TWI620611B - Laser processing method - Google Patents

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Abstract

本發明的課題是提供一種可以有效率地沿分割預定線將單結晶基板分割成一個個的晶片，同時不會使晶片品質降低的雷射加工方法。解決手段為對單結晶基板照射脈衝雷射光線以施行加工的雷射加工方法，並包含：數值孔徑設定步驟，設定聚光透鏡的數值孔徑(NA)以讓聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡的數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值在0.05~0.2的範圍；定位步驟，將聚光透鏡和單結晶基板相對地定位在光軸方向上以將脈衝雷射光線的聚光點定位在單結晶基板的厚度方向的預定位置；及潛盾型通孔(shield tunnel)形成步驟，照射脈衝雷射光線，以使定位於單結晶基板的聚光點和脈衝雷射光線射入側之間的細孔和屏蔽該細孔的非晶質成長，而形成潛盾型通孔。

Description

雷射加工方法 發明領域
本發明是有關於對矽(Si)基板、藍寶石基板、碳化矽(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板等單結晶基板施加雷射加工的雷射加工方法。
發明背景
如本領域業者所周知地，在半導體裝置製程中，半導體晶圓是藉由在矽(Si)基板表面層積絕緣膜與機能膜而成的機能層以將複數個IC、LSI等裝置形成矩陣狀而形成。以此方式所形成的半導體晶圓是透過分割預定線劃分上述裝置，並藉由沿著這種分割預定線進行分割以製造成一個個的半導體晶片。
又，在光裝置製造程序中，為在藍寶石基板(Al2O3)、碳化矽(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板的表面層積由n型氮化物半導體層及p型氮化物半導體層所形成的光裝置層，並在由形成格子狀的複數條分割預定線所劃分出的複數個區域中形成發光二極體、雷射二極體等的光裝置而構成光裝置晶圓。並且，藉由沿著分割預定線切斷光裝置晶圓的作法，可將形成有光裝置的區域分割以製造出一個 個的晶片。
作為分割上述半導體晶圓和光裝置晶圓等晶圓的方法，也有嘗試使用對該被加工物具有穿透性波長的脈衝雷射光線，並將聚光點對準應當分割區域的內部以照射脈衝雷射光線的雷射加工方法。採用此雷射加工方法的分割方法是，從晶圓的其中一面側將聚光點對準內部並照射對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線，而在被加工物內部沿著分割預定線連續地形成改質層，並藉著形成這種改質層以沿著強度降低的分割預定線施加外力，而將晶圓分割的技術(參照例如，專利文獻1)。
又，作為沿分割預定線分割半導體晶圓和光裝置晶圓等晶圓的方法，是藉由沿分割預定線照射對晶圓具有吸收性波長的脈衝雷射光線而施行燒蝕(ablation)加工以形成雷射加工溝，並沿著變成此破斷起點之形成雷射加工溝的分割預定線賦予外力，以將割斷技術實用化(例如，參照專利文獻2)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利第3408805號公報
專利文獻2：日本專利特開平10-305420號公報
發明概要
然而，因為要將雷射光線的聚光點定位在晶圓內 部以形成改質層，必須使用數值孔徑(NA)為0.8左右的聚光透鏡，為了將例如厚度為300μm的晶圓分割成一個個的裝置則必須一再地重複以形成多數段改質層，而有生產性差之問題。
又，當照射對晶圓具有吸收性波長的脈衝雷射光線時，由於是在晶圓的照射面附近施行燒蝕加工且能量未滲透到晶圓內部，故必須沿分割預定線照射複數次脈衝雷射光線，因而會導致生產性差，同時還有碎片飛散使晶片品質降低之問題。
