JP2012039014A

JP2012039014A - サファイアウェーハの分割方法

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Publication number: JP2012039014A
Application number: JP2010179821A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hoshino; 仁志星野; Taku Okamura; 卓岡村; Riki Aikawa; 力相川; Takeshi Kanesaka; 剛金坂
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: JP5687864B2

Abstract

【課題】反射膜が形成されたサファイアウェーハを適切に分割加工できる分割方法を提供すること。
【解決手段】サファイアウェーハ１の裏面側から分割予定ライン１１に沿って切削ブレードによって、反射膜３０の厚みよりも深い溝３３を形成し、その後、溝３３によってサファイア面が露出した分割予定ライン１１に沿ってサファイアを透過する波長のパルスレーザーＬをサファイアウェーハ１の内部に集光して照射し、内部に改質層３４を形成し、改質層３４に外力を加えることによってサファイアウェーハ１を分割予定ライン１１に沿って分割する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の素子形成領域内にそれぞれ反射膜を備えた発光デバイスが形成されたサファイアウェーハを分割予定ラインに沿って分割するサファイアウェーハの分割方法に関する。

サファイアウェーハを用いて製造される発光デバイスとしては、サファイア基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）系等の窒化物半導体が積層されてなる発光ダイオード（ＬＥＤ）等がある。このような発光デバイスは、サファイアウェーハの分割予定ラインで囲まれた素子形成領域内にそれぞれ形成されている。素子形成領域内にそれぞれ発光デバイスが形成されたサファイアウェーハを分割予定ラインに沿って分割させることにより、個々の発光デバイスが得られる。

ところで、サファイアウェーハは、モース硬度が高いことから切削ブレードを分割手段として構成されるダイシング装置による分割が比較的困難であった。そこで、パルスレーザー光線を用いた分割方法が試みられている。すなわち、この分割方法では、サファイアウェーハの一方の面側から分割予定ラインに沿った内部に集光点を合わせてサファイア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て、ウェーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成する。そして、改質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って、サファイアウェーハに外力を加えることにより、被加工物であるサファイアウェーハを分割するというものである（例えば、特許文献１参照）。

特許第３４０８８０５号公報

サファイアウェーハを用いて製造された発光デバイスとしては、半導体層で形成された活性層から発した光を反射して光の取り出し効率を向上させるためにサファイア基板（サファイアウェーハ）の他方の面（半導体層が形成された面と反対側の面）に反射膜が積層されたものがある。このような発光デバイスを個々に分割する際には、発光デバイスを損傷させないためにも、活性層が形成されていない面側からレーザー光線を照射してサファイアウェーハの内部に改質層を形成することが必要となる。しかし、活性層が形成された面と反対の面には、反射膜が形成されているため、これがレーザー光線の照射の妨げになりサファイアウェーハの内部に改質層が適切に形成できないとう問題があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、反射膜が形成されたサファイアウェーハを適切に分割加工できる分割方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、表面の分割予定ラインによって区画された領域に光デバイスが複数形成され、裏面に該発光デバイスの発する光を反射する反射膜が積層されたサファイアウェーハを該分割予定ラインに沿って分割するサファイアウェーハの分割方法であって、該サファイアウェーハの表面側からの撮像によって該分割予定ラインの位置を検出する分割予定ライン検出工程と、該分割予定ライン検出工程で検出した該分割予定ラインの位置に基づいて、該サファイアウェーハの裏面側から該分割予定ラインに沿って切削ブレードで切削加工し、該反射膜の厚みよりも深い溝を該分割予定ラインに沿って形成する切削加工工程と、該切削加工工程の後に、該溝によってサファイア面が露出した分割予定ラインに沿ってサファイアを透過する波長のパルスレーザーをサファイアウェーハの内部に集光して照射し、サファイアウェーハの内部に該分割予定ラインに沿って改質層を形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程の後に、該改質層に外力を加えることによって該サファイアウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割工程と、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、反射膜が形成されたサファイアウェーハを適切に分割加工することが可能となる。このため、発光デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。

