TWI655043B

TWI655043B - Method for processing light-emitting element wafer

Info

Publication number: TWI655043B
Application number: TW104136020A
Authority: TW
Inventors: 大島龍司
Original assignee: 日商迪思科股份有限公司
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2019-04-01
Also published as: KR20160068660A; CN105679708A; TW201628741A; JP2016107368A

Abstract

本發明之課題為在旋削光元件晶圓的透光性成型樹脂時，將旋削後之成型樹脂層表面的平坦度維持在高水準，且追求旋削部磨損量之抑制及加工之高速化。本發明是一種光元件晶圓的加工方法，具有：第1旋削步驟，是使具有切削部之車刀在光元件晶圓的該透光性成型樹脂旋轉並起作用，以對透光性成型樹脂進行粗旋削，該切削部是由含有鑽石之燒結體所形成；及第2旋削步驟，是接著第1旋削步驟，使具有鑽石單結晶的切削部之車刀旋轉並起作用，以旋削透光性成型樹脂而將透光性成型樹脂精加工成為預期厚度。

Description

發光元件晶圓的加工方法

發明領域

本發明是有關於一種被覆有樹脂之光元件晶圓的加工方法。

發明背景

生產白色LED等時，於光元件晶圓上的發光層的表面上，進行含有提高光特性之螢光材料粒子等之透光性成型樹脂之成型。之後，為了除去LED等之發色差異，有必要對透光性成型樹脂層作旋削以進行樹脂層表面之平坦化。此旋削步驟是使具有鑽石切削部之車刀對光元件晶圓旋轉並起作用，以對發光層表面上之透光性成型樹脂全面地旋削以使其平坦化，將透光性成型樹脂精加工成為預期之厚度。而且，可用於此旋削之車刀之切削部，一般來說使用單結晶的鑽石(例如，參見專利文獻1)。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本發明專利公開2012-114366號公報

發明概要

透光性成型樹脂層由於有必要進行用於平坦化之旋削步驟，因此在成型階段，使其具有某程度之厚度(例如1mm左右)而形成。而且，為了使光元件晶圓上的電極等露出，必需將該厚的透光性成型樹脂層旋削至預定之厚度(例如約100μm左右)。然而，此旋削需要長時間，且，用於旋削之切削部也隨著旋削時間而磨損，因此有必要頻繁地交換切削部。因此，只使用單結晶鑽石之切削部進行之旋削，有成本高的問題。

對此，本發明之目的在於旋削光元件晶圓的透光性成型樹脂時，可維持旋削後之成型樹脂層表面的平坦度等之加工品質，且可抑制旋削部之磨損量，並追求加工之高速化。

為達成上述目的，本發明是一種光元件晶圓的加工方法，是發光層上形成有複數個光元件且該發光層的表面上被覆有提高光特性之透光性成型樹脂的光元件晶圓的加工方法，其特徵在於具有：第1旋削步驟，是使具有切削部之車刀在光元件晶圓的該透光性成型樹脂旋轉並起作用，以旋削該透光性成型樹脂而對該透光性成型樹脂進行粗旋削，前述切削部是由含有鑽石之燒結體所形成；及第2旋削步驟，是接著該第1旋削步驟，使具有鑽石單結晶的切削部之車刀在光元件晶圓的該透光性成型樹脂旋轉並起作用，以旋削該透光性成型樹脂而將該透光性成型樹脂精加工成為預期厚度。

前述鑽石中宜有添加硼。

本發明中，對光元件晶圓的透光性成型樹脂層，先以由含有鑽石之燒結體所形成之切削部進行粗略的旋削(第1旋削步驟)，接著以由鑽石單結晶所構成之切削部進行用以提高平坦度等之精密的旋削(第2旋削步驟)，以使透光性成型樹脂層之表面高精度地平坦化，且可抑制具有單結晶鑽石切削部之車刀之磨損量進而減少成本。

又，藉由對鑽石添加硼，可對切削部附加優異的固體潤滑性及散熱性。藉此，可在第1旋削步驟及/或第2旋削步驟中更滑順地旋削透光性成型樹脂層，而可提高旋削速度。另外，也可抑制第1旋削步驟及/或第2旋削步驟中使用之車刀的磨損。