本發明是鑒於上述事實而作成者，其主要技術課題在於提供，可效率良好地沿分割預定線將單結晶基板分割成一個個的晶片，同時不會使晶片品質降低的雷射加工方法。
為了解決上述主要技術課題，依據本發明所提供的雷射加工方法為，對單結晶基板照射脈衝雷射光線以施行加工的雷射加工方法，其特徵為包含：數值孔徑設定步驟，設定聚光透鏡的數值孔徑(NA)以讓聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡的數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值成為在0.05~0.2的範圍；定位步驟，將聚光透鏡和單結晶基板相對地定位在光軸方向上以將脈衝雷射光線的聚光點定位在單結晶基板的厚度方向的預定位置；及潛盾型通孔(shield tunnel)形成步驟，照射脈衝雷射光 線，以在定位於單結晶基板的聚光點和脈衝雷射光線射入側之間，使細孔和屏蔽該細孔的非晶質成長，而形成潛盾型通孔。
較理想的是，將上述定位步驟中的聚光點定位在與單結晶基板的脈衝雷射光線照射側為相反側之面相鄰的內側處。
在上述潛盾型通孔形成步驟中，是沿設定於單結晶基板的分割預定線形成複數個潛盾型通孔。該等複數個潛盾型通孔宜形成將相鄰的非晶質彼此連接。
較理想的是，將脈衝雷射光線的能量設定成可讓上述潛盾型通孔的長度為單結晶基板的厚度。
做出脈衝雷射光線的能量和潛盾型通孔的長度的相關關係，並設定對應所要形成的該潛盾型通孔的長度之脈衝雷射光線的能量。較理想的是，當脈衝雷射光線的能量為5μJ/1個脈衝以上，並將潛盾型通孔的長度設成Y(μm)，將脈衝雷射光線的能量設成X(μJ/1個脈衝)時，具有Y=(3.0~4.0μm/μJ)X+50μm的相關關係。
較理想的是，將脈衝雷射光線的波長設定成對應於單結晶基板的能帶間隙的波長的2倍以上。
在上述數值孔徑設定步驟中，單結晶基板為藍寶石(Al2O3)基板時宜將聚光透鏡的數值孔徑(NA)設定成0.1~0.35；單結晶基板為碳化矽(SiC)基板時宜將聚光透鏡的數值孔徑(NA)設定成0.15~0.55；單結晶基板為氮化鎵(GaN)基板時宜將聚光透鏡的數值孔徑(NA)設定成0.1~0.5。
依據本發明之雷射加工方法，由於設定聚光透鏡的數值孔徑(NA)以讓聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡的數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值成為在0.05~0.2的範圍，並照射脈衝雷射光線，以在定位於單結晶基板的聚光點和脈衝雷射光線照射側之間，使細孔和屏蔽該細孔的非晶質成長，而形成潛盾型通孔，故即使厚度為例如300μm的單結晶基板也可以形成從照射面(上表面)延續到下表面的潛盾型通孔，因此，即使單結晶基板的厚度厚也可以只照射1次脈衝雷射光線，故生產性可變得極為良好。又，由於在潛盾型通孔形成步驟中不會有碎片飛散，因此也可以解決導致裝置品質降低的問題。
2‧‧‧光裝置晶圓
2a‧‧‧表面
2b‧‧‧背面
21‧‧‧光裝置
22‧‧‧分割預定線
23‧‧‧潛盾型通孔
231‧‧‧細孔
232‧‧‧非晶質
3‧‧‧環狀框架
30‧‧‧切割膠帶
4‧‧‧雷射加工裝置
41‧‧‧雷射加工裝置的夾頭台
42‧‧‧雷射光線照射機構
421‧‧‧套管
422‧‧‧聚光器
422a‧‧‧聚光透鏡
43‧‧‧攝像機構
6‧‧‧分割裝置
61‧‧‧框架保持機構
611‧‧‧框架保持構件
611a‧‧‧載置面
612‧‧‧夾具
62‧‧‧膠帶擴張機構
621‧‧‧擴張滾筒
622‧‧‧支撐凸緣
623‧‧‧支撐機構
623a‧‧‧氣缸
623b‧‧‧活塞桿
63‧‧‧拾取式夾頭
LB‧‧‧雷射光線
S‧‧‧間隔
