JP2011134955A - 板状材料からのチップ状部品の生産方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】サファイア層内から光線が効率よく出射されて高い輝度性能を発揮する発光デバイスを得ることができる板状材料からのチップ状部品の生産方法を提供する。
【解決手段】サファイア基板層２Ａと発光層３Ａとを有し、サファイア基板層２Ａに分割予定ライン９によって多数の略正方形状の発光デバイス領域４Ａが区画された発光デバイス素材１に対し、分割予定ライン９に沿ってレーザ光線を蛇行走査させて照射することによりレーザ加工を施し、この後、レーザ加工の加工軌跡に外力を与えて発光デバイス素材１を多数の発光デバイス４に分割する。発光デバイス４はサファイア層２の側面２ｆが断面波形状であるため、サファイア層２内の光線の反射角度が保存されにくく、サファイア層２内から光線が効率よく出射される。
【選択図】図７
【解決手段】サファイア基板層２Ａと発光層３Ａとを有し、サファイア基板層２Ａに分割予定ライン９によって多数の略正方形状の発光デバイス領域４Ａが区画された発光デバイス素材１に対し、分割予定ライン９に沿ってレーザ光線を蛇行走査させて照射することによりレーザ加工を施し、この後、レーザ加工の加工軌跡に外力を与えて発光デバイス素材１を多数の発光デバイス４に分割する。発光デバイス４はサファイア層２の側面２ｆが断面波形状であるため、サファイア層２内の光線の反射角度が保存されにくく、サファイア層２内から光線が効率よく出射される。
【選択図】図７
Description
本発明は、サファイア基板層と発光層とを有する板状材料を分割して発光デバイス等のチップ状部品を得る方法に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状の半導体ウェーハの表面に、格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域を区画し、これら領域にＩＣやＬＳＩ等の電子回路を有するデバイスを形成する。そしてこの半導体ウェーハを分割予定ラインに沿って切断することにより、デバイスが形成された領域が複数の半導体チップとして分割される。また、サファイア基板の表面に発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子等が積層された光デバイスウェーハも、同様にして分割予定ライン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発光デバイス（特許文献１等参照）に分割され、電子・電気機器に広く利用されている。
上述したウェーハ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、ウェーハ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砥石ブレードとを備えた切削工具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だ構成のものが知られている。
このような切削装置では、切削工具と、チャックテーブルに保持された被加工物とを相対的に切削送りしながら、２００００〜４００００ｒｐｍ（revolution per minute）の回転速度で回転させた切削工具を被加工物に切り込ませることにより、被加工物が切断される。
一方、近年ではサファイア基板の表面に窒化物半導体等の発光素子が積層された光デバイスウェーハを分割する方法として、ウェーハに形成された分割予定ラインに沿ってパルスレーザ光線を照射することによりレーザ加工溝を形成し、次いでこのレーザ加工溝に外力を与えることによってウェーハを分割予定ラインに沿って割断する方法が提案されている（例えば特許文献２）。また、この種のウェーハをレーザ加工によって分割する他の方法として、透過性を有するパルスレーザ光線を基板の内部に集光点を合わせて照射して該内部に分割予定ラインに沿った変質層を連続的に形成し、この変質層で強度が低下したレーザ加工軌跡に外力を与えることによって基板を割断する方法も提案されている（特許文献３）。
