JP6029338B2 - 光デバイスの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光デバイスの加工方法に関する。
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の光デバイスは、結晶成長用基板上にエピタキシャル層（結晶層）を成長させ、更に格子状の分割予定ラインで区画された各領域に形成される。その後、例えば結晶成長用基板を分割予定ラインに沿って分割して個片化することで、個々の光デバイスが製造されている。
緑や青色の光を出射する発光層がＩｎＧａＮ系のチップでは、サファイアが結晶成長用基板に一般的に用いられ、このサファイア基板上に順次ｎ型ＧａＮ半導体層、ＩｎＧａＮ発光層、ｐ型ＧａＮ半導体層をエピタキシャル成長させる。そして、ｎ型ＧａＮ半導体層とｐ型ＧａＮ半導体層のそれぞれに外部取り出し用電極が形成されて光デバイスが形成される。
ＬＥＤ等の光デバイスにおいては、より高い輝度が求められており、光の取り出し効率の向上が要望されている。近年、特開平４−１０６７０号公報に開示されるようなフリップチップ実装によって実装された光デバイスが広く市場に出回っている。
フリップチップ実装による光デバイスでは、発光層の光が外部に出る際に電極による遮蔽がないため、従来のワイヤーボンディングによる実装に比べて光の取り出し効率が向上する。
特開平４−１０６７０号公報
フリップチップ実装されたＬＥＤでは、ワイヤーボンディング実装に比べて発光効率が数十％高まるとされているが、更なる光の取り出し効率の向上が要望されている。
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、更なる光の取り出し効率を向上可能な光デバイスの加工方法を提供することである。
本発明によると、交差する複数の分割予定ラインで区画された表面の各領域に電極を含む光デバイスが形成された光デバイスウエーハから光デバイスを加工する光デバイスの加工方法であって、光デバイスウエーハの表面の少なくとも電極間に絶縁材からなる保護層を形成して電極間を絶縁する保護層形成ステップと、該保護層形成ステップを実施した後、光デバイスウエーハの表面から該分割予定ラインに沿って仕上げ厚みに至る深さの溝を形成する溝形成ステップと、該溝形成ステップを実施した後、光デバイスウエーハの表面側に反射膜を被覆して少なくとも該溝の側面に反射膜を形成する反射膜形成ステップと、該反射膜形成ステップを実施した後、光デバイスウエーハの表面の該電極上に形成された該保護層を除去して該電極を露出させる電極露出ステップと、該電極露出ステップを実施する前又は後に、光デバイスウエーハの裏面を研削して該仕上げ厚みへと薄化するとともに該溝を光デバイスウエーハの裏面に露出させて光デバイスウエーハを表面から裏面に至る側面全体に反射膜が形成された個々の光デバイスチップへと分割する研削ステップと、を備え、該保護層形成ステップでは、光デバイスウエーハの表面全体に該保護層を被覆し、該電極露出ステップでは、バイト切削手段によって光デバイスウエーハの表面に被覆された該保護層を旋削することで該電極を露出させることを特徴とする光デバイスの加工方法が提供される。
好ましくは、本発明の光デバイスの加工方法は、研削ステップを実施した後、個々の光デバイスチップを基板上にフリップチップ実装する実装ステップと、基板上にフリップチップ実装された光デバイスチップを封止材で封止する封止ステップとを更に備えている。
本発明の光デバイスの加工方法によると、光デバイスチップの側面には反射膜が形成されるため、発光層からの光がチップ側面から出射することが防止される。また、裏面側は研削されるため、研削で形成された微小凹凸によってチップ内で全反射する光を減少させ光の取り出し効率を向上することができる。
光デバイスウエーハの表面側斜視図である。 光デバイスウエーハの縦断面図である。 保護層形成ステップ実施後の光デバイスウエーハの縦断面図である。 溝形成ステップ実施後の光デバイスウエーハの縦断面図である。 反射膜形成ステップ実施後の光デバイスウエーハの縦断面図である。 電極露出ステップを示す一部断面側面図である。 電極露出ステップ実施後の光デバイスウエーハの縦断面図である。 保護テープ貼着ステップ実施後の光デバイスウエーハの縦断面図である。 研削ステップを示す斜視図である。 研削ステップ実施後の光デバイスウエーハの縦断面図である。 基板上に実装され封止された光デバイスチップの縦断面図である。
