JP2015162565A - Substrate with led pattern, method for manufacturing the same, and method for manufacturing led element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDパターン付き基板とその製造方法およびLED素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate with an LED pattern, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing an LED element.
LED素子は、概略、例えばサファイア単結晶などの基板(ウェハ、母基板)上に、GaNなどのIII族窒化物半導体層や金属電極などからなるLED素子の単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるパターン付き基板(LEDパターン付き基板)を、格子状に設けられたストリートと称される分割予定領域にて分割し、個片化(チップ化)する、というプロセスにて製造される。ここで、ストリートとは、分割によってLED素子となる2つの部分の間隙部分である幅狭の領域である。 In general, an LED element is formed by repeatedly forming a unit pattern of an LED element made of a group III nitride semiconductor layer such as GaN or a metal electrode on a substrate (wafer, mother substrate) such as a sapphire single crystal in two dimensions. A substrate with a pattern (a substrate with an LED pattern) is manufactured by a process of dividing the substrate into divided regions called streets provided in a grid and dividing the substrate into chips (chips). Here, the street is a narrow area that is a gap between two parts that become LED elements by division.
パターン付き基板は、ウェハの上に、いずれもIII族窒化物からなるバッファ層、n型導電層(n型クラッド層、n型コンタクト層などとも称される)、発光層、p型導電層(p型クラッド層、p型コンタクト層などとも称される)などを積層したうえで、p型導電層の上にp電極、n型導電層を露出させてその露出面にn電極を形成することによって作製される(例えば、特許文献1ないし特許文献3参照)。
A substrate with a pattern is formed on a wafer with a buffer layer made of a group III nitride, an n-type conductive layer (also called an n-type cladding layer, an n-type contact layer, etc.), a light emitting layer, a p-type conductive layer ( p-type cladding layer, p-type contact layer, etc.) are stacked, and then a p-electrode and an n-type conductive layer are exposed on the p-type conductive layer, and an n-electrode is formed on the exposed surface. (For example, refer to
また、分割のための手法として、パルス幅がpsecオーダーの超短パルス光であるレーザー光を、個々の単位パルス光の被照射領域が加工予定線に沿って離散的に位置する条件にて照射することにより、加工予定線(通常はストリート中心位置)に沿って分割のための起点を形成する手法が既に公知である(例えば、特許文献4参照)。特許文献4に開示された手法においては、それぞれの単パルス光の被照射領域において形成される加工痕の間で劈開や裂開による亀裂伸展(クラック伸展)が生じ、係る亀裂に沿って基板を分割する(ブレークする)ことで、個片化が実現される。
In addition, as a technique for division, laser light that is ultrashort pulse light having a pulse width of the order of psec is irradiated under the condition that the irradiated area of each unit pulse light is discretely positioned along the planned processing line. By doing so, a method of forming a starting point for division along a planned processing line (usually a street center position) is already known (see, for example, Patent Document 4). In the technique disclosed in
特許文献4に開示された手法の場合、個片化は、ウェハ上にLED素子を構成する単位パターンが形成されたパターン付き基板を対象に、ウェハの単位パターンの形成面とは反対面をレーザー光の被照射面とする態様にて行われる。個片化の際の亀裂伸展は基板面に対して垂直に生じさせるのが理想であるが、従来の手順によれば、分割の際にIII族窒化物半導体層に斜め割れが生じ、ストリート以外の素子構成部分のIII族窒化物半導体層に対してダメージを与えてしまう場合がある。係るダメージは、LED素子の光取り出し効率を低下させることになる。
In the case of the technique disclosed in
また、作製対象とされるLED素子によって、チップサイズ、パターン付き基板の層構成(材質、厚みなど)、ストリート幅などはまちまちであり、しかも、分割はそれぞれの層において良好になされる必要があることから、加工の制約が大きく、加工条件の設定が難しいという問題がある。 Further, depending on the LED element to be manufactured, the chip size, the layer configuration (material, thickness, etc.) of the substrate with the pattern, the street width, and the like vary, and the division needs to be performed well in each layer. For this reason, there are problems that processing restrictions are large and it is difficult to set processing conditions.
その一方で、正常な分割が行われた場合、得られた個々の個片(LED素子)におけるIII族窒化物半導体層の側面は、凹凸のない平坦面となるので、発光層からの光が当該側面にて反射してしまい、素子外部へと出射されにくくなる。これは、LEDの光取り出し効率をより高めるという観点からは好ましくない。当該側面に対してエッチングを行う、SWE(side wall etching)という手法も想定されるが、係る手法は、III族窒化物半導体層を腐食または損傷させるおそれがあるため好ましくない。 On the other hand, when normal division is performed, the side surface of the group III nitride semiconductor layer in the obtained individual pieces (LED elements) is a flat surface without unevenness, so that the light from the light emitting layer is not emitted. The light is reflected at the side surface and is not easily emitted to the outside of the element. This is not preferable from the viewpoint of further increasing the light extraction efficiency of the LED. Although a technique called SWE (side wall etching) in which etching is performed on the side surface is also envisaged, such a technique is not preferable because it may corrode or damage the group III nitride semiconductor layer.
