JP4909657B2 - サファイア基板の加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、窒化物半導体が積層されて複数の発光素子が形成されたサファイア基板の加工方法に関するものである。
サファイア基板上にＧａＮ系等の窒化物半導体が積層されて複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子が分割予定ラインによって区画されて形成されたウエーハは、分割予定ラインに対応する領域にレーザ光線が照射されて分割溝が形成され、個々の発光素子に分割されて携帯電話機、パソコン、音響装置等の電子機器に利用される。
サファイア基板は、モース硬度が高いことから切削ブレードを分割手段として構成されたダイシング装置による分割が比較的困難であり、レーザ光線を用いて分割する技術が提案され実用に供されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
ここで、窒化物半導体として例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を用いた発光素子（例えば、ＬＥＤ）は、後述するように、サファイア基板上にＧａＮ系バッファ層、ｎ型ＧａＮ系層、ＩｎＧａＮ系活性層、ｐ型ＧａＮ系層を順次積層し、表面を適宜エッチングした後、表面にｎ型電極とｐ型電極とを形成することで構成され、ｐ型電極からｎ型電極に向けて電流を流すことで、ＩｎＧａＮ系活性層から所定の波長の光が射出される構造とされている。この場合、該発光素子は、側面から７割程度、窒化物半導体（表面）側から１割程度、裏面（サファイア基板）側へ２割程度の割合で光を射出するようにＩｎＧａＮ系活性層が発光する。また、複数の発光素子が形成されたウエーハ表面（窒化物半導体層）側に粘着テープを貼り、裏面（サファイア基板）側からレーザ光線を照射することで分割溝を形成するようにしている。
しかしながら、特許文献１，２，３に示される如くサファイア基板の分割予定ラインに対応する領域にレーザ光線を照射し加熱溶融を進行させて分割溝を形成して個々の発光素子に分割すると、発光素子の外周がアブレーションされて輝度が低下し、品質の高い発光素子を提供できないという問題がある。すなわち、目標とする加工点に寄与しないレーザ光線がサファイア基板を透過して、窒化物半導体の一部に照射され、窒化物半導体も溶融する等のダメージを与えてしまい、活性層の発光量自体が低下することで、発光素子としての能力が低下してしまう。
また、特許文献１，２，３に示される如くサファイア基板の裏面側からレーザ光線を照射し該裏面側を加熱溶融させるレーザ加工法の場合、レーザ加工後の断面には加熱溶融後に再凝固した物質が付着した加工痕が幅広く生じており、発光素子の活性層の発光面から出た光のうちで一旦サファイア基板内に入って外に出てくる光がサファイア基板の加工痕部分で減衰するため、光取り出し効率が低下し、発光素子全体としては輝度が低下してしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サファイア基板にレーザ光線を照射して個々の発光素子に分割しても発光素子の輝度低下を抑制し得るサファイア基板の加工方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るサファイア基板の加工方法は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持され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光線を照射するレーザ光線照射手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を備えるレーザ加工装置を用いて、サファイア基板上に窒化物半導体が積層されて形成された複数の発光素子の分割予定ラインの内部に変質領域を形成するサファイア基板の加工方法であって、前記パルスレーザ光線の波長は、１０４５ｎｍであり、平均出力は、０．２３Ｗであり、繰り返し周波数は、１００ｋＨｚであり、加工送り速度は、３００ｍｍ／ｓであり、パルス幅は、４６７ｆｓであり、集光スポット径は、約０．９μｍであり、パルスエネルギーは、２．３μＪであり、パルスエネルギー密度は、３６０Ｊ／ｃｍ 2 であり、集光点Ｐにおけるピークパワー密度は、７２０ＴＷ／ｃｍ 2 であることを満たす加工条件で、前記サファイア基板の前記分割予定ラインに対する領域の内部に集光点を位置付けて前記パルスレーザ光線を照射して前記変質領域を形成することを特徴とする。
