四路径中，对引导至该第四路径的平行光进行反射，使反射光沿该第四路径逆行；衍射光栅，其对下述两种反射光的干涉进行衍射，其中一种反射光是被该反射镜反射，而在该第四路径、该第二光分支单元、该准直透镜以及该第一路径中逆行，被从该第一光分支单元引导至该第二路径中的反射光，另一种反射光是被由该卡盘工作台保持的晶片反射，而在该物镜、该会聚透镜、该第二光分支单元、该准直透镜以及该第一路径中逆行，被从该第一光分支单元引导至该第二路径中的反射光；图像传感器，其检测被该衍射光栅衍射的反射光在预定波长区域的光强度；以及控制单元，其根据来自该图像传感器的检测信号求出分光干涉波形，并根据该分光干涉波形和理论上的波形函数执行波形分析，求出该第四路径中的截止到该反射镜的光程、与该第三路径中的截止到被保持在该卡盘工作台上的晶片的光程之间的光程差(d)，根据该光程差(d)，求出从该卡盘工作台的表面到被保持在该卡盘工作台上的晶片的基板的背面以及从该卡盘工作台的表面到该基板的正面的距离。

在上述变质层形成工序中，根据该第一高度位置(h1)和该第二高度位置(h2)，使激光光线的会聚点位于{h2+(h1-h2)/2}的位置来实施激光光线照射。

在上述变质层形成工序中，根据该第一高度位置(h1)和该第二高度位置(h2)，在基板的厚度为设定值以上的部位，使激光光线的会聚点位于{h2+(h1-h2)/2}的位置来实施激光光线照射，在基板的厚度小于设定值厚度的部位，停止激光光线的照射。

本发明的激光加工方法包括：高度位置计测工序，从基板的背面侧沿着间隔道照射检测光，根据在基板背面以及基板正面反射的反射光，沿着间隔道计测从卡盘工作台的上表面到基板背面的第一高度位置(h1)、以及从卡盘工作台的上表面到基板正面的第二高度位置(h2)，其中，该检测光是对被保持在卡盘工作台上的晶片的基板具有透射性波长的光；变质层形成工序，使激光光线的会聚点位于在高度位置计测工序计测的第一高度位置(h1)与第二高度位置(h2)的中间部，并沿着间隔道进行照射，由此在基板的内部沿着间隔道形成不会到达功能层的变质层，因此即使是基板具有起伏、基板的厚度较薄的部位，也能够形成变质层，并且不会损伤在基板的正面层叠形成的功能层。

附图说明

图1是利用本发明的激光加工方法加工的作为晶片的光器件晶片的立体图及主要部分放大剖面图。

图2是用于实施本发明的激光加工方法的激光加工装置的立体图。

图3是构成在图2所示的激光加工装置中配置的位置计测兼激光照射单元的位置计测装置及激光光线照射单元结构框图。

图4是表示利用构成图3所示的位置计测装置的控制单元求出的分光干涉波形的说明图。

图5是表示利用构成图3所示的位置计测装置的控制单元求出的到被加工物背面的光程差、到被加工物正面的光程差、以及表示被加工物厚度的光程差的说明图。

图6是表示图1所示的光器件晶片被保持在图2所示的激光加工装置的卡盘工作台的预定位置上的状态下的坐标位置的关系的说明图。

图7是表示利用计测装置实施的被保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测工序的说明图，该卡盘工作台被配置在图2所示的激光加工装置中。

图8是表示由图2所示的激光加工装置在图1所示的光器件晶片上形成变质层的变质层形成工序的第1实施方式的说明图。

图9是表示由图2所示的激光加工装置在图1所示的光器件晶片上形成变质层的变质层形成工序的第2实施方式的说明图。

标号说明

2固定基座；3卡盘工作台机构；36卡盘工作台；37加工进给单元；374加工进给量检测单元；38第一分度进给单元；4激光光线照射单元支撑机构；42可动支撑基座；43第2分度进给单元；5高度计测兼激光照射单元；53会聚点位置调整单元；6位置计测装置；61发光源；62第一光分支单元；63准直透镜；64第二光分支单元；65物镜；66会聚透镜；67反射镜；68准直透镜；69衍射光栅；70会聚透镜；71线图像传感器；80控制单元；9激光光线照射单元；91脉冲激光光线激发单元；92分色镜；10光器件晶片。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的激光加工方法的优选实施方式。

