JP2012109364A - Method of processing 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加工方法に関する。 The present invention relates to a method of processing an optical device unit in which an optical device unit in which a semiconductor layer is separated from a substrate such as a sapphire substrate by lift-off and bonded to a metal support plate is divided 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加工方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above 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. The processing method of the optical device unit which divides | segments into an individual optical device, without irradiating, and damaging an optical device is provided.
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デバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを有する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加工方法であって、光デバイスユニットの該デバイス領域に形成された分割予定ラインにのみレーザビームを照射して分割溝を形成する分割溝形成工程を具備したことを特徴とする光デバイスユニットの加工方法が提供される。 According to the present invention, the semiconductor layer has a semiconductor layer bonded to the surface of the metal support plate, and a peripheral region that surrounds the device region formed by dividing a plurality of optical devices on the semiconductor layer by the division lines. An optical device unit having a region is irradiated with a laser beam along a predetermined division line to form a division groove to divide the optical device unit into individual optical devices, and the device region of the optical device unit There is provided a method of processing an optical device unit, comprising a split groove forming step of forming a split groove by irradiating a laser beam only to the planned split lines formed in (1).
本発明の光デバイスユニットの加工方法によると、デバイス領域に形成された分割予定ラインのみにレーザビームを照射して分割溝を形成するので、外周余剰領域の強度が維持されてデバイス領域の伸びを抑制することができる。 According to the processing method of the optical device unit of the present invention, the split grooves are formed by irradiating only the planned split lines formed in the device region with the laser beam, so that the strength of the outer peripheral surplus region is maintained and the device region is extended. Can be suppressed.
従って、レーザビームの照射により光デバイスユニットが加熱されても分割予定ラインの間隔が殆ど変化することがなく、分割予定ラインから外れて光デバイスにレーザビームが照射され光デバイスを損傷させてしまうという問題を解消できる。 Therefore, even if the optical device unit is heated by the laser beam irradiation, the interval between the planned division lines hardly changes, and the optical device is irradiated with the laser beam outside the planned division line, thereby damaging the optical device. The problem can be solved.
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、ウエーハ形状の光デバイスユニット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
このように構成された光デバイスユニット11は、複数の光デバイス19が形成されているデバイス領域21と、デバイス領域21を囲繞する外周余剰領域23をその表面に備えている。
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、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
本発明の光デバイスユニットの加工方法では、デバイス領域21の分割予定ライン17にのみレーザビームを照射することを特徴とする。即ち、アライメント工程終了後、図4に示すように、レーザビーム照射ユニット34の集光器36からデバイス領域21の分割予定ライン17にのみレーザビームを照射して分割溝25を形成する。外周余剰領域23にはレーザビームを照射しないことが重要である。
The processing method of the optical device unit of the present invention is characterized in that the laser beam is irradiated only to the division lines 17 in the
この分割溝形成工程は、デバイス領域21の第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、デバイス領域21の第2の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿って実施する。デバイス領域21における第1及び第2の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿って分割溝25を形成した状態の斜視図が図5に示されている。
The dividing groove forming step is performed along all the
この分割溝形成工程のレーザ加工条件は例えば以下のように設定されている。 The laser processing conditions for this divided groove forming step are set as follows, for example.
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
スポット形状 :短軸10μm、長軸10〜200μmの楕円
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
Spot shape: Ellipse with
分割溝形成工程を一回実施しただけでは、浅い分割溝25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、本発明の加工方法では、分割溝形成工程を複数回(本実施形態では6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。
The
2回目以降の分割溝形成工程では、図5に示すように、集光器36からデバイス領域21に形成された分割溝25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。
In the second and subsequent divided groove forming steps, as shown in FIG. 5, a laser beam is irradiated from the
本実施形態では、分割溝形成工程を6回繰り返すことにより、光デバイスユニット11を個々の光デバイス19に分割できるとともに、外周余剰領域23を各光デバイス19から分離することができる。
In the present embodiment, by repeating the dividing groove forming step six times, the
本発明の光デバイスユニットの加工方法では、光デバイスユニット11の外周余剰領域23にはレーザビームを照射しないので、外周余剰領域23の強度が維持されてデバイス領域21の伸びを抑制することができる。
In the processing method of the optical device unit of the present invention, the outer
従って、レーザビームの照射によって光デバイスユニット11のデバイス領域21の温度が上昇されても、外周余剰領域23によりデバイス領域21の伸びを抑制できるため、分割予定ライン17の間隔の変化を抑制することができ、分割予定ライン17から外れて光デバイス19にレーザビームが照射されて光デバイス19を損傷させるという問題を回避することができる。
Therefore, even if the temperature of 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 デバイス領域
23 外周余剰領域
25 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)
光デバイスユニットの該デバイス領域に形成された分割予定ラインにのみレーザビームを照射して分割溝を形成する分割溝形成工程を具備したことを特徴とする光デバイスユニットの加工方法。 Light having a semiconductor layer bonded to the surface of a metal support plate, and having a device region formed by dividing a plurality of optical devices by division-scheduled lines on the semiconductor layer and an outer peripheral surplus region surrounding the device region A method of processing an optical device unit that divides a device unit into individual optical devices by irradiating a laser beam along a planned division line to form a division groove,
A method of processing an optical device unit, comprising: a split groove forming step of forming a split groove by irradiating only a predetermined split line formed in the device region of the optical device unit with a laser beam.
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