TWI489587B - Wafer processing method - Google Patents

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TWI489587B TW099127551A TW99127551A TWI489587B TW I489587 B TWI489587 B TW I489587B TW 099127551 A TW099127551 A TW 099127551A TW 99127551 A TW99127551 A TW 99127551A TW I489587 B TWI489587 B TW I489587B
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晶圓加工方法 發明領域
本發明係有關於在晶圓之內部沿第1切割道及第2切割道形成變質層之晶圓加工方法，該晶圓在藉於藍寶石基板表面積層由氮化物半導體形成之發光層朝預定方向延伸之多數第1切割道及與該第1切割道交叉形成之多數第2切割道區劃之多數區域形成光裝置。
 發明背景
在光裝置之製造程序中，在藉於藍寶石基板表面積層由氮化物半導體形成之發光層(磊晶層)朝預定方向延伸之多數第1切割道及與該第1切割道交叉形成之多數第2切割道區劃之多數區域形成光裝置。形成有該等多數光裝置之晶圓藉沿第1切割道及第2切割道切斷，分割成各個發光二極體等之光裝置，廣泛地利用於電氣機器。
如此之沿晶圓之切割道之切斷通常是藉使環狀之切削刀片高速旋轉切削之切削裝置來進行，但是，由於藍寶石基板莫氏硬度高，是難切削材料，故需要減緩加工速度，有生產性不佳之問題。
近年來，已有人提出藉將對晶圓具有吸收性之脈衝雷射光線沿著切割道照射，形成雷射加工溝，藉沿該雷射加工溝施加外力割斷之方法，作為沿切割道分割晶圓之方法。(例如，參照專利文獻1)。
然而，沿著形成於藍寶石基板表面之切割道，照射雷射光線形成雷射加工溝時，發光二極體等之光裝置外周被燒蝕而亮度降低，有光裝置之品質降低之問題。
下述專利文獻2揭示為了消除如此之問題，由未形成由氮化物半導體形成之發光層(磊晶層)之藍寶石基板的背面側，將集光點定位在內部，沿切割道照射對藍寶石基板具有透過性之波長的雷射光線，於藍寶石基板之內部沿切割道形成變質層，藉此沿形成變質層之切割道分割藍寶石基板的加工方法。
先前技術文獻 專利文獻
【專利文獻1】特開平10-305420號公報
【專利文獻2】特開2008-6492號公報
揭示於上述專利文獻2之藍寶石基板的加工方法中，雖然光裝置之亮度降低有某種程度之改善，但是由藍寶石基板之背面側將集光點定位在內部，沿切割道照射對藍寶石基板具有透過性之波長的雷射光線時，有由於穿過由氮化物半導體形成之發光層(磊晶層)之雷射光線，發光層受損，使光裝置之發光機能降低的問題。
此外，由在矽基板表面積層形成IC、LSI等之裝置之半導體晶圓的背面側將集光點定位在內部，沿切割道照射對矽基板具有透過性之波長的雷射光線，於矽基板內部沿切割道形成變質層時，有由於穿過裝置層之雷射光線，裝置受損的問題。
本發明係有鑑於上述事實而作成者，其主要之技術課題在於提供不損害形成於基板表面形成之裝置層，可於基板內部沿著切割道形成變質層的晶圓加工方法。
為解決上述主要之技術課題，依據本發明，提供一種晶圓加工方法，係於晶圓內部沿著切割道形成變質層，該晶圓係在基板表面積層裝置層，且於藉形成為格子狀之多數切割道而區劃之多數區域形成有裝置，該晶圓加工方法之特徵在於包含：第1變質層形成步驟，係由基板之背面側將集光點定位在基板內部，沿切割道照射對基板具有透過性之波長之雷射光線，於基板之內部沿切割道形成第1變質層；及第2變質層形成步驟，係在實施該第1變質層形成步驟後，由基板之背面側將集光點定位在該第1變質層之上側，沿切割道照射對基板具有透過性之波長之雷射光線，於基板之內部沿切割道於該第1變質層積層形成第2變質層，在該第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度，係設定為比在該第2變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度更低之可於基板加工變質層的下限附近。
當基板為藍寶石基板時，在上述第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度設定為3~12J/cm2 ，在上述第2變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度設定為100~400J/cm2 。
