JP2012049164A - 発光デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度を上げることが可能な発光デバイスの製造方法を提供することである。
【解決手段】 表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインで区画される各領域にそれぞれ発光デバイス回路が形成された発光デバイスウエーハを個々の発光デバイスに分割する発光デバイスの製造方法であって、発光デバイスウエーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、該分割ステップを実施した後、分割された発光デバイスウエーハの裏面を研削して発光デバイスの仕上がり厚みへと薄化する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、分割された発光デバイスウエーハの裏面から該分割予定ラインに沿って切削ブレードで切削することにより、個々の発光デバイスの裏面外周エッジに面取り部を形成する切削ステップと、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、高輝度な発光デバイスの製造方法に関する。

レーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光デバイスの製造プロセスでは、サファイアやＳｉＣ等からなる結晶成長用基板の上面に例えばエピタキシャル成長によって複数の発光デバイスを有する発光層が形成され発光デバイスウエーハが製造される。

発光デバイスは、格子状に形成された分割予定ラインで区画される各領域に形成され、発光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って分割して個片化することで、個々の発光デバイスが製造される。

従来、発光デバイスウエーハのようなウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、分割予定ラインに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射してレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に外力を与えることによりウエーハを割断する方法が知られている（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

また、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームをウエーハの内部に集光点を合わせて照射して内部に分割予定ラインに沿った改質層を形成し、この改質層で強度が低下した分割予定ラインに外力を与えることによりウエーハを分割する方法も提案されている（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。

特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報

発光デバイスでは、発光層で発光する光線が結晶成長用基板中に放射され、その光線が結晶成長用基板から外部に出射される。ところが、サファイアやＳｉＣ等の結晶成長用基板の屈折率は大きく、これに起因して次のような問題があった。

即ち、発光層から結晶成長用基板中に出射された光線が結晶成長用基板の外部に透過するためには、結晶成長用基板と外部空間の境界面の法線に対して所定の角度（臨界角）より小さい入射角で光線が境界面に入射する必要がある。

入射角が小さいときは境界面で一部が屈折して外部空間へ出射されるとともに一部が入射側に反射される。入射角が大きくなると屈折角も大きくなり、屈折角が９０度になると光は全て反射される。この屈折角が９０度となるときの特定の入射角を全反射の臨界角という。

即ち、臨界角より大きい入射角で境界面に入射した光線は結晶成長用基板から出射されずに全反射され、結晶成長用基板内部に閉じ込められてしまう。従って、サファイアやＳｉＣ等の結晶成長用基板では、効率良く結晶成長用基板から光線が出射されず、輝度を上げることが難しいという問題がある。

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、輝度を向上することが可能な発光デバイスの製造方法を提供することである。

本発明によると、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインで区画される各領域にそれぞれ発光デバイス回路が形成された発光デバイスウエーハを個々の発光デバイスに分割する発光デバイスの製造方法であって、発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発光デバイスウエーハの内部に集光点を合わせて該分割予定ラインに沿って照射して、発光デバイスの仕上がり厚みには至らない位置の発光デバイスウエーハの裏面側の内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層が形成された発光デバイスウエーハに外力を付与して発光デバイスウエーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、該分割ステップを実施した後、分割された発光デバイスウエーハの裏面を研削して発光デバイスの仕上がり厚みへと薄化するとともに該改質層を除去する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、分割された発光デバイスウエーハの裏面から該分割予定ラインに沿って切削ブレードで発光デバイスウエーハを切削することにより、個々の発光デバイスの裏面外周エッジに面取り部を形成する切削ステップと、を具備したことを特徴とする発光デバイスの製造方法が提供される。

好ましくは、発光デバイスの製造方法は、前記改質層形成ステップを実施する前に、発光デバイスウエーハの表面に粘着シートを貼着するシート貼着ステップと、前記切削ステップを実施した後、該粘着シートから発光デバイスをピックアップするピックアップステップとを更に具備し、前記改質層形成ステップでは、発光デバイスウエーハの裏面側から発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照射する。

本発明により製造された発光デバイスは、発光デバイスの裏面外周エッジに面取り部を有しているので、この面取り部において発光デバイス回路から出射された光線の入射角が小さいため、面取り部では全反射の臨界角以下となり光線が効率良く出射することができ、発光デバイスの輝度を向上することができる。