P‧‧‧聚光點
X、X1、Y‧‧‧箭形符號
α、θ‧‧‧角度
圖1是作為單結晶基板之光裝置晶圓的立體圖；圖2所示為將圖1所示之光裝置晶圓黏貼於裝設在環狀框架的切割膠帶上之狀態的立體圖；圖3是用於實施潛盾型通孔形成步驟之雷射加工裝置的主要部位立體圖；圖4(a)~(e)是潛盾型通孔形成步驟的說明圖；圖5是顯示聚光透鏡的數值孔徑(NA)和光裝置晶圓的折射率(n)和數值孔徑(NA)除以折射率(n)之值(S=NA/n)之關係的圖；圖6是顯示在藍寶石基板和碳化矽(SiC)基板和氮化鎵(GaN)基板中形成潛盾型通孔的狀態下的脈衝雷射光線的 能量和潛盾型通孔的長度之關係的圖表；圖7是用於將形成潛盾型通孔的光裝置晶圓分割成一個個的光裝置的分割裝置的立體圖；以及圖8(a)~(c)是以圖7所示的分割裝置實施之晶圓分割步驟的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，就本發明的晶圓之加工方法，將參照附加圖式，作更詳細的說明。
圖1中所示為以本發明的雷射加工方法所加工的作為單結晶基板之光裝置晶圓2的立體圖。圖1所示之光裝置晶圓2，是在厚度為300μm的藍寶石基板的表面2a，將發光二極體、雷射二極體等複數個光裝置21形成為矩陣狀。並且，各光裝置21是透過形成格子狀的分割預定線22而被劃分。
針對為了將上述光裝置晶圓2沿分割預定線22分割，而沿分割預定線22施行雷射加工的雷射加工方法作說明。
首先，實施將光裝置晶圓2黏貼於裝設在環狀框架的切割膠帶表面的晶圓支撐步驟。亦即，如圖2所示，將光裝置晶圓2的表面2a黏貼到將外周部裝設於環狀框架3以覆蓋環狀框架3的內側開口部的切割膠帶30的表面。因此，黏貼在切割膠帶30的表面的光裝置晶圓2變成背面2b在上側。
圖3所示為，沿實施過上述晶圓支撐步驟的光裝 置晶圓2的分割預定線22施行雷射加工的雷射加工裝置的主要部位。圖3所示之雷射加工裝置4具備，保持被加工物之夾頭台41、對保持在該夾頭台41上的被加工物照射雷射光線的雷射光線照射機構42，及拍攝保持在該夾頭台41上的被加工物的攝像機構43。夾頭台41構成為可吸引保持被加工物，並變成可藉由圖未示之加工傳送機構使其可在圖3中以箭形符號X表示的加工傳送方向上移動，同時可藉由圖未示之分度傳送機構使其可在圖3中以箭形符號Y表示的分度傳送方向上移動。
上述雷射光線照射機構42包含實質上配置成水平的圓筒形套管421。套管421內配設有圖未示之具備脈衝雷射光線振盪器和重複頻率設定機構的脈衝雷射光線振盪機構。在上述套管421的前端部裝設有聚光器422，其具備用於將從脈衝雷射光線振盪機構所振盪產生的脈衝雷射光線聚集之聚光透鏡422a。該聚光器422之聚光透鏡422a是以如下方式設定數值孔徑(NA)。亦即，聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)是設定成將數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值在0.05~0.2的範圍(數值孔徑設定步驟)。再者，雷射光線照射機構42具備用於調整經由聚光器422之聚光透鏡422a聚光之脈衝雷射光線的聚光點位置的聚光點位置調整機構(圖未示)。
裝設在構成上述雷射光線照射機構42之套管421的前端部的攝像機構43，除了透過可見光進行拍攝之通常的攝像元件(CCD)外，還可由用於對被加工物照射紅外線之 紅外線照明機構、捕捉由該紅外線照明機構所照射的紅外線的光學系統，及可輸出與該光學系統所捕捉之紅外線對應的電氣信號的攝像元件(紅外線CCD)等所構成，並可將所拍攝的影像信號傳送到圖未示之控制機構。
使用上述雷射加工裝置4，以沿實施過上述晶圓支撐步驟的光裝置晶圓2的分割預定線22施行雷射加工時，要實施定位步驟，並將聚光透鏡和單結晶基板相對地定位在光軸方向上以將脈衝雷射光線的聚光點定位在作為單結晶基板的光裝置晶圓2的厚度方向之預定位置。
