TWI736760B - 晶圓加工方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供晶圓加工方法， 依據該方法，不會有碎片飛散而造成光元件品質低劣的問題，並且能解決下述問題：連續形成改質層並施以外力將晶圓分割成一個個光元件時，不能從正面向背面傾斜地分割而形成垂直式側壁的問題；以及連續形成潛盾通道時，因先前形成的潛盾通道導致下一道雷射光線散射，使正面所形成的發光層損傷的問題。[解決手段] 一種晶圓加工方法，包含：潛盾通道形成步驟，將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點從晶圓背面定位於和分割預定線對應的區域，且將脈衝雷射光線照射於晶圓，將由複數個細孔及圍繞各細孔的非晶質所形成的複數潛盾通道按預定間隔形成分割預定線；改質層形成步驟，將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點從晶圓背面定位於分割預定線内部，且將脈衝雷射光線照射於晶圓，而在鄰接的潛盾通道間形成改質層；及分割步驟，對晶圓施以外力將晶圓分割成複數個光元件晶片。

Description

晶圓加工方法
本發明係關於在藍寶石基板正面層積發光層，並將在藉分割預定線劃分的各區域形成有光元件的晶圓分割成一個個光元件晶片的晶圓加工方法。
在藍寶石基板的正面層積發光層（Epi層），並將在藉複數條分割預定線劃分的各區域形成有光元件（LED）的晶圓分割成一個個光元件晶片，分割所得的光元件晶片則被利用於照明裝置、個人電腦、行動電話等電氣設備。藍寶石因摩斯硬度高，難以用切削刀片在藍寶石基板上施行切斷，故用雷射加工裝置形成分割起點。
雷射加工裝置存在有下述類型：將對藍寶石具吸收性波長的雷射光線照射於分割預定線，施行燒蝕加工，而將晶圓分割成一個個元件晶片的類型（參照例如專利文獻1）；將對藍寶石具穿透性波長的雷射光線之聚光點定位於和分割預定線對應的内部，且將雷射光線照射於晶圓而連續形成改質層，而將晶圓分割成一個個元件晶片的類型（參照例如專利文獻2）；以及使用數值孔徑（NA）除以單晶基板之折射率（n）所得之值為0.05以上0.2以下而具有球面像差的聚光透鏡，將對藍寶石具穿透性波長的雷射光線之聚光點定位於和分割預定線對應的預定位置，且將雷射光線照射於晶圓，連續形成由複數個細孔及圍繞各細孔的非晶質所形成的複數個潛盾通道（shield tunnel），而將晶圓分割成一個個元件晶片的類型（參照例如專利文獻3）。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平10-305420號公報 [專利文獻2]日本特許第3408805號公報 [專利文獻3]日本特開2014-221483號公報
[發明所欲解決的課題] 但，若施以燒蝕加工的類型，會有碎片飛散而使光元件品質降低的問題。另外，將連續形成改質層並施以外力將晶圓分割成一個個光元件晶片時，雖可沿著分割預定線直線地分割晶圓，但會因藍寶石的結晶方向而從正面向背面傾斜地分割，有無法形成垂直式側壁的問題。而且，連續形成複數個潛盾通道，並施以外力而將晶圓分割成一個個元件晶片時，雖可將晶圓垂直地分割，但會因先前形成的潛盾通道而使下一道雷射光線散射，使形成於晶圓正面的發光層損傷的問題。
