TWI578561B - Processing of optical components - Google Patents

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TWI578561B
TWI578561B TW102117880A TW102117880A TWI578561B TW I578561 B TWI578561 B TW I578561B TW 102117880 A TW102117880 A TW 102117880A TW 102117880 A TW102117880 A TW 102117880A TW I578561 B TWI578561 B TW I578561B
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Takashi Okamura
Taro Arakawa
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Disco Corp
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Description

光元件之加工方法 發明領域
本發明關於一種光元件及光元件之加工方法。
發明背景
雷射二極體(LD)或發光二極體(LED)等之光元件之製造製程，是製造在藍寶石或碳化矽等所形成之晶體成長用基板之上面藉由例如磊晶式成長積層了具有複數光元件之發光層(磊晶層)的光元件晶圓。
LD、LED等光元件形成於已設定為格子狀之分割預定線所區劃之各領域，藉由將光元件晶圓沿著分割預定線分割而單片化，來製造各個光元件晶片。
以往，用來做為沿分割預定線分割光元件晶圓的方法，已知有沿分割預定線對晶圓照射具有吸收性之波長之脈衝雷射光束以形成雷射加工溝，並藉由於晶圓賦予外力來以雷射加工溝為分割起點斷開光元件晶圓的方法(參考特開平10-305420號公報)。
另一方面，亦提案有為了使光元件之亮度提升，將對光元件晶圓具有透過性之波長之脈衝雷射光束於 晶圓之內部聚合聚光點並照射而於內部形成沿分割預定線之改質層，藉由於該改質層強度降低之分割預定線賦予外力以分割光元件晶圓之方法(例如參考特開2008-006492號公報)。
先行技術文獻 專利文獻
【專利文獻1】特開平10-305420號公報
【專利文獻2】特開2008-006492號公報
發明概要
LED等光元件為求取更高之亮度，需要提升光之取出效率。習知之光元件之加工方法，將雷射光束對光元件晶圓大致垂直入射，並且以雷射加工溝或改質層為分割起點將光元件晶圓分割為各個光元件晶片，因此光元件晶片之側面為對形成於表面之發光層大至垂直地加工，而使光元件形成為長方體形狀。
因此，由發光層射出之光於側面全反射之比例會增加，而全反射反覆之中最後於光元件晶片之內部消耗殆盡之比例會增加。
本發明有鑒於這樣的問題點而作成者，其目的為提供一種可提升光之取出效率之光元件及光元件之加工方法。
根據請求項1記載之發明，提供一種光元件，包 含具有發光層之四角形之表面、與該表面平行之四角形之背面、及連結該表面與該背面之第1至第4側面，第1側面由該表面之垂直線傾斜第1角度，與該第1側面相對面之第2側面由該垂直線傾斜第2角度，並且第3側面由該垂直線傾斜第3角度，與該第3側面相對面之第4側面由該垂直線傾斜第4角度。
較佳為使光元件由表面至背面之剖面形狀為平行四邊形或梯形。較佳為使第1至第4角度均為同一角度。