图1(a)及图1(b)是利用本发明的激光加工方法加工的光器件晶片的立体图、以及将主要部分放大表示的剖面图。图1(a)及图1(b)所示的光器件晶片10，例如在厚度为120μm的蓝宝石基板11的正面11a上层叠了例如厚度为10μm的、由n型氮化物半导体层及p型氮化物半导体层构成的光器件层(外延层)12(功能层)。并且，在光器件层(外延层)12被形成为网格状的多个间隔道121划分形成的多个区域中，形成有发光二极管、激光二极管等光器件122。另外，如果构成光器件晶片10的蓝宝石基板11具有起伏，则如图1(b)所示，蓝宝石基板11及光器件层(外延层)12的厚度产生偏差。下面，说明从蓝宝石基板11及光器件层(外延层)12的厚度具有偏差的光器件晶片10的基板11的背面侧照射对基板11具有透射性的波长的激光光线，在基板11的内部沿着间隔道121形成变质层的激光加工方法。

图2表示用于实施本发明的激光加工方法的激光加工装置的立体图。图2所示的激光加工装置1具有：固定基座2；卡盘工作台机构3，其被配置在该固定基座2上并能够沿着箭头X表示的加工进给方向(X轴方向)移动，用于保持被加工物；激光光线照射单元支撑机构4，其被设置在固定基座2上，并能够沿着与上述X轴方向正交的箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动；以及位置计测兼激光照射单元5，其被配置在该激光光线照射单元支撑机构4上，并能够沿着箭头Z表示的会聚点位置调整方向(Z轴方向)移动。

所述卡盘工作台机构3具有：一对导轨31、31，它们在固定基座2上沿着X轴方向平行设置；第一滑动块32，其被设置在该导轨31、31上并能够沿X轴方向移动；第二滑动块33，其被设置在该第一滑动块32上并能够沿Y轴方向移动；支撑盘35，其被圆筒部件34支撑在该第二滑动块33上；以及作为被加工物保持单元的卡盘工作台36。该卡盘工作台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘361，通过未图示的吸引单元将被加工物保持在吸附卡盘361的上表面即保持面上。这样构成的卡盘工作台36通过设于圆筒部件34内的未图示的脉冲电机而旋转。另外，在卡盘工作台36设有用于固定环状框架的卡子362，该框架借助保护带来支撑被加工物。

所述第一滑动块32在其下表面设有与所述一对导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321，同时在其上表面设有沿着X轴方向平行形成的一对导轨322、322。这样构成的第一滑动块32在被引导槽321、321嵌合在一对导轨31、31中时，第一滑动块32能够沿着一对引导导轨31、31在X轴方向移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有加工进给单元37，用于使第一滑动块32沿着一对引导导轨31、31在X轴方向移动。加工进给单元37包括：在所述一对导轨31和31之间平行设置的外螺纹丝杠371，和用于驱动该外螺纹丝杠371旋转的脉冲电机372等驱动源。外螺纹丝杠371的一端旋转自如地支撑在轴承块373上，另一端与所述脉冲电机372的输出轴传动连接，其中，该轴承块373被固定在所述固定基座2上。另外，外螺纹丝杠371被旋合在内螺纹通孔中，该内螺纹通孔形成于未图示的内螺纹块上，该内螺纹块在第一滑动块32的中央部下表面突出设置。因此，通过利用脉冲电机372驱动外螺纹丝杠371正转及逆转，使第一滑动块32沿着导轨31、31在X轴方向移动。

图示的实施方式中的激光加工装置1具有用于检测所述卡盘工作台36的加工进给量的加工进给量检测单元374。加工进给量检测单元374包括：直尺374a，其沿着引导导轨31设置；读取头374b，其被设置在第一滑动块32上，与第一滑动块32一起沿着直尺374a移动。在图示的实施方式中，该进给量检测单元374的读取头374b每隔1μm向后面叙述的控制单元发送1脉冲的脉冲信号。并且，后面叙述的控制单元通过对所输入的脉冲信号进行计数，来检测卡盘工作台36的加工进给量。另外，在所述加工进给单元37的驱动源采用脉冲电机372的情况下，通过计数向脉冲电机372输出驱动信号的后面叙述的控制单元的驱动脉冲，也能够检测卡盘工作台36的加工进给量。并且，在所述加工进给单元37的驱动源采用伺服电机的情况下，通过向后面叙述的控制单元发送由检测伺服电机的转速的旋转编码器输出的脉冲信号，并由控制单元对所输入的脉冲信号进行计数，也能够检测卡盘工作台36的加工进给量。

