JP2013258231A - 光デバイスの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 サファイア基板の反りの発生を防止可能な光デバイスの加工方法を提供することである。
【解決手段】 光デバイスの加工方法であって、サファイア基板の表面に複数の溝を形成する溝形成ステップと、該溝形成ステップを実施した後、該サファイア基板の表面にエピタキシャル膜を成膜して複数の光デバイスと該光デバイスを区画する交差した複数の分割予定ラインを形成する成膜ステップと、該成膜ステップを実施した後、該エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板を該分割予定ラインに沿って分割して複数の光デバイスを形成する分割ステップと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２
【解決手段】 光デバイスの加工方法であって、サファイア基板の表面に複数の溝を形成する溝形成ステップと、該溝形成ステップを実施した後、該サファイア基板の表面にエピタキシャル膜を成膜して複数の光デバイスと該光デバイスを区画する交差した複数の分割予定ラインを形成する成膜ステップと、該成膜ステップを実施した後、該エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板を該分割予定ラインに沿って分割して複数の光デバイスを形成する分割ステップと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２
Description
本発明は、サファイア基板上にエピタキシャル膜が成膜された光デバイスの加工方法に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物系半導体は、バンドギャップが広く青色系の発光が可能であることから、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半導体レーザー）等の製造に広く用いられている。
一般的な窒化ガリウム系発光ダイオードは、サファイア基板上に、緩衝層としてのＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系のバッファー層を成膜した後、ｎ−ＧａＮ層、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ層からなる発光層（ＭＱＷ：多重量子井戸構造）、ｐ−ＧａＮ層を順次積層した構造となっている（特許第３２５０４３８号公報参照）。
エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板は、例えば特開２０１１−０４４４７１号公報に開示されるような研削装置で裏面（エピタキシャル膜の反対面）が研削されて所定の厚みに薄化された後、レーザー加工装置や切削装置を用いて個々の光デバイスへと分割される。
ところで、サファイア基板上に窒化ガリウムからなるエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させると、窒化ガリウムとサファイアの熱膨張係数差及び格子定数差に起因して、成膜後のサファイア基板に反りが発生する。反り量は、サファイア基板の直径が大きくなるにつれて大きくなる。
サファイア基板に反りが発生すると、後の工程でサファイア基板の搬送時にサファイア基板を吸引保持できなくなる上、薄化工程や分割工程において、サファイア基板をチャックテーブルで吸引保持する際にサファイア基板が割れてしまう恐れがある。
そこで、エピタキシャル膜成膜後に発生する反りに耐えうる十分な厚み、例えば、２ｍｍ以上に予めサファイア基板を形成しておくことが考えられる。しかし、例えば、２ｍｍ以上と厚く形成されたサファイア基板を薄化したり分割することは、非常に難しいとともに加工に時間がかか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、サファイア基板の反りの発生を防止可能な光デバイスの加工方法を提供することである。
本発明によると、光デバイスの加工方法であって、サファイア基板の表面に複数の溝を形成する溝形成ステップと、該溝形成ステップを実施した後、該サファイア基板の表面にエピタキシャル膜を成膜して複数の光デバイスと該光デバイスを区画する交差した複数の分割予定ラインを形成する成膜ステップと、該成膜ステップを実施した後、該エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板を該分割予定ラインに沿って分割して複数の光デバイスを形成する分割ステップと、を備えたことを特徴とする光デバイスの加工方法が提供される。
好ましくは、溝形成ステップでは、成膜ステップで形成される分割予定ラインに整列するようにサファイア基板の表面に溝を形成する。好ましくは、サファイア基板は、φ８インチ以上の直径と１ｍｍ以下の厚みを有している。
本発明の加工方法によると、サファイア基板の表面に溝が形成された後エピタキシャル膜が成膜されるため、表面に形成された溝によってサファイアとエピタキシャル膜との熱膨張係数差や格子定数差による応力が解放され、サファイア基板に反りが発生することが防止される。従って、後のハンドリングが容易になるとともに吸引保持する際に破損する恐れを低減できる。