上記特許文献１等に開示されるような、サファイア層の表面に発光層が積層された構造の発光デバイスにおいては、発光層で発光する光線がサファイア層に放射され、その光線がサファイア層から空気中に出射される。ところで、サファイアの屈折率はかなり大きく、これに起因して次のような問題が起こっていた。すなわち、発光層からサファイア層に出射された光線がサファイア層とサファイア層に隣接する層（例えば空気）との界面を透過するには、該界面の法線に対して所定の角度（サファイアと空気の界面である場合は３４．５°）より小さい角度で界面に入射する必要があり、これより大きい角度で界面に入射した光線はサファイア層から出射されずにサファイア層中に閉じ込められてしまい、効率よくサファイア層から光線が出射されず輝度性能が低下するという問題である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、サファイア層内から光線が効率よく出射されて高い輝度性能を発揮する発光デバイスを得ることができる板状材料からのチップ状部品の生産方法を提供することを目的としている。
本発明は、サファイア基板層と発光層とを有する板状材料を保持する保持手段と、該保持手段に保持された前記板状材料にレーザ光線を照射してレーザ加工を施すレーザ加工手段とを備えたレーザ加工装置によって、前記板状材料を分割してチップ状部品を得る板状材料からのチップ状部品の生産方法であって、前記保持手段に、前記板状材料を、前記発光層側を該保持手段に合わせ、かつ、前記サファイア基板層側を露出させた状態で保持する保持工程と、前記サファイア基板層側から、前記板状材料に形成された分割予定ラインに沿って前記レーザ光線を波形状またはジグザグ状に走査させて前記レーザ加工を施すレーザ加工工程と、該レーザ加工によって前記分割予定ラインに施された加工軌跡に対して外力を与えることにより前記板状材料を分割する分割工程とを含むことを特徴とする。
本発明の方法によれば、サファイア基板層が分割されたサファイア層の片面に発光層が積層された構造の複数のチップ状の発光デバイスが得られる。本発明で得られる発光デバイスのサファイア層は、レーザ加工による加工軌跡に沿って切断された複数の側面に囲繞されているが、その側面の断面形状は、加工軌跡に応じた波形状またはジグザグ状である。このため、サファイア層内において１つの側面（サファイア層に隣接する層との界面）に対する光線の入射角度が該側面を透過しない角度であっても、反射した後の次に入射する側面、あるいはその次に入射する側面では、該側面を透過可能な角度になりやすい。その結果、サファイア層内から出射する光線の量が多くなる。
本発明によれば、サファイア層内から光線が効率よく出射されて高い輝度性能を発揮する発光デバイスを製造することができるといった効果を奏する。
以下、図面を参照して、発光デバイス素材を分割して多数の発光デバイスを得る本発明の一実施形態を説明する。
（１）発光デバイス素材
図１は、一実施形態のウェーハ状の発光デバイス素材（板状材料）１を示している。この発光デバイス素材１は、図１（ｂ）に示すように、サファイアからなる円板状のサファイア基板層２Ａの表面（図１（ｂ）では下側の面）２ａ全面に発光層３Ａが積層された構成である。サファイア基板層２Ａの裏面２ｂには、図１（ａ）に示すように、格子状に配列された複数の直線状の分割予定ライン９によって、略矩形状の多数の発光デバイス領域４Ａが区画されている。
図１は、一実施形態のウェーハ状の発光デバイス素材（板状材料）１を示している。この発光デバイス素材１は、図１（ｂ）に示すように、サファイアからなる円板状のサファイア基板層２Ａの表面（図１（ｂ）では下側の面）２ａ全面に発光層３Ａが積層された構成である。サファイア基板層２Ａの裏面２ｂには、図１（ａ）に示すように、格子状に配列された複数の直線状の分割予定ライン９によって、略矩形状の多数の発光デバイス領域４Ａが区画されている。