又，當基板為矽基板時，在上述第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度設定為15~60J/cm2 ，在上述第2變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度設定為400~1500J/cm2 。
在本發明之晶圓加工方法中，包含由基板之背面側將集光點定位在基板內部，沿切割道照射對基板具有透過性之波長之雷射光線，於基板之內部沿切割道形成第1變質層的第1變質層形成步驟；及由基板之背面側將集光點定位在第1變質層之上側，沿切割道照射對基板具有透過性之波長之雷射光線，於基板之內部沿切割道於第1變質層積層形成第2變質層的第2變質層形成步驟；在第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度，係設定為比在第2變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度更低之可於基板加工變質層的下限附近，因此在第1變質層形成步驟中穿過裝置層之脈衝雷射光線之能量極小，故裝置層不會受損。又，雖然在第2變質層形成步驟中，照射比在第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度更高之脈衝雷射光線，但是由於穿過裝置層側之脈衝雷射光線被第1變質層吸收且散射衰減，所以不會損害裝置層，可有效地形成第2變質層。
圖式簡單說明
第1(a)、(b)圖是顯示藉本發明晶圓加工方法加工之晶圓的立體圖及放大顯示主要部份之截面圖。
第2圖是顯示將於第1圖顯示之晶圓貼附在安裝於環狀框架之保護帶之狀態的立體圖。
第3圖是用以實施本發明之晶圓加工方法中之第1變質層形成步驟及第2變質層形成步驟之雷射加工裝置的主要部份立體圖。
第4(a)、(b)圖是本發明之晶圓加工方法中之第1變質層形成過程的說明圖。
第5(a)、(b)圖是本發明之晶圓加工方法中之第2變質層形成過程的說明圖。
 用以實施發明之形態
以下，對本發明之晶圓加工方法之較佳實施例，參照添附圖式詳細地說明。
在第1(a)及(b)圖中，顯示依照本發明之晶圓加工方法加工之晶圓的立體圖。於第1(a)及(b)圖顯示之晶圓2係於例如厚度為10μm之藍寶石基板20之表面20a積層由氮化物半導體形成之作為裝置層之發光層(磊晶層)21，而且，發光層(磊晶層)21在藉形成為格子狀之多數切割道22區劃的多數區域形成光裝置23。
於上述第1圖顯示之晶圓2，如第2圖所示，將發光層(磊晶層)21之表面側貼附在安裝於環狀之框架3之由聚烯烴等合成樹脂形成的保護帶4(保護帶貼附步驟)。因此，晶圓2中，藍寶石基板20之背面20b成為上側。
如果實施了上述保護帶貼附步驟，則實施由藍寶石基板20之背面側將集光點定位在藍寶石基板20之內部，沿形成於預定方向之切割道22照射對藍寶石基板20具有透過性之波長的雷射光線，於藍寶石基板20之內部沿切割道22形成第1變質層之第1變質層形成步驟。該第1變質層形成步驟使用顯示於第3圖之雷射加工裝置5實施。顯示於第3圖之雷射加工裝置5具有保持被加工物之夾盤台51、將雷射光線照射至被保持於該夾盤台51上之被加工物的雷射光線照射機構52、及攝影被保持於該夾盤台51上之被加工物的攝影機構53。夾盤台51係構造成可吸引保持被加工物，且形成為藉未圖示之加工進給機構朝以第3圖中箭號X顯示之加工進給方向移動，同時藉未圖示之分度進給機構朝以第3圖中箭號Y顯示之分度進給方向移動。
上述雷射光線照射機構52包含實質上水平配置之圓筒形狀的殼體521，殼體521內配設有包含未圖示之脈衝雷射光線震盪器及重覆頻率設定機構等之脈衝雷射光線震盪機構。上述殼體521之前端部安裝有用以將來自脈衝雷射光線震盪機構之經震盪脈衝雷射光線集光的集光器522。
安裝於構成上述雷射光線照射機構52之殼體521之前端部的攝影機構53除了在圖之實施型態中藉可見光攝影之攝影元件(CCD)以外，亦由將紅外線照射於被加工物之紅外線照明機構、捕捉藉該紅外線照明機構照射紅外線的光學系統、及輸出對應於藉該光學系統捕捉之紅外線之電氣信號的攝影元件(紅外線CCD)等構成，將攝影之影像信號傳送至未圖示之控制機構。
關於使用上述雷射加工裝置5，由藍寶石基板20之背面側將集光點定位在藍寶石基板20之內部，沿切割道22照射對構成上述晶圓2之藍寶石基板20具有透過性之波長的雷射光線，於藍寶石基板20之內部沿切割道22形成第1變質層之第1變質層形成步驟，參照第3圖及第4圖說明。
