JP2011035253A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板表面形成されたデバイスにダメージを与えることなく基板内部にストリートに沿って変質層を形成することができるウエーハの加工方法を提供する。
【解決手段】サファイヤ基板２０の表面に発光層が積層され所定の方向に延びる複数の第１のストリートと、それと交差して形成された複数の第２のストリートによって区画された複数の領域に光デバイスが形成されたウエーハの内部に、二つのストリートに沿って変質層を形成するウエーハの加工方法であって、基板の裏面側から集光点を基板内部に位置付けて第１のストリートに沿ってレーザー光を照射し、サファイヤ基板の内部に第１のストリートに沿って連続した第１の変質層２１０を形成する工程と、第２のストリートに沿って第１のストリートとの交差部を除いて同様にレーザー光を照射し、基板内部に第２のストリートに沿って第２の変質層２２０を形成する工程とを含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、サファイヤ基板の表面に窒化物半導体からなる発光層が積層され所定の方向に延びる複数の第１のストリートと該複数の第１のストリートと交差して形成された複数の第２のストリートによって区画された複数の領域に光デバイスが形成されたウエーハの内部に、第１のストリートおよび第２のストリートに沿って変質層を形成するウエーハの加工方法に関する。
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窒化物半導体からなる発光層（エピ層）が積層され所定の方向に延びる複数の第１のストリートと該複数の第１のストリートと交差して形成された複数の第２のストリートによって区画された複数の領域に光デバイスが形成される。この複数の光デバイスが形成されたウエーハは、第１のストリートおよび第２のストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
このようなウエーハのストリートに沿った切断は、通常、環状の切削ブレードを高速回転して切削する切削装置によって行われている。しかしながら、サファイヤ基板はモース硬度が高く難削材であるため、加工速度を遅くする必要があり、生産性が悪いという問題がある。
近年、ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有するパルスレーザー光線をストリートに沿って照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿って外力を付与することにより割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
しかるに、サファイヤ基板の表面に形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成すると、発光ダイオード等の光デバイスの外周がアブレーションされて輝度が低下し、光デバイスの品質が低下するという問題がある。
このような問題を解消するために、窒化物半導体からなる発光層（エピ層）が形成されていないサファイヤ基板の裏面側からサファイヤ基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を集光点を内部に位置付けてストリートに沿って照射し、サファイヤ基板の内部にストリートに沿って変質層を形成することにより、サファイヤ基板を変質層が形成されたストリートに沿って分割するサファイヤ基板の加工方法が下記特許文献２に開示されている。
特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００８−６４９２号公報
上記特許文献２に開示されたサファイヤ基板の加工方法においては、光デバイスの輝度の低下はある程度改善されるものの、ストリートの交差点において先に形成された変質層にレーザー光線が照射されると、レーザー光線の集光状態が悪化して窒化物半導体からなる発光層に抜けるレーザー光線の量が増加し、窒化物半導体からなる発光層がダメージを受け光デバイスの発光機能を低下させる虞がある。
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、サファイヤ基板の表面に形成された光デバイスにダメージを与えることなくサファイヤ基板の内部にストリートに沿って変質層を形成することができるウエーハの加工方法を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、サファイヤ基板の表面に発光層が積層され所定の方向に延びる複数の第１のストリートと該複数の第１のストリートと交差して形成された複数の第２のストリートによって区画された複数の領域に光デバイスが形成されたウエーハの内部に、第１のストリートおよび第２のストリートに沿って変質層を形成するウエーハの加工方法であって、
サファイヤ基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイヤ基板の裏面側から集光点をサファイヤ基板の内部に位置付けて第１のストリートに沿って照射し、サファイヤ基板の内部に第１のストリートに沿って連続した第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程と、
サファイヤ基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイヤ基板の裏面側から集光点をサファイヤ基板の内部に位置付けて第２のストリートに沿って第１のストリートとの交差部を除いて照射し、サファイヤ基板の内部に第２のストリートに沿って第１のストリートとの交差部を除いて第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。
本発明によるウエーハの分割方法によれば、サファイヤ基板の内部に第２のストリートに沿って第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程においては、サファイヤ基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイヤ基板の裏面側から集光点をサファイヤ基板の内部に位置付けて既に第１のストリートに沿って連続して形成された第１の変質層との交差部を除いて照射し、サファイヤ基板の内部に第２のストリートに沿って第１のストリートとの交差部を除いて第２の変質層を形成するので、レーザー光線が第１の変質層と干渉して集光状態が悪化することがない。従って、レーザー光線が第１の変質層と干渉して集光状態が悪化することにより、発光層に抜けるレーザー光線の量が増加して発光層にダメージを与え、光デバイスの発光機能を低下させるという問題を解消することができる。
本発明によるウエーハの加工方法によって加工されるウエーハの斜視図および要部を拡大して示す断面図。 図１に示すウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における第１の変質層形成工程および第２の変質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における第１の変質層形成行程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における第２の変質層形成行程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における第２の変質層形成行程の説明図。