因此，本發明之目的在提供晶圓加工方法，依該加工方法不會有碎片飛散而造成光元件品質低劣的問題，並且可解決下述問題：連續形成改質層並施以外力將晶圓分割成一個個光元件時，不能從正面向背面傾斜地分割而形成垂直側壁的問題；以及，連續形成潛盾通道時，因先前形成的潛盾通道而使下一道雷射光線散射，使形成在正面的發光層損傷的問題。
[解決課題的技術手段] 依據本發明，係提供一種晶圓加工方法，其在藍寶石基板之正面層積有發光層，將藉互相交叉的複數條分割預定線劃分於該發光層的各區域上分別形成光元件的晶圓分割成一個個光元件晶片，該晶圓加工方法具備：潛盾通道形成步驟，將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點從晶圓背面定位於和分割預定線對應的區域，且將脈衝雷射光線照射於晶圓，而將由複數個細孔及圍繞各細孔的非晶質所構成的複數個潛盾通道按預定間隔形成於分割預定線；及改質層形成步驟，將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點從晶圓背面定位於分割預定線之内部，且將脈衝雷射光線照射於晶圓，而在鄰接的潛盾通道間形成改質層；及分割步驟，對晶圓施以外力，將晶圓分割成複數顆光元件晶片。
[發明功效] 若依本發明的晶圓加工方法，係藉複數個潛盾通道形成從晶圓背面至正面的垂直型分割起點，同時可藉形成在潛盾通道與潛盾通道之間的改質層沿著分割預定線形成分割起點，故將晶圓分割成一個個光元件晶片時，被分割的光元件晶片之側面會成為從正面至背面的垂直型面，同時成為順沿分割預定線之面。 因此，本發明的晶圓加工方法中，因不進行燒蝕加工，故沒有碎片飛散導致光元件品質降低的問題，同時可解決下述問題：連續形成改質層並施以外力將晶圓分割成一個個光元件晶片時，沒有從正面向背面傾斜分割而無法形成垂直式側壁的問題；以及，連續形成複數個潛盾通道時，因先前形成的潛盾通道而使下一道雷射光線散射，使形成於晶圓正面的發光層損傷的問題。
（第1實施例） 以下參照圖示就本發明晶圓加工方法的實施形態加以說明。
如圖1所示，在由厚度為500μm程度的圓盤狀藍寶石（Al2 O3 ）基板所形成的晶圓2之正面2a（藍寶石基板之正面）層積有厚度10μm程度的發光層（無圖示），並藉格子狀的分割預定線4加以劃分而形成有複數個矩形光元件（LED）6。在晶圓2的周緣形成有顯示結晶方向的定向平面（orientation flat）8，格子狀的分割預定線4係以和定向平面8平行的複數條第一分割預定線4a、及和定向平面8正交的複數條第二分割預定線4b所構成。再者，圖1（b）中表示有未形成光元件6的晶圓2之背面2b側。
本實施形態中，首先係實施潛盾通道形成步驟，該步驟係將對藍寶石基板具穿透性波長的雷射光線之聚光點從晶圓2的背面2b定位於和分割預定線4對應的區域，且將雷射光線照射於晶圓2，將由複數個細孔及圍繞各細孔的非晶質形成的複數個潛盾通道按預定間隔形成於分割預定線4。潛盾通道形成步驟可使用其一部分表示在例如圖2的第一雷射加工裝置10來實施。第一雷射加工裝置10具備：卡盤台（無圖示），用以保持工件；聚光器12，將脈衝雷射光線LB1照射在保持於卡盤台的工件；及攝像手段（無圖示），拍攝卡盤台上所保持的工件。以將工件吸附在上表面的方式構成的卡盤台係藉旋轉手段以延伸於上下方向的軸線為中心進行旋轉，同時藉X方向移動手段進退於X方向，藉Y方向移動手段進退於Y方向（均無圖示）。聚光器12包含用以將第一雷射加工裝置10的脈衝雷射振盪器（無圖示）振盪所得的脈衝雷射光線LB1會聚並照射到工件的聚光透鏡（無圖示）。