図１は、この発明の実施の形態にかかる分割方法が適用されるサファイアウェーハとこのサファイアウェーハの分割予定ラインの位置を検出する撮像装置を示す斜視図である。図２は、この発明の実施の形態にかかるサファイアウェーハの分割方法における溝を形成する切削加工工程を示す工程断面図である。図３は、この発明の実施の形態にかかるサファイアウェーハの分割方法における改質層形成工程を示す工程断面図である。図４は、この発明の実施の形態にかかるサファイアウェーハの分割方法における分割工程を示す工程断面図である。図５は、この発明の実施の形態にかかる分割方法で分割された発光デバイスを実装した状態を示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかるサファイアウェーハの分割方法について図面を参照して説明する。但し、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なる。また、この実施の形態にかかるサファイアウェーハの分割方法では、サファイアウェーハに半導体層、反射膜等を形成し発光デバイスとしての発光素子を作り込んだ状態のものを分割対象とするものである。

ここで、本実施の形態にかかる分割方法が適用されるサファイアウェーハの一例として、図１〜３に示すようなサファイアウェーハ１について説明する。図１に示すように、このサファイアウェーハ１は、その表面１ａの格子状の分割予定ライン１１によって区画された領域のそれぞれに発光素子部１００Ａが形成されている。なお、分割予定ライン１１は、サファイアウェーハ１の表面１ａ側から見ると格子状のラインであるが、この分割予定ライン１１に基づいて分割を行った場合に、図２および図３に一点鎖線で示すようなサファイアウェーハ１の厚さ方向の劈開予定面となる。このサファイアウェーハ１の裏面には、後述するＩｎＧａＮ系活性層２４から発する光を反射する反射膜３０が積層されている。

図２および図３に示すように、発光素子部１００Ａは、サファイアウェーハ１の表面（主面）１ａ側に、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体であるＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒化物半導体が積層され、サファイアウェーハ１の表面１ａと反対側の面に反射膜３０が形成されてなる。この反射膜３０は、サファイアウェーハ１に、順次、誘電体多層膜（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）３１、例えばアルミニウムや金等でなる金属膜３２が積層されてなる。なお、この実施の形態では、反射膜３０として、誘電体多層膜３１と金属膜３２との２層の反射性材料膜が積層されたものを用いているが、これらのいずれかが形成された構成であってもよいし、さらに多層の構造であってもよい。

サファイアウェーハ１の表面１ａ側には、ＧａＮ系バッファ層２１がエピタキシャル成長されて形成され、さらに、ｎ型ＧａＮ系高濃度層２２、ｎ型ＧａＮ系でなるｎ型クラッド層２３、例えば多重量子井戸構造のＩｎＧａＮ系活性層２４、ｐ型ＧａＮ系でなるｐ型クラッド層２５、ｐ型ＧａＮ系でなるコンタクト層２６が順次積層されている。そして、表面側の一部が適宜エッチングされて形成された凹部２８の底部にｎ型ＧａＮ系高濃度層２２が露出するようにされ、この露出したｎ型ＧａＮ系高濃度層２２の表面にｎ側電極２９が形成されている。また、ｐ型ＧａＮ系でなるコンタクト層２６の表面には、ｐ側透明電極２７が形成されている。

以下、このようなサファイアウェーハ１に関して、各発光素子１００に分割するための分割方法について説明する。

（分割予定ライン検出工程）
先ず、図１に示すように、サファイアウェーハ１の表面側を撮像装置２で撮像して分割予定ライン１１の位置を検出しておく。その後、図２に示すように、サファイアウェーハ１における窒化物半導体が積層された側の表面全体に、拡張テープ４０を貼り付ける。拡張テープ４０は、引っ張った際に拡張するように変形する例えば樹脂製のテープ本体４１と粘着層４２とからなる。この拡張テープ４０は、サファイアウェーハ１よりも大きな面積を有するシート状のものを用いる。この拡張テープ４０は、サファイアウェーハ１の素子形成部を保護する作用も有している。

（切削加工工程）
図２に示すように、窒化物半導体が積層された側の表面全体に拡張テープ４０を貼り付けたサファイアウェーハ１を、図示しない周知の切削加工装置のチャックテーブル（図示省略する）上に拡張テープ４０側を下にして載置し、負圧により保持する。そして、上記の分割予定ライン検出工程で検出したサファイアウェーハ１の表面側の位置情報に基づいてサファイアウェーハ１の裏面側に対向する切削ブレード３が分割予定ライン上を相対的に走行できるように位置決めを行う。

