JP5511514B2 - 光デバイスウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームを照射して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法に関する。

サファイア基板、ＳｉＣ基板等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、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携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

レーザビームを用いて光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法として、以下に説明する第１及び第２の加工方法が知られている。第１の加工方法は、基板に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザビームを分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により分割の起点となる分割起点溝を形成し、その後外力を付与して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法である（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

第２の加工方法は、基板に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビームの集光点を分割予定ラインに対応する基板の内部に位置づけて、レーザビームを分割予定ラインに沿って照射して変質層を形成し、その後外力を付与して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法である（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。何れの加工方法でも、光デバイスウエーハを確実に個々の光デバイスに分割することができる。

特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報

しかし、アブレーション加工方法においては、レーザビームの照射によって生成された溶融物が溝の側面及びウエーハの表面に付着して、分割された光デバイスの輝度を低下させ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、レーザビームを照射して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割しても光デバイスの輝度を低下させることのない光デバイスウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、基板の表面に半導体層が積層され、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光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、光デバイスウエーハの裏面又は表面にハロゲン化鉱物を塗布するハロゲン化鉱物塗布工程と、サファイア基板に対してアブレーション加工を施すレーザビームを光デバイスウエーハの裏面又は表面から分割予定ラインに対応する領域に照射して、分割の起点となる分割起点溝を形成する分割起点溝形成工程と、光デバイスウエーハに外力を付与して、該分割起点溝に沿って光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する分割工程と、を具備したことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法が提供される。

好ましくは、ハロゲン化鉱物は、氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）又は蛍石（ＣａＦ_２）から構成される。

本発明によると、分割起点溝形成工程の前に、光デバイスウエーハの裏面又は表面にハロゲン化鉱物を塗布するハロゲン化鉱物塗布工程を設けたので、レーザビームの照射によってハロゲン化鉱物は原子レベルで分解してフッ素原子がサファイアを構成するＡｌと反応する。

その結果、サファイアより融点が低いＡｌＦ_３が生成され、このＡｌＦ_３でサファイア基板をエッチングする効果が生じるため、溶融物の発生が抑制され光デバイスの輝度の向上を図ることができる。また、ＡｌＦ_３のエッチング効果により分割起点溝が効率良く形成される。

分割起点溝形成工程を実施するのに適したレーザ加工装置の概略斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 光デバイスウエーハの表面側斜視図である。 図４（Ａ）はハロゲン化鉱物の塗布工程を示す説明図、図４（Ｂ）は裏面にハロゲン化鉱物が塗布された光デバイスウエーハの裏面側斜視図である。 分割起点溝形成工程を説明する斜視図である。 光デバイスウエーハ洗浄工程を示す斜視図である。 粘着テープを介して環状フレームに支持された光デバイスウエーハの斜視図である。 分割工程を示す断面図である。

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、本発明のウエーハ加工方法において分割起点溝形成工程を実施するのに適したレーザ加工装置２の概略構成図が示されている。

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。

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。

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には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハを支持する環状フレームをクランプするクランプ３０が設けられている。

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。

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ウエーハ１１に照射される。

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、可視光によって光デバイスウエーハ１１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。

撮像手段３８は更に、光デバイスウエーハ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。

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。

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。

図３を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる光デバイスウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。光デバイスウエーハ１１は、サファイア基板１３上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（半導体層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ１１は、エピタキシャル層１５が積層された表面１１ａと、サファイア基板１３が露出した裏面１１ｂとを有している。

サファイア基板１３は例えば１００μｍの厚みを有しており、エピタキシャル層１５は例えば５μｍの厚みを有している。エピタキシャル層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）によって区画されて形成されている。

本発明の加工方法では、まずハロゲン化鉱物塗布工程を実施する。ハロゲン化鉱物としては、氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）又は蛍石（ＣａＦ_２）が使用可能である。本実施形態では、
氷晶石をエンドミルで粒径１μｍ以下のパウダーに粉砕し、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）中に氷晶石パウダーを入れてよく混錬し、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに２〜３μｍの厚みで塗布した。

塗布方法としては、スピンコート法が採用可能である。即ち、パウダー状の氷晶石を含有するＰＶＡを光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ上にスピンコートするには、図示しないチャックテーブルで光デバイスウエーハ１１の表面側を吸引保持し、図４（Ａ）に示すように、光デバイスウエーハ１１を矢印Ａ方向に例えば３００ｒｐｍ程度で回転しながら、パウダー状氷晶石を含有したＰＶＡ２１を光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ上に滴下する。

図示しないチャックテーブルを少なくとも５秒以上回転させると、滴下されたパウダー状氷晶石を含んだＰＶＡが光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ上に均一にスピンコーティングされる。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を蒸発させると、図４（Ｂ）に示すように、パウダー状氷晶石２３が光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ上に２〜３μｍの厚みで塗布される。