聚光器12的聚光透鏡之數值孔徑（NA）係設定在將數值孔徑（NA）除以工件之折射率n所得之值為0.05以上0.2以下。本實施方式中，因係從折射率n為1.7的藍寶石（Al2 O3 ）基板形成晶圓2，故聚光器12的聚光透鏡之數值孔徑（NA）係設定在0.085以上0.34以下。攝像手段包含：一般攝像元件（CCD），以可見光拍攝工件；紅外線照射手段，對工件照射紅外線；光學系統，將藉紅外線照射手段所照射的紅外線加以捕集；及攝像元件（紅外線CCD），將和光學系統所捕集的紅外線對應的電訊號輸出（以上各項均無圖示）。再者，X方向係指圖2中以箭號X表示的方向，Y方向為圖2中以箭號Y表示且和X方向正交的方向。X方向及Y方向所界定的平面係實質上呈水平。
再參照圖2繼續說明，在潛盾通道形成步驟中，首先係使晶圓2的背面2b朝上，將晶圓2吸附在第一雷射加工裝置10的卡盤台上表面。接著，用第一雷射加工裝置10的攝像手段（無圖示）從上方拍攝晶圓2。然後，根據攝像手段所拍攝的晶圓2影像，藉由用第一雷射加工裝置10的X方向移動手段、Y方向移動手段及旋轉手段使卡盤台移動及旋轉，將晶圓2之朝向調整為預定的方向，同時調整晶圓2及聚光器12在XY平面中的位置。在調整晶圓2之朝向時，如圖2所示，係藉由將定向平面8朝X方向整合，將第一分割預定線4a朝X方向整合，同時將第二分割預定線4b朝Y方向整合。另外，在調整晶圓2與聚光器12在XY平面中的位置時，可將聚光器12定位在朝X方向整合的第一分割預定線4a的一邊端部之上方。此時，雖晶圓2的背面2b係朝上，而形成有分割預定線4的晶圓2之正面2a係朝下，惟如上所述，因攝像手段係包含：紅外線照射手段、可捕集紅外線的光學系統、及將和紅外線對應之電訊號輸出的攝像元件（紅外線CCD），故可從晶圓2的背面2b透過而拍攝正面2a的分割預定線4，因此，可將聚光器12定位於第一分割預定線4a的一邊端部之上方。接著，用第一雷射加工裝置10之聚光點位置調整手段（無圖示）使聚光器12朝光軸方向移動，將聚光點從晶圓2的背面2b定位於和第一分割預定線4a對應的區域。其次，使晶圓2與聚光點相對地朝X方向移動，同時將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線LB1從聚光器12照射至晶圓2施行潛盾通道形成加工。本實施方式的潛盾通道形成加工中，不是使聚光點移動，而是藉X方向移動手段將卡盤台以預定的加工進給速度朝X方向加工進給到聚光點。接著，使晶圓2與聚光點相對地朝Y方向分度進給（index feeding）第一分割預定線4a的間隔量。本實施方式中，分度進給時，不是使聚光點移動，而是藉Y方向移動手段將卡盤台朝Y方向分度進給第一分割預定線4a的間隔量到聚光點。然後，藉由反復交替進行潛盾通道形成加工及分度進給，將朝X方向整合的第一分割預定線4a全部施行潛盾通道形成加工。接著藉旋轉手段使卡盤台旋轉90度後，反覆交替潛盾通道形成加工及第二分割預定線4b之間隔量的分度進給，而在全部第二分割預定線4b也施行潛盾通道形成加工。這種潛盾通道形成步驟可以例如下述的加工條件實施。再者，下述的散焦係為聚光器12從脈衝雷射光線LB1的聚光點定位於晶圓2之背面2b的狀態起算的移動量，數值之前所加註的「－」係為將聚光器12朝負光軸方向（接近晶圓2的方向）移動之意。 脈衝雷射光線之波長 ：1030nm 脈衝寬度 ：10ps 重複頻率 ：10kHz 聚光透鏡之數值孔徑（NA） ：0.25 平均輸出 ：0.2W 散焦 ：－45μm 聚光點直徑 ：5μm 加工進給速度 ：300mm／s
