JP7258414B2 - 光デバイスウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光デバイスウェーハに設けられた光デバイス層を移設部材に移し替える光デバイスウェーハの加工方法に関する。
酸化物単結晶を母材とするウェーハに対して分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射することにより、ウェーハを分割することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１におけるウェーハの表面側には、複数の機能性デバイス（例えば、光デバイス）が設けられており、複数の機能性デバイスの各々は、複数の交差する分割予定ラインによって区画されている。
光デバイスの一例として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子が知られている。ＬＥＤは、例えば、サファイア基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板等の結晶性基板上に位置するバッファ層と、バッファ層上に位置しエピタキシャル成長により形成された窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体材料からなるｎ型及びｐ型半導体層とを有する。
また、ｎ型窒化ガリウム層に接してカソード電極が設けられ、ｐ型窒化ガリウム層に接してアノード電極が設けられる。アノード及びカソード電極間に所定の電位差が形成されると、光デバイス層は発光する。
ところで、ＬＥＤの輝度を向上させる技術として、レーザーリフトオフ法（LLO：Laser Lift Off）と呼ばれる加工方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に記載のレーザーリフトオフ法では、まず、サファイア基板上に窒化ガリウム系のエピタキシャル成長層を形成する。
次に、サファイア基板を透過し、サファイア基板と窒化ガリウム系のエピタキシャル成長層の界面近傍に位置する窒化ガリウム層でのみ吸収される波長のレーザービームを照射して、窒化ガリウム層の一部を熱分解する。
熱分解された窒化ガリウム層の一部は窒素ガスと金属ガリウム層とになるので、金属ガリウム層を融点以上に加熱する、又は、金属ガリウム層をウェットエッチングで除去することで、サファイア基板と、窒化ガリウム系のエピタキシャル成長層とは分離される。
なお、特許文献２には、サファイア基板上のエピタキシャル成長層を保持基板に移し替える転写方法も記載されている。例えば、窒化ガリウム系のエピタキシャル成長層上にシリコン（Ｓｉ）から成る保持基板を貼り付けた後、レーザービームを照射して窒化ガリウム層の一部を熱分解して、サファイア基板と、エピタキシャル成長層とを分離することにより、エピタキシャル成長層を移設部材に移し替える。
レーザービームを利用したレーザーリフトオフ法を用いることにより、光デバイス層の上下の両面を挟むようにカソード及びアノード電極を配置した垂直構造型のＬＥＤを形成できる。垂直構造型のＬＥＤは、ｎ型半導体層の一部と重なるｐ型半導体層上にアノード電極を配置し、且つ、ｐ型半導体層と重ならないｎ型半導体層の他の一部上にカソード電極を配置した水平構造型のＬＥＤに比べて、例えば、小チップサイズ化、電流分布の均一化、放熱性の改善を実現できる。
レーザーリフトオフ法としては、光デバイス層をＬＥＤチップのサイズに分割する前に光デバイス層に移設部材を接合する方法と、光デバイス層をＬＥＤチップのサイズに分割した後に光デバイス層に移設部材を接合する方法とが考えられる。
特開平１０－３０５４２０号公報 特開２００４－７２０５２号公報
後者の様に、光デバイス層をＬＥＤチップのサイズに分割した後に光デバイス層に移設部材を接合する場合、光デバイス層と結晶性基板との界面の全面に渡ってレーザービームが照射される。つまり、光デバイス層が無い部分にもレーザービームが照射されるので、この場合には、熱等の影響により光デバイス層にチッピング及びクラック等が発生するという問題がある。
本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、光デバイス層をＬＥＤチップのサイズに分割した後に光デバイス層に移設部材を接合する場合に比べて、光デバイス層に生じるチッピング及びクラック等を低減することを目的とする。
本発明の一態様によれば、複数の分割予定ラインで区画された複数の領域の各々に光デバイスが設けられた光デバイス層が１枚の円盤状の結晶性基板の表面にバッファ層を介して積層されている光デバイスウェーハの該光デバイス層を、移設部材に移し替える光デバイスウェーハの加工方法であって、該光デバイスウェーハの該バッファ層を完全には分断しない分割溝を分割予定ラインに沿って該光デバイス層側に形成する分割溝形成ステップと、該分割溝形成ステップの後、該光デバイス層の表面に該移設部材を接合する移設部材接合ステップと、該移設部材が接合された光デバイスウェーハの該移設部材とは反対側に位置する該１枚の円盤状の結晶性基板の裏面側から、該１枚の円盤状の結晶性基板に対しては透過性を有し該バッファ層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービームを照射するレーザービーム照射ステップと、該レーザービーム照射ステップの後に、超音波振動を利用することで該１枚の円盤状の結晶性基板を該光デバイス層から剥離して該光デバイス層を該移設部材に移設する結晶性基板剥離ステップと、を含み、該レーザービーム照射ステップでは、該分割溝形成ステップで分断されずに残った該バッファ層と該光デバイス層の一部とを変質させる光デバイスウェーハの加工方法が提供される。
