JP2011165766A - 光デバイスウエーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光デバイスの輝度を低下させない光デバイスウエーハの加工方法を提供することである。
【解決手段】 基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、該基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該分割予定ラインに対応する基板内部に位置づけるとともに該分割予定ラインに沿って照射して基板内部に変質層を形成し、該変質層を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、該分割予定ラインに沿ってCO2レーザを照射して該分割起点から基板内部にクラックを成長させるクラック成長工程と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図7
【解決手段】 基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、該基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該分割予定ラインに対応する基板内部に位置づけるとともに該分割予定ラインに沿って照射して基板内部に変質層を形成し、該変質層を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、該分割予定ラインに沿ってCO2レーザを照射して該分割起点から基板内部にクラックを成長させるクラック成長工程と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図7
Description
本発明は光デバイスウエーハの加工方法に関する。
サファイア基板、SiC基板等の表面に窒化ガリウム(GaN)等の半導体層(エピタキシャル層)を形成し、該半導体層にLED等の複数の光デバイスが格子状に形成されたストリート(分割予定ライン)によって区画されて形成された光デバイスウエーハは、モース硬度が比較的高く切削ブレードによる分割が困難であることから、レーザビームの照射によって個々の光デバイスに分割され、分割された光デバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
レーザビームを用いて光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法として、以下に説明する第1及び第2の加工方法が知られている。第1の加工方法は、基板に対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のレーザビームを分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により分割溝を形成し、その後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に分割する方法である(例えば、特開平10−305420号公報参照)。
第2の加工方法は、基板に対して透過性を有する波長(例えば1064nm)のレーザビームの集光点を分割予定ラインに対応する基板の内部に位置づけて、レーザビームを分割予定ラインに沿って照射して変質層を形成し、その後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に分割する方法である(例えば、特許第3408805号公報参照)。何れの加工方法でも、光デバイスウエーハを確実に個々の光デバイスに分割することができる。
しかし、アブレーション加工方法においては、光デバイスを囲繞する側壁に溶融層が残存して光デバイスの輝度を低下させるという問題がある。また、基板内部に変質層を形成する加工方法においては、光デバイスを囲繞する側壁に変質層が残存して光デバイスの輝度を低下させ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、光デバイスの輝度を低下させない光デバイスウエーハの加工方法を提供することである。
請求項1記載の発明によると、基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、該基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該分割予定ラインに対応する基板内部に位置づけるとともに該分割予定ラインに沿って照射して基板内部に変質層を形成し、該変質層を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、該分割予定ラインに沿ってCO2レーザを照射して該分割起点から基板内部にクラックを成長させるクラック成長工程と、を具備した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。
請求項2記載の発明によると、基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、該基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工により加工溝を形成し、該加工溝を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、該分割予定ラインに沿ってCO2レーザを照射して該分割起点から基板内部にクラックを成長させるクラック成長工程と、を具備した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、光デバイスウエーハの加工方法は、クラック成長工程を実施した後、分割予定ライン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に分割するウエーハ分割工程を更に具備している。
好ましくは、クラック成長工程は加工点に霧状の冷却流体を供給しながら実施する。
