JP2012106251A - 光デバイスユニットの加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光デバイスを損傷することのない光デバイスユニットの加工方法を提供することである。
【解決手段】光デバイスユニットを、分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して分割溝を形成し個々の光デバイスに分割する光デバイスユニットの加工方法であって、光デバイスユニットの温度と伸び率との関係を規定した相関データを取得するデータ取得工程と、光デバイスユニットの温度を計測する温度計測工程と、分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して分割溝を形成する分割溝形成工程と、該温度計測工程で計測した光デバイスユニットの温度と該データ取得工程で取得した温度に対応する伸び率とに基づいて、分割予定ラインの間隔の伸び量を算出する伸び量算出工程と、該伸び量算出工程によって算出された伸び量に基づいて、レーザビームを照射すべき分割予定ラインの割り出し量を補正する分割予定ライン補正工程と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、サファイア基板等の基板から半導体層がリフトオフにより剥離されて金属支持板に接合された光デバイスユニットを、個々の光デバイスに分割する光デバイスユニットの加工方法及びレーザ加工装置に関する。

サファイア基板、ＳｉＣ基板等のエピタキシー基板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、一般的に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照明器具、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

また最近では、サファイア基板、ＳｉＣ基板等のエピタキシー基板上に積層された半導体層をレーザリフトオフにより基板から剥離し、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）等のヒートシンクとなる金属支持板に接合して複数の光デバイスが形成された半導体層を金属支持板に移し替え、その後、分割予定ラインにレーザビームを照射して金属支持板とともに個々の光デバイスに分割する技術が例えば特表２００５−５１６４１５号公報に開示されている。

このレーザリフトオフと称する技術によると、高価なサファイア基板、ＳｉＣ基板等を繰り返して使用することができ、更に光デバイスはヒートシンクとなる金属支持板に接合されているので放熱特性等に優れるという利点がある。

特開平１０−３０５４２０号公報 特表２００５−５１６４１５号公報

しかし、金属支持板の線膨張係数は比較的大きいためレーザビームの照射による熱によって又は溝の形状に起因して内部応力が開放されることによって伸縮し、一定の間隔で設定されている分割予定ラインの間隔が変化して一定の間隔で、即ち所定ピッチで割り出し送りしてレーザビームを照射すると、分割予定ラインからレーザビームが外れて光デバイスを損傷させ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、半導体層が基板からリフトオフされて金属支持板に接合された光デバイスユニット、分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して光デバイスを損傷させることなく個々の光デバイスに分割する光デバイスユニットの加工方法及び該加工方法を実施可能なレーザ加工装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、金属支持板の表面に接合された半導体層を有し、該半導体層により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ユニットを、分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して分割溝を形成し個々の光デバイスに分割する光デバイスユニットの加工方法であって、光デバイスユニットの温度と伸び率との関係を規定した相関データを取得するデータ取得工程と、光デバイスユニットの温度を計測する温度計測工程と、分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して分割溝を形成する分割溝形成工程と、該温度計測工程で計測した光デバイスユニットの温度と該データ取得工程で取得した温度に対応する伸び率とに基づいて、分割予定ラインの間隔の伸び量を算出する伸び量算出工程と、該伸び量算出工程によって算出された伸び量に基づいて、レーザビームを照射すべき分割予定ラインの割り出し量を補正する分割予定ライン補正工程と、を具備したことを特徴とする光デバイスユニットの加工方法が提供される。

請求項２記載の発明によると、レーザ加工装置であって、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によって検出された温度と被加工物の伸び率とに基づいて被加工物の伸び量を算出する伸び量算出手段と、該伸び量算出手段によって算出された伸び量に基づいて、該割り出し送り手段による割り出し送り量を補正する補正手段と、を具備したことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

請求項１記載の発明によると、光デバイスユニットの温度を計測して光デバイスユニットの伸び量を算出しながら割り出し送り量を補正して、レーザビームを照射すべき割り出し送り方向の位置を補正するようにしたので、分割予定ラインから外れて光デバイスユニットにレーザビームが照射されることがなく、光デバイスを損傷することなく光デバイスユニットを個々の光デバイスに分割することができる。

請求項２記載の発明によると、温度変化に関わらず割り出し送り方向の正確な位置にレーザビームを照射可能なレーザ加工装置を提供することができる。

本発明実施形態のレーザ加工装置の外観斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 ダイシングテープを介して環状フレームに支持された光デバイスユニットの斜視図である。 温度と光デバイスユニットの伸び率との関係を規定したマップである。 初回の分割溝形成工程を説明する斜視図である。 ２回目以降の分割溝形成工程を説明する斜視図である。

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は、本発明の光デバイスユニットの分割方法を実施するのに適したレーザ加工装置２の概略構成図を示している。

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は、ダイシングテープを介してフレームに支持されたウエーハを保持する保持面を有すると共に、チャックテーブル２８にはフレームをクランプするクランパ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ユニット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、可視光によって半導体ウエーハ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、光デバイスユニット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。