また、本発明に係るサファイア基板の加工方法は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持され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光線を照射するレーザ光線照射手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を備えるレーザ加工装置を用いて、サファイア基板上に窒化物半導体が積層されて形成された複数の発光素子の分割予定ラインの内部に変質領域を形成するサファイア基板の加工方法であって、前記パルスレーザ光線の波長は、１５６０ｎｍであり、平均出力は、０．２Ｗであり、繰り返し周波数は、１００ｋＨｚであり、加工送り速度は、３００ｍｍ／ｓであり、パルス幅は、１０００ｆｓであり、集光スポット径は、約１．４μｍであり、パルスエネルギーは、２．０μＪであり、パルスエネルギー密度は、１３０Ｊ／ｃｍ 2 であり、集光点Ｐにおけるピークパワー密度は、１３０ＴＷ／ｃｍ 2 であることを満たす加工条件で、前記サファイア基板の前記分割予定ラインに対する領域の内部に集光点を位置付けて前記パルスレーザ光線を照射して前記変質領域を形成することを特徴とする。
また、本発明に係るサファイア基板の加工方法は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持され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光線を照射するレーザ光線照射手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を備えるレーザ加工装置を用いて、サファイア基板上に窒化物半導体が積層されて形成された複数の発光素子の分割予定ラインの内部に変質領域を形成するサファイア基板の加工方法であって、前記パルスレーザ光線の波長は、１５６０ｎｍであり、平均出力は、０．２Ｗであり、繰り返し周波数は、１００ｋＨｚであり、加工送り速度は、３００ｍｍ／ｓであり、パルス幅は、１０００ｆｓであり、集光スポット径は、約１．４μｍであり、パルスエネルギーは、２．０μＪであり、パルスエネルギー密度は、１３０Ｊ／ｃｍ 2 であり、集光点Ｐにおけるピークパワー密度は、１３０ＴＷ／ｃｍ 2 であることを満たす加工条件で、前記サファイア基板の前記分割予定ラインに対する領域の内部に集光点を位置付けて前記パルスレーザ光線を照射して前記変質領域を形成することを特徴とする。
また、本発明に係るサファイア基板の加工方法は、上記発明において、前記サファイア基板の内部に変質領域を形成した後、前記サファイア基板に外力を付与して前記分割予定ラインを分割することを特徴とする。
本発明に係るサファイア基板の加工方法によれば、０．６（μＪ）〜１０（μＪ）という小さいパルスエネルギーでフェムト秒領域の極めて短いパルス幅のパルスレーザ光線をサファイア基板の分割予定ラインに対応する内部に集光点を位置付けて照射して変質領域を形成するようにしたので、４×１０13（Ｗ／ｃｍ2）〜５×１０15（Ｗ／ｃｍ2）という高いピークパワー密度でもレーザ光線の照射が可能となり、サファイア基板内部の所望の集光点のみに外力付加による分割のきっかけとなるように強度が低下した変質領域を形成することができ、窒化物半導体やサファイア基板に対するダメージを最小にして必要な加工を施すことができ、よって、分割形成される発光素子の輝度低下を極めて小さく抑えることができ、品質の高い発光素子を提供することができるという効果を奏する。
