JP5558128B2 - 光デバイスウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は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、光デバイスを囲繞する側壁に溶融層が残存して光デバイスの輝度を低下させるという問題がある。また、基板内部に変質層を形成する加工方法においては、光デバイスを囲繞する側壁に変質層が残存して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、光デバイスの輝度を低下させ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。

請求項１記載の発明によると、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、該基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該分割予定ラインの交差点部分の内部に位置づけてレーザビームを該交差点部分のみに照射して、基板内部に交差点部分で交わる十文字の変質層を形成し、該変質層を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、該分割起点形成工程実施後、該交差点部分に該十文字の変質層が形成された該分割予定ラインに沿ってＣＯ_２レーザを照射して、該十文字の変質層からなる該分割起点から基板内部にクラックを成長させて光デバイウエーハを該クラックに沿って個々の光デバイスに分割するクラック成長工程と、を備え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。

請求項２記載の発明によると、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、該基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインの交差点部分のみに照射して、アブレーション加工により交差点部分で交わる十文字の加工溝を形成し、該加工溝を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、該交差点部分に該十文字の加工溝が形成された該分割予定ラインに沿ってＣＯ_２レーザを照射して、該十文字の加工溝からなる該分割起点から基板内部にクラックを成長させて光デバイスウエーハを該クラックに沿って個々の光デバイスに分割するクラック成長工程と、を備え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、光デバイスウエーハの加工方法は、クラック成長工程を実施した後、分割予定ラインに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ウエーハ分割工程を更に具備している。

好ましくは、クラック成長工程は加工点に霧状の冷却流体を供給しながら実施する。

請求項１記載の発明によると、分割予定ラインの各交差点に対応する基板内部に分割起点となる十文字の変質層を形成し、その後分割予定ラインに沿ってＣＯ_２レーザを照射して分割起点から基板内部にクラックを成長させて、光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割するようにしたので、光デバイスを囲繞する側壁に変質層が殆ど残存することなく、光デバイスの輝度を向上させることができる。

請求項２記載の発明によると、分割予定ラインの各交差点の基板表面に分割起点となる十文字の加工溝を形成し、その後分割予定ラインに沿ってＣＯ_２レーザを照射して分割起点から基板内部にクラックを成長させて、光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割するようにしたので、光デバイスを囲繞する側壁に溶融層が殆ど残存することなく、光デバイスの輝度を向上させることができる。

分割起点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。 クラック成長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。 ダイシング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。 分割起点形成工程を説明する斜視図である。 分割起点形成工程の説明図である。 全ての分割予定ラインの交差点に十文字の変質層が形成された状態のウエーハの斜視図である。 クラック成長工程を説明する斜視図である。 分割装置の斜視図である。 ウエーハ分割工程の説明図である。

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に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランパ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、本発明の光デバイスウエーハの加工方法においてクラック成長工程を実施するのに適したレーザ加工装置２Ａの概略構成図が示されている。レーザ加工装置２Ａは、図１に示したレーザ加工装置２に類似しているため、レーザ加工装置２Ａの説明においては、レーザ加工装置２と実質的に同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明を省略する。

レーザ加工装置２Ａでは、静止基台４に立設されたコラム３２に、レーザビーム照射ユニット７４を収容するケーシング７５が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット７４は、図示を省略したＣＯ_２レーザ発振器と、ＣＯ_２レーザ発振器から発振されたＣＯ_２レーザビームのパワーを調整するパワー調整手段を含んでいる。

レーザビーム照射ユニット７４のパワー調整手段により所定パワーに調整されたＣＯ_２レーザビームは、ケーシング７５の先端に取り付けられた集光器７６のミラーで反射され、更に集光用対物レンズ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。

集光器７６に隣接して、加工点に霧状の冷却流体を供給する冷却流体供給ノズル７８が配設されている。ＣＯ_２レーザによるレーザ加工は、熱が発生する熱加工であるため、冷却流体噴射ノズル７８から純水と圧縮エアとの混合流体を噴射して加工点に霧状の冷却流体を供給しながらレーザ加工するのが好ましい。しかし、冷却流体の供給は本発明のクラック成長工程を実施するのに必須ではない。

図４を参照すると、ダイシングテープＴを介して環状フレームＦで支持された本発明の加工対象である光デバイスウエーハ１１の斜視図が示されている。光デバイスウエーハ１１は、サファイア基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体層（エピタキシャル層）が形成され、半導体層に複数の光デバイス１５が格子状に形成された分割予定ライン１３によって区画されて形成されている。

次に、図５及び図６を参照して、本発明の光デバイスウエーハの加工方法における分割起点形成工程の第１実施形態について説明する。本実施形態の分割起点形成工程では、図５に示すように、光デバイスウエーハ１１をダイシングテープＴを介してチャックテーブル２８で吸引保持し、集光器３６で光デバイスウエーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザビームを直交して形成された分割予定ライン（ストリート）１３の交差点に対応する基板内部に集光し、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に加工送りしながら分割予定ライン１３の交差点に対応する基板内部に変質層１７ａを形成する。