好ましくは、該分割溝形成ステップでは、エッチングにより該分割溝が形成され、光デバイスウェーハの加工方法は、該分割溝形成ステップの前に、該光デバイス層の該表面側に位置し該分割予定ラインを除く領域を、レジスト膜で被覆するレジスト膜被覆ステップを更に含む。
また、好ましくは、該レーザービーム照射ステップで該パルスレーザービームが照射される該バッファ層と該光デバイス層の一部との合計の厚さは、１μｍ以下である。
分割溝形成ステップでは、バッファ層及び光デバイス層の両方を完全には切断することなく、分割溝を形成する。そして、レーザービーム照射ステップでは、分割溝形成ステップで分断されずに残った、バッファ層、又は、バッファ層と光デバイス層の一部とを変質させる。
このようにバッファ層、又は、バッファ層と光デバイス層の一部とを切断せずに残しておけば、光デバイス層をＬＥＤチップのサイズに分割した後に光デバイス層と結晶性基板との界面の全面に渡ってレーザービームを照射する場合に比べて、レーザービーム照射ステップで生じる熱の影響を低減できる。
また、レーザービーム照射ステップで生じる熱の影響を低減できるので、最終的に製造されるＬＥＤチップのチッピング及びクラックを防ぐことができる。それゆえ、ＬＥＤチップの不良発生を低減でき、歩留まりを向上させることもできる。
図１（Ａ）は、光デバイスウェーハの斜視図であり、図１（Ｂ）は、光デバイスウェーハの断面図である。 レジスト膜被覆ステップ（Ｓ１０）で形成されたレジスト膜を有する光デバイスウェーハの断面図である。 図３（Ａ）は、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）で使用されるドライエッチング装置を示す図であり、図３（Ｂ）は、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）後の光デバイスウェーハの断面図である。 移設部材接合ステップ（Ｓ３０）を示す図である。 レーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で用いるレーザー加工装置を示す図である。 図６（Ａ）は、結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０）を示す図であり、図６（Ｂ）は、結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０）後の光デバイス層及び移設部材の断面図である。 本発明の一態様に係る光デバイスウェーハの加工方法を示すフローチャートである。
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。まず、光デバイスウェーハ２１について説明する。図１（Ａ）は、光デバイスウェーハ２１の斜視図であり、図１（Ｂ）は、光デバイスウェーハ２１の断面図である。
本実施形態の光デバイスウェーハ２１は、サファイアの単結晶で形成されている結晶性基板１１を有する。但し、結晶性基板１１の材料は、サファイアの単結晶に限定されず、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の他の材料であってもよい。結晶性基板１１は、円盤状であり、表面１１ａから裏面１１ｂまでの厚さが３００μｍから１０００μｍ程度である。
結晶性基板１１上には、結晶性基板１１の表面１１ａに接して、バッファ層１７が設けられている。本実施形態のバッファ層１７は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０≦ｘ≦１）で形成されており、厚さが３００ｎｍから１μｍ程度の薄膜層である。
バッファ層１７の材料は、例えば、ＧａＮ（ｘ＝０）であるが、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）であってよく、ＡｌＮ（ｘ＝１）であってもよい。結晶性基板１１上にバッファ層１７を設けることで、バッファ層１７を設けない場合に比べて、結晶性基板１１上に高品質の結晶層をエピタキシャル成長させることができる。
バッファ層１７を介して結晶性基板１１上には、光デバイス層１９が積層されている。本実施形態の光デバイス層１９は、エピタキシャル成長法により形成されたＧａＮであり、厚さが５μｍから７μｍ程度の円盤状の薄膜層である。
光デバイス層１９は、結晶性基板１１とは反対側のバッファ層１７の表面に接するｐ型ＧａＮ層１９ａを有する。ｐ型ＧａＮ層１９ａは、主成分であるＧａＮと、ＧａＮにドーピングされアクセプタとして機能し得るドーパント（例えば、マグネシウム（Ｍｇ））とを有する。
また、光デバイス層１９は、バッファ層１７とは反対側のｐ型ＧａＮ層１９ａの表面に接するｎ型ＧａＮ層１９ｂを更に有する。ｎ型ＧａＮ層１９ｂは、主成分であるＧａＮと、ＧａＮにドーピングされドナーとして機能し得るドーパント（例えば、シリコン（Ｓｉ））とを有する。
