JP2012084682A - Method for dividing optical device unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サファイア基板等の基板から半導体層がリフトオフにより剥離されて金属支持板に接合された光デバイスユニットを、個々の光デバイスに分割する光デバイスユニットの分割方法に関する。 The present invention relates to an optical device unit dividing method for dividing an optical device unit in which a semiconductor layer is peeled off by lift-off from a substrate such as a sapphire substrate and bonded to a metal support plate into individual optical devices.
サファイア基板、SiC基板等のエピタキシー基板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、一般的に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照明器具、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される(例えば、特開平10−305420号公報参照)。 A street in which a semiconductor layer (epitaxial layer) such as gallium nitride (GaN) is formed on the surface of an epitaxial substrate such as a sapphire substrate or SiC substrate, and a plurality of optical devices such as LEDs are formed in a lattice shape on the semiconductor layer (divided) Optical device wafers that are defined by a predetermined line are relatively high in Mohs hardness and difficult to cut with a cutting blade. Therefore, they are generally divided into individual optical devices by laser beam irradiation. The optical device is used in electrical equipment such as a lighting fixture, a cellular phone, and a personal computer (see, for example, JP-A-10-305420).
また最近では、サファイア基板、SiC基板等のエピタキシー基板上に積層された半導体層をレーザリフトオフにより基板から剥離し、モリブデン(Mo)、銅(Cu)等のヒートシンクとなる金属支持板に接合して複数の光デバイスが形成された半導体層を金属支持板に移し替え、その後、分割予定ラインにレーザビームを照射して金属支持板とともに個々の光デバイスに分割する技術が例えば特表2005−516415号公報に開示されている。 Recently, a semiconductor layer laminated on an epitaxial substrate such as a sapphire substrate or SiC substrate is peeled off from the substrate by laser lift-off and bonded to a metal support plate serving as a heat sink such as molybdenum (Mo) or copper (Cu). A technique in which a semiconductor layer in which a plurality of optical devices are formed is transferred to a metal support plate, and then is divided into individual optical devices together with the metal support plate by irradiating a laser beam onto the planned division line is disclosed in, for example, Japanese Translation of PCT International Publication No. 2005-516415. It is disclosed in the publication.
このレーザリフトオフと称する技術によると、高価なサファイア基板、SiC基板等を繰り返して使用することができ、更に光デバイスはヒートシンクとなる金属支持板に接合されているので放熱特性等に優れるという利点がある。 According to this technology called laser lift-off, an expensive sapphire substrate, SiC substrate, etc. can be used repeatedly, and the optical device is bonded to a metal support plate serving as a heat sink, so that it has the advantage of excellent heat dissipation characteristics and the like. is there.
しかし、金属支持板の線膨張係数は比較的大きいためレーザビームの照射による熱によって又は溝の形状に起因して内部応力が開放されることによって伸縮し、一定の間隔で設定されている分割予定ラインの間隔が変化して一定の間隔で、即ち所定ピッチで割り出し送りしてレーザビームを照射すると、分割予定ラインからレーザビームが外れて光デバイスを損傷させるという問題がある。 However, since the linear expansion coefficient of the metal support plate is relatively large, the metal support plate expands and contracts due to heat generated by laser beam irradiation or due to the release of internal stress due to the groove shape, and is scheduled to be divided at regular intervals. If the laser beam is irradiated by indexing and feeding at a constant interval, that is, at a predetermined pitch, the line spacing changes, there is a problem that the laser beam is detached from the line to be divided and the optical device is damaged.
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、半導体層が基板からリフトオフされて金属支持板に接合された光デバイスユニット、分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して光デバイスを損傷させることなく個々の光デバイスに分割する光デバイスユニットの分割方法を提供することである。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an optical device unit in which a semiconductor layer is lifted off from a substrate and bonded to a metal support plate, and a laser beam along a division line Is to divide the optical device unit into individual optical devices without damaging the optical device.
