JP2006135133A - 窒化ガリウム基板のレーザー加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って所望の分割溝を形成することができる窒化ガリウム基板のレーザー加工方法を提供する。
【解決手段】 窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って分割溝を形成する窒化ガリウム基板のレーザー加工方法であって、窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って波長が２００〜３６５nmのパルスレーザー光線を照射する。
【選択図】 図７
【解決手段】 窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って分割溝を形成する窒化ガリウム基板のレーザー加工方法であって、窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って波長が２００〜３６５nmのパルスレーザー光線を照射する。
【選択図】 図７
Description
本発明は、窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って分割溝を形成するレーザー加工方法に関する。
青色発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスの製造工程においては、サファイヤ基板の表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された複数の領域に窒化ガリウム光素子を形成する。そして、サファイヤ基板を分割予定ラインに沿って分割することにより窒化ガリウム光素子が形成された個々の光デバイスを製造している。
上述したサファイヤ基板の分割予定ラインに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、サファイヤ基板等の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を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードおよび回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。
しかるに、サファイヤ基板はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。更に、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、デバイスを区画する分割予定ラインとしては幅が５０μｍ程度必要となる。このため、例えば大きさが３００μｍ×３００μｍ程度のデバイスの場合には、ストリートの占める面積比率が１４％にもなり、生産性が悪いという問題がある。
一方、特許文献１には、サファイヤ基板の分割予定ラインに沿って５６０nm以下好ましくは５３２nmの波長を有するパルスレーザー光線を照射し、分割予定ラインに沿って分割溝を形成する技術が開示されている。
米国特許第６，５８０，０５４号明細書
そして近年においては、光デバイスの輝度を向上するために、サファイヤ基板を用いないで窒化ガリウム基板に直接光素子を形成する技術が開発されている。
而して、上述したサファイヤ基板に分割溝を形成する技術を用いて、波長が５３２nmのパルスレーザー光線を窒化ガリウム基板の分割予定ラインに沿って照射しても、分割予定ラインに沿って所望の分割溝を形成することができないことが判った。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って所望の分割溝を形成することができる窒化ガリウム基板のレーザー加工方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って分割溝を形成する窒化ガリウム基板のレーザー加工方法であって、
窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って波長が２００〜３６５nmのパルスレーザー光線を照射する、
ことを特徴とする窒化ガリウム基板のレーザー加工方法が提供される。
窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って波長が２００〜３６５nmのパルスレーザー光線を照射する、
ことを特徴とする窒化ガリウム基板のレーザー加工方法が提供される。
本発明によれば、窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って照射するパルスレーザー光線の波長を２００〜３６５nmに設定したので、窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って確実に分割溝を形成することができる。
以下、本発明による窒化ガリウム基板のレーザー加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１にはレーザー加工される被加工物としての光デバイスウエーハ２の斜視図が示されている。図１に示す光デバイスウエーハ２は、窒化ガリウム(GaN)基板２１の表面２１ａに格子状に形成された複数の分割予定ライン２１１によって複数の領域が区画され、この区画された領域に窒化ガリウム光素子２１２からなる光デバイスが形成されている。
上記のように構成された光デバイスウエーハ２は、図２に示すように環状のフレーム３に装着された保護テープ４の表面に裏面２b側を貼着する（ウエーハ貼着工程）。従って、光デバイスウエーハ２は、窒化ガリウム光素子２１２が形成された表面２１ａが上側となる。なお、上記保護テープ４は、図示の実施形態においては厚さが７０μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート基材の表面にアクリル樹脂系の糊が厚さが５μｍ程度塗布されている。
上述した光デバイスウエーハ２の分割予定ライン２１１に沿ってレーザー光線を照射し、分割予定ライン２１１に沿って分割溝を形成するレーザー加工を施すには、図３乃至図５に示すレーザー加工装置５を用いて実施する。図３乃至図５に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２と、チャックテーブル５１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段５３を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図４において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
上記レーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図４に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と伝送光学系５２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２a、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２bから構成されている。伝送光学系５２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。なお、上記ケーシング５３の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器５２４が装着されている。上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線は、伝送光学系５２３を介して集光器５２４に至り、集光器５２４から上記チャックテーブル５１に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄで照射される。この集光スポット径Ｄは、図５に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光線が集光器５２４の対物レンズ５２４ａを通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはパルスレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物レンズ１２４ａに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物レンズ５２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。なお、上記レーザー光線照射手段５２は、図示の実施形態においては波長が２００〜３６５nmのパルスレーザー光線を照射する。
上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部に装着された撮像手段５３は、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