発光層３Ａは、この種のものとして一般周知のものであって、例えばバンドギャップ層、または量子井戸で構成されるが、これに限定されるものではなく、その材料は、III−V族、またはII−VI族の元素より構成された化合物、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）、窒化アルミガリウム（ＡｌＧａＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、亜鉛ドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ：Ｚｎ）、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）、またはガリウムリン（ＧａＰ）のいずれかを含む発光素子により構成される。これら材料のいずれかを含む発光素子としては、上記発光ダイオードやＥＬ（Electro Luminescence）素子等が挙げられる。
本実施形態では、上記発光デバイス素材１を分割予定ライン９に沿って切断して分割し、多数に個片化した発光デバイス領域４Ａを発光デバイスとして得る方法である。以下、その方法を説明する。
発光デバイス素材１は、図２に示すように、環状のフレーム１１の内側の開口部１１ａに粘着テープ１２を介して支持されて図３に示すレーザ加工装置２０に供給され、このレーザ加工装置により、サファイア基板層２Ａに対して分割の前工程であるレーザ加工が施される。フレーム１１は、ステンレス等の剛性を有する金属板からなるものである。粘着テープ１２は、合成樹脂シート等からなる基材の片面に粘着層が形成されたもので、粘着層を介してフレーム１１の裏面に開口部１１ａを覆って貼着される。発光デバイス素材１は、フレーム１１の開口部１１ａに同心状に配置され、発光層３Ａ側が粘着テープ１２の粘着層に貼着される。発光デバイス素材１は、フレーム１１を取り扱うことにより搬送される。
（２）レーザ加工装置
続いて、図３を参照して、発光デバイス素材１の分割予定ライン９に沿ってレーザ加工を施すレーザ加工装置２０を説明する。
続いて、図３を参照して、発光デバイス素材１の分割予定ライン９に沿ってレーザ加工を施すレーザ加工装置２０を説明する。
（２−１）レーザ加工装置の構成
図３の符号２１は基台であり、この基台２１上には、ＸＹ移動テーブル２２が、水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に設けられている。このＸＹ移動テーブル２２には、発光デバイス素材１を保持するチャックテーブル（保持手段）５１が設置されている。チャックテーブル５１の上方には、チャックテーブル５１に保持された発光デバイス素材１に向けてレーザ光線を照射するレーザ加工手段６０のレーザ光線照射部６２が、チャックテーブル５１に対向する状態に配設されている。
図３の符号２１は基台であり、この基台２１上には、ＸＹ移動テーブル２２が、水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に設けられている。このＸＹ移動テーブル２２には、発光デバイス素材１を保持するチャックテーブル（保持手段）５１が設置されている。チャックテーブル５１の上方には、チャックテーブル５１に保持された発光デバイス素材１に向けてレーザ光線を照射するレーザ加工手段６０のレーザ光線照射部６２が、チャックテーブル５１に対向する状態に配設されている。
ＸＹ移動テーブル２２は、基台２１上にＸ軸方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース３０と、このＸ軸ベース３０上にＹ軸方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース４０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース３０は、基台２１上に固定されたＸ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール３１に摺動自在に取り付けられており、モータ３２でボールねじ３３を作動させるＸ軸駆動機構３４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース４０は、Ｘ軸ベース３０上に固定されたＹ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール４１に摺動自在に取り付けられており、モータ４２でボールねじ４３を作動させるＹ軸駆動機構４４によってＹ軸方向に移動させられる。