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（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、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。
エピタキシャル層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状の分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。図２に示すように、各光デバイス９には一対の電極２１，２３が形成されている。
本発明の光デバイスの加工方法では、まず、図３に示すように、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに絶縁体からなる保護層２５を形成して電極２１，２３間を絶縁する保護層形成ステップを実施する。
図３に示した実施形態では、保護層２５が光デバイスウエーハ１１の表面１１ａの全面に被覆されているが、この保護層２５は少なくとも電極２１，２３間を絶縁するように形成すればよい。
保護層形成ステップを実施した後、図４に示すように、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａから分割予定ライン１７に沿って仕上げ厚みｔ１に至る深さの溝２７を形成する溝形成ステップを実施する。
保護層２５として、水溶性樹脂を使用した場合には、この溝２７の形成はサファイア基板１３に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザービームを照射して、アブレーション加工により分割予定ライン１７に沿って仕上げ厚みｔ１に至る深さの溝２７を形成するのが好ましい。代替実施形態として、水溶性ではない保護層を形成して、溝２７を切削ブレードによる切削により形成してもよい。
溝形成ステップ実施後、図５に示すように、蒸着等により例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる反射膜２９を保護層２５上及び溝２７内に形成する反射膜形成ステップを実施する。この反射膜形成ステップを実施すると、溝２７の側面にも反射膜２９が形成される。
反射膜形成ステップを実施した後、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａの電極２１，２３上に形成された保護層２５を除去して電極２１，２３を露出させる電極露出ステップを実施する。
この電極露出ステップは、例えば図６に示すようなバイト切削装置の旋削により実施する。バイト切削装置のバイト切削ユニット１２は、回転駆動されるスピンドル１４と、スピンドル１４の先端に固定されたホイールマウント１６と、ホイールマウント１６の先端に装着されたバイト切削刃２０を有するバイトホイール１８とを含んでいる。図では模式的に描いているがバイトホイール１８の直径はウエーハ１１の直径以上である。
バイトホイール１８を矢印Ｒ１方向に回転させながら、バイト切削刃２０で光デバイスウエーハ１１の表面に形成された保護層２５に所定深さ切り込み、チャックテーブル１０を矢印Ｙ１方向に直線移動させることにより、保護層２５をバイト切削刃２０で旋回切削する。
一回の旋回切削により電極２１，２３が露出しない場合には、バイト切削刃２０による旋回切削を複数回実施して、電極２１，２３を保護層２５から露出させる。この電極露出ステップが終了すると、図７に示すように、保護層２５及び保護層２５上の反射膜２９が除去されて、電極２１，２３が露出する。溝２７内の反射膜２９は残存する。
次いで、図８に示すように、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに表面保護テープ３１を貼着する。そして、図９に示すように、表面保護テープ３１側を研削装置のチャックテーブル２４で吸引保持し、研削ユニット２６により光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する研削ステップを実施する。
研削ユニット２６は、回転駆動されるスピンドル２８と、スピンドル２８の先端に固定されたホイールマウント３０と、ホイールマウント３０に複数のねじ３４により着脱可能に装着された研削ホイール３２とを含んでいる。
研削ホイール３２は、環状基台３６の自由端部に複数の研削砥石３８が固着されて構成されている。研削砥石３８は、例えば粒度の粗いダイアモンド砥粒をビトリファイドボンド等で固めて形成されている。