改質層形成ステップを示す斜視図である。 改質層形成ステップを示す断面図である。 分割ステップを示す断面図である。 研削ステップを示す斜視図である。 研削ステップ実施後のウエーハの断面図である。 切削ステップを示す一部断面側面図である。 ピックアップステップを示す断面図である。 本発明の製造方法により製造された光デバイスの側面図である。

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。本発明の光デバイスウエーハの製造方法では、まず図１及び図２に示すように、光デバイスウエーハ１１の内部に改質層２０を形成する改質層形成ステップを実施する。

光デバイスウエーハ１１は、例えばサファイア基板１３上にＧａＮのエピタキシャル成長によりＬＤ又はＬＥＤ等の複数の発光デバイス回路２２ａが形成されて構成されている。発光デバイス回路２２ａは、光デバイスウエーハ１１の表面に格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）２４で区画される各領域に形成されている。

改質層形成ステップを実施する前に、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａには粘着テープＴが貼着され、粘着テープＴの外周部は環状フレームＦに装着される。これにより、光デバイスウエーハ１１は、粘着テープＴを介して環状フレームＦに支持されたことになり、光デバイスウエーハ１１のハンドリングが容易になる。

粘着テープＴは外的刺激により接着力が低下するテープであり、本実施形態では加熱により接着力が低下するテープを使用した。粘着テープＴとして、紫外線照射により接着力が低下するテープを使用するようにしてもよい。

図１を参照すると、光デバイスウエーハ１１の内部に分割予定ライン２４に沿って改質層を形成するレーザ加工装置の要部が示されている。レーザ加工装置は、光デバイスウエーハ１１を保持するチャックテーブル１０と、チャックテーブル１０に保持された光デバイスウエーハ１１にレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット１２と、チャックテーブル１０に保持された光デバイスウエーハ１１を撮像するＣＣＤカメラ等の撮像手段１４を具備している。

チャックテーブル１０は、粘着テープＴを介して光デバイスウエーハ１１を吸引保持するように構成されており、図示しない移動機構により図１において矢印Ｘで示す加工送り方向及び矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動される。

レーザビーム照射ユニット１２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング１６を有している。ケーシング１６内には、ＹＡＧレーザ発振器或いはＹＶＯ４レーザ発振器等のパルスレーザビーム発振器及び繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザビーム発振手段が配設されている。ケーシング１６の先端部には、パルスレーザビーム発振手段から発振されたパルスレーザビームを集光するための集光器１８が装着されている。

撮像手段１４は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の他に、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、赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号は図示しない制御手段に送信される。

レーザ加工装置を用いて光デバイスウエーハ１１内に改質層を形成するには、図１及び図２に示すように、レーザ加工装置のチャックテーブル１０上に粘着テープＴを下側にして光デバイスウエーハ１１を載置する。

そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル１０上に粘着テープＴを介して光デバイスウエーハ１１を吸引保持する。従って、チャックテーブル１０上に吸引保持された光デバイスウエーハ１１は裏面１１ｂが上側となる。

光デバイスウエーハ１１を吸引保持したチャックテーブル１０は、図示しない移動機構によって撮像手段１４の直下に位置づけられる。そして、撮像手段１４によって光デバイスウエーハ１１のレーザ加工すべき加工領域を検出するアライメントを実施する。

即ち、撮像手段１４及び図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ１１の第１の方向に伸長する分割予定ライン２４と、該分割予定ライン２４に沿ってレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット１２の集光器１８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、レーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。

次いで、光デバイスウエーハ１１に形成されている第１の方向に対して直交する方向に伸長する分割予定ライン２４に対しても、同様にレーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。

この時、光デバイスウエーハ１１の分割予定ライン２４が形成されている表面１１ａは下側に位置しているが、撮像手段１４が赤外線ＣＣＤを備えているので、裏面１１ｂ側から透かして分割予定ライン２４を撮像することができる。

以上のようにしてアライメント工程を実施したならば、チャックテーブル１０をレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット１２の集光器１８が位置するレーザビーム照射領域に移動し、第１の方向に伸長する分割予定ライン２４の一端をレーザビーム照射ユニット１２の集光器１８の直下に位置づける。

そして、集光器１８から光デバイスウエーハ１１に対して透過性を有するパルスレーザビームを照射しつつ、チャックテーブル１０を図１において矢印Ｘ方向に所定の送り速度で移動する。集光器１８のレーザビーム照射位置が分割予定ライン２４の他端に達したなら、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１０の移動を停止する。

