JP5995563B2 - 光デバイスの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光デバイスの加工方法に関する。
レーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光デバイスの製造プロセスでは、サファイアやＳｉＣ等からなる結晶成長用基板の上面に例えばエピタキシャル成長によって複数の光デバイスを有する発光層（エピタキシャル層）が積層された光デバイスウエーハが製造される。
ＬＤ，ＬＥＤ等の光デバイスは、格子状に設定された分割予定ラインで区画された各領域に形成され、光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って分割して個片化することで、個々の光デバイスチップが製造される。
従来、光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、分割予定ラインに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザービームを照射してレーザー加工溝を形成し、ウエーハに外力を付与することによりレーザー加工溝を分割起点に光デバイスウエーハを割断する方法が知られている（特開平１０−３０５４２０号公報参照）。
一方、光デバイスの輝度向上のため、光デバイスウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームをウエーハの内部に集光点を合わせて照射して内部に分割予定ラインに沿った改質層を形成し、この改質層で強度が低下した分割予定ラインに外力を付与することにより光デバイスウエーハを分割する方法も提案されている（例えば、特開２００８−００６４９２号公報参照）。
特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００８−００６４９２号公報
ＬＥＤ等の光デバイスは、より高い輝度が求められており、光の取り出し効率の向上が要望されている。従来の光デバイスの加工方法では、レーザービームを光デバイスウエーハに対して略垂直に入射し、レーザー加工溝又は改質層を分割起点に光デバイスウエーハを個々の光デバイスチップに分割しているため、光デバイスチップの側面は表面に形成された発光層に対して略垂直に加工され、光デバイスは直方体形状をしている。
よって、発光層から出射した光は側面で全反射する割合が高くなり、全反射を繰り返すうちに最終的に光デバイスチップの内部で消光してしまう割合が高くなる。
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、光の取り出し効率を向上可能な光デバイスの加工方法を提供することである。
本発明によると、発光層を有する四角形の表面と、該表面と平行な四角形の裏面と、該表面と該裏面とを連結する第１乃至第４側面を有し、該第１側面乃至該第４側面は該表面の垂直線から互いに同一の角度傾斜し、前記表面から前記裏面に至る断面形状が平行四辺形である光デバイスの加工方法であって、表面に発光層を有し、複数の交差する分割予定ラインが設定され該分割予定ラインで区画された該発光層の各領域にそれぞれ光デバイスを有する光デバイスウエーハを準備するウエーハ準備ステップと、光デバイスウエーハに該光デバイスの前記第１乃至第４側面に対応した複数の傾斜面を設定する傾斜面設定ステップと、該傾斜面設定ステップを実施した後、光デバイスウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザービームを該傾斜面に沿って照射して該傾斜面に沿ったレーザー加工溝を形成するレーザー加工ステップと、前記レーザー加工ステップを実施した後、光デバイスウエーハに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へと分割する分割ステップと、を備えた光デバイスの加工方法が提供される。
好ましくは、光デバイスの加工方法は、レーザー加工ステップを実施した後、光デバイスウエーハに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へと分割する分割ステップを更に備えている。
本発明の光デバイスによると、第１乃至第４側面を発光層に対する垂直線から第１乃至第４の角度傾斜させたため、光デバイスの側面で全反射する光を低減することができ、光の取り出し効率の向上を図ることができる。
光デバイスウエーハの表面側斜視図である。 傾斜面設定ステップを説明する光デバイスウエーハの断面図である。 光デバイスウエーハ保持ステップを示す斜視図である。 レーザー加工ステップを説明する斜視図である。 レーザービーム照射ユニットのブロック図である。 レーザー加工ステップを示す光デバイスウエーハの断面図である。 分割ステップを示す光デバイスウエーハの断面図である。 改質層形成ステップを示す光デバイスウエーハの断面図である。 分割ステップを示す光デバイスウエーハの断面図である。 本発明第１実施形態の光デバイスの斜視図である。 図１１（Ａ）は図１０の１１Ａ−１１Ａ線断面図、図１１（Ｂ）は図１０の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図である。 第１参考例の光デバイスの斜視図である。 図１３（Ａ）は図１２の１３Ａ−１３Ａ線断面図、図１３（Ｂ）は図１２の１３Ｂ−１３Ｂ線断面図である。 図１４（Ａ）は第２参考例である逆台形状の光デバイスの第１の切断線に沿った断面図、図１４（Ｂ）は第１の切断線に直交する第２の切断線に沿った断面図である。 第３参考例の光デバイスの断面図である。