更に、サファイア基板上にエピタキシャル膜を成膜しても反りが生じることが防止できるため、サファイア基板の厚みを例えば１ｍｍ以下と薄く設定することができ、容易に基板を薄化したり分割することが可能となる上、研削によって除去する厚みを削減できるため、環境にも易しい。
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、溝形成ステップを示す斜視図が示されている。この溝形成ステップでは、切削装置のチャックテーブル８でサファイア基板１３を吸引保持する。サファイア基板１３は１ｍｍ以下の厚みを有している。
切削装置の切削ユニット１０は、スピンドルハウジング１２中に収容された図示しないモータにより回転駆動されるスピンドル１４と、スピンドル１４の先端部に装着された切削ブレード１６とを含んでいる。
この溝形成ステップでは、切削ブレード１６を矢印Ａ方向に高速回転させながらサファイア基板１３の表面１３ａに所定深さ切り込み、チャックテーブル８を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、所定深さの溝１８をサファイア基板１３の表面１３ａに形成する。
第１の方向に伸長する溝１８をサファイア基板１３の表面１３ａの全面に渡るように複数本形成した後、チャックテーブル８を所定角度（例えば７０度〜９０度）回転した後、第２の方向に伸長する同様な溝１８をサファイア基板１３の表面１３ａに形成する。溝１８同士の間隔は任意である。要するに、サファイア基板１３の表面１３ａの全面に満遍なく溝１８が形成されていれば良い。
溝形成ステップを実施した後、図２及び図３に示すように、サファイア基板１３の表面１３ａにエピタキシャル膜１５を成膜して複数の光デバイス１９を区画する複数の分割予定ライン１７を格子状に形成する（成膜ステップ）。
好ましくは、溝形成ステップで形成する溝１８は、後の成膜ステップで成膜するエピタキシャル膜１５に形成される分割予定ライン１７に整列するような位置に形成する。この場合、成膜ステップでは、図３に示すように、格子状に形成する分割予定ライン１７が溝形成ステップで形成された溝１８に沿うようにエピタキシャル膜１５を成膜する。
サファイア基板１３の表面上に複数の光デバイス１９及びこれらの光デバイス１９を区画する交差する複数の分割予定ライン１７を有するエピタキシャル膜１５を成膜して形成された光デバイスウエーハ１１は、エピタキシャル膜１５を有する表面１１ａと、サファイア基板１３が露出する裏面１１ｂを有している。
本発明の成膜ステップでは、サファイア基板１３の表面１３ａに複数の溝１８が形成された後、エピタキシャル膜１５が成膜されるため、溝１８によってサファイア基板１３とエピタキシャル膜１５との熱膨張係数差や格子定数差による応力が解放され、成膜後に反りが発生することがない。
成膜ステップを実施した後、レーザービームを使用した分割起点形成ステップを実施する。この分割起点形成ステップの第１実施形態では、サファイア基板１３に対して吸収性を有する波長を使用して、図４に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル２０で光デバイスウエーハ１１の表面１１ａ側を吸引保持し裏面１１ｂを露出させる。
レーザー加工装置のレーザービーム照射ユニット２２は、ハウジング２４中に収容された図５に示すレーザービーム発生ユニット２６と、ハウジング２４の先端に装着された集光器（レーザー加工ヘッド）２８とから構成される。３０は通常の撮像素子及び赤外線撮像素子を有する撮像ユニットである。
レーザービーム発生ユニット２６は、図５に示すように、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器３２と、繰り返し周波数設定手段３４と、パルス幅調整手段３６と、パワー調整手段３８とを含んでいる。
レーザービーム発生ユニット２６のパワー調整手段３８により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、ケーシング２４の先端に取り付けられた集光器２８のミラー４０で反射され、更に集光用対物レンズ４２によって集光されてチャックテーブル２０に保持されている光デバイスウエーハ１１に照射される。
図４に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル２０で光デバイスウエーハ１１を吸引保持した後、撮像ユニット３０の赤外線撮像素子で光デバイスウエーハ１１をその裏面１１ｂ側から撮像し、分割予定ライン１７に対応する領域を検出するアライメントを実施する。このアライメントには、よく知られたパターンマッチングの手法を利用する。
アライメント実施後、集光器２８から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ービームを光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側から照射して、分割予定ライン１７に沿ってアブレーション加工により分割起点となるレーザー加工溝２１を形成する。
チャックテーブル２０をＹ軸方向に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１７に沿ってアブレーション加工によりレーザー加工溝２１を形成する。
次いで、チャックテーブル２０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１７に沿ってアブレーション加工により同様なレーザー加工溝２１を形成する。
