JP5733961B2 - 光デバイスウエーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインと、該分割予定ラインで区画された各領域に形成された光デバイスを有する光デバイスウエーハの加工方法に関する。
光デバイスの製造プロセスでは、サファイア基板や炭化珪素(SiC)基板等の結晶成長用基板上にn型半導体層及びp型半導体層を積層して発光層(エピタキシャル層)を形成し、この発光層に格子状に形成された複数の分割予定ラインで区画される各領域に発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子を形成して、光デバイスウエーハを製造する。
その後、光デバイスウエーハの結晶成長用基板側を研削装置で研削して所定の厚みまで薄化し、更に電極を形成した後、レーザ加工装置等により分割予定ラインに沿って分割することで、個々の光デバイス(チップ)を製造している。
青色を発光するLEDの発光層は一般的に窒化物半導体から形成され、比較的出力が高く、温度による色むらが少ないなどの特徴を有しているものの、緑色以上の長波長領域では高出力が得られないという傾向がある。
そこで、LEDチップからの青色の光を吸収し補色関係である黄色の光を発光するYAG:Ce等の蛍光物質を含有する透光性モールド樹脂でLEDチップを被覆し、白色系を発光可能なLEDが開発されている。
しかし、発光デバイスが小型になるにつれて発光むらや色度ばらつきが生じて光特性が低下することから、蛍光物質を含有する透光性モールド樹脂を発光デバイスの側面まで被覆するようにした発光デバイスの形成方法が特許第3589187号公報で提案されている。
特許第3589187号公報
しかし、特許文献1に記載されているように、透光性モールド樹脂の表面を研磨して電極を露出させるとともに光デバイスウエーハを所望の厚みに仕上げると、透光性モールド樹脂の表面にムシレが生じて品質が低下するという問題がある。
また、n型半導体層及びp型半導体層から突出した金又は白金等の電極を埋設するように透光性モールド樹脂が被覆され、その後透光性モールド樹脂の表面を研磨して電極を透光性モールド樹脂から露出させると、金属の延性によって電極同士が短絡する恐れがあ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、透光性モールド樹脂の表面にムシレを生じさせることなく且つ電極同士の短絡を生じさせる恐れ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、発光層に複数の光デバイスが形成され且つ該発光層の表面に光特性を向上させる透光性モールド樹脂が被覆された光デバイスウエーハの加工方法であって、該透光性モールド樹脂が露出するように光デバイスウエーハをチャックテーブルで保持する保持工程と、該チャックテーブルで保持された光デバイスウエーハの該透光性モールド樹脂にバイトを回転させながら作用させて、該透光性モールド樹脂を満遍なく旋削して該透光性モールド樹脂を所望の厚みに仕上げる旋削工程と、を備え、該旋削工程は、該透光性モールド樹脂に該バイトを第1の切り込み量で切り込ませる粗旋削工程と、該粗旋削工程を実施した後該透光性モールド樹脂に該第1の切り込み量より小さい第2の切り込み量で切り込ませる仕上げ旋削工程と、を含む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、該発光層は、n型半導体層と、該n型半導体層上に積層されたp型半導体層と、該n型半導体層から突出した負電極と、該p型半導体層から突出した正電極とを含み、該透光性モールド樹脂は該負電極及び該正電極を埋設するように該発光層に被覆され、該仕上げ旋削工程では、該透光性モールド樹脂から該負電極及び該正電極を露出させるまで該透光性モールド樹脂を旋削する。
好ましくは、該粗旋削工程は、該負電極及び該静電極が露出する直前で停止する。
好ましくは、該旋削工程は、光デバイスウエーハを保持した該チャックテーブルを回転させずに加工送りすることにより実施し、該粗旋削工程は第1の加工送り速度で実施し、該仕上げ旋削工程は該第1の加工送り速度より遅い第2の加工送り速度で実施する
本発明は、回転するバイトによって光デバイスウエーハの表面に被覆された透光性モールド樹脂を満遍なく旋削して所望の厚みに仕上げるので、透光性モールド樹脂の表面にムシレが生じるという問題を解消できる。
また、透光性モールド樹脂の表面を回転するバイトで旋削して電極を透光性モールド樹脂から露出させるので、金属の延性が抑制され電極同士が短絡するという問題を解消できる。