所述第二滑动块33在其下表面设有一对被引导槽331、331，它们与所述设于第一滑动块32的上表面的一对导轨322、322嵌合，通过使该被引导槽331、331嵌合在一对导轨322、322中，第二滑动块33能够沿着Y轴方向移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有第一分度进给单元38，用于使第二滑动块33沿着设于第一滑动块32的一对导轨322、322在Y轴方向移动。第一分度进给单元38包括：在所述一对导轨322和322之间平行设置的外螺纹丝杠381，和用于驱动该外螺纹丝杠381旋转的脉冲电机382等驱动源。外螺纹丝杠381的一端旋转自如地支撑在轴承块383上，另一端与所述脉冲电机382的输出轴传动连接，其中，该轴承块383被固定在所述第一滑动块32的上表面上。另外，外螺纹丝杠381被旋合在内螺纹通孔中，该内螺纹通孔形成于未图示的内螺纹块上，该内螺纹块在第二滑动块33的中央部下表面突出设置。因此，通过利用脉冲电机382驱动外螺纹丝杠381正转及逆转，使第二滑动块33沿着导轨322、322在Y轴方向移动。

图示的实施方式中的激光加工装置1具有用于检测所述第二滑动块33的分度加工进给量的分度进给量检测单元384。分度进给量检测单元384包括：直尺384a，其沿着导轨322设置；以及读取头384b，其被设置在第二滑动块33上，与第二滑动块33一起沿着直尺384a移动。在图示的实施方式中，该进给量检测单元384的读取头384b每隔1μm向后面叙述的控制单元发送1脉冲的脉冲信号。并且，后面叙述的控制单元通过对所输入的脉冲信号进行计数，检测卡盘工作台36的分度进给量。另外，在所述第一分度进给单元38的驱动源采用脉冲电机382的情况下，通过计数向脉冲电机382输出驱动信号的后面叙述的控制单元的驱动脉冲，也能够检测卡盘工作台36的分度进给量。另外，在所述加工进给单元37的驱动源采用伺服电机的情况下，通过向后面叙述的控制单元发送由检测伺服电机的转速的旋转编码器输出的脉冲信号，并由控制单元对所输入的脉冲信号进行计数，也能够检测卡盘36的分度进给量。

所述激光光线照射单元支撑机构4具有：一对导轨41、41，它们在固定基座2上沿着Y轴方向平行设置；以及可动支撑基座42，其被设置在该导轨41、41上而能够沿着箭头Y表示的方向移动。该可动支撑基座42包括：移动支撑部421，其被设置在导轨41、41上并能够移动；和安装部422，其被安装在该移动支撑部421上。安装部422在一个侧面上平行设置沿Z轴方向延伸的一对导轨423、423。图示的实施方式中的激光光线照射单元支撑机构4具有第二分度进给单元43，用于使可动支撑基座42沿着一对导轨41、41在Y轴方向移动。第二分度进给单元43包括：在所述一对导轨41、41之间平行设置的外螺纹丝杠431，和用于驱动该外螺纹丝杠431旋转的脉冲电机432等驱动源。外螺纹丝杠431的一端旋转自如地支撑在未图示的轴承块上，另一端与所述脉冲电机432的输出轴传动连接，其中，该轴承块被固定在所述固定基座2上。另外，外螺纹丝杠431被旋合在内螺纹孔中，该内螺纹孔形成于未图示的内螺纹块上，该内螺纹块在构成可动支撑基座42的移动支撑部421的中央部下表面突出设置。因此，通过利用脉冲电机432驱动外螺纹丝杠431正转及逆转，使可动支撑基座42沿着导轨41、41在Y轴方向移动。

图示的实施方式中的位置计测兼激光照射单元5具有单元支架51、和安装在该单元支架51上的圆筒形状的单元壳体52，单元支架51被设置在所述可动支撑基座42的安装部422上，并能够沿着一对导轨423、423移动。在被安装于单元支架51上的单元壳体52设有：位置计测装置，其检测被保持在所述卡盘工作台36上的被加工物即所述光器件晶片10的高度位置；激光光线照射单元，其向被保持在卡盘工作台36上的被加工物照射激光光线。参照图3说明该位置计测装置及激光光线照射单元。

图示的实施方式中的位置计测装置6具有：发光源61，其发出具有预定的波长区域的光；第一光分支单元62，其向第一路径6a引导来自该发光源61的光，同时向第二路径6b引导在该第一路径6a中逆行的反射光；准直透镜63，其使引导向第一路径6a的光形成为平行光；以及第二光分支单元64，其将被该准直透镜63形成为平行光的光分离为第三路径6c和第四路径6d。

发光源61能够利用发出例如波长为820～870nm区域的光的LED、SLD、LD、卤素光源、ASE(放大自发辐射)光源、超连续谱(Supercontinuum)光源。所述第一光分支单元62能够利用偏振波保持光纤耦合器、偏振波保持光纤环行器、单模光纤耦合器、单模光纤耦合器环行器等。在图示的实施方式中，所述第二光分支单元64由光束分离器641和方向转换镜642构成。另外，从所述发光源61到第一光分支单元62的路径以及第一路径6a由光纤构成。