Ｙ軸ベース４０の上面には、円筒状のチャックベース５０が固定されており、このチャックベース５０の上に、チャックテーブル５１がＺ軸方向（上下方向）を回転軸として回転自在に支持されている。チャックテーブル５１は、真空吸引作用によりワーク（この場合は発光デバイス素材１）を吸着して保持する一般周知の真空チャック式のものである。チャックテーブル５１は、チャックベース５０内に収容された図示せぬ回転駆動手段によって一方向または両方向に回転駆動されるようになっている。チャックテーブル５１の周囲には、上記フレーム１１を着脱自在に保持する一対のクランプ５２が、互いに１８０°離れた位置に配設されている。これらクランプ５２は、チャックベース５０に取り付けられている。
ＸＹ移動テーブル２２においては、Ｘ軸ベース３０がＸ軸方向に移動する時が、レーザ光線を分割予定ライン９に沿って照射する加工送りとされる。そして、Ｙ軸ベース４０がＹ軸方向に移動することにより、レーザ光線を照射する対象の分割予定ライン９を切り替える割り出しがなされる。なお、加工送り方向と割り出し方向は、この逆、つまり、Ｙ軸方向が加工送り方向、Ｘ軸方向が割り出し方向に設定されてもよく、限定はされない。
レーザ加工手段６０は、チャックテーブル５１の上方に向かってＹ軸方向に延びる直方体状のケーシング６１を有しており、このケーシング６１の先端に、上記レーザ光線照射部６２が設けられている。ケーシング６１は、基台２１に立設されたコラム２３に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って上下動可能に設けられており、コラム２３内に収容された図示せぬ上下駆動手段によって上下動させられる。
ケーシング６１内には、レーザ加工手段６０の構成要素として、パルスレーザ光線発振器や、このパルスレーザ光線発振器が発振したレーザ光線の出力（パルスエネルギー）を調整するレーザ光線出力調整器等が収容されている。レーザ加工手段６０によれば、レーザ光線照射部６２からレーザ光線が下方に向けて照射されるようになっている。レーザ光線照射部６２は、レーザ光線発振器で発振されたレーザ光線を下方に向けて方向転換させるミラーや、このミラーによって方向転換されたレーザ光線を集光する集光レンズ等を備えている。
ケーシング６１の先端であってレーザ光線照射部６２の近傍には、撮像手段７０が配設されている。この撮像手段７０は、レーザ光線照射部６２から発光デバイス素材１に照射されるレーザ光線の照射領域を撮像して検出するものであり、チャックテーブル５１に保持された発光デバイス素材１を照明する照明手段や光学系や、この光学系で捕らえられた像を撮像するＣＣＤ等からなる撮像素子等を備えている。この撮像手段７０で撮像された画像情報は、制御手段８０に供給されるようになっている。
制御手段８０は、撮像手段７０から供給された画像情報に基づき、上記チャックテーブル５１の回転、Ｘ軸駆動機構３４によるＸ軸ベース３０の移動（加工送り）、Ｙ軸駆動機構４４によるＹ軸ベース４０の移動（割り出し）、レーザ加工手段６０によるレーザ光線照射といった動作を適宜に制御する。
（２−２）レーザ加工装置の動作
以上がレーザ加工装置２０の構成であり、次いで、このレーザ加工装置２０によって発光デバイス素材１のサファイア基板層２Ａにレーザ加工を施す動作例を説明する。当該動作は、制御手段８０によって自動制御されるものであり、本発明の方法を含む。
以上がレーザ加工装置２０の構成であり、次いで、このレーザ加工装置２０によって発光デバイス素材１のサファイア基板層２Ａにレーザ加工を施す動作例を説明する。当該動作は、制御手段８０によって自動制御されるものであり、本発明の方法を含む。
（２−２−１）発光デバイス素材の保持工程