以下、本発明によるウエーハの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詳細に説明する。
図１の(a)および(b)には、本発明によるウエーハの加工方法に従って加工されるウエーハの斜視図が示されている。図１の(a)および(b)に示すウエーハ２は、例えば厚さが１５０μmのサファイヤ基板２０の表面２０aに窒化物半導体からなる発光層（エピ層）２１が積層されている。そして、発光層（エピ層）２１が所定の方向に延びる複数の第１のストリート２２と該複数の第１のストリート２２と直交して形成された複数の第２のストリート２３によって区画された複数の領域に光デバイス２４が形成されている。
上記図１に示すウエーハ２は、図２に示すように環状のフレーム３に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープ４に発光層（エピ層）２１の表面側を貼着する（保護テープ貼着工程）。従って、ウエーハ２は、サファイヤ基板２０の裏面２０bが上側となる。
上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、サファイヤ基板２０に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイヤ基板２０の裏面側から集光点をサファイヤ基板２０の内部に位置付けて第１のストリート２２に沿って照射し、サファイヤ基板２０の内部に第１のストリート２２に沿って連続した第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程を実施する。この第１の変質層形成工程は、図３に示すレーザー加工装置５を用いて実施する。図３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３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図３において矢印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。なお、図３に示すレーザー加工装置５はチャックテーブル５１の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段(図示せず)を具備しており、この加工送り量検出手段は検出信号を図示しない制御手段に送る。また、図示しない制御手段は、上記ウエーハ２に形成された第１のストリート２２と第２のストリート２３との交差点の座標値を格納するメモリを備えており、該交差点座標値と加工送り量検出手段からの検出信号とを照合しレーザー光線照射手段５２に制御信号を出力す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内には図示しない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や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング５２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器５２２が装着されている。
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、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該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撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上述したレーザー加工装置５を用いて、上記ウエーハ２を構成するサファイヤ基板２０に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイヤ基板２０の裏面側から集光点をサファイヤ基板２０の内部に位置付けて第１のストリート２２に沿って照射し、サファイヤ基板２０の内部に第１のストリート２２に沿って連続した第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程について、図３および図４を参照して説明する。
先ず上述した図３に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上にウエーハ２が貼着された保護テープ４を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護テープ４を介してウエーハ２をチャックテーブル５１上に保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル５１に保持されたウエーハ２は、サファイヤ基板２０の裏面２０bが上側となる。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。ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない移動機構によって撮像手段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、ウエーハ２の所定方向に形成されている第１のストリート２２と、該第１のストリート２２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５２２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（アライメント工程）。また、ウエーハ２に形成されている上記第１のストリート２２に対して直交して延びる第２のストリート２３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。このとき、ウエーハ２の第１のストリート２２および第２のストリート２３に形成されている発光層（エピ層）２１の表面は下側に位置しているが、撮像手段５３が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、サファイヤ基板２０の裏面２０ｂから透かして第１のストリート２２および第２のストリート２３を撮像することができる。
以上のようにしてチャックテーブル５１上に保持されたウエーハ２を構成する発光層（エピ層）２１の表面に形成されている第１のストリート２２および第２のストリート２３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、図４の（ａ）で示すようにチャックテーブル５１をレーザー光線照射手段５２の集光器５２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の第１のストリート２２の一端（図４の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段５２の集光器５２２の直下に位置付ける。そして、集光器５２２からサファイヤ基板２０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１を図４の（ａ）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、図４の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２２の照射位置が第１のストリート２２の他端（図４の（b）において右端）の位置に達したら、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の移動を停止する。この第１の変質層形成工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐをウエーハ２を構成するサファイヤ基板２０の厚み方向中央部付近に合わせる。この結果、ウエーハ２を構成するサファイヤ基板２０には、内部に第１のストリート２２に沿って連続した第１の変質層２１０が形成される。この第１の変質層２１０は、溶融再固化層として形成される。