在所述第三路径6c中设有：物镜65，其将向第三路径6c引导的光引导到被保持在卡盘工作台36上的作为被加工物的所述光器件晶片10上；以及会聚透镜66，其设置在该物镜65和所述第二光分支单元64之间。该会聚透镜66将从第二光分支单元64向第三路径6c引导的平行光会聚，并使会聚点位于物镜65内，使来自物镜65的光形成为准平行光。这样，通过在物镜65和第二光分支单元64之间设置会聚透镜66，而使来自物镜65的光形成为准平行光，由此能够使在被保持在卡盘工作台36上的光器件晶片10反射的反射光，在通过物镜65、会聚透镜66、第二光分支单元64及准直透镜63逆行时收敛于构成第一路径6a的光纤上。另外，光器件晶片10的光器件层(外延层)12侧被放置在卡盘工作台36上。因此，被保持在卡盘工作台36上的光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b成为上侧(晶片保持工序)。所述物镜65被安装在透镜壳651上，通过由音圈电机或线性电机等构成的第一会聚点位置调整单元650，使该透镜壳651沿图3中的上下方向、即与卡盘工作台36的保持面垂直的会聚点位置调整方向(Z轴方向)移动。该第一会聚点位置调整单元650由后面叙述的控制单元控制。

在所述第四路径6d中设有反射镜67，其反射引导向第四路径6d的平行光，而使反射光沿第四路径6d逆行。在图示的实施方式中，该反射镜67被安装在所述物镜65的透镜壳651上。

在所述第二路径6b中设有准直透镜68、衍射光栅69、会聚透镜70以及线图像传感器71。准直透镜68使下述两种反射光形成为平行光，一种反射光被反射镜67反射，并在第四路径6d、第二光分支单元64、准直透镜63以及第一路径6a中逆行，被从第一光分支单元62引导到第二路径6b中，另一种反射光被由卡盘工作台36保持的光器件晶片10反射，并在物镜65、会聚透镜66、第二光分支单元64、准直透镜63以及第一路径6a中逆行，被从第一光分支单元62引导到第二路径6b中。所述衍射光栅69对通过准直透镜68形成为平行光的上述两种反射光的干涉进行衍射，将与各个波长对应的衍射信号通过会聚透镜70发送到线图像传感器71。所述线图像传感器71检测由衍射光栅69进行衍射后的反射光的各个波长时的光强度，并向控制单元80发送检测信号。

控制单元80根据图像传感器71的检测信号求出分光干涉波形，并根据该分光干涉波形和理论上的波形函数执行波形分析，求出第四路径6d中截止到反射镜67的光程、与第三路径6c中截止到构成被保持在卡盘工作台36上的光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的光程之间的第一光程差(d1)，同时求出第四路径6d中截止到反射镜的光程、与第三路径6c中截止到构成被保持在卡盘工作台36上的光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的光程之间的第二光程差(d2)。即，控制单元80根据来自图像传感器71的检测信号求出如图4所示的分光干涉波形。在图4中，横轴表示反射光的波长，纵轴表示光强度。

下面，说明控制单元80根据所述分光干涉波形和理论上的波形函数执行的波形分析的一例。

把所述第三路径6c中从第二光分支单元64的光束分离器641到卡盘工作台36的上表面(保持面)的光程设为(L0)，把所述第四路径6d中从第二光分支单元64的光束分离器641到反射镜67的光程设为(L1)，把光程(L1)与光程(L0)之差设为光程差(d＝L1-L0)。另外，在图示的实施方式中，光程差(d＝L1-L0)例如被设定为500μm。另外，把所述第四路径6d中从第二光分支单元64的光束分离器641到反射镜67的光程设为(L1)，把所述第三路径6c中从第二光分支单元64的光束分离器641、到构成被保持在卡盘工作台36上的光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的光程设为(L2)，把所述第三路径6c中从第二光分支单元64的光束分离器641、到构成被保持在卡盘工作台36上的光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的光程设为(L3)，把光程(L1)与光程(L2)之差设为第一光程差(d1＝L1-L2)，把光程(L1)与光程(L3)之差设为第二光程差(d2＝L1-L3)。

然后，控制单元80根据所述分光干涉波形和理论上的波形函数执行波形分析。该波形分析例如能够根据傅立叶变换理论和小波变换理论来执行，但在下面叙述的实施方式中，说明利用下述的式1、式2、式3所示的傅立叶变换式的示例。

式1

$A\left(d_i\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}{d}_i}{{\mathrm{\λ}}_n}\right)\·w\left({\mathrm{\λ}}_n\right)\·I\left({\mathrm{\λ}}_n\right)$

