JP6008565B2 - 光デバイスウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、サファイア等の結晶成長用基板上に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が形成された光デバイスウエーハの加工方法に関する。

レーザダイオード（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）が形成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、格子状に形成された分割予定ラインで区画される各領域に形成され、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、個々の光デバイスが製造される。

光デバイスの輝度を向上させるために、特開２００８−００６４９２号公報では、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照射して、光デバイスウエーハ内部に改質層を形成した後、光デバイスウエーハに外力を付与して個々の光デバイスに分割する方法が提案されている。

この方法では、パルスレーザービームを光デバイスウエーハの表面側から照射すると、表面に形成された光デバイスにパルスレーザービームが照射されて輝度を低下させてしまう恐れがあるため、パルスレーザービームは光デバイスウエーハの裏面側から照射される。

近年、光デバイスが発光する光を反射して光の取り出し効率を向上させて輝度を向上させるために、裏面にＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）やＯＤＲ（Ｏｍｎｉ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と呼ばれる多層膜や金属膜から成る反射膜が成膜された光デバイスウエーハが市場に広まりつつある。

このような多層膜や金属膜が裏面に形成された光デバイスウエーハでは、これらの膜によってレーザービームの照射が妨げられ、光デバイスウエーハの内部に適切な改質層が形成できないという問題がある。

一方、特開２００４−００９１３９号公報で提案されるように、光デバイス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、ウエーハ裏面にレーザー加工溝を形成した後、ウエーハに外力を付与してレーザー加工溝を分割起点に個々の光デバイスに分割する方法もある。この方法であれば多層膜や金属膜と共に光デバイスウエーハの基板をアブレーション加工してレーザー加工溝を形成できる。

特開２００８−００６４９２号公報 特開２００４−００９１３９号公報

しかし、アブレーション加工により光デバイスウエーハの裏面にレーザー加工溝を形成する特許文献２に開示されたような方法では、特許文献１に開示されるような光デバイスウエーハの内部に改質層を形成する方法に比べて光デバイスの輝度が落ち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、光デバイスウエーハの裏面状態によらず高輝度の光デバイスを形成できる光デバイスウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、表面に形成された交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域に光デバイスが形成された光デバイスウエーハを加工する光デバイスウエーハの加工方法であって、光デバイスウエーハの裏面から光デバイス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該分割予定ラインに沿って照射して、光デバイスウエーハの裏面に該分割予定ラインに沿った複数のレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップと、該レーザー加工溝形成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該レーザー加工溝に沿って光デバイスウエーハを分割して複数の光デバイスチップを形成する分割ステップと、を備え、該レーザー加工溝形成ステップでは、光デバイスウエーハに照射される該パルスレーザービームのパルス間隔は５０ｎｍ以下であり、パルスレーザービームの繰り返し周波数は１０ＭＨｚ以上に設定され、該レーザー加工溝形成ステップで形成された前記レーザー加工溝の側面は劈開面であることを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法が提供される。

好ましくは、パルスレーザービームの繰り返し周波数は８０ＭＨｚ以上である。

本発明によると、光デバイスウエーハの裏面に照射するパルスレーザービームのパルス間隔を５０ｎｍ以下とするとともに、繰り返し周波数を１０ＭＨｚ以上に設定することで、形成されるレーザー加工溝の側面状態を光デバイスが発光する光に対して透明に近づけ、光デバイスの輝度を向上させることができる。

本発明の加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置の斜視図である。 レーザービーム発生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側を外周部が環状フレームに装着された粘着テープの貼着する様子を示す分解斜視図である。 レーザー加工溝形成ステップを示す一部断面側面図である。 分割ステップを示す縦断面図である。

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、本発明の光デバイスウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置２の斜視図が示されている。レーザー加工装置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、即ち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に吸引保持された半導体ウエーハ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にレーザービーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット３４は、ケーシング３３中に収容された図４に示すレーザービーム発生ユニット３５と、ケーシング３３の先端に取り付けられた集光器３７とを含んでいる。

レーザービーム発生ユニット３５は、図２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。特に図示しないが、レーザー発振器６２はブリュースター窓を有しており、レーザー発振器６２から出射するレーザービームは直線偏光のレーザービームである。

ケーシング３３の先端部には、集光器３７とＸ軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット３９が配設されている。撮像ユニット３９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。