本発明によると、金属支持板の表面に接合された半導体層を有し、該半導体層により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ユニットを、分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して分割溝を形成し個々の光デバイスに分割する光デバイスユニットの分割方法であって、複数の光デバイスの中から選別した光デバイスの表面に分割予定ラインまでの距離の基準となるマークを形成するマーク形成工程と、全ての分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して初回の分割溝を形成する第1分割溝形成工程と、該第1分割溝形成工程で形成された分割溝に重ねて全ての分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して2回目以降の分割溝を形成する第2分割溝形成工程とを具備し、少なくとも該第2分割溝形成工程において、定期的に該マーク形成工程において形成されたマークを検出し、レーザビームを照射すべき分割予定ラインの位置を補正する分割予定ライン補正工程を含むことを特徴とする光デバイスユニットの分割方法が提供される。 According to the present invention, an optical device unit having a semiconductor layer bonded to the surface of a metal support plate and formed by dividing a plurality of optical devices by the planned dividing line by the semiconductor layer is formed along the planned dividing line. A method of dividing an optical device unit that divides into individual optical devices by irradiating a laser beam and divides the optical device unit into a plurality of optical devices. A mark forming process for forming a mark to be formed, a first divided groove forming process for forming an initial divided groove by irradiating a laser beam along all the planned dividing lines, and a first divided groove forming process. And a second divided groove forming step of forming a divided groove for the second and subsequent times by irradiating a laser beam along all the planned division lines over the divided grooves. An optical device unit characterized by including a scheduled division line correcting step for periodically detecting a mark formed in the mark forming step and correcting a position of the planned division line to be irradiated with a laser beam in the groove forming step. Are provided.
本発明によると、光デバイスに形成されたマークを検出してレーザビームを照射すべき分割予定ラインの位置を補正するので、レーザビームの照射による熱によって金属支持板が伸びても、確実に分割予定ラインにレーザビームを照射することができ、光デバイスを損傷することなく光デバイスユニットを個々の光デバイスに分割することができる。 According to the present invention, since the mark formed on the optical device is detected and the position of the planned division line to be irradiated with the laser beam is corrected, even if the metal support plate is extended by the heat of the laser beam irradiation, the division is surely performed. The planned line can be irradiated with a laser beam, and the optical device unit can be divided into individual optical devices without damaging the optical device.
尚、本発明では、選別された光デバイスの表面にマークを形成するのでマークが形成された光デバイスは犠牲となり使用できなくなるが、その他の光デバイスは損傷しないので全体として歩留まりは向上する。 In the present invention, since the mark is formed on the surface of the selected optical device, the optical device on which the mark is formed cannot be used at the sacrifice, but the other optical devices are not damaged, so that the yield is improved as a whole.
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は、本発明の光デバイスユニットの分割方法を実施するのに適したレーザ加工装置2の概略構成図を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
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。
The
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。
A
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は、ダイシングテープを介してフレームに支持されたウエーハを保持する保持面を有すると共に、チャックテーブル28にはフレームをクランプするクランパ30が設けられている。
A chuck table 28 is mounted on the
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。
A
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ユニット11に照射される。
The pulse laser beam adjusted to a predetermined power by the power adjusting means 68 of the laser
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、可視光によって半導体ウエーハ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。
At the tip of the
撮像手段38は更に、光デバイスユニット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。
The
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。
The
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。
An image signal picked up by the image pickup means 38 is also input to the
次に図3を参照して、レーザ加工装置2による加工対象であるウエーハ形状の光デバイスユニット11の構成について説明する。光デバイスユニット11は、光デバイスウエーハからレーザリフトオフにより窒化ガリウム(GaN)等の半導体層15をサファイア基板から剥離し、モリブデン(Mo)、銅(Cu)等のヒートシンクとなる金属支持板13に半田付け等により接合して構成されている。
Next, the configuration of the wafer-shaped
このようなレーザリフトオフによる金属支持板13に接合された半導体層15を有する光デバイスユニット11の製造は、高価なサファイア基板又はSiC基板等のエピタキシー基板を再利用できるという点で優れている。更に、半導体層15は金属支持板13に接合されているため、光デバイスユニット11から分割された光デバイス19は放熱特性等の点において優れている。
The manufacture of the
半導体層15のレーザリフトオフには、例えばYAGレーザの第3高調波である波長355nmのレーザビームを使用する。サファイア基板はこの波長のレーザビームに対して透明である。
For laser lift-off of the
レーザビームは基板側から照射され、放射エネルギーはサファイア基板とGaN半導体層との間の境界層において吸収され、この境界層が例えば850℃以上の高温に加熱される。GaN境界層はこの温度では窒素の発生下で分解され、半導体層と基板との結合が分離される。 The laser beam is irradiated from the substrate side, and the radiant energy is absorbed in the boundary layer between the sapphire substrate and the GaN semiconductor layer, and this boundary layer is heated to a high temperature of, for example, 850 ° C. or higher. The GaN boundary layer is decomposed under generation of nitrogen at this temperature, and the bond between the semiconductor layer and the substrate is separated.