加えて、単位パターンが形成される面の反対面である被照射面に金属薄膜にてODR(全方位反射器:Omni-Directional Reflector)やDBR(分布ブラッグ反射器:Distributed Bragg Reflector)が設けられてなる場合、良好な分割を行うことが難しいという問題もある。 In addition, ODR (Omni-Directional Reflector) and DBR (Distributed Bragg Reflector) are provided on the irradiated surface, which is the opposite side of the surface on which the unit pattern is formed, with a metal thin film. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform good division.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも光取り出し効率の優れたLED素子を得ることが出来るLEDパターン付き基板とその製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the board | substrate with an LED pattern which can obtain the LED element which was excellent in the light extraction efficiency conventionally, and its manufacturing method.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、LEDパターン付き基板を製造する方法であって、ウェハの一方の主面に格子状に定められた分割予定位置に沿って前記ウェハに対しレーザースクライブを行ってスクライブラインを形成するスクライブ工程と、前記スクライブ工程を経た前記ウェハの前記主面にそれぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返してなるLEDパターンを形成するLEDパターン形成工程と、を備え、前記スクライブ工程においては、前記スクライブラインを、前記ウェハの内部において前記分割予定位置に沿って離散的に存在する複数の加工痕の配列として形成するとともに、前記スクライブラインと前記主面との間に亀裂を伸展させる、ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載のLEDパターン付き基板の製造方法であって、前記スクライブ工程においては、パルス幅が200fsec〜100psecのパルスレーザー光を、合焦位置を前記ウェハの前記ウェハの内部とした状態で、前記パルスレーザー光の個々の単パルス光の被照射領域が前記分割予定位置の延在方向に沿って離散する条件にて走査しつつ照射することで、前記スクライブラインを形成する、ことを特徴とする。
Invention of
請求項3の発明は、請求項2に記載のLEDパターン付き基板の製造方法であって、前記スクライブ工程においては、前記合焦位置における前記パルスレーザー光のビーム径を0.25μm〜2.0μmとし、前記加工痕の最下端部の前記ウェハの前記主面からの最大深さが15μm〜50μmとなるように前記スクライブラインを形成する、ことを特徴とする。
Invention of Claim 3 is a manufacturing method of the board | substrate with an LED pattern of
請求項4の発明は、LED素子を製造する方法であって、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のLEDパターン付き基板の製造方法によって前記LEDパターン付き基板を作製する基板作製工程と、前記基板作製工程によって得られた前記LEDパターン付き基板を前記スクライブラインに沿ってブレークすることにより個片化して複数のLED素子を得る個片化工程と、を備えることを特徴とする。
The invention of
請求項5の発明は、それぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンがウェハの一方主面上に設けられてなり、分割予定位置にて分割されることによって多数個のLED素子が製造されるLEDパターン付き基板であって、前記ウェハの内部に、前記分割予定位置に沿って離散的に複数の加工痕の配列たるスクライブラインが形成されてなるとともに前記スクライブラインと前記主面との間に亀裂を伸展させてなる、ことを特徴とする。
According to the invention of
請求項1ないし請求項5の発明によれば、光取り出し効率の優れたLED素子を、従来よりも高い歩留まりで得ることが出来る。 According to the first to fifth aspects of the present invention, an LED element having excellent light extraction efficiency can be obtained at a higher yield than the conventional one.
<LED素子とその作製手順>
図1は、本実施の形態に係る製法の作製対象であるLED素子10の構造を示す模式断面図である。LED素子10は、サファイア基板1の上に、いずれもGaN、AlNもしくはInN、あるいはこれらの混晶であるIII族窒化物からなる、アンドープ層2と、n型層3と、発光層4と、p型層5とを、この順にエピタキシャル成長させてなるとともに、p型層5の上にp型電極6を備え、n型層3の一部を露出させてなる電極形成領域7aにn型電極7を備えた構成を有する。なお、アンドープ層2、n型層3、発光層4、およびp型層5はそれぞれ単一層とは限らず、複数の層が積層されることによって構成されていてもよい。
<LED element and its production procedure>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an
例えば、アンドープ層2としては膜厚が1.5μm〜3μm程度(例えば2μm)のGaN層が例示される。また、n型層3にはコンタクト層やクラッド層などが設けられていてもよい。n型層3としては膜厚が1.5μm〜3μm程度(例えば2μm)のGaN層が例示される。発光層4は、例えば多重量子井戸構造を有するように構成されていてもよい。発光層4としては、GaNからなり膜厚が8nm〜15nm程度(例えば10nm)の第1単位層(バリア層)とGaInNからなり膜厚が2nm〜4nm程度(例えば3nm)の第2単位層と繰り返し交互に積層してなる多重量子井戸活性層が例示される。第2単位層のInNモル分率を変化させることにより、発光波長を380nm〜620nmの範囲で変化させることが出来る。さらには、p型層5は、電子ブロック層やコンタクト層などを含んで構成されていてもよい。p型層5としては、膜厚が15nm〜25nm程度(例えば20nm)のp−AlGaN層と、膜厚が90nm〜200nm程度(例えば150nm)のp−GaN層と、膜厚が8nm〜15nm程度(例えば10nm)のp−GaNコンタクト層とを積層する構成などが例示される。
For example, the
また、ウェハWの上述の各層が形成されてなる側の主面とは反対側の主面に、金属薄膜からなるODR(全方位反射器:Omni-Directional Reflector)やDBR(分布ブラッグ反射器:Distributed Bragg Reflector)が設けられる態様であってもよい。 Further, an ODR (Omni-Directional Reflector) or DBR (Distributed Bragg Reflector) made of a metal thin film is formed on the main surface opposite to the main surface on which the above-mentioned layers of the wafer W are formed. (Distributed Bragg Reflector) may be provided.
図2は、LED素子10の作製途中の様子を模式的に示す断面図である。本実施の形態においては、単結晶サファイアからなるウェハWの上に、それぞれが1つのLED素子10を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンPTを設けた基板(LEDパターン付き基板)を、格子状に設けられたストリートST(図3参照)と称される分割予定領域にて分割し、個片化(チップ化)する、という、いわゆる多数個取りのプロセスにて製造するものとする。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state in the process of manufacturing the
係る態様にてLED素子10を作製するにあたっては、まず初めに、図2(a)に示すように、ウェハWを用意する。用意するウェハWの厚みは、380μm〜430μm程度であるのが好適である。
In manufacturing the
次に、係るウェハWに、レーザースクライブによるスクライブラインSLの形成を行う。レーザースクライブとは、概略、あらかじめウェハWの一方主面(表面)Wa側に設定された分割予定位置Aに沿ってパルスレーザー光LBを走査しつつ照射することにより、スクライブラインSLを形成する処理である。 Next, a scribe line SL is formed on the wafer W by laser scribe. Laser scribing is a process for forming a scribe line SL by irradiating the pulse laser beam LB while scanning it along the scheduled division position A set in advance on the one main surface (front surface) Wa side of the wafer W in advance. It is.