光デバイスウエーハの表面側斜視図である。 バイトホイールが装着されたバイト切削装置の斜視図である。 バイトホイールの斜視図である。 バイトユニットの分解斜視図である。 図5(A)はホイール基台へのバイトユニットの取り付け構造を示す側面図、図5(B)はその一部断面正面図である。 図6(A)はホイール基台へのバランス取り用錘の取り付け構造を示す側面図、図4(B)はその一部断面正面図である。 バイトホイールでの光デバイスウエーハの旋削加工工程を示す模式図である。 図8(A)は加工前の光デバイスウエーハの一部拡大断面図、図8(B)は粗加工後の光デバイスウエーハの一部拡大断面図、図8(C)仕上げ加工後の光デバイスウエーハの一部拡大断面図である。 図9(A)は加工前の光デバイスウエーハの平面図、図8(B)は粗加工後の光デバイスウエーハの平面図、図8(C)仕上げ加工後の光デバイスウエーハの平面図である。 光デバイスウエーハの表面を環状フレームに装着された粘着テープに貼着する様子を示す分解斜視図である。 光デバイスウエーハの裏面側からレーザビームを照射してサファイア基板内部に改質層を形成する様子を示す斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 全ての分割予定ラインに沿ってサファイア基板内部に改質層が形成された状態の粘着テープを介して環状フレームで支持された光デバイスウエーハの斜視図である。 分割工程を示す縦断面図である。
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、光デバイスウエーハ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(発光層)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、発光層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。
発光層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)17によって区画されて形成されている。本発明の加工対象となる光デバイスウエーハ11は、表面11aに図示を省略した透光性モールド樹脂が被覆されて構成されている。
即ち、図8(A)の一部拡大断面図に示すように、発光層15は、サファイア基板13上に積層されたn型半導体層27と、n型半導体層27上に積層されたp型半導体層29と、p型半導体層29から突出した正電極31と、n型半導体層27から突出した負電極33とを含んでいる。
そして、光デバイスウエーハ11の表面11aは透光性モールド樹脂35により被覆されている。好ましくは、透光性モールド樹脂35中には、黄色が発光可能な蛍光物質であるYAG:Ce等の蛍光物質が含有されている。透光性モールド樹脂35は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、又はポリイミド樹脂から選択される。
次に図2を参照して、本発明の加工方法を実施するのに適したバイト切削装置2について説明する。4はバイト切削装置2のベース(ハウジング)であり、ベース4の後方にはコラム6が立設されている。コラム6には、上下方向に伸びる一対のガイドレール(一本のみ図示)8が固定されている。
この一対のガイドレール8に沿ってバイト切削ユニット10が上下方向に移動可能に装着されている。バイト切削ユニット10は、そのハウジング20が一対のガイドレール8に沿って上下方向に移動する移動基台12に取り付けられている。
バイト切削ユニット10は、ハウジング20と、ハウジング20中に回転可能に収容されたスピンドル22(図7参照)と、スピンドル22の先端に固定されたマウント24と、マウント24に着脱可能に装着されたバイトホイール25とを含んでいる。バイトホイール25にはバイトユニット26が着脱可能に取り付けられている。
バイト切削ユニット10は、バイト切削ユニット10を一対の案内レール8に沿って上下方向に移動するボールねじ14とパルスモータ16とから構成されるバイト切削ユニット送り機構18を備えている。パルスモータ16をパルス駆動すると、ボールねじ14が回転し、移動基台12が上下方向に移動される。
ベース4の中間部分にはチャックテーブル30を有するチャックテーブル機構28が配設されており、チャックテーブル機構28は図示しないチャックテーブル移動機構によりY軸方向に移動される。33は蛇腹であり、チャックテーブル機構28をカバーする。
ベース4の前側部分には、第1のウエーハカセット32と、第2のウエーハカセット34と、ウエーハ搬送用ロボット36と、複数の位置決めピン40を有する位置決め機構38と、ウエーハ搬入機構(ローディングアーム)42と、ウエーハ搬出機構(アンローディングアーム)44と、スピンナ洗浄ユニット46が配設されている。
また、ベース4の概略中央部には、チャックテーブル30を洗浄する洗浄水噴射ノズル48が設けられている。この洗浄水噴射ノズル48は、チャックテーブル30が装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置づけられた状態において、チャックテーブル30に向かって洗浄水を噴射する。