次に、上述したレーザー加工装置５を用いて上述したように光デバイスウエーハ２の分割予定ライン２１１に沿ってレーザー光線を照射し、分割予定ライン２１１に沿って分割溝を形成するレーザー加工について、図３、図６および図７を参照して説明する。
先ず、図２に示すように環状のフレーム３に装着された保護テープ４の表面に貼着された光デバイスウエーハ２を、図３に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に載置し、該チャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を吸引保持する。なお、図３においては、保護テープ４が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル５１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持されている。
先ず、図２に示すように環状のフレーム３に装着された保護テープ４の表面に貼着された光デバイスウエーハ２を、図３に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に載置し、該チャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を吸引保持する。なお、図３においては、保護テープ４が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル５１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持されている。
上述したように光デバイスウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段５３の直下に位置付けられる。チャックテーブル５１が撮像手段５３の直下に位置付けられると、撮像手段５３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段５３および図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ２の所定方向に形成されているストリート２１１と、ストリート２１１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４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、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、光デバイスウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート２１１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。
上述したようにチャックテーブル５１上に保持されている光デバイスウエーハ２に形成されている分割予定ライン２１１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル５１を移動して図６で示すように所定の分割予定ライン２１１の一端（図６において左端）を集光器５２４の直下に位置付ける。そして、集光器５２４から波長が２００〜３６５nmのパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル２１即ち光デバイスウエーハ２を図６において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、分割予定ライン２１１の他端（図６において右端）が図６において２点鎖線で示すレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の照射位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１即ち光デバイスウエーハ２の移動を停止する。このレーザー光線照射工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐを光デバイスウエーハ２の表面２a（上面）付近に合わせる。この結果、図７に示すように光デバイスウエーハ２には、分割予定ライン２１１に沿って分割溝２１０が形成される。
上記レーザー光線照射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パルスレーザー
波長 ：２００〜３６５nm
パルス幅 ：５〜３５０ns
繰り返し周波数 ：１０〜２００ｋＨｚ
平均出力 ：１〜１０W
集光スポット径 ：φ１〜１０μｍ
加工送り速度 ：１０〜６００ｍｍ／秒
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長 ：２００〜３６５nm
パルス幅 ：５〜３５０ns
繰り返し周波数 ：１０〜２００ｋＨｚ
平均出力 ：１〜１０W
集光スポット径 ：φ１〜１０μｍ
加工送り速度 ：１０〜６００ｍｍ／秒
ここで、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線の波長について説明する。
本発明者は、窒化ガリウム光素子が自ら発する光の波長が３６５nmであることに着目した。即ち、波長が３６５nm以下のパルスレーザー光線を窒化ガリウム基板の分割予定ラインに沿って照射することにより、パルスレーザー光線の光エネルギーを吸収して窒化ガリウム基板には分割予定ラインに沿って分割溝を形成することができることを見出した。一方、波長が２００nm未満のパルスレーザー光線は、光エネルギーが空気に吸収されて、窒化ガリウム基板の加工に寄与しないことが判った。従って、窒化ガリウム基板に照射するパルスレーザー光線の波長は、２００〜３６５nmの範囲に設定することが望ましい。具体的には波長が２１３nm、２６６nm、３５５nmのパルスレーザー光線を用いることができる。
本発明者は、窒化ガリウム光素子が自ら発する光の波長が３６５nmであることに着目した。即ち、波長が３６５nm以下のパルスレーザー光線を窒化ガリウム基板の分割予定ラインに沿って照射することにより、パルスレーザー光線の光エネルギーを吸収して窒化ガリウム基板には分割予定ラインに沿って分割溝を形成することができることを見出した。一方、波長が２００nm未満のパルスレーザー光線は、光エネルギーが空気に吸収されて、窒化ガリウム基板の加工に寄与しないことが判った。従って、窒化ガリウム基板に照射するパルスレーザー光線の波長は、２００〜３６５nmの範囲に設定することが望ましい。具体的には波長が２１３nm、２６６nm、３５５nmのパルスレーザー光線を用いることができる。
上述したように所定の分割予定ライン２１１に沿ってレーザー光線照射工程を実施したならば、チャックテーブル５１従ってこれに保持されている光デバイスウエーハ２を図３において矢印Ｙで示す方向に分割予定ライン２１１の間隔だけ割り出し送りし（割り出し工程）、上記レーザー光線照射工程を実施する。このようにして光デバイスウエーハ２の所定方向に延在する全ての分割予定ライン２１１についてレーザー光線照射工程と割り出し工程を遂行したならば、チャックテーブル５１従ってこれに保持されている光デバイスウエーハ２を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に延びる各分割予定ライン２１１に沿って上記レーザー光線照射工程と割り出し工程を実行することにより、半導体ウエーハ２の全ての分割予定ライン２１１に沿って分割溝を形成することができる。
２：光デバイスウエーハ
２１：窒化ガリウム基板
２１１：分割予定ライン
２１２：窒化ガリウム光素子
３：環状のフレーム
４：保護テープ
５：レーザー加工装置
５１：チャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５２２：レーザー光線発振手段
５２４：集光器
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２１１：分割予定ライン
２１２：窒化ガリウム光素子
３：環状のフレーム
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５１：チャックテーブル
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５２２：レーザー光線発振手段
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Claims (1)
- 窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って分割溝を形成する窒化ガリウム基板のレーザー加工方法であって、
窒化ガリウム基板に形成されたデバイスを区画する分割予定ラインに沿って波長が２００〜３６５nmのパルスレーザー光線を照射する、
ことを特徴とする窒化ガリウム基板のレーザー加工方法。
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