上記第１の変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 ：Ybレーザー：イッテリビウムドープトファイバーレーザー
波長 ：１０４５ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
平均出力 ：０．３W
集光スポット径 ：φ１〜１．５μｍ
加工送り速度 ：４００ｍｍ／秒
このようにして、ウエーハ２の所定方向に延在する全ての第１のストリート２２に沿って上記第１の変質層形成工程を実行したならば、サファイヤ基板２０に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイヤ基板２０の裏面側から集光点をサファイヤ基板２０の内部に位置付けて第２のストリート２３に沿って第１のストリート２２との交差部を除いて照射し、サファイヤ基板２０の内部に第２のストリート２３に沿って第１のストリート２２との交差部を除いて第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程を実施する。第２の変質層形成工程は、先ず図５に示すようにウエーハ２（第１のストリート２２に沿って第１の変質層２１０が形成されている）を保持したチャックテーブル５１を９０度回動した位置に位置付ける。
ウエーハ２を保持したチャックテーブル５１を９０度回動した位置に位置付けたならば、図６の（ａ）で示すようにチャックテーブル５１をレーザー光線照射手段５２の集光器５２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の第２のストリート２３の一端（図６の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段５２の集光器５２２の直下に位置付ける。次に、集光器５２２からサファイヤ基板２０６に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１を図６の（ａ）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、第１のストリート２２との交差点より例えば５〜２５０μm移動方向前側(図６において左側)の位置が集光器５２２の直下に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止する。また、第１のストリート２２との交差点より例えば５〜２５０μm移動方向後側(図６において右側)の位置が集光器５２２の直下に達したら、パルスレーザー光線の照射を開始する。このようにして、サファイヤ基板２０に対して透過性を有する波長のレーザー光線を第２のストリート２３に沿って第１のストリート２２との交差部除いて照射することにより、図６の（ｂ）で示すようにウエーハ２を構成するサファイヤ基板２０の内部に第２のストリート２３に沿って第１のストリート２２との交差部を除いて第２の変質層２２０が形成される。上記交差部において第２の変質層２２０が形成されない範囲は、上記実施形態においては１０〜５００μmとなる。なお、上述したパルスレーザー光線の照射と停止は、レーザー加工装置５に装備された図示しない制御手段が、メモリに格納された第１のストリート２２と第２のストリート２３との交差点の座標値と図示しない加工送り量検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射手段５２を制御することにより実行される。このようにして形成された第２の変質層２２０と第１の変質層２１０とは、第１のストリート２２と第２のストリート２３の交差点において重ねて形成されない。この第２の変質層形成工程においても、パルスレーザー光線の集光点Ｐをウエーハ２を構成するサファイヤ基板２０の厚み方向中央部付近に合わせる。なお、第２の変質層形成工程の加工条件は、上記第１の変質層形成工程の加工条件と同じでよい。
上述したように第２の変質層形成工程において第２のストリート２３に沿って第２の変質層２２０を形成するには、第１のストリート２２に沿って既に第１の変質層２１０が形成されている第１のストリート２２との交差部を除いてレーザー光線を照射し、サファイヤ基板２０の内部に第２のストリート２３に沿って第１のストリート２２との交差部を除いて第２の変質層２２０を形成するので、レーザー光線が第１の変質層２１０と干渉して集光状態が悪化することがない。従って、レーザー光線が第１の変質層２１０と干渉して集光状態が悪化することにより、発光層（エピ層）２１に抜けるレーザー光線の量が増加して発光層（エピ層）２１にダメージ与え、光デバイス２４の発光機能を低下させるという問題を解消することができる。
以上のようにして、第１の変質層形成工程および第２の変質層形成工程が実施されたウエーハ２は、第１のストリート２２および第２のストリート２３に沿って外力を付与し、第１の変質層２１が形成された第１のストリート２２および第２の変質層２２０を形成された第２のストリート２３に沿って破断するウエーハ分割工程に搬送される。
２：ウエーハ
２０：サファイヤ基板
２１：発光層（エピ層）
２２：第１の分割予定ライン
２３：第２の分割予定ライン
２４：デバイス
２１０：第１の変質層
２２０：第２の変質層
３：環状のフレーム
４：保護テープ
５：レーザー加工装置
５１：レーザー加工装置のチャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５３：撮像手段

Claims (1)

  1. サファイヤ基板の表面に発光層が積層され所定の方向に延びる複数の第１のストリートと該複数の第１のストリートと交差して形成された複数の第２のストリートによって区画された複数の領域に光デバイスが形成されたウエーハの内部に、第１のストリートおよび第２のストリートに沿って変質層を形成するウエーハの加工方法であって、
    サファイヤ基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイヤ基板の裏面側から集光点をサファイヤ基板の内部に位置付けて第１のストリートに沿って照射し、サファイヤ基板の内部に第１のストリートに沿って連続した第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程と、
    サファイヤ基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイヤ基板の裏面側から集光点をサファイヤ基板の内部に位置付けて第２のストリートに沿って第１のストリートとの交差部を除いて照射し、サファイヤ基板の内部に第２のストリートに沿って第１のストリートとの交差部を除いて第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程と、を含む、
    ことを特徴とするウエーハの分割方法。
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