CN105006431B - 单晶基板的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单晶基板的加工方法，能够对单晶基板的上表面进行研磨从而高效地形成为所期望的厚度、或者高效地在单晶基板的表面上散布地形成多个凹部。单晶基板的加工方法包括：数值孔径设定工序，将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜的数值孔径(NA)对应于单晶基板设定为规定的值；遮护隧洞形成工序，将脉冲激光光线的聚光点从单晶基板的上表面定位于所期望的位置并照射脉冲激光光线，从单晶基板的上表面开始生长细孔和遮护该细孔的非晶质从而形成遮护隧洞；和非晶质去除工序，用研磨件对在单晶基板上形成的遮护隧洞进行研磨来去除非晶质。
Description
技术领域
本发明涉及对蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板等单晶基板实施加工的单晶基板的加工方法。
背景技术
在光器件制造工艺中，在蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板的表面层叠由n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层构成的光器件层，在由形成为格子状的多条分割预定线划分出的多个区域中形成有发光二极管、激光二极管等光器件，从而构成光器件晶片。然后，通过沿分割预定线对光器件晶片照射激光光线来将其切断，由此对形成有光器件的区域进行分割，制造出一个个光器件。
作为分割上述的光器件晶片等晶片的方法，还尝试了这样的激光加工方法：使用对于被加工物具有透射性的波长的脉冲激光光线，将聚光点对准待分割的区域的内部照射脉冲激光光线。使用了该激光加工方法的分割方法是下述这样的技术：从晶片的一面侧将聚光点对准内部来照射对于晶片具有透射性的波长的脉冲激光光线，在被加工物的内部沿着分割预定线连续形成改性层，通过沿着因形成该改性层而导致强度降低的间隔道施加外力，由此对晶片进行分割(例如，参照专利文献1)。
另外，作为沿着分割预定线分割半导体晶片或光器件晶片等晶片的方法，以下这样的技术实现了实用化：通过沿着分割预定线对晶片照射具有吸收性的波长的脉冲激光光线，来实施蚀刻加工而形成激光加工槽，沿着形成有作为断裂起点的该激光加工槽的分割预定线施加外力，由此，将晶片割断(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特许第3408805号公报
专利文献2：日本特开平10-305420号公报
并且，在利用上述任意的加工方法分割出的光器件中，都存在这样的问题：在外周面上残留有改性层等沉积物或碎屑，导致光器件的亮度降低。
另外，蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板等单晶基板是难切削材料，存在这样的问题：难以对单晶基板的上表面进行研磨来使单晶基板形成为所期望的厚度，或者难以为了提高光器件的亮度而在单晶基板的上表面上散布形成多个凹部。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其主要的技术课题在于提供一种能够对单晶基板的上表面进行研磨来高效地形成为所期望的厚度的单晶基板的加工方法。
另外，另一个技术课题在于提供一种能够在单晶基板的表面上高效地散布形成多个凹部的单晶基板的加工方法。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种单晶基板的加工方法，其特征在于，
所述单晶基板的加工方法包括：数值孔径设定工序，与单晶基板相应地将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜的数值孔径NA设定为规定的值；遮护隧洞形成工序，将脉冲激光光线的聚光点从单晶基板的上表面定位于所期望的位置并照射脉冲激光光线，从单晶基板的上表面开始生长细孔和遮护该细孔的非晶质，从而形成遮护隧洞；和非晶质去除工序，用研磨件对在单晶基板上形成的遮护隧洞进行研磨来去除非晶质。
在该数值孔径设定工序中被设定为规定的值的聚光透镜的数值孔径NA被设定成：以所述聚光透镜的数值孔径NA除以单晶基板的折射率N所得到的值在0.05～0.2的范围内。
在上述非晶质去除工序中所使用的研磨件的硬度为单晶基板的硬度以下。