なお、図２は、切削ブレード３によって溝３３を形成した後の状態を示している。この切削加工工程では、図２に示すように、回転する切削ブレード３が、サファイアウェーハ１の反射膜３０が形成された面における分割予定ライン１１に相対的に走行するように、サファイアウェーハ１側（チャックテーブル側）を駆動する。このようにして、サファイアウェーハ１の裏面側に、切削ブレード３で、反射膜３０の厚みよりも深い溝３３を形成する切削加工を行う。このような切削加工は、全ての分割予定ライン１１に沿って行う。

因みに、この切削工程での加工条件の一例は、以下に示す通りである。
○切削加工条件
ブレードの種類：ニッケルメッキにより形成された切削ブレードで、ダイアモンド砥粒が２０００番（粒径が３〜８μｍ）のもの。
ブレード回転数：２００００ｒｐｍ
送り速度：１００ｍｍ／ｓ

（改質層形成工程）
次に、図３に示すように、上記した切削加工工程の後に、溝３３内でサファイア（ウェーハ）面が露出した領域を分割予定ライン１１に沿ってサファイアを透過する波長のパルスレーザーＬをサファイアウェーハ１の内部に集光して照射し、サファイアウェーハ１の内部に全ての分割予定ライン１１に沿ってそれぞれのラインで連続的に改質層３４を形成する。

ここで、改質層３４とは、サファイアウェーハ内部において、密度、屈折率、機械的強度や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をいう。さらに、具体的には、改質層３４として、溶融処理領域、クラック発生領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等や、これらが混在した領域を挙げることができる。

因みに、この改質層形成工程での加工条件の一例は、以下に示す通りである。
○改質層形成条件
レーザー波長：１０４５ｎｍ
周波数：１００ｋＨｚ
出力：０．３Ｗ
加工送り速度：４００ｍｍ／秒

（分割工程）
図４に示すように、上記の改質層形成工程の後に、拡張テープ４０を図４において矢印Ｐで示す平面拡張方向に強制的に伸張させて外力を加えることにより、半導体層、反射膜等を含むサファイアウェーハ１を改質層３４が形成されている分割予定ライン１１に沿って分割することができる。図４および図５に示すように、サファイアウェーハ１は、分割されてそれぞれの発光素子１００のサファイア基板１Ａとなる。

なお、図４および図５では、発光素子１００におけるサファイア基板１Ａの劈開された側壁には、説明の便宜上、溝３３および改質層３４を示しているが、これら溝３３および改質層３４は実際には微小な幅であるため、劈開された側壁には殆ど加工痕として現れることはなく、発光素子１００の性能を低下させることはない。

図５に示すように、この実施の形態で分割された発光素子１００は、反射膜３０側を実装基板５０へ接着させて実装させることができ、ＩｎＧａＮ系活性層２４で発生した光は、前方と後方と向けて照射される。ここで、前方に向けて照射された光Ｌｆはｐ側透明電極２７を透過して前方へ出射され、後方に向けて照射された光Ｌｂは反射膜３０で反射されてｐ側透明電極２７を透過して前方へ出射される。

この実施の形態にかかるサファイアウェーハの分割方法では、サファイアウェーハ１の表面側を撮像装置２により分割予定ラインの位置データを検出し、この位置情報をサファイアウェーハ１の裏面側での位置に変換することにより、この位置データに基づいてサファイアウェーハ１の裏面側における分割予定ラインの位置も把握することが可能となる。また、切削ブレード３を用いた切削加工工程によって形成される溝３３が断面矩形状となり、溝３３の底部のサファイア（ウェーハ）面がフラットに形成され、溝３３の底部でパルスレーザーＬが屈折したり反射したりすることが低減されるので、集光の精度が上がり所望の改質層３４を形成しやすくなる。従って、反射膜３０が形成されたサファイアウェーハ１を適切に分割加工することを実現することができる。これにより、発光素子部１００Ａが作り込まれたサファイアウェーハ１を確実に個々の発光素子１００に分割でき、発光素子１００の製造における歩留まりを向上することができる。