以下、本発明を実施するための最良の形態であるサファイア基板の加工方法について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態のサファイア基板の加工方法が適用されるウエーハの構成例を示す斜視図である。このウエーハ１は、サファイア基板１１をベースとして円盤状に形成されたもので、サファイア基板１１上に窒化物半導体が積層されて複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子１２が格子状の分割予定ライン１３によって区画されて形成されている。
図２は、各発光素子１２の原理的な構成例を示す斜視図であり、図３は、その一部の断面図である。発光素子１２は、サファイア基板１１上に例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体であるＧａＮやＩｎＧａＮなどの窒化物半導体１４を積層させることにより形成されている。例えば、サファイア基板１１上にＧａＮ系バッファ層１４ａをエピタキシャル層として形成し、さらに、ｎ型ＧａＮ系層１４ｂ、ＩｎＧａＮ系活性層１４ｃ、ｐ型ＧａＮ系層１４ｄを順次積層してＰＮ接合を構成する。そして、表面側の一部を適宜エッチングしてｎ型ＧａＮ系層１４ｂの表面を露出させ、ｎ型ＧａＮ系層１４ｂの表面にｎ型電極１４ｅを形成し、また、ｐ型ＧａＮ系層１４ｄの表面に透明電極１４ｆを介してｐ型電極１４ｇを形成することで構成される。ここで、サファイア基板１１の厚さが８０μｍ〜９０μｍ程度であるのに対して窒化物半導体１４の層厚は１０μｍ程度である。
このような発光素子１２は、ｐ型電極１４ｇからｎ型電極１４ｅに向けて電流を流すことで、ＩｎＧａＮ系活性層１４ｃから所定の波長の光が射出される。また、発光素子１２は、側面から７割程度、窒化物半導体１４（表面）側から１割程度、裏面（サファイア基板１２）側へ２割程度の割合で光を射出するようにＩｎＧａＮ系活性層１４ｃが発光するものであり、後述するようにレーザ光線照射により各発光素子１２に分割加工する上で、輝度低下を抑制するためには、照射したレーザ光線で窒化物半導体１４やサファイア基板１１の分割面にダメージを与えないことが重要となる。
以下、このようなウエーハ１に関して、各発光素子１２に分割するためのサファイア基板１１の加工方法について説明する。ウエーハ１を個々の発光素子１２に分割するには、サファイア基板１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザ光線を分割予定ライン１３に沿って照射し、サファイア基板１１の内部に分割予定ライン１３に沿って変質領域を形成する変質領域形成工程を実行する。この変質領域形成工程は、図４〜図６に示すレーザ加工装置を用いて実行する。
図４は、レーザ加工装置の一部の構成を示す斜視図であり、図５は、レーザ光線照射手段の構成例を示すブロック図である。本実施の形態で用いるレーザ加工装置２０は、ウエーハ１を保持するチャックテーブル２１と、チャックテーブル２１上に保持されたウエーハ１に透過性を有する波長のパルスレーザ光線を照射するレーザ光線照射手段２２と、チャックテーブル２１上に保持されたウエーハ１を撮像する撮像手段２３とを備えている。また、チャックテーブル２１は、ウエーハ１を吸引保持するとともに、モータ２４に連結されて回転可能に設けられている。また、チャックテーブル２１は、ボールネジ２５、ナット（図示せず）、パルスモータ２６等により構成された加工送り手段２７によって水平方向となるＸ軸方向に移動可能に設けられ、搭載されたウエーハ１をレーザ光照射手段２２に対して相対的に加工送りさせる。
また、レーザ光照射手段２２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング２８を含んでおり、このケーシング２８を介してボールネジ（図示せず）、ナット（図示せず）、パルスモータ２９等により構成されたＺ軸移動手段３０によってＺ軸方向に移動可能に設けられている。さらに、レーザ光照射手段２２は、ケーシング２８、Ｚ軸移動手段３０を搭載した基台３１、ボールネジ３２、ナット（図示せず）、パルスモータ３３等により構成された割り出し送り手段３４によって水平方向となるＹ軸方向に移動可能に設けられ、レーザ光照射手段２２をチャックテーブル２１上のウエーハ１に対して相対的に割り出し送りさせる。