首先，將黏貼有光裝置晶圓2的切割膠帶30側載置於上述圖3所示之雷射加工裝置4的夾頭台41上。並且，藉由作動圖未示之吸引機構，以透過切割膠帶30將光裝置晶圓2保持在夾頭台41上(晶圓保持步驟)。因此，保持在夾頭台41上的光裝置晶圓2變成背面2b在上側。再者，在圖3中雖然將裝設有切割膠帶30的環狀框架3省略表示，但環狀框架3會受到配置在夾頭台41上的適合的框架保持機構保持。這樣做，可透過圖未示之加工傳送機構將吸引保持光裝置晶圓2的夾頭台41定位至攝像機構43的正下方。
當將夾頭台41定位至攝像機構43的正下方時，則可實行校準作業，以利用攝像機構43以及圖未示之控制機構檢測出光裝置晶圓2的應當雷射加工之加工區域。亦即，攝像機構43和圖未示之控制機構會實行用於使在光裝置晶圓2之第1方向上形成的分割預定線22，和沿該分割預定線22照射雷射光線之雷射光線照射機構42的聚光器422的位 置相對齊之型樣匹配(pattern matching)等的影像處理，以進行雷射光線照射位置的校準(校準步驟)。又，對與光裝置晶圓2之上述第1方向直交的方向上所形成的分割預定線22，也同樣地進行雷射光線照射位置的校準。此時，雖然光裝置晶圓2形成有分割預定線22的表面2a位於下側，但是由於攝像機構43是具有如上述之由紅外線照明機構和可捕捉紅外線的光學系統以及可輸出對應紅外線之電氣信號的攝像元件(紅外線CCD)等所構成的攝像機構，故可從背面2b穿透以拍攝分割預定線22。
若實施了上述校準步驟，則可如圖4所示地將夾頭台41移動至照射雷射光線的雷射光線照射機構42的聚光器422所處的雷射光線照射區域，並使預定之分割預定線22定位於聚光器422的正下方。此時，是將圖4(a)所示之光裝置晶圓2，定位成分割預定線22的一端(圖4(a)之左端)位於聚光器422的正下方。並且，作動圖未示之聚光點位置調整機構而沿光軸方向移動聚光器422以將聚光器422之聚光透鏡422a聚集之脈衝雷射光線LB形成的聚光點P定位於作為單結晶基板的光裝置晶圓2的厚度方向的預定位置(定位步驟)。再者，在本實施形態中，是將脈衝雷射光線的聚光點P設定在與光裝置晶圓2的脈衝雷射光線射入側(背面2b側)為相反側之面(表面2a)相鄰的內側處。
若已實施了上述定位步驟，則可實施潛盾型通孔形成步驟，作動雷射光線照射機構42並從聚光器422照射脈衝雷射光線LB，以在定位於光裝置晶圓2的聚光點P和脈衝 雷射光線射入側(背面2b側)之間，使細孔和屏蔽該細孔的非晶質形成，而形成潛盾型通孔。亦即，一邊從聚光器422照射對構成光裝置晶圓2的藍寶石基板具有穿透性波長的脈衝雷射光線LB，一邊使夾頭台41在圖4(a)之箭形符號X1所示的方向上以預定的傳送速度移動(潛盾型通孔形成步驟)。並且，如圖4(b)所示，當雷射光線照射機構42的聚光器422的照射位置抵達分割預定線22的另一端(圖4(b)之右端)時，則停止脈衝雷射光線之照射，同時停止夾頭台41的移動。
藉由實施上述潛盾型通孔形成步驟，在光裝置晶圓2的內部，會如圖4(d)所示地讓細孔231和形成於該細孔231周圍的非晶質232從將脈衝雷射光線LB的聚光點P定位的表面2a(下表面)側成長延伸到為照射面之背面2b(上表面)，而沿分割預定線22以預定的間隔(在本實施形態中為10μm的間隔(加工傳送速度：500mm/秒)/(重複頻率：50kHz))形成非晶質的潛盾型通孔23。該潛盾型通孔23是如圖4(d)及(e)所示地，由形成於中心的直徑為φ 1μm左右的細孔231和形成於該細孔231周圍的直徑為φ 10μm的非晶質232所構成，在本實施形態中是將相鄰的非晶質232彼此形成相連接的狀態。再者，在上述潛盾型通孔形成步驟所形成的非晶質潛盾型通孔23，由於可從光裝置晶圓2的表面2a(下表面)側延伸到為照射面之背面2b(上表面)而形成，故即使晶圓的厚度厚也可以只照射1次脈衝雷射光線，因而變得生產性相當良好。又，由於在潛盾型通孔形成步驟中不會有 碎片飛散，因此也可以解決導致裝置品質降低的問題。
