JP6105395B2

JP6105395B2 - 加工方法

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Publication number: JP6105395B2
Application number: JP2013119162A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　稔; 稔鈴木; 卓岡村
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-06-05
Also published as: JP2014236203A

Description

本発明は、発光ダイオード等の発光デバイスを形成する発光チップを製造する加工方法に関する。

ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）、ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）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。

緑色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（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−１０６７０号公報

サファイア基板の厚みが薄すぎる場合には、ＧａＮ半導体層（発光層）の裏面側から出射した光は、サファイア基板を透過して、パッケージ基板で反射しＧａＮ半導体層（発光層）側に再入斜してしまい、輝度がその分低下してしまうという問題がある。一方で、サファイア基板を厚くすることでＧａＮ半導体層（発光層）の裏面側から出射する光は、パッケージ基板で反射しても再度ＧａＮ半導体層（発光層）に入斜することなく外部へ発光されるため、輝度の向上が図れるが、厚いサファイア基板を加工することは困難を極める。

本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、その目的は、発光層の主に裏面から出射される光を効率よく取り出すことができる発光チップを効率的に生産することができる加工方法を提供することである。

本発明の加工方法は、表面に発光層を備えたチップと、該チップの裏面側に貼着された該発光層から出射される光を透過する透過性樹脂層と、から形成された発光チップを製造する加工方法であって、基板の表面に複数の分割予定ラインで区画された各領域に発光層が形成されたデバイス領域及び該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域を備えるウエーハの、該デバイス領域に対応する該基板の裏面を研削して円形凹部を形成するとともに該円形凹部を囲繞する環状凸部を形成する研削工程と、該研削工程を実施する前に又は後に、該ウエーハを分割するための、該分割予定ラインに沿って分割起点を形成する分割起点形成工程と、該研削工程及び該分割起点形成工程を実施した後に、硬化後に該発光層から出射される光を透過する性質を有する液状樹脂を、露呈面がウエーハ表面と平行になるように該円形凹部に充填し硬化して、該円形凹部内に透過性樹脂層を形成する透過性樹脂層形成工程と、該透過性樹脂層形成工程を実施した後に、該透光性樹脂層を切削ブレードにより該分割予定ラインに沿って個片化して複数の透過性樹脂層に分割する透過性樹脂層分割工程と、該透過性樹脂層分割工程を実施した後に、該ウエーハの該分割予定ラインに沿って外力を付与し該分割起点を起点に該ウエーハを複数のチップに分割するウエーハ分割工程と、を備えることを特徴とする。

また、前記加工方法は、該分割起点形成工程における該分割起点は、該研削工程を実施した後に露呈する該基板の裏面側から該基板を透過する波長のレーザー光線を該円形凹部内の該分割予定ラインに沿って照射して、該円形凹部内の該基板の内部に形成された改質層であることが好ましい。

本願発明の加工方法によれば、発光層が表面に形成されたウエーハの裏面側のデバイス領域に対応する領域に円形凹部を形成し、その円形凹部内に液状樹脂を塗布して、透過性樹脂層を形成する。このために、容易に厚さの均一な透過性樹脂層を形成することができ、発光層の主に裏面から出射される光を効率よく取り出すことができる発光チップを効率的に生産することができる。

図１は、実施形態１に係る加工方法により製造される発光チップを含んで構成される発光ダイオードの構成例を模式的に示す斜視図である。図２（ａ）は、実施形態１に係る加工方法により発光チップに加工されるウエーハの構成例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、実施形態１に係る加工方法の研削工程の概要を示す側断面図である。図３は、実施形態１に係る加工方法の透過性樹脂層形成工程の概要を示す側断面図である。図４は、実施形態１に係る加工方法の分割工程の概要を示す側断面図である。図５は、実施形態２に係る加工方法の分割起点形成工程の概要を示す側断面図である。図６は、実施形態２に係る加工方法の透過性樹脂層形成工程の概要を示す側断面図である。図７は、実施形態２に係る加工方法の透過性樹脂層分割工程の概要を示す側断面図である。図８は、実施形態２に係る加工方法のウエーハ分割工程の概要を示す側断面図である。図９は、実施形態２に係る加工方法のウエーハ分割工程の要部の概要を示す側断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
実施形態１に係る加工方法を、図１から図４に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る加工方法により製造される発光チップを含んで構成される発光ダイオードの構成例を模式的に示す斜視図、図２（ａ）は、実施形態１に係る加工方法により発光チップに加工されるウエーハの構成例を示す斜視図、図２（ｂ）は、実施形態１に係る加工方法の研削工程の概要を示す側断面図、図３は、実施形態１に係る加工方法の透過性樹脂層形成工程の概要を示す側断面図、図４は、実施形態１に係る加工方法の分割工程の概要を示す側断面図である。