ここで、ケーシング２８内には、図５に示すように、パルスレーザ光線発振手段４１と伝送光学系４２とが配設されている。パルスレーザ光線発振手段４１は、Ｙｂレーザ（イッテリビウムドープドファイバレーザ）発振器或いはＥｒレーザ（エルビウムドープドファイバレーザ）発振器等のパルスレーザ光線発振器４１ａと、パルスレーザ光線発振器４１ａに付設された繰り返し周波数設定手段４１ｂとからなる。伝送光学系４２は、ビームスプリッタ等の光学要素を含む他、アッテネータ等の出力調整手段を含んでいる。また、ケーシング２８の先端部には、組レンズ等の周知構成からなる集光レンズ（図示せず）を収容した集光器４３が装着されている。
また、ケーシング２８の先端部に装着された撮像手段２３は、チャックテーブル２１上に保持されたウエーハ１の表面を撮像し、レーザ光線照射手段２２の集光器４３から照射されるパルスレーザ光線によって加工すべき領域を検出するためのものであり、撮像素子（ＣＣＤ）を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
このようなレーザ加工装置２０を用いる変質領域形成工程について、図４並びに図６〜図８を参照して説明する。まず、図６に示すように、チャックテーブル２１上にウエーハ１を裏面１ｂ（サファイア基板１１）側を上にして載置し、チャックテーブル２１上にウエーハ１を吸引保持する。なお、チャックテーブル２１に接触するウエーハ１の表面１ａに対して予め保護テープを貼付することが好ましい。ウエーハ１を吸引保持したチャックテーブル２１は、加工送り手段２７や割り出し送り手段３４によって撮像手段２３の直下に位置付けられる。
チャックテーブル２１が撮像手段２３の直下に位置付けられると、撮像手段２３および図示しない制御手段によってウエーハ１のレーザ加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。すなわち、撮像手段２３および制御手段は、ウエーハ１の所定方向に形成されている分割予定ライン１３と、分割予定ライン１３に沿ってパルスレーザ光線を照射するレーザ光線照射手段２２の集光器４３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、レーザ光線照射位置のアライメントを遂行する。この際、ウエーハ１に形成されている所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン１３に対しても、同様にレーザ光線照射位置のアライメントが遂行される。
レーザ光線照射位置のアライメントが遂行されると、図７−１に示すように、チャックテーブル２１を、パルスレーザ光線を照射する集光器４３が位置するレーザ光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１３の一端（図７−１では、左端）を集光器４３の直下に位置付ける。そして、集光器４３から透過性を有する波長のパルスレーザ光線を照射しつつチャックテーブル２１、すなわちウエーハ１を図７−１において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動させる。そして、図７−２に示すように、集光器４３の照射位置が分割予定ライン１３の他端の位置に達したら、レーザ光線照射手段２２によるパルスレーザ光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル２１、すなわちウエーハ１の移動を停止する。このような変質領域形成工程においては、図８に示すように、サファイア基板１１の分割予定ライン１３に対する領域の内部にパルスレーザ光線の集光点Ｐを位置付けて照射することにより、変質領域５１が形成される。このような変質領域５１が連続的に形成されることによって強度が低下した分割予定ライン１３に沿ってサファイア基板１１に対して外力を加えることで、サファイア基板１１を分割予定ライン１３に沿って分割し、個々の発光素子１２に分断することができる。
ここで、本実施の形態の変質領域形成工程に使用する加工条件について、実施例１，２を例示する。
（実施例１）
波長 ：１０４５ｎｍ（Ｙｂレーザ使用）
平均出力 ：０．２３Ｗ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