根據請求項5所記載之發明，提供一種光元件之加工方法，為請求項1~4中任一項記載之光元件的加工方法，包含下列步驟：晶圓準備步驟，準備光元件晶圓，該光元件晶圓於表面具有發光層，且在設定有複數交叉分割預定線且以該分割預定線區劃之該發光層的各領域分別具有光元件；傾斜面設定步驟，於光元件晶圓設定與該光元件之前述第1至第4側面對應之複數傾斜面；及雷射加工步驟，在已實施該傾斜面設定步驟後，將對光元件晶圓具有吸收性之波長之雷射光束沿該傾斜面照射形成沿著該傾斜面之雷射加工溝。
較佳為光元件之加工方法更具有在已實施前述雷射加工步驟後，於光元件晶圓賦予外力將光元件晶圓分割成個別之光元件的分割步驟。
根據本發明之光元件，由於使第1至第4側面由相對於發光層之垂直線傾斜第1至第4角度，因此可減少於 光元件之側面進行全反射之光，而可達到提升光之取出效率的目的。
8‧‧‧雷射加工裝置
10‧‧‧夾頭台
11‧‧‧光元件晶圓
11A-11A、11B-11B‧‧‧剖面線
11a‧‧‧(光元件晶圓之)表面
11b‧‧‧(光元件晶圓之)背面
12‧‧‧雷射光線照射單元
13‧‧‧藍寶石基板
15‧‧‧發光層(磊晶層)
16‧‧‧殼體
17‧‧‧分割預定線
17a‧‧‧分割預定線17之中心
18‧‧‧雷射光束產生單元
19、33、35、37、39‧‧‧光元件
20‧‧‧聚光器(雷射頭)
21‧‧‧傾斜面
22‧‧‧雷射振盪器
23‧‧‧雷射光束照射線
24‧‧‧反覆頻率設定機構
26‧‧‧脈衝寬度調整機構
27‧‧‧雷射加工溝
28‧‧‧功率調整機構
29‧‧‧符號
30‧‧‧鏡
31a~31d‧‧‧第1~第4改質層
32‧‧‧聚光用物鏡
33c、35c、37c、39c‧‧‧第1側面
33d、35d、37d、39d‧‧‧第2側面
33e、35e、37e‧‧‧第3側面
33f、35f、37f‧‧‧第4側面
34‧‧‧拍攝單元
36‧‧‧支持台
38‧‧‧分割條
θ 1~θ 4‧‧‧第1角度~第4角度
A、B‧‧‧箭頭
F‧‧‧環狀框
T‧‧‧切割膠帶
圖1為光元件晶圓之表面側透視圖。
圖2為說明傾斜面設定步驟之光元件晶圓之剖面圖。
圖3為顯示光元件晶圓保持步驟之透視圖。
圖4為說明雷射加工步驟之透視圖。
圖5為雷射光束照射單元之方塊圖。
圖6為顯式雷射加工步驟之光元件晶圓之剖面圖。
圖7為顯式分割步驟之光元件晶圓之剖面圖。
圖8(A)~(C)為顯示改質層形成步驟之光元件晶圓之剖面圖。
圖9為顯示分割步驟之光元件晶圓之剖面圖。
圖10為本發明之第1實施型態之光元件之透視圖。
圖11(A)為圖10之11A-11A線剖面圖；圖11(B)為圖10之11B-11B線之剖面圖。
圖12為本發明之第2實施型態之光元件之透視圖。
圖13(A)為圖12之13A-13A線之剖面圖；圖13(B)為圖12之13B-13B線剖面圖。
圖14(A)為倒梯形之光元件之沿著第1切斷線剖面圖；圖14(B)為沿著與第1切斷線正交之第2切斷線之剖面圖。
圖15為另外其他實施型態之光元件之剖面圖。
用以實施發明之形態
以下，就本發明之實施型態參考圖式加以詳細說明。參考圖1，為顯示光元件晶圓11之表面側透視圖。光元件晶圓11構成為於藍寶石基板13上積層有氮化鎵(GaN)等發光層(磊晶層)15。光元件晶圓11具有積層有發光層15之表面11a、及露出藍寶石基板13之背面11b。
藍寶石基板13具有例如100μm之厚度，發光層15具有例如5μm之厚度。於發光層15藉由設定成格子狀之分割預定線(街線；street)區劃形成LED等複數光元件19。
本發明之光元件之加工方法，於如上述準備光元件晶圓11之後，實施傾斜面設定步驟，該傾斜面設定步驟係於光元件晶圓11設定與應該形成之光元件之側面之傾斜角度對應的複數傾斜面。
