JP2014195040A - Led素子の製造方法、led素子製造用ウェハ基材およびled素子の製造装置 - Google Patents

Led素子の製造方法、led素子製造用ウェハ基材およびled素子の製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】発光効率の優れたLED素子を従来よりも確実かつ容易に得ることが出来るLED素子の製造方法およびそのための装置を提供する。
【解決手段】それぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンを一方主面上に設けたウェハを、格子状に設けられた分割予定領域にて分割し、個片化することによって、LED素子を製造する方法が、LEDパターン形成前のウェハの分割予定領域に沿ってレーザースクライブを行ってスクライブラインを形成するスクライブ工程と、スクライブ工程を経たウェハの主面にLEDパターンを形成するLEDパターン形成工程と、LEDパターン形成工程を経たウェハをスクライブラインに沿ってブレークすることにより個片化して複数のLED素子を得る個片化工程と、を備えるようにした。
【選択図】図2

Description

本発明は、LED素子の製造方法に関し、基板上にLED素子の単位パターンを2次元的に繰り返し配置してなるパターン付き基板を分割することでLED素子を得るLED素子の製造方法及びそのための装置に関する。
LED素子は、概略、例えばサファイア単結晶などの基板(ウェハ、母基板)上に、GaNなどのIII族窒化物半導体層や金属電極などからなるLED素子の単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるパターン付き基板(LEDパターン付き基板)を、格子状に設けられたストリートと称される分割予定領域にて分割し、個片化(チップ化)する、というプロセスにて製造される。ここで、ストリートとは、分割によってLED素子となる2つの部分の間隙部分である幅狭の領域である。
パターン付き基板は、ウェハの上に、いずれもIII族窒化物からなるバッファ層、n型導電層(n型クラッド層、n型コンタクト層などとも称される)、発光層、p型導電層(p型クラッド層、p型コンタクト層などとも称される)などを積層したうえで、p型導電層の上にp電極、n型導電層を露出させてその露出面にn電極を形成することによって作製される(例えば、特許文献1ないし特許文献3参照)。
また、分割のための手法として、パルス幅がpsecオーダーの超短パルス光であるレーザー光を、個々の単位パルス光の被照射領域が加工予定線に沿って離散的に位置する条件にて照射することにより、加工予定線(通常はストリート中心位置)に沿って分割のための起点を形成する手法が既に公知である(例えば、特許文献4参照)。特許文献4に開示された手法においては、それぞれの単パルス光の被照射領域において形成される加工痕の間で劈開や裂開による亀裂進展(クラック進展)が生じ、係る亀裂に沿って基板を分割する(ブレークする)ことで、個片化が実現される。
また、LED素子の光取り出し効率を向上させる目的で、III族窒化物半導体層を形成する前のウェハの表面に凹凸加工を施したうえでLED素子パターンを形成する態様も公知である(例えば、特許文献2および特許文献3参照)。特許文献2には、フォトリソグラフィープロセスとRIE(Reactive Ion Etching)とを行うことにより、サファイアウェハの表面に凸部が円錐台状となす規則的なパターンを形成してなるPSS(Patterned Sapphire Substrate)を用いる態様が開示されている。特許文献3には、サファイアウェハの表面に蒸着によってNiやPdなどの金属微粒子を離散的に付着させた後、ICP−RIE(誘導結合プラズマ型反応性イオンエッチング:Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching)を行うことにより、ウェハの表面にランダムな三角形状の突起を形成する態様が開示されてなる。
特開平10−200215号公報 特開2012−64811号公報 特開2010−225787号公報 特開2011−131256号公報
特許文献4に開示された手法の場合、個片化は、ウェハ上にLED素子を構成する単位パターンが形成されたパターン付き基板を対象に行われる。個片化の際の亀裂進展は基板面に対して垂直に生じさせるのが理想であるが、従来の手順によれば、分割の際にIII族窒化物半導体層に斜め割れが生じ、ストリート以外の素子構成部分のIII族窒化物半導体層に対してダメージを与えてしまう場合がある。係るダメージは、LED素子の発光効率を低下させることになる。
また、作製対象とされるLED素子によって、チップサイズ、パターン付き基板の層構成(材質、厚みなど)、ストリート幅などはまちまちであり、しかも、分割はそれぞれの層において良好になされる必要があることから、加工の制約が大きく、加工条件の設定が難しいという問題がある。
あるいはさらに、特許文献4に開示された手法は通常、ウェハの単位パターンの形成面とは反対面をレーザー光の被照射面として行われるが、当該被照射面に金属薄膜にてODR(全方位反射器:Omni-Directional Reflector)やDBR(分布ブラッグ反射器:Distributed Bragg Reflector)が設けられてなる場合、良好な分割を行うことが難しいという問題もある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光効率の優れたLED素子を従来よりも確実かつ容易に得ることが出来るLED素子の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、それぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンを一方主面上に設けたウェハを、格子状に設けられた分割予定領域にて分割し、個片化することによって、LED素子を製造する方法であって、前記LEDパターンを形成する前のウェハ基材の前記分割予定領域に沿ってレーザースクライブを行ってスクライブラインを形成するスクライブ工程と、前記スクライブ工程を経た前記ウェハ基材の前記主面にLEDパターンを形成して