分離された半導体層は、半田付け又は接着剤等で金属支持板13に接合され、ウエーハ形状のデバイスユニット11が製造される。光デバイスユニット11の表面においては、格子状に形成された複数の分割予定ライン(ストリート)17によって区画された各領域にLED(発光ダイオード)、LD(レーザダイオード)等の光デバイス19が形成されている。
The separated semiconductor layer is joined to the
光デバイスユニット11では、サファイア基板から半導体層15を剥離し、金属支持板13に接合しているため、金属支持板13上にはp型半導体層及びn型半導体層の順に積層された複数の光デバイス19が形成されている。
In the
光デバイスユニット11の個々の光デバイス19への分割には、光デバイスユニット11が金属支持板13を有しているため、切削ブレードによる切削は困難であり、レーザ加工装置を使用するのが好ましい。
Since the
光デバイスユニット11の個々の光デバイス19への分割に先立って、光デバイスユニット11は粘着テープであるダイシングテープTに貼着され、ダイシングテープTの外周部は環状フレームFに貼着される。これにより、光デバイスユニット11はダイシングテープTを介して環状フレームFにより支持される。
Prior to the division of the
次に、レーザ加工装置2を使用した本発明の光デバイスユニットの分割方法について詳細に説明する。まず、レーザ加工装置2のチャックテーブル28で、図3に示すように、ダイシングテープTを介して環状フレームFで支持された光デバイスユニット11を吸引保持し、クランパ30で環状フレームFをクランプする。
Next, the method for dividing the optical device unit of the present invention using the
次いで、チャックテーブル28をX軸方向に移動して光デバイスユニット11を撮像手段38の直下に位置づける。撮像手段38で光デバイスユニット11の加工領域を撮像して、レーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット34の集光器36と分割予定ライン17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が実行され、レーザビーム照射位置のアライメントが遂行される。
Next, the chuck table 28 is moved in the X-axis direction so that the
第1の方向に伸長する分割予定ライン17のアライメントが終了したならば、チャックテーブル28を90度回転して、第1の方向に伸長する分割予定ライン17に直交する第2の方向に伸長する分割予定ライン17についても同様にアライメントを遂行する。
When the alignment of the
アライメント工程が終了したならば、複数の光デバイス19の中から好ましくは所定のインターバルで光デバイス19を選別し、この選別した光デバイス19に対して図4に示すように、集光器36からレーザビームを照射して分割予定ライン17までの距離の基準となるマーク21を形成するマーク形成工程を実施する。
When the alignment process is completed, the
好ましくは、このマーク形成工程は、第1の方向に伸長する分割予定ライン17に沿った一列の光デバイス19に対して所定のインターバルで実施し、次いでチャックテーブル28を90度回転してから、第2の方向に伸長する分割予定ライン17に沿った一列の光デバイス19に対して所定のインターバルで実施する。
Preferably, this mark forming step is performed at a predetermined interval with respect to the
図4に示した例では、マーク21は1つ置きの光デバイス19に形成されているが、実際の光デバイスユニット11では、金属支持板13上に数多くのデバイス19が形成されているため、マーク21は直線上に整列した複数の光デバイス19のうち例えば3つ置き、5つ置き等の所定のインターバルで実施する。尚、レーザ加工条件は例えば以下の通りである。
In the example shown in FIG. 4, the
光源 :LD励起Qスイッチ Nd:YAGパルスレーザ
波長 :355nm(YAGレーザの第3高調波)
出力 :7.0W
繰り返し周波数 :10kHz
送り速度 :100mm/s
Light source: LD excitation Q switch Nd: YAG pulse laser Wavelength: 355 nm (third harmonic of YAG laser)
Output: 7.0W
Repetition frequency: 10 kHz
Feeding speed: 100mm / s
このようにマーク21を選別した光デバイス19表面に形成すると、分割予定ライン17及び光デバイス19が設計データから所定のピッチで形成されているため、マーク21が分割予定ライン17までの距離の基準となる。即ち、マーク21から分割予定ライン17までの距離は既知となる。
When the
マーク形成工程実施後、集光器36からレーザビームを照射して初回の分割溝23を形成する第1分割溝形成工程(初回分割溝形成工程)を実施する。この第1分割溝形成工程は、図5に示すように、第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿って実施した後、チャックテーブル28を90度回転し、第2の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿っても同様に実施する。