式2

$B\left(d_i\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}{d}_i}{{\mathrm{\λ}}_n}\right)\·w\left({\mathrm{\λ}}_n\right)\·I\left({\mathrm{\λ}}_n\right)$

式3

$\tilde{I}\left(d_i\right)=A{\left(d_i\right)}^2+B{\left(d_i\right)}^2$

在上述式中，λ_n表示波长，d_i表示所述第一光程差(d1＝L1-L2)以及第二光程差(d2＝L1-L3)，W(λ_n)表示窗函数。

上述式1用于通过比较cos的理论波形与所述分光干涉波形(I(λ_n))来求出波的周期最近(相关性最高)、即分光干涉波形与理论上的波形函数的相关系数高的光程差(d)。上述式2用于通过比较sin的理论波形与所述分光干涉波形(I(λ_n))来求出波的周期最近(相关性最高)、即分光干涉波形与理论上的波形函数的相关系数高的第一光程差(d1＝L1-L2)以及第二光程差(d2＝L1-L3)。上述式3用于求出式1的结果与式2的结果的平均值。

控制单元80通过执行基于上述式1、式2、式3的运算，根据如图5所示的信号强度求出第一光程差(d1＝L1-L2)和第二光程差(d2＝L1-L3)。在图5中，横轴表示光程差(d)，纵轴表示信号强度。在图5的示例中，在光程差(d)为630μm的位置和光程差(d)为510μm的位置显示出较高的信号强度。光程差(d)为630μm的位置的信号强度(A)表示在第一光程差(d1＝L1-L2)的位置处，从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面(的上表面)的第一高度位置(h1)。光程差(d)为510μm的位置的信号强度(B)表示在第二光程差(d2＝L1-L3)的位置处，从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的第二高度位置(h2)。另外，控制单元80使显示单元81显示上述图5所示的分析结果。

返回图3继续进行说明，在图2所示的位置计测兼激光照射单元5的单元壳体52设置的激光光线照射单元9具有：脉冲激光光线振荡单元91；以及分色镜92，其使由该脉冲激光光线振荡单元91激发的脉冲激光光线方向变换为朝向所述物镜65。脉冲激光光线振荡单元91由包括YAG激光振荡器或者YVO4激光振荡器的脉冲激光光线振荡器911、和在该脉冲激光光线振荡器911上附属设置的反复频率设定单元912构成，用于激发例如波长为1064nm的脉冲激光光线。分色镜92设置在所述会聚透镜66和物镜65之间，使来自会聚透镜66的光通过，使由脉冲激光光线振荡单元91激发的脉冲激光光线朝向物镜65变换方向。因此，由脉冲激光光线振荡单元91激发的脉冲激光光线(LB)被分色镜92将方向变换90度后进入物镜65，在被物镜65会聚后照射被保持在卡盘工作台36上的作为被加工物的所述光器件晶片10。因此，物镜65具有作为构成激光光线照射单元7的会聚透镜的功能。

返回图2继续进行说明，图示的实施方式中的激光加工装置1具有第二会聚点位置调整单元53，用于使单元支架51沿着在可动支撑基座42的安装部422设置的一对导轨423、423，在箭头Z表示的会聚点位置调整方向(Z轴方向)即与卡盘工作台36的上表面(保持面)垂直的方向移动。第二会聚点位置调整单元53包括设于一对导轨423、423之间的外螺纹丝杠(未图示)，和用于驱动该外螺纹丝杠旋转的脉冲电机532等驱动源，通过利用脉冲电机532使未图示的外螺纹丝杠正转及逆转，使所述位置计测兼激光照射单元5沿着导轨423、423在Z轴方向移动。另外，在图示的实施方式中，通过驱动脉冲电机532正转，使位置计测兼激光照射单元5向上方移动，通过驱动脉冲电机532逆转，使位置计测兼激光照射单元5向下方移动。

在构成所述位置计测兼激光照射单元5的单元壳体52的前端部设有摄像单元95。该摄像单元95除了利用可见光线进行摄像的普通摄像元件(CCD)之外，还由以下部分构成：向被加工物照射红外线的红外线照明单元；捕捉由该红外线照明单元照射的红外线的光学系统；输出与由该光学系统捕捉的红外线对应的电气信号的摄像元件(红外线CCD)等，该摄像单元95向后面叙述的上述控制单元80发送所摄像的图像信号。