首先，於上述第3圖顯示之雷射加工裝置5之夾盤台51上載置貼附晶圓2之保護帶4。而且，藉作動未圖示之吸引機構，透過保護帶4將晶圓2保持於夾盤台51上(晶圓保持步驟)。因此，被保持於夾盤台51之晶圓2中，藍寶石基板20之背面20b成為上側。又，在第3圖中，省略顯示安裝保護帶4之環狀之框架3，但是環狀之框架3被保持於配置在夾盤台51之適當框架保持機構。如此，吸引保持晶圓2之夾盤台51藉未圖示之加工進給機構而定位至攝影機構53正下方。
當夾盤台51定位至攝影機構53正下方時，實行藉攝影機構53及未圖示之控制機構檢測晶圓2之欲雷射加工之加工區域的對齊作業。即，攝影機構53及未圖示之控制機構實行用以進行晶圓2之於預定方向形成之切割道22與沿該切割道22照射雷射光線之雷射光線照射機構52之集光器522之對位的圖案匹配等影像處理，實施雷射光線照射位置之對齊(對齊步驟)。又，亦於晶圓2對在與上述預定方向直交之方向形成之切割道22，同樣地實施雷射光線照射位置之對齊。此時，晶圓2中形成有切割道22之發光層(磊晶層)21之表面位於下側，但是由於構成晶圓2之藍寶石基板20是透明體，所以可由藍寶石基板20之背面側攝影切割道22。此外，晶圓藉如矽基板之非透明體材料構成時，攝影機構53由紅外線照明機構照射紅外線，由矽基板之背面穿透攝影切割道。
若如上地檢測形成於構成被保持於夾盤台51上之晶圓2之發光層(磊晶層)21之表面的切割道22，實行雷射光線照射位置之對齊，則如第4(a)圖所示，將夾盤台51移動至雷射光線照射機構52之集光器522所在位置之雷射光線照射區域，將預定之切割道22之一端(在第4(a)圖中之左端)定位至雷射光線照射機構52之集光器522之正下方。而且，由集光器522照射對藍寶石基板20具有透過性之波長之脈衝雷射光線，且使夾盤台51朝第4(a)圖中以箭號X1顯示之方向以預定加工進給速度移動。並且，如第4(b)圖所示，若雷射光線照射機構52之集光器522之照射位置到達切割道22之另一端(第4(b)圖中之右端)之位置，則停止脈衝雷射光線之照射並且停止夾盤台51之移動。在該第1變質層形成步驟中，使脈衝雷射光線之集光點P與由構成晶圓2之藍寶石基板20之表面(下面)例如10~20μm上側之位置一致。結果，構成晶圓2之藍寶石基板20於內部形成沿切割道22連續之第1變質層210。在該第1變質層形成步驟中，將由雷射光線照射機構52照射之脈衝雷射光線之能量密度設定為可於藍寶石基板20加工變質層之下限附近是重要的。藉如此將脈衝雷射光線之能量密度設定為可於藍寶石基板20加工變質層之下限附近(例如3~12J/cm2 )，穿過發光層(磊晶層)21之脈衝雷射光線之能量極小，因此發光層(磊晶層)21不受損。
上述第1變質層形成步驟中之加工條件係，例如，設定如下。
光源：Yb雷射：鐿摻雜光纖雷射
波長：1045nm
重覆頻率：100kHz
平均輸出：0.01W
集光點徑：Φ1~2μm
能量密度：3~12J/cm2
加工進給速度：400mm/秒
若如上述實施第1變質層形成步驟，則實施由藍寶石基板20之背面側將集光點定位在第1變質層210之上側，沿切割道22照射對藍寶石基板20具有透過性之波長之雷射光線，於藍寶石基板20之內部沿切割道22於第1變質層210積層形成第2變質層之第2變質層形成步驟。該第2變質層形成步驟，如第5(a)圖所示，在實施上述第1變質層形成步驟之狀態下將由雷射光線照射機構52之集光器522照射之脈衝雷射光線之集光點P定位在第1變質層210之上側。接著，由集光器522照射對藍寶石基板20具有透過性之波長之脈衝雷射光線且使夾盤台51朝第5(a)圖中以箭號X2顯示之方向以預定加工進給速度移動。並且，如第5(b)圖所示，若雷射光線照射機構52之集光器522之照射位置到達切割道22之一端(第5(b)圖中之左端)之位置，則停止脈衝雷射光線之照射並且停止夾盤台51之移動。結果，構成晶圓2之藍寶石基板20於內部沿切割道22於第1變質層210積層形成第2變質層220。在該第2變質層形成步驟中，由雷射光線照射機構52照射之脈衝雷射光線之能量密度設定為比在上述第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度更高，可於藍寶石基板20有效地加工變質層的值(例如100~400J/cm2 )。如此，在2變質層形成步驟中，照射能量密度比較高之脈衝雷射光線，但是由於穿過發光層(磊晶層)21側之脈衝雷射光線被第1變質層210吸收且散射衰減，所以不會損害發光層(磊晶層)21，可有效地形成第2變質層220。
上述第2變質層形成步驟中之加工條件係，例如，設定如下。
光源：Yb雷射：鐿摻雜光纖雷射
波長：1045nm
重覆頻率：100kHz
平均輸出：0.3W