実施形態１に係る加工方法は、図１に示す発光ダイオード１の発光チップ２を製造する加工方法である。発光ダイオード１は、図１に示すように、基台となるリードフレーム３と、リードフレーム３に支持固定される発光チップ２とを備えている。

リードフレーム３は、円柱状に形成されており、底面に配線（不図示）等を介して外部の電源（不図示）に接続される２本のリード部材３ａ，３ａが設けられている。リードフレーム３の表面には、互いに絶縁された２本の接続端子３ｂ，３ｂが所定の間隔をあけて配置され、接続端子３ｂ，３ｂ間に透光性を有する樹脂（不図示）により発光チップ２が接着されて固定される。なお、接続端子３ｂ，３ｂとリード部材３ａ，３ａとは、１対１で対応し、対応したもの同士が接続されている。

発光チップ２は、表面に発光層２ａを備えたチップ２ｂと、チップ２ｂの裏面側に貼着された透光性部材２ｃと、から形成されている。チップ２ｂは、平面形状が矩形状の基板層２ｄと、基板層２ｄの表面に設けられた発光層２ａとを備えている。基板層２ｄは、実施形態１では、ＧａＮ（窒化ガリウム）で構成されたＧＡＮ基板、ＳｉＣ（炭化珪素)で構成されたＳｉＣ基板、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）などで構成された基板が用いられる。

発光層２ａは、ＧａＮ系の半導体材料を用いて形成される複数の半導体層（ＧａＮ半導体層）を含む。発光層２ａは、電子が多数キャリアとなるｎ型半導体層（例えば、ｎ型ＧａＮ層）、半導体層（例えば、ＩｎＧａＮ層）、正孔が多数キャリアとなるｐ型半導体層（例えば、ｐ型ＧａＮ層）を順にエピタキシャル成長させることで形成される。また、発光チップ２の表面には、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層のそれぞれと接続され、発光層２ａに電圧を印加する２個の電極（不図示）が形成される。なお、これらの電極は、リード線４ａ，４ａを介して、接続端子３ｂ，３ｂと接続される。発光層２ａは、電圧が印加されると発光する即ち光を出射する。

透光性部材２ｃは、発光チップ２の基板層２ｄの裏面に配置されている。透光性部材２ｃは、発光層２ａから出射される光を透過する樹脂などで構成されている。透光性部材２ｃは、基板層２ｄの裏面に塗布された液状樹脂Ｊ（図３に示す）が硬化することで得られる。なお、この液状樹脂Ｊは、硬化後に発光層２ａから出射される光を透過する性質を有するものである。透光性部材２ｃは、基板層２ｄと同等以上の厚みを有することが望ましい。

発光ダイオード１は、発光チップ２の透光性部材２ｃが透光性を有する樹脂（不図示）でリードフレーム３の表面に接着され、接続端子３ｂ，３ｂにリード線４ａ，４ａを介して発光チップ２の電極に接続されて得られる。また、発光ダイオード１は、リードフレーム３の外周縁に発光チップ２の表面側を覆い発光層２ａから放出される光を所定方向へと導くドーム状のレンズ部材５が取り付けられている。

発光ダイオード１は、発光層２ａに電圧が印加されると、半導体層にはｎ型半導体層から電子が流れ込むと共に、ｐ型半導体層から正孔が流れ込む。その結果、半導体層において電子と正孔との再結合が生じ、所定の波長の光が放出される。実施形態１では、ＧａＮ系の半導体材料を用いて発光層となる半導体層を形成しているので、ＧａＮ系の半導体材料のバンドギャップに相当する青色や緑色の光が放出される。半導体層で生じた光は、主に、発光層２ａの表面及び裏面から放出される。発光層２ａの表面から放出された光は、レンズ部材５等を通じて発光ダイオード１の外部に取り出される。