図3を参照すると、バイトホイール25の斜視図が示されている。バイトホイール25は、環状のホイール基台50と、ホイール基台50に着脱可能に取り付けられたバイトユニット26と、ホイール基台50の回転中心を基準にバイトユニット26に対して点対象位置のホイール基台50に着脱可能に取り付けられたバイトユニット26と同一重量のバランス取り用錘(カウンターバランス)66とから構成される。バイトホイール25は矢印R方向に回転されて光デバイスウエーハ11の表面に形成された透光性モールド樹脂を切削する。
バイトユニット26は、図4の分解斜視図に示すように、略直方体形状のシャンク(バイトシャンク)52と、シャンク52に着脱可能に取り付けられたバイト(切削工具)54とから構成される。バイト54は板状を呈しており、長手方向の一端部の表面側にはダイアモンド等で所定形状に形成された切削刃56が固着されている。バイト54にはねじ58が挿入される丸穴59が形成されている。
シャンク52の一側面には、バイト54の厚さと同等の深さを有するピット60が形成されている。ピット60にはねじ穴61が形成されている。バイト54をシャンク52のピット60内に挿入し、バイト54の丸穴59を通してねじ58をねじ穴61に螺合することにより、バイト54がシャンク52に固定される。
図5に示すように、ホイール基台50には直方体形状の取り付け穴62と、取り付け穴62に開口するねじ穴63が形成されている。バイトユニット26のシャンク52をホイール基台50に形成された取り付け穴62中に挿入し、ねじ64をねじ穴63に螺合して締め付けることにより、バイトユニット26がホイール基台50に固定される。
一方、バランス取り用錘66はバイトユニット26と同一重量を有しており、図3及び図6に示すように、ホイール基台50の回転中心を基準にバイトユニット26に対して点対象位置のホイール基台50に形成された取り付け用穴68中に挿入され、ねじ穴69中にねじ70を螺合して締め付けることにより、ホイール基台50に固定される。
次に、図7乃至図14を参照して、本発明実施形態の光デバイスウエーハの加工方法について説明する。本発明の加工方法では、まず図7に示すように、透光性モールド樹脂35が露出するように光デバイスウエーハ11をバイト切削装置2のチャックテーブル30で保持する。切削加工前の光デバイスウエーハ11の一部拡大断面図が図8(A)に示されている。
このように光デバイスウエーハ11をチャックテーブル30で保持してから、光デバイスウエーハ11の透光性モールド樹脂35を旋削(旋回切削)する粗加工工程を実施する。
この粗加工工程では、スピンドル22を約2000rpmで回転しつつ、バイトホイール送り機構18を駆動してバイトユニット26の切削刃56を透光性モールド樹脂35に10μm切り込ませ、チャックテーブル30を矢印Y方向に1800μm/秒の送り速度で移動させながら、透光性モールド樹脂35を旋削する。この旋削加工時には、チャックテーブル30は回転させずにY軸方向に加工送りする。
粗加工終了時の一部拡大断面図が図8(B)に示されており、平面図が図9(B)に示されている。図9(B)に示すように、粗加工を実施すると透光性モールド樹脂35の表面にはやや粗い旋削痕72が形成される。粗加工は、図8(B)に示すように、電極31,33が露出する直前で停止する。
粗加工終了後、粗加工と同一のバイトユニット26を使用して、加工条件を替えて仕上げ加工を実施する。この仕上げ加工では、スピンドル22を約2000rpmで回転しつつ、バイトホイール送り機構18を駆動してバイトユニット26の切削刃56を透光性モールド樹脂35に2μm切り込ませ、チャックテーブル30を矢印Y方向に600μm/秒の送り速度で移動させながら、電極31,33とともに透光性モールド樹脂35を旋削する。
仕上げ加工終了時の一部拡大断面図が図8(C)に示されている。仕上げ加工が終了すると、図8(C)に示すように、電極31,33が透光性モールド樹脂35から露出し、図9(C)に示すように、透光性モールド樹脂35の表面に緻密な旋削痕72aが形成される。
光デバイスウエーハ11の透光性モールド樹脂35を旋削して、図8(C)に示すように、透光性モールド樹脂35を所定厚さに加工後、図10に示すように、光デバイスウエーハ11の表面に粘着テープTを貼着する粘着テープ貼着工程を実施する。
好ましくは、粘着テープTの外周部を環状フレームFに貼着して、粘着テープTを介して環状フレームFで光デバイスウエーハ11を支持する。これにより、光デバイスウエーハ11のハンドリングが容易となる。
次いで、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。この分割工程は、光デバイスウエーハ11のサファイア基板13のモース硬度が高いことから、レーザビームの照射を利用した第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、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又は1560nm)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改質層を形成し、その後外力を付与して光デバイスウエーハ11を個々の光デバイス19に分割する方法である。