該傾斜面設定步驟，如圖2所示，係由應該形成之光元件19之側面之傾斜角度、及光元件晶圓11之厚度，來將從分割預定線17之中心17a朝背面11b畫出預定角度之傾斜面21時的傾斜面21與背面11b之交點位置23設定為雷射光束照射線。
接著，在與分割預定線17之延長方向正交的方向算出雷射光束照射線23由分割預定線17之中心17a偏移多少。又，以下將該偏移之距離稱為偏位(offset)距離。偏位距離事先與光元件晶圓11之分割預定線17之中心間距離(索引量)一起記憶於雷射加工裝置8之記憶體。
實施傾斜面設定步驟後，如圖3所示，於雷射加工裝置8之夾頭台10透過切割膠帶T吸引保持光元件晶圓 11，並使光元件晶圓11之背面11b露出。接著，將貼合有切割膠帶T之外周部之環狀框F以省略圖示之夾鉗夾住並固定。
雷射光線照射單元12由收容於殼體16中之圖5所示之雷射光束產生單元18、以及可旋動地安裝於殼體16之前端部之聚光器(雷射頭)20所構成。
34為具有顯微鏡及CCD等一般拍攝元件或更甚者紅外線拍攝元件的拍攝單元。光元件晶圓11構成為於藍寶石基板13上積層發光層15，由於藍寶石基板13為透明故以一般之拍攝元件可由光元件晶圓11之背面11b側拍攝形成於表面11a之分割預定線17。
本發明之光元件之加工方法，係以拍攝單元34將光元件晶圓11由其背面11b側拍攝，並實施使分割預定線17與聚光器(雷射頭)20朝X軸方向對齊之校準。
該校準步驟，將光元件晶圓11之分割預定線17與雷射加工裝置8之聚光器20朝X軸方向對齊，在檢測出朝第1方向延長之分割預定線17並將其Y座標值儲存於記憶體後，將夾頭台10旋轉90度，接著檢測出朝與第1方向正交之第2方向延長之分割預定線17，並將其Y座標值儲存於記憶體。
實施校準後，實施雷射加工步驟，該雷射加工步驟，係將對光元件晶圓11具有吸收性之波長之雷射光束沿著由分割預定線17剛好偏離偏位距離之位置之晶圓背面11b之雷射光束照射線23且遵循傾斜面27進行照射，以 形成沿著傾斜面21之雷射加工溝27。
雷射光線照射單元12之雷射光束產生單元18如圖5所示，包含有可振盪YAG雷射或者YVO4雷射之雷射振盪器22、反覆頻率設定機構24、脈衝寬度調整機構26、及功率調整機構28。
藉由雷射光束產生單元18之功率調整機構28調整成預定功率之脈衝雷射光束，係於可旋動地安裝於殼體16之前端之聚光器20之鏡30反射，並進而藉由聚光用物鏡32聚光照射於保持在夾頭台10之光元件晶圓11。
實施該雷射加工步驟時，如圖6所示，使聚光器20旋動到與傾斜面21成為平行為止，而由聚光器20將已調整為預定功率之脈衝雷射光束照射至光元件晶圓11之背面11b，而沿著傾斜面21形成預定深度之雷射加工溝27。
一面將夾頭台10朝Y軸方向分度輸送索引量，一面對應朝第1方向延長之所有分割預定線17沿著傾斜面21形成雷射加工溝27。接下來，將夾頭台10進行90度旋轉，再對應朝與第1方向正交之第2方向延長之所有分割預定線17形成沿著傾斜面21之雷射加工溝27。
該雷射加工步驟之加工條件，例如如下述設定。
光源：LD激化Q開關Nd：YAG雷射
波長：355nm(YAG雷射之第3諧波)
平均輸出：2W
加工輸送速度：100mm/秒
實施雷射加工步驟後，實施對光元件晶圓11賦 予外力將光元件晶圓11分割為各個光元件之分割步驟。該分割步驟係如例如圖7所示，係以使傾斜之雷射加工溝27位於隔著預定間隔之一對支撐台36之間的方式將光元件晶圓11之背面11b定位搭載於支持台36上。