撮像ユニット３９は更に、半導体ウエーハ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。

撮像ユニット３９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、レーザー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、本発明の加工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（発光層）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、その裏面に反射膜（図４参照）２１が形成されている。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、反射膜２１が形成された裏面１１ｂを有している。

反射膜２１は、例えば金属膜又はＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射体）等から構成される。ＤＢＲは屈折率の異なる複数の誘電体が積層された誘電体多層膜から構成される。

サファイア基板１３は例えば１００μｍの厚みを有しており、エピタキシャル層１５は例えば５μｍの厚みを有している。エピタキシャル層１５に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。

本発明の加工方法を実施するのにあたり、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａ側が図４に示すように、外周部が環状フレームＦに装着された粘着テープＴに装着され反射膜２１が形成された裏面１１ｂ側が上側となる。

このように光デバイスウエーハ１１を粘着テープＴを介して環状フレームＦで支持した後、図５に示すように、光デバイスウエーハ１１を粘着テープＴを介してレーザー加工装置２のチャックテーブル２８で吸引保持し、環状フレームＦをクランプ３０でクランプして固定する。

次いで、レーザー加工すべき分割予定ライン１７を検出するアライメントを実施する。即ち、撮像ユニット３９の赤外線カメラで光デバイスウエーハ１１を裏面１１ｂ側から撮像し、よく知られたパターンマッチング等の画像処理を用いて第１の方向に伸長する分割予定ライン１７及び第１の方向と直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１７を検出する。

他の実施形態として、チャックテーブル２８の保持面を透明材料から形成し、チャックテーブル２８の下に配設した通常のカメラで光デバイスウエーハ１１を撮像し、第１及び第２の方向に伸長する分割予定ライン１７を検出するアライメントを実施するようにしてもよい。

アライメント実施後、光デバイスウエーハ１１のサファイア基板１３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光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側から照射して、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに分割予定ライン１７に沿ってアブレーション加工によりレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップを実施する。

このレーザー加工溝形成ステップでは、図５に示すように、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に加工送りしながら、レーザービーム照射ユニット３４の集光器３７からパルスレーザービーム６９を照射して、アブレーション加工により光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂにレーザー加工溝２３を形成する。

チャックテーブル２８をＹ軸方向に割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７に沿って光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂにレーザー加工溝２３を次々と形成する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第２の方向に伸長する分割予定ライン１７に沿って同様なレーザー加工溝２３を形成する。

このレーザー加工溝の加工条件は、例えば以下のように設定される。

光源 ：モードロック Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
平均出力 ：４Ｗ
繰り返し周波数 ：１２０ＭＨｚ
照射ビーム径 ：φ５μｍ（裏面１１ｂ上でのビームスポットサイズ）
加工送り速度 ：１００ｍｍ／ｓ

ここで、光デバイスウエーハ１１に対して十分なレーザー加工を施すためには、パルスエネルギーは４ｎＪ以上、集光器３７の集光レンズの開口数（ＮＡ）は０．０８以上が好ましい。

本発明の光デバイスウエーハの加工方法では、レーザー加工溝形成ステップ実施後に、レーザー加工溝２３が形成された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を分割予定ライン１７に沿って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６に示すように、円筒７０の載置面上に環状フレームＦを載置して、クランプ７２で環状フレームＦをクランプする。そして、バー形状の分割治具７４を円筒７０内に配設する。

分割治具７４は上段保持面７６ａと下段保持面７６ｂとを有しており、下段保持面７６ｂに開口する真空吸引路７８が形成されている。分割治具７４の詳細構造は、特許第４３６１５０６号公報に開示されているので参照されたい。

分割治具７４による分割ステップを実施するには、分割治具７４の真空吸引路７８を矢印８０で示すように真空吸引しながら、分割治具７４の上段保持面７６ａ及び下段保持面７６ｂを下側から粘着テープＴに接触させて、分割治具７４を矢印Ａ方向に移動する。即ち、分割治具７４を分割しようとする分割予定ライン１７と直交する方向に移動する。

これにより、レーザー加工溝２３が分割治具７４の上段保持面７６ａの内側エッジの真上に移動すると、レーザー加工溝２３を有する分割予定ライン１７の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力で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に沿っての分割が終了すると、分割治具７４を９０度回転して、或いは円筒７０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を同様に分割する。これにより、光デバイスウエーハ１１が表面に光デバイス１９を有する光デバイスチップ２７に分割される。図６で２５は分割溝である。