加工送り速度 ：３００ｍｍ／ｓ
パルス幅 ：４６７ｆｓ
集光スポット径 ：約０．９μｍ
パルスエネルギー：２．３μＪ
パルスエネルギー密度：３６０Ｊ／ｃｍ2
集光点Ｐにおけるピークパワー密度：７２０ＴＷ／ｃｍ2
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集光スポット径 ：約０．９μｍ
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（実施例２）
波長 ：１５６０ｎｍ（Ｅｒレーザ使用）
平均出力 ：０．２Ｗ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
加工送り速度 ：３００ｍｍ／ｓ
パルス幅 ：１０００ｆｓ
集光スポット径 ：約１．４μｍ
パルスエネルギー：２．０μＪ
パルスエネルギー密度：１３０Ｊ／ｃｍ2
集光点Ｐにおけるピークパワー密度：１３０ＴＷ／ｃｍ2
波長 ：１５６０ｎｍ（Ｅｒレーザ使用）
平均出力 ：０．２Ｗ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
加工送り速度 ：３００ｍｍ／ｓ
パルス幅 ：１０００ｆｓ
集光スポット径 ：約１．４μｍ
パルスエネルギー：２．０μＪ
パルスエネルギー密度：１３０Ｊ／ｃｍ2
集光点Ｐにおけるピークパワー密度：１３０ＴＷ／ｃｍ2
実施例１，２に例示するような加工条件に従い、２．３（μＪ）や２．０（μＪ）といった小さいパルスエネルギーで、４６７（ｆｓ）や１０００（ｆｓ）といったフェムト秒領域の極めて短いパルス幅で強度の高いパルスレーザ光線をサファイア基板１１の分割予定ライン１３に対応する内部に集光点Ｐを位置付けて照射して変質領域５１を形成することで、７２０（ＴＷ／ｃｍ2）や１３０（ＴＷ／ｃｍ2）という極めて高いピークパワー密度でもレーザ光線の照射が可能となり、サファイア基板１１内部の所望の集光点Ｐのみに変質領域５１を形成することができたものである。これにより、レーザ光線がサファイア基板１１を透過して表面１ａ側に存在するＧａＮ系バッファ層１４ａやｎ型ＧａＮ系層１４ｂによるエピタキシャル層に照射されることで窒化物半導体１４（発光素子１２）に素子能力を低下させるダメージを与えることや、発光素子１２の光射出領域の一部となるレーザ加工後のサファイア基板１１の分割断面にレーザ光線を減衰させてしまう加工痕が生ずることを軽減できる。このようにレーザ光線照射に伴う窒化物半導体１４やサファイア基板１１の分割面に対するダメージが最小となるようにして必要なレーザ加工を施すことができ、よって、分割形成される発光素子１２の輝度低下を極めて小さく抑えることができることとなる。
ここで、本発明者らの知見によれば、実施例１，２に限らず、より一般的に、
パルスレーザ光線の波長は、１（μｍ）〜２（μｍ）であり、
パルスエネルギーは、０．６（μＪ）〜１０（μＪ）であり、
パルスエネルギー密度は、４０（Ｊ／ｃｍ2）〜５（ｋＪ／ｃｍ2）であり、
集光点におけるピークパワー密度は、４×１０13（Ｗ／ｃｍ2）〜５×１０15（Ｗ／ｃｍ2）である
ことを満たすことが重要である。このような加工条件によれば、０．６（μＪ）〜１０（μＪ）という小さいパルスエネルギーでフェムト秒領域の極めて短いパルス幅のパルスレーザ光線をサファイア基板１１の分割予定ライン１３に対応する内部に集光点Ｐを位置付けて照射して変質領域５１を形成することで、４×１０13（Ｗ／ｃｍ2）〜５×１０15（Ｗ／ｃｍ2）という高いピークパワー密度でもレーザ光線の照射が可能となり、サファイア基板１１内部の所望の集光点Ｐのみに変質領域５１を形成することができ、レーザ光線照射に伴う窒化物半導体１４やサファイア基板１１に対するダメージを最小にして必要なレーザ加工を施すことができる。
パルスレーザ光線の波長は、１（μｍ）〜２（μｍ）であり、
パルスエネルギーは、０．６（μＪ）〜１０（μＪ）であり、
パルスエネルギー密度は、４０（Ｊ／ｃｍ2）〜５（ｋＪ／ｃｍ2）であり、
集光点におけるピークパワー密度は、４×１０13（Ｗ／ｃｍ2）〜５×１０15（Ｗ／ｃｍ2）である