光デバイス層１９は、ｐ型ＧａＮ層１９ａ及びｎ型ＧａＮ層１９ｂのｐｎ接合により、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の発光層を構成している。但し、発光層の種類、形状、構造、大きさ、配置等に制限はない。光デバイス層１９は、発光層となる活性層に加えてクラッド層等を有してもよい。また、ｎ型ＧａＮ層１９ｂ上にはカソード電極が設けられていてもよい。
光デバイス層１９の表面１９ｃ側には、それぞれ所定幅を有する複数の分割予定ライン（ストリート）１３が設定されている。分割予定ライン１３の幅は、例えば５μｍであり、複数の分割予定ライン１３によって区画される光デバイス１５は、縦横が１０μｍから２０μｍ程度の矩形形状である。
光デバイス層１９の表面１９ｃ側を分割予定ライン１３に沿って加工（分割）することにより、複数の分割予定ライン１３で区画された複数の領域の各々は、複数の光デバイス１５となる。各光デバイス１５は、いわゆるマイクロ（micro）ＬＥＤであり、例えば、直径２インチ（即ち、約５．０８ｃｍ）の光デバイスウェーハ２１に２００万個程設けられる。
なお、本実施形態では、複数の光デバイス１５が設けられており、結晶性基板１１と同心円状である光デバイス層１９の円形領域をデバイス領域２３ａと称する。また、デバイス領域２３ａよりも外側の環状の領域を外周余剰領域２３ｂと称する。図１（Ａ）では、デバイス領域２３ａと外周余剰領域２３ｂとの境界を破線で示す。
本実施形態の加工方法では、始めに、光デバイス層１９の表面１９ｃ側にレジスト膜２５（図２を参照）を形成する（レジスト膜被覆ステップ（Ｓ１０））。レジスト膜被覆ステップ（Ｓ１０）では、まず、スピンコーターを用いて光デバイス層１９の表面１９ｃ上にレジスト膜２５を形成する。スピンコーターは、回転可能な態様で表面が水平に固定された円盤状のスピンヘッド（不図示）を有する。
スピンヘッドの表面には１以上の吸引孔が設けられる。また、スピンヘッドの吸引孔には、流路を介して吸引源（不図示）が接続され、この吸引源からの負圧がスピンヘッドの表面に作用すると、スピンヘッドの表面に載置された被加工物を吸引して保持する。
円盤状のスピンヘッドの中心から下方に延伸するように、スピンヘッドには回転軸（不図示）の一端が接続されている。また、回転軸を介してスピンヘッドと接続されるように、回転軸の他端には駆動モーター（不図示）が接続している。
スピンヘッドの周囲には、スピンヘッドの全体を覆うように飛散防止壁が設けられている。飛散防止壁の上方には開口（不図示）が設けられており、この開口には、有機溶剤及び感光材料（例えば、ポジ型のレジスト材料）等が混合された混合液を滴下するためのノズルが挿入される。
レジスト膜２５を形成する手順について説明すると、まず、光デバイス層１９を上方に位置付けるように光デバイスウェーハ２１をスピンヘッドの表面に載置して、吸引源からの負圧により光デバイスウェーハ２１における結晶性基板１１の裏面１１ｂをスピンヘッドで吸引保持する。次に、駆動モーターを駆動してスピンヘッドと一体に光デバイスウェーハ２１を高速回転させる。
そして、光デバイスウェーハ２１の上方に位置するノズルから、回転する光デバイスウェーハ２１の表面１９ｃに感光性材料であるフォトレジスト等が混合された混合液を滴下する。この混合液は遠心力により光デバイスウェーハ２１における光デバイス層１９の表面１９ｃ上に一様に広がり、例えば、約１μｍの薄膜が形成される。その後、この薄膜を８０℃から１５０℃程度の温度でプリベークすることにより、有機溶剤を蒸発させて感光材料から成るレジスト膜２５を形成する。
次に、露光装置（不図示）を用いて、レジスト膜２５を露光する。露光装置は、例えば、紫外線等の所定の波長の光を出射する光源（不図示）と、光源からの光を部分的に透過させるフォトマスクとを有する。フォトマスクは、例えば、ガラス基板と、ガラス基板上に設けられたクロム膜とを有し、クロム膜には部分的にクロムが除去されることで所定の開口パターンが形成されている。本実施形態における所定の開口パターンは、図１（Ａ）に示す分割予定ライン１３に対応する。
レジスト膜２５を露光する手順について説明すると、まず、フォトマスクを挟んで光源とは反対の位置にプリベーク後のレジスト膜２５が形成された光デバイスウェーハ２１を配置する。次に、フォトマスクを介して光源からの光をプリベーク後のレジスト膜２５に照射する。
次に、光デバイスウェーハ２１を現像液に浸して、露光後のレジスト膜２５を現像する。これにより、レジスト膜２５の感光した部分は除去される。本実施形態では、全ての分割予定ライン１３上に位置するレジスト膜２５が除去され、光デバイスウェーハ２１の表面１９ｃ側に位置する分割予定ライン１３を除く表面１９ｃ側の全ての領域がレジスト膜２５で被覆される。
図２は、レジスト膜被覆ステップ（Ｓ１０）で形成されたレジスト膜２５を有する光デバイスウェーハ２１の断面図である。上述の様に、レジスト膜２５は、分割予定ライン１３上では除去され光デバイスウェーハ２１の表面１９ｃが外部に露出するようパターニングされている。
ただし、デバイス領域２３ａにおける分割予定ライン１３が、レジスト膜２５から露出していればよく、外周余剰領域２３ｂにおける分割予定ライン１３は、レジスト膜２５で被覆されていてもよい。