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、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）等の発光層（エピタキシャル層）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、発光層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を有している。
サファイア基板１３は例えば１００μｍの厚みを有しており、発光層１５は例えば５μｍの厚みを有している。発光層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状に設定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の加工方法では、上述したような光デバイスウエーハ１１を準備した後、光デバイスウエーハ１１に、形成すべき光デバイスの側面の傾斜角度に対応した複数の傾斜面を設定する傾斜面設定ステップを実施する。
この傾斜面設定ステップでは、図２に示すように、形成すべき光デバイス１９の側面の傾斜角度と光デバイスウエーハ１１の厚みとから、分割予定ライン１７の中心１７ａから裏面１１ｂに向かって所定角度の傾斜面２１を引いたときの傾斜面２１と裏面１１ｂとの交点位置２３をレーザービーム照射ラインとして設定する。
そして、レーザービーム照射ライン２３が分割予定ライン１７の伸長方向に直交する方向において分割予定ライン１７の中心１７ａからどれだけずれているかを算出する。尚、このずれの距離を以下オフセット距離と呼ぶ。オフセット距離は、光デバイスウエーハ１１の分割予定ライン１７の中心間距離（インデックス量）とともにレーザー加工装置８のメモリに記憶させておく。
傾斜面設定ステップを実施した後、図３に示すように、レーザー加工装置８のチャックテーブル１０でダイシングテープＴを介して光デバイスウエーハ１１を吸引保持し、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。そして、ダイシングテープＴの外周部が貼着された環状フレームＦを図示を省略したクランプでクランプして固定する。
レーザービーム照射ユニット１２は、ケーシング１６中に収容された図５に示すレーザービーム発生ユニット１８と、ケーシング１６の先端部に回動可能に取り付けられた集光器（レーザーヘッド）２０とから構成される。
３４は顕微鏡及びＣＣＤカメラ等の通常の撮像素子更には赤外線撮像素子を有する撮像ユニットである。光デバイスウエーハ１１はサファイア基板１３上に発光層１５が積層されて構成されており、サファイア基板１３が透明であるので通常の撮像素子で光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側から表面１１ａに形成された分割予定ライン１７を撮像することができる。
本発明の光デバイスの加工方法では、撮像ユニット３４で光デバイスウエーハ１１をその裏面１１ｂ側から撮像し、分割予定ライン１７と集光器（レーザーヘッド）２０とをＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。
このアライメントステップでは、光デバイスウエーハ１１の分割予定ライン１７をレーザー加工装置８の集光器２０とＸ軸方向に整列させ、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７を検出してそのＹ座標値をメモリに格納した後、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１７を検出して、そのＹ座標値をメモリに格納する。
アライメントを実施した後、光デバイスウエーハ１１に対して吸収性を有する波長のレーザービームを分割予定ライン１７からオフセット距離だけ離れた位置のウエーハ裏面１１ｂのレーザービーム照射ライン２３に沿って且つ傾斜面２１に倣って照射して、傾斜面２１に沿ったレーザー加工溝２７を形成するレーザー加工ステップを実施する。
レーザービーム照射ユニット１２のレーザービーム発生ユニット１８は、図５に示すように、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器２２と、繰り返し周波数設定手段２４と、パルス幅調整手段２６と、パワー調整手段２８とを含んでいる。
レーザービーム発生ユニット１８のパワー調整手段２８により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、ケーシング１６の先端に回動可能に取り付けられた集光器２０のミラー３０で反射され、更に集光用対物レンズ３２により集光されてチャックテーブル１０に保持されている光デバイスウエーハ１１に照射される。
このレーザー加工ステップを実施する際には、図６に示すように、集光器２０を傾斜面２１と平行になるまで回動し、集光器２０から所定パワーに調整されたパルスレーザービームを光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに照射して、傾斜面２１に沿って所定深さのレーザー加工溝２７を形成する。