図3は、係るレーザースクライブについて説明するための図である。まず、図3(a)は、レーザースクライブの対象たるウェハWの主面Waの部分拡大図であり、係る図3(a)には、ウェハWにおいてストリートSTとなる位置を破線にて示している。より詳細には、直交する2方向に延在するストリートSTの一つの交点近傍の位置を示している。ここで、ストリートSTとは、幅方向の中央位置が分割予定位置Aに合致する、分割によってLED素子10となる2つの部分の間隙部分である幅狭の領域であり、ウェハWの主面Waの略全面にわたって、格子状に定められる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the laser scribe. First, FIG. 3A is a partially enlarged view of the main surface Wa of the wafer W that is the target of laser scribing. In FIG. 3A, the position that becomes the street ST in the wafer W is indicated by a broken line. Yes. More specifically, a position in the vicinity of one intersection of streets ST extending in two orthogonal directions is shown. Here, the street ST is a narrow region that is a gap portion between two portions that become the
なお、確認的にいえば、実際のウェハWにおいて図3(a)に示すようなストリートSTが設けられているわけではなく、あくまで、パターン設計上、ストリートSTとなる位置が定められているにすぎない。 For confirmation, the street ST as shown in FIG. 3A is not provided in the actual wafer W, and the position to be the street ST is determined for pattern design. Only.
図4は、レーザースクライブに用いるレーザー加工装置100の構成を例示する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the
レーザー加工装置100は、ウェハWをその上に載置するステージ101と、レーザー加工装置100の種々の動作(観察動作、アライメント動作、加工動作など)を制御するコントローラ110とを主として備え、ステージ101に載置されたウェハWに対し、レーザー光源LSから出射したパルスレーザー光(単にレーザー光とも称する)LBを照射することによって、ウェハWに対し種々の加工を施すことができるように構成されている。
The
レーザー光源LSとしては、Nd:YAGレーザーを用いるのが好適な態様である。あるいは、Nd:YVO4レーザーやその他の固体レーザーを用いる態様であってもよい。さらには、レーザー光源LSは、Qスイッチ付きであることが好ましい。 As the laser light source LS, an Nd: YAG laser is preferably used. Alternatively, an embodiment using an Nd: YVO 4 laser or other solid-state laser may be used. Furthermore, the laser light source LS is preferably provided with a Q switch.
レーザー光LBのパルス幅は、後述するように、fsec(フェムト秒)〜psecオーダーの値のいずれかに定めるものとする。また。レーザー光LBの波長は、200nm〜1100nmのいずれの波長でもよいが、200nm〜563nmの波長範囲に属することが好ましく、なかでもNd:YAGレーザーをレーザー光源LSとする場合は、その3倍高調波(波長約355nm)を用いるのが好適な態様である。また、パルスの繰り返し周波数は10kHz以上200kHz以下であることが好ましい。 As will be described later, the pulse width of the laser beam LB is set to any value in the order of fsec (femtoseconds) to psec. Also. The wavelength of the laser beam LB may be any wavelength of 200 nm to 1100 nm, but preferably belongs to the wavelength range of 200 nm to 563 nm. In particular, when an Nd: YAG laser is used as the laser light source LS, its third harmonic It is a preferred embodiment to use (wavelength of about 355 nm). The pulse repetition frequency is preferably 10 kHz or more and 200 kHz or less.
レーザー加工装置100の詳細については後述する。
Details of the
図3(b)は、図3(a)に示すウェハWに対しレーザー加工装置100を用いてレーザースクライブを行った後の様子を示す図である。本実施の形態においては、レーザースクライブによって、図3(b)に示すような、分割予定位置Aの延在方向に沿って離散的に配列する多数の加工痕Pを形成する。すなわち、本実施の形態においては、係る加工痕Pの配列がスクライブラインSLをなしている。しかも、係る加工痕Pの配列は、図2(b)に示すように、ウェハWの内部に形成されるものである。 FIG. 3B is a diagram illustrating a state after laser scribing is performed on the wafer W illustrated in FIG. In the present embodiment, a large number of machining marks P that are discretely arranged along the extending direction of the planned division position A as shown in FIG. That is, in the present embodiment, the arrangement of the processing marks P forms a scribe line SL. Moreover, the array of the processing marks P is formed inside the wafer W as shown in FIG.
係る態様でのスクライブラインSL(加工痕Pの配列)の形成は、パルス幅がfsec〜psecオーダーのレーザー光LBによる照射および走査を、合焦位置FをウェハWの主面WaではなくウェハWの内部へと意図的にずらしたデフォーカス状態のもと、該レーザー光LBの個々の単パルス光の被照射領域が分割予定位置Aの延在方向(ストリートSTの延在方向)に沿って離散する条件にて行うことによって、実現される。係る被照射領域の離散は、繰り返し周波数とウェハWに対する相対移動速度とを適宜に調整することによって可能である。 Formation of the scribe line SL (arrangement of the processing marks P) in such a mode is performed by irradiating and scanning with the laser beam LB having a pulse width of the order of fsec to psec, and focusing on the wafer W instead of the main surface Wa of the wafer W. In the defocused state intentionally shifted to the inside of the laser beam LB, the irradiated area of each single pulse light of the laser beam LB extends along the extending direction of the planned division position A (extending direction of the street ST). This is realized by performing the process under discrete conditions. Such an irradiation region can be dispersed by appropriately adjusting the repetition frequency and the relative movement speed with respect to the wafer W.
そのような条件のもとでレーザー光LBを照射すると、ウェハWの内部においては、レーザー光LBの個々の単位パルス光の被照射領域(個々の単位パルス光の合焦位置Fの近傍領域)において局所的かつ瞬間的にサファイアの溶融・膨張が生じ、その後の収縮・再固化を経て微小な変質領域が形成される。係る変質領域が加工痕Pである。 When the laser beam LB is irradiated under such conditions, the irradiation area of each unit pulse beam of the laser beam LB (a region near the in-focus position F of each unit pulse beam) inside the wafer W. In sapphire, sapphire melts and expands locally and instantaneously, and a minute altered region is formed through subsequent shrinkage and resolidification. Such an altered region is a processing mark P.