このレーザー加工溝形成ステップの加工条件は、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：ＹＡＧ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザーの第３高調波）
パルスエネルギー ：３５μＪ
集光スポット径 ：１０μｍ
パルス幅 ：１８０ｎｓ
繰り返し周波数 ：１８０ｋＨｚ
加工送り速度 ：６０ｍｍ／秒
溝深さ ：２０μｍ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザーの第３高調波）
パルスエネルギー ：３５μＪ
集光スポット径 ：１０μｍ
パルス幅 ：１８０ｎｓ
繰り返し周波数 ：１８０ｋＨｚ
加工送り速度 ：６０ｍｍ／秒
溝深さ ：２０μｍ
分割起点形成ステップの第２実施形態では、サファイア基板１３に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームをサファイア基板１３の内部に集光点を合わせて、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側から照射して、サファイア基板１３の内部に分割起点としての改質層を形成する。次いで、この改質層を分割起点として光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイスチップに分割する。
他の実施形態として、切削ブレード１６による切削溝を光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに形成後、切削溝を分割起点として光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイスチップに分割するようにしてもよい。或いは、切削ブレードやレーザービームによる光デバイスウエーハ１１のフルカット（完全切断）でもよい。
図４に示すレーザー加工溝２１を形成する分割起点形成ステップ実施後、光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイスチップに分割する分割ステップを実施する。この分割ステップを実施する前に、図６に示すように、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａにエピタキシャル層１５を保護するための接触防止シート２３を配設する。
分割ステップでは、所定間隔離間した一対の支持台４６の間にレーザー加工溝２１が位置するように光デバイスウエーハ１１を支持台４６上に位置付けて搭載し、鋭角先端部４８ａを有する楔形状の分割バー４８を矢印Ａ方向に移動して、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに分割バー４８を押圧することにより、レーザー加工溝２１を分割起点に光デバイスウエーハ１１を割断する。分割バー４８の駆動は、例えばエアシリンダ等により行う。
一本のレーザー加工溝２１に沿った割断が終了すると、光デバイスウエーハ１１を横方向に１ピッチ分移動して、次のレーザー加工溝２１を一対の支持台４６の中間部分に位置付け、分割バー４８を駆動して次のレーザー加工溝２１を分割起点に光デバイスウエーハ１１を割断する。
第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿っての分割が終了すると、光デバイスウエーハ１１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を同様に分割する。これにより、光デバイスウエーハ１１が個々の光デバイスチップに分割される。
上述した説明では、一対の支持台４６及び分割バー４８が横方向に固定で、光デバイスウエーハ１１が横方向に移動するものとしたが、光デバイスウエーハ１１を静止状態で保持し、支持台４６及び分割バー４８を横方向に１ピッチずつ移動させるようにしてもよい。
１１ 光デバイスウエーハ
１３ サファイア基板
１５ エピタキシャル膜
１６ 切削ブレード
１７ 分割予定ライン
１８ 溝
１９ 光デバイス
２１ レーザー加工溝
２６ レーザービーム発生ユニット
２８ 集光器
４６ 支持台
４８ 分割バー
１３ サファイア基板
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１９ 光デバイス
２１ レーザー加工溝
２６ レーザービーム発生ユニット
２８ 集光器
４６ 支持台
４８ 分割バー
Claims (3)
- 光デバイスの加工方法であって、
サファイア基板の表面に複数の溝を形成する溝形成ステップと、
該溝形成ステップを実施した後、該サファイア基板の表面にエピタキシャル膜を成膜して複数の光デバイスと該光デバイスを区画する交差した複数の分割予定ラインを形成する成膜ステップと、
該成膜ステップを実施した後、該エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板を該分割予定ラインに沿って分割して複数の光デバイスを形成する分割ステップと、
を備えたことを特徴とする光デバイスの加工方法。 - 前記溝形成ステップでは、前記成膜ステップで形成される該分割予定ラインに整列するように該サファイア基板の表面に溝が形成される請求項１記載の光デバイスの加工方法。
- 前記サファイア基板は、φ８インチ以上の直径と１ｍｍ以下の厚みを有する請求項１又は２記載の光デバイスの加工方法。
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