一方、発光ダイオード１において、発光層２ａの裏面から放出された光は、一部が基板層２ｄと透光性部材２ｃとの界面において反射するが、別の一部が基板層２ｄと透光性部材２ｃとの界面を透過して透光性部材２ｃの側面等から外部に取り出される。このように、実施形態１に係る発光ダイオード１は、表面に発光層２ａを備える発光チップ２の裏面側に、発光層２ａから出射される光を透過させる透光性部材２ｃを備えるので、リードフレーム３との界面で反射して発光層２ａに戻る光の割合を低く抑え、発光層２ａの主に裏面から出射される光を効率よく取り出すことができ、光の取り出し効率を高めることができるものである。

実施形態１に係る加工方法は、表面Ｗａに前述した発光層２ａが複数形成されたウエーハＷに、研削加工、透過性樹脂層形成加工、分割加工を施す加工方法であって、研削工程と、透過性樹脂層形成工程と、分割工程とを備える。なお、加工対象であるウエーハＷは、基板層２ｄを構成するものであって、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）などで構成されている。ウエーハＷは、図２（ａ）に示すように、基板の表面Ｗａに複数の分割予定ラインで区画された各領域に発光層２ａが形成されたデバイス領域Ｗ１及びデバイス領域Ｗ１を囲繞する外周余剰領域Ｗ２を備えるものである。

まず、研削工程では、図２（ｂ）に示すように、ウエーハＷ（図２（ａ）に示す）の表面Ｗａに保護テープＴ１を貼着する。そして、ウエーハＷ（図２（ａ）に示す）の表面Ｗａを保護テープＴ１を介して、研削装置１０のチャックテーブル１１に保持させる。その後、図２（ｂ）に示すように、チャックテーブル１１を軸心回りに回転させるとともに、研削装置１０の研削ユニット１２をチャックテーブル１１と同じ向きに軸心回りに回転させながらウエーハＷの裏面Ｗｂに押し付ける。そして、ウエーハＷのデバイス領域Ｗ１に対応する基板の裏面Ｗｂを研削して、円形凹部ＷＲを形成するとともに、円形凹部ＷＲを囲繞する環状凸部ＷＰを形成する。環状凸部ＷＰは、円形凹部ＷＲの外周に配置され、外周余剰領域Ｗ２に対応したものである。即ち、研削工程では、ウエーハＷの裏面Ｗｂのデバイス領域Ｗ１に対応する部分を研削ユニット１２に研削させて円形凹部ＷＲを形成し、ウエーハＷの裏面Ｗｂの外周余剰領域Ｗ２に対応する部分を研削ユニット１２に研削させずに外周余剰領域Ｗ２を残して環状凸部ＷＰを形成する。そして、透過性樹脂層形成工程に進む。

そして、透過性樹脂層形成工程では、研削工程を実施した後に、図３に示すように、ウエーハＷの表面Ｗａを保護テープＴ１を介して、塗布装置２０のチャックテーブル２１に保持させる。その後、図３に示すように、発光層２ａから出射される光を透過する性質を有する液状樹脂Ｊを、塗布装置２０の塗布ノズル２２から円形凹部ＷＲに充填するとともに、液状樹脂Ｊの所定量充填後又は充填中にチャックテーブル２１を軸心回りに回転させる。こうして、液状樹脂Ｊを露呈面がウエーハＷ表面Ｗａと平行になるように円形凹部ＷＲに充填し、硬化する。そして、液状樹脂Ｊが硬化して、円形凹部ＷＲ内に透過性樹脂層Ｒ（図４に示す）を形成する。なお、液状樹脂Ｊとしては、外部刺激としての熱や紫外線により硬化する樹脂を用いることができる。また、液状樹脂Ｊとしては、常温により硬化する樹脂を用いても良い。そして、分割工程に進む。