請求項1記載の発明によると、分割予定ラインに沿って基板内部に分割起点となる変質層を形成し、その後分割予定ラインに沿ってCO2レーザを照射して分割起点から基板内部にクラックを成長させて、光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割するようにしたので、光デバイスを囲繞する側壁に変質層が殆ど残存することなく、光デバイスの輝度を向上させることができる。
請求項2記載の発明によると、分割予定ラインに沿って基板表面に分割起点となる加工溝を形成し、その後分割予定ラインに沿ってCO2レーザを照射して分割起点から基板内部にクラックを成長させて、光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割するようにしたので、光デバイスを囲繞する側壁に溶融層が殆ど残存することなく、光デバイスの輝度を向上させることができる。
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、本発明のウエーハ加工方法において分割起点形成工程を実施するのに適したレーザ加工装置2の概略構成図が示されている。
レーザ加工装置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、すなわち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にはレーザビーム照射ユニット34を収容するケーシング35が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット34は、図2に示すように、YAGレーザ又はYVO4レーザを発振するレーザ発振器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。
レーザビーム照射ユニット34のパワー調整手段68により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング35の先端に取り付けられた集光器36のミラー70で反射され、更に集光用対物レンズ72によって集光されてチャックテーブル28に保持されている光デバイスウエーハ11に照射される。
ケーシング35の先端部には、集光器36とX軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段38が配設されている。撮像手段38は、可視光によって光デバイスウエーハ11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。
撮像手段38は更に、光デバイスウエーハ11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。
撮像手段38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、本発明の光デバイスウエーハの加工方法においてクラック成長工程を実施するのに適したレーザ加工装置2Aの概略構成図が示されている。レーザ加工装置2Aは、図1に示したレーザ加工装置2に類似しているため、レーザ加工装置2Aの説明においては、レーザ加工装置2と実質的に同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明を省略する。
レーザ加工装置2Aでは、静止基台4に立設されたコラム32に、レーザビーム照射ユニット74を収容するケーシング75が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット74は、図示を省略したCO2レーザ発振器と、CO2レーザ発振器から発振されたCO2レーザビームのパワーを調整するパワー調整手段を含んでいる。
レーザビーム照射ユニット74のパワー調整手段により所定パワーに調整されたCO2レーザビームは、ケーシング75の先端に取り付けられた集光器76のミラーで反射され、更に集光用対物レンズによって集光されてチャックテーブル28に保持されている光デバイスウエーハ11に照射される。
集光器36に隣接して、加工点に霧状の冷却流体を供給する冷却流体供給ノズル78が配設されている。CO2レーザによるレーザ加工は、熱が発生する熱加工であるため、冷却流体噴射ノズル78から純水と圧縮エアとの混合流体を噴射して加工点に霧状の冷却流体を供給しながらレーザ加工するのが好ましい。しかし、冷却流体の供給は本発明のクラック成長工程を実施するのに必須ではない。
図4を参照すると、ダイシングテープTを介して環状フレームFで支持された本発明の加工対象である光デバイスウエーハ11の斜視図が示されている。光デバイスウエーハ11は、サファイア基板上に窒化ガリウム(GaN)等の半導体層(エピタキシャル層)が形成され、半導体層に複数の光デバイス15が格子状に形成された分割予定ライン13によって区画されて形成されている。
次に、図5及び図6を参照して、本発明の光デバイスウエーハの加工方法における分割起点形成工程の第1実施形態について説明する。本実施形態の分割起点形成工程では、図5に示すように、光デバイスウエーハ11をダイシングテープTを介してチャックテーブル28で吸引保持し、集光器36で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ビームを分割予定ライン(ストリート)13に対応する基板内部に集光し、チャックテーブル28を矢印X1方向に加工送りしながら分割予定ライン13に沿って基板内部に変質層17を形成する。
割り出し送り手段22により所定ピッチで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13に沿って基板内部に変質層17を形成する。次いで、チャックテーブル28を90度回転して、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13に沿って基板内部に変質層17を形成する。図7を参照すると、全ての分割予定ライン13に沿って分割起点となる変質層17が形成された状態の光デバイスウエーハ11の斜視図が示されている。