割り出し送り手段２２により所定ピッチで割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３の交差点に対応する基板内部に変質層１７ａ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１３の交差点に対応する基板内部に変質層１７ｂを形成する。

図７を参照すると、直交して形成された全ての分割予定ライン１３の交差点に対応する基板内部に分割起点となる十文字の変質層１７が形成された状態の光デバイスウエーハ１１の斜視図が示されている。

即ち、図６（Ａ）に示すように、チャックテーブル２８を集光器３６が位置するレーザビーム照射領域に移動し、左端部のデバイス１５に隣接する所定のストリート１３の部分を集光器３６の直下に位置づける。

そして、集光器３６から光デバイスウエーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザビームの集光点Ｐをウエーハ内部に位置付け、パルスレーザビームを間欠的に照射しつつ、チャックテーブル３６を図６（Ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動する。

図６（Ｂ）に示すように、集光器３６の照射位置が右端のデバイス１５に隣接するストリート１３の位置に達したら、パルスレーザビームの照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する。これにより、光デバイスウエーハ１１の直交して形成された分割予定ライン１３の各交差点部分にのみ変質層１７ａが形成される。

第１の方向に伸長する分割予定ライン１３の全ての交差点部分に変質層１７ａを形成したのならば、チャックテーブル２８を９０度回転して、第１の方向と直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３の交差点部分に変質層１７ｂを形成する。

その結果、分割予定ライン１３の各交差点部分には変質層１７ａと変質層１７ｂからなる十文字の変質層１７が形成される。この十文字の変質層１７は、溶融再硬化層として形成される。十文字の変質層１７は後の加工工程における分割起点として利用される。

この変質層形成工程（分割起点形成工程）における加工条件は、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：ＹＶＯ４パルスレーザ
波長 ：１０６４ｎｍ
出力 ：０．１Ｗ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
加工送り速度 ：２００ｍｍ／秒

上述した第１実施形態では、分割起点形成工程を実施するのに光デバイスウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを使用して、サファイア基板内部に十文字の変質層１７を形成することにより実施したが、分割起点形成工程の第２実施形態では、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使用して、光デバイスウエーハ１１の分割予定ライン１３の交差点部分にアブレーション加工により分割起点となる浅い十文字の加工溝を形成する。

即ち、第２実施形態の分割起点形成工程では、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使用して、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１３の交差点部分にアブレーション加工により分割起点となる浅い加工溝を形成する。

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１３の交差点部分にアブレーション加工により分割起点となる浅い加工溝を形成して十文字の加工溝を得る。

このアブレーション加工による分割起点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：ＹＶＯ４パルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＶＯ４レーザの第３高調波）
出力 ：０．２Ｗ
繰り返し周波数 ：２００ｋＨｚ
加工送り速度 ：２００ｍｍ／秒

本発明の光デバイスウエーハの加工方法では、分割起点形成工程が終了すると、図３に示すレーザ加工装置２Ａを使用してクラック成長工程を実施する。即ち、レーザビーム照射ユニット７４からＣＯ_２レーザビームを発生させ、このＣＯ_２レーザビームを図８に示すように集光器７６からダイシングテープＴを介してチャックテーブル２８に保持された光デバイスウエーハ１１に照射する。

即ち、光デバイスウエーハ１１をダイシングテープＴを介してチャックテーブル２８で吸引保持し、集光器７６からＣＯ_２レーザビームを分割予定ライン１３の各交差点部分に十文字の分割起点１７が形成された分割予定ライン１３に沿って照射し、分割起点１７から光デバイスウエーハ１１の基板内部にクラック１９を成長させるクラック成長工程を実施する。

このクラック成長工程は、チャックテーブル２８を所定ピッチで順次割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って実施する。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１３に沿って実施する。

ＣＯ_２レーザによるレーザ加工は加熱を伴う熱加工であるため、好ましくは集光器７６に隣接して配設された冷却流体ノズル７８から純水と圧縮エアからなる冷却流体を加工点に霧状に噴射してクラック成長工程を実施するのが好ましい。

このＣＯ_２レーザによるクラック成長工程の加工条件は、例えば次のように設定されている。

光源 ：ＣＯ_２レーザ
波長 ：１０．６μｍ
出力 ：３０Ｗ
加工送り速度 ：２００ｍｍ／秒

このクラック成長工程を実施すると、光デバイスウエーハ１１はクラック１９に沿って破断されて個々の光デバイス１５に分割されるが、中にはクラック１９の深さが十分でなく完全に破断されない箇所が残存する場合がある。この場合には、図９に示すような分割装置８０を使用して光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイス１５に完全に分割するウエーハ分割工程を実施する。

図９に示す分割装置８０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段８２と、フレーム保持手段８２に保持された環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴを拡張するテープ拡張手段８４を具備している。

フレーム保持手段８２は、環状のフレーム保持部材８６と、フレーム保持部材８６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ８８から構成される。フレーム保持部材８６の上面は環状フレームＦを載置する載置面８６ａを形成しており、この載置面８６ａ上に環状フレームＦが載置される。