撮像手段３８に隣接して、チャックテーブル２８上に保持された被加工物の温度を検出する温度センサー３９が配設されている。温度センサー３９としては、例えば株式会社キーエンスが提供する商品名「ＦＴ−Ｈ４０Ｋ」と称するデジタル放射温度センサーを採用することができる。温度センサー３９で検出した温度情報は入力インターフェース５０を介してコントローラ４０に入力される。

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。

次に図３を参照して、レーザ加工装置２による加工対象であるウエーハ形状の光デバイスユニット１１の構成について説明する。光デバイスユニット１１は、光デバイスウエーハからレーザリフトオフにより窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体層１５をサファイア基板から剥離し、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）等のヒートシンクとなる金属支持板１３に半田付け等により接合して構成されている。

このようなレーザリフトオフによる金属支持板１３に接合された半導体層１５を有する光デバイスユニット１１の製造は、高価なサファイア基板又はＳｉＣ基板等のエピタキシー基板を再利用できるという点で優れている。更に、半導体層１５は金属支持板１３に接合されているため、光デバイスユニット１１から分割された光デバイス１９は放熱特性等の点において優れている。

半導体層１５のレーザリフトオフには、例えばＹＡＧレーザの第３高調波である波長３５５ｎｍのレーザビームを使用する。サファイア基板はこの波長のレーザビームに対して透明である。

レーザビームは基板側から照射され、放射エネルギーはサファイア基板とＧａＮ半導体層との間の境界層において吸収され、この境界層が例えば８５０℃以上の高温に加熱される。ＧａＮ境界層はこの温度では窒素の発生下で分解され、半導体層と基板との結合が分離される。

分離された半導体層は、半田付け又は接着剤等で金属支持板１３に接合され、ウエーハ形状の光デバイスユニット１１が製造される。光デバイスユニット１１の表面においては、格子状に形成された複数の分割予定ライン（ストリート）１７によって区画された各領域にＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）等の光デバイス１９が形成されている。

光デバイスユニット１１では、サファイア基板から半導体層１５を剥離し、金属支持板１３に接合しているため、金属支持板１３上にはｐ型半導体層及びｎ型半導体層の順に積層された複数の光デバイス１９が形成されている。

光デバイスユニット１１の個々の光デバイス１９への分割には、光デバイスユニット１１が金属支持板１３を有しているため、切削ブレードによる切削は困難であり、レーザ加工装置を使用するのが好ましい。

光デバイスユニット１１の個々の光デバイス１９への分割に先立って、光デバイスユニット１１は粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着される。これにより、光デバイスユニット１１はダイシングテープＴを介して環状フレームＦにより支持される。

次に、レーザ加工装置２を使用した本発明の光デバイスユニットの分割方法について詳細に説明する。まず、レーザ加工装置２のチャックテーブル２８で、ダイシングテープＴを介して環状フレームＦで支持された光デバイスユニット１１を吸引保持し、クランパ３０で環状フレームＦをクランプする。

次いで、チャックテーブル２８をＸ軸方向に移動して光デバイスユニット１１を撮像手段３８の直下に位置づける。撮像手段３８で光デバイスユニット１１の加工領域を撮像して、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と分割予定ライン１７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が実行され、レーザビーム照射位置のアライメントが遂行される。

第１の方向に伸長する分割予定ライン１７のアライメントが終了したならば、チャックテーブル２８を９０度回転して、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１７についても同様にアライメントを遂行する。

本実施形態の光デバイスユニットの加工方法では、予め光デバイスユニット１１の温度と伸び率との関係を計測し、温度と伸び率との相関関係を規定した図４に示すようなマップを作成して、このマップをコントローラ４０のＲＯＭ４４に記憶させておく。図４に示したマップでは、２０℃での光デバイスユニット１１を基準として、光デバイスユニット１１の伸び率を示している。

次いで、図５に示すように、レーザビーム照射ユニット３４の集光器３６からレーザビームを照射して初回の分割溝２３を形成する初回分割溝形成工程を実施する。この初回分割溝形成工程は、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、第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って同様に実施する。

この初回の分割溝形成工程のレーザ加工条件は例えば以下のように設定されている。

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
出力 ：７．０Ｗ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
スポット形状 ：短軸１０μｍ、長軸１０〜２００μｍの楕円
送り速度 ：１００ｍｍ／ｓ

初回分割溝形成工程を実施すると、比較的浅い初回の分割溝２３が金属支持板１３の表面に形成される。連続的に分割溝２３を形成すると、金属支持板１３の線膨張係数は比較的大きいため、レーザビームの照射による熱によって金属支持板１３が伸び、一定の間隔で設定されている分割予定ライン１７の間隔は多少変化するが、初回分割溝形成工程では熱の蓄積がそれ程大きくないので金属支持板１３の伸びも限定的である。

よって、初回分割溝形成工程では、後述する分割予定ライン補正工程は必ずしも実施する必要はない。金属支持板１３の伸びが大きい場合には、初回分割溝形成工程でも後述する分割予定ライン補正工程を実施するのが好ましい。