即ち、図6(A)に示すように、チャックテーブル28を集光器36が位置するレーザビーム照射領域に移動し、所定のストリート13の一端を集光器36の直下に位置づける。そして、集光器36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パルスレーザビームを照射しつつ、チャックテーブル36を図6(A)において矢印X1で示す方向に所定の送り速度で移動する。
図6(B)に示すように、集光器36の照射位置がストリート13の他端の位置に達したら、パルスレーザビームの照射を停止するとともにチャックテーブル36の移動を停止する。パルスレーザビームの集光点Pを光デバイスウエーハ11の内部に合わせることにより光デバイスウエーハ11の内部にストリート13に沿って変質層17が形成される。この変質層17は、溶融再硬化層として形成される。変質層17は後の加工工程における分割起点として利用される。
この変質層形成工程(分割起点形成工程)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 :LD励起Qスイッチ Nd:YVO4パルスレーザ
波長 :1064nm
出力 :0.1W
繰り返し周波数 :50kHz
加工送り速度 :200mm/秒
波長 :1064nm
出力 :0.1W
繰り返し周波数 :50kHz
加工送り速度 :200mm/秒
上述した第1実施形態では、分割起点形成工程を実施するのに光デバイスウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを使用して、サファイア基板内部に変質層を形成することにより実施したが、分割起点形成工程の第2実施形態では、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ビームを使用して、光デバイスウエーハ11の分割予定ライン13に沿ってアブレーション加工により分割起点となる浅い加工溝を形成する。
即ち、第2実施形態の分割起点形成工程では、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ビームを使用して、順次割り出し送りしながら光デバイスウエーハ11の第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン13に沿ってアブレーション加工により分割起点となる浅い加工溝を形成する。
次いで、チャックテーブル28を90度回転して、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13に沿ってアブレーション加工により分割起点となる浅い加工溝を形成する。
このアブレーション加工による分割起点形成工程の加工条件は、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:YVO4パルスレーザ
波長 :355nm(YVO4レーザの第3高調波)
出力 :0.2W
繰り返し周波数 :200kHz
加工送り速度 :200mm/秒
波長 :355nm(YVO4レーザの第3高調波)
出力 :0.2W
繰り返し周波数 :200kHz
加工送り速度 :200mm/秒
本発明の光デバイスウエーハの加工方法では、分割起点形成工程が終了すると、図3に示すレーザ加工装置2Aを使用してクラック成長工程を実施する。即ち、レーザビーム照射ユニット74からCO2レーザビームを発生させ、このCO2レーザビームを図8に示すように集光器76からダイシングテープTを介してチャックテーブル28に保持された光デバイスウエーハ11に照射する。
即ち、光デバイスウエーハ11をダイシングテープTを介してチャックテーブル28で吸引保持し、集光器76からCO2レーザビームを分割起点17が形成された分割予定ライン13に沿って照射し、分割起点17から光デバイスウエーハ11の基板内部にクラック19を成長させるクラック成長工程を実施する。
このクラック成長工程は、チャックテーブル28を所定ピッチで順次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13に沿って実施する。次いで、チャックテーブル28を90度回転して、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13に沿って実施する。
CO2レーザによるレーザ加工は加熱を伴う熱加工であるため、好ましくは集光器76に隣接して配設された冷却流体ノズル78から純水と圧縮エアからなる冷却流体を加工点に霧状に噴射してクラック成長工程を実施するのが好ましい。
このCO2レーザによるクラック成長工程の加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 :CO2レーザ
波長 :10.6μm
出力 :30W
加工送り速度 :200mm/秒
波長 :10.6μm
出力 :30W
加工送り速度 :200mm/秒
このクラック成長工程を実施すると、光デバイスウエーハ11はクラック19に沿って破断されて個々の光デバイス15に分割されるが、中にはクラック19の深さが十分でなく完全に破断されない箇所が残存する場合がある。この場合には、図9に示すような分割装置80を使用して光デバイスウエーハ11を個々の光デバイス15に完全に分割するウエーハ分割工程を実施する。
図9に示す分割装置80は、環状フレームFを保持するフレーム保持手段82と、フレーム保持手段82に保持された環状フレームFに装着されたダイシングテープTを拡張するテープ拡張手段84を具備している。
フレーム保持手段82は、環状のフレーム保持部材86と、フレーム保持部材86の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ88から構成される。フレーム保持部材86の上面は環状フレームFを載置する載置面86aを形成しており、この載置面86a上に環状フレームFが載置される。
そして、載置面86a上に載置された環状フレームFは、クランプ88によってフレーム保持部材86に固定される。このように構成されたフレーム保持手段82はテープ拡張手段84によって上下方向に移動可能に支持されている。