After the mark forming process, a first divided groove forming process (first divided groove forming process) is performed in which the first divided
第1分割溝形成工程を実施すると、比較的浅い初回の分割溝23が金属支持板13表面に形成される。連続的に分割溝23を形成すると、金属支持板13の線膨張係数は比較的大きいため、レーザビームの照射による熱によって金属支持板13が伸び、一定の間隔で設定されている分割予定ライン17の間隔が多少変化するが、第1分割工程では熱の蓄積がそれほど大きくないので金属支持板13の伸びも限定的である。
When the first divided groove forming step is performed, the first shallow divided
よって、第1分割工程では、後述する分割予定ライン補正工程は必ずしも実施する必要はない。金属支持板13の伸びが大きい場合には、第1分割溝形成工程でも後述する分割予定ライン補正工程を実施するのが好ましい。
Therefore, in the first division step, it is not always necessary to perform the division planned line correction step described later. In the case where the elongation of the
この初回の分割溝形成工程では、浅い分割溝23が形成されるだけで、光デバイスユニット11を個々の光デバイス19に分割することはできない。よって、本発明の分割方法では、分割溝形成工程を複数回(本実施形態では5回)実施して光デバイスユニット11を個々の光デバイス19に分割する。
In this first dividing groove forming step, the
よって本発明の光デバイスユニット11の分割方法では、第1分割溝形成工程(初回分割溝形成工程)実施後、第1分割溝形成工程で形成された分割溝23に重ねて、図6に示すように、集光器36から分割予定ライン17に沿ってレーザビームを照射して、2回目以降の分割溝25を形成する第2分割溝形成工程を実施する。本実施形態では、この第2分割溝形成工程を4回繰り返す。
Therefore, in the method for dividing the
この第2分割溝形成工程は連続して実施するため、レーザビームの照射による熱によって又は溝の形状に起因する応力の開放によって金属支持板13が伸長し、一定の間隔で設定されている分割予定ライン17の間隔が変化する。
Since the second divided groove forming step is continuously performed, the
よって、一定の間隔でY軸方向に割り出し送りしてレーザビームを照射し第2分割溝形成工程を実施すると、レーザビームが分割予定ライン17から外れて光デバイス19を損傷させる恐れがある。
Therefore, if the second divided groove forming step is performed by indexing and feeding in the Y-axis direction at regular intervals and performing the second divided groove forming step, there is a possibility that the
よって、本発明の分割方法では、マーク形成工程において形成されたマーク21を定期的に検出し、レーザビームを照射すべき分割予定ライン17の位置を補正する分割予定ライン補正工程を実施する。
Therefore, in the division method of the present invention, the scheduled division line correction step is performed in which the
具体的には、この分割予定ライン補正工程は、予め定めた本数、例えば3本の分割予定ライン17に第2分割溝形成工程を実施した後、割り出し送り手段22により割り出し送り方向にチャックテーブル28を進め、撮像手段38で光デバイスユニット11表面を撮像してマーク21を検出する。このマーク21検出時に設計値からのずれ量を算出する。
Specifically, in the scheduled division line correction step, after the second divided groove forming step is performed on a predetermined number, for example, three division planned
そして、このマーク21を基準として割り出し送り手段20をずれ量を加味して駆動して、次回にレーザビームを照射すべき分割予定ライン17の位置を補正する。
Then, the index feeding means 20 is driven with the amount of deviation taken into consideration with the
分割予定ライン補正工程実施後、第2分割溝形成工程を次の分割予定ライン17に対して連続的に実施する。尚、第1分割溝形成工程及び第2分割溝形成工程の加工条件は、上述したマーク形成工程の加工条件と同様である。