图示的实施方式中的激光加工装置1是如上所述构成的，下面说明其作用。

说明使用上述的激光加工装置1，从构成上述光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面侧照射对基板11具有透射性的波长的激光光线，在蓝宝石11的内部沿着间隔道121形成变质层的激光加工的实施方式。另外，当在构成上述光器件晶片10的蓝宝石基板11的内部形成变质层时，如果蓝宝石基板11具有起伏、厚度存在偏差，在照射激光光线并使会聚点位于距蓝宝石基板11的背面11b(上表面)为预定深度的位置时，存在如下问题，在蓝宝石基板11的厚度较薄的部位，在蓝宝石基板11的正面11a层叠形成的光器件层(外延层)12由于激光光线的能量的影响，而损伤光器件层(外延层)12。因此，在实施激光加工之前，利用上述的位置计测装置6计测被保持在卡盘工作台36上的构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的位置、和构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的位置。即，首先将光器件晶片10的光器件层(外延层)12侧放置在上述的图2所示的激光加工装置1的卡盘工作台36上，将光器件晶片10吸引并保持在该卡盘工作台36上。因此，被保持在卡盘工作台36上的光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b成为上侧(晶片保持工序)。吸引并保持光器件晶片10的卡盘工作台36被加工进给单元37定位于摄像单元95的正下方。

在卡盘工作台36位于摄像单元95的正下方时，利用摄像单元95和控制单元8执行用于检测光器件晶片10的应该进行激光加工的加工区域的校准作业。即，摄像单元95和控制单元80执行模式匹配等图像处理来进行检测位置的校准，以便进行在光器件晶片10的预定方向形成的间隔道121与位置测定装置6的物镜65的定位，其中该位置测定装置6沿着该间隔道121构成光器件晶片10的位置计测兼激光照射单元5。并且，针对形成于光器件晶片10的、沿与预定方向正交的方向形成的间隔道121，同样进行检测位置的校准。此时，光器件晶片10的形成有间隔道121的正面10a位于下侧，但由于蓝宝石基板11是透明体，所以即使是可见光线也能够从蓝宝石基板11的背面11b透射，而拍摄间隔道12。

在按照上面所述进行校准时，卡盘工作台36上的光器件晶片10处于位于图6(a)所示的坐标位置的状态。另外，图6(b)表示使卡盘工作台36即光器件晶片10从图6(a)所示的状态旋转90度后的状态。

另外，在位于图6(a)及图6(b)所示的坐标位置的状态下的光器件晶片10上形成的各个间隔道121的进给开始位置坐标值(A1、A2、A3、…An)和进给结束位置坐标值(B1、B2、B3、…Bn)、以及进给开始位置坐标值(C1、C2、C3、…Cn)和进给结束位置坐标值(D1、D2、D3、…Dn)，其设计值的数据被存储在控制单元80的存储器中。

在按照上面所述检测在被保持在卡盘工作台36上的光器件晶片10上形成的间隔道121，进行检测位置的校准后，使卡盘工作台36移动，使在图6(a)中最上位的间隔道121位于构成位置计测兼激光照射单元5的位置计测装置6的物镜65的正下方。并且，按照图7所示，使间隔道121的一端(在图7中是左端)即进给开始位置坐标值(A1)(参照图6(a))位于物镜65的正下方。然后，使位置计测装置6动作，同时使卡盘工作台36沿图7中的箭头X1表示的方向移动，一直移动到进给结束位置坐标值(B1)。其结果，利用位置计测装置6按照上面所述沿着光器件晶片10的图6(a)中最上位的间隔道121，计测所述第一光程差(d1＝L1-L2)以及从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的第一高度位置(h1)、所述第二光程差(d2＝L1-L3)以及从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的第二高度位置(h2)(高度计测工序)。这样计测的从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的第一高度位置(h1)、以及从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的第二高度位置(h2)，被存储在所述控制单元80的存储器中。这样，沿着形成于光器件晶片10的全部间隔道121实施高度位置计测工序，将各个间隔道121中从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的高度位置(h1)、以及从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的高度位置(h2)，存储在控制单元80的存储器中。

在按照以上所述沿着形成于光器件晶片10的全部间隔道121实施高度位置计测工序后，实施在光器件晶片10的内部沿着间隔道121形成变质层的变质层形成工序。参照图8说明该变质层形成工序的第1实施方式。

在变质层形成工序的第1实施方式中，首先使卡盘工作台36移动，使在图6(a)中最上位的间隔道121位于物镜65的正下方，该物镜65作为构成位置计测兼激光照射单元5的激光光线照射单元9的会聚透镜发挥作用。并且，按照图8(a)所示，使间隔道121的一端(在图8(a)中是左端)即进给开始位置坐标值(A1)(参照图6(a))位于物镜65的正下方。然后，使从构成激光光线照射单元9的物镜65照射的脉冲激光光线的会聚点P对准构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的厚度的中间位置(50％的位置)。即，控制单元80根据在所述高度位置计测工序中检测并存储在存储器中的、从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的第一高度位置(h1)以及从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的第二高度位置(h2)，控制第一会聚点位置调整单元650，使从物镜65照射的脉冲激光光线的会聚点P处于{h2+(h1-h2)/2}的位置。