前記ウェハを得るLEDパターン形成工程と、前記LEDパターン形成工程によって得られた前記ウェハを前記スクライブラインに沿ってブレークすることにより個片化して複数のLED素子を得る個片化工程と、を備えることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載のLED素子の製造方法であって、前記スクライブ工程において前記スクライブラインが形成された前記ウェハ基材の前記主面をエッチングするエッチング工程、をさらに備え、前記LEDパターン形成工程においては、前記エッチング工程においてエッチングされた前記主面に前記LEDパターンを形成する、ことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1に記載のLED素子の製造方法であって、前記スクライブ工程において前記スクライブラインが形成された前記ウェハ基材の前記主面をエッチングして凹凸面を形成するエッチング工程、をさらに備え、前記LEDパターン形成工程においては、前記凹凸面が形成された前記主面に前記LEDパターンを形成する、ことを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のLED素子の製造方法であって、前記スクライブ工程においては、パルス幅がpsecオーダーのパルスレーザー光を前記レーザースクライブに用いる、ことを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項4に記載のLED素子の製造方法であって、前記スクライブ工程においては、前記パルスレーザー光の個々の単パルス光の被照射領域が離散的とされることによって、前記スクライブラインが、互いに離間する複数の加工痕の列として形成される、ことを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のLED素子の製造方法であって、前記スクライブ工程においては、パルス幅がnsecオーダーのパルスレーザー光を前記レーザースクライブに用いる、ことを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項6に記載のLED素子の製造方法であって、前記スクライブ工程においては、前記スクライブラインが連続的に形成される、ことを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項2または請求項3に記載のLED素子の製造方法であって、前記スクライブ工程においては、パルス幅がnsecオーダーのパルスレーザー光を前記レーザースクライブに用い、前記エッチング工程においては、前記ウェハ基材の前記主面をエッチングするとともに前記スクライブラインに沿って形成された変質領域を除去する、ことを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のLED素子の製造方法であって、前記LEDパターン形成工程においては、前記ウェハ基材を加熱することにより前記ウェハ基材に応力を生じさせて前記スクライブラインからの亀裂を進展させる、ことを特徴とする。
請求項10の発明は、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のLED素子の製造方法であって、前記LEDパターンを形成する前の前記ウェハ基材の前記主面にアライメントマークを形成するアライメントマーク形成工程、をさらに備え、前記スクライブ工程においては、前記アライメントマーク形成工程によって前記アライメントマークが形成された前記ウェハ基材の前記分割予定領域に沿って前記レーザースクライブを行う、ことを特徴とする。
請求項11の発明は、それぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンが一方主面上に設けられたうえで、格子状に設けられた分割予定領域にて分割されることによってLED素子が製造される、LED素子製造用のウェハ基材であって、前記ウェハ基材の前記主面が凹凸面であり、かつ、前記分割予定領域に沿って分割する際の位置決めに用いるアライメントマークと、レーザースクライブを行うことにより前記分割予定領域に沿って設けられたスクライブラインと、を前記主面に備えることを特徴とする。
請求項12の発明は、それぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンを一方主面上に設けたウェハを、格子状に設けられた分割予定領域にて分割し、個片化することによって、LED素子を製造するためのLED素子の製造装置であって、前記LEDパターンを形成する前のウェハ基材の前記分割予定領域に沿ってレーザースクライブを行ってスクライブラインを形成するスクライブ手段と、前記スクライブ手段によってスクライブラインを形成した前記ウェハ基材の前記主面にLEDパターンを形成して前記ウェハを得るLEDパターン形成手段と、前記LEDパターン形成手段によって得られた前記ウェハを前記スクライブラインに沿ってブレークすることにより個片化して複数のLED素子を得る個片化手段と、を備えることを特徴とする。
請求項1ないし請求項12の発明によれば、光取り出し効率の優れたLED素子を、従来よりも高い歩留まりで得ることが出来る。
LED素子10の構造を示す模式断面図である。 LED素子10の作製手順を示す図である。 LED素子10の作製途中の様子を模式的に示す断面図である。 ウェハWの表面WaにアライメントマークMが形成された様子を例示する図である。 レーザー加工装置100の構成を例示する図である。 レーザー加工装置100を用いたレーザースクライブについて説明するための図である。 スクライブラインSL1の清浄化について説明するための図である。 エピタキシャル成長の際のウェハWの様子を例示する図である。 ブレーク装置200による個片化の様子について、概略的に示す図である。
<LED素子とその作製手順>