如上所述，要沿預定的分割預定線22實施上述潛盾型通孔形成步驟時，是讓夾頭台41在箭形符號Y所表示的方向上只分度移動了光裝置晶圓2上所形成的分割預定線22的間隔量(分度步驟)，以進行上述潛盾型通孔形成步驟。如此進行而沿著在第1方向上形成的所有分割預定線22都實施了上述潛盾型通孔形成步驟時，可將夾頭台41旋轉90度，並沿著在相對於上述第1方向上形成的分割預定線22直交的方向上延伸的分割預定線22實行上述潛盾型通孔形成步驟。
在上述潛盾型通孔形成步驟中，要形成良好的潛盾型通孔23，重要的是要如上所述地將聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)設定成數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值(S)在0.05~0.2的範圍。
在此，就數值孔徑(NA)和折射率(n)和數值孔徑(NA)除以折射率(n)之值(S=NA/n)的關係，參照圖5作說明。於圖5中是讓射入聚光透鏡422a的脈衝雷射光線LB相對於光軸形成角度(θ)而被聚光。此時，sinθ為聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)(NA=sinθ)。將透過聚光透鏡422a聚光的脈衝雷射光線LB照射到由單結晶基板所形成的光裝置晶圓2時，構成光裝置晶圓2的單結晶基板由於密度比空氣高，故脈衝雷射光線LB會從角度(θ)折射成角度(α)並被聚光成聚光點P。此時，相對於光軸的角度(α)會依構成光裝置晶圓2的單結晶基板的折射率(n)而不同。由於折射率(n)為(n=sinθ/sin α)，故數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值(S=NA/n)會變成sinα。因此，重要的是要將sinα設定在0.05~0.2的範圍(0.05≦sinα≦0.2)。
以下，就將聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值(S=NA/n)設定在0.05~0.2的範圍的理由進行說明。
[實驗1-1]
將厚度1000μm的藍寶石(Al2O3)基板(折射率：1.7)以如下的加工條件形成潛盾型通孔，並判定潛盾型通孔的好壞。
加工條件
波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈波寬度：10ps
平均輸出：3W
聚光點點徑：φ 10μm
加工傳送速度：500mm/秒
聚光透鏡之數值孔徑
如以上所述，於藍寶石基板(折射率：1.7)中，是藉由將聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)設定成數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值(S=NA/n)在0.05~0.2的範圍，以形成潛盾型通孔。因此，於藍寶石基板(折射率：1.7)中，重要的是要將聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)設定成0.1~0.35。
[實驗1-2]
將厚度1000μm的碳化矽(SiC)基板(折射率：2.63)以如下的加工條件形成潛盾型通孔，並判定潛盾型通孔的好壞。
加工條件
波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈波寬度：10ps
平均輸出：3W
聚光點點徑：φ 10μm
加工傳送速度：500mm/秒
聚光透鏡之數值孔徑