并且，优选的是，单晶基板为蓝宝石Al2O3基板、碳化硅SiC基板、氮化镓GaN基板中的任意一种，研磨件为由蓝宝石Al2O3、碳化硅SiC、氮化镓GaN、硅酸盐、石英中的任意一种构成的磨粒。
在上述遮护隧洞形成工序中，沿着将单晶基板分割为芯片的轮廓接连地形成遮护隧洞，在上述非晶质去除工序中，对芯片的外周进行研磨。
另外，在上述遮护隧洞形成工序中，在单晶基板的上表面以规定的深度接连地形成遮护隧洞，在上述非晶质去除工序中，对单晶基板的上表面进行研磨而使单晶基板形成为规定的厚度。
此外，在上述遮护隧洞形成工序中，在单晶基板的上表面上的所期望的位置散布地形成遮护隧洞，在上述非晶质去除工序中，对单晶基板进行研磨而在单晶基板的上表面形成凹部。
由于在本发明的单晶基板的加工方法中包括：数值孔径设定工序，与单晶基板相应地将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜的数值孔径NA设定为规定的值；遮护隧洞形成工序，将脉冲激光光线的聚光点从单晶基板的上表面定位于所期望的位置并照射脉冲激光光线，从单晶基板的上表面开始生长细孔和遮护该细孔的非晶质，从而形成遮护隧洞；和非晶质去除工序，用研磨件对在单晶基板上形成的遮护隧洞进行研磨来去除非晶质，因此，由于在遮护隧洞形成工序中形成于单晶基板的构成遮护隧洞的非晶质较脆弱，因此，对于在非晶质去除工序中所使用的研磨件，通过使用由单晶基板的硬度以下的材料构成的磨粒来进行研磨，由此，能够容易地仅将非晶质去除。因此，能够高效地实施对沿着在单晶基板中形成的遮护隧洞分割出的芯片的分割面进行的研磨、为了使单晶基板形成为规定的厚度而对在单晶基板的上表面侧形成的遮护隧洞层进行的研磨、以及对散布地形成在单晶基板的上表面侧的遮护隧洞进行的研磨。
附图说明
图1是利用本发明的单晶基板的加工方法进行加工的作为单晶基板的光器件晶片的立体图。
图2是示出将图1所示的光器件晶片粘贴至在环状的框架上安装的切割带后的状态的立体图。
图3是用于实施本发明的单晶基板的加工方法中的遮护隧洞形成工序的激光加工装置的重要部位立体图。
图4是示出本发明的单晶基板的加工方法中的遮护隧洞形成工序的第1实施方式的说明图。
图5是示出聚光透镜的数值孔径(NA)、光器件晶片的折射率(N)以及以数值孔径(NA)除以折射率(N)所得到的值(S＝NA/N)之间的关系的图。
图6是用于利用本发明的单晶基板的加工方法将形成有遮护隧洞的光器件晶片分割为一个个的光器件的分割装置的立体图。
图7是利用图6所示的分割装置实施的晶片分割工序的说明图。
图8是通过图7所示的晶片分割工序被分割为一个个的光器件的立体图。
图9是示出本发明的单晶基板的加工方法中的非晶质去除工序的第1实施方式的说明图。
图10是利用本发明的单晶基板的加工方法进行加工的作为单晶基板的蓝宝石基板的立体图。
图11是示出本发明的单晶基板的加工方法中的遮护隧洞形成工序的第2实施方式的说明图。
图12是示出本发明的单晶基板的加工方法中的非晶质去除工序的第2实施方式的说明图。
图13是示出本发明的单晶基板的加工方法中的遮护隧洞形成工序的第3实施方式的说明图。
标号说明
2：光器件晶片；
21：光器件；
22：分割预定线；
23：遮护隧洞；
3：环状框架；
30：切割带；
4：激光加工装置；
41：激光加工装置的卡盘工作台；
42：激光光线照射构件；
422：聚光器；
5：分割装置；
10：蓝宝石基板。
具体实施方式
以下，对于本发明的单晶基板的加工方法，参照附图更加详细地进行说明。
图1示出了利用本发明的激光加工方法进行加工的作为单晶基板的光器件晶片的立体图。在图1所示的光器件晶片2上，在厚度为300μm的蓝宝石基板的正面2a上呈矩阵状形成有发光二极管、激光二极管等光器件21。并且，各光器件21被形成为格子状的分割预定线22划分。
参照图3至图9，对用于加工上述的作为单晶基板的光器件晶片2的单晶基板的加工方法的第1实施方式进行说明。
首先，实施晶片支承工序，在该晶片支承工序中，将光器件晶片2粘贴在安装于环状框架的切割带的表面上。即，如图2所示，将光器件晶片2的背面2b粘贴在切割带30的表面上，以覆盖环状框架3的内侧开口部的方式安装所述切割带30的外周部。因此，粘贴在切割带30的表面上的光器件晶片2的正面2a成为上侧。
在图3中示出了沿着被实施了上述晶片支承工序后的光器件晶片2的分割预定线22实施激光加工的激光加工装置。图3所示的激光加工装置4具备：卡盘工作台41，其保持被加工物；激光光线照射构件42，其对被保持在该卡盘工作台41上的被加工物照射激光光线；以及摄像构件43，其对被保持在卡盘工作台41上的被加工物进行摄像。卡盘工作台41构成为对被加工物进行抽吸保持，其借助未图示的加工进给构件沿着在图3中以箭头X所示的加工进给方向移动，并且，借助未图示的分度进给构件沿着在图3中以箭头Y所示的分度进给方向移动。
