JP2013258231A - 光デバイスの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 サファイア基板の反りの発生を防止可能な光デバイスの加工方法を提供することである。
【解決手段】 光デバイスの加工方法であって、サファイア基板の表面に複数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、該サファイア基板の表面にエピタキシャル膜を成膜して複数の光デバイスと該光デバイスを区画する交差した複数の分割予定ラインを形成する成膜ステップと、該成膜ステップを実施した後、該エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板を該分割予定ラインに沿って分割して複数の光デバイスを形成する分割ステップと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図2
【解決手段】 光デバイスの加工方法であって、サファイア基板の表面に複数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、該サファイア基板の表面にエピタキシャル膜を成膜して複数の光デバイスと該光デバイスを区画する交差した複数の分割予定ラインを形成する成膜ステップと、該成膜ステップを実施した後、該エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板を該分割予定ラインに沿って分割して複数の光デバイスを形成する分割ステップと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、サファイア基板上にエピタキシャル膜が成膜された光デバイスの加工方法に関する。
窒化ガリウム(GaN)等の窒化物系半導体は、バンドギャップが広く青色系の発光が可能であることから、LED(発光ダイオード)やLD(半導体レーザー)等の製造に広く用いられている。
一般的な窒化ガリウム系発光ダイオードは、サファイア基板上に、緩衝層としてのAlGaN等の窒化ガリウム系のバッファー層を成膜した後、n−GaN層、GaN/InGaN層からなる発光層(MQW:多重量子井戸構造)、p−GaN層を順次積層した構造となっている(特許第3250438号公報参照)。
エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板は、例えば特開2011−044471号公報に開示されるような研削装置で裏面(エピタキシャル膜の反対面)が研削されて所定の厚みに薄化された後、レーザー加工装置や切削装置を用いて個々の光デバイスへと分割される。
ところで、サファイア基板上に窒化ガリウムからなるエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させると、窒化ガリウムとサファイアの熱膨張係数差及び格子定数差に起因して、成膜後のサファイア基板に反りが発生する。反り量は、サファイア基板の直径が大きくなるにつれて大きくなる。
サファイア基板に反りが発生すると、後の工程でサファイア基板の搬送時にサファイア基板を吸引保持できなくなる上、薄化工程や分割工程において、サファイア基板をチャックテーブルで吸引保持する際にサファイア基板が割れてしまう恐れがある。
そこで、エピタキシャル膜成膜後に発生する反りに耐えうる十分な厚み、例えば、2mm以上に予めサファイア基板を形成しておくことが考えられる。しかし、例えば、2mm以上と厚く形成されたサファイア基板を薄化したり分割することは、非常に難しいとともに加工に時間がかかるという問題がある。
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、サファイア基板の反りの発生を防止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、光デバイスの加工方法であって、サファイア基板の表面に複数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、該サファイア基板の表面にエピタキシャル膜を成膜して複数の光デバイスと該光デバイスを区画する交差した複数の分割予定ラインを形成する成膜ステップと、該成膜ステップを実施した後、該エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板を該分割予定ラインに沿って分割して複数の光デバイスを形成する分割ステップと、を備えた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、溝形成ステップでは、成膜ステップで形成される分割予定ラインに整列するようにサファイア基板の表面に溝を形成する。好ましくは、サファイア基板は、φ8インチ以上の直径と1mm以下の厚みを有している。
本発明の加工方法によると、サファイア基板の表面に溝が形成された後エピタキシャル膜が成膜されるため、表面に形成された溝によってサファイアとエピタキシャル膜との熱膨張係数差や格子定数差による応力が解放され、サファイア基板に反りが発生することが防止される。従って、後のハンドリングが容易になるとともに吸引保持する際に破損する恐れを低減できる。