図２に示すように、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の裏面１１ｂ付近に合わせることにより、光デバイスウエーハ１１の裏面近傍の内部に改質層２０が形成される。この改質層２０は、溶融再硬化層として形成される。

改質層２０は、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。図２に示したｔ１は発光デバイスの仕上がり厚みであり、改質層２０は発光デバイスの仕上がり厚みｔ１に至らない光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側に形成される。

この改質層形成ステップ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
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：１０μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

この改質層形成ステップは、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン２４に沿って実施した後、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第１の方向と直角の第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン２４に沿って実施する。

本発明の発光デバイスの製造方法では、改質層形成ステップ実施後に、改質層２０が形成された発光デバイスウエーハ１１に外力を付与して発光デバイスウエーハ１１を分割予定ライン２４に沿って分割する分割ステップを実施する。

この分割ステップでは、例えば図３に示すように、円筒２６の載置面上に環状フレームＦを載置して、クランプ２８で環状フレームＦをクランプする。そして、バー形状の分割治具３０を円筒２６内に配設する。

分割治具３０は上段保持面３２ａと下段保持面３２ｂとを有しており、下段保持面３２ｂに開口する真空吸引路３４が形成されている。分割治具３０の詳細構造は、特許第４３６１５０６号公報に開示されているので参照されたい。

分割治具３０による分割ステップを実施するには、分割治具３０の真空吸引路３４を矢印３６で示すように真空吸引しながら、分割治具３０の上段保持面３２ａ及び下段保持面３２ｂを下側から粘着テープＴに接触させて、分割治具３０を矢印Ａ方向に移動する。即ち、分割治具３０を分割しようとする分割予定ライン２４と直交する方向に移動する。

これにより、改質層２０が分割治具３０の上段保持面３２ａの内側エッジの真上に移動すると、改質層２０を有する分割予定ライン２４の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力で光デバイスウエーハ１１が分割予定ライン２４に沿って割断される。

第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン２４に沿っての分割が終了すると、分割治具３０を９０度回転して、或いは円筒２６を９０度回転して、第１の方向に伸長する分割予定ライン２４に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン２４を同様に分割する。これにより、光デバイスウエーハ１１が表面に光デバイスウエーハ回路２２ａを有する小片２３に分割される。図３で２５は分割溝である。

分割ステップ実施後、発光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂを研削して光デバイスウエーハ１１を発光デバイスの仕上がり厚みｔ１まで薄化する研削ステップを実施する。この研削ステップは、図４に示すような研削装置の研削ユニット４０を用いて実施する。

研削ユニット４０は、スピンドルハウジング４２中に回転可能に収容されたスピンドル４４を含んでいる。スピンドル４４の先端にはホイールマウント４６が固定されており、このホイールマウント４６に環状基台５０の下面に複数の研削砥石５２が環状に固着されてなる研削ホイール４８が着脱可能に装着されている。

研削装置のチャックテーブル３８で光デバイスウエーハ１１の表面１１ａ側を粘着テープＴを介して吸引保持し、各個片２３に分割された光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側を露出させる。

そして、チャックテーブル３８を矢印Ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、モータを駆動して研削ホイール４８を矢印Ｂ方向に例えば７００ｒｐｍで回転するとともに、研削ユニット送り機構を作動して研削ユニット４０を下降させる。

接触式又は非接触式の厚み測定ゲージで光デバイスウエーハ１１の厚みを測定しながら、図５に示すように、光デバイスウエーハ１１を光デバイスの仕上がり厚みｔ１まで研削する。２２は仕上がり厚みｔ１まで研削された光デバイスである。

研削ステップ実施後、個々の発光デバイス２２の裏面外周エッジに面取り部を形成する切削ステップを実施する。好ましくは、切削ステップはよく知られた切削装置を用いて実施する。

切削装置の切削ユニット５４は、図６に示すように、スピンドルハウジング５６中に回転可能に収容されたスピンドル５８の先端部に切削ブレード６０が装着されて構成されている。

図示しない切削装置のチャックテーブルで光デバイスウエーハ１１の表面１１ａ側を粘着テープＴを介して吸引保持し、光デバイスの仕上がり厚みｔ１に薄化された個々の発光デバイス２２の裏面外周エッジを切削して、裏面外周エッジに面取り部２７を形成する。この切削ステップは、光デバイスウエーハ１１の全ての分割溝２５に沿って実施する。