この初回の分割溝形成工程では、浅い分割溝２３が形成されるだけで、光デバイスユニット１１を個々の光デバイス１９に分割することはできない。よって、本発明の加工方法では、分割溝形成工程を複数回（本実施形態では５回）実施して光デバイスユニット１１を個々の光デバイス１９に分割する。

即ち、本発明の光デバイスユニット１１の加工方法では、初回分割溝形成工程実施後、初回分割溝形成工程で形成された分割溝２３に重ねて、図６に示すように、集光器３６から分割溝２３に沿ってレーザビームを照射して、２回目以降の分割溝２５を形成する２回目以降分割溝形成工程を実施する。本実施形態では、この２回目以降の分割溝形成工程を４回繰り返す。

この２回目以降の分割溝形成工程は連続して実施するため、レーザビームの照射による熱によって又は溝の形状に起因する応力の開放によって金属支持板１３が伸長し、一定の間隔で設定されている分割予定ライン１７の間隔が変化する。

よって、一定の間隔でＹ軸方向に割り出し送りしてレーザビームを照射し２回目以降の分割溝形成工程を実施すると、レーザビームが分割予定ライン１７から外れて光デバイス１９を損傷させる恐れがある。

よって、本発明の加工方法では、特に２回目以降の分割溝形成工程において、温度センサー３９で検出した光デバイスユニット１１の温度に応じて、レーザビームを照射すべき分割予定ライン１７の位置を補正する分割予定ライン補正工程を実施する。

具体的には、この分割予定ライン補正工程は、予め定めた本数、例えば３本の分割予定ライン１７に２回目以降の分割溝形成工程を実施した後、温度センサー３９で検出した温度から図４に示したマップを参照して伸び率を算出し、この伸び率に基づいて分割予定ライン１７の間隔の伸び量を算出する（伸び量算出工程）。

そして、伸び量算出工程によって算出された伸び量に基づいて、次回にレーザビームを照射すべき分割予定ラインの割り出し量を補正し、この補正された割り出し量に基づいて割り出し送り手段２０を駆動して、次回にレーザビームを照射すべき分割予定ライン１７の位置を補正する。

分割予定ライン補正工程実施後、２回目以降の分割溝形成工程を次の分割予定ライン１７に対して連続的に実施する。尚、この２回目以降の分割溝形成工程の加工条件は、上述した初回分割溝形成工程の加工条件と同様である。

尚、温度センサー３９及び図４に示すマップを使用した光デバイスユニット１１の伸び率の算出を連続的に実施し、この伸び率が予め定めた所定の伸び率に達する毎に分割予定ライン補正工程を実施するようにしてもよい。

上述した本発明の実施形態では、少なくとも２回目以降の分割溝２５を形成する際に、温度センサー３９で検出した温度に基づいて光デバイスユニット１１の伸び量を算出し、レーザビームを照射すべき分割予定ライン１７の位置を補正するので、レーザビームの照射による熱によって金属支持板１３が伸びても確実に分割予定ライン１７にレーザビームを照射することができる。

本発明のレーザ加工装置では、被加工物は光デバイスユニット１１に限定されるものではなく、レーザビームの照射による熱によって伸縮する被加工物に対して適用可能である。

本発明のレーザ加工装置は、被加工物の温度を検出する温度センサー３９と、温度センサー３９によって検出された温度と被加工物の伸び率とによって被加工物の伸び量を算出する伸び量算出手段と、伸び量算出手段によって算出された伸び量に基づいて割り出し送り手段２０による割り出し量を補正する補正手段とを備えていることを特徴とする。伸び量算出手段及び補正手段はコントローラ４０のＣＰＵ４２から構成される。

２ レーザ加工装置
１１ 光デバイスユニット
１３ 金属支持板
１５ 半導体層
１７ 分割予定ライン
１９ 光デバイス
２３ 初回の分割溝
２５ ２回目以降の分割溝
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
３８ 撮像手段

Claims (2)

1. 金属支持板の表面に接合された半導体層を有し、該半導体層により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ユニットを、分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して分割溝を形成し個々の光デバイスに分割する光デバイスユニットの加工方法であって、
   光デバイスユニットの温度と伸び率との関係を規定した相関データを取得するデータ取得工程と、
   光デバイスユニットの温度を計測する温度計測工程と、
   分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して分割溝を形成する分割溝形成工程と、
   該温度計測工程で計測した光デバイスユニットの温度と該データ取得工程で取得した温度に対応する伸び率とに基づいて、分割予定ラインの間隔の伸び量を算出する伸び量算出工程と、
   該伸び量算出工程によって算出された伸び量に基づいて、レーザビームを照射すべき分割予定ラインの割り出し量を補正する分割予定ライン補正工程と、
   を具備したことを特徴とする光デバイスユニットの加工方法。
2. レーザ加工装置であって、
   被加工物を保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
   該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、
   該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、
   該チャックテーブルに保持された被加工物の温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段によって検出された温度と被加工物の伸び率とに基づいて被加工物の伸び量を算出する伸び量算出手段と、
   該伸び量算出手段によって算出された伸び量に基づいて、該割り出し送り手段による割り出し送り量を補正する補正手段と、
   を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。

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