加えて、係る態様での加工痕Pの形成の際には、単位パルス光の被照射領域において局所的かつ瞬間的な溶融・膨張が生じることに伴って、図2(b)に示すように、それぞれの加工痕Pから亀裂CRが伸展する。 In addition, when forming the processing mark P in such a mode, as shown in FIG. 2B, local and instantaneous melting / expansion occurs in the irradiation region of the unit pulse light. , Crack CR extends from each processing mark P.
係る亀裂CRは、ウェハWの厚み方向に(ウェハWの主面Wa、Wbに対して垂直に)伸展するほか、分割予定位置Aの延在方向(ストリートSTの延在方向)に沿っても伸展する。このうち、加工痕Pからの距離が小さいウェハWの主面Waの側へと向かう亀裂CR1については、概ねウェハWの主面Waに達する。一方、加工痕Pの形成位置からウェハWの他方主面(裏面)Wbまでの距離は主面Waまでの距離までに比して十分に大きいため、主面Wbの側へと向かう亀裂CR2は通常、図2(b)に示すように、ウェハW内部の途中で留まる。 The crack CR extends in the thickness direction of the wafer W (perpendicular to the main surfaces Wa and Wb of the wafer W), and also along the extending direction of the division planned position A (extending direction of the street ST). Extend. Among these, the crack CR1 that is directed to the main surface Wa side of the wafer W with a small distance from the processing mark P substantially reaches the main surface Wa of the wafer W. On the other hand, since the distance from the formation position of the processing mark P to the other main surface (back surface) Wb of the wafer W is sufficiently larger than the distance to the main surface Wa, the crack CR2 toward the main surface Wb is Usually, it stays in the middle of the wafer W as shown in FIG.
なお、亀裂CRのところには隙間は形成されないので、ウェハWの主面Waにおける平坦性は維持されたままである。 Since no gap is formed at the crack CR, the flatness on the main surface Wa of the wafer W remains maintained.
加工痕Pのサイズは、ウェハWの面内方向において0.5μm〜2.0μm程度であり、ウェハWの厚み方向において10μm〜30μm程度であるのが好ましい。また、加工痕Pは、最下端部の最大深さがウェハWの主面Waから15μm〜50μm程度の位置となるようにに形成されるのが好ましい。さらには、加工痕Pのピッチは、1μm〜10μm程度であるのが好ましい。これらをみたす場合、後段のプロセスにおいて、ウェハWを用いて作製したLEDパターン付き基板W1(図2(c))を加工痕Pの配列たるスクライブラインSLに沿って好適に分割し、個片化することが出来る。 The size of the processing mark P is about 0.5 μm to 2.0 μm in the in-plane direction of the wafer W, and preferably about 10 μm to 30 μm in the thickness direction of the wafer W. Further, it is preferable that the processing mark P is formed so that the maximum depth of the lowermost end portion is at a position of about 15 μm to 50 μm from the main surface Wa of the wafer W. Furthermore, the pitch of the processing marks P is preferably about 1 μm to 10 μm. In order to meet these requirements, the substrate W1 with the LED pattern (FIG. 2C) manufactured using the wafer W is preferably divided along the scribe line SL where the processing marks P are arranged in a subsequent process, and separated into individual pieces. I can do it.
このような態様でのスクライブラインSL形成は、レーザー光LBのパルス幅を200fsec〜100psecとし、合焦位置Fにおけるレーザー光LBのビーム径を0.25μm〜2.0μmとし、ウェハWの主面Waから合焦位置Fまでの距離(デフォーカス値)を5μm〜45μmとし、レーザー光LBの繰り返し周波数を50kHz〜100kHzとし、ウェハWに対するレーザー光LBの走査速度を100mm/sec〜500mm/secとすることによって、実現される。 The scribe line SL is formed in this manner by setting the pulse width of the laser beam LB to 200 fsec to 100 psec, the beam diameter of the laser beam LB at the in-focus position F to 0.25 μm to 2.0 μm, and the main surface of the wafer W. The distance (defocus value) from Wa to the in-focus position F is 5 μm to 45 μm, the repetition frequency of the laser light LB is 50 kHz to 100 kHz, and the scanning speed of the laser light LB with respect to the wafer W is 100 mm / sec to 500 mm / sec. It is realized by doing.
なお、好ましくは、スクライブラインSLの形成に先立ち、ウェハWの該スクライブラインSLの形成面に、適宜の手法にてアライメントマークを形成しておき、スクライブラインのSLの形成は、係るアライメントマークを利用してウェハWをアライメントした後に行うようにする。アライメントマークの形成は、レーザースクライブと同じレーザー加工装置100を用いて行うこともできる。
Preferably, prior to the formation of the scribe line SL, an alignment mark is formed on the surface of the wafer W where the scribe line SL is formed by an appropriate method. This is performed after aligning the wafer W by using it. The alignment mark can also be formed using the same
所望の位置にレーザースクライブによってスクライブラインSLを形成した後、図2(c)に示すように、ウェハWの主面Waに対し、LEDパターンPTを形成する。すなわち、低温バッファ層が形成された上で、アンドープ層2、n型層3、発光層4、およびp型層5となるIII族窒化物層(結晶層)のエピタキシャル成長が行われた後、p型層5の表面へのp型電極6の形成と、n型層3の一部を露出させることによる電極形成領域7aの形成と、該電極形成領域7a上へのn型電極7の形成とが行われる。
After the scribe line SL is formed at a desired position by laser scribe, an LED pattern PT is formed on the main surface Wa of the wafer W as shown in FIG. That is, after the low-temperature buffer layer is formed, the group III nitride layer (crystal layer) that becomes the
従来、LEDパターンPTの形成は、レーザースクライブの前に行われていたが、本実施の形態においては、LEDパターンPTの形成をレーザースクライブの後に行う点で特徴的である。 Conventionally, the LED pattern PT is formed before laser scribing, but in the present embodiment, the LED pattern PT is formed after laser scribing.