上述激光光线照射构件42包括实质上水平配置的圆筒形状的壳体421。在壳体421内配设有具备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421的末端部安装有聚光器422，该聚光器422具备用于使从脉冲激光光线振荡构件振荡出的脉冲激光光线聚光的聚光透镜422a。该聚光器422的聚光透镜422a的数值孔径(NA)如下述这样进行设定。即，关于聚光透镜422a的数值孔径(NA)，以数值孔径(NA)除以单晶基板的折射率(N)所得到的值被设定在0.05～0.2的范围内(数值孔径设定工序)。并且，激光光线照射构件42具备聚光点位置调整构件(未图示)，该聚光点位置调整构件用于对通过聚光器422的聚光透镜422a聚光的脉冲激光光线的聚光点位置进行调整。
在构成上述激光光线照射构件42的壳体421的末端部处安装的摄像构件43除了借助于可视光进行拍摄的通常的摄像元件(CCD)之外，还由下述部分等构成：对被加工物照射红外线的红外线照明构件；能够捕捉由该红外线照明构件照射的红外线的光学系统；以及输出与被该光学系统捕捉到的红外线相对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)，所述摄像构件43将所拍摄的图像信号发送至未图示的控制单元。
为了使用上述的激光加工装置4沿着被实施了上述的晶片支承工序的光器件晶片2的分割预定线22实施激光加工，实施定位工序，在该定位工序中，将聚光透镜与单晶基板沿光轴方向相对定位，以便将脉冲激光光线的聚光点定位于作为单晶基板的光器件晶片2的厚度方向上的所期望的位置。
首先，将粘贴有光器件晶片2的切割带30的一侧载置于上述的图3所示的激光加工装置4的卡盘工作台41上。然后，通过使未图示的抽吸构件动作，将光器件晶片2隔着切割带30保持在卡盘工作台41上(晶片保持工序)。因此，保持在卡盘工作台41上的光器件晶片2的正面2a成为上侧。并且，在图3中，省略了安装有切割带30的环状框架3，但是，环状框架3被配设在卡盘工作台41上的适当的框架保持构件保持。这样，抽吸保持有光器件晶片2的卡盘工作台41借助未图示的加工进给构件被定位在摄像构件43的正下方。
当卡盘工作台41被定位在摄像构件43的正下方时，通过摄像构件43和未图示的控制单元执行校准作业，在该校准作业中，对光器件晶片2的待进行激光加工的加工区域进行检测。即，摄像构件43和未图示的控制单元执行用于使沿着光器件晶片2的规定的方向形成的分割预定线22和沿着分割预定线22照射激光光线的激光光线照射构件42的聚光器422进行位置对准的图案匹配等图像处理，从而进行激光光线照射位置的校准(校准工序)。另外，对于沿着与上述的规定的方向垂直的方向形成在光器件晶片2上的分割预定线22，也同样地进行激光光线照射位置的校准。
在执行了上述的校准工序后，如图4所示，将卡盘工作台41移动至照射激光光线的激光光线照射构件42的聚光器422所位于的激光光线照射区域，将规定的分割预定线22定位于聚光器422的正下方。此时，如图4的(a)所示，将光器件晶片2以分割预定线22的一端(在图4的(a)中为左端)位于聚光器422的正下方的方式进行定位。接下来，使未图示的聚光点位置调整构件动作以使聚光器422沿光轴方向移动，以便将通过聚光器422的聚光透镜422a聚光的脉冲激光光线LB的聚光点P定位于作为单晶基板的光器件晶片2的厚度方向上的所期望的位置(定位工序)。并且，在图示的实施方式中，脉冲激光光线的聚光点P被设定在光器件晶片2中的、距脉冲激光光线入射的上表面(正面2a侧)所期望的距离的位置(例如距正面2a5～10μm的背面2b侧的位置)。
在如上述那样实施了定位工序后，实施遮护隧洞形成工序，在该遮护隧洞形成工序中，使激光光线照射构件42动作，从聚光器422照射脉冲激光光线LB，从被定位于光器件晶片2中的聚光点P附近(上表面(正面2a))朝向下表面(背面2b)形成细孔和遮护该细孔的非晶质，从而形成遮护隧洞(shield tunnel)。即，一边从聚光器422对构成光器件晶片2的蓝宝石基板照射具有透射性的波长的脉冲激光光线LB，一边使卡盘工作台41沿着在图4的(a)中由箭头X1所示的方向以规定的速度移动(遮护隧洞形成工序)。然后，如图4的(b)所示，当分割预定线22的另一端(在图4的(a)中为右端)到达激光光线照射构件42的聚光器422的照射位置后，停止照射脉冲激光光线，并且使卡盘工作台41的移动停止。