次に、パターニングされたレジスト膜２５を介して光デバイス層１９を部分的にエッチングして、分割予定ライン１３に沿って光デバイス層１９側に分割溝２７を形成する（分割溝形成ステップ（Ｓ２０））。図３（Ａ）は、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）で使用されるドライエッチング装置２０を示す図である。
本実施形態では、ドライエッチング装置２０を用いて光デバイス層１９に分割溝２７を形成する。ドライエッチング装置２０は、金属で形成され所定の空間を形成している真空チャンバ２２を有する。
真空チャンバ２２の側壁には、ガス導入口２８ａが設けられている。ガス導入口２８ａには、第１の流路（不図示）が接続されており、ガス導入口２８ａは、第１の流路を介して、ドライエッチング用の原料ガスを有するガス供給源（不図示）に接続されている。原料ガスは、例えば、塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）等の塩素系ガスである。
また、真空チャンバ２２の底壁には、ガス排出口２８ｂが設けられている。ガス排出口２８ｂには第２の流路（不図示）が接続されており、ガス排出口２８ｂは、第２の流路を介して、真空ポンプ等の排気ユニット（不図示）に接続されている。
真空チャンバ２２の内部には、高さ方向に面するように対向して設けられた一対の電極（下部電極２４ａ及び上部電極２４ｂ）が配置される。下部電極２４ａは、金属等の導電性材料を用いて円盤状に形成されている。
本実施形態では、下部電極２４ａ上に円盤状の静電チャック３４が設けられている。静電チャック３４は、主として絶縁体から成り、静電気力により、静電チャック３４の平坦な表面に載置された光デバイスウェーハ２１を吸着して保持できる。
下部電極２４ａは、真空チャンバ２２の外部に位置するブロッキングコンデンサ２４ｃを介して高周波電源２６の一端に電気的に接続されている。つまり、下部電極２４ａは、ブロッキングコンデンサ２４ｃの一端に接続されており、ブロッキングコンデンサ２４ｃの他端は、高周波電源２６の一端に電気的に接続されている。
下部電極２４ａの上方には、金属等の導電性材料を用いて円盤状に形成されている上部電極２４ｂが配置されている。なお、本実施形態では、上部電極２４ｂ及び高周波電源２６の他端は接地されている。
ドライエッチング装置２０を使用した分割溝形成ステップ（Ｓ２０）について説明すると、まず、レジスト膜２５が設けられた光デバイスウェーハ２１を、真空チャンバ２２の空間内に搬入して静電チャック３４上に配置する。
次に、静電チャック３４を作動させ、光デバイスウェーハ２１の裏面（即ち、結晶性基板１１の裏面１１ｂ）を静電チャック３４で吸着して保持する。その後、排気ユニットを作動させて、真空チャンバ２２の内部空間を減圧する。
次に、減圧された真空チャンバ２２の内部空間にガス供給源からドライエッチング用の原料ガスを所定の流量で供給しつつ、高周波電源２６から下部電極２４ａ及び上部電極２４ｂ間に高周波電圧を印加する。
これにより、下部電極２４ａと上部電極２４ｂとの間にラジカルやイオン等を含むプラズマが発生する。プラズマ中に生じた電子は、電子以外のラジカルやイオン等に比べて、素早く移動し、下部電極２４ａ及び上部電極２４ｂに到達する。上部電極２４ｂは接地されているので、上部電極２４ｂに電子が達しても上部電極２４ｂの電位は変わらない。
しかし、ブロッキングコンデンサ２４ｃは直流電流を遮断するので、高周波電源２６の正電位に引き寄せられて下部電極２４ａに達した電子は、下部電極２４ａに閉じ込められて蓄積される。これにより、下部電極２４ａは負に帯電する（陰極降下）。そして、正に帯電した塩素系ガスのプラズマ及びイオン等が下部電極２４ａに引かれて、光デバイスウェーハ２１の光デバイス層１９に到達する。
レジスト膜２５に覆われていない光デバイス層１９の表面１９ｃ側が塩素系ガスのプラズマ等に曝されると、分割予定ライン１３に対応する光デバイス層１９の領域が塩素系ガスのプラズマ等と反応してエッチングされる。
このように、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching; RIE）を行うことにより、光デバイス層１９に所定深さの分割溝２７を形成する。分割溝２７の深さは、例えば、塩素系ガスの供給量、塩素系ガスのプラズマ等を発生させてエッチングを行う時間で調節することができる。
光デバイス層１９に分割溝２７を形成した後、原料ガスの供給及び高周波電源２６からの電圧印加を止める。そして、排気ユニット作動を止めて、真空チャンバ２２内を常圧に戻した後、光デバイスウェーハ２１を真空チャンバ２２から取り出す。これにより、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）を終了する。
本実施形態の分割溝形成ステップ（Ｓ２０）では、分割予定ライン１３に対応する位置にあるｐ型ＧａＮ層１９ａの一部とバッファ層１７とが残留し、分割予定ライン１３に対応する位置にあるｐ型ＧａＮ層１９ａの残りの部分とｎ型ＧａＮ層１９ｂとがエッチングにより除去される。
このように、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）では、光デバイス層１９を完全には分断しない深さを有する分割溝２７が、光デバイス層１９に形成される。本実施形態では、図３（Ｂ）は、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）後の光デバイスウェーハ２１の断面図である。