然后，使激光光线照射单元9动作，使从物镜65照射脉冲激光光线，并使卡盘工作台36以预定的加工进给速度沿箭头X1表示的方向移动。然后，按照图8(b)所示，在物镜65的照射位置到达间隔道121的另一端(在图8(b)中是右端)后，停止脉冲激光光线的照射，同时停止卡盘工作台36的移动。在该变质层形成工序中，控制单元80根据存储在存储器中的光器件晶片10的间隔道121处的、从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的第一高度位置(h1)以及从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的第二高度位置(h2)，控制第一会聚点位置调整单元650，使位置计测兼激光照射单元5沿Z轴方向(会聚点位置调整方向)移动，使构成激光光线照射单元9的物镜65沿上下方向移动，以使从物镜65照射的脉冲激光光线的会聚点P如图8(b)所示处于{h2+(h1-h2)/2}的位置。其结果，在构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的内部，在如图8(b)所示的厚度的中间位置(50％的位置)形成变质层110。

另外，上述变质层形成工序的加工条件例如设定如下。

激光器        ：YVO4脉冲激光器

波长          ：1064nm

平均输出      ：1.2W

反复频率      ：80kHz

脉冲宽度      ：120ns

会聚光斑直径  ：φ2μm

加工进给速度  ：100mm/秒

在按照上述加工条件实施变质层形成工序后，在蓝宝石基板11的中间位置沿着间隔道121形成厚度约50μm的变质层110。因此，即使是蓝宝石基板11具有起伏、蓝宝石基板11的厚度较薄的部位，也能够形成不会到达在蓝宝石基板11的正面11a层叠形成的光器件层(外延层)12的变质层110，所以能够解决由于激光光线的作用而损伤光器件层(外延层)12的问题。

如上所述，当沿着在光器件晶片10的预定方向延伸的全部间隔道121执行完上述变质层形成工序后，使卡盘工作台36旋转90度，再沿着在与所述预定方向正交的方向延伸的各个间隔道121执行上述变质层形成工序。这样，在沿着形成于光器件晶片10的全部间隔道121执行完上述变质层形成工序后，保持光器件晶片10的卡盘工作台36返回到最初吸引并保持光器件晶片10的位置，并在此解除对光器件晶片10的吸引及保持。然后，光器件晶片10通过未图示的输送单元被输送到分割工序。

下面，参照图9说明变质层形成工序的第2实施方式。

在第2实施方式中，按照图9(a)所示，使间隔道121的一端(在图9(a)中是左端)即进给开始位置坐标值(A1)(参照图6(a))位于物镜65的正下方。然后，控制单元80根据存储在存储器中的光器件晶片10的间隔道121处、从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的第一高度位置(h1)以及从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的第二高度位置(h2)，控制第一会聚点位置调整单元650，在蓝宝石基板11的厚度(t＝h1-h2)为设定厚度(例如在图示的实施方式中是90μm)以上时，使从物镜65照射的脉冲激光光线的会聚点P处于构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的厚度的中间位置(50％的位置)，即根据在所述高度位置计测工序检测并存储在存储器中的、从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的背面11b(上表面)的第一高度位置(h1)以及从卡盘工作台36的上表面到构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的正面11a(与光器件层12的界面)的第二高度位置(h2)，使从物镜65照射的脉冲激光光线的会聚点P处于{h2+(h1-h2)/2}的位置。

然后，使激光光线照射单元9动作，使从物镜65照射脉冲激光光线，并使卡盘工作台36以预定的加工进给速度沿箭头X1表示的方向移动。然后，按照图9(a)中的D部所示，在蓝宝石基板11的厚度(t＝h1-h2)小于设定厚度(例如在图示的实施方式中是90μm)时，如果通过照射激光光线而形成于基板的变质层到达光器件层12或极其接近(例如小于20μm)光器件层12，则有可能损伤光器件层12，所以控制单元80停止脉冲激光光线的照射。然后，使卡盘工作台36沿箭头X1表示的方向移动，使图9(a)中的D部通过物镜65的正下方，在蓝宝石基板11的厚度(t＝h1-h2)达到第一设定厚度(例如在图示的实施方式中是90μm)以上时，控制单元80再次控制第一会聚点位置调整单元650，使从物镜65照射的脉冲激光光线的会聚点P处于{h2+(h1-h2)/2}的位置，同时使激光光线照射单元9动作，使从物镜65照射脉冲激光光线。然后，如图9(b)所示，在物镜65的照射位置到达间隔道121的另一端(在图9(b)中是右端)后，停止脉冲激光光线的照射，同时停止卡盘工作台36的移动。其结果，在构成光器件晶片10的蓝宝石基板11的内部，在如图9(b)所示蓝宝石基板11具有起伏时，能够在蓝宝石基板11的厚度为设定厚度(例如在图示的实施方式中是90μm)以上的部位，在蓝宝石基板11的厚度的中间位置(50％的位置)形成变质层110，而在蓝宝石基板11的厚度小于设定厚度(例如在图示的实施方式中是90μm)的部位不形成变质层。这样，在蓝宝石基板11的厚度较薄的部位停止脉冲激光光线的照射，所以能够将光器件层(外延层12)的损伤防患于未然。