III族窒化物層のエピタキシャル成長には、種々の公知のエピタキシャル成長手法を適用することが可能である。例えば、MOCVD(有機金属化学的気相成長)法や、MBE(分子線エピタキシー)法などの手法で行うことが出来る。それぞれの成長手法を用いた場合の実際のエピタキシャル成長条件(ウェハ温度、原料組成、原料ガス流量、原料ガス圧力、成長時間など)は、形成しようとするアンドープ層2、n型層3、発光層4、およびp型層5の組成や厚みなどに応じて定められる。
Various known epitaxial growth techniques can be applied to the epitaxial growth of the group III nitride layer. For example, it can be performed by a technique such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or MBE (molecular beam epitaxy). The actual epitaxial growth conditions (wafer temperature, raw material composition, raw material gas flow rate, raw material gas pressure, growth time, etc.) when each growth method is used are the
また、p型電極6およびn型電極7の形成には、蒸着やスパッタなど、種々の薄膜形成手法を好適に用いることができる。電極材料は、Ni,Pd、Pt、Au、Alなどといった種々の金属材料から、適宜に選択されてよい。あるいはさらに、p型電極6およびn型電極7は、相異なる組成の金属層が積層された多層電極として設けられてもよい。
For forming the p-
また、電極形成領域7aの形成にも、公知のエッチングプロセスやフォトリソグラフィープロセスなどを適用可能である。
Also, a known etching process or photolithography process can be applied to the formation of the
以上のような手順にて、ウェハWの上にLEDパターンPTを形成してなるLEDパターン付き基板W1が得られる。換言すれば、本実施の形態に係るLEDパターン付き基板W1は、ウェハWの内部に加工痕Pの配列たるスクライブラインSLが設けられたものであるとともに、ウェハWの一方主面Wa(LEDパターンPTの形成面)とスクライブラインSLとの間に亀裂CRを設けたものであるということが出来る。 Through the procedure as described above, a substrate W1 with an LED pattern formed by forming the LED pattern PT on the wafer W is obtained. In other words, the substrate W1 with the LED pattern according to the present embodiment is provided with the scribe line SL in which the processing marks P are arranged inside the wafer W and the one main surface Wa (LED pattern) of the wafer W. It can be said that a crack CR is provided between the PT forming surface) and the scribe line SL.
なお、上述のIII族窒化物層のエピタキシャル成長の際、ウェハWは加熱される。その際の加熱温度は、形成しようとする層の組成等によって異なるが、概ね600℃〜1200℃程度である。係る態様にてウェハWが加熱されると、ウェハWには応力が発生する。そして、係る応力が作用することによって、スクライブラインSLから主面Wbに向けて形成された亀裂CR2がより主面Wbの側へと伸展する。係る亀裂CRの伸展は、後段の個片化の際のブレークをより容易にする効果がある。なお、係る場合の亀裂の伸展は通常、スクライブラインSLの形成時と同様、ウェハWを分割するまでには至らない。あるいは、このエピタキシャル成長時の加熱による亀裂CRの伸展を見越して、加工痕Pの形成深さを定めるようにしてもよい。 Note that the wafer W is heated during the epitaxial growth of the group III nitride layer described above. The heating temperature at that time varies depending on the composition of the layer to be formed, etc., but is generally about 600 ° C. to 1200 ° C. When the wafer W is heated in such a manner, stress is generated in the wafer W. Then, when the stress acts, the crack CR2 formed from the scribe line SL toward the main surface Wb further extends toward the main surface Wb. The extension of the crack CR has an effect of making it easier to break during the subsequent singulation. In this case, the extension of the crack usually does not reach the time when the wafer W is divided as in the case of forming the scribe line SL. Alternatively, the formation depth of the processing mark P may be determined in anticipation of the extension of the crack CR due to heating during the epitaxial growth.
次に、LEDパターン付き基板W1の分割(個片化)について説明する。図5は、ブレーク装置200による個片化の様子について、概略的に示す図である。
Next, division (separation) of the substrate W1 with the LED pattern will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing how the individual pieces are separated by the
なお、分割に先立って、ウェハWの主面Wb(LEDパターンPTの形成されていない側の主面)を研磨して、その厚みを小さくする態様であってもよい。 Prior to the division, the main surface Wb (the main surface on the side where the LED pattern PT is not formed) of the wafer W may be polished to reduce its thickness.
ブレーク装置200は、対象物を三点支持の手法にてブレークする装置である。ブレーク装置200は、1つの上側ブレークバー201と、2つの下側ブレークバー202とを備える。上側ブレークバー201は、断面三角形状もしくは断面等脚台形状をなす柱状の部材であり、下側ブレークバー202は、板状の部材である。
The
個片化の際は、LEDパターン付き基板W1をLEDパターンPTが下側となるように水平支持し、適宜位置決めをした状態で、上側ブレークバー201をウェハWの主面Wbの上方であって分割予定位置Aの直上の位置に分割予定位置Aと平行に配置し、2つの下側ブレークバー202を、LEDパターンPTの下方であって分割予定位置Aに対して対称な位置に配置する。そして、上側ブレークバー201を分割予定位置Aの直上において主面Wbに当接させるとともに、2つの下側ブレークバー202を、分割予定位置Aに対して対称な状態を保ちつつLEDパターンPTに接触させる。これにより作用する応力によって、図2(c)に示すような亀裂CRが(特に亀裂CR2が)、上下方向(ウェハWの主面Wa、Wbに垂直であるLEDパターン付き基板W1の厚み方向)に向けて、伸展する。その結果として、LEDパターン付き基板W1をスクライブラインSLに沿って良好に分割(ブレーク)することが出来る。
At the time of separation, the
全てのスクライブラインSLを対象に順次にブレークを行うことで、図2(d)に示すように、多数のLED素子10を得ることが出来る。
By sequentially performing breaks on all the scribe lines SL, a large number of
なお、LEDパターン付き基板W1を分割するに先立って、ウェハWの他方主面Wbに金属薄膜にてODR(全方位反射器:Omni-Directional Reflector)やDBR(分布ブラッグ反射器:Distributed Bragg Reflector)が設けられることがあるが、本実施の形態によれば、係る場合であっても、良好なブレークを行うことができる。 Prior to dividing the substrate W1 with LED pattern, an ODR (Omni-Directional Reflector) or DBR (Distributed Bragg Reflector) is formed of a metal thin film on the other main surface Wb of the wafer W. However, according to the present embodiment, even in such a case, a good break can be performed.