ことを満たすことが重要である。このような加工条件によれば、０．６（μＪ）〜１０（μＪ）という小さいパルスエネルギーでフェムト秒領域の極めて短いパルス幅のパルスレーザ光線をサファイア基板１１の分割予定ライン１３に対応する内部に集光点Ｐを位置付けて照射して変質領域５１を形成することで、４×１０13（Ｗ／ｃｍ2）〜５×１０15（Ｗ／ｃｍ2）という高いピークパワー密度でもレーザ光線の照射が可能となり、サファイア基板１１内部の所望の集光点Ｐのみに変質領域５１を形成することができ、レーザ光線照射に伴う窒化物半導体１４やサファイア基板１１に対するダメージを最小にして必要なレーザ加工を施すことができる。
このような加工条件においては、パルスレーザ光線の繰り返し周波数をＸ（Ｈｚ）とし、パルスレーザ光線の集光スポット径をＤ（ｍｍ）とし、加工送り手段２７による加工送り速度をＶ（ｍｍ／ｓ）とした場合、Ｖ／Ｘ＝２Ｄ〜５Ｄとなるように設定することが望ましい。また、繰り返し周波数Ｘ＝１０（Ｈｚ）〜１（ＭＨｚ）であり、加工送り速度Ｖ＝１０（ｍｍ／ｓ）〜１０００（ｍｍ／ｓ）となるように設定することが望ましい。
レーザ光線照射手段２２の集光器４３から繰り返し周波数Ｘのパルスレーザ光線を集光スポット径Ｄでサファイア基板１１に照射し、チャックテーブル２１すなわちウエーハ１を加工送り速度Ｖで加工送りする場合、Ｖ／Ｘの値が１Ｄ以下であれば、パルスレーザ光線のスポットのピッチは集光スポット径Ｄ以下となり、スポットが相互に接しまたは重なり合って分割予定ライン１３に沿って連続して照射されることになり、サファイア基板１１にダメージを与える恐れがあり輝度の低下を招くことになる。これに対して、Ｖ／Ｘの値が２Ｄ〜５Ｄであれば、パルスレーザ光線のスポットＳのピッチｐは集光スポット径Ｄより大きくなり、図９に示すように、隣接するスポットＳ間に隙間が生ずることとなり、隙間が生ずる状態で分割予定ライン１３に沿って間欠的に照射されることとなる。Ｖ／Ｘ＝２Ｄの場合には、隣接するスポットＳの間隔ｓが集光スポット径Ｄと同じとなり、Ｖ／Ｘ＝５Ｄの場合には、隣接するスポットＳの間隔ｓが集光スポット径Ｄの４倍となる。また、Ｖ／Ｘ＞５Ｄの場合は、サファイア基板１１の分割が困難になり、分割予定ライン１３に沿って分割されない恐れがある。したがって、Ｖ／Ｘの値が２Ｄ〜５Ｄであることが望ましい。
このように隣接するスポットＳ間に隙間が生ずるようにパルスレーザ光線を間欠的に照射して、分割予定ライン１３に沿って変質領域５１を間欠的に形成すると、変質領域５１が形成され強度が低下したサファイア基板１１を分割予定ライン１３に沿って破断するために要する応力は小さくて済み、輝度の低下を招くことなく発光素子１２に分割することができる。すなわち、パルスレーザ光線が照射される部分が極力減るためサファイア基板１１の分割断面のダメージを必要最小限に抑えて分割予定ライン１３に沿って強度が低下するようにレーザ加工を施すことができ、発光素子１２の輝度特性を低下させない点で有利となる。
上述したように、変質領域形成工程によってサファイア基板１１の内部に分割予定ライン１３に沿って変質領域５１を形成し、強度を低下させた後、図１０に示すように、ウエーハ１の裏面１ｂ側に拡張可能な保護テープ６１を貼付する。すなわち、環状のフレーム６２の内側開口部を覆うように外周部が装着された伸長可能な保護テープ６１の表面をウエーハ１の裏面１ｂに貼付する。このような保護テープ６１としては、例えば厚さが７０μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート基材の表面にアクリル樹脂系の糊が厚さ５μｍ程度塗布されたものを用い得る。なお、変質領域形成工程で表面１ａに保護テープを貼付していた場合には、裏面１ｂ側に保護テープ６１を貼付した後に表面１ａ側に貼付されていた保護テープを剥がす。
次いで、ウエーハ１が貼付された保護テープ６１を強制的に伸長させることでサファイア基板１１に外力を付与して分割予定ライン１３に沿って分割する分割工程を実行する。この分割工程は、図１１に示すテープ拡張装置７１を用いて実行する。テープ拡張装置７１は、環状のフレーム６２を保持するフレーム保持手段７２と、フレーム保持手段７２に保持されたフレーム６２に装着されている保護テープ６１を拡張するテープ拡張手段７３とを備える。フレーム保持手段７２は、環状のフレーム保持部材７４と、その外周部に配設された複数のクランプ機構７５とからなる。フレーム保持部材７４は、フレーム６２を載置するための載置面７４ａを有し、クランプ機構７５は載置面７４ａに載置されたフレーム６２をフレーム保持部材７４に固定する。このようなフレーム保持手段７２は、テープ拡張手段７３によって上下方向に進退可能に支持されている。