潛盾通道形成步驟進行後，如圖3（a）所示，即可按預定間隔L1將從晶圓2之背面2b至正面2a的複數個潛盾通道14形成為分割預定線4。如圖3（b）所示，對晶圓2垂直延伸的潛盾通道14係由直徑1μm程度的細孔16、及圍繞細孔16而直徑為5μm程度的非晶質18所構成。另外，有關沿著分割預定線4形成的潛盾通道14的間隔L1，在例如上述加工條件中，因卡盤台的加工進給速度V1為300mm／s，脈衝雷射光線LB1的重複頻率F1為10kHz，故間隔L1為 L1＝V1／F1 　＝300mm／s÷10kHz 　＝30μm 因此，由於鄰接的潛盾通道14間隔充分，不會因先前形成的潛盾通道14造成下一道脈衝雷射光線LB1散射而損傷發光層。
潛盾通道形成步驟實施後，將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點從晶圓2之背面2b定位於分割預定線4之内部，且照射脈衝雷射光線，而實施在藉潛盾通道14形成的預定間隔中形成改質層的改質層形成步驟。改質層形成步驟可用例如圖4的一部分所示的第二雷射加工裝置20來實施。第二雷射加工裝置20具備：卡盤台（無圖示），用以保持工件；聚光器22，對卡盤台所保持的工件照射脈衝雷射光線LB2；及攝像手段（無圖示），對卡盤台所保持的工件進行拍攝。上表面中，以吸附工件的方式構成的卡盤台係以上下方向延伸的軸線為中心藉旋轉手段旋轉，同時藉X方向移動手段朝X方向進退，藉Y方向移動手段朝Y方向進退（均無圖示）。聚光器22包含用以將第二雷射加工裝置20的脈衝雷射振盪器（無圖示）振盪所生的脈衝雷射光線LB2會聚並照射於工件的聚光透鏡（無圖示）。攝像手段包含：一般攝像元件（CCD），以可見光拍攝工件；紅外線照射手段，對工件照射紅外線；光學系統，將藉紅外線照射手段所照射的紅外線加以捕集；及攝像元件（紅外線CCD），將和光學系所捕集的紅外線對應的電訊號輸出（均無圖示）。再者，X方向為以箭號X標示於圖4的方向，Y方向為以箭號Y標示於圖4，且和X方向正交的方向。X方向及Y方向所界定的平面係實質上呈水平。
參照圖4繼續說明。改質層形成步驟中，首先係將晶圓2的背面2b朝上，使晶圓2吸附在第二雷射加工裝置20的卡盤台上表面。接著，用第二雷射加工裝置20的攝像手段（無圖示）從上方拍攝晶圓2。接著，根據用攝像手段拍攝所得的晶圓2之影像，藉第二雷射加工裝置20的X方向移動手段、Y方向移動手段及旋轉手段使卡盤台移動及旋轉，將晶圓2之朝向調整為預定的方向，同時調整晶圓2及聚光器22在XY平面中的位置。在調整晶圓2的朝向時，如圖4所示，係藉由將定向平面8朝X方向整合、將第一分割預定線4a朝X方向整合，同時將第二分割預定線4b朝Y方向整合。另外，調整晶圓2及聚光器22在XY平面中的位置時，係將聚光器22定位於朝X方向整合的第一分割預定線4a的一邊端部之上方。此時，雖將晶圓2的背面2b朝上，形成有分割預定線4的正面2a朝下，但卻和第一雷射加工裝置10的攝像手段相同地，由於在第二雷射加工裝置20的攝像手段中也包含紅外線照射手段、可捕集紅外線的光學系統、及將和紅外線對應的電訊號輸出的攝像元件（紅外線CCD），故光線可從晶圓2的背面2b穿過並拍攝正面2a的分割預定線4，因此，可將聚光器22定位於第一分割預定線4a的一邊端部之上方。接著，以第二雷射加工裝置20的聚光點位置調整手段（無圖示）使聚光器22朝光軸方向移動，將聚光點從晶圓2之背面2b定位於第一分割預定線4a之内部。