分割溝形成ステップ（Ｓ２０）でバッファ層１７及び光デバイス層１９を分断せずに、光デバイス層１９の一部とバッファ層１７とを残すことにより、後述のレーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で生じた熱の影響を低減できる。なお、バッファ層１７のみを残す場合も、同じ効果が期待できる。
分割溝形成ステップ（Ｓ２０）後における分割予定ライン１３に対応する位置にあるｐ型ＧａＮ層１９ａの一部とバッファ層１７との合計の厚さＴは、例えば、０．４μｍ以上１μｍ以下である。
０．４μｍは、後述のレーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で生じた熱の影響を低減するための最小の厚さである。また、厚さＴを０．４μｍ以上とすることにより、例えば厚さＴを０μｍとする場合に比べて、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）の反応性イオンエッチングに要する時間を短縮できるので、ＬＥＤチップの生産性を向上させることができる。
また、厚さＴを１μｍ以下とすることにより、後述のレーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）において、厚さＴを構成する光デバイス層１９の一部とバッファ層１７とを確実に変質させることができる。
仮に、厚さＴを１μｍよりも大きくした場合、後述のレーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で、残留した光デバイス層１９の一部とバッファ層１７とを確実には変質させることができなくなる。それゆえ、厚さＴを１μｍ以下とすることが望ましい。
なお、本実施形態の分割溝形成ステップ（Ｓ２０）では、光デバイス層１９の一部とバッファ層１７とを残留させるが、分割溝２７が光デバイス層１９を貫通し、バッファ層１７に達してもよい。この場合、分割溝２７の結晶性基板１１側に光デバイス層１９は残留せず、バッファ層１７のみが残留することとなる。
但し、バッファ層１７のみを残留させる場合にも、バッファ層１７の厚さを０．４μｍ以上１μｍ以下とすることが望ましい。厚さＴを０．４μｍ以上とすることにより、上述の様にレーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で生じた熱の影響を低減でき、且つ、反応性イオンエッチングに要する時間を短縮でき、厚さＴを１μｍ以下とすることにより、上述の様にレーザービームで確実に変質させることができる。
分割溝形成ステップ（Ｓ２０）の後、光デバイス層１９の表面１９ｃに移設部材３１を接合する（移設部材接合ステップ（Ｓ３０））。図４は、移設部材接合ステップ（Ｓ３０）を示す図である。移設部材３１は、光デバイスウェーハ２１と略同等の円盤状の基板であり、例えば、モリブデン(Ｍｏ)、銅(Ｃｕ)等の金属、又は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体から成る。
移設部材接合ステップ（Ｓ３０）では、まず、移設部材３１の裏面３１ｂに厚さが数μｍ程度の接合金属層を形成する。接合金属層は、例えば、金(Ａｕ)、白金（Ｐｔ）、クロム(Ｃｒ)、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属で形成されている。
移設部材３１の裏面３１ｂに接合金属層を形成した後、移設部材３１の裏面３１ｂを所定の力で押し当てることで、光デバイス層１９の表面１９ｃに押し当てる。これにより、移設部材３１の裏面３１ｂを光デバイス層１９に圧着させ、接合金属層を介して光デバイス層１９の表面１９ｃと移設部材３１の裏面３１ｂとが接合された複合基板３３が形成される。
複合基板３３を形成した後、移設部材接合ステップ（Ｓ３０）を終了する。なお、本実施形態では、移設部材３１の裏面３１ｂに接合金属層を形成したが、移設部材３１の裏面３１ｂに代えて、光デバイス層１９の表面１９ｃに接合金属層を形成してもよい。圧着時には、光デバイス層１９又は移設部材３１を接合金属層が溶融する温度程度に加熱してもよい。
移設部材接合ステップ（Ｓ３０）の後、結晶性基板１１の裏面１１ｂ側から、パルスレーザービームを照射する（レーザービーム照射ステップ（Ｓ４０））。図５は、レーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で用いるレーザー加工装置４０を示す図である。なお、図５では、一部の構成要素を機能ブロックで示している。
レーザー加工装置４０は、複合基板３３を吸引して保持するチャックテーブル４２を備える。チャックテーブル４２は、モーター等の回転機構（不図示）と連結されており、Ｚ軸方向に概ね平行な回転軸の周りに回転できる。また、チャックテーブル４２の下方には、テーブル移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル４２は、このテーブル移動機構によってＸ軸方向（加工送り方向）及びＹ軸方向（割り出し送り方向）に移動できる。