図1は、本実施の形態に係る製法による作製対象であるLED素子10の構造を示す模式断面図である。LED素子10は、サファイア基板1の上に、いずれもGaN、AlNもしくはInN、あるいはこれらの混晶であるIII族窒化物からなる、n型層2と、発光層3と、p型層4とを、この順にエピタキシャル成長させてなるとともに、n型層2の一部を露出させてなる電極形成領域5aにn型電極5を備え、p型層4の上にp型電極6を備えた構成を有する。なお、n型層2、発光層3、およびp型層4はそれぞれ単一層とは限らず、複数の層が積層されることによって構成されていてもよい。例えば、n型層2は、最下層がバッファ層として形成され、該バッファ層の上にコンタクト層やクラッド層などが設けられていてもよい。あるいは、発光層3は、例えば多重量子井戸構造を有するように構成されていてもよい。さらには、p型層4は、クラッド層やコンタクト層などから構成されていてもよい。
また、本実施の形態に係るLED素子10は、光取り出し効率の向上を目的として、サファイア基板1とn型層2との界面が、凹凸面Cとされてなるものとする。
また、サファイア基板1の上述の各層が形成されてなる側の主面とは反対側の主面に、金属薄膜からなるODR(全方位反射器:Omni-Directional Reflector)やDBR(分布ブラッグ反射器:Distributed Bragg Reflector)が設けられる態様であってもよい。
図2は、上述したLED素子10の作製手順を示す図である。また、図3は、LED素子10の作製途中の様子を模式的に示す断面図である。本実施の形態においては、ウェハWの上に、それぞれが1つのLED素子10を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンPTを設けた基板(LEDパターン付き基板)を、格子状に設けられたストリートST(図6参照)と称される分割予定領域にて分割し、個片化(チップ化)する、という、いわゆる多数個取りのプロセスにて製造するものとする。
係る態様にてLED素子10を作製するにあたっては、まず初めに、図3(a)に示すように、ウェハWを用意する(ステップS1)。用意するウェハWの厚みは、380μm〜430μm程度であるのが好適である。そして、係るウェハWの一方の主面(以下、表面とも称する)Waに対し、アライメントマークMを形成する(ステップS2)。
アライメントマークMは、後段の個片化の際のウェハWの位置決めに使用される。図4は、ウェハWの表面WaにアライメントマークMが形成された様子を例示する図である。図4においては、ウェハWの表面Waにおいて、オリフラ(オリエンテーションフラット)OFに平行に2つのアライメントマークM(M1、M2)を離間配置し、かつ、オリフラOFに垂直に2つのアライメントマークM(M3、M4)を離間配置させた場合を例示している。また、個々のアライメントマークMは十字型に形成してなる。ただし、ウェハWにおけるアライメントマークMの配置位置や配置個数、および、アライメントマークMの形状は、これに限られるものではなく、位置決めに適した態様にてアライメントマークMが設けられればよい。
アライメントマークMの形成は、これに続いて行うレーザースクライブに使用するレーザー加工装置100において、つまりはアライメントマークMの形成とレーザースクライブとを連続的に、行うのが好適である。係る場合、アライメントマークMは、レーザー加工による加工痕として形成される。ただし、レーザー加工によるアライメントマークMの形成は必須の態様ではなく、少なくとも個片化の際に利用可能なアライメントマークMを形成可能なものであれば、その形成手段は限定されない。
なお、アライメントマークMの形成およびこれに続くレーザースクライブの際のウェハWの位置決めは、オリフラOFを使用して行う。
アライメントマークMの形成に続いて、レーザースクライブによるスクライブラインSLの形成を行う(ステップS3)。
レーザースクライブは、個片化にあたってブレークの起点となるスクライブラインSLをパターン付き基板に形成する処理である。従来、係るレーザースクライブは、LEDパターンの形成後に行われていたが、本実施の形態においては、レーザースクライブをLEDパターンPTの形成に先行して行う点で特徴的である。
図5は、レーザースクライブに用いるレーザー加工装置100の構成を例示する図である。上述のように、レーザー加工装置100は、アライメントマークMの形成にも用いることが出来る。
レーザー加工装置100は、ウェハWをその上に載置するステージ101と、レーザー加工装置100の種々の動作(観察動作、アライメント動作、加工動作など)を制御するコントローラ110とを主として備え、ステージ101に載置されたウェハWに対し、レーザー光源LSから出射したパルスレーザー光(単にレーザー光とも称する)LBを照射することによって、ウェハWに対し種々の加工を施すことができるように構成されている。
レーザー光源LSとしては、Nd:YAGレーザーを用いるのが好適な態様である。あるいは、Nd:YVOレーザーやその他の固体レーザーを用いる態様であってもよい。さらには、レーザー光源LSは、Qスイッチ付きであることが好ましい。
レーザー光LBのパルス幅は、後述するように、形成しようとするスクライブラインSLの種類によって適宜に定められてよい。例えば、nsecオーダーの値に定められる場合もあれば、psecオーダーの値に定められる場合もある。レーザー光LBの波長は、パルス幅がnsecオーダーの場合、150nm〜563nmの波長範囲に属することが好ましく、なかでもNd:YAGレーザーをレーザー光源LSとする場合は、その3倍高調波(波長約355nm)を用いるのが好適な態様である。一方、パルス幅がpsecオーダーの場合は、上記に例示したレーザーの基本波、2倍波、3倍波のどの波長を用いても良いが、多重反射膜(DBR)が設けられたウェハWを加工対象とする場合は、基本波を用いるのが好適な態様である。また、パルスの繰り返し周波数は10kHz以上200kHz以下であることが好ましい。
レーザー加工装置100の詳細については後述する。
図6は、レーザー加工装置100を用いたレーザースクライブについて説明するための図である。まず、図6(a)は、ウェハWの主面Waの部分拡大図である。より具体的には、図6(a)においては、ウェハWの上にLEDパターンPTが形成された際に、ストリートSTとなる位置を示している。ここで、ストリートSTとは、分割によってLED素子10となる2つの部分の間隙部分である幅狭の領域であり、ウェハWの主面Waの略全面にわたって、格子状に定められる。そして、それぞれのストリートSTの幅方向の略中央位置に、スクライブラインSLが形成される。すなわち、ウェハWには、直交する2方向のそれぞれにおいて互いに平行な複数のストリートSTがあらかじめ設定され、ウェハWは、それぞれのストリートSTのところで、スクライブラインSLに沿って分割される。