テープ拡張手段84は、環状のフレーム保持部材86の内側に配設された拡張ドラム90を具備している。この拡張ドラム90は、環状フレームFの内径より小さく、該環状フレームFに装着されたダイシングテープTに貼着される光デバイスウエーハ11の外径より大きい内径を有している。
拡張ドラム90はその下端に一体的に形成された支持フランジ92を有している。テープ拡張手段84は更に、環状のフレーム保持部材86を上下方向に移動する駆動手段94を具備している。この駆動手段94は支持フランジ92上に配設された複数のエアシリンダ96から構成されており、そのピストンロッド98がフレーム保持部材86の下面に連結されている。
複数のエアシリンダ96から構成される駆動手段94は、環状のフレーム保持部材86をその載置面86aが拡張ドラム90の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム90の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動する。
以上のように構成された分割装置80を用いて実施するウエーハ分割工程について、図10(A)及び図10(B)を参照して説明する。図10(A)に示すように、光デバイスウエーハ11をダイシングテープTを介して支持した環状フレームFを、フレーム保持部材86の載置面86a上に載置し、クランプ88によってフレーム保持部材86を固定する。この時、フレーム保持部材86はその載置面86aが拡張ドラム90の上端と略同一高さとなる基準位置に位置づけられる。
次いで、エアシリンダ96を駆動してフレーム保持部材86を図10(B)に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材86の載置面86a上に固定されている環状フレームFも下降するため、環状フレームFに装着されたダイシングテープTは拡張ドラム90の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。
その結果、ダイシングテープTに貼着されている光デバイスウエーハ11には放射状に引張力が作用する。このように光デバイスウエーハ11に放射状に引張力が作用すると、光デバイスウエーハ11は分割予定ライン13に沿って形成されたクラック19に沿って破断され、個々の光デバイス15に分割される。
上述した第1実施形態では、光デバイスウエーハ11の分割予定ライン13に沿って基板内部に分割起点となる変質層17を形成し、その後分割予定ライン13に沿ってCO2レーザビームを照射して分割起点から基板内部にクラックを成長させて、光デバイスウエーハ11を個々の光デバイス15に分割するようにしたので、レーザ照射によって基板内部に変質層を形成しても、光デバイス15を囲繞する側壁に変質層が殆ど残存することがなく、光デバイスの輝度を向上させることができる。
また第2実施形態では、光デバイスウエーハ11の分割予定ライン13に沿ってアブレーション加工により分割起点となる加工溝を形成し、その後分割予定ライン13に沿ってCO2レーザビームを照射して分割起点から基板内部にクラックを成長させて、光デバイスウエーハ11を個々の光デバイス15に分割するようにしたので、アブレーション加工によって加工溝を形成しても、光デバイス15を囲繞する側壁に溶融層が殆ど残存することがなく、光デバイス15の輝度を向上させることができる。
2,2A レーザ加工装置
11 光デバイスウエーハ
13 分割予定ライン(ストリート)
15 光デバイス
17 変質層
19 クラック
28 チャックテーブル
34 レーザビーム照射ユニット
36 集光器
74 レーザビーム照射ユニット
76 集光器
78 冷却流体ノズル
80 分割装置
82 フレーム保持手段
84 テープ拡張手段
86 フレーム保持部材
90 拡張ドラム
96 エアシリンダ
11 光デバイスウエーハ
13 分割予定ライン(ストリート)
15 光デバイス
17 変質層
19 クラック
28 チャックテーブル
34 レーザビーム照射ユニット
36 集光器
74 レーザビーム照射ユニット
76 集光器
78 冷却流体ノズル
80 分割装置
82 フレーム保持手段
84 テープ拡張手段
86 フレーム保持部材
90 拡張ドラム
96 エアシリンダ
Claims (4)
- 基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、
該基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該分割予定ラインに対応する基板内部に位置づけるとともに該分割予定ラインに沿って照射して基板内部に変質層を形成し、該変質層を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、
該分割予定ラインに沿ってCO2レーザを照射して該分割起点から基板内部にクラックを成長させるクラック成長工程と、
を具備したことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。 - 基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、
該基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工により加工溝を形成し、該加工溝を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、
該分割予定ラインに沿ってCO2レーザを照射して該分割起点から基板内部にクラックを成長させるクラック成長工程と、
を具備したことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。 - 該クラック成長工程を実施した後、該分割予定ライン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に分割するウエーハ分割工程を更に具備した請求項1又は2記載の光デバイスウエーハの加工方法。
- 前記クラック成長工程は加工点に霧状の冷却流体を供給しながら実施する請求項1〜3の何れかに記載の光デバイスウエーハの加工方法。
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