チャックテーブル４２の上面の一部は、複合基板３３における移設部材３１の表面３１ａ側を吸引して保持する保持面４２ａとなっている。なお、本実施形態のＸ軸及びＹ軸は、チャックテーブル４２の保持面４２ａに平行であり、Ｚ軸は保持面４２ａに垂直である。
チャックテーブル４２の保持面４２ａは、チャックテーブル４２の内部に形成された吸引路（不図示）等を介してチャックテーブル４２の下部に配置された吸引源（不図示）に接続されている。吸引源の負圧を保持面４２ａに作用させることで、複合基板３３の移設部材３１はチャックテーブル４２で吸引保持される。
また、レーザー加工装置４０は、ロッド状のＮｄ：ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）をレーザー媒質とするレーザー発振器４４を有する。本実施形態のレーザー発振器４４は、波長１０６４ｎｍを有するパルスレーザービームＬ１を外部に出射する。
レーザー発振器４４から出射されたパルスレーザービームＬ１は、レーザー発振器４４に隣接して配置された調整器４６に入射する。調整器４６は、例えば、複数の波長変換結晶を有しており、パルスレーザービームＬ１の周波数を整数倍に変換する機能を有する。
本実施形態の調整器４６は、レーザー発振器４４から出射されたパルスレーザービームＬ１が入射する第１の波長変換結晶と、第１の波長変換結晶から出射されたパルスレーザービームが入射する第２の波長変換結晶とを有する。
第１の波長変換結晶は、パルスレーザービームＬ１の周波数を２倍（即ち、パルスレーザービームＬ１の第２高調波）に変換する。また、第２の波長変換結晶は、第１の波長変換結晶から出射されたパルスレーザービームの周波数を２倍（即ち、パルスレーザービームＬ１の第４高調波）に変換し、パルスレーザービームＬ２として出射する。
つまり、調整器４６は、波長が１０６４ｎｍであるパルスレーザービームＬ１を、波長が２６６ｎｍであるパルスレーザービームＬ２に変換する。パルスレーザービームＬ２は結晶性基板１１を透過する（即ち、結晶性基板１１に対しては透過性を有する）が、バッファ層１７及び光デバイス層１９に対しては吸収される（即ち、結晶性基板１１に対しては吸収性を有する）。
なお、本実施形態におけるパルスレーザービームＬ２の照射条件は下記の通りとした。
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚから２００ｋＨｚ
パルスエネルギー：０．５μＪから１０μＪ
平均出力 ：０．１Ｗから２Ｗ
パルス幅 ：１ｐｓから２０ｐｓ
スポット径 ：１０μｍから５０μｍ
調整器４６で波長が調整されたパルスレーザービームＬ２は、ガルバノスキャナー４８に入射する。ガルバノスキャナー４８は、パルスレーザービームＬ２を反射するＸスキャンミラー５０を有する。Ｘスキャンミラー５０は、反射されるパルスレーザービームＬ２をＸ軸方向に沿って移動させる。
Ｘスキャンミラー５０は、第１の回転軸５０ａの一端に接続されている。第１の回転軸５０ａは、Ｘ軸方向に直交する方向（本実施形態では、Ｚ軸方向）に沿う軸であり、第１の回転軸５０ａの他端は、第１のモーター５０ｂに接続されている。
第１のモーター５０ｂは、一定の角度範囲で往復する様に第１の回転軸５０ａを高速で回転させることにより、Ｘスキャンミラー５０で反射されるパルスレーザービームＬ２をＸ軸方向に沿って高速で移動させることができる。なお、第１のモーター５０ｂの駆動は、制御ドライバ（不図示）により制御される。
Ｘスキャンミラー５０から反射されたパルスレーザービームＬ２は、Ｙスキャンミラー５２に入射する。Ｙスキャンミラー５２は、第２の回転軸５２ａの一端に接続されている。第２の回転軸５２ａは、Ｙ軸方向に直交する方向（本実施形態では、Ｘ軸方向）に沿う軸であり、第２の回転軸５２ａの他端は、第２のモーター５２ｂに接続されている。
第２のモーター５２ｂは、一定の角度範囲で往復する様に第２の回転軸５２ａを高速で回転させることにより、Ｙスキャンミラー５２で反射されるパルスレーザービームＬ２をＹ軸方向に沿って高速で移動させることができる。なお、第２のモーター５２ｂの駆動も、制御ドライバにより制御される。
Ｙスキャンミラー５２で反射されたパルスレーザービームＬ２は、集光器５４に入射する。集光器５４は、テレセントリックｆθレンズ５６を有し、テレセントリックｆθレンズ５６を透過したパルスレーザービームＬ２は、結晶性基板１１の裏面１１ｂに対して垂直に複合基板３３へ出射する。
レーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）では、まず、移設部材３１の表面３１ａ側を保持面４２ａ上に載置する。次に、吸引源の負圧を作用させて、複合基板３３を保持面４２ａで吸引保持する。このとき、移設部材３１が接合された光デバイスウェーハ２１の移設部材３１とは反対側に位置する結晶性基板１１の裏面１１ｂ側が、上方に露出した状態となる。
次に、レーザー発振器４４からパルスレーザービームＬ１を出射させる。パルスレーザービームＬ１は調整器４６でパルスレーザービームＬ２に変換され、更に、ガルバノスキャナー４８で反射される。ガルバノスキャナー４８で反射されたパルスレーザービームＬ２は、テレセントリックｆθレンズ５６を介して結晶性基板１１の裏面１１ｂに垂直に入射する。