ハロゲン化鉱物塗布工程を実施した後、レーザビームを使用した分割起点溝形成工程を実施する。この分割起点溝形成工程では、レーザ加工装置２のチャックテーブル２８で光デバイスウエーハ１１の表面側を吸引保持し、図５に示すようにパウダー状氷晶石２３が塗布された光デバイスウエーハ１１の裏面を露出させる。

そして、撮像手段３８の赤外線撮像素子で光デバイスウエーハ１１をその裏面側から撮像し、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。

この分割起点溝形成工程では、図５に示すように、集光器３６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ビームを光デバイスウエーハ１１の裏面側から、即ちパウダー状氷晶石２３が塗布された側から照射して、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浅い分割起点溝７４を形成する。

この分割起点溝形成工程では、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分割起点溝７４を形成する。

次いで、チャックテーブル２８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分割起点溝７４を形成する。

全ての分割予定ライン１７に沿って分割起点となる分割起点溝７４が形成された状態の光デバイスウエーハ１１の斜視図が図６に示されている。

この分割起点溝形成工程の加工条件は、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

この分割起点溝形成工程では、レーザビームの照射によってパウダー状氷晶石２３が原子レベルで分解してフッ素原子がサファイア基板１３を構成するアルミニウム（Ａｌ）と反応する。

その結果、サファイアより融点が低いＡｌＦ_３が生成され、このＡｌＦ_３がサファイア基板１３をエッチングする効果が生じるため、レーザビームの照射により発生する溶融物の発生が抑制され、その結果光デバイスウエーハ１１から分割される光デバイス１９の輝度の向上を図ることが出来る。

分割起点溝形成工程実施後、ウエーハ洗浄工程を実施する。このウエーハ洗浄工程では、図６に示すように、洗浄水噴射装置７６から純水からなる洗浄水７８を噴射して、光デバイスウエーハ１１の裏面及び表面を洗浄する。

洗浄工程実施後、分割起点溝７４が形成された光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイス１９に分割する分割工程を実施する。この分割工程の前工程として、図７に示すように、光デバイスウエーハ１１を外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープＴに貼着する。

次いで、図８に示すように、円筒８０の載置面上に環状フレームＦを載置して、クランプ８２で環状フレームＦをクランプする。そして、バー形状の分割治具８４を円筒８０内に配設する。

分割治具８４は上段保持面８６ａと下段保持面８６ｂとを有しており、下段保持面８６ｂに開口する真空吸引路８８が形成されている。分割治具８４の詳細構造は、特許第４３６１５０６号公報に開示されている。

分割治具８４による分割工程を実施するには、分割治具８４の真空吸引路８８を矢印９０で示すように真空吸引しながら、分割治具８４の上段保持面８６ａ及び下段保持面８６ｂを下側から粘着テープＴに接触させて、分割治具８４を矢印Ａ方向に移動する。即ち、分割治具８４を分割しようとする分割予定ライン１７と直交する方向に移動する。

これにより、分割起点溝７４が分割治具８４の上段保持面８６ａの内側エッジの真上に移動すると、分割起点溝７４を有する分割予定ライン１７の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力で光デバイスウエーハ１１が分割予定ライン１７に沿って割断される。

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、分割治具８４を９０度回転して、或いは円筒８０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１９に分割される。

尚、上述した実施形態では、分割起点溝形成工程を光デバイスウエーハ１１の裏面側から実施しているが、この分割起点溝形成工程を光デバイスウエーハ１１の表面側から実施して、光デバイスウエーハ１１の表面近傍に分割予定ライン１７に沿った分割起点溝を形成するようにしてもよい。この場合には、パウダー状氷晶石２３は光デバイスウエーハ１１の表面側に塗布する。

２ レーザ加工装置
１１ 光デバイスウエーハ
１３ サファイア基板
１５ エピタキシャル層
１７ 分割予定ライン
１９ 光デバイス
２３ パウダー状氷晶石
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
７４ 分割起点溝

Claims (2)

1. 基板の表面に半導体層が積層され、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光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、
   光デバイスウエーハの裏面又は表面にハロゲン化鉱物を塗布するハロゲン化鉱物塗布工程と、
   サファイア基板に対してアブレーション加工を施すレーザビームを光デバイスウエーハの裏面又は表面から分割予定ラインに対応する領域に照射して、分割の起点となる分割起点溝を形成する分割起点溝形成工程と、
   光デバイスウエーハに外力を付与して、該分割起点溝に沿って光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する分割工程と、
   を具備したことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。
2. ハロゲン化鉱物は、氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）又は蛍石（ＣａＦ_２）である請求項１記載の光デバイスウエーハの加工方法。

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