JP2015204367A - 光デバイスウエーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エピタキシー基板の裏面を鏡面に加工することなくレーザー光線をエピタキシー基板の裏面から効率よく透過させてバッファー層を破壊することができる光デバイスウエーハの加工方法を提供する。
【解決手段】エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの加工方法であって、光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合材を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、バッファー層破壊工程を実施した後に、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離して光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、バッファー層破壊工程を実施する前に、エピタキシー基板の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程を実施する。
【選択図】図６
【解決手段】エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの加工方法であって、光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合材を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、バッファー層破壊工程を実施した後に、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離して光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、バッファー層破壊工程を実施する前に、エピタキシー基板の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程を実施する。
【選択図】図６
Description
本発明は、サファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替える光デバイスウエーハの加工方法に関する。
光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板や炭化珪素基板等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介してGaN（窒化ガリウム）またはINGaP（インジウム・ガリウム・リン）若しくはALGaN（アルミニウム・窒化ガリウム）で構成されるn型半導体層およびp型半導体層からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割することにより個々の光デバイスを製造している（例えば、特許文献１参照）。
また、光デバイスの輝度を向上させる技術として、光デバイスウエーハを構成するサファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して積層されたn型半導体層およびp型半導体層からなる光デバイス層をAuSn（金錫）等の接合材を介してモリブデン（Mo）、銅(Cu)、シリコン(Si)の移設基板に接合し、エピタキシー基板の裏面側からエピタキシー基板を透過しバッファー層で吸収される波長のレーザー光線を照射してバッファー層を破壊し、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離することにより、光デバイス層を移設基板に移し替えるリフトオフと呼ばれる製造方法が下記特許文献２に開示されている。
而して、上述したリフトオフは、エピタキシー基板に対して透過性を有するとともにバッファー層（GaNの吸収端：３６５nm）に対して吸収性を有する波長のレーザー光線をエピタキシー基板の裏面側から照射してバッファー層を破壊することによって実施される。
しかるに、レーザー光線をエピタキシー基板の裏面から効率よく透過させてバッファー層を破壊するには、エピタキシー基板の裏面を研磨して凹凸（梨地面）のない鏡面に加工する必要があり、生産性が悪いという問題がある。
しかるに、レーザー光線をエピタキシー基板の裏面から効率よく透過させてバッファー層を破壊するには、エピタキシー基板の裏面を研磨して凹凸（梨地面）のない鏡面に加工する必要があり、生産性が悪いという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、エピタキシー基板の裏面を鏡面に加工することなくレーザー光線をエピタキシー基板の裏面から効率よく透過させてバッファー層を破壊することができる光デバイスウエーハの加工方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの加工方法であって、
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合材を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、
光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該バッファー層破壊工程を実施した後に、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離して光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
該バッファー層破壊工程を実施する前に、エピタキシー基板の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程を実施する、
ことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法が提供される。
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合材を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、
光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該バッファー層破壊工程を実施した後に、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離して光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
該バッファー層破壊工程を実施する前に、エピタキシー基板の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程を実施する、
ことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法が提供される。
上記エピタキシー基板はサファイア基板からなり、バッファー層破壊工程において用いるレーザー光線の波長は紫外線波長帯であり、上記樹脂被覆工程において用いる樹脂はメチルペンテンポリマーである。
本発明による光デバイスウエーハの加工方法においては、光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程を実施する前に、エピタキシー基板の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程が実施され、エピタキシー基板の裏面に凹凸があっても樹脂の被覆によって平坦化されているので、エピタキシー基板の裏面を鏡面に加工することなくレーザー光線をエピタキシー基板の裏面から効率よく透過させてバッファー層を破壊することができる．従って、エピタキシー基板の裏面を研磨して鏡面に加工する必要がないので、生産性を向上させることができる。
以下、本発明によるリフトオフ方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１の(a)および(b)には、本発明によるリフトオフ方法によって移設基板に移し替えられる光デバイス層が形成された光デバイスウエーハの斜視図および要部拡大断面図が示されている。
図１の(a)および(b)に示す光デバイスウエーハ２は、直径が５０mmで厚みが６００μmの円板形状であるサファイア基板からなるエピタキシー基板２１の表面２１aにn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２がエピタキシャル成長法によって形成されている。なお、エピタキシー基板２１の表面にエピタキシャル成長法によってn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２を積層する際に、エピタキシー基板２１の表面２１aと光デバイス層２２を形成するn型窒化ガリウム半導体層２２１との間には窒化ガリウム(GaN)からなる厚みが例えば１μmのバファー層２３が形成される。このように構成された光デバイスウエーハ２は、図示の実施形態においては光デバイス層２２の厚みが例えば１０μmに形成されている。なお、光デバイス層２２は、図１の(a)に示すように格子状に形成された複数のストリート２２３によって区画された複数の領域に光デバイス２２４が形成されている。
図１の(a)および(b)に示す光デバイスウエーハ２は、直径が５０mmで厚みが６００μmの円板形状であるサファイア基板からなるエピタキシー基板２１の表面２１aにn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２がエピタキシャル成長法によって形成されている。なお、エピタキシー基板２１の表面にエピタキシャル成長法によってn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２を積層する際に、エピタキシー基板２１の表面２１aと光デバイス層２２を形成するn型窒化ガリウム半導体層２２１との間には窒化ガリウム(GaN)からなる厚みが例えば１μmのバファー層２３が形成される。このように構成された光デバイスウエーハ２は、図示の実施形態においては光デバイス層２２の厚みが例えば１０μmに形成されている。なお、光デバイス層２２は、図１の(a)に示すように格子状に形成された複数のストリート２２３によって区画された複数の領域に光デバイス２２４が形成されている。
上述したように光デバイスウエーハ２におけるエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離して移設基板に移し替えるためには、光デバイス層２２の表面２２aに移設基板を接合する移設基板接合工程を実施する。即ち、図２の(a)、(b)および(c)に示すように、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aに、厚みが１ｍｍの銅基板からなる移設基板３を金錫（AuSn）からなる接合材４を介して接合する。なお、移設基板３としてはモリブデン(Mo)、銅(Cu)、シリコン(Si)等を用いることができ、また、接合材４としてはAuSn（金錫）、金(Au)、白金(Pt)、クロム(Cr)、インジウム(In)、パラジウム(Pd)等を用いることができる。この移設基板接合工程は、エピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aまたは移設基板３の表面３aに上記接合材を蒸着して厚みが３μm程度の接合金属層を形成し、この接合金属層と移設基板３の表面３aまたは光デバイス層２２の表面２２aとを対面させて圧着することにより、光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合材を介して接合して複合基板２００を形成する。
次に、エピタキシー基板２１の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程を実施する。この樹脂被覆工程の第１の実施形態について、図３を参照して説明する。
即ち、図３の(a)および(b)に示すように複合基板２００を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１bに、ポリオレフィン系のメチルペンテンポリマーからなる樹脂フィルム５を被覆する。なお、メチルペンテンポリマーからなる樹脂フィルムとしては、三井化学東セロ（株）が製造販売する商品名：オピュラン（登録商標）を用いることができる。このようにしてエピタキシー基板２１の裏面２１bにポリオレフィン系のメチルペンテンポリマーからなる樹脂フィルム５を被覆したならば、図３の(c)に示すように樹脂フィルム５をヒーター６によって５０℃程度に加熱することにより、エピタキシー基板２１の裏面２１bの凹凸を吸収させ平坦化する。
なお、樹脂フィルムとしては、ナガセケムテックス（株）または日東電工（株）が提供するエポキシ系樹脂からなるNCF(non-conductive film)を用いることができる。NCF(non-conductive film)は、UV（波長：２５７．５nm）における吸収が少なくUV透過性が良いので、本発明の上記樹脂被覆工程にける樹脂フィルムとして利用することができる。
即ち、図３の(a)および(b)に示すように複合基板２００を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１bに、ポリオレフィン系のメチルペンテンポリマーからなる樹脂フィルム５を被覆する。なお、メチルペンテンポリマーからなる樹脂フィルムとしては、三井化学東セロ（株）