集光點徑：Φ1~2μm
能量密度：100~400J/cm2
加工進給速度：400mm/秒
若如上述，沿晶圓2之於預定方向形成之全部切割道22實施上述第1變質層形成步驟及第2變質層形成步驟，則將保持晶圓2之夾盤台51定位至90度旋動後之位置。而且，沿晶圓2之於與上述預定方向直交之方向形成之全部切割道22實施上述第1變質層形成步驟及第2變質層形成步驟。
如以上沿全部切割道22實施第1變質層形成步驟及第2變質層形成步驟之晶圓2被搬送至沿切割道22施加外力，沿形成第1變質層210及第2變質層220之切割道22斷裂的晶圓分割程序。
接著，說明關於將本發明之加工方法使用於由矽基板形成之晶圓時的加工條件。
為了於由矽基板形成之晶圓形成上述第1變質層210及第2變質層220，將上述第1變質層形成步驟中之加工條件，例如，設定如下。
光源：YV04雷射
波長：1342nm
重覆頻率：100kHz
平均輸出：0.05W
集光點徑：Φ 1~2μm
能量密度：15~60J/cm2
加工進給速度：300mm/秒
又，將上述第2變質層形成步驟中之加工條件，例如，設定如下。
光源：YV04雷射
波長：1342nm
重覆頻率：100kHz
平均輸出：1.2W
集光點徑：Φ1~2μm
能量密度：400~1500J/cm2
加工進給速度：300mm/秒
2．．．晶圓
3．．．環狀之框架
4．．．保護帶
5．．．雷射加工裝置
20．．．藍寶石基板
20a．．．表面
20b．．．背面
21．．．發光層(磊晶層)
22．．．切割道
23．．．光裝置
51．．．夾盤台
52．．．雷射光線照射機構
53．．．攝影機構
210．．．第1變質層
220．．．第2變質層
521．．．殼體
522．．．集光器
P．．．集光點
X,Y,X1,X2．．．方向
第1(a)、(b)圖是顯示藉本發明晶圓加工方法加工之晶圓的立體圖及放大顯示主要部份之截面圖。
第2圖是顯示將於第1圖顯示之晶圓貼附在安裝於環狀框架之保護帶之狀態的立體圖。
第3圖是用以實施本發明之晶圓加工方法中之第1變質層形成步驟及第2變質層形成步驟之雷射加工裝置的主要部份立體圖。
第4(a)、(b)圖是本發明之晶圓加工方法中之第1變質層形成過程的說明圖。
第5(a)、(b)圖是本發明之晶圓加工方法中之第2變質層形成過程的說明圖。
2．．．晶圓
4．．．保護帶
20．．．藍寶石基板
20b．．．背面
22．．．切割道
51．．．夾盤台
52．．．雷射光線照射機構
210．．．第1變質層
220．．．第2變質層
522．．．集光器
P．．．集光點
X2．．．方向

Claims (3)

  1. 一種晶圓加工方法，係於晶圓內部沿著切割道形成變質層，該晶圓係在基板表面積層裝置層，且於藉形成為格子狀之多數切割道而區劃之多數區域形成有裝置，該晶圓加工方法之特徵在於包含：第1變質層形成步驟，係由基板之背面側將集光點定位在基板內部，沿切割道照射對基板具有透過性之波長之雷射光線，於基板之內部沿切割道形成第1變質層；及第2變質層形成步驟，係在實施該第1變質層形成步驟後，由基板之背面側將集光點定位在該第1變質層之上側，沿切割道照射對基板具有透過性之波長之雷射光線，於基板之內部沿切割道於該第1變質層積層形成第2變質層，在該第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度，係設定為比在該第2變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度更低、且在可於基板加工變質層的能量密度下限附近，在該第1變質層形成步驟形成的該第1變質層在該第2變質層形成步驟被照射，且其吸收並散亂衰減穿透形成於基板表面的元件層側的脈衝雷射光。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶圓加工方法，其中當基板為藍寶石基板時，在該第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度設定為3~12J/cm2 ，在該第2變質層形 成步驟中所照射之雷射光線之能量密度設定為100~400J/cm2 。
  3. 如申請專利範圍第1項之晶圓加工方法，其中當基板為矽基板時，在該第1變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度設定為15~60J/cm2 ，在該第2變質層形成步驟中所照射之雷射光線之能量密度設定為400~1500J/cm2 。
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