図6(a)においては、直交する2方向に延在するストリートSTの一つの交点近傍の位置を破線にて示している。なお、確認的にいえば、実際のウェハWにおいてこのようなストリートSTが設けられているわけではなく、あくまで、パターン設計上、ストリートSTとなる位置が定められているにすぎない。
レーザー加工装置100を用いたスクライブラインSLの形成は、レーザー光LBの被照射位置がストリートSTに沿って移動するように、換言すれば、レーザー光LBによってストリートSTが走査されるように、レーザー光LBの出射源とウェハWとを相対的に移動させることによって、実現される。
ただし、より詳細にいえば、スクライブラインSLの形成態様は大きく2つに大別される。
1つ目は、図6(b)に示すように、ストリートSTに沿った連続的なスクライブラインSL(SL1)を形成する態様である。これは、レーザー光LBによる走査の際に、レーザー加工装置100から出射されるレーザー光LBの個々の単パルス光による加工範囲(概ね個々の単パルス光の被照射領域に相当)を重複させることによって実現される。係る連続的なスクライブラインSL1を形成する場合には、レーザー光LBのパルス幅をnsecオーダーとするのが好適であるが、他の大きさのパルス幅を適用する態様であってもよい。レーザー光LBのパルス幅をnsecオーダーとする場合は、50nsec〜300nsecとするのが好ましい。
なお、連続的なスクライブラインSL1は、図3(b)に示すように断面視V字状をなす加工溝として形成される場合もあれば、断面視V字状の変質領域が形成される(いわば、図3(b)に示す加工溝が変質領域で埋まった状態となる)態様にて形成される場合もある。前者は、レーザー光LBの被照射領域に存在していたサファイアを蒸発・飛散させることで実現され、後者は、レーザー光LBの照射によって当該被照射領域においてサファイアを融解改質させることで実現される。これらは、レーザー光LBの照射条件を違えることによって選択的に実現可能である。また、アライメントマークMを形成する場合も、スクライブラインSL1と同様の加工条件を適用可能である。
一方、2つ目は、図6(c)に示すように、ストリートSTに沿って複数の加工痕Pを離散的に形成する態様である。この場合、厳密にいえば、ストリートSTにはライン状の加工痕が形成されているわけではないが、本実施の形態においては、係る態様での加工痕の列の形成を、離散的なスクライブラインSL(SL2)の形成と称することとする。
離散的なスクライブラインSL2の形成は、レーザー光LBによる走査の際に、レーザー加工装置100から出射されるレーザー光LBの個々の単パルス光の被照射領域を離散させることによって実現される。係る離散的なスクライブラインSL2の形成は、レーザー光LBのパルス幅をpsecオーダーとし、かつ、レーザー光LBの繰り返し周波数と、ウェハWに対する相対移動速度を適宜に調整することによって実現される。レーザー光LBのパルス幅をpsecオーダーとする場合は、2psec〜40psecとするのが好ましい。なお、個片化を良好に実現するには、個々の単パルス光の被照射領域が2μm〜20μm程度離れる条件で加工を行うのが好ましい。
なお、係る態様にて離散的なスクライブラインSL2を形成した場合、それぞれの加工痕Pにおいてはサファイアの溶融・蒸発・飛散が生じるとともに、加工痕P同士の間には、両者を結ぶ亀裂が生じる。
一方、ウェハWの厚み方向においても、スクライブラインSLの下端部から他方主面(以下、裏面とも称する)Wbに向かって亀裂は進展し得るが、スクライブラインSLの形成深さはせいぜい数十μm程度であることから、係る亀裂の進展は通常、ウェハWを分割するまでには至らない。なお、係る厚み方向への亀裂の進展は、連続的なスクライブラインSL1を形成する場合にも起こり得る。
スクライブラインSLの形成に続いて、主面Waに対するエッチングを行う(ステップS4)。係るエッチングは、主面Waを凹凸面Cとするために行う場合と溶融物を取り除く場合がある。ウェハWをPSS(Patterned Sapphire Substrate)とするためにエッチングを行う場合は溶融物を同時にエッチングすることができる。
例えば、凸部とする部分がマスクされるようにレジストマスクを形成した後、RIE(Reactive Ion Etching)を行うことにより、主面Waに規則的な凸部を形成する態様であってもよい。あるいは、主面Waに蒸着によってNiやPdなどの金属微粒子をマスクとして離散的に付着させた後、ICP−RIE(誘導結合プラズマ型反応性イオンエッチング:Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching)を行うことにより、主面Waにランダムな三角形状の突起を形成するようにしてもよい。いずれの場合も、マスクの作製条件およびエッチング条件を適宜に違えることにより、ウェハWの主面Waを種々の形状の凹凸面Cとすることが出来る。
なお、アライメントマークMの形成箇所については、マスクをしてエッチングされないようにする態様であってもよいし、エッチングで消失しない程度にアライメントマークMが形成されてなる場合であれば、係るマスクを行わなくともよい。
図3(c)には、エッチング処理後のウェハWを例示している。なお、図3(c)においては凸部が断面視三角形状となった凹凸面Cを例示しているが、凹凸面の形成態様はこれには限られず、例えば、特許文献1に開示されているように、断面台形状の凸部が形成される態様であってもよい。
なお、ここまでのプロセスを経ることによって、主面Waが凹凸面Cとなっており、かつ、アライメントマークMと、スクライブラインSLが形成されてなるLED素子製造用のウェハWが、得られているともいえる。
なお、nsecオーダーのパルス幅のレーザー光LBにて連続的なスクライブラインSL1を形成していた場合、これらのエッチング処理は、スクライブラインSL1を清浄化させる効果を併せ持つ。図7は、係るスクライブラインSL1の清浄化について説明するための図である。