はじめに、チャックテーブル５１を真空運転し、図２に示したように粘着テープ１２を介してフレーム１１に支持された発光デバイス素材１を、発光層３Ａ側をチャックテーブル５１の表面に合わせ、かつ、サファイア基板層２Ａ側を上方に露出させた状態として、チャックテーブル５１に載置する。これにより発光デバイス素材１は、図４に示すように、粘着テープ１２を介して発光層３Ａ側がチャックテーブル５１に真空吸引作用で吸着、保持される。また、フレーム１１をクランプ５２によって保持する。
はじめに、チャックテーブル５１を真空運転し、図２に示したように粘着テープ１２を介してフレーム１１に支持された発光デバイス素材１を、発光層３Ａ側をチャックテーブル５１の表面に合わせ、かつ、サファイア基板層２Ａ側を上方に露出させた状態として、チャックテーブル５１に載置する。これにより発光デバイス素材１は、図４に示すように、粘着テープ１２を介して発光層３Ａ側がチャックテーブル５１に真空吸引作用で吸着、保持される。また、フレーム１１をクランプ５２によって保持する。
次いで、ＸＹ移動テーブル２２を適宜にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてサファイア基板層２Ａを撮像手段７０の直下に移動させ、サファイア基板層２Ａの露出面である裏面２ｂを撮像手段７０で撮像する。制御手段８０は、撮像されたサファイア基板層２Ａの裏面２ｂの分割予定ライン９に基づき、チャックテーブル５１を回転させてレーザ光線を照射する一方向に延びる分割予定ライン９を加工送り方向（Ｘ軸方向）と平行に設定するアライメント作業を行う。すなわち、一方向に延びる分割予定ライン９を加工送り方向と平行に設定する。
（２−２−２）レーザ加工工程
Ｘ軸ベース３０をＸ軸方向に移動させて、発光デバイス素材１をレーザ光線照射部６２の下方からＸ軸方向に外れた待機位置に位置付ける。また、Ｙ軸ベース４０を割り出し方向（Ｙ軸方向）に移動させて、Ｘ軸方向に延びる１本の分割予定ライン９のＹ軸方向位置をレーザ光線照射部６２から照射されるレーザ光線の集光点に合致させる割り出しを行う。さらに、ケーシング６１の上下位置を調整して、レーザ光線照射部６２から照射されるレーザ光線の集光点をレーザ加工に応じた高さ位置に定める。
Ｘ軸ベース３０をＸ軸方向に移動させて、発光デバイス素材１をレーザ光線照射部６２の下方からＸ軸方向に外れた待機位置に位置付ける。また、Ｙ軸ベース４０を割り出し方向（Ｙ軸方向）に移動させて、Ｘ軸方向に延びる１本の分割予定ライン９のＹ軸方向位置をレーザ光線照射部６２から照射されるレーザ光線の集光点に合致させる割り出しを行う。さらに、ケーシング６１の上下位置を調整して、レーザ光線照射部６２から照射されるレーザ光線の集光点をレーザ加工に応じた高さ位置に定める。
続いて、発光デバイス素材１がレーザ光線照射部６２に向かう方向にＸ軸ベース３０を移動させる加工送りを行いながら、レーザ光線照射部６２からサファイア基板層２Ａに向けてレーザ光線を照射する。この時、レーザ光線が分割予定ライン９に沿ってＳ字状の曲線が連続する波形状に走査されるように、レーザ光線の走査方向を左右に蛇行させる。
レーザ光線の走査方向を分割予定ライン９に沿った波形状に変化させるには任意の方法が採られるが、例えば、音響光学素子（ＡＯＤ：Acoustic Optics Diode）を用いてレーザ光線自体の走査方向を変化させる方法が挙げられる。この他には、レーザ光線照射部６２が備える上記ミラーの角度を調整してレーザ光線の反射角度を変えたり、レーザ光線照射部６２が備える上記集光レンズを左右に振ったりする方法が挙げられる。
また、サファイア基板層２Ａの分割予定ライン９に沿って施す本実施形態でのレーザ加工は、分割予定ライン９を弱化させる加工であり、サファイア基板層２Ａの露出面である裏面２ｂに一定深さの溝を形成する溝加工や、サファイア基板層２Ａの内部に脆弱な変質層を形成する加工などが選択される。
溝加工の場合は、図４に示すように、レーザ光線ＬＢをサファイア基板層２Ａの裏面２ｂから所定深さまで照射してサファイア基板層２Ａの成分を溶融・蒸散させるアブレーション加工により、分割予定ライン９に沿った波形状の溝Ｇを形成する。