ガルバノスキャナー４８は、Ｘ－Ｙ平面をレーザービームＬ２で走査するように、レーザービームＬ２を反射する。ガルバノスキャナー４８は、例えば、Ｘ－Ｙ平面で中心から外側に向かって渦を巻くように、５０ｍｍ／ｓから１００ｍｍ／ｓの移動速度でパルスレーザービームＬ２のスポットを移動させる。
パルスレーザービームＬ２は、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）で分断されずに残った厚さＴを構成するバッファ層１７と光デバイス層１９の一部とに吸収され、バッファ層１７と光デバイス層１９の一部とを変質させる。
なお、本実施形態では、レーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で変質されたバッファ層１７及び光デバイス層１９の一部を剥離層と称する場合がある。本実施形態では、パルスレーザービームＬ２で剥離層を形成するので、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）のエッチングに要する時間を短縮でき、ＬＥＤチップの生産性を向上できる。
バッファ層１７及び光デバイス層１９が窒化ガリウムで形成されている本実施形態では、パルスレーザービームＬ２で変質された窒化ガリウムは、例えば、ガリウム（Ｇａ）金属層と、窒素（Ｎ２）ガスとに分離する。このように、窒化ガリウムにパルスレーザービームＬ２を照射することで、窒化ガリウムは破壊される。
なお、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）で形成した分割溝２７の結晶性基板１１側に接して光デバイス層１９の一部が残留せずバッファ層１７のみが残留する場合に、レーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）では、パルスレーザービームＬ２でバッファ層１７のみを変質（又は破壊）させてもよい。
上述の様に、本実施形態のレーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）では、バッファ層１７、又は、バッファ層１７と光デバイス層１９の一部とで生じた熱の影響を低減できる。また、熱の影響を低減できるので、最終的に製造されるＬＥＤチップのチッピング及びクラックを防ぐことができる。
レーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）の後に、結晶性基板１１を光デバイス層１９から剥離して光デバイス層１９を移設部材３１に移設する（結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０））。図６（Ａ）は、結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０）を示す図である。
結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０）では、剥離装置６０を用いて結晶性基板１１を光デバイス層１９から剥離する。本実施形態の剥離装置６０は、移設部材３１の表面３１ａを保持面６２ａで吸引して保持するチャックテーブル６２を有する。チャックテーブル６２の構造は、上述のチャックテーブル４２と同じであるので詳細な説明を省略する。
また、剥離装置６０は、超音波振動を発生させる発振器６４と、一端が発振器６４に接続された超音波ホーン６６とを有する。発振器６４で発生した超音波振動は、超音波ホーン６６で共振して、発振器６４が接続された一端とは反対側に位置する超音波ホーン６６の先端６６ａに伝達される。
発振器６４で超音波振動を発生させた状態で超音波ホーン６６の先端６６ａを結晶性基板１１の裏面１１ｂに接触させると、上述のレーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で形成した剥離層に先端６６ａから超音波が伝達される。超音波は、例えば２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの周波数を有し、剥離層へ超音波が付与されると、結晶性基板１１と光デバイス層１９との結合状態は解消され、結晶性基板１１は光デバイス層１９から容易に分離可能となる。
剥離装置６０は、更に、結晶性基板１１と光デバイス層１９との結合状態が解消された後に、結晶性基板１１を引き上げる搬送アーム（不図示）を有する。搬送アームの先端には吸着パッド（不図示）が設けられており、吸着パッドは、その先端に位置するパッド面に真空源（不図示）からの負圧を作用させて、結晶性基板１１の裏面１１ｂを吸着できる。
結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０）では、まず、移設部材３１の表面３１ａ側を保持面６２ａ上に載置する。次に、吸引源の負圧を作用させて、移設部材３１の表面３１ａ側を保持面６２ａで吸引保持する。
次に、発振器６４で超音波振動を発生させた超音波ホーン６６の先端６６ａを結晶性基板１１の裏面１１ｂに接触させる。そして、超音波ホーン６６の先端６６ａを、結晶性基板１１における円形の裏面１１ｂの外周に沿って少なくとも一周移動させる。ただし、裏面１１ｂの全面に沿うように先端６６ａを移動させてもよい。