チャックテーブル１０をＹ軸方向にインデックス量分割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に対応して傾斜面２１に沿ってレーザー加工溝２７を形成する。次いで、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に対応して傾斜面２１に沿ったレーザー加工溝２７を形成する。
このレーザー加工ステップの加工条件は、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：ＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザーの第３高調波）
平均出力 ：２Ｗ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
レーザー加工ステップを実施した後、光デバイスウエーハ１１に外力を付与して光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイスへと分割する分割ステップを実施する。この分割ステップでは、例えば図７に示すように、所定間隔離間した一対の支持台３６の間に傾斜したレーザー加工溝２７が位置するように光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂを支持台３６上に位置づけて搭載する。
そして、鋭角先端部を有する楔形状の分割バー３８を矢印Ａ方向に移動して、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに形成された分割予定ライン１７に分割バー３８を押圧することにより、レーザー加工溝２７を分割起点に光デバイスウエーハ１１を符号２９に示すように割断する。分割バー３８の駆動は、例えばエアシリンダ等により行う。
一方のレーザー加工溝２７に沿った割断が終了すると、光デバイスウエーハ１１を横方向に１ピッチ分移動して、次のレーザー加工溝２７を一対の支持台３６の中間部分に位置づけ、分轄バー３８を駆動して次のレーザー加工溝２７を分割起点に光デバイスウエーハ１１を割断する。
第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿った分割が終了すると、光デバイスウエーハ１１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に沿って同様に分割する。これにより、光デバイスウエーハ１１が個々の光デバイスチップに分割される。
上述した説明では、一対の支持台３６及び分割バー３８が横方向に固定で、光デバイスウエーハ１１が横方向に移動するものとしたが、光デバイスウエーハ１１を静止状態で保持し、支持台３６及び分割バー３８を横方向に１ピッチずつ移動させるようにしてもよい。
次に、図８を参照して、参考例のレーザー加工ステップである改質層形成ステップについて説明する。この改質層形成ステップでは、まず図８（Ａ）に示すように、レーザービームの集光点を傾斜面２１上の表面１１ａ近傍に位置づけ、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側から光デバイスウエーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザービームを第１の方向に伸長する分割予定ライン１７からＹ軸方向に所定距離離れて照射し、光デバイスウエーハ１１の内部に第１改質層３１ａを形成する。
次いで、図８（Ｂ）に示すように、レーザービームの集光点を徐々に裏面１１ｂ側に移動して、傾斜面２１に沿って第２改質層３１ｂ、第３改質層３１ｃ、第４改質層３１ｄを形成する。
次いで、チャックテーブル１０をＹ軸方向に１ピッチ割出送りして、次の分割予定ライン１７に対応する傾斜面２１に沿って同様な第１乃至第４改質層３１ａ〜３１ｄを形成する。
改質層を形成するレーザー加工条件は、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：ＹＡＧレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
平均出力 ：０．１〜０．２Ｗ
加工送り速度 ：６００ｍｍ／秒
全ての分割予定ライン１７に対応する傾斜面２１に沿って改質層形成ステップを実施した後、図９に示すように、所定間隔離間した一対の支持台３６の間に第１改質層３１ａが位置するように光デバイスウエーハ１１を支持台３６上に位置づけて搭載し、鋭角先端部を有する楔形状の分割バー３８を矢印Ａ方向に移動して、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに分割バー３８を押圧することにより、改質層３１ａ〜３１ｄを分割起点に光デバイスウエーハ１１を符号２９に示すように割断する。
改質層３１ａ〜３１ｄを有する一本の傾斜面２１に沿った割断が終了すると、光デバイスウエーハ１１を矢印Ｂ方向に１ピッチ分移動して、次の第１改質層３１ａを一対の支持台３６の中間部分に位置づけ、分割バー３８を駆動して次の改質層３１ａ〜３１ｄを分割起点に光デバイスウエーハ１１を割断する。
図１０を参照すると、上述した実施形態の光デバイスの加工方法により形成された第１実施形態のＬＥＤ等の光デバイス３３の斜視図が示されている。光デバイス３３は、サファイア基板１３上に発光層１５が積層されて構成されている。図１１（Ａ）は図１０の１１Ａ−１１Ａ断面図であり、図１１（Ｂ）は図１０の１１Ｂ−１１Ｂ断面図である。