After the scheduled division line correction process, the second divided groove forming process is continuously performed on the next scheduled
本発明では、選別された光デバイス19の表面にマーク21を形成して分割予定ライン17までの距離の基準としているが、これは初回分割溝形成工程で分割予定ライン17に沿って分割溝23を形成すると、この分割溝23が非常に荒れた状態となり、撮像手段38でこの分割溝23を撮像してY軸方向の基準とすることができないためである。
In the present invention, the
上述した本発明の実施形態では、少なくとも2回目以降の分割溝25を形成する際に、光デバイス19に形成されたマーク21を定期的に検出してレーザビームを照射すべき分割予定ライン17の位置を補正するので、レーザビームの照射による熱によって金属支持板13が伸びても確実に分割予定ライン17にレーザビームを照射することができる。
In the above-described embodiment of the present invention, when the
尚、本発明は選別された光デバイス19の表面にマーク21を形成するのでマーク21が形成された光デバイス19は犠牲となり使用できなくなるが、その他の光デバイス19は分割の際に損傷しないので全体としての歩留まりを向上することができる。
In the present invention, since the
2 レーザ加工装置
11 光デバイスユニット
13 金属支持板
15 半導体層
17 分割予定ライン
19 光デバイス
21 マーク
23 初回の分割溝
25 2回目以降の分割溝
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
38 撮像手段
2
Claims (1)
複数の光デバイスの中から選別した光デバイスの表面に分割予定ラインまでの距離の基準となるマークを形成するマーク形成工程と、
全ての分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して初回の分割溝を形成する第1分割溝形成工程と、
該第1分割溝形成工程で形成された分割溝に重ねて全ての分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して2回目以降の分割溝を形成する第2分割溝形成工程とを具備し、
少なくとも該第2分割溝形成工程において、定期的に該マーク形成工程において形成されたマークを検出し、レーザビームを照射すべき分割予定ラインの位置を補正する分割予定ライン補正工程を含むことを特徴とする光デバイスユニットの分割方法。 An optical device unit having a semiconductor layer bonded to the surface of the metal support plate and formed by dividing a plurality of optical devices by the planned dividing line by the semiconductor layer is irradiated with a laser beam along the planned dividing line. An optical device unit dividing method for forming divided grooves and dividing into individual optical devices,
A mark forming step of forming a mark serving as a reference for the distance to the division line on the surface of the optical device selected from the plurality of optical devices;
A first split groove forming step of forming a first split groove by irradiating a laser beam along all the planned split lines;
A second divided groove forming step of forming a divided groove for the second and subsequent times by irradiating a laser beam along all the planned dividing lines over the divided grooves formed in the first divided groove forming step;
At least in the second divided groove forming step, a scheduled division line correcting step for periodically detecting the mark formed in the mark forming step and correcting the position of the planned division line to be irradiated with the laser beam is included. An optical device unit dividing method.
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