また、変質層を形成する場合には、図５に示すように、透過性を有するレーザ光線ＬＢをサファイア基板層２Ａの内部に集光点を合わせて照射し、該内部に分割予定ライン９に沿った波形状の変質層Ｐを形成する。なお、ここで言う変質層とは、密度、屈折率、機械的強度、あるいはその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域のことであり、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等が挙げられ、さらにこれらの単独状態、または混在状態を含むものとされる。
なお、図４および図５の矢印Ｆ１はチャックテーブル５１の移動方向であり、したがって矢印Ｆ２はレーザ光線ＬＢの走査方向である加工送り方向である。また、図４および図５では、溝Ｇおよび変質層ＰはＦ２方向に直線的に示されているが、実際にはレーザ光線ＬＢの走査方向が図面表裏方向に交互に変化しながらＦ２方向に蛇行していくため、溝Ｇおよび変質層Ｐも図面表裏方向に交互に屈曲する波形状となる。
上記のように１本の分割予定ライン９に沿って波形状にレーザ加工を施したら、次に、Ｙ軸ベース４０を割り出し方向に移動させて、先にレーザ加工を施した分割予定ライン９に隣接する分割予定ライン９のＹ軸方向位置をレーザ光線の集光点に合致させる割り出しを行う。続いて、発光デバイス素材１を加工送りしながら、上記と同様にして、割り出された分割予定ライン９に沿って波形状にレーザ光線を照射する。このように、分割予定ライン９に沿ってレーザ光線を照射する加工送りと、Ｙ軸方向のレーザ光線照射位置を定める割り出しを交互に繰り返し行い、Ｘ軸方向と平行にされた一方向に延びる全ての分割予定ライン９に沿ってレーザ光線を波形状に走査させてレーザ加工を施す。
次に、チャックテーブル５１を９０°回転させて、レーザ加工が施された分割予定ライン９に直交する方向に延びる分割予定ライン９を、Ｘ軸方向と平行に設定するアライメント作業を行う。この後は、上記と同様にして、Ｘ軸方向と平行にされた全ての分割予定ライン９に沿ってレーザ光線を波形状に照射してレーザ加工を施す。これにより、図６に示すように全ての分割予定ライン９に沿ってレーザ加工が波形状に施される。図６は、サファイア基板層２Ａの露出面（裏面２ｂ）に図４に示した溝Ｇを波形状に形成した例を示しており、溝Ｇは、図６（ｂ）に示すように分割予定ライン９を縫うように蛇行して形成される。
（３）分割工程
以上によってサファイア基板層２Ａには分割予定ライン９に沿って波形状にレーザ加工が施され、したがってサファイア基板層２Ａの１つ１つの発光デバイス領域４Ａは、レーザ加工による波形状の加工軌跡（図４に示した溝Ｇ、または図５に示した変質層Ｐ）に囲繞された状態となっている。本実施形態では、次に、これら分割予定ライン９に沿った加工軌跡に外力を与え、発光デバイス素材１を加工軌跡に沿って割断する。これにより、各発光デバイス領域４Ａは図８に示す発光デバイス４に個片化される。すなわち、ウェーハ状の発光デバイス素材１は多数のチップ状の発光デバイス４に分割される。
以上によってサファイア基板層２Ａには分割予定ライン９に沿って波形状にレーザ加工が施され、したがってサファイア基板層２Ａの１つ１つの発光デバイス領域４Ａは、レーザ加工による波形状の加工軌跡（図４に示した溝Ｇ、または図５に示した変質層Ｐ）に囲繞された状態となっている。本実施形態では、次に、これら分割予定ライン９に沿った加工軌跡に外力を与え、発光デバイス素材１を加工軌跡に沿って割断する。これにより、各発光デバイス領域４Ａは図８に示す発光デバイス４に個片化される。すなわち、ウェーハ状の発光デバイス素材１は多数のチップ状の発光デバイス４に分割される。
分割予定ライン９に沿って形成されたレーザ加工による波形状の加工軌跡に外力を与える方法としては、粘着テープ１２を全体的に径方向外方に引っ張って拡張するといった方法が好適に採用される。この方法は、例えば特開２００７−２７２５０号公報や特開２００８−１４０８７４号公報等に開示される拡張装置を用いて実施することが可能である。また、加工軌跡が折り目となるように折る力を与える方法でも、発光デバイス素材１を分割することができる。