第2の加工方法は、サファイア基板13に対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のレーザビームの集光点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分割起点溝に沿って個々の光デバイスに分割する方法である。
ここでは、図11乃至図14を参照して、第1の加工方法について詳細に説明する。第1の加工方法の改質層形成工程は、図11に示すように、裏面11bが露出した光デバイスウエーハ11を粘着テープTを介してレーザ加工装置74のチャックテーブル76で吸引保持する。
レーザ加工装置74のレーザビーム照射ユニット78はケーシング80中に収容されている。レーザビーム照射ユニット78は、図12に示すように、Erレーザを発振するレーザ発振器86と、繰り返し周波数設定手段88と、パルス幅調整手段90と、パワー調整手段92とを含んでいる。84は撮像手段である。
粘着テープTを介して光デバイスウエーハ11を吸引保持したチャックテーブル76は、図示しない移動機構によって撮像手段84の直下に位置づけられる。そして、撮像手段84によって光デバイスウエーハ11のレーザ加工すべき加工領域を検出するアライメントを実施する。
即ち、撮像手段84及び図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ11の第1の方向に伸長する分割予定ライン17と、該分割予定ライン17に沿ってレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット78の集光器82と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、レーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。
このとき、光デバイスウエーハ11の分割予定ライン17が形成されている表面11aは下側に位置しているが、サファイア基板13は可視光線に対して透明であるので、通常の撮像素子(CCD)で裏面11b側から透かして分割予定ライン17を撮像することができる。
以上のようにしてアライメント工程を実施したならば、チャックテーブル76をレーザビームを照射する集光器82が位置するレーザビーム照射領域に移動し、第1の方向に伸長する分割予定ライン17の一端を集光器82の直下に位置づける。
そして、図12に示すように、パワー調整手段92で所定パワーに調整されたサファイア基板13に対して透過性を有する波長のレーザビームを集光器82のミラー83で反射して、更に集光用対物レンズ85で分割予定ライン17に対応するサファイア基板13の内部に集光点を位置づけて照射しつつ、チャックテーブル76を矢印X方向に所定の送り速度で移動して、サファイア基板13の内部に改質層94を形成する。改質層94は溶融再固化層として形成される。
この改質層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 :Erパルスレーザ
波長 :1560nm
平均出力 :0.8〜1.2W
繰り返し周波数 :90〜200kHz
送り速度 :100〜300mm/秒
この改質層形成工程は、第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿って実施した後、チャックテーブル76を90度回転してから、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17に沿って実施する。全ての分割予定ライン17に沿ってサファイア基板13の内部に改質層94を形成した状態の斜視図が図13に示されている。
本発明の光デバイスウエーハ11の加工方法では、改質層形成工程実施後に、改質層94が形成された光デバイスウエーハ11に外力を付与して、改質層94を分割起点として光デバイスウエーハ11を分割予定ライン17に沿って個々の光デバイス19に分割する分割工程を実施する。
改質層94を分割起点とする代わりに、上述した第2の加工方法により、サファイア基板13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17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するようにしてもよい。
このアブレーション加工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 :YAGパルスレーザ
波長 :355nm(YAGレーザの第三高調波)
平均出力 :0.8〜1.2W