この研削ステップでは、チャックテーブル２４を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３２をチャックテーブル２４と同一方向に、即ち矢印ｂ方向に例えば１０００ｒｐｍで回転させるとともに、図示しない研削ユニット送り機構を作動して研削砥石３８を光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに露出したサファイア基板１３に接触させる。
そして、研削ホイール３２を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、サファイア基板１３の研削を実施する。サファイア基板１３を仕上げ厚みｔ１まで研削すると、溝２７が仕上げ厚みに至る深さを有しているため、図１０に示すように、光デバイスウエーハ１１は個々の光デバイスチップ３５に分割される。研削ステップで使用した研削砥石３８が粒度の粗い砥粒を含んだ粗研削砥石であるため、光デバイスチップ３３の研削面には微小な凹凸３５が形成される。
次いで、表面保護テープ３１を光デバイスウエーハ１１の表面から剥離した後、図１１に示すように、光デバイスチップ３３を半田３９を介して基板の電極４１，４３にフリップチップ実装し、更に光デバイスチップ３３をエポキシ樹脂等の透明樹脂からなる封止材３７で封止する。
このように封止材３７で封止された光デバイスチップ３３は、光デバイスチップ３３の側面に反射膜２９が形成されているため、発光層からの光がチップ３３の側面から出射することが防止される。また、裏面側が粗研削されているため、研削で形成された微小凹凸３５によってチップ３３内で全反射する光を減少させ光の取り出し効率を向上できる。
上述した実施形態では、電極露出ステップを実施した後、研削ステップを実施しているが、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに表面保護テープ３１を貼着して研削ステップを先に実施し、研削により光デバイスウエーハ１１を個々の光デバイスチップ３３に分割した後、バイト切削装置を使用して保護層２５を切削除去して電極２１，２３を露出させる電極露出ステップを実施するようにしてもよい。
１１ 光デバイスウエーハ
１２ バイト切削ユニット
１３ サファイア基板
１５ エピタキシャル層（発光層）
１７ 分割予定ライン
１８ バイトホイール
１９ 光デバイス
２０ バイト切削刃
２１，２３ 電極
２５ 保護層
２７ 溝
２９ 反射膜
３１ 表面保護テープ
３２ 研削ホイール
３３ 光デバイスチップ
３５ 微小凹凸
３８ 研削砥石
３７ 封止材

Claims (2)

  1. 交差する複数の分割予定ラインで区画された表面の各領域に電極を含む光デバイスが形成された光デバイスウエーハから光デバイスを加工する光デバイスの加工方法であって、
    光デバイスウエーハの表面の少なくとも電極間に絶縁材からなる保護層を形成して電極間を絶縁する保護層形成ステップと、
    該保護層形成ステップを実施した後、光デバイスウエーハの表面から該分割予定ラインに沿って仕上げ厚みに至る深さの溝を形成する溝形成ステップと、
    該溝形成ステップを実施した後、光デバイスウエーハの表面側に反射膜を被覆して少なくとも該溝の側面に反射膜を形成する反射膜形成ステップと、
    該反射膜形成ステップを実施した後、光デバイスウエーハの表面の該電極上に形成された該保護層を除去して該電極を露出させる電極露出ステップと、
    該電極露出ステップを実施する前又は後に、光デバイスウエーハの裏面を研削して該仕上げ厚みへと薄化するとともに該溝を光デバイスウエーハの裏面に露出させて光デバイスウエーハを表面から裏面に至る側面全体に反射膜が形成された個々の光デバイスチップへと分割する研削ステップと、
    を備え、
    該保護層形成ステップでは、光デバイスウエーハの表面全体に該保護層を被覆し、
    該電極露出ステップでは、バイト切削手段によって光デバイスウエーハの表面に被覆された該保護層を旋削することで該電極を露出させることを特徴とする光デバイスの加工方法。
  2. 前記研削ステップを実施した後、個々の光デバイスチップを基板上にフリップチップ実装する実装ステップと、
    該基板上に実装された該光デバイスチップを封止材で封止する封止ステップと、
    を更に備えた請求項１記載の光デバイスの加工方法。
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