接著，使具有銳角前端部之楔形之分割條38朝箭頭A方向移動，藉由將分割條38按壓於形成在光元件晶圓11之表面11a之分割預定線17，可以雷射加工溝27作為分割起點如符號29所示割斷光元件晶圓11。分割條38之驅動係以例如氣缸等進行。
另一方面，當沿雷射加工溝27之割斷結束時，則將光元件晶圓11朝橫方向移動1間距分，而使下個雷射加工溝27定位於一對支持台36之中間部分，並驅動分割條38以下個雷射加工溝27為分割起點割斷光元件晶圓11。
當沿著朝第1方向延伸之所有分割預定線17的分割結束時，將光元件晶圓11旋轉90度，沿著朝與第1方向延長之分割預定線17正交之朝第2方向延長之分割預定線17進行同樣的分割。藉此，將光元件晶圓11分割為各個光元件晶片。
上述之說明中，一對支持台36及分割條38於橫方向固定，並且光元件晶圓11朝橫方向移動，但亦可將光元件晶圓11保持為靜止狀態，而使支持台36及分割條38朝橫方向一次移動1間距。
接著，參考圖8，就本發明之第2實施型態之雷射加工步驟之改質層形成步驟加以說明。該改質層形成步 驟首先如圖8(A)所示，將雷射光束之聚光點定位於傾斜面21上之表面11a附近，由光元件晶圓11之背面11b將對光元件晶圓11具有透過性之波長之雷射光束，由朝第1方向延長之分割預定線17朝Y方向遠離預定距離進行照射，而於光元件晶圓11之內部形成第1改質層31a。
接著，如圖8(B)所示，將雷射光束之聚光點緩緩朝背面11b側移動，沿著傾斜面21形成第2改質層31b、第3改質層31c及第4改質層31d。
接著，將夾頭台10朝Y軸方向分度輸送1間距，沿著與下個分割預定線17對應之傾斜面21形成同樣之第1至第4改質層31a~31d。
形成改質層之雷射加工條件，如例如下述設定。
光源：LD激化Q開關Nd：YAG雷射
波長：1064nm
平均輸出：0.1~0.2W
加工輸送速度：600mm/秒
沿與所有分割預定線17對應之傾斜面21實施改質層形成步驟後，如圖9所示，以使第1改質層31a位於隔著預定間隔之一對支持台36之間的方式，將光元件晶圓11定位搭載於支持台36上，使具有銳角前端部之楔形之分割條38朝箭頭A方向移動，藉由將分割條38按壓至光元件晶圓11之背面11b，可以改質層31a~31d為分割起點將光元件晶圓11如符號29所示割斷。
當沿著具有改質層31a~31d之一系列傾斜面21 之割斷結束後，將光元件晶圓11朝箭頭B方向移動1間距分，使下個改質層31a定位於一對支持台36之中間部分，驅動分割條38以改質層31a~31d為分割起點割斷光元件晶圓11。
參考圖10，則其顯示了藉由前述實施型態之光元件之加工方法所形成之第1實施型態之LED等之光元件33之透視圖。光元件33構成為於藍寶石基板13上積層發光層15。圖11(A)為圖10之11A-11A之剖面圖，圖11(B)為圖10之11B-11B之剖面圖。
光元件33包含有具有發光層15之四角形之表面33a、露出藍寶石基板13之四角形之背面33b、及連結表面33a與背面33b之第1至第4側面33c~33f。背面33b與表面33a大致平行。
如圖11(A)所示，第1側面33c對表面33a之垂直線傾斜第1角度θ 1，與第1側面33c相對面之第2側面33d對表面33a之垂直線傾斜第2角度θ 2。
進而，如圖11(B)所示，第3側面33e對表面33a之垂直線傾斜第3角度θ 3，與第3側面33e相對面之第4側面33f對表面33a之垂直線傾斜第4角度θ 4。
例如，本實施型態之光元件33第1角度θ 1至第4角度θ 4均為同一角度，此情況中，光元件33之表面33a至背面33b之剖面形狀(縱剖面形狀)會呈平行四邊形。例如，將θ 1~θ 4設為30度。亦可將θ 1~θ 4分別設定為不同角度。