接著，一面使晶圓2與聚光點相對地移動於X方向，一面將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線LB2從聚光器22照射於晶圓2以施行改質層形成加工。本實施方式中，改質層形成加工不是使聚光點移動，而是將卡盤台以預定的加工進給速度藉由X方向移動手段朝X方向加工進給到聚光點。接著，將晶圓2與聚光點相對地朝Y方向分度進給第一分割預定線4a的間隔量。本實施方式中，分度進給不是移動聚光點，而是藉Y方向移動手段將卡盤台朝Y方向分度進給第一分割預定線4a的間隔量到聚光點。然後，藉由反復交替進行改質層形成加工與分度進給，即可對朝X方向整合的第一分割預定線4a全部施以改質層形成加工。另外，利用旋轉手段使卡盤台旋轉90度後，藉由反覆進行改質層形成加工及第二分割預定線4b之間隔量的分度進給，而對第二分割預定線4b全部施以改質層形成加工。這種改質層形成步驟，可以例如下列的加工條件來實施。 脈衝雷射光線之波長 ：1030nm 脈衝寬度 ：10ps 重複頻率 ：100kHz 聚光透鏡之數值孔徑（NA） ：0.8 平均輸出 ：0.5W 散焦 ：－250μm 聚光點直徑 ：5μm 加工進給速度 ：1000mm／s
進行改質層形成步驟後，如圖5所示，即可按藉複數個潛盾通道14形成的預定間隔L1形成改質層24。藉此方式，即可沿著分割預定線4形成由潛盾通道14及改質層24所構成的分割起點。有關沿著分割預定線4形成的改質層24之間隔L2，在例如上述的加工條件中，因卡盤台的加工進給速度V2為1000mm／s，脈衝雷射光線LB2的重複頻率F2為100kHz，故該間隔L2為 L2＝V2／F2 　＝1000mm／s÷100kHz 　＝10μm ，在間隔L1可形成3個改質層24。
改質層形成步驟實施後，實施對晶圓2施以外力將晶圓2分割成一個個光元件6的分割步驟。例如圖6所示，分割步驟係使晶圓2之正面2a朝上，將晶圓2貼附在周緣固定於環狀框架26的膠帶28，使用一部分圖7所示的分割裝置30即可實施。分割裝置30具備：圓筒狀的基台32，延伸於上下方向；複數個夾具34，在圓周方向保持間隔地附設在基台32之上端側外周面；複數支圓柱狀支持桿36，互相平行地配置在基台32之徑向内方；及推壓構件38，用以推壓複數支持桿36上所搭載的工件。推壓構件38係和支持桿36平行延伸，且如圖7（b）所示，其係形成為寬度隨著朝向下方而逐漸窄縮的三角形。
參照圖7繼續說明，分割步驟中，首先係將膠帶28側朝上，並使第一分割預定線4a定位於支持桿36間，且將環狀框架26安置於基台32的上表面。接著，用複數個夾具34將環狀框架26的外周緣部固定。接著，如圖7（b）所示，從膠帶28側沿著第一分割預定線4a以推壓構件38推壓晶圓2。於是，如圖7（c）所示，沿著第一分割預定線4a形成的潛盾通道14及改質層24即成為分割起點，沿著第一分割預定線4a對晶圓2施行分割。然後，透過一邊使推壓構件38移動第一分割預定線4a的間隔量，一邊藉推壓構件38反覆推壓，而將晶圓2沿著全部第一分割預定線4a分割。接著，解除夾具34的固定，使環狀框架26旋轉90度而將第二分割預定線4b定位於支持桿36間，使環狀框架26安置於基台32的上表面，並用複數個夾具34將環狀框架26的外周緣部固定。接著，藉由一面使推壓構件38移動第二分割預定線4b的間隔量，一面藉推壓構件38反覆推壓，而沿著全部的第二分割預定線4b將晶圓2分割。藉此方式，如圖8所示，即可將晶圓2分割成正面各自形成有光元件6的複數顆晶片。藉由分割步驟以分割預定線4作為起點所分割的部分（分割線）在圖8中係以符號40表示。