繰り返し周波数 :90〜200kHz
送り速度 :100〜300mm/秒
この分割工程では、例えば図14に示すように、円筒96の載置面上に環状フレームFを載置して、クランプ98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100を円筒96内に配設する。
分割治具100は上段保持面102aと下段保持面102bとを有しており、下段保持面102bに開口する真空吸引路104が形成されている。分割治具100の詳細構造は、特許第4361506号公報に開示されているので参照されたい。
分割治具100による分割工程を実施するには、分割治具100の真空吸引路104を矢印106で示すように真空吸引しながら、分割治具100の上段保持面102a及び下段保持面102bを下側から粘着テープTに接触させて、分割治具100を矢印A方向に移動する。即ち、分割治具100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、改質層94が分割治具100の上段保持面102aの内側エッジの真上に移動すると、改質層94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が改質層94を分割起点として分割予定ライン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100を90度回転して、或いは円筒96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に沿って同様に分割する。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。図14で符号95は分割溝である。
上述した本実施形態の加工方法によると、切削刃56を有するバイトホイール25によって光デバイスウエーハ11の表面に被覆された透光性モールド樹脂35を満遍なく旋削して所望の厚みに仕上げるので、透光性モールド樹脂35の表面にムシレを生じることなく、透光性モールド樹脂35を所望の厚みに仕上げることができる。
また、本実施形態の加工方法では、透光性モールド樹脂35の表面を切削刃56を有するバイトホイール25で旋削して電極31,33を透光性モールド樹脂35から露出させる。このようにバイトホイール25による旋回切削により電極31,33が切削されるので、金属の延性が抑制されて電極同士が短絡するという問題を解消できる。
2 バイト切削装置
10 バイト切削ユニット
11 光デバイスウエーハ
13 サファイア基板
15 発光層
19 光デバイス
25 バイトホイール
26 バイトユニット
30 チャックテーブル
31,33 電極
35 透光性モールド樹脂
50 ホイール基台
54 バイト
56 切削刃
72,72a 旋削痕
82 集光器
94 改質層
100 分割治具

Claims (4)

  1. 発光層に複数の光デバイスが形成され且つ該発光層の表面に光特性を向上させる透光性モールド樹脂が被覆された光デバイスウエーハの加工方法であって、
    該透光性モールド樹脂が露出するように光デバイスウエーハをチャックテーブルで保持する保持工程と、
    該チャックテーブルで保持された光デバイスウエーハの該透光性モールド樹脂にバイトを回転させながら作用させて、該透光性モールド樹脂を満遍なく旋削して該透光性モールド樹脂を所望の厚みに仕上げる旋削工程と、を備え、
    該旋削工程は、該透光性モールド樹脂に該バイトを第1の切り込み量で切り込ませる粗旋削工程と、該粗旋削工程を実施した後該透光性モールド樹脂に該第1の切り込み量より小さい第2の切り込み量で切り込ませる仕上げ旋削工程と、を含むことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。
  2. 該発光層は、n型半導体層と、該n型半導体層上に積層されたp型半導体層と、該n型半導体層から突出した負電極と、該p型半導体層から突出した正電極とを含み、
    該透光性モールド樹脂は該負電極及び該正電極を埋設するように該発光層に被覆され、
    仕上げ旋削工程では、該透光性モールド樹脂から該負電極及び該正電極を露出させるまで該透光性モールド樹脂を旋削する請求項1記載の光デバイスウエーハの加工方法。
  3. 該粗旋削工程は、該負電極及び該正電極が露出する直前で停止する請求項2記載の光デバイスウエーハの加工方法。
  4. 該旋削工程は、光デバイスウエーハを保持した該チャックテーブルを回転させずに加工送りすることにより実施し、
    該粗旋削工程は第1の加工送り速度で実施し、該仕上げ旋削工程は該第1の加工送り速度より遅い第2の加工送り速度で実施する請求項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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