通过实施上述的遮护隧洞形成工序，由此，在光器件晶片2的内部，从如图4的(c)所示，从脉冲激光光线LB的聚光点P附近(上表面(正面2a))开始朝向下表面(背面2b)生长出细孔231和形成在该细孔231的周围的非晶质232，从而沿着分割预定线以规定的间隔(在图示的实施方式中为16μm的间隔(加工进给速度：800mm/秒)/(重复频率：50kHz))形成非晶质的遮护隧洞23。如图4的(d)和(e)所示，该遮护隧洞23由形成在中心的直径为左右的细孔231和形成在该细孔231的周围的直径为的非晶质232构成，在图示的实施方式中，成为该遮护隧洞23以相邻的非晶质232彼此连接的方式形成的形态。另外，由于在上述的遮护隧洞形成工序中形成的非晶质的遮护隧洞23能够从光器件晶片2的上表面(正面2a)遍及下表面(背面2b)形成，因此，即使晶片的厚度较厚，也只要照射1次脉冲激光光线即可，因此，生产率非常高。另外，由于在遮护隧洞形成工序中碎屑不会飞散，还能消除导致器件的质量降低这样的问题。
在如上述那样沿着规定的分割预定线22实施了上述遮护隧洞形成工序后，使卡盘工作台41沿箭头Y所示的方向以与在光器件晶片2上形成的分割预定线22的间隔相对应的量进行分度移动(分度工序)，进行上述遮护隧洞形成工序。这样，在沿着在规定的方向上形成的所有的分割预定线22实施了上述遮护隧洞形成工序后，使卡盘工作台41转动90度，沿着在与上述规定的方向的分割预定线22垂直的方向上延伸的分割预定线22，执行上述遮护隧洞形成工序。
并且，在上述的实施方式中示出了这样的例子：使光器件晶片2的正面2a成为上侧而将该光器件晶片2保持在卡盘工作台41上，并从光器件晶片2的正面2a的一侧沿着分割预定线22照射脉冲激光光线而形成遮护隧洞23，但也可以使光器件晶片2的背面成为上侧而将该光器件晶片2保持在卡盘工作台41上，并从光器件晶片2的背面侧沿着分割预定线22照射脉冲激光光线而形成遮护隧洞23。
在上述遮护隧洞形成工序中，为了形成良好的遮护隧洞23，如上述那样关于聚光透镜422a的数值孔径(NA)将以数值孔径(NA)除以单晶基板的折射率(N)所得到的值(S)设定在0.05～0.2的范围内是很重要的。
在此，参照图5，对数值孔径(NA)、折射率(N)以及以数值孔径(NA)除以折射率(N)所得到的值(S＝NA/N)之间的关系进行说明。在图5中，入射至聚光透镜422a中的脉冲激光光线LB相对于光轴以角度(α)聚光。此时，sinα为聚光透镜422a的数值孔径(NA)(NA＝sinα)。当被聚光透镜422a聚光后的脉冲激光光线LB照射到由单晶基板构成的光器件晶片2时，由于构成光器件晶片2的单晶基板的密度比空气的密度高，因此，脉冲激光光线LB从角度(α)折射为角度(β)。此时，相对于光轴的角度(β)根据构成光器件晶片2的单晶基板的折射率(N)而不同。由于折射率(N)为(N＝sinα/sinβ)，因此，以数值孔径(NA)除以单晶基板的折射率(N)所得到的值(S＝NA/N)为sinβ。因此，将sinβ设定在0.05～0.2的范围内(0.05≦sinβ≦0.2)是重要的。
以下，对于将以聚光透镜422a的数值孔径(NA)除以单晶基板的折射率(N)所得到的值(S＝NA/N)设定在0.05～0.2的范围内的理由进行说明。
[实验1-1]
按照下面的加工条件在厚度为1000μm的蓝宝石(Al2O3)基板(折射率：1.7)上形成了遮护隧洞，并判定了遮护隧洞是否良好。
如上所述，在蓝宝石基板(折射率：1.7)中，关于使脉冲激光光线聚光的聚光透镜422a的数值孔径(NA)，将以数值孔径(NA)除以单晶基板的折射率(N)所得到的值(S＝NA/N)设定在0.05～0.2的范围内，由此形成遮护隧洞。因此，在蓝宝石基板(折射率：1.7)中，将使脉冲激光光线聚光的聚光透镜422a的数值孔径(NA)设定为0.1～0.35是很重要的。
[实验1-2]
按照下面的加工条件在厚度为1000μm的碳化硅(SiC)基板(折射率：2.63)上形成了遮护隧洞，并判定了遮护隧洞是否良好。
如上所述，在碳化硅(SiC)基板(折射率：2.63)中，通过将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜422a的数值孔径(NA)除以单晶基板的折射率(N)所得到的值(S＝NA/N)设定在0.05～0.2的范围内，由此形成遮护隧洞。因此，在碳化硅(SiC)基板中，将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜422a的数值孔径(NA)设定为0.15～0.55是很重要的。