<レーザースクライブを先行して行うことの作用効果>
上述したように、本実施の形態においては、ウェハWにレーザースクライブによってスクライブラインSLを形成した後に、LEDパターンPTの形成を行い、その後に個片化を行ってLED素子10を得るようにしている。以下、係る手順にてLED素子10を作製することの作用効果について説明する。
<Effects of performing laser scribing in advance>
As described above, in the present embodiment, after the scribe line SL is formed on the wafer W by laser scribing, the LED pattern PT is formed, and then the
第1に、従来のように、LEDパターンPTを形成した後にレーザースクライブを行う場合、レーザー光LBによってLEDパターンPTに対しダメージを与える可能性があったが、本実施の形態の場合、LEDパターンPTが形成されていない状態でレーザースクライブを行うので、LEDパターンPTに対しダメージを与えることがない。 First, when laser scribing is performed after the LED pattern PT is formed as in the prior art, there is a possibility that the LED pattern PT is damaged by the laser beam LB. Since laser scribing is performed in the state where PT is not formed, the LED pattern PT is not damaged.
第2に、従来の手順の場合、LEDパターンPTに対するレーザー光LBの影響をできるだけ避けるべく、LEDパターンPTが形成されてなる主面Waとは反対の主面Wbを被照射面としてレーザースクライブを行っていたことから、ブレークの際にスクライブラインSLから伸展する亀裂がLEDパターンPTに到達してしまい、ストリートSTではなくLEDパターンPTのところで分割がなされてしまうことがあったが、本実施の形態の場合は、LEDパターンPTの形成前に主面Waの側からレーザースクライブを行うので、LEDパターンPTのところで分割がなされてしまうことがないことから、高い歩留まりでLED素子10を得ることが出来る。
Second, in the case of the conventional procedure, in order to avoid the influence of the laser beam LB on the LED pattern PT as much as possible, laser scribing is performed with the main surface Wb opposite to the main surface Wa on which the LED pattern PT is formed as the irradiated surface. As a result, the crack extending from the scribe line SL at the time of the break reaches the LED pattern PT, and the LED pattern PT may be divided instead of the street ST. In the case of the form, since laser scribing is performed from the main surface Wa side before the formation of the LED pattern PT, the
第3に、従来の手順の場合、LEDパターンPTによってストリートSTが幅狭の領域として物理的に区画された状態で該ストリートSTに対してレーザー光LBを照射することになるので、加工条件の制約が大きかったが、本実施の形態の場合、ストリートSTの位置は定まってはいるものの、実際の加工対象はLEDパターンPTの存在しないウェハWであるので、加工条件の設定の自由度が高く、より好適な条件でのレーザースクライブを行うことが出来る。 Third, in the case of the conventional procedure, the street ST is irradiated with the laser beam LB in a state where the street ST is physically partitioned as a narrow region by the LED pattern PT. Although the restrictions were large, in the case of the present embodiment, although the position of the street ST is fixed, the actual processing target is the wafer W in which the LED pattern PT does not exist, and thus the degree of freedom in setting processing conditions is high. Thus, laser scribing can be performed under more suitable conditions.
第4に、上述した従来の手順によって金属薄膜からなるODRやDBRを備えたLED素子を作製することは、該金属薄膜がレーザー光を反射してしまうために困難であったが、本実施の形態の場合、金属薄膜を形成する前にレーザースクライブを行うので、ODRやDBRを備える光取り出し効率の優れたLED素子の作製も、問題なく行うことができる。 Fourth, it is difficult to produce an LED element having an ODR or DBR made of a metal thin film by the above-described conventional procedure because the metal thin film reflects laser light. In the case of the embodiment, since laser scribing is performed before forming the metal thin film, an LED element having ODR and DBR and having excellent light extraction efficiency can be produced without any problem.
以上の作用効果が得られることで、本実施の形態によれば、光取り出し効率の優れたLED素子を、従来よりも高い歩留まりで得ることが出来る。 By obtaining the above effects, according to the present embodiment, an LED element having excellent light extraction efficiency can be obtained with a higher yield than conventional.
<レーザー加工装置の詳細構成>
最後に、図4に示したレーザー加工装置100の詳細な構成について説明しておく。上述のように、レーザー加工装置100は、ウェハWをその上に載置するステージ101と、レーザー加工装置100の種々の動作を制御するコントローラ110とを主として備える。
<Detailed configuration of laser processing equipment>
Finally, a detailed configuration of the
ステージ101は、移動機構102によって水平方向に移動可能とされてなる。移動機構102は、図示しない駆動手段の作用により水平面内で所定のXY2軸方向にステージ101を移動させる。これにより、レーザー光照射位置の移動などが実現されてなる。なお、移動機構102については、所定の回転軸を中心とした、水平面内における回転(θ回転)動作も、水平駆動と独立に行えるようになっている。
The
また、レーザー加工装置100においては、図示しない撮像手段を通じて、ウェハWをレーザー光が照射される側から直接に観測する表面観察や、ステージ101に載置された側から該ステージ101を介して観察する裏面観察などを行えるようになっている。
Further, in the
ステージ101は、石英など透明な部材で形成されているが、その内部には、主面Wbに粘着保護シートASが貼付されたウェハWを吸着固定するための吸気通路となる図示しない吸引用配管が設けられてなる。吸引用配管は、例えば、ステージ101の所定位置を機械加工により削孔することにより設けられる。
The
粘着保護シートASが貼付されたウェハWをステージ101の上に載置した状態で、例えば吸引ポンプなどの吸引手段103により吸引用配管に対し吸引を行い、吸引用配管のステージ101載置面側先端に設けられた吸引孔に対し負圧を与えることで、ウェハW(および粘着保護シートAS)がステージ101に固定されるようになっている。
In a state where the wafer W to which the adhesive protection sheet AS is stuck is placed on the
より詳細にいえば、レーザー加工装置100においては、レーザー光源LSからレーザー光LBを発し、図示を省略する鏡筒内に備わるダイクロイックミラー104にて反射させた後、該レーザー光LBを、ステージ101に載置されたウェハWの被加工部位にて合焦するよう集光レンズ105にて集光し、ウェハWに照射する。レーザー光LBは、集光レンズ105を直接の出射源としてウェハWに対し出射される。係るレーザー光LBの照射と、ステージ101の移動とを組み合わせることによって、レーザー光LBをウェハWに対して相対的に走査させつつウェハWの加工を行えるようになっている。
More specifically, in the
なお、レーザー加工装置100においては、加工処理の際、必要に応じて、合焦位置をウェハWの表面から意図的にずらしたデフォーカス状態で、レーザー光LBを照射することも可能となっている。
In the
レーザー光源LSとしては、Nd:YAGレーザーを用いるのが好適な態様である。あるいは、Nd:YVO4レーザーやその他の固体レーザーを用いる態様であってもよい。さらには、レーザー光源LSは、Qスイッチ付きであることが好ましい。 As the laser light source LS, an Nd: YAG laser is preferably used. Alternatively, an embodiment using an Nd: YVO 4 laser or other solid-state laser may be used. Furthermore, the laser light source LS is preferably provided with a Q switch.