nsecオーダーのパルス幅のレーザー光LBにて連続的なスクライブラインSL1を形成していた場合、図7(a)に示すように、スクライブラインSLをなす加工溝に、蒸発後に再凝固したサファイアからなる変質領域ARが形成されていることがある。あるいは、融解改質を生じさせる加工条件の場合、スクライブラインSLは断面視V字状の変質領域となっている。これらの変質領域は、主に多結晶やアモルファスのサファイアからなることから、残存するとLED素子10からの光の取り出し効率を低下させる要因となる。しかしながら、これらの変質領域は、ウェハW全体に比して力学的な強度が弱くなっていることから、図7(b)に示すように、上述のような凹凸形成のためのエッチングを行う間に、比較的に容易に蒸発・除去される。結果として、図7(c)に示すように、凹凸面Cが形成された時点では、スクライブラインSLの清浄化が実現されていることになる。
なお、psecオーダーのパルスレーザー光LBによって離散的なスクライブラインSL2を形成する場合は、そもそも、当該スクライブラインSL2をなす加工痕Pにサファイアが残存しにくい。しかしながら、係る場合において、上述のようなエッチングによる清浄化を行うことを除外するものではない。
エッチングが施されて凹凸面Cが設けられたウェハWの主面Waに対し、上述したLEDパターンPTが形成される(ステップS5)。すなわち、n型層2、発光層3、およびp型層4となるIII族窒化物層のエピタキシャル成長と、n型電極5およびp型電極6の形成とが行われる。図3(d)には、ウェハWの凹凸面Cの上にLEDパターンPTが形成されてなる様子を例示している。
III族窒化物層のエピタキシャル成長には、種々の公知のエピタキシャル成長手法を適用することが可能である。例えば、MOCVD(有機金属化学的気相成長)法や、MBE(分子線エピタキシー)法などの手法で行うことが出来る。それぞれの成長手法を用いた場合の実際のエピタキシャル成長条件(ウェハ温度、原料組成、原料ガス流量、原料ガス圧力、成長時間など)は、形成しようとするn型層2、発光層3、およびp型層4の組成や厚みなどに応じて定められる。また、n型電極5およびp型電極6の形成には、蒸着やスパッタなど、種々の薄膜形成手法を好適に用いることができる。電極材料は、Ni,Pd、Pt、Au、Alなどといった種々の金属材料から、適宜に選択されてよい。あるいはさらに、n型電極5およびp型電極6は、相異なる組成の金属層が積層された多層電極として設けられてもよい。なお、n型電極5はLEDパターンPTの形成後、フォトリソグラフィープロセスとエッチングとによって、n型層2の一部を電極形成領域5aとして露出させたうえで行う。
図8は、エピタキシャル成長の際のウェハWの様子を例示する図である。本実施の形態においては、図8(a)に示すような、スクライブラインSLおよび凹凸面Cが形成されたウェハWがエピタキシャル成長処理に供され、図8(b)に示すように、エピタキシャル成長に際してウェハWは加熱される。その際の加熱温度は、形成しようとする層の組成等によって異なるが、概ね600℃〜1200℃程度である。係る態様にてウェハWが加熱されると、図3(d)においては図示を省略していたものの、ウェハWには応力が発生する。そして、係る応力が作用することによって、スクライブラインSLから主面Wbに向けて亀裂CRが進展する。係る亀裂CRの進展は、後段の個片化の際のブレークを容易にする効果がある。なお、係る場合の亀裂の進展も、スクライブラインSLの形成時と同様、ウェハWを分割するまでには至らない。あるいは、このエピタキシャル成長時の加熱による亀裂CRの進展を見越して、スクライブラインSLの形成深さを、LEDパターンPTを形成した後にスクライブラインSLを形成する場合に比して小さくすることも可能である。
レーザースクライブを行った後、ウェハWを裏面Wbの側から所望の厚みにまで研磨(ステップS6)する。
ウェハWの研磨は、化学機械研磨(CMP)で行うのが好適である。研磨の際は、ウェハWが分断されないよう、主面Waの側に保護シートが貼り付けられる。係る研磨によって、380μm〜430μm程度であったウェハWの厚みは、80μm〜200μm程度とされる。図3(e)には、図3(d)に示した破線のところまで研磨を行ったウェハWを例示している。
研磨の終了後、最後に、スクライブラインSLに沿ってブレークすることにより、LEDパターン付き基板を個片化して、図3(f)に示すように、多数のLED素子10を得る(ステップS7)。なお、LED素子10にODRやDBRを設ける場合には、LEDパターンPTの形成後、ブレークの前に、蒸着法などの公知の手法によって、主面Wbに対してODRやDBRとなる金属薄膜を形成すればよい。
図9は、ブレーク装置200による個片化の様子について、概略的に示す図である。ブレーク装置200は、対象物を三点支持の手法にてブレークする装置である。ブレーク装置200は、1つの上側ブレークバー201と、2つの下側ブレークバー202とを備える。上側ブレークバー201は、断面三角形状もしくは断面等脚台形状をなす柱状の部材であり、下側ブレークバー202は、板状の部材である。
個片化の際は、ウェハWの上にLEDパターンPTが形成されたパターン付き基板をLEDパターンPTが下側となるように水平支持し、アライメントマークMによってウェハWの位置決めをした状態で、上側ブレークバー201を主面Wbの上方であってスクライブラインSLの形成位置の直上の位置にスクライブラインSLと平行に配置し、2つの下側ブレークバー202を、LEDパターンPTの下方であってスクライブラインSLの形成位置に対して対称な位置に配置する。そして、上側ブレークバー201をスクライブラインSLの形成位置の直上において主面Wbに当接させるとともに、2つの下側ブレークバー202を、スクライブラインSLに対して対称な状態を保ちつつLEDパターンPTに接触させる。これにより、作用する応力によって、スクライブラインSLから進展していた亀裂が主面Wbにまで到達し、パターン付き基板をスクライブラインSLに沿ってブレークすることが出来る。
係るブレークを、全てのスクライブラインSLに対して行うことで、多数のLED素子10を得ることが出来る。
<レーザースクライブを先行して行うことの作用効果>