また、テープ拡張手段７３は、フレーム保持部材７４の内側に配設される拡張ドラム７６を備える。拡張ドラム７６は、フレーム６２の内径より小さく、かつ、ウエーハ１の外径より大きい内径および外径を有する。また、拡張ドラム７６は、下端に支持フランジ７７を備える。そして、フレーム保持部材７４を上下方向に進退可能に支持する支持手段７８を備える。支持手段７８は、支持フランジ７７上に配設された複数のエアシリンダ７９からなり、ピストンロッド８０がフレーム保持部材７４の下面に連結される。支持手段７８は、フレーム保持部材７４を載置面７４ａが拡張ドラム７６の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム７６の上端より所定量下方の拡張位置との間を上下方向に移動させる。
そこで、変質領域５１を形成済みのウエーハ１を保護テープ６１を介して支持したフレーム６２を、フレーム保持部材７４の載置面７４ａ上に載置し、クランプ機構７５によってフレーム保持部材７４に固定する。この時、フレーム保持部材７４は基準位置に位置付けられている（図１２中の実線状態参照）。次に、複数のエアシリンダ７９を作動してフレーム保持部材７４を拡張位置に下降させる。これにより、載置面７４ａ上に固定されているフレーム６２も下降するため、フレーム６２に装着された保護テープ６１は、図１２中に仮想線で示すように、拡張ドラム７６の上端縁に当接して拡張する外力を受ける。この際、保護テープ６１に貼付されているウエーハ１のサファイア基板１１は、分割予定ライン１３に沿って多数の変質領域５１が形成されて強度が低下しているので、変質領域５１が形成されている分割予定ライン１３に沿ってサファイア基板１１には引張力が外力として作用し、変質領域５１部分をきっかけとしてへき開するように破断され、個々の発光素子１２に分割される（サファイア基板１１上に残っているＧａＮ系バッファ層１４ａやｎ型ＧａＮ系層１４ｂによるエピタキシャル層も、サファイア基板１１に比して極めて薄いので、同時に破断される）。個々に分割された発光素子１２は、保護テープ６１上に貼付されたままであるので、個々に飛散してしまうことはなく、後で保護テープ６１上から発光素子１２毎にピックアップすればよい。
なお、図１１および図１２に示す例では、テープ拡張装置７１を用いて、ウエーハ１のサファイア基板１１の全ての分割予定ライン１３を一度に分割するようにしたが、分割方法はこのような方法に限らない。例えば、図１３に示すように、変質領域５１が形成されたウエーハ１の裏面１ｂ（サファイア基板１１）側について、分割予定ライン１３から両側に少し離れた部位を支持台８１で支持し、ウエーハ１の表面１ａ（窒化物半導体１４）側に超硬金属８２のような治具を配置し、分割予定ライン１３に対して１ラインずつ超硬金属８２によって外力を付与することで分割予定ライン１３に沿って分割するようにしてもよい。
なお、本実施の形態では、変質領域形成工程の対象となるウエーハ１は、サファイア基板１１の分割予定ライン１３に対応する表面領域（発光素子１２の外周領域）上にＧａＮ系バッファ層１４ａやｎ型ＧａＮ系層１４ｂによるエピタキシャル層が存在する例で説明したが、分割予定ライン１３に対応する表面領域から該エピタキシャル層が予めエッチング等によって除去されたウエーハを対象としてもよい。これによれば、サファイア基板１１側から（ウエーハ１の裏面１ｂ側から）分割予定ライン１３に沿ってパルスレーザ光線を照射してもサファイア基板１１を透過したレーザ光線がエピタキシャル層に当らないので、窒化物半導体１４にダメージを与えることがなく、発光素子１２の品質を向上させることができる。また、分割予定ライン１３に対応する表面領域にエピタキシャル層が存在せず、サファイア基板１１が露出することとなるので、窒化物半導体１４が積層された表面１ａ側から（ウエーハ１の表面１ａ側から）サファイア基板１１の内部に対してパルスレーザ光線を照射することも可能となる。