また、レーザー光源LSから発せられるレーザー光LBの波長や出力、パルスの繰り返し周波数、パルス幅の調整などは、コントローラ110の照射制御部123により実現される。加工モード設定データD2に従った所定の設定信号が加工処理部125から照射制御部123に対し発せられると、照射制御部123は、該設定信号に従って、レーザー光LBの照射条件を設定する。
Further, adjustment of the wavelength and output of the laser light LB emitted from the laser light source LS, the pulse repetition frequency, the pulse width, and the like are realized by the
レーザー光LBは、集光レンズ105によって0.25μm〜2.0μm程度のビーム径に絞られて照射されることが好ましい。
It is preferable that the laser beam LB is radiated while being focused to a beam diameter of about 0.25 μm to 2.0 μm by the
なお、レーザー光源LSから出射されるレーザー光LBの偏光状態は、円偏光であっても直線偏光であってもよい。また、出射光が直線偏光の場合、レーザー加工装置100は図示しないアッテネータを備えることが好ましい。アッテネータはレーザー光LBの光路上の適宜の位置に配置され、出射されたレーザー光LBの強度を調整する役割を担う。
The polarization state of the laser light LB emitted from the laser light source LS may be circularly polarized light or linearly polarized light. Further, when the emitted light is linearly polarized light, the
コントローラ110は、上述の各部の動作を制御し、種々の態様でのウェハWの加工処理を実現させる制御部120と、レーザー加工装置100の動作を制御するプログラム130Pや加工処理の際に参照される種々のデータを記憶する記憶部130とをさらに備える。
The
制御部120は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものであり、記憶部130に記憶されているプログラム130Pが該コンピュータに読み込まれ実行されることにより、種々の構成要素が制御部120の機能的構成要素として実現される。
The
具体的には、制御部120は、移動機構102によるステージ101の駆動や集光レンズ105の合焦動作など、加工処理に関係する種々の駆動部分の動作を制御する駆動制御部121と、図示しない撮像手段によるウェハWの撮像を制御する撮像制御部122と、レーザー光源LSからのレーザー光LBの照射を制御する照射制御部123と、吸引手段103によるステージ101へのウェハWの吸着固定動作を制御する吸着制御部124と、与えられた加工位置データD1および加工モード設定データD2に従って加工対象位置への加工処理を実行させる加工処理部125とを、主として備える。
Specifically, the
記憶部130は、ROMやRAMおよびハードディスクなどの記憶媒体によって実現される。記憶部130には、ウェハWにおけるスクライブラインSLの形成位置を記述した加工位置データD1が記憶されるとともに、加工態様に応じた、レーザー光の個々のパラメータについての条件やステージ101の駆動条件(あるいはそれらの設定可能範囲)などが記述された加工モード設定データD2が記憶されている。なお、記憶部130は、制御部120を実現するコンピュータの構成要素によって実現される態様であってもよいし、ハードディスクの場合など、該コンピュータとは別体に設けられる態様であってもよい。
The
なお、レーザー加工装置100に対してオペレータが与える種々の入力指示は、コントローラ110において実現されるGUIを利用して行われるのが好ましい。例えば、加工処理部125の作用により加工処理用メニューがGUIにて提供される。
Various input instructions given by the operator to the
以上のような構成を有するレーザー加工装置100においては、加工処理部125が、加工位置データD1を取得するとともに選択された加工モードに対応する加工条件を加工モード設定データD2から取得し、当該条件に応じた動作が実行されるよう、駆動制御部121や照射制御部123その他を通じて対応する各部の動作を制御することによって、種々の加工モードでの加工を選択的に行えるようになっている。加工モードは、例えば、加工処理部125の作用によりコントローラ110においてオペレータに利用可能に提供される加工処理メニュー従って選択できるのが好適である。
In the
具体的には、レーザー光源LSからのレーザー光LBの照射条件とステージ101を移動させることによるウェハWに対するレーザー光LBの走査条件の組合せを違えることで、上述のような離散的なスクライブラインの形成、あるいは、アライメントマークの形成などといった種々の加工を、適切な加工条件で行えるようになっている。
Specifically, by changing the combination of the irradiation condition of the laser beam LB from the laser light source LS and the scanning condition of the laser beam LB with respect to the wafer W by moving the
<変形例>
図6は、上述の実施の形態の変形例について説明するための図である。図6(a)に示すように、スクライブラインSLは通常、格子状に設けられる。それゆえ、ウェハWはスクライブラインSLによって多数の矩形領域(単位領域)RE1に区画される。通常は、係る単位領域REが一のLED素子10の形成領域(単位パターン領域)となるように、LEDパターンPTが形成される。
<Modification>
FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the above-described embodiment. As shown in FIG. 6A, the scribe lines SL are usually provided in a lattice shape. Therefore, the wafer W is partitioned into a large number of rectangular regions (unit regions) RE1 by the scribe lines SL. Usually, the LED pattern PT is formed such that the unit region RE becomes a formation region (unit pattern region) of one
しかしながら、LEDパターンPTの形成態様はこれに限られるものではない。例えば、図6(a)に示すように、複数の単位領域に跨がる領域RE2が、一のLED素子10の形成領域(単位パターン領域)となるように、LEDパターンPTが形成されてもよい。これはすなわち、スクライブラインSLの形成態様が同じウェハWを、相異なるサイズのLED素子10の形成に用いることが出来るということを示している。
However, the formation mode of the LED pattern PT is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6A, even if the LED pattern PT is formed such that a region RE2 that extends over a plurality of unit regions becomes a formation region (unit pattern region) of one
1 サファイア基板
2 アンドープ層
3 n型層
4 発光層
5 p型層
6 p型電極
7 n型電極
7a 電極形成領域
10 LED素子
100 レーザー加工装置
200 ブレーク装置
201 上側ブレークバー
202 下側ブレークバー
A 分割予定位置
CR、CR1、CR2 亀裂
F 合焦位置
LB パルスレーザー光(レーザー光)
P 加工痕
PT LEDパターン
SL スクライブライン
ST ストリート
W ウェハ
W1 LEDパターン付き基板
Wa、Wb (ウェハの)主面
DESCRIPTION OF
P Processing mark PT LED pattern SL Scribe line ST Street W Wafer W1 Substrate with LED pattern Wa, Wb (Wafer) main surface
Claims (5)