1‧‧‧光元件晶圓

10‧‧‧藍寶石基板

11‧‧‧發光層

12‧‧‧光元件

S‧‧‧切割道

120‧‧‧p型半導體層

121‧‧‧n型半導體層

122‧‧‧凸部

123‧‧‧凸部

13‧‧‧透光性成型樹脂

130‧‧‧螢光材料粒子

2‧‧‧旋削裝置

3‧‧‧基座

4‧‧‧旋削單元

40‧‧‧轉軸

41‧‧‧驅動機構

42‧‧‧車刀輪

43‧‧‧車刀

43a‧‧‧車刀

43b‧‧‧車刀

430‧‧‧柄部

431‧‧‧切削部

432‧‧‧螺絲

433‧‧‧螺孔

434‧‧‧基台

435‧‧‧切刀片

435a‧‧‧由燒結體鑽石所構成之切刀片

435b‧‧‧由鑽石的單結晶所構成之切刀片

436‧‧‧孔

5‧‧‧切入進給件

50‧‧‧滾珠螺桿

51‧‧‧導軌

52‧‧‧馬達

53‧‧‧可動板

7‧‧‧工作夾台

90‧‧‧自動機

91‧‧‧洗淨件

92‧‧‧晶圓匣

93‧‧‧晶圓匣

94‧‧‧定位機構

95‧‧‧裝載臂

96‧‧‧卸載臂

97‧‧‧操作部

100‧‧‧正向方向

101‧‧‧反向方向

T‧‧‧膠帶

F‧‧‧環狀框

Z1‧‧‧位置

Z2‧‧‧位置

圖1是光元件晶圓之表面側的立體圖。

圖2是旋削加工前之光元件晶圓的部分放大截面圖。

圖3是顯示用於旋削加工之旋削裝置的一實施形態的立體圖。

圖4是車刀之分解立體圖。

圖5是顯示旋削光元件晶圓之狀態的側面圖。

圖6是顯示旋削光元件晶圓之狀態的平面圖。

圖7是第1旋削步驟中的光元件晶圓及車刀的部分放大截面圖。

圖8是第2旋削步驟中的光元件晶圓及車刀的部分放大截面圖。

圖9是第2旋削步驟後的光元件晶圓及車刀的部分放大截面圖。

用以實施發明之形態

如圖1所示，光元件晶圓1的表面側是構成為在藍寶石基板10上積層氮化鎵或氮化鋁等發光層11。發光層11形成有複數的光元件12，而光元件12被之後藉由切削加工等所切斷之切割道S區隔形成為格子狀。

又，如圖1及2所示，光元件12具有積層在藍寶石基板10上之p型半導體層120、積層於p型半導體層120上之n型半導體層121、將從p型半導體層120凸出之正電極部以例如金來進行鍍敷而成之凸部122、將從n型半導體層凸出之負電極部以例如金來進行鍍敷而成之凸部123。另外，光元件晶圓1的表面被覆有透光性成型樹脂13，該透光性成型樹脂13是由加入例如以環氧樹脂為主成分之二氧化矽充填材等之熱硬化性成形材料所構成，光元件12也是由透光性成型樹脂13成型。透光性成型樹脂13中，含有例如會發出綠色、紅色的螢光，且該等螢光可發出白光的螢光材料粒子130。

圖1及圖2所示之光元件晶圓1是藉由磨削透光性成型樹脂13之上表面而形成為預期之厚度。透光性成型樹脂13上表面之磨削是使用例如圖3所示之旋削裝置2。此旋削裝置2具有：配設於基座3上且可在前後方向(Y軸方向)上移動之工作夾台7、配設於基座3之後部側之旋削單元4、使旋削單元4沿Z軸方向上下移動之切入進給件5。

切入進給件5具有：具Z軸方向之軸心之滾珠螺桿50、與滾珠螺桿50平行地配設且上下延伸之一對導軌51、使滾珠螺桿50旋動之馬達52、及內部之螺帽與滾珠螺桿螺合而底部與導軌51滑動接觸之可動板53。切入進給件5構成為在馬達52使滾珠螺桿50旋動時，隨之令可動板53由導軌51引導而在Z軸方向上下移動。可動板53安裝有旋削單元4，隨著可動板53之上下移動，令旋削單元4沿Z軸方向作切入進給。

旋削單元4具有：轉軸40、使轉軸40旋轉之驅動機構41、可裝卸地安裝於轉軸40底面之圓柱狀的車刀輪42、及可裝卸地安裝於車刀輪42底面之車刀43。旋削單元4是受到對配設在基座3前部之操作部97輸入之資訊控制。