如以上所述，於碳化矽(SiC)基板(折射率：2.63)中，是藉由將聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值(S=NA/n)設定在0.05~0.2的範圍，以形成潛盾型通孔。因此，於碳化矽(SiC)基板中，重要的是要將聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)設定成0.15~0.55。
[實驗1-3]
將厚度1000μm的氮化鎵(GaN)基板(折射率：2.3)以如下的加工條件形成潛盾型通孔，並判定潛盾型通孔的好壞。
加工條件
波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈波寬度：10ps
平均輸出：3W
聚光點點徑：φ 10μm
加工傳送速度：500mm/秒
聚光透鏡之數值孔徑
如以上述，於氮化鎵(GaN)基板中，是藉由將聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值(S=NA/n)設定在0.05~0.2的範圍，以形成潛盾型通孔。因此，於氮化鎵(GaN)基板中，重要的是要將聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)設定成0.1~0.5。
再者，由於是將潛盾型通孔從聚光點P形成到照射雷射光線之側，故必須將脈衝雷射光線的聚光點定位在和照射脈衝雷射光線之側為相反側之面相鄰的內側處。
由上述實驗1-1、實驗1-2、實驗1-3可以確認到， 藉由將聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡422a的數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值(S=NA/n)設定在0.05~0.2的範圍，可以形成潛盾型通孔。
接著，就脈衝雷射光線的能量和潛盾型通孔的長度之相關關係進行檢討。
[實驗2]
以如下的加工條件將脈衝雷射光線照射到厚度為1000μm的藍寶石(Al2O3)基板、碳化矽(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板上，並求出脈衝雷射光線的能量(μJ/1個脈衝)和潛盾型通孔的長度(μm)的關係。
加工條件
波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈波寬度：10ps
聚光點點徑：φ 10μm
加工傳送速度：500mm/秒
從0.05W(1μJ/1個脈衝)的平均輸出間隔地使平均輸出上升直到形成潛盾型通孔，並於形成潛盾型通孔後從0.5W(10μJ/1脈衝)間隔地使平均輸出上升到10W(200μJ/1個脈衝)，以量測潛盾型通孔的長度(μm)。
如上述可知，將在藍寶石(Al2O3)基板、碳化矽(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板中形成潛盾型通孔的狀態下的脈衝雷射光線的能量(μJ/1個脈衝)和潛盾型通孔的長度(μ m)通過圖6所示的圖表來表示，並在脈衝雷射光線的能量為5μ.J/1個脈衝以上，及將潛盾型通孔的長度設為Y(μm)，將脈衝雷射光線的能量設為X(μJ/1個脈衝)時，會具有Y=(3.0~4.0μm/μJ)X+50μm的相關關係。因此，在厚度500μm的藍寶石(Al2O3)基板的情況中，將潛盾型通孔的長度設定成單結晶基板的厚度的脈衝雷射光線的能量會變成160μJ/1個脈衝以上。
接著，就脈衝雷射光線的波長和潛盾型通孔的形成狀況進行檢討。
[實驗3-1]
將厚度1000μm的藍寶石基板以如下的加工條件並在將脈衝雷射光線的波長依2940nm、1550nm、1030nm、515nm、343nm、257nm、151nm降低下去的情況下，驗證是否可以在能帶間隙8.0eV(換算波長：155nm)的藍寶石基板中形成潛盾型通孔。