ウェハの一方の主面に格子状に定められた分割予定位置に沿って前記ウェハに対しレーザースクライブを行ってスクライブラインを形成するスクライブ工程と、
前記スクライブ工程を経た前記ウェハの前記主面にそれぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返してなるLEDパターンを形成するLEDパターン形成工程と、
を備え、
前記スクライブ工程においては、前記スクライブラインを、前記ウェハの内部において前記分割予定位置に沿って離散的に存在する複数の加工痕の配列として形成するとともに、前記スクライブラインと前記主面との間に亀裂を伸展させる、
ことを特徴とするLEDパターン付き基板の製造方法。 A method of manufacturing a substrate with an LED pattern,
A scribing step of forming a scribe line by performing laser scribing on the wafer along a predetermined division position determined in a lattice shape on one main surface of the wafer;
An LED pattern forming step of forming an LED pattern in which unit patterns each constituting one LED element are two-dimensionally repeated on the main surface of the wafer that has undergone the scribing step;
With
In the scribing step, the scribe line is formed as an array of a plurality of processing traces that are discretely present along the planned division position inside the wafer, and between the scribe line and the main surface. Extend the crack,
The manufacturing method of the board | substrate with an LED pattern characterized by the above-mentioned.
前記スクライブ工程においては、パルス幅が200fsec〜100psecのパルスレーザー光を、合焦位置を前記ウェハの前記ウェハの内部とした状態で、前記パルスレーザー光の個々の単パルス光の被照射領域が前記分割予定位置の延在方向に沿って離散する条件にて走査しつつ照射することで、前記スクライブラインを形成する、
ことを特徴とするLEDパターン付き基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the board | substrate with an LED pattern of Claim 1, Comprising:
In the scribing step, the pulse laser beam having a pulse width of 200 fsec to 100 psec is in a state where the in-focus position is the inside of the wafer of the wafer, and the irradiation region of each single pulse light of the pulse laser beam is By irradiating while scanning under the condition of being dispersed along the extending direction of the planned division position, the scribe line is formed,
The manufacturing method of the board | substrate with an LED pattern characterized by the above-mentioned.
前記スクライブ工程においては、
前記合焦位置における前記パルスレーザー光のビーム径を0.25μm〜2.0μmとし、
前記加工痕の最下端部の前記ウェハの前記主面からの最大深さが15μm〜50μmとなるように前記スクライブラインを形成する、
ことを特徴とするLEDパターン付き基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the board | substrate with an LED pattern of Claim 2, Comprising:
In the scribe process,
The beam diameter of the pulse laser beam at the in-focus position is set to 0.25 μm to 2.0 μm,
Forming the scribe line so that a maximum depth of the lowermost end of the processing mark from the main surface of the wafer is 15 μm to 50 μm;
The manufacturing method of the board | substrate with an LED pattern characterized by the above-mentioned.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のLEDパターン付き基板の製造方法によって前記LEDパターン付き基板を作製する基板作製工程と、
前記基板作製工程によって得られた前記LEDパターン付き基板を前記スクライブラインに沿ってブレークすることにより個片化して複数のLED素子を得る個片化工程と、
を備えることを特徴とするLED素子の製造方法。 A method of manufacturing an LED element,
The board | substrate preparation process which produces the said board | substrate with an LED pattern by the manufacturing method of the board | substrate with an LED pattern in any one of Claim 1 thru | or 3.
An individualization step of obtaining a plurality of LED elements by dividing the substrate with the LED pattern obtained by the substrate manufacturing step into pieces by breaking along the scribe line;
The manufacturing method of the LED element characterized by the above-mentioned.
前記ウェハの内部に、前記分割予定位置に沿って離散的に複数の加工痕の配列たるスクライブラインが形成されてなるとともに前記スクライブラインと前記主面との間に亀裂を伸展させてなる、
ことを特徴とするLEDパターン付き基板。 An LED pattern formed by two-dimensionally repetitively forming unit patterns each constituting one LED element is provided on one main surface of the wafer, and is divided into a plurality of LEDs by being divided at the planned division positions. A substrate with an LED pattern on which an element is manufactured,
Inside the wafer, a scribe line that is an array of a plurality of processing marks is formed discretely along the planned division position, and a crack is extended between the scribe line and the main surface,
The board | substrate with an LED pattern characterized by the above-mentioned.
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