[实验1-3]
按照下面的加工条件在厚度为1000μm的氮化镓(GaN)基板(折射率：2.3)上形成了遮护隧洞，并判定了遮护隧洞是否良好。
如上所述，在氮化镓(GaN)基板中，通过将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜422a的数值孔径(NA)除以单晶基板的折射率(N)所得到的值(S＝NA/N)设定在0.05～0.2的范围内，由此形成遮护隧洞。因此，在氮化镓(GaN)基板中，将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜422a的数值孔径(NA)设定为0.1～0.5是很重要的。
并且，由于遮护隧洞形成在从聚光点P照射激光光线的一侧，因此，需要将脉冲激光光线的聚光点定位在与脉冲激光光线入射的一侧的相反侧的面相邻的内侧。
根据上述实验1-1、实验1-2、实验1-3能够确认到：通过将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜422a的数值孔径(NA)除以单晶基板的折射率(N)所得到的值(S＝NA/N)设定在0.05～0.2的范围内，由此能够形成遮护隧洞。
接下来，对脉冲激光光线的能量与遮护隧洞的长度之间的相关关系进行讨论。
[实验2]
按照下面的加工条件对厚度为1000μm的蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板照射脉冲激光光线，并求得脉冲激光光线的能量(μJ/1脉冲)与遮护隧洞的长度(μm)之间的关系。
对于平均输出，以0.05W(1μJ/1脉冲)的间隔使平均输出上升直至遮护隧洞形成，在遮护隧洞形成之后，以0.5W(10μJ/1脉冲)的间隔使平均输出上升至10W(200μJ/1脉冲)，并测量了遮护隧洞的长度(μm)。
根据上述实验2，在上述加工条件下，为了从由厚度为300μm的蓝宝石(Al2O3)基板构成的光器件晶片2的(上表面(正面2a))遍及下表面(背面2b)形成遮护隧洞，只要将脉冲激光光线的脉冲能量设定为90μJ/1脉冲即可。并且，在厚度为300μm的碳化硅(SiC)基板的情况下，只要将脉冲激光光线的脉冲能量设定为80μJ/1脉冲即可，在厚度为300μm的氮化镓(GaN)基板的情况下，只要将脉冲激光光线的脉冲能量设定为70μJ/1脉冲即可。
接下来，对脉冲激光光线的波长和遮护隧洞的形成情况进行讨论。
[实验3-1]
在厚度为1000μm的蓝宝石基板上，按照下面的加工条件使脉冲激光光线的波长依次降低为2940nm、1550nm、1030nm、515nm、343nm、257nm、151nm，并验证了是否能够在带隙8.0eV(波长换算：155nm)的蓝宝石基板上形成遮护隧洞。
如上述那样，在蓝宝石基板中，能够确认：当脉冲激光光线的波长被设定为与带隙8.0eV对应的波长(波长换算：155nm)的2倍以上时形成了遮护隧洞。
[实验3-2]
在厚度为1000μm的碳化硅(SiC)基板上，按照下面的加工条件使脉冲激光光线的波长按照2940nm、1550nm、1030nm、515nm、257nm降低，并验证是否能够在带隙2.9eV(波长换算：425nm)的碳化硅(SiC)基板上形成遮护隧洞。
如上述那样，在碳化硅(SiC)基板中，能够确认：当脉冲激光光线的波长被设定为与带隙2.9eV对应的波长(波长换算：425nm)的2倍以上时形成了遮护隧洞。
[实验3-3]
在厚度为1000μm的氮化镓(GaN)基板上，按照下面的加工条件使脉冲激光光线的波长按照2940nm、1550nm、1030nm、515nm、257nm降低，并验证是否能够在带隙3.4eV(波长换算：365nm)的氮化镓(GaN)基板上形成遮护隧洞。
如上述那样，在氮化镓(GaN)基板中，能够确认：当脉冲激光光线的波长被设定为与带隙3.4eV对应的波长(波长换算：365nm)的2倍以上时形成了遮护隧洞。
根据上述的实验3-1、实验3-2、实验3-3，能够确认：当脉冲激光光线的波长被设定为与单晶基板的带隙对应的波长的2倍以上时形成了遮护隧洞。
以上，对蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板进行了说明，但本发明也能够应用于石英(SiO2)基板、钽酸锂(LT)基板、铌酸锂(LN)基板、硅酸锰锑(La3Ga5SiO14)基板等单晶基板。