參考12圖，則其顯示本發明之第2實施型態之光元件35之透視圖。圖13(A)為圖12之13A-13A線剖面圖，圖13(B)為圖12之13B-13B剖面圖。
光元件35包含有具有發光層15之四角形之表面35a、與表面35a大致平行地形成且露出藍寶石基板13之四角形之背面35b、以及連結表面35a與背面35b之第1至第4側面35c~35f。
如圖13(A)所示，第1側面35c對表面35a之垂直線傾斜第1角度θ1，與第1側面35c相對面之第2側面35d對表面35a之垂直線傾斜第2角度θ2。
進而，如圖13(B)所示，第3側面35e對表面35a之垂直線傾斜第3角度θ3，與第3側面35e相對面之第4側面35f對表面35a之垂直線傾斜第4角度θ4。
在此，當第1至第4角度θ1~θ4均為同一角度時，光元件35之縱剖面之形狀(由表面35a至背面35b之剖面形狀)為梯形。亦可設定使第1至第4角度θ1~θ4為均相異之角度。
參考圖14，則其顯示本發明之第3實施型態之光元件37之縱剖面圖。本實施型態之光元件37包含有具有發光層15之四角形之表面37a、與表面37a大致平行且露出藍寶石基板13之四角形之背面37b、及連結表面37a與背面3b之第1至第4側面37c~37f。
如圖14(A)所示，第1側面37c對表面37a之垂直線傾斜第1角度θ1，與第1側面37c相對面之第2側面37d對表 面37a之垂直線傾斜第2角度θ 2。
進而，如圖14(B)所示，第3側面37e對表面37a之垂直線傾斜第3角度θ 3，與第3側面37e相對面之第4側面37f對表面37a之垂直線傾斜第4角度θ 4。
當第1至第4角度θ 1~θ 4均為同一角度時，光元件37之縱剖面為倒梯形。當然亦可設定使第1角度至第4角度θ 1~θ 4分別為相異之角度。
參考圖15，則其顯示本發明之第4實施型態之光元件39之縱剖面圖。光元件39包含有具有發光層15之四角形之表面39a、與表面39a大致平行且露出藍寶石基板13之四角形之背面39b、以及連結表面39a與背面39b之側面。
由圖15可明確得知，第1側面39c對表面39a之垂直線傾斜第1角度θ 1，與第1側面39c相對面之第2側面39d對表面39a之垂直線傾斜與第1角度θ 1不同之第2角度θ 2。第3側面與第4側面雖未圖示，但亦可使第3側面傾斜第3角度θ 3，使第4側面傾斜與第3角度θ 3不同之第4角度θ 4。
11A-11A、11B-11B‧‧‧剖面線
13‧‧‧藍寶石基板
15‧‧‧發光層
33‧‧‧光元件
33a‧‧‧表面
33c‧‧‧第1側面
33f‧‧‧第4側面

Claims (1)

  1. 一種光元件之加工方法，前述光元件包含具有發光層之四角形之表面、與該表面平行之四角形之背面、及連結該表面與該背面之第1至第4側面，且該第1至第4側面從該表面之垂直線彼此傾斜相同角度，並且從前述表面到前述背面的截面形狀為平行四邊形，前述光元件的加工方法的特徵在於包含下列步驟：晶圓準備步驟，準備光元件晶圓，該光元件晶圓於表面具有發光層，且在設定有複數交叉分割預定線且以該分割預定線區劃之該發光層的各領域分別具有光元件；傾斜面設定步驟，於光元件晶圓設定與該光元件之前述第1至第4側面對應之複數傾斜面；雷射加工步驟，在已實施該傾斜面設定步驟後，將對光元件晶圓具有吸收性之波長之雷射光束沿該傾斜面照射而形成沿著該傾斜面之雷射加工溝；及分割步驟，在已實施前述雷射加工步驟後，於光元件晶圓賦予外力而將光元件晶圓分割成個別之光元件。
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