次に、搬送アームの吸着パッドを用いて結晶性基板１１の裏面１１ｂを吸着する。搬送アームを引き上げることにより、結晶性基板１１を光デバイス層１９から剥離する。これにより、光デバイス層１９を移設部材３１に移し替える結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０）を終了する。図６（Ｂ）は、結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０）後の光デバイス層１９及び移設部材３１の断面図である。
図７は、本発明の一態様に係る光デバイスウェーハ２１の加工方法を示すフローチャートである。上述の様に、本実施形態では、レジスト被覆ステップ（Ｓ１０）から結晶性基板剥離ステップ（Ｓ５０）の順に各ステップを実行する。
本実施形態では、分割溝形成ステップ（Ｓ２０）で、バッファ層１７、又は、バッファ層１７と光デバイス層１９の一部とを切断せずに残すのでレーザービーム照射ステップ（Ｓ４０）で、バッファ層１７、又は、バッファ層１７と光デバイス層１９の一部とに生じる熱の影響を低減できる。それゆえ、ＬＥＤチップの不良発生を低減でき、歩留まりを向上させることができる。
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。例えば、ｐ型ＧａＮ層１９ａ及びｎ型ＧａＮ層１９ｂの積層順序は逆でもよい。つまり、バッファ層１７に接してｎ型ＧａＮ層１９ｂを形成し、このｎ型ＧａＮ層１９ｂに接してｐ型ＧａＮ層１９ａを形成してもよい。
また、レジスト膜被覆ステップ（Ｓ１０）を経ることなく、光デバイス層１９により吸収される波長のレーザービームを分割予定ライン１３に沿って光デバイス層１９の表面１９ｃに照射することにより、分割溝２７を形成してもよい。
更に、複合部材３３における移設部材３１の表面３１ａ側に保護テープを貼り付けてもよい。複合部材３３は、この保護テープを介して、チャックテーブル４２の保持面４２ａ又はチャックテーブル６２の保持面６２ａに吸引して保持されてもよい。
１１ 結晶性基板
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１３ 分割予定ライン（ストリート）
１５ 光デバイス
１７ バッファ層
１９ 光デバイス層
１９ａ ｐ型ＧａＮ層
１９ｂ ｎ型ＧａＮ層
１９ｃ 表面
２０ ドライエッチング装置
２１ 光デバイスウェーハ
２２ 真空チャンバ
２３ａ デバイス領域
２３ｂ 外周余剰領域
２４ａ 下部電極
２４ｂ 上部電極
２４ｃ ブロッキングコンデンサ
２５ レジスト膜
２６ 高周波電源
２７ 分割溝
２８ａ ガス導入口
２８ｂ ガス排出口
３１ 移設部材
３１ａ 表面
３１ｂ 裏面
３３ 複合基板
３４ 静電チャック
４０ レーザー加工装置
４２ チャックテーブル
４２ａ 保持面
４４ レーザー発振器
４６ 調整器
４８ ガルバノスキャナー
５０ Ｘスキャンミラー
５０ａ 第１の回転軸
５０ｂ 第１のモーター
５２ Ｙスキャンミラー
５２ａ 第２の回転軸
５２ｂ 第２のモーター
５４ 集光器
５６ テレセントリックｆθレンズ
６０ 剥離装置
６２ チャックテーブル
６２ａ 保持面
６４ 発振器
６６ 超音波ホーン
６６ａ 先端
Ｔ 厚さ
Ｌ１ パルスレーザービーム
Ｌ２ パルスレーザービーム

Claims (3)

  1. 複数の分割予定ラインで区画された複数の領域の各々に光デバイスが設けられた光デバイス層が１枚の円盤状の結晶性基板の表面にバッファ層を介して積層されている光デバイスウェーハの該光デバイス層を、移設部材に移し替える光デバイスウェーハの加工方法であって、
    該光デバイスウェーハの該バッファ層を完全には分断しない分割溝を分割予定ラインに沿って該光デバイス層側に形成する分割溝形成ステップと、
    該分割溝形成ステップの後、該光デバイス層の表面に該移設部材を接合する移設部材接合ステップと、
    該移設部材が接合された光デバイスウェーハの該移設部材とは反対側に位置する該１枚の円盤状の結晶性基板の裏面側から、該１枚の円盤状の結晶性基板に対しては透過性を有し該バッファ層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービームを照射するレーザービーム照射ステップと、
    該レーザービーム照射ステップの後に、超音波振動を利用することで該１枚の円盤状の結晶性基板を該光デバイス層から剥離して該光デバイス層を該移設部材に移設する結晶性基板剥離ステップと、
    を含み、
    該レーザービーム照射ステップでは、該分割溝形成ステップで分断されずに残った該バッファ層と該光デバイス層の一部とを変質させることを特徴とする光デバイスウェーハの加工方法。
  2. 該分割溝形成ステップでは、エッチングにより該分割溝が形成され、
    該分割溝形成ステップの前に、該光デバイス層の該表面側に位置し該分割予定ラインを除く領域を、レジスト膜で被覆するレジスト膜被覆ステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光デバイスウェーハの加工方法。
  3. 該レーザービーム照射ステップで該パルスレーザービームが照射される該バッファ層と該光デバイス層の一部との合計の厚さは、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイスウェーハの加工方法。
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