在实施上述的遮护隧洞形成工序之后，实施晶片分割工序，在该晶片分割工序中，对光器件晶片2施加外力，沿连续地形成了遮护隧洞23(由细孔231和形成于该细孔231的周围的非晶质232构成)的分割预定线22将光器件晶片2分割成一个个光器件21。使用图6所示的分割装置5来实施晶片分割工序。图6所示的分割装置5具备：框架保持构件51，其用于保持上述环状框架3；带扩张构件52，其对在被该框架保持构件51保持的环状框架3上安装的光器件晶片2进行扩张；以及拾取夹头53。框架保持构件51由环状的框架保持部件511和作为固定构件的多个夹紧器512构成，该多个夹紧器512配设于该框架保持部件511的外周。框架保持部件511的上表面形成了载置环状框架3的载置面511a，在该载置面511a上载置环状框架3。并且，载置在载置面511a上的环状框架3被夹紧器512固定于框架保持部件511。这样构成的框架保持构件51被支承成能够借助于带扩张构件52而在上下方向上进退。
带扩张构件52具备扩张鼓521，该扩张鼓521配设在上述环状的框架保持部件511的内侧。该扩张鼓521的内径和外径比环状框架3的内径小、且比粘贴于切割带30(安装在该环状框架3上)上的光器件晶片2的外径大。并且，扩张鼓521在下端具备支承凸缘522。图示的实施方式中的带扩张构件52具备支承构件523，该支承构件523能够使上述环状的框架保持部件511在上下方向上进退。该支承构件523由配设于上述支承凸缘522上的多个气缸523a构成，该支承构件523的活塞杆523b与上述环状的框架保持部件511的下表面连结。这样由多个气缸523a构成的支承构件523使环状的框架保持部件511在基准位置和扩张位置之间在上下方向上移动，在基准位置，如图7的(a)所示，载置面511a与扩张鼓521的上端处于大致相同高度，在扩张位置，如图7的(b)所示，载置面511a比扩张鼓521的上端靠下方规定的量。
参照图7，对使用如上那样构成的分割装置5来实施的晶片分割工序进行说明。即，将安装有切割带30(在切割带30上粘贴有光器件晶片2)的环状框架3如图7的(a)所示地载置在构成框架保持构件51的框架保持部件511的载置面511a上，并利用夹紧器512固定于框架保持部件511(框架保持工序)。这时，框架保持部件511被定位在图7的(a)所示的基准位置。接下来，使构成带扩张构件52的作为支承构件523的多个气缸523a工作，使环状的框架保持部件511下降到图7的(b)所示的扩张位置。因此，在框架保持部件511的载置面511a上固定的环状框架3也下降，因此，如图7的(b)所示那样，在环状框架3上安装的切割带30与扩张鼓521的上端缘接触而扩张(带扩张工序)。其结果是，拉伸力呈放射状地作用于在切割带30上粘贴的光器件晶片2，因此，沿连续地形成有上述的遮护隧洞23而强度降低了的分割预定线22分离成一个个光器件21，并且在光器件21间形成有间隔S。
接下来，如图7的(c)所示那样，使拾取夹头53工作来吸附光器件21，将光器件21从切割带30剥离并进行拾取，搬送到未图示的托盘或者芯片结合工序。另外，在拾取工序中，像上述那样在切割带30上粘贴的一个个光器件21间的间隙S扩大，因此，能够在不与相邻的光器件21接触的情况下容易地进行拾取。
这样，如图8所示，在被拾取的光器件21的外周面上残留有非晶质232。
在实施了上述的拾取工序后，实施非晶质去除工序，在该非晶质去除工序中，用研磨件对残留在光器件21的外周面上的非晶质232进行研磨来去除非晶质。
如图9的(a)所示，该非晶质去除工序中，通过使用研磨纸6对光器件21的外周面进行研磨，由此去除残留在光器件21的外周面上的非晶质232。其结果是，如图9的(b)所示，光器件21的外周面上的非晶质被去除，露出蓝宝石(Al2O3)基板。因此，能够使光器件21的亮度提高。
并且，由于构成在上述遮护隧洞形成工序中在由作为单晶基板的蓝宝石(Al2O3)基板构成的光器件晶片2上形成的遮护隧洞23的、非晶质232较脆弱，因此，在非晶质去除工序中所使用的研磨件采用由单晶基板的硬度以下的材料构成的磨粒来进行研磨，由此，能够容易地仅将非晶质232去除。在上述的实施方式中，由于构成光器件晶片2的单晶基板由蓝宝石(Al2O3)基板构成，因此，作为研磨件，采用由蓝宝石(Al2O3)的硬度(新莫氏硬度No.12)以下的材料构成的磨粒。因此，在碳化硅(SiC)基板上形成有遮护隧洞23的情况下，作为研磨件，采用由碳化硅(SiC)基板的硬度(新莫氏硬度No.13)以下的材料、例如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、硅酸盐、石英构成的磨粒。
