JP2012104780A - 光デバイスウエーハの分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光デバイスウエーハを効率良く個別デバイスに分割すると共に輝度の低下がない光デバイスウエーハの分割方法を提供する。
【解決手段】サファイア基板の表面に複数の光デバイス１９が分割予定ライン１７によって区画されて形成された光デバイスウエーハ１１を個別デバイスに分割する方法であって、ウエーハの表面に剛性を有するプレートを紫外線硬化型ボンド剤又はワックスを介して貼着する工程と、該貼着工程の前又は後に、ウエーハの表面又は裏面からサファイアに対して透過性を有する波長のレーザ光を分割予定ラインに対応するサファイア基板の内部に集光点を位置づけて照射し、分割予定ラインに対応する基板の内部に改質層２３を形成する工程と、基板裏面を研削した後基板に外力を付与し、基板の内部に形成された改質層を分割起点として光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割すると共に、改質層が除去されるまでサファイア基板を薄く研削する。
【選択図】図８

Description

本発明は、レーザビームを照射して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの分割方法に関する。

サファイア基板、ＳｉＣ基板等の表面に窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体層（エピタキシャル層）を形成し、該半導体層にＬＥＤ等の複数の光デバイスが格子状に形成されたストリート（分割予定ライン）によって区画されて形成された光デバイスウエーハは、モース硬度が比較的高く切削ブレードによる分割が困難であることから、レーザビームの照射によって個々の光デバイスに分割され、分割された光デバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

レーザビームを用いて光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法として、以下に説明する第１及び第２の分割方法が知られている。第１の分割方法は、基板に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザビームを分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により分割の起点となる分割起点溝を形成し、その後外力を付与して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法である（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

第２の分割方法は、基板に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビームの集光点を分割予定ラインに対応する基板の内部に位置づけて、レーザビームを分割予定ラインに沿って照射して基板内部に改質層を形成し、その後外力を付与して改質層を分割起点として光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法である（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。何れの分割方法でも、光デバイスウエーハを確実に個々の光デバイスに分割することができる。

特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２００５−１２３３２９号公報

しかし、基板の内部に改質層を形成する分割方法では、外力を付与して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割すると、改質層が光デバイスの周囲に残存し、光デバイスが発する光の輝度が低下するという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザビームを照射して光デバイスウエーハを効率良く個々の光デバイスに分割できるとともに光デバイスの輝度を低下させることのない光デバイスウエーハの分割方法を提供することである。

本発明によると、サファイア基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの分割方法であって、光デバイスウエーハの表面に剛性を有するプレートを紫外線の照射によって硬化するボンド剤又はワックスを介して貼着する剛性プレート貼着工程と、該剛性プレート貼着工程の前又は後に、光デバイスウエーハの表面又は裏面から、サファイアに対して透過性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに対応するサファイア基板の内部に集光点を位置づけて照射し、分割予定ラインに対応するサファイア基板の内部に改質層を形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程を実施した後、サファイア基板の裏面を研削してサファイア基板に外力を付与し、分割予定ラインに対応するサファイア基板の内部に形成された改質層を分割起点として光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割するとともに、改質層が除去されるまでサファイア基板を薄く研削する裏面研削工程と、を具備したことを特徴とする光デバイスウエーハの分割方法が提供される。

本発明によると、光デバイスウエーハの分割予定ラインに対応するサファイア基板の内部に集光点を位置づけてレーザビームを照射してサファイア基板内部に改質層を形成し、光デバイスウエーハの表面に剛性プレートを貼着してから、サファイア基板の裏面を研削することでサファイア基板に外力を付与し、光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割するとともに、光デバイスの外周領域に残存している改質層を除去するようにしたので、光デバイスの外周領域に欠けを生じさせること無く光デバイスウエーハを円滑に個々の光デバイスに分割できるとともに、分割された光デバイスの輝度を低下させることがない。

本発明の分割方法を実施するのに適したレーザ加工装置の斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 光デバイスウエーハの表面側斜視図である。 光デバイスウエーハの表面に剛性プレートを貼着する様子を示す剛性プレート貼着工程の分解斜視図である。 表面に剛性プレートの貼着された光デバイスウエーハの裏面側からレーザビームを照射してサファイア基板内部に改質層を形成する様子を示す斜視図である。 図５の改質層形成工程を示す断面図である。 剛性プレート貼着工程を実施する前に、光デバイスウエーハの裏面側からレーザビームを照射してサファイア基板内部に改質層を形成する様子を示す斜視図である。 剛性プレート貼着工程を実施する前に、光デバイスウエーハの表面側からレーザビームを照射してサファイア基板内部に改質層を形成する様子を示す斜視図である。 表面側に剛性プレートが貼着され、且つ全ての分割予定ラインに沿ってサファイア基板内部に改質層が形成された状態の斜視図である。 裏面研削工程を示す斜視図である。 裏面研削工程により改質層を分割起点として光デバイスウエーハが分割予定ラインに沿って分割された状態の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の光デバイスウエーハの分割方法を実施するのに適したレーザ加工装置２の斜視図が示されている。

レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハを支持する環状フレームをクランプするクランプ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。

レーザビーム照射ユニット３４のパワー調整手段６８により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６のミラー７０で反射され、更に集光用対物レンズ７２によって集光されてチャックテーブル２８に保持されている光デバイスウエーハ１１に照射される。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。撮像手段３８は、可視光によって光デバイスウエーハ１１の加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

撮像手段３８は更に、光デバイスウエーハ１１に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

図３を参照すると、本発明の分割方法の加工対象となる光デバイスウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。光デバイスウエーハ１１は、サファイア基板１３上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（半導体層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ１１は、エピタキシャル層１５が積層された表面１１ａと、サファイア基板１３が露出した裏面１１ｂとを有している。

サファイア基板１３は、例えばそのサイズがφ２インチで４３０μｍの厚みを有しており、エピタキシャル層１５の厚みは例えば５μｍである。エピタキシャル層１５にはチップサイズ０．３ｍｍ角のＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。

本発明の光デバイスウエーハの分割方法では、まず図４に示すように、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに剛性プレート２１を貼着する剛性プレート２１貼着工程を実施する。剛性プレート２１としては、ガラス又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂を採用することができる。

光デバイスウエーハ１１に剛性プレート２１を貼付する際に使用するボンド剤としては、例えば株式会社スリーボンドが提供する商品名「３０Ｙ−６３２Ｄ−３」と称する紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化温水膨潤タイプの樹脂が好ましい。

このような樹脂を使用することにより、９０℃前後の温水に剛性プレート２１が貼着された光デバイスウエーハ１１を浸漬することにより、後の工程で必要とされる剛性プレート２１から個々の光デバイス１９を無理なく剥離することができる。剛性プレート２１を光デバイスウエーハ１１に貼着するのに、上述したボンド剤に替えてワックスを使用するようにしてもよい。

次いで、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側からレーザビームを照射して、サファイア基板１３の内部に改質層を形成する改質層形成工程を実施する。この改質層形成工程を図１及び図５乃至図６を参照して説明する。

表面に剛性プレート２１が貼着された光デバイスウエーハ１１は、レーザ加工装置のチャックテーブル２８で剛性プレート２１を介して吸引保持され、チャックテーブル２８は図示しない移動機構によって撮像手段３８の直下に位置づけられる。そして、撮像手段３８によって光デバイスウエーハ１１のレーザ加工すべき加工領域を検出するアライメントを実施する。

即ち、撮像手段３８及び制御手段４０は、光デバイスウエーハ１１の第１の方向に伸長する分割予定ライン１７と、該分割予定ライン１７に沿ってレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット３４の集光器３６との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。

次いで、光デバイスウエーハ１１に形成されている第１の方向に対して直交する方向に伸長する分割予定ライン１７に対しても、同様にレーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。

このとき、光デバイスウエーハ１１の分割予定ライン１７が形成されている表面１１ａは下側に位置しているが、撮像手段２８が赤外線ＣＣＤを備えているので、裏面１１ｂ側から透かして分割予定ライン１７を撮像することができる。代替実施形態として、サファイア基板１３は可視光線に対して透明であるので、通常の撮像素子（ＣＣＤ）で撮像しても良い。

以上のようにしてアライメント工程を実施したならば、チャックテーブル２８をレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット３４の集光器３６が位置するレーザビーム照射領域に移動し、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７の一端を集光器３６の直下に位置づける。

そして、図５に示すように、集光器３６により光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂからサファイア基板１３に対して透過性を有する波長のレーザビームを分割予定ライン１７に対応するサファイア基板１３の内部に集光点を位置付けて照射しつつ、チャックテーブル２８を図１でＸ軸方向に所定の送り速度で移動して、サファイア基板１３の内部に改質層２３を形成する。

図６に示すように、パルスレーザビームの集光点を光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ付近に合わせることにより、光デバイスウエーハ１１の裏面近傍の内部に改質層２３が形成される。

改質層２３は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質層２３は溶融再固化層として形成される。改質層２３は光デバイス１９の仕上がり厚みに至らない光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側に形成される。

好ましくは、この改質層２３は分割予定ライン１７に対応するサファイア基板１３の内部に複数段形成する。ｔ１は光デバイス１９の仕上がり厚みであり、改質層２３は光デバイス１９の仕上がり厚みｔ１に至らない光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側に形成される。