更に、サファイア基板上にエピタキシャル膜を成膜しても反りが生じることが防止できるため、サファイア基板の厚みを例えば1mm以下と薄く設定することができ、容易に基板を薄化したり分割することが可能となる上、研削によって除去する厚みを削減できるため、環境にも易しい。
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、溝形成ステップを示す斜視図が示されている。この溝形成ステップでは、切削装置のチャックテーブル8でサファイア基板13を吸引保持する。サファイア基板13は1mm以下の厚みを有している。
切削装置の切削ユニット10は、スピンドルハウジング12中に収容された図示しないモータにより回転駆動されるスピンドル14と、スピンドル14の先端部に装着された切削ブレード16とを含んでいる。
この溝形成ステップでは、切削ブレード16を矢印A方向に高速回転させながらサファイア基板13の表面13aに所定深さ切り込み、チャックテーブル8を矢印X1方向に加工送りすることにより、所定深さの溝18をサファイア基板13の表面13aに形成する。
第1の方向に伸長する溝18をサファイア基板13の表面13aの全面に渡るように複数本形成した後、チャックテーブル8を所定角度(例えば70度〜90度)回転した後、第2の方向に伸長する同様な溝18をサファイア基板13の表面13aに形成する。溝18同士の間隔は任意である。要するに、サファイア基板13の表面13aの全面に満遍なく溝18が形成されていれば良い。
溝形成ステップを実施した後、図2及び図3に示すように、サファイア基板13の表面13aにエピタキシャル膜15を成膜して複数の光デバイス19を区画する複数の分割予定ライン17を格子状に形成する(成膜ステップ)。
好ましくは、溝形成ステップで形成する溝18は、後の成膜ステップで成膜するエピタキシャル膜15に形成される分割予定ライン17に整列するような位置に形成する。この場合、成膜ステップでは、図3に示すように、格子状に形成する分割予定ライン17が溝形成ステップで形成された溝18に沿うようにエピタキシャル膜15を成膜する。
サファイア基板13の表面上に複数の光デバイス19及びこれらの光デバイス19を区画する交差する複数の分割予定ライン17を有するエピタキシャル膜15を成膜して形成された光デバイスウエーハ11は、エピタキシャル膜15を有する表面11aと、サファイア基板13が露出する裏面11bを有している。
本発明の成膜ステップでは、サファイア基板13の表面13aに複数の溝18が形成された後、エピタキシャル膜15が成膜されるため、溝18によってサファイア基板13とエピタキシャル膜15との熱膨張係数差や格子定数差による応力が解放され、成膜後に反りが発生することがない。
成膜ステップを実施した後、レーザービームを使用した分割起点形成ステップを実施する。この分割起点形成ステップの第1実施形態では、サファイア基板13に対して吸収性を有する波長を使用して、図4に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル20で光デバイスウエーハ11の表面11a側を吸引保持し裏面11bを露出させる。
レーザー加工装置のレーザービーム照射ユニット22は、ハウジング24中に収容された図5に示すレーザービーム発生ユニット26と、ハウジング24の先端に装着された集光器(レーザー加工ヘッド)28とから構成される。30は通常の撮像素子及び赤外線撮像素子を有する撮像ユニットである。
レーザービーム発生ユニット26は、図5に示すように、YAGレーザー又はYVO4レーザーを発振するレーザー発振器32と、繰り返し周波数設定手段34と、パルス幅調整手段36と、パワー調整手段38とを含んでいる。
レーザービーム発生ユニット26のパワー調整手段38により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、ケーシング24の先端に取り付けられた集光器28のミラー40で反射され、更に集光用対物レンズ42によって集光されてチャックテーブル20に保持されている光デバイスウエーハ11に照射される。
図4に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル20で光デバイスウエーハ11を吸引保持した後、撮像ユニット30の赤外線撮像素子で光デバイスウエーハ11をその裏面11b側から撮像し、分割予定ライン17に対応する領域を検出するアライメントを実施する。このアライメントには、よく知られたパターンマッチングの手法を利用する。
アライメント実施後、集光器28から光デバイスウエーハ11に対して吸収性を有する波長のレーザービームを光デバイスウエーハ11の裏面11b側から照射して、分割予定ライン17に沿ってアブレーション加工により分割起点となるレーザー加工溝21を形成する。
チャックテーブル20をY軸方向に順次割り出し送りしながら、光デバイスウエーハ11の第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿ってアブレーション加工によりレーザー加工溝21を形成する。