下面，参照图10至图12，对本发明的单晶基板的加工方法的第2实施方式进行说明。
在图10中，示出了作为单晶基板的厚度例如为300μm的蓝宝石基板10。对使该蓝宝石基板10的厚度形成为150μm的加工方法进行说明。
为了使厚度为300μm的蓝宝石基板10形成为150μm的厚度，首先，如上所述，实施数值孔径设定工序，在该数值孔径设定工序中，将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜的数值孔径(NA)对应于作为单晶基板的蓝宝石基板10设定为规定的值。
然后，实施遮护隧洞形成工序，在该遮护隧洞形成工序中，如图11所示，将脉冲激光光线的聚光点从单晶基板的上表面定位于所期望的位置并照射脉冲激光光线，使细孔和遮护该细孔的非晶质从作为单晶基板的蓝宝石基板10的上表面开始生长，从蓝宝石基板10的上表面开始以150μm的深度连接地形成遮护隧洞23。使用上述图3所示的激光加工装置3，并基于上述的加工条件对蓝宝石基板10的整个表面实施该遮护隧洞形成工序，由此，从上表面开始以150μm的深度形成遮护隧洞23层。此时，为了从蓝宝石基板10的上表面开始以150μm的深度形成遮护隧洞23，根据上述实验2的结果将脉冲激光光线的脉冲能量设定为30μJ/1脉冲。
接下来，实施非晶质去除工序，在该非晶质去除工序中，对被实施了上述遮护隧洞形成工序后的作为单晶基板的蓝宝石基板10的上表面进行研磨，使蓝宝石基板10形成为规定的厚度(例如150μm)。使用图12的(a)所示的研磨装置40来实施该非晶质去除工序。图12的(a)所示的研磨装置40具备：卡盘工作台61，其保持被加工物；和研磨构件62，其对被保持在该卡盘工作台61上的被加工物进行磨削。卡盘工作台61构成为将被加工物抽吸保持在上表面上，借助未图示的旋转驱动机构沿着在图12的(a)中的以箭头61a所示的方向旋转。研磨构件62具备：主轴壳体621；旋转主轴622，其以能够旋转自如的方式支承于该主轴壳体621并借助未图示的旋转驱动机构进行旋转；安装座623，其安装在该旋转主轴622的下端；和研磨工具624，其安装在该安装座623的下表面。该研磨工具624由圆形状的基座625和安装在该基座625的下表面的研磨盘626构成，基座625通过紧固螺栓627被安装在安装座623的下表面。并且，关于研磨盘626，在图示的实施方式中，在毛毡中作为研磨件料混入有由二氧化硅构成的磨粒。
为了使用上述的研磨装置40实施上述非晶质去除工序，如图12的(a)所示，将实施了上述遮护隧洞形成工序后的蓝宝石基板10的、与形成有遮护隧洞23层的表面侧相反的一侧的面载置于卡盘工作台61的上表面(保持面)上。然后，利用未图示的抽吸构件将蓝宝石基板10吸附保持于卡盘工作台61上(晶片保持工序)。因此，保持在卡盘工作台61上的蓝宝石基板10的形成有遮护隧洞23层的面成为上侧。在像这样将蓝宝石基板10抽吸保持于卡盘工作台61上后，一边使卡盘工作台61沿图12的(a)中的箭头61a所示的方向以规定的旋转速度旋转，一边使研磨构件62的研磨工具624沿图12的(a)中的箭头624a所示的方向以规定的旋转速度旋转，并且，如图12的(b)所示，使研磨盘626与蓝宝石基板10的作为被加工面的上表面接触，然后使研磨工具624如图12的(a)和图12的(b)中的箭头624b所示这样以规定的磨削进给速度向下方(与卡盘工作台61的保持面垂直的方向)磨削进给规定的量。其结果是，如图12的(c)所示，形成于蓝宝石基板10的上表面侧的遮护隧洞23层被去除，蓝宝石(Al2O3)基板露出。并且，如上所述，由于在上述遮护隧洞形成工序中在作为单晶基板的蓝宝石基板10上形成的构成遮护隧洞23层的非晶质232较脆弱，因此，对于在非晶质去除工序中所使用的研磨件，使用由单晶基板的硬度以下的二氧化硅构成的磨粒来进行研磨，由此，能够容易地仅将遮护隧洞23层去除。在上述的实施方式中，由于单晶基板由蓝宝石基板构成，因此，能够采用由蓝宝石(Al2O3)的硬度(新莫氏硬度No.12)以下的材料构成的磨粒、例如由蓝宝石(Al2O3)、氮化镓(GaN)、硅酸盐构成的磨粒，来作为研磨件。
这样，如上所述，由于在遮护隧洞形成工序中在作为单晶基板的蓝宝石基板10中形成的构成遮护隧洞23层的非晶质232较脆弱，因此，通过在非晶质去除工序中使用由蓝宝石(Al2O3)的硬度以下的二氧化硅等构成的磨粒来进行研磨，能够容易地仅将遮护隧洞23层去除，因此，能够高效地使作为单晶基板的蓝宝石基板10形成为规定的厚度。