光デバイス３３は、発光層１５を有する四角形の表面３３ａと、サファイア基板１３が露出した四角形の裏面３３ｂと、表面３３ａと裏面３３ｂとを連結する第１乃至第４側面３３ｃ〜３３ｆを有している。裏面３３ｂは表面３３ａに概略平行である。
図１１（Ａ）に示すように、第１側面３３ｃは表面３３ａの垂直線に対して第１角度θ１傾斜し、第１側面３３ｃに対面する第２側面３３ｄは表面３３ａの垂直線に対して第２角度θ２に傾斜している。
更に、図１１（Ｂ）に示すように、第３側面３３ｅは表面３３ａの垂直線に対して第３角度θ３傾斜し、第３側面３３ｅに対面する第４側面３３ｆは表面３３ａの垂直線に対して第４角度θ４傾斜している。
例えば、本実施形態の光デバイス３３は、第１角度θ１乃至第４角度θ４がすべて同一角度であり、この場合には、光デバイス３３の表面３３ａから裏面３３ｂに至る断面形状（縦断面形状）が平行四辺形となる。例えば、θ１〜θ４は３０度に設定される。θ１〜θ４をそれぞれ異なる角度に設定するようにしてもよい。
図１２を参照すると、第１参考例の光デバイス３５の斜視図が示されている。図１３（Ａ）は図１２の１３Ａ−１３Ａ線断面図であり、図１３（Ｂ）は図１２の１３Ｂ−１３Ｂ断面図をそれぞれ示している。
光デバイス３５は、発光層１５を有する四角形の表面３５ａと、表面３５ａと概略平行に形成され且つサファイア基板１３が露出した四角形の裏面３５ｂと、表面３５ａと裏面３５ｂとを連結する第１乃至第４側面３５ｃ〜３５ｆを有している。
図１３（Ａ）に示すように、第１側面３５ｃは表面３５ａの垂直線に対して第１角度θ１傾斜し、第１側面３５ｃに対面する第２側面３５ｂは表面３５ａの垂直線に対して第２角度θ２に傾斜している。
更に、図１３（Ｂ）に示すように、第３側面３５ｅは表面３５ａの垂直線に対して第３角度θ３傾斜し、第３側面３５ｅに対面する第４側面３５ｆは表面３５ａの垂直線に対して第４角度θ４傾斜している。
ここで、第１角度乃至第４角度θ１〜θ４が全て同一角度の場合には、光デバイス３５の縦断面形状（表面３５ａから裏面３５ｂに至る断面形状）は台形となる。第１角度乃至第４角度θ１〜θ４を全て異なる角度に設定するようにしてもよい。
図１４を参照すると、第２参考例の光デバイス３７の縦断面図が示されている。本参考例の光デバイス３７は、発光層を有する四角形の表面３７ａと、表面３７ａに概略平行で且つサファイア基板１３が露出した四角形の裏面３７ｂと、表面３７ａと裏面３７ｂとを連結する第１乃至第４側面３７ｃ〜３７ｆを有している。
図１４（Ａ）に示すように、第１側面３７ｃは表面３７ａの垂直線に対して第１角度θ１傾斜し、第１側面３７ｃに対面する第２側面３７ｂは表面３７ａの垂直線に対して第２角度θ２傾斜している。
更に、図１４（Ｂ）に示すように、第３側面３７ｅは表面３７ａの垂直線に対して第３角度θ３傾斜し、第３側面３７ｅに対面する第４側面３７ｆは表面３７ａの垂直線に対して第４角度θ４傾斜している。
第１角度乃至第４角度θ１〜θ４が全て同一角度の場合には、光デバイス３７の縦断面形状は逆台形となる。もちろん、第１角度乃至第４角度θ１〜θ４をそれぞれ異なる角度に設定するようにしてもよい。
図１５を参照すると、第３参考例の光デバイス３９の縦断面図が示されている。光デバイス３９は、発光層１５を有する四角形の表面３９ａと、表面３９ａに概略平行で且つサファイア基板１３が露出した四角形の裏面３９ｂと、表面３９ａと裏面３９ｂとを連結する４側面を有している。
図１５から明らかなように、第１側面３９ｃは表面３９ａの垂直線に対して第１角度θ１傾斜し、第１側面３９ｃに対面する第２側面３９ｂは表面３９ａの垂直線に対して第１角度θ１とは異なる第２角度θ２傾斜している。第３側面と第４側面とは図示されていないが、第３側面を第３角度θ３傾斜させ、第４側面を第３角度θ３とは異なる第４角度θ４傾斜させるようにしてもよい。
１１ 光デバイスウエーハ
１２ レーザービーム照射ユニット
１３ サファイア基板
１５ 発光層（エピタキシャル層）
１７ 分割予定ライン
１８ レーザービーム発生ユニット
１９ 光デバイス
２０ レーザービーム発生ユニット
２１ 傾斜面
２３ レーザービーム照射ライン
２７ レーザー加工溝
３３，３５，３７，３９ 光デバイス
３６ 支持台
３８ 分割バー

Claims (1)

  1. 発光層を有する四角形の表面と、該表面と平行な四角形の裏面と、該表面と該裏面とを連結する第１乃至第４側面を有し、該第１側面乃至該第４側面は該表面の垂直線から互いに同一の角度傾斜し、前記表面から前記裏面に至る断面形状が平行四辺形である光デバイスの加工方法であって、
    表面に発光層を有し、複数の交差する分割予定ラインが設定され該分割予定ラインで区画された該発光層の各領域にそれぞれ光デバイスを有する光デバイスウエーハを準備するウエーハ準備ステップと、
    光デバイスウエーハに該光デバイスの前記第１乃至第４側面に対応した複数の傾斜面を設定する傾斜面設定ステップと、
    該傾斜面設定ステップを実施した後、光デバイスウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザービームを該傾斜面に沿って照射して該傾斜面に沿ったレーザー加工溝を形成するレーザー加工ステップと、
    前記レーザー加工ステップを実施した後、光デバイスウエーハに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へと分割する分割ステップと、
    を備えた光デバイスの加工方法。
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