次いで、チャックテーブル20を90度回転して、第1の方向に直交する第2の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿ってアブレーション加工により同様なレーザー加工溝21を形成する。
このレーザー加工溝形成ステップの加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 :LD励起Qスイッチ Nd:YAG
波長 :355nm(YAGレーザーの第3高調波)
パルスエネルギー :35μJ
集光スポット径 :10μm
パルス幅 :180ns
繰り返し周波数 :180kHz
加工送り速度 :60mm/秒
溝深さ :20μm
波長 :355nm(YAGレーザーの第3高調波)
パルスエネルギー :35μJ
集光スポット径 :10μm
パルス幅 :180ns
繰り返し周波数 :180kHz
加工送り速度 :60mm/秒
溝深さ :20μm
分割起点形成ステップの第2実施形態では、サファイア基板13に対して透過性を有する波長(例えば1064nm)のレーザービームをサファイア基板13の内部に集光点を合わせて、光デバイスウエーハ11の裏面11b側から照射して、サファイア基板13の内部に分割起点としての改質層を形成する。次いで、この改質層を分割起点として光デバイスウエーハ11を個々の光デバイスチップに分割する。
他の実施形態として、切削ブレード16による切削溝を光デバイスウエーハ11の裏面11bに形成後、切削溝を分割起点として光デバイスウエーハ11を個々の光デバイスチップに分割するようにしてもよい。或いは、切削ブレードやレーザービームによる光デバイスウエーハ11のフルカット(完全切断)でもよい。
図4に示すレーザー加工溝21を形成する分割起点形成ステップ実施後、光デバイスウエーハ11を個々の光デバイスチップに分割する分割ステップを実施する。この分割ステップを実施する前に、図6に示すように、光デバイスウエーハ11の表面11aにエピタキシャル層15を保護するための接触防止シート23を配設する。
分割ステップでは、所定間隔離間した一対の支持台46の間にレーザー加工溝21が位置するように光デバイスウエーハ11を支持台46上に位置付けて搭載し、鋭角先端部48aを有する楔形状の分割バー48を矢印A方向に移動して、光デバイスウエーハ11の裏面11bに分割バー48を押圧することにより、レーザー加工溝21を分割起点に光デバイスウエーハ11を割断する。分割バー48の駆動は、例えばエアシリンダ等により行う。
一本のレーザー加工溝21に沿った割断が終了すると、光デバイスウエーハ11を横方向に1ピッチ分移動して、次のレーザー加工溝21を一対の支持台46の中間部分に位置付け、分割バー48を駆動して次のレーザー加工溝21を分割起点に光デバイスウエーハ11を割断する。
第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿っての分割が終了すると、光デバイスウエーハ11を90度回転して、第1の方向に伸長する分割予定ライン17に直交する第2の方向に伸長する分割予定ライン17を同様に分割する。これにより、光デバイスウエーハ11が個々の光デバイスチップに分割される。
上述した説明では、一対の支持台46及び分割バー48が横方向に固定で、光デバイスウエーハ11が横方向に移動するものとしたが、光デバイスウエーハ11を静止状態で保持し、支持台46及び分割バー48を横方向に1ピッチずつ移動させるようにしてもよい。
11 光デバイスウエーハ
13 サファイア基板
15 エピタキシャル膜
16 切削ブレード
17 分割予定ライン
18 溝
19 光デバイス
21 レーザー加工溝
26 レーザービーム発生ユニット
28 集光器
46 支持台
48 分割バー
13 サファイア基板
15 エピタキシャル膜
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26 レーザービーム発生ユニット
28 集光器
46 支持台
48 分割バー
Claims (3)
- 光デバイスの加工方法であって、
サファイア基板の表面に複数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、該サファイア基板の表面にエピタキシャル膜を成膜して複数の光デバイスと該光デバイスを区画する交差した複数の分割予定ラインを形成する成膜ステップと、
該成膜ステップを実施した後、該エピタキシャル膜が成膜されたサファイア基板を該分割予定ラインに沿って分割して複数の光デバイスを形成する分割ステップと、
を備えたことを特徴とする光デバイスの加工方法。 - 前記溝形成ステップでは、前記成膜ステップで形成される該分割予定ラインに整列するように該サファイア基板の表面に溝が形成される請求項1記載の光デバイスの加工方法。
- 前記サファイア基板は、φ8インチ以上の直径と1mm以下の厚みを有する請求項1又は2記載の光デバイスの加工方法。
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