そして、分割工程では、透過性樹脂層形成工程を実施した後に、図４に示すように、ウエーハＷの表面Ｗａから保護テープＴ１を剥離させ、ウエーハＷの裏面ＷｂにダイシングテープＴ２を貼着する。そして、ウエーハＷの裏面ＷｂをダイシングテープＴ２を介して、切削装置３０のチャックテーブル３１に保持させる。チャックテーブル３１と切削装置３０の軸心回りに回転する切削ブレード３２とを分割予定ラインに沿って相対的に移動させながら、ウエーハＷの表面Ｗａ側から分割予定ラインに沿って切削ブレード３２でウエーハＷを切削する。この際、ウエーハＷ及び透過性樹脂層Ｒを切削ブレード３２で切削して、透過性樹脂層Ｒ及びウエーハＷを分割予定ラインに沿って個片化して、複数の透光性部材２ｃ及びチップ２ｂ即ち複数の発光チップ２に分割する。そして、ダイシングテープＴ２から環状凸部ＷＰを除去した後、個々に分割された発光チップ２をダイシングテープＴ２から取り外す。

実施形態１に係る加工方法によれば、発光層２ａが表面Ｗａに形成されたウエーハＷの裏面Ｗｂ側のデバイス領域Ｗ１に対応する領域に円形凹部ＷＲを形成し、その円形凹部ＷＲ内に液状樹脂Ｊを塗布して、透過性樹脂層Ｒを形成する。このために、実施形態１に係る加工方法は、厚さの均一な透過性樹脂層Ｒを容易に形成することができ、発光層２ａの主に裏面から出射される光を効率よく取り出すことができる発光チップ２を効率的に生産することができる。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２に係る加工方法を、図５から図９に基づいて説明する。図５は、実施形態２に係る加工方法の分割起点形成工程の概要を示す側断面図、図６は、実施形態２に係る加工方法の透過性樹脂層形成工程の概要を示す側断面図、図７は、実施形態２に係る加工方法の透過性樹脂層分割工程の概要を示す側断面図、図８は、実施形態２に係る加工方法のウエーハ分割工程の概要を示す側断面図、図９は、実施形態２に係る加工方法のウエーハ分割工程の要部の概要を示す側断面図である。なお、実施形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施形態２に係る加工方法の加工対象のウエーハＷ及び透光性部材２ｃは、サファイアなどの切削ブレード３２によりフルカットが困難な硬質な材料で構成されている。実施形態２に係る加工方法は、研削工程と、分割起点形成工程と、透過性樹脂層形成工程と、透過性樹脂層分割工程と、ウエーハ分割工程とを備える。

実施形態２に係る加工方法においても、実施形態１と同様に、研削工程では、ウエーハＷのデバイス領域Ｗ１に対応する基板の裏面Ｗｂを研削して、円形凹部ＷＲを形成するとともに、円形凹部ＷＲを囲繞する環状凸部ＷＰを形成する。

分割起点形成工程では、研削工程を実施した後に、まず、図５に示すように、ウエーハＷの表面Ｗａを保護テープＴ１を介して、レーザ加工装置４０のチャックテーブル４１に保持させる。そして、チャックテーブル４１とレーザ加工装置４０のレーザー光線照射手段４２とを分割予定ラインに沿って相対的に移動させながら、研削工程を実施した後に露呈する円形凹部ＷＲの底面側からウエーハＷを透過する波長のレーザー光線を円形凹部ＷＲ内の分割予定ラインに沿って照射する。そして、ウエーハＷの内部に、分割予定ラインに沿って改質層Ｋ（分割起点に相当）を形成する。

なお、改質層Ｋとは、ウエーハＷを分割するための分割起点であって、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味し、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、及びこれらの領域が混在した領域等を例示できる。このように、分割起点は、研削工程を実施した後に露呈する基板の裏面Ｗｂ側から該基板を透過する波長のレーザー光線を該円形凹部ＷＲ内の分割予定ラインに沿って照射して、該円形凹部ＷＲ内の該基板の内部に形成された改質層Ｋである。分割起点形成工程の後に、透過性樹脂層形成工程に進む。

透過性樹脂層形成工程では、研削工程及び分割起点形成工程を実施した後に、実施形態１と同様に、図６に示すように、円形凹部ＷＲ内に透過性樹脂層Ｒ（図７に示す）を形成する。そして、透過性樹脂層分割工程に進む。