Claims (4)

1.一种激光加工方法，从晶片中的基板的背面侧向基板内部照射对基板具有透射性的波长的激光光线，在基板内部沿着间隔道形成变质层，所述晶片在基板的正面层叠有功能层，在利用形成为网格状的多个间隔道划分而得到的多个区域中形成有器件，所述激光加工方法的特征在于，其包括：

晶片保持工序，在保持激光加工装置的被加工物的卡盘工作台上以使基板的背面在上侧的方式来保持晶片；

高度位置计测工序，从基板的背面侧沿着间隔道照射检测光，根据在基板背面以及基板正面反射的反射光，沿着间隔道计测从卡盘工作台的上表面到基板背面的第一高度位置(h1)、以及从卡盘工作台的上表面到基板正面的第二高度位置(h2)，其中，该检测光是对被保持在卡盘工作台上的晶片的基板具有透射性的波长的光；以及

变质层形成工序，使激光光线的会聚点位于在该高度位置计测工序中计测出的该第一高度位置(h1)与该第二高度位置(h2)的中间部，并沿着间隔道进行照射，由此在基板内部沿着间隔道形成未到达功能层的变质层。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

在该高度位置计测工序中，使用计测单元，根据在基板背面反射的第一光程差(d1)和在基板正面反射的第二光程差(d2)，计测从卡盘工作台的上表面到基板背面的第一高度位置(h1)、以及从卡盘工作台的上表面到基板正面的第二高度位置(h2)，其中，所述计测单元具有：发光源，其发出具有预定的波长区域的光；第一光分支单元，其将来自该发光源的光引导向第一路径，并且将在该第一路径中逆行的反射光引导向第二路径；准直透镜，其使引导至该第一路径的光形成为平行光；第二光分支单元，其将被该准直透镜形成为平行光的光分离为第三路径和第四路径；物镜，其设置在该第三路径中，将引导至该第三路径的光引导向被保持在该卡盘工作台上的晶片；会聚透镜，其设置在该第二光分支单元和该物镜之间，使引导至该第三路径的平行光会聚，并使会聚点位于该物镜上，使来自该物镜的光形成为准平行光；反射镜，其设置在该第四路径中，对引导至该第四路径的平行光进行反射，使反射光沿该第四路径逆行；衍射光栅，其对下述两种反射光的干涉进行衍射，其中一种反射光是被该反射镜反射，而在该第四路径、该第二光分支单元、该准直透镜以及该第一路径中逆行，被从该第一光分支单元引导至该第二路径中的反射光，另一种反射光是被由该卡盘工作台保持的晶片反射，而在该物镜、该会聚透镜、该第二光分支单元、该准直透镜以及该第一路径中逆行，被从该第一光分支单元引导至该第二路径中的反射光；图像传感器，其检测被该衍射光栅衍射的反射光在预定波长区域的光强度；以及控制单元，其根据来自该图像传感器的检测信号求出分光干涉波形，并根据该分光干涉波形和理论上的波形函数执行波形分析，求出该第四路径中的截止到该反射镜的光程、与该第三路径中的截止到被保持在该卡盘工作台上的晶片的光程之间的光程差(d)，根据该光程差(d)，求出从该卡盘工作台的表面到被保持在该卡盘工作台上的晶片的基板的背面以及从该卡盘工作台的表面到该基板的正面的距离。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其中，

在该变质层形成工序中，根据该第一高度位置(h1)和该第二高度位置(h2)，使激光光线的会聚点位于{h2+(h1-h2)/2}的位置来实施激光光线照射。

4.根据权利要求3所述的激光加工方法，其中，

在该变质层形成工序中，根据该第一高度位置(h1)和该第二高度位置(h2)，在基板的厚度为设定值以上的部位，使激光光线的会聚点位于{h2+(h1-h2)/2}的位置来实施激光光线照射，在基板的厚度小于设定值厚度的部位，停止激光光线的照射。

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