図７は、分割予定ラインに沿って波形状の溝をレーザ加工により形成した後、粘着テープを拡張して発光デバイス素材を分割した状態の実例を示している。この場合、発光デバイス領域は正方形状であって、一辺を形成する溝は例えば１０前後の屈曲部が交互に形成された波形状であり、その一辺の長さは例えば０．３ｍｍ程度である。
（４）発光デバイス
続いて、上記のようにして発光デバイス素材１を分割して得られた発光デバイス４について説明する。
続いて、上記のようにして発光デバイス素材１を分割して得られた発光デバイス４について説明する。
（４−１）発光デバイスの構成
発光デバイス４は、図８（（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図）に示すように、上記サファイア基板層２Ａが個片化されてなるサファイア層２の表面（図８（ａ），（ｂ）では下側の面）２ｃに発光層３が積層された構成である。
発光デバイス４は、図８（（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図）に示すように、上記サファイア基板層２Ａが個片化されてなるサファイア層２の表面（図８（ａ），（ｂ）では下側の面）２ｃに発光層３が積層された構成である。
図８（ｃ）に示すように、発光デバイス４は、サファイア層２と発光層３の積層方向から見た平面視が略正方形状であるが、四辺は直線ではなく、レーザ加工による加工軌跡に対応した波形状である。サファイア層２はこのような略正方形状の表面２ｃおよび裏面２ｄを有し、これら表面２ｃと裏面２ｄとの間に、裏面２ｄの４つの各辺２ｅから発光層３に至る４つの側面２ｆ（図９で２ｆ−１〜４）がそれぞれ形成された構成である。そしてこのサファイア層２の表面２ｃに、同一の断面形状を有する発光層３が積層されている。
この発光デバイス４によれば、発光層３が発光することにより、発光層３から放射される光線がサファイア層２内を透過して、裏面２ｄおよび各側面２ｆからサファイア層２の外（例えば空気中）に出射する。
（４−２）発光デバイスの作用効果
図９に示すように、本実施形態の発光デバイス４のサファイア層２は、上記４つの側面２ｆに囲繞された構成である。これら側面２ｆは上記加工軌跡に沿って切断された切断面であり、したがってその断面形状は加工軌跡に応じた波形状である。このため、サファイア層２内からの光線の出射量が多くなるという作用効果が得られる。
図９に示すように、本実施形態の発光デバイス４のサファイア層２は、上記４つの側面２ｆに囲繞された構成である。これら側面２ｆは上記加工軌跡に沿って切断された切断面であり、したがってその断面形状は加工軌跡に応じた波形状である。このため、サファイア層２内からの光線の出射量が多くなるという作用効果が得られる。
その理由を述べると、図１０は四辺が直線である断面正方形状のサファイア層２’を示しており、このサファイア層２’内で光線Ｌが側面２ｆ’に入射した場合において、光線Ｌが側面２ｆ’、すなわちサファイア層２’と例えば空気との界面を透過して空気中に出射することが可能な臨界角度（界面の法線に対する角度）θは、両者の屈折率に基づき約３４．５°と比較的小さい。この臨界角度θ内の角度で光線Ｌが側面２ｆ’に入射すれば光線Ｌは側面２ｆ’を透過するが、臨界角度θ以上の角度で側面２ｆ’に入射した光線Ｌは反射する。そして、場合によっては反射角度が保存され、反射を繰り返していずれはサファイア層２’内で消光する。
しかしながら、図９に示す本実施形態のサファイア層２にあっては、側面２ｆが波形状となっているため、１つの側面２ｆ−１に臨界角度θ以上の角度で入射して反射した光線Ｌ１は、次に入射する側面２ｆ−２に対しては臨界角度θ内の角度で入射し、この側面２ｆ−２を透過する。また、側面２ｆ−１に対し異なる位置において臨界角度θ以上で入射して反射した光線Ｌ２は、側面２ｆ−２に入射して反射するが、次に入射する側面２ｆ−３に対しては臨界角度θ内の角度で入射したため、この側面２ｆ−３を透過する。