加工條件
波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈波寬度：10ps
平均輸出：3W
聚光點點徑：φ 10μm
加工傳送速度：500mm/秒
如以上所述，可以確認到在藍寶石基板中，將脈衝雷射光線的波長設定成對應於能帶間隙8.0eV之波長(換算波長：155nm)的2倍以上時，可形成的潛盾型通孔。
[實驗3-2]
將厚度1000μm的碳化矽(SiC)基板以如下的加工條件並在將脈衝雷射光線的波長依2940nm、1550nm、1030nm、515nm、257nm降低下去的情況下，驗證是否可以在能帶間隙2.9eV(換算波長：425nm)的碳化矽(SiC)基板中形成潛盾型通孔。
加工條件
波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈波寬度：10ps
平均輸出：3W
聚光點點徑：φ 10μm
加工傳送速度：500mm/秒
波長(nm) 潛盾型通孔的好壞
如以上所述，可以確認到在碳化矽(SiC)基板中，將脈衝雷射光線的波長設定成對應於能帶間隙2.9eV之波長(換算波長：425nm)的2倍以上時，可形成潛盾型通孔。
[實驗3-3]
將厚度1000μm的氮化鎵(GaN)基板以如下的加工條件並在將脈衝雷射光線的波長依2940nm、1550nm、1030nm、515nm、257nm降低下去的情況下，驗證是否可以在能帶間隙3.4eV(換算波長：365nm)的氮化鎵(GaN)基板中形成潛盾型通孔。
加工條件
波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈波寬度：10ps
平均輸出：3W
聚光點點徑：φ 10μm
加工傳送速度：500mm/秒
如以上所述，可以確認到在氮化鎵(GaN)基板中，將脈衝雷射光線的波長設定成對應於能帶間隙3.4eV之波長(換算波長：365nm)的2倍以上時，可形成潛盾型通孔。
由上述的實驗3-1、實驗3-2、實驗3-3可知，將脈衝雷射光線的波長設定成對應於單結晶基板的能帶間隙之波長的2倍以上時，可形成潛盾型通孔。
當已實施過上述潛盾型通孔形成步驟時，實施晶圓分割步驟，賦予光裝置晶圓2外力以沿連續形成由細孔231和形成於該細孔231周圍的非晶質232所構成的潛盾型通孔23而成的分割預定線22將光裝置晶圓2分割成一個個的光裝置21。晶圓分割步驟是用圖7所示的分割裝置6實施。圖7所示的分割裝置6具備保持上述環狀框架3的框架保持機構61、將裝設於該框架保持機構61所保持的環狀框架3中的光裝置晶圓2擴張的膠帶擴張機構62，以及拾取式夾頭63。框架保持機構61是由環狀的框架保持構件611，和配置在該框架保持構件611的外周緣之作為固定機構的複數個夾具612所構成。框架保持構件611之上表面形成有載置環狀框架3的載置面611a，並將環狀框架3載置於該載置面611a上。並且，被載置於載置面611a上的環狀框架3是透過夾具612固定於框架保持構件611。如此所構成的框架保持機構61被支撐成可透過膠帶擴張機構62沿上下方向作進 退。
膠帶擴張機構62具備配置在上述環狀的框架保持構件611內側的擴張滾筒621。這個擴張滾筒621具有比環狀框架3的內徑小、比貼在裝設於該環狀框架3的切割膠帶30上的半導體晶圓2的外徑大的內徑及外徑。又，擴張滾筒621，於下端設有支撐凸緣622。膠帶擴張機構62具備可於上下方向上進退上述環狀的框架保持構件611的支撐機構623。這個支撐機構623是由配置於上述支撐凸緣622上的複數個氣缸(air cylinder)623a所形成，並將其活塞桿(piston rod)623b連結至上述環狀的框架保持構件611的下面。如此由複數個氣缸623a所構成的支撐機構623，使環狀的框架保持構件611可在如圖8(a)所示地載置面611a與擴張滾筒621的上端成大致相同高度的基準位置，和如圖8(b)所示地距離擴張滾筒621的上端預定量下方的擴張位置之間沿上下方向移動。