この改質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＶＯ４パルスレーザ
波長 ：１０６４ｎｍ
パルスエネルギー ：４０μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
パルス幅 ：２５ｎｓ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スキャン速度 ：１００ｍｍ／ｓ
焦点位置 ：サファイア基板の裏面付近

この改質層形成工程は、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って実施した後、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１の方向と直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って実施する。全ての分割予定ライン１７に沿ってサファイア基板１３の内部に改質層２３を形成した状態の斜視図が図９に示されている。

上述した実施形態では、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに剛性プレート２１を貼着した後に、改質層形成工程を実施しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側からレーザビームを照射して、サファイア基板１３の内部に改質層２３を形成してから、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに剛性プレート２１を貼着するようにしてもよい。

或いは、レーザビームの照射は、図８に示すように、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａ側から行って、サファイア基板１３の内部に改質層２３を形成してから、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに剛性プレート２１を貼着するようにしてもよい。

改質層形成工程実施後、サファイア基板１３の裏面を研削する裏面研削工程を実施する。即ち、図１０に示すように、研削装置のチャックテーブル７４で光デバイスウエーハ１１の剛性プレート２１側を吸引保持し、研削ユニット７６で光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する裏面工程を実施する。

研削ユニット７６は、モータにより回転駆動されるスピンドル７８と、スピンドル７８の先端に固定されたホイールマウント８０と、ホイールマウント８０にねじ７９により着脱可能に装着された研削ホイール８２とを含んでいる。研削ホイール８２は、環状基台８４と、環状基台８４の自由端部に固着された複数の研削砥石８６から構成されている。

裏面研削工程では、チャックテーブル７４を矢印ａ方向に例えば５００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール８２をチャックテーブル７４と同一方向に、即ち矢印ｂ方向に７００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ユニット送り機構を作動して研削砥石８６を光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール８２を所定の研削送り速度（例えば０．３μｍ／秒）で下方に所定量研削送りしてサファイア基板１３の研削を実施する。この研削時には、研削砥石８６がサファイア基板１３の裏面に圧接されるため、この圧接力により改質層２３を分割起点として光デバイスウエーハ１１が分割予定ライン１７に沿って割断され、個々の光デバイス１９に分割される。

図示しない接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによって光デバイスウエーハ１１の厚みを測定しながら光デバイスウエーハ１１を所望の厚み（例えば１００μｍ）に仕上げ、サファイア基板１３中に形成されていた改質層２３を除去する。

研削砥石８６の圧接力により光デバイスウエーハ１１が改質層２３を分割起点として個々の光デバイス１９に分割された状態が図１１に示されている。図１１において、２５は分割溝である。

裏面研削工程を実施した後、表面１１ａに剛性プレート２１が貼着されている光デバイスウエーハ１１を９０℃前後の温水に浸漬することにより、紫外線硬化温水膨潤タイプの樹脂を膨潤させ、剛性プレート２１から個々の光デバイス１９を無理なく剥離することができ、光デバイス１９を損傷させることがない。

上述した実施形態の光デバイスウエーハ１１の分割方法によると、レーザビームの照射により分割予定ライン１７に対応するサファイア基板１３の内部に改質層２３を形成し、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに剛性プレート２１を貼着してからサファイア基板１３の裏面を研削する。

この研削時に研削砥石８６がサファイア基板１３の裏面に圧接されるため、光デバイスウエーハ１１が改質層２３を分割起点として個々の光デバイスに分割され、更に薄く研削することにより改質層２３が除去される。

よって、光デバイス１９の外周領域に欠けを生じさせること無く、光デバイスウエーハ１１を円滑に個々の光デバイス１９に分割できるとともに、光デバイス１９の輝度を低下させることがない。

２ レーザ加工装置
１１ 光デバイスウエーハ
１３ サファイア基板
１５ エピタキシャル層
１７ 分割予定ライン
１９ 光デバイス
２１ 剛性プレート
２３ 改質層
２８ チャックテーブル
３４ レーザビーム照射ユニット
３６ 集光器
８２ 研削ホイール
８６ 研削砥石

Claims (1)

1. サファイア基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの分割方法であって、
   光デバイスウエーハの表面に剛性を有するプレートを紫外線の照射によって硬化するボンド剤又はワックスを介して貼着する剛性プレート貼着工程と、
   該剛性プレート貼着工程の前又は後に、光デバイスウエーハの表面又は裏面から、サファイアに対して透過性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに対応するサファイア基板の内部に集光点を位置づけて照射し、分割予定ラインに対応するサファイア基板の内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
   該改質層形成工程を実施した後、サファイア基板の裏面を研削してサファイア基板に外力を付与し、分割予定ラインに対応するサファイア基板の内部に形成された改質層を分割起点として光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割するとともに、改質層が除去されるまでサファイア基板を薄く研削する裏面研削工程と、
   を具備したことを特徴とする光デバイスウエーハの分割方法。

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