本実施形態の発光デバイス４によれば、上記のようにサファイア層２内において１つの側面２ｆに対する光線の入射角度がその側面２ｆを透過せず反射が保存される角度であっても、反射した後の次に入射する側面２ｆ、あるいはその次に入射する側面２ｆでは入射角度が透過可能な角度になりやすい。したがって、反射角度が保存されることが少なくなる。その結果、サファイア層２内から出射する光線の量が多くなり、サファイア層２内から効率よく光線Ｌが出射して高い輝度性能が発揮される。
換言すると、図１１に示すようにある発光点Ｌ０から発せられた光線がサファイア層２から出射するには、図中Ｅで示すエスケープコーンと一般に呼ばれている範囲を進行する必要がある。このエスケープコーンＥは、発光点Ｌ０から発せられた光線がサファイア層２とサファイア層２に隣接する層との界面を透過し得る範囲を指しており、本発明は、サファイア層２の側面の断面形状が波形状（あるいはジグザグ状）であることにより、このエスケープコーンＥを広げることができると考えられる。
（５）本発明の別形態
図８に示した発光デバイス４は、サファイア層２側の端面から発光層３側の端面まで側面全体が断面波形状であるが、上記分割工程での発光デバイス素材１の分割状況によっては、側面全体が断面波形状になるとは限らない。例えば図１２に示すように、サファイア層２の側面２ｆの、サファイア層２側の端面（図で上面の裏面２ｄ）から発光層３に至る途中まで断面波形状であり、そこから発光層３側の端面までは平坦であるような形状になる場合もある。本発明では、このようにサファイア層２の側面の一部の断面形状が波形状あるいはジグザグ状であるものも含む。
図８に示した発光デバイス４は、サファイア層２側の端面から発光層３側の端面まで側面全体が断面波形状であるが、上記分割工程での発光デバイス素材１の分割状況によっては、側面全体が断面波形状になるとは限らない。例えば図１２に示すように、サファイア層２の側面２ｆの、サファイア層２側の端面（図で上面の裏面２ｄ）から発光層３に至る途中まで断面波形状であり、そこから発光層３側の端面までは平坦であるような形状になる場合もある。本発明では、このようにサファイア層２の側面の一部の断面形状が波形状あるいはジグザグ状であるものも含む。
また、上記実施形態では、レーザ加工による加工軌跡を曲線が連続する波形状としているが、本発明の加工軌跡は、直線が何回も折れ曲がったジグザグ状であるものも含む。加工軌跡がジグザグ状である場合には、発光デバイス素材１が分割されて得られる発光デバイス４は、図１３に示す発光デバイス４のようにサファイア層２の側面の断面形状がジグザグ状に形成されたものとなる。
１…発光デバイス素材（板状材料）
２…サファイア層
２ｆ…サファイア層の側面
２Ａ…サファイア基板層
３…発光層
３Ａ…発光層
４…発光デバイス
４Ａ…発光デバイス領域
９…分割予定ライン
２０…レーザ加工装置
５１…チャックテーブル（保持手段）
６０…レーザ加工手段
Ｇ…溝（加工軌跡）
ＬＢ…レーザ光線
Ｐ…変質層（加工軌跡）
２…サファイア層
２ｆ…サファイア層の側面
２Ａ…サファイア基板層
３…発光層
３Ａ…発光層
４…発光デバイス
４Ａ…発光デバイス領域
９…分割予定ライン
２０…レーザ加工装置
５１…チャックテーブル（保持手段）
６０…レーザ加工手段
Ｇ…溝（加工軌跡）
ＬＢ…レーザ光線
Ｐ…変質層（加工軌跡）
Claims (1)
- サファイア基板層と発光層とを有する板状材料を保持する保持手段と、該保持手段に保持された前記板状材料にレーザ光線を照射してレーザ加工を施すレーザ加工手段とを備えたレーザ加工装置によって、前記板状材料を分割してチップ状部品を得る板状材料からのチップ状部品の生産方法であって、
前記保持手段に、前記板状材料を、前記発光層側を該保持手段に合わせ、かつ、前記サファイア基板層側を露出させた状態で保持する保持工程と、
前記サファイア基板層側から、前記板状材料に形成された分割予定ラインに沿って前記レーザ光線を波形状またはジグザグ状に走査させて前記レーザ加工を施すレーザ加工工程と、
該レーザ加工によって前記分割予定ラインに施された加工軌跡に対して外力を与えることにより前記板状材料を分割する分割工程と
を含むことを特徴とする板状材料からのチップ状部品の生産方法。
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