上述したように、本実施の形態に係るLED素子の製造方法においては、アライメントマークMを形成したウェハWにレーザースクライブによってスクライブラインSLを形成した後に、エッチングによる凹凸加工と、LEDパターンPTの形成とを行い、その後に個片化を行うようにしている。以下、係る手順にてLED素子を作製することの作用効果について説明する。
第1に、従来のように、LEDパターンPTを形成した後にレーザースクライブを行う場合、レーザー光LBによってLEDパターンPTに対しダメージを与える可能性があったが、本実施の形態の場合、LEDパターンPTが形成されていない状態でレーザースクライブを行うので、LEDパターンPTに対しダメージを与えることがない。
第2に、従来の手順の場合、LEDパターンPTに対するレーザー光LBの影響をできるだけ避けるべく、LEDパターンPTが形成されてなる主面Waとは反対の主面Wbを被照射面としてレーザースクライブを行っていたことから、ブレークの際にスクライブラインSLから進展する亀裂がLEDパターンPTに到達してしまい、ストリートSTではなくLEDパターンPTのところで分割がなされてしまうことがあったが、本実施の形態の場合は、LEDパターンPTの形成前に主面Waの側からレーザースクライブを行うので、LEDパターンPTのところで分割がなされてしまうことがないことから、高い歩留まりでLED素子10を得ることが出来る。
第3に、従来の手順の場合、LEDパターンPTによってストリートSTが幅狭の領域として物理的に区画された状態で該ストリートSTに対してレーザー光LBを照射することになるので、加工条件の制約が大きかったが、本実施の形態の場合、ストリートSTの位置は定まってはいるものの、実際の加工対象はLEDパターンPTの存在しないウェハWであるので、加工条件の設定の自由度が高く、より好適な条件でのレーザースクライブを行うことが出来る。
第4に、上述した従来の手順によって金属薄膜からなるODRやDBRを備えたLED素子を作製することは、該金属薄膜がレーザー光を反射してしまうために困難であったが、本実施の形態の場合、金属薄膜を形成する前にレーザースクライブを行うので、ODRやDBRを備える光取り出し効率の優れたLED素子の作製も、問題なく行うことができる。
第5に、nsecオーダーのパルス幅のレーザー光LBにて連続的なスクライブラインSL1を形成した場合、スクライブラインSL1のところに変質領域が形成されるが、その後のエッチングによってこれが除去されるので、結果として、LED素子の光取り出し効率を向上させることが出来る。
第6に、レーザースクライブ後のLEDパターンの形成の際にウェハWが加熱される際に、スクライブラインSLから亀裂CRが進展することから、スクライブラインSLの形成深さを、従来の手順を採用する場合に比して小さくすることができる。
第7に、アライメントマークの形成、レーザースクライブさらにはエッチングによる凹凸加工を行ったウェハWがLEDパターンPTの形成に供されるので、ウェハを購入してLED素子を製造する製造メーカーが、アライメントマークの形成やレーザースクライブを行う必要がなくなる。これは結果として、LED素子のコストダウンにつながる。
以上の作用効果が得られることで、本実施の形態によれば、光取り出し効率の優れたLED素子を、従来よりも高い歩留まりで得ることが出来る。
<レーザー加工装置の詳細構成>
最後に、図5に示したレーザー加工装置100の詳細な構成について説明しておく。上述のように、レーザー加工装置100は、ウェハWをその上に載置するステージ101と、レーザー加工装置100の種々の動作を制御するコントローラ110とを主として備える。
ステージ101は、移動機構102によって水平方向に移動可能とされてなる。移動機構102は、図示しない駆動手段の作用により水平面内で所定のXY2軸方向にステージ101を移動させる。これにより、レーザー光照射位置の移動などが実現されてなる。なお、移動機構102については、所定の回転軸を中心とした、水平面内における回転(θ回転)動作も、水平駆動と独立に行えるようになっている。
また、レーザー加工装置100においては、図示しない撮像手段を通じて、該ウェハWをレーザー光が照射される側(本実施の形態では主面Wa)から直接に観測する表面観察や、ステージ101に載置された側(本実施の形態では主面Wb)から該ステージ101を介して観察する裏面観察などを行えるようになっている。
ステージ101は、石英など透明な部材で形成されているが、その内部には、主面Wbに粘着保護シートASが貼付されたウェハWを吸着固定するための吸気通路となる図示しない吸引用配管が設けられてなる。吸引用配管は、例えば、ステージ101の所定位置を機械加工により削孔することにより設けられる。
粘着保護シートASが貼付されたウェハWをステージ101の上に載置した状態で、例えば吸引ポンプなどの吸引手段103により吸引用配管に対し吸引を行い、吸引用配管のステージ101載置面側先端に設けられた吸引孔に対し負圧を与えることで、ウェハW(および粘着保護シートAS)がステージ101に固定されるようになっている。
より詳細にいえば、レーザー加工装置100においては、レーザー光源LSからレーザー光LBを発し、図示を省略する鏡筒内に備わるダイクロイックミラー104にて反射させた後、該レーザー光LBを、ステージ101に載置されたウェハWの被加工部位にて合焦するよう集光レンズ105にて集光し、ウェハWに照射する。レーザー光LBは、集光レンズ105を直接の出射源としてウェハWに対し出射される。係るレーザー光LBの照射と、ステージ101の移動とを組み合わせることによって、レーザー光LBをウェハWに対して相対的に走査させつつウェハWの加工を行えるようになっている。
なお、レーザー加工装置100においては、加工処理の際、必要に応じて、合焦位置をウェハWの表面から意図的にずらしたデフォーカス状態で、レーザー光LBを照射することも可能となっている。本実施の形態においては、デフォーカス値(ウェハWの表面から内部に向かう方向への合焦位置のずらし量)を5μm以上40μm以下の範囲に設定するのが好ましい。
レーザー光源LSとしては、Nd:YAGレーザーを用いるのが好適な態様である。あるいは、Nd:YVOレーザーやその他の固体レーザーを用いる態様であってもよい。さらには、レーザー光源LSは、Qスイッチ付きであることが好ましい。