如圖4所示，車刀43例如具有：略直方體形狀的柄部430、可裝卸地安裝在形成於柄部430之凹部上，而具有對應該凹部形狀的切削部431、螺絲432、及供螺絲432螺合之螺孔433。切削部431是由板狀的基台434、於基台434長度方向之一端部以鍍錫銀等焊接的切刀片435所構成。又，基台434長度方向之一端部設有供螺絲432通過之孔436，使通過基台之孔436的螺絲432螺合於柄部430之螺孔433，以將切削部431固定於柄部430之凹部。車刀43之種類包含：用於後述第1旋削步驟，具有由燒結體鑽石所構成之切刀片的類型，該燒結體鑽石是將鑽石之粉末與金屬黏合劑等以高溫高壓合成法燒結固化而成、及用於後述第2旋削步驟，具有由鑽石之單結晶所構成之切刀片的類型。

又，關於由燒結體鑽石所構成之切刀片及/或由單結晶鑽石所構成之切刀片，可以是於鑽石中添加了硼的摻硼鑽石。藉此，與由未添加硼之鑽石所構成之切刀片相比，變得具有更優異之固體潤滑性及散熱性。添加硼之鑽石例如可以使用如日本專利特表2006-502955號公報中記載的公知方法來製造。

如圖3所示，旋削裝置2之基座3的前部配設有：第一晶圓匣92，是收容旋削加工前的晶圓；第二晶圓匣93，是收容旋削加工後的晶圓；自動機90，是從第一晶圓匣92搬出旋削加工前的晶圓，及將旋削加工後的晶圓搬入第二晶圓匣；洗淨件91，是洗淨旋削加工後的晶圓；定位機構94，是將自第一晶圓匣92搬出之晶圓定位在預定之位置；裝載臂95，是將晶圓從定位機構94搬送至工作夾台7；及卸載臂96，是將旋削加工後的晶圓從工作夾台7搬送至洗淨件91。

以下，使用圖3及圖5~9，說明圖1及2所示之光元件晶圓1的加工方法。又，圖5及6中是簡略化顯示圖3及4中所示的裝置等。旋削裝置2中，首先圖3所示之自動機90從第一晶圓匣92中搬出一枚光元件晶圓1(參見圖1及圖2)，使光元件晶圓1移動至定位機構94。接著，於定位機構94中將光元件晶圓1定位在預定的位置之後，裝載臂95使定位機構94上的光元件晶圓1載置於工作夾台7。接著，光元件晶圓1由工作夾台7吸引保持。

光元件晶圓1由工作夾台7所保持之後，開始第1旋削步驟。第1旋削步驟中，具有車刀43a之旋削單元4藉由切入進給件5被設定在預定的高度。車刀43a是具有由燒結體鑽石所構成之切刀片435a的類型，該燒結體鑽石是將鑽石之粉末與金屬黏合劑等以高溫高壓合成法燒結固化而成。又，在此所述之預定的高度，如圖7所示，是指由燒結體鑽石所構成之切刀片435a下端在Z軸方向上的位置Z1位在比凸部122之上端更上方時的旋削單元4的高度。另外，以鑽石中添加了硼之摻硼鑽石之燒結體所形成之切刀片435a，與未添加硼之場合相比，具有更優異之固體潤滑性及散熱性。因此，可提高第1旋削步驟中的旋削速度，而可更加抑制由燒結體鑽石所構成之切刀片435a的磨損量。

此狀態下，驅動機構41使轉軸40旋轉。接著，如圖5~7所示，使工作夾台7朝向旋削單元4，沿著Y軸方向之正向方向(forward direction)100移動，使車刀43a對含有螢光材料粒子130之透光性成型樹脂13切入進行粗旋削。旋削是進行到凸部122及123不露出之位置Z1為止。又，轉軸40之旋轉數可以在1500rpm至2500rpm之範圍間作選擇，而車刀43a的切入量可以在1μm至100μm之範圍間作選擇，工作夾台7往Y軸方向之進給速度可以在3mm/秒至10mm/秒之範圍間作選擇。

圖8所示之第1旋削步驟結束後之透光性成型樹脂13之表面，與圖7所示之旋削加工前之透光性成型樹脂13之表面相比，其表面之凹凸變為較小。

第1旋削步驟結束之後，暫時停止轉軸40之旋轉，以圖3所示之切入進給件5使旋削單元4離開光元件晶圓1。又，使工作夾台7朝反向方向(backward direction)101移動回到原本之位置。接著，作業者將車刀43a交換為車刀43b。車刀43b是具有由鑽石之單結晶所構成之切刀片435b的類型。