就有關使用如以上所構成的分割裝置6而實施的晶圓分割步驟，參照圖8進行說明。亦即，將裝設有貼著半導體晶圓2的切割膠帶30的環狀框架3，如圖8(a)所示地載置於構成框架保持機構61的框架保持構件611的載置面611a上，並透過夾具612固定於框架保持構件611(框架保持步驟)。此時，框架保持構件611定位於圖8(a)所示的基準位置。接著，作動作為構成膠帶擴張機構62之支撐機構623的複數個氣缸623a，以使環狀的框架保持構件611下降至圖8(b)所示的擴張位置。因此，因為固定在框架保持構件611 之載置面611a上的環狀框架3也會下降，而可如圖8(b)所示地使裝設於環狀框架3的切割膠帶30接觸擴張滾筒621的上端緣而被擴張(膠帶擴張步驟)。其結果為，由於拉張力會放射狀地作用在貼設於切割膠帶30的半導體晶圓2上，故會沿著連續形成上述潛盾型通孔23而使其強度降低的分割預定線22被分離成一個個的光裝置21，同時在光裝置21之間形成間隔S。
接著，如圖8(c)所示地作動拾取式夾頭63以將光裝置21吸附、從切割膠帶30剝離並拾取、搬送至圖未示的托盤或黏晶(die bonding)步驟。再者，在拾取步驟中，如上所述地因為貼在切割膠帶30上的一個個的光裝置21之間的間隙S會被擴大，所以不會與相鄰的裝置21接觸，而可以容易地進行拾取。

Claims (9)

  1. 一種雷射加工方法，是對單結晶基板照射脈衝雷射光線以施行加工的雷射加工方法，其特徵為包含：數值孔徑設定步驟，設定聚光透鏡的數值孔徑(NA)以讓聚集脈衝雷射光線的聚光透鏡的數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(n)之值成為在0.05~0.2的範圍；定位步驟，將聚光透鏡和單結晶基板相對地定位在光軸方向上以將脈衝雷射光線的聚光點定位在單結晶基板的厚度方向的預定位置；及潛盾型通孔形成步驟，照射脈衝雷射光線，以在定位於單結晶基板的聚光點和脈衝雷射光線射入側之間，使細孔和屏蔽該細孔的非晶質成長，而形成潛盾型通孔。
  2. 如請求項1所述的雷射加工方法，其中，在該定位步驟中，是將聚光點定位在與單結晶基板的脈衝雷射光線照射側為相反側之面相鄰的內側處。
  3. 如請求項1所述的雷射加工方法，其中，在該潛盾型通孔形成步驟中，是沿設定於單結晶基板的分割預定線形成複數個潛盾型通孔。
  4. 如請求項3所述的雷射加工方法，其中，該複數個潛盾型通孔是形成為使相鄰的非晶質彼此連接。
  5. 如請求項1所述的雷射加工方法，其中，將脈衝雷射光線的能量設定成可讓該潛盾型通孔的長度為單結晶基 板的厚度。
  6. 如請求項1所述的雷射加工方法，其中，做出脈衝雷射光線的能量和該潛盾型通孔的長度的相關關係，並設定對應於欲形成的該潛盾型通孔的長度之脈衝雷射光線的能量。
  7. 如請求項6所述的雷射加工方法，其中，脈衝雷射光線的能量為5μJ/1個脈衝以上，並將該潛盾型通孔的長度設為Y(μm)，將脈衝雷射光線的能量設為X(μJ/1個脈衝)時，具有Y=(3.0~4.0μm/μJ)X+50μm的相關關係。
  8. 如請求項1所述的雷射加工方法，其中，是將脈衝雷射光線的波長設定成對應於單結晶基板的能帶間隙之波長的2倍以上。
  9. 如請求項1所述的雷射加工方法，其中，在該數值孔徑設定步驟中，單結晶基板為藍寶石(Al2O3)基板時將聚光透鏡的數值孔徑(NA)設定為0.1~0.35，單結晶基板為碳化矽(SiC)基板時將聚光透鏡的數值孔徑(NA)設定成0.15~0.55，單結晶基板為氮化鎵(GaN)基板時將聚光透鏡的數值孔徑(NA)設定成0.1~0.5。
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