透過性樹脂層分割工程では、透過性樹脂層形成工程を実施した後に、まず、図７に示すように、ウエーハＷの表面Ｗａを保護テープＴ１を介して、切削装置３０のチャックテーブル３１に保持させる。チャックテーブル３１と切削装置３０の切削ブレード３２とを分割予定ラインに沿って相対的に移動させながら、透過性樹脂層Ｒ側から分割予定ラインに沿って切削ブレード３２で、透過性樹脂層Ｒを切削する。透過性樹脂層Ｒを切削ブレード３２により分割予定ラインに沿って個片化して、複数の透光性部材２ｃに分割する。そして、ウエーハ分割工程に進む。

ウエーハ分割工程では、透過性樹脂層分割工程を実施した後に、まず、保護テープＴ１の外縁部に環状フレームＦを取り付け、ウエーハＷを環状フレームＦ毎、図８に示すように、保護テープＴ１が上方に位置する状態でブレーキング装置５０の保持台５１に保持させる。そして、ブレーキング装置５０の押圧ブレード５２を、ウエーハＷの各分割予定ラインに押圧させて、ウエーハＷの各分割予定ラインに沿って外力を付与する。そして、図９に示すように、改質層Ｋを起点にウエーハＷを複数のチップ２ｂ即ち発光チップ２に分割する。ウエーハＷをすべての分割予定ラインに沿って分割すると、保護テープＴ１から環状凸部ＷＰを除去した後、個々に分割された発光チップ２を保護テープＴ１から取り外す。

実施形態２に係る加工方法によれば、前述した実施形態１と同様に、容易に厚さの均一な透過性樹脂層Ｒを形成することができ、発光層２ａの主に裏面から出射される光を効率よく取り出すことができる発光チップ２を効率的に生産することができる。また、実施形態２に係る加工方法によれば、改質層Ｋを起点にウエーハＷを分割するので、ウエーハＷを硬質なサファイアで構成しても、容易に分割でき、発光チップ２を効率的に生産することができる。

前述した実施形態２では、研削工程を実施した後に、分割起点形成工程を実施しているが、本発明では、研削工程を実施する前に、分割起点形成工程を実施してもよい。また、実施形態２では、分割起点形成工程では、分割起点として改質層Ｋを形成したが、本発明では、アブレーション加工により分割起点としてレーザー加工溝を形成しても良い。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

２発光チップ
２ａ発光層
２ｂチップ
２ｃ透光性部材
３２切削ブレード
Ｗウエーハ
Ｗａ表面
Ｗｂ裏面
Ｗ１デバイス領域
Ｗ２外周余剰領域
ＷＲ円形凹部
ＷＰ環状凸部
Ｋ改質層（分割起点）
Ｊ液状樹脂
Ｒ透過性樹脂層

Claims

表面に発光層を備えたチップと、該チップの裏面側に貼着された該発光層から出射される光を透過する透過性樹脂層と、から形成された発光チップを製造する加工方法であって、
基板の表面に複数の分割予定ラインで区画された各領域に発光層が形成されたデバイス領域及び該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域を備えるウエーハの、該デバイス領域に対応する該基板の裏面を研削して円形凹部を形成するとともに該円形凹部を囲繞する環状凸部を形成する研削工程と、
該研削工程を実施する前に又は後に、該ウエーハを分割するための、該分割予定ラインに沿って分割起点を形成する分割起点形成工程と、
該研削工程及び該分割起点形成工程を実施した後に、硬化後に該発光層から出射される光を透過する性質を有する液状樹脂を、露呈面がウエーハ表面と平行になるように該円形凹部に充填し硬化して、該円形凹部内に透過性樹脂層を形成する透過性樹脂層形成工程と、
該透過性樹脂層形成工程を実施した後に、該透光性樹脂層を切削ブレードにより該分割予定ラインに沿って個片化して複数の透過性樹脂層に分割する透過性樹脂層分割工程と、
該透過性樹脂層分割工程を実施した後に、該ウエーハの該分割予定ラインに沿って外力を付与し該分割起点を起点に該ウエーハを複数のチップに分割するウエーハ分割工程と、
を備える加工方法。
該分割起点形成工程における該分割起点は、該研削工程を実施した後に露呈する該基板の裏面側から該基板を透過する波長のレーザー光線を該円形凹部内の該分割予定ラインに沿って照射して、該円形凹部内の該基板の内部に形成された改質層である、請求項１記載の加工方法。