如上所述，本實施方式中，藉由實施潛盾通道形成步驟及改質層形成步驟，即可由潛盾通道14形成從晶圓2之背面2b至正面2a的垂直式分割起點，同時可由形成於潛盾通道14與潛盾通道14之間的改質層24沿著分割預定線4形成分割起點，故在分割步驟中將晶圓2分割成一個個光元件晶片時，被分割的光元件晶片的側面即成為從正面至背面的垂直面，同時成為沿分割預定線4的面。因此，在本實施方式中，因不進行燒蝕加工，故沒有碎片飛散使光元件晶片品質降低的問題，並且得以解決：連續形成改質層並施以外力而將晶圓2分割成一個個光元件晶片時，從正面向背面傾斜地分割，而無法形成垂直式側壁的問題；以及，連續形成潛盾通道時，會因先前形成的潛盾通道而使下一道雷射光線散射，對形成於晶圓2之正面2a的發光層造成損傷的問題。
再者，在本實施形態中，雖就實施潛盾通道形成步驟後實施改質層形成步驟的例子作說明，但也可在實施改質層形成步驟後實施潛盾通道形成步驟。另外，本實施方式中，在實施分割步驟時，雖係以晶圓2貼附於固定在環狀框架26之膠帶28的例子作說明，但也可使晶圓2之背面2b朝上，並將晶圓2貼附於固定在環狀框架26的膠帶28來實施潛盾通道形成步驟、改質層形成步驟。而且，本實施形態中，雖就使用分割裝置30實施分割步驟的例子作說明，惟分割步驟也可使用將貼附有晶圓2的膠帶28擴張並使幅射狀張力作用於晶圓2的擴張手段，將晶圓2沿著形成於潛盾通道14及改質層24的分割預定線4分割成一個個光元件晶片。
2‧‧‧晶圓2a‧‧‧晶圓的正面2b‧‧‧晶圓的背面4‧‧‧分割預定線4a‧‧‧第一分割預定線4b‧‧‧第二分割預定線6‧‧‧光元件14‧‧‧潛盾通道16‧‧‧細孔18‧‧‧非晶質24‧‧‧改質層
圖1為晶圓正面側的立體圖（a）及晶圓背面側的立體圖（b）。 圖2為表示潛盾通道形成步驟的實施狀態之立體圖。 圖3為形成有潛盾通道之晶圓的剖面圖（a）及潛盾通道的之立體圖（b）。 圖4為表示改質層形成步驟的實施狀態之立體圖。 圖5為形成有改質層之晶圓的剖面圖。 圖6為透過膠帶裝設在環狀框架之晶圓的立體圖。 圖7為表示分割步驟的實施狀態之剖面圖（a）、局部放大剖面圖（b）及表示晶圓分割狀態的剖面圖（c）。 圖8為表示晶圓沿著分割預定線分割成一個個光元件晶片之狀態的立體圖。
2‧‧‧晶圓
2a‧‧‧晶圓正面
2b‧‧‧晶圓背面
14‧‧‧潛盾通道
24‧‧‧改質層
L2‧‧‧間隔
LB2‧‧‧脈衝雷射光線

Claims (1)

  1. 一種晶圓加工方法，係在藍寶石基板之正面層積有發光層，將藉互相交叉的複數條分割預定線劃分於該發光層的各區域上分別形成光元件的晶圓分割成一個個光元件晶片， 該晶圓加工方法具備： 潛盾通道形成步驟，將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點從晶圓背面定位於和分割預定線對應的區域，且將脈衝雷射光線照射於晶圓，將由複數個細孔及圍繞各細孔的非晶質所構成的複數個潛盾通道按預定間隔形成於分割預定線；及 改質層形成步驟，將對藍寶石基板具穿透性波長的脈衝雷射光線之聚光點從晶圓背面定位於分割預定線的内部，且將脈衝雷射光線照射於晶圓，而在鄰接的潛盾通道間形成改質層；及 分割步驟，對晶圓施以外力，將晶圓分割成複數顆光元件晶片。
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