そして、載置面８６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ８８によってフレーム保持部材８６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段８２はテープ拡張手段８４によって上下方向に移動可能に支持されている。

テープ拡張手段８４は、環状のフレーム保持部材８６の内側に配設された拡張ドラム９０を具備している。この拡張ドラム９０は、環状フレームＦの内径より小さく、該環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着される光デバイスウエーハ１１の外径より大きい内径を有している。

拡張ドラム９０はその下端に一体的に形成された支持フランジ９２を有している。テープ拡張手段８４は更に、環状のフレーム保持部材８６を上下方向に移動する駆動手段９４を具備している。この駆動手段９４は支持フランジ９２上に配設された複数のエアシリンダ９６から構成されており、そのピストンロッド９８がフレーム保持部材８６の下面に連結されている。

複数のエアシリンダ９６から構成される駆動手段９４は、環状のフレーム保持部材８６をその載置面８６ａが拡張ドラム９０の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム９０の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動する。

以上のように構成された分割装置８０を用いて実施するウエーハ分割工程について、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）を参照して説明する。図１０（Ａ）に示すように、光デバイスウエーハ１１をダイシングテープＴを介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材８６の載置面８６ａ上に載置し、クランプ８８によってフレーム保持部材８６を固定する。この時、フレーム保持部材８６はその載置面８６ａが拡張ドラム９０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置づけられる。

次いで、エアシリンダ９６を駆動してフレーム保持部材８６を図１０（Ｂ）に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材８６の載置面８６ａ上に固定されている環状フレームＦも下降するため、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴは拡張ドラム９０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

その結果、ダイシングテープＴに貼着されている光デバイスウエーハ１１には放射状に引張力が作用する。このように光デバイスウエーハ１１に放射状に引張力が作用すると、光デバイスウエーハ１１は分割予定ライン１３に沿って形成されたクラック１９に沿って破断され、個々の光デバイス１５に分割される。

上述した第１実施形態では、光デバイスウエーハ１１の直交して形成された分割予定ライン１３の各交差点に対応する基板内部に分割起点となる十文字の変質層１７を形成し、その後分割予定ライン１３に沿ってＣＯ_２レーザビームを照射して分割起点から基板内部にクラックを成長させて、光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイス１５に分割するようにしたので、レーザ照射によって基板内部に変質層を形成しても、光デバイス１５を囲繞する側壁に変質層が殆ど残存することがなく、光デバイスの輝度を向上させることができる。

また第２実施形態では、光デバイスウエーハ１１の直交して形成された分割予定ライン１３の各交差点部分にアブレーション加工により分割起点となる十文字の加工溝を形成し、その後分割予定ライン１３に沿ってＣＯ_２レーザビームを照射して分割起点から基板内部にクラックを成長させて、光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイス１５に分割するようにしたので、アブレーション加工によって加工溝を形成しても、光デバイス１５を囲繞する側壁に溶融層が殆ど残存することがなく、光デバイス１５の輝度を向上させることができる。

２，２Ａ レーザ加工装置
１１ 光デバイスウエーハ
１３ 分割予定ライン（ストリート）
１５ 光デバイス
１７ 変質層
１９ クラック
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 レーザビーム照射ユニット
７６ 集光器
７８ 冷却流体ノズル
８０ 分割装置
８２ フレーム保持手段
８４ テープ拡張手段
８６ フレーム保持部材
９０ 拡張ドラム
９６ エアシリンダ

Claims (4)

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、
   該基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該分割予定ラインの交差点部分の内部に位置づけてレーザビームを該交差点部分のみに照射して、基板内部に交差点部分で交わる十文字の変質層を形成し、該変質層を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、
   該分割起点形成工程実施後、該交差点部分に該十文字の変質層が形成された該分割予定ラインに沿ってＣＯ_２レーザを照射して、該十文字の変質層からなる該分割起点から基板内部にクラックを成長させて光デバイウエーハを該クラックに沿って個々の光デバイスに分割するクラック成長工程と、
   を備えたことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。
2. 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、
   該基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインの交差点部分のみに照射して、アブレーション加工により交差点部分で交わる十文字の加工溝を形成し、該加工溝を分割のきっかけとなる分割起点とする分割起点形成工程と、
   該交差点部分に該十文字の加工溝が形成された該分割予定ラインに沿ってＣＯ_２レーザを照射して、該十文字の加工溝からなる該分割起点から基板内部にクラックを成長させて光デバイスウエーハを該クラックに沿って個々の光デバイスに分割するクラック成長工程と、
   を備えたことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。
3. 該クラック成長工程を実施した後、該分割予定ラインに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ウエーハ分割工程を更に備えた請求項１又は２記載の光デバイスウエーハの加工方法。
4. 前記クラック成長工程は加工点に霧状の冷却流体を供給しながら実施する請求項１〜３の何れかに記載の光デバイスウエーハの加工方法。

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