また、レーザー光源LSから発せられるレーザー光LBの波長や出力、パルスの繰り返し周波数、パルス幅の調整などは、コントローラ110の照射制御部123により実現される。加工モード設定データD2に従った所定の設定信号が加工処理部125から照射制御部123に対し発せられると、照射制御部123は、該設定信号に従って、レーザー光LBの照射条件を設定する。
レーザー光LBは、集光レンズ105によって1μm〜10μm程度のビーム径に絞られて照射されることが好ましい。係る場合、レーザー光LBの照射におけるピークパワー密度はおおよそ1GW/cm〜10GW/cmとなる。
なお、レーザー光源LSから出射されるレーザー光LBの偏光状態は、円偏光であっても直線偏光であってもよい。ただし、直線偏光の場合、結晶性被加工材料中での加工断面の曲がりとエネルギー吸収率の観点から、偏光方向が走査方向と略平行にあるように、例えば両者のなす角が±1°以内にあるようにされることが好ましい。また、出射光が直線偏光の場合、レーザー加工装置100は図示しないアッテネータを備えることが好ましい。アッテネータはレーザー光LBの光路上の適宜の位置に配置され、出射されたレーザー光LBの強度を調整する役割を担う。
コントローラ110は、上述の各部の動作を制御し、種々の態様でのウェハWの加工処理を実現させる制御部120と、レーザー加工装置100の動作を制御するプログラム130Pや加工処理の際に参照される種々のデータを記憶する記憶部130とをさらに備える。
制御部120は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものであり、記憶部130に記憶されているプログラム130Pが該コンピュータに読み込まれ実行されることにより、種々の構成要素が制御部120の機能的構成要素として実現される。
具体的には、制御部120は、移動機構102によるステージ101の駆動や集光レンズ105の合焦動作など、加工処理に関係する種々の駆動部分の動作を制御する駆動制御部121と、図示しない撮像手段によるウェハWの撮像を制御する撮像制御部122と、レーザー光源LSからのレーザー光LBの照射を制御する照射制御部123と、吸引手段103によるステージ101へのウェハWの吸着固定動作を制御する吸着制御部124と、与えられた加工位置データD1および加工モード設定データD2に従って加工対象位置への加工処理を実行させる加工処理部125とを、主として備える。
記憶部130は、ROMやRAMおよびハードディスクなどの記憶媒体によって実現される。記憶部130には、ウェハWにおけるスクライブラインSLの形成位置を記述した加工位置データD1が記憶されるとともに、加工態様に応じた、レーザー光の個々のパラメータについての条件やステージ101の駆動条件(あるいはそれらの設定可能範囲)などが記述された加工モード設定データD2が記憶されている。なお、記憶部130は、制御部120を実現するコンピュータの構成要素によって実現される態様であってもよいし、ハードディスクの場合など、該コンピュータとは別体に設けられる態様であってもよい。
なお、レーザー加工装置100に対してオペレータが与える種々の入力指示は、コントローラ110において実現されるGUIを利用して行われるのが好ましい。例えば、加工処理部125の作用により加工処理用メニューがGUIにて提供される。
以上のような構成を有するレーザー加工装置100においては、加工処理部125が、加工位置データD1を取得するとともに選択された加工モードに対応する加工条件を加工モード設定データD2から取得し、当該条件に応じた動作が実行されるよう、駆動制御部121や照射制御部123その他を通じて対応する各部の動作を制御することによって、種々の加工モードでの加工を選択的に行えるようになっている。加工モードは、例えば、加工処理部125の作用によりコントローラ110においてオペレータに利用可能に提供される加工処理メニュー従って選択できるのが好適である。
具体的には、レーザー光源LSからのレーザー光LBの照射条件とステージ101を移動させることによるウェハWに対するレーザー光LBの走査条件の組合せを違えることで、連続的なスクライブラインSL1の形成や離散的なスクライブラインSL2の形成、あるいは、アライメントマークMの形成などといった種々の加工を、適切な加工条件で行えるようになっている。
<変形例>
上述の実施の形態では、アライメントマークの形成後、レーザースクライブやエッチング処理を行っているが、アライメントマークの形成タイミングはこれに限られない。例えば、凹凸面Cを形成するためのエッチングの際に、当該エッチング処理によってアライメントマークを併せて形成するようにしてもよい。
また、オリフラOFを基準としてレーザースクライブを行う場合は、レーザースクライブ以降の工程で、スクライブラインをアライメントマークとして使用することもできるため、アライメントマークを独立して形成しなくてもよい。
LED素子10においてサファイア基板1とn型層2との界面を凹凸面Cとすることは、必須ではない。それゆえ、ステップS5におけるウェハWのエッチングは、必須の態様ではない。ただし、光取り出し効率を高めるという観点からは、当該界面を凹凸面Cとするのが好ましい。
1 サファイア基板
2 n型層
3 発光層
4 p型層
5 n型電極
5a 電極形成領域
6 p型電極
10 LED素子
100 レーザー加工装置
101 ステージ
102 移動機構
103 吸引手段
104 ダイクロイックミラー
105 集光レンズ
110 コントローラ
120 制御部
130 記憶部
200 ブレーク装置
201 上側ブレークバー
202 下側ブレークバー
AR 変質領域
AS 粘着保護シート
C 凹凸面
CR 亀裂
D1 加工位置データ
D2 加工モード設定データ
LB パルスレーザー光(レーザー光)
LS レーザー光源
M、M1、M2、M3、M4 アライメントマーク
OF オリフラ
P 加工痕
PT LEDパターン
SL、SL1、SL2 スクライブライン
ST ストリート
W ウェハ
Wa、Wb (ウェハの)主面

Claims (12)

  1. それぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンを一方主面上に設けたウェハを、格子状に設けられた分割予定領域にて分割し、個片化することによって、LED素子を製造する方法であって、