（実験１）
繰り返し周波数を変化させて、波長３５５ｎｍのパルスレーザービームをサファイアウエーハ１１の裏面１１ｂに照射して、アブレーション加工によりレーザー加工溝２３を形成し、加工溝側面図状態を確認した。加工送り速度は１００ｍｍ／ｓである。

（ａ）繰り返し周波数：１００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ
（ｂ）繰り返し周波数：１ＭＨｚ、２ＭＨｚ
（ｃ）繰り返し周波数：４ＭＨｚ、９ＭＨｚ
（ｄ）繰り返し周波数：１０ＭＨｚ、７０ＭＨｚ
（ｅ）繰り返し周波数：８０ＭＨｚ、１２０ＭＨｚ

（ａ）及び（ｂ）の条件では、共にレーザー加工溝側面は熱溶融して再凝固した状態であることが確認された。（ｃ）の条件では、レーザー加工溝側面はやや劈開面のような状態に見受けられる。（ｄ）及び（ｅ）の条件では、レーザー加工溝側面は劈開面のような状態に見受けられる。

（実験２）
表面１１ａにエピタキシャル層１５が形成されるとともに裏面１１ｂに金属からなるＯＤＲ膜（反射膜）２１が形成された光デバイスウエーハ１１に以下の条件でレーザー加工を施した後、光デバイスウエーハ１１に外力を付与して光デバイスチップ２７に分割しそれぞれ輝度を測定した。

（Ａ）波長３５５ｎｍ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、加工送り速度１００ｍｍ／ｓ
（Ｂ）波長３５５ｎｍ、繰り返し周波数１０ＭＨｚ、加工送り速度１００ｍｍ／ｓ
（Ｃ）波長３５５ｎｍ、繰り返し周波数１２０ＭＨｚ、加工送り速度１００ｍｍ／ｓ

（Ａ）の加工条件での光デバイスチップ（ＬＥＤチップ）２７の輝度を１００とすると、（Ｂ）の加工条件の輝度は１０２、（Ｃ）の加工条件での輝度は１０７であった。

（実験３）
波長を３５５ｎｍ、繰り返し周波数を１００ＭＨｚに設定し、加工送り速度を５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ｍｍ／ｓと変化させて、光デバイスウエーハ１１の裏面にアブレーション加工によりレーザー加工溝２３を形成した。

その結果、加工送り速度が５００ｍｍ／ｓ以下だと分割起点として十分な深さのレーザー加工溝２３を形成することができたが、加工送り速度を６００ｍｍ／ｓ以上にすると、分割起点として十分な深さのレーザー加工溝２３を形成することができないことが確認された。

以上の実験（１）〜（３）の結果を考察すると、繰り返し周波数１０ＭＨｚ以上が好ましく、より好ましくは８０ＭＨｚ以上であることが判明した。また、パルス間隔は加工送り速度を繰り返し周波数で割ると得られるので、５００ｍｍ／ｓを１０ＭＨｚで割ることにより、パルス間隔は５０ｎｍ以下が好ましい。

よって、本発明のレーザー加工溝形成ステップでは、光デバイスウエーハ１１に照射されるパルスレーザービームのパルス間隔は５０ｎｍ以下であり、パルスレーザービームの繰り返し周波数は１０ＭＨｚ以上であるのが好ましい。

この条件で光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂにレーザー加工溝２３を形成することにより、十分な機能を有する光デバイスチップ２７を形成することができる。実験（１）の結果から、劈開面のレーザー加工溝側面を得るためには、繰り返し周波数を８０ＭＨｚ以上に設定するのがより好ましい。

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 反射膜
２３ レーザー加工溝
３４ レーザービーム照射ユニット
３７ 集光器
７４ 分割治具

Claims (1)

1. 表面に形成された交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域に光デバイスが形成された光デバイスウエーハを加工する光デバイスウエーハの加工方法であって、
   光デバイスウエーハの裏面から光デバイス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該分割予定ラインに沿って照射して、光デバイスウエーハの裏面に該分割予定ラインに沿った複数のレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップと、
   該レーザー加工溝形成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該レーザー加工溝に沿って光デバイスウエーハを分割して複数の光デバイスチップを形成する分割ステップと、を備え、
   該レーザー加工溝形成ステップでは、光デバイスウエーハに照射される該パルスレーザービームのパルス間隔は５０ｎｍ以下であり、パルスレーザービームの繰り返し周波数は１０ＭＨｚ以上に設定され、
   該レーザー加工溝形成ステップで形成された前記レーザー加工溝の側面は劈開面であることを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。

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