発光デバイス２２の裏面外周エッジに面取り部２７を形成したならば、光デバイスウエーハ１１は次いでピックアップステップに供され、個々の発光デバイス２２が粘着テープＴからピックアップされる。

デバイスピックアップステップでは、図７に示すようなテープ拡張装置６２により粘着テープＴを半径方向に拡張し、ピックアップしようとするデバイス間の間隙を広げてから発光デバイス２２をピックアップする。

図７（Ａ）に示すように、テープ拡張装置６２は固定円筒６４と、固定円筒６４の外側に配置された駆動手段により上下方向に移動される移動円筒６６とから構成される。固定円筒６４の内側には粘着テープＴを加熱するヒータ７０が配設されている。

図７（Ａ）に示すように、個々の発光デバイス２２の裏面外周エッジに面取り部が形成された発光デバイスウエーハ１１を支持した環状フレームＦを移動円筒６６上に搭載し、クランプ６８で固定する。このとき、固定円筒６４の上面と移動円筒６６の上面とは概略同一平面上に保持されている。

図７（Ａ）で矢印Ａ方向に移動円筒６６を移動すると、移動円筒６６は図７（Ｂ）に示すように固定円筒６４に対して降下し、それに伴い粘着テープＴは半径方向に拡張され、粘着テープＴの拡張に伴いデバイス間の間隙も拡張される。

次いで、ヒータ７０で粘着テープＴを約１００℃程度に加熱すると、粘着テープＴの接着力は低下する。よって、ピックアップ装置７２による個々の発光デバイス２２のピックアップ作業を容易に且つ円滑に行うことができる。

粘着テープＴとして、紫外線硬化型粘着テープを使用した場合には、ヒータ７０の代わりに紫外線照射源を固定円筒６４の内部に配置する。そして、紫外線照射により粘着テープＴの接着力を十分低下させてから、発光デバイス２２のピックアップ作業を実施する。

図８を参照すると、本発明の製造方法により製造された発光デバイス２２の側面図が示されている。発光デバイス２２の裏面外周エッジには面取り部２７が形成されている。発光デバイス回路２２ａから出射された光線はサファイア基板１３を透過して外部に出射される。

本実施形態の発光デバイス２２では、発光デバイス２２の裏面外周エッジに面取り部２７が形成されているので、発光デバイス回路２２ａから出射された光線は発光デバイス２２の裏面の４辺に形成された面取り部２７から効率的に出射される。よって、発光デバイス２２の輝度を向上することができる。

１１ 光デバイスウエーハ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１２ 光ビーム照射ユニット
１３ サファイア基板
１４ 撮像手段
１８ 集光器
２０ 改質層
２５ 分割溝
２７ 面取り部
３０ 分割治具
４０ 研削ユニット
４８ 研削ホイール
６０ 切削ブレード
６２ テープ拡張装置
７０ ヒータ
７２ ピックアップ装置

Claims (2)

1. 表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインで区画される各領域にそれぞれ発光デバイス回路が形成された発光デバイスウエーハを個々の発光デバイスに分割する発光デバイスの製造方法であって、
   発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発光デバイスウエーハの内部に集光点を合わせて該分割予定ラインに沿って照射して、発光デバイスの仕上がり厚みには至らない位置の発光デバイスウエーハの裏面側の内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、
   該改質層が形成された発光デバイスウエーハに外力を付与して発光デバイスウエーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、
   該分割ステップを実施した後、分割された発光デバイスウエーハの裏面を研削して発光デバイスの仕上がり厚みへと薄化するとともに該改質層を除去する研削ステップと、
   該研削ステップを実施した後、分割された発光デバイスウエーハの裏面から該分割予定ラインに沿って切削ブレードで発光デバイスウエーハを切削することにより、個々の発光デバイスの裏面外周エッジに面取り部を形成する切削ステップと、
   を具備したことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
2. 前記改質層形成ステップを実施する前に、発光デバイスウエーハの表面に粘着シートを貼着するシート貼着ステップと、
   前記切削ステップを実施した後、該粘着シートから発光デバイスをピックアップするピックアップステップとを更に具備し、
   前記改質層形成ステップでは、発光デバイスウエーハの裏面側から発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照射する請求項１記載の発光デバイスの製造方法。

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