    前記LEDパターンを形成する前のウェハ基材の前記分割予定領域に沿ってレーザースクライブを行ってスクライブラインを形成するスクライブ工程と、
    前記スクライブ工程を経た前記ウェハ基材の前記主面にLEDパターンを形成して前記ウェハを得るLEDパターン形成工程と、
    前記LEDパターン形成工程によって得られた前記ウェハを前記スクライブラインに沿ってブレークすることにより個片化して複数のLED素子を得る個片化工程と、
    を備えることを特徴とするLED素子の製造方法。
  2. 請求項1に記載のLED素子の製造方法であって、
    前記スクライブ工程において前記スクライブラインが形成された前記ウェハ基材の前記主面をエッチングするエッチング工程、
    をさらに備え、
    前記LEDパターン形成工程においては、前記エッチング工程においてエッチングされた前記主面に前記LEDパターンを形成する、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  3. 請求項1に記載のLED素子の製造方法であって、
    前記スクライブ工程において前記スクライブラインが形成された前記ウェハ基材の前記主面をエッチングして凹凸面を形成するエッチング工程、
    をさらに備え、
    前記LEDパターン形成工程においては、前記凹凸面が形成された前記主面に前記LEDパターンを形成する、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のLED素子の製造方法であって、
    前記スクライブ工程においては、パルス幅がpsecオーダーのパルスレーザー光を前記レーザースクライブに用いる、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  5. 請求項4に記載のLED素子の製造方法であって、
    前記スクライブ工程においては、前記パルスレーザー光の個々の単パルス光の被照射領域が離散的とされることによって、前記スクライブラインが、互いに離間する複数の加工痕の列として形成される、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  6. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のLED素子の製造方法であって、
    前記スクライブ工程においては、パルス幅がnsecオーダーのパルスレーザー光を前記レーザースクライブに用いる、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  7. 請求項6に記載のLED素子の製造方法であって、
    前記スクライブ工程においては、前記スクライブラインが連続的に形成される、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  8. 請求項2または請求項3に記載のLED素子の製造方法であって、
    前記スクライブ工程においては、パルス幅がnsecオーダーのパルスレーザー光を前記レーザースクライブに用い、
    前記エッチング工程においては、前記ウェハ基材の前記主面をエッチングするとともに前記スクライブラインに沿って形成された変質領域を除去する、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  9. 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のLED素子の製造方法であって、
    前記LEDパターン形成工程においては、前記ウェハ基材を加熱することにより前記ウェハ基材に応力を生じさせて前記スクライブラインからの亀裂を進展させる、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  10. 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のLED素子の製造方法であって、
    前記LEDパターンを形成する前の前記ウェハ基材の前記主面にアライメントマークを形成するアライメントマーク形成工程、
    をさらに備え、
    前記スクライブ工程においては、前記アライメントマーク形成工程によって前記アライメントマークが形成された前記ウェハ基材の前記分割予定領域に沿って前記レーザースクライブを行う、
    ことを特徴とするLED素子の製造方法。
  11. それぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンが一方主面上に設けられたうえで、格子状に設けられた分割予定領域にて分割されることによってLED素子が製造される、LED素子製造用のウェハ基材であって、
    前記ウェハ基材の前記主面が凹凸面であり、
    かつ、
    前記分割予定領域に沿って分割する際の位置決めに用いるアライメントマークと、
    レーザースクライブを行うことにより前記分割予定領域に沿って設けられたスクライブラインと、
    を前記主面に備えることを特徴とするLED素子製造用ウェハ基材。
  12. それぞれが1つのLED素子を構成する単位パターンを2次元的に繰り返し形成してなるLEDパターンを一方主面上に設けたウェハを、格子状に設けられた分割予定領域にて分割し、個片化することによって、LED素子を製造するためのLED素子の製造装置であって、
    前記LEDパターンを形成する前のウェハ基材の前記分割予定領域に沿ってレーザースクライブを行ってスクライブラインを形成するスクライブ手段と、
    前記スクライブ手段によってスクライブラインを形成した前記ウェハ基材の前記主面にLEDパターンを形成して前記ウェハを得るLEDパターン形成手段と、
    前記LEDパターン形成手段によって得られた前記ウェハを前記スクライブラインに沿ってブレークすることにより個片化して複数のLED素子を得る個片化手段と、
    を備えることを特徴とするLED素子の製造装置。
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