ブレードに用いる砥粒の粒径は２０００番（粒径が３〜８μｍ程度）以上の番手を使用するのが好ましい。溝３３の底部の面粗さが小さくなりパルスレーザーＬの散乱が低減されるからである。また、反射膜３０の厚みや、パルスレーザーＬの集光条件にも関係するが、切削加工において形成する溝にはある程度の幅（例えば６０μｍ以上）が必要となる。ニッケルメッキでブレードを形成することでその様な幅を持ったブレードを比較的容易に形成できる。また、本発明の切削加工においては、溝３３の底部をフラットに保った状態で加工することが重要であるが、ニッケルメッキで形成されたブレードは比較的偏磨耗しにくいので、溝３３の底部をフラットに保った状態で加工を行うことが出来、本発明に使用するのが好ましい。

また、この実施の形態にかかるサファイアウェーハの分割方法では、モース硬度が高いサファイアウェーハ１全体を切削ブレード３で切削するのではなく、反射膜３０の厚みよりも僅かに深い溝３３を形成すればよいため、切削ブレード３への負荷がかかることを抑制できる。さらに、この実施の形態では、パルスレーザー光線を発するレーザー発振装置を複数用意する必要がなく、従来のダイシング装置を用いることが可能となる。

（その他の実施の形態）
以上、この発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者に様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記の実施の形態では、サファイアウェーハ１の表面１ａに、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体であるＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒化物半導体が積層され、サファイアウェーハ１の表面１ａと反対側の面に反射膜３０が形成された構成の発光素子にこの発明を適用して説明したが、サファイアウェーハ１に対して、様々な材料、各種の構造を用いて作り込まれる発光ダイオード、レーザーダイオード等の各種の発光デバイスに適用可能である。

また、上記の実施の形態では、分割工程において拡張テープ４０を強制的に伸張させることでサファイアウェーハ１に外力を与えて分割させたが、サファイアウェーハ１の上にローラを用いて荷重を作用させて分割してもよい。

さらに、上記の実施の形態では、改質層３４を全ての分割予定ライン１１に沿ってそれぞれのラインで連続的になるように形成したが、直線的な分割が可能な範囲で間欠的に改質層３４を形成してもよい。

また、上記の実施の形態では、サファイアウェーハ１の表面側から撮像装置２で撮像を行って分割予定ライン１１の位置を検出したが、サファイアウェーハ１のアライメントマークからサファイアウェーハ１の裏面における分割予定ライン１１の位置を検出するようにしても勿論よい。

以上のように、本発明にかかるサファイアウェーハの分割方法は、発光デバイスの製造に有用であり、特に、発光ダイオード、レーザーダイオード等の発光デバイスの製造技術で利用できる。

Ｌパルスレーザー
１サファイアウェーハ
２撮像装置
３切削ブレード
１００発光素子
１００Ａ発光素子部
１１分割予定ライン
１Ａサファイア基板
１ａ表面
２４ＩｎＧａＮ系活性層
２７ｐ側透明電極
２９ｎ側電極
３０反射膜
３１誘電体多層膜
３２金属膜
３３溝
３４改質層
４０拡張テープ

Claims

表面の分割予定ラインによって区画された領域に光デバイスが複数形成され、裏面に該発光デバイスの発する光を反射する反射膜が積層されたサファイアウェーハを該分割予定ラインに沿って分割するサファイアウェーハの分割方法であって、
該サファイアウェーハの表面側からの撮像によって該分割予定ラインの位置を検出する分割予定ライン検出工程と、
該分割予定ライン検出工程で検出した該分割予定ラインの位置に基づいて、該サファイアウェーハの裏面側から該分割予定ラインに沿って切削ブレードで切削加工し、該反射膜の厚みよりも深い溝を該分割予定ラインに沿って形成する切削加工工程と、
該切削加工工程の後に、該溝によってサファイア面が露出した分割予定ラインに沿ってサファイアを透過する波長のパルスレーザーをサファイアウェーハの内部に集光して照射し、サファイアウェーハの内部に該分割予定ラインに沿って改質層を形成する改質層形成工程と、
該改質層形成工程の後に、該改質層に外力を加えることによって該サファイアウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割工程と、
を含むことを特徴とするサファイアウェーハの分割方法。