また、本実施の形態で用いるレーザ加工装置２０では、チャックテーブル２１をＸ軸方向に移動させる加工送り手段２７を用い、レーザ光線照射手段２２をＹ軸方向に移動させる割り出し送り手段３４を用いるようにしたが、チャックテーブル２１（ウエーハ１）とレーザ光線照射手段２２との移動は相対的なものであり、レーザ光線照射手段２２をＸ軸方向に移動させる加工送り手段であってもよく、また、チャックテーブル２１をＹ軸方向に移動させる割り出し送り手段であってもよい。
１ ウエーハ
１１ サファイア基板
１２ 発光素子
１３ 分割予定ライン
１４ 窒化物半導体
２０ レーザ加工装置
２１ チャックテーブル
２２ レーザ光線照射手段
２７ 加工送り手段
３４ 割り出し送り手段
５１ 変質領域
Ｐ 集光点
１１ サファイア基板
１２ 発光素子
１３ 分割予定ライン
１４ 窒化物半導体
２０ レーザ加工装置
２１ チャックテーブル
２２ レーザ光線照射手段
２７ 加工送り手段
３４ 割り出し送り手段
５１ 変質領域
Ｐ 集光点
Claims (3)
- ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持され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光線を照射するレーザ光線照射手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を備えるレーザ加工装置を用いて、サファイア基板上に窒化物半導体が積層されて形成された複数の発光素子の分割予定ラインの内部に変質領域を形成するサファイア基板の加工方法であって、
前記パルスレーザ光線の波長は、１０４５ｎｍであり、
平均出力は、０．２３Ｗであり、
繰り返し周波数は、１００ｋＨｚであり、
加工送り速度は、３００ｍｍ／ｓであり、
パルス幅は、４６７ｆｓであり、
集光スポット径は、約０．９μｍであり、
パルスエネルギーは、２．３μＪであり、
パルスエネルギー密度は、３６０Ｊ／ｃｍ 2 であり、
集光点Ｐにおけるピークパワー密度は、７２０ＴＷ／ｃｍ 2 である
ことを満たす加工条件で、前記サファイア基板の前記分割予定ラインに対する領域の内部に集光点を位置付けて前記パルスレーザ光線を照射して前記変質領域を形成することを特徴とするサファイア基板の加工方法。 - ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持され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光線を照射するレーザ光線照射手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、前記チャックテーブルと前記レーザ光線照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を備えるレーザ加工装置を用いて、サファイア基板上に窒化物半導体が積層されて形成された複数の発光素子の分割予定ラインの内部に変質領域を形成するサファイア基板の加工方法であって、
前記パルスレーザ光線の波長は、１５６０ｎｍであり、
平均出力は、０．２Ｗであり、
繰り返し周波数は、１００ｋＨｚであり、
加工送り速度は、３００ｍｍ／ｓであり、
パルス幅は、１０００ｆｓであり、
集光スポット径は、約１．４μｍであり、
パルスエネルギーは、２．０μＪであり、
パルスエネルギー密度は、１３０Ｊ／ｃｍ 2 であり、
集光点Ｐにおけるピークパワー密度は、１３０ＴＷ／ｃｍ 2 である
ことを満たす加工条件で、前記サファイア基板の前記分割予定ラインに対する領域の内部に集光点を位置付けて前記パルスレーザ光線を照射して前記変質領域を形成することを特徴とするサファイア基板の加工方法。 - 前記サファイア基板の内部に変質領域を形成した後、前記サファイア基板に外力を付与して前記分割予定ラインを分割することを特徴とする請求項１または２に記載のサファイア基板の加工方法。
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