下面，参照图13，对本发明的单晶基板的加工方法的第3实施方式进行说明。并且，在第3实施方式中，对在图10所示的作为单晶基板的厚度例如为300μm的蓝宝石基板10的表面上散布地形成凹部的方法进行说明。
为了在厚度为300μm的蓝宝石基板10上散布地形成例如深度为75μm的凹部，首先，实施数值孔径设定工序，在该数值孔径设定工序中，如上所述，将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜的数值孔径(NA)对应于作为单晶基板的蓝宝石基板10设定为规定的值。
然后，实施遮护隧洞形成工序，在该遮护隧洞形成工序中，如图13所示，将脉冲激光光线的聚光点从单晶基板的上表面定位于所期望的位置并照射脉冲激光光线，从作为单晶基板的蓝宝石基板10的上表面开始使细孔和遮护该细孔的非晶质生长，从蓝宝石基板10的上表面开始以75μm的深度散布地形成遮护隧洞23。使用上述图3所示的激光加工装置3，并基于上述的加工条件在蓝宝石基板10的整个表面上实施该遮护隧洞形成工序，由此，从上表面开始以150μm的深度形成遮护隧洞23层。此时，为了从蓝宝石基板10的上表面开始以75μm的深度形成遮护隧洞23，根据上述实验2的结果将脉冲激光光线的脉冲能量设定为10μJ/1脉冲。
接下来，实施非晶质去除工序，在该非晶质去除工序中，对实施了上述遮护隧洞形成工序后的作为单晶基板的蓝宝石基板10的上表面进行研磨，在蓝宝石基板10的上表面上散布地形成凹部。该非晶质去除工序使用上述图12的(a)所示的研磨装置40，与上述图12的(a)和图12的(b)所示的非晶质去除工序相同地进行实施。其结果是，如上所述，由于在蓝宝石基板10的上表面上散布地形成有遮护隧洞23的区域较脆弱，因此，通过使用由蓝宝石(Al2O3)的硬度以下的二氧化硅等构成的磨粒来进行研磨，能够容易地仅将形成有遮护隧洞23的区域去除，因此，能够在图13的(b)所示的作为单晶基板的蓝宝石基板10的表面上高效地形成规定的深度(在图示的实施方式中为深度75μm)的凹部101。
以上，在上述的实施方式中，主要对蓝宝石(Al2O3)基板的加工和蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板的实验例进行了说明，但本发明还能够应用于石英(SiO2)基板、钽酸锂(LT)基板、铌酸锂(LN)基板、硅酸锰锑(La3Ga5SiO14)基板等单晶基板。
Claims (7)
1.一种单晶基板的加工方法，其特征在于，
所述单晶基板的加工方法包括：
数值孔径设定工序，与单晶基板相应地将对脉冲激光光线进行聚光的聚光透镜的数值孔径NA设定为规定的值；
遮护隧洞形成工序，将脉冲激光光线的聚光点从单晶基板的上表面定位于所期望的位置并照射脉冲激光光线，从单晶基板的上表面开始生长细孔和遮护该细孔的非晶质，从而形成遮护隧洞；和
非晶质去除工序，用研磨件对在单晶基板上形成的遮护隧洞进行研磨来去除非晶质。
2.根据权利要求1所述的单晶基板的加工方法，其中，
在该数值孔径设定工序中被设定为规定的值的聚光透镜的数值孔径NA被设定成：所述聚光透镜的数值孔径NA除以单晶基板的折射率N所得到的值在0.05～0.2的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的单晶基板的加工方法，其中，
在该非晶质去除工序中所使用的研磨件的硬度为单晶基板的硬度以下。
4.根据权利要求1或2所述的单晶基板的加工方法，其中，
单晶基板为蓝宝石Al2O3基板、碳化硅SiC基板、氮化镓GaN基板中的任意一种，
研磨件为由蓝宝石Al2O3、碳化硅SiC、氮化镓GaN、硅酸盐、石英中的任意一种构成的磨粒。
5.根据权利要求1或2所述的单晶基板的加工方法，其中，
在该遮护隧洞形成工序中，沿着将单晶基板分割为芯片的轮廓接连地形成遮护隧洞，
在该非晶质去除工序中，对芯片的外周进行研磨。
6.根据权利要求1或2所述的单晶基板的加工方法，其中，
在该遮护隧洞形成工序中，在单晶基板的上表面以规定的深度接连地形成遮护隧洞，
在该非晶质去除工序中，对单晶基板的上表面进行研磨而使单晶基板形成为规定的厚度。
7.根据权利要求1或2所述的单晶基板的加工方法，其中，
在该遮护隧洞形成工序中，在单晶基板的上表面上的所期望的位置散布地形成遮护隧洞，
在该非晶质去除工序中，对单晶基板进行研磨而在单晶基板的上表面形成凹部。
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