將車刀43a交換為車刀43b之作業結束之後，開始第2旋削步驟。第2旋削步驟中，具有車刀43b之旋削單元4藉由切入進給件5被設定在預定的高度。在此所述之預定的高度，如圖8所示，是指由鑽石之單結晶所構成之切刀片435b的下端在Z軸方向上的位置Z2位在比凸部123之上端更下方時的旋削單元4之高度。

此狀態下，如圖5所示，驅動機構41使轉軸40旋轉。接著如圖5、6及8所示，使工作夾台7沿Y軸方向之正向方向100移動，並使車刀43b對含有螢光材料粒子130之透光性成型樹脂13切入進行旋削至位置Z2為止。此時，凸部122及123也一起被旋削。另外，轉軸40之旋轉數可以在1500rpm至2500rpm之範圍間作選擇，車刀43b的切入距離可以在1μm至100μm之範圍間作選擇，工作夾台7往Y軸方向之進給速度可以在3mm/秒至10mm/秒之範圍間作選擇。

圖9所示之第2旋削步驟結束後之透光性成型樹脂13的表面，與第1旋削步驟結束後之透光性成型樹脂13的表面相比，表面的凹凸變得更少且凸部122及123之頂部也都露出。又，第2旋削步驟中，由於使用由鑽石單結晶所構成之切刀片435b，因此結束後之透光性成型樹脂13表面之平坦度成為1μm以下。

與將鑽石粉末與金屬黏合劑等以高溫高壓合成法燒結固化且鑽石均一地分散之燒結體鑽石相比，單結晶鑽石之單價雖高但由於不受黏合材料等之影響所以在硬度或耐熱性上較優異。因此，在旋削加工時，在使用具有由鑽石之單結晶所構成之切刀片435b的車刀43b的場合，與使用具有由燒結體鑽石所構成之切刀片435a的車刀43a的場合中，前者更能提高透光性成型樹脂層13表面之平坦度。而如上述，於第1旋削步驟以車刀43a對透光性成型樹脂層13進行粗旋削，接著於第2旋削步驟以車刀43b進行精密之旋削，最終便可將透光性成型樹脂層13之表面作高精度之平坦化，同時抑制由鑽石之單結晶所構成之切刀片435b之磨損量，進而有助於減少成本。

第2旋削步驟結束之後，以圖3所示之切入進給件5使旋削單元4離開光元件晶圓1。又，使工作夾台7朝反向方向101移動回到原本之位置。之後，卸載臂96使加工後的光元件晶圓1從工作夾台7移動至洗淨件91。而且，在洗淨件91中將光元件晶圓1洗浄之後，自動機90將加工後的光元件晶圓1收納於第二晶圓匣93。

另外，本發明不受上述實施形態所限定。例如，也可以對収納在第一晶圓匣92之全部光元件晶圓1都進行第1旋削步驟並收容於任意晶圓匣収納之後，再從該任意晶圓匣中取出光元件晶圓1，且將車刀43a交換為車刀43b，而進行第2旋削步驟。

又，也可以使用一台具有粗旋削單元及精加工旋削單元的旋削裝置，該粗旋削單元，具有由鑽石燒結體所構成之切刀片，且該精加工旋削單元具有由單結晶鑽石所構成之切刀片。此時，在工作夾台保持光元件晶圓，使用構成粗旋削單元之切刀片實施第1旋削步驟之後，於裝置內移動工作夾台，然後使用構成精加工旋削單元之切刀片實施第2旋削步驟。

另外，也可以構造成各別有著具有由鑽石燒結體所構成之切刀片的粗旋削用之裝置，及具有由單結晶鑽石所構成之切刀片的精加工旋削用之裝置，使用粗旋削用之裝置實施第1旋削步驟，將第1旋削步驟結束後之光元件晶圓收容在晶圓匣等中，再搬送至精加工旋削用之裝置，然後實施第2旋削步驟。

Claims

一種光元件晶圓的加工方法，是發光層上形成有複數個光元件且該發光層的表面上被覆有提高光特性之透光性成型樹脂的光元件晶圓的加工方法，其特徵在於具有：第1旋削步驟，是使具有切削部之車刀在光元件晶圓的該透光性成型樹脂旋轉並起作用，以旋削該透光性成型樹脂而對該透光性成型樹脂進行粗旋削，前述切削部是由含有鑽石之燒結體所形成；及第2旋削步驟，是接著該第1旋削步驟，使具有鑽石單結晶的切削部之車刀在光元件晶圓的該透光性成型樹脂旋轉並起作用，以旋削該透光性成型樹脂而將該透光性成型樹脂精加工成為預期厚度。
如請求項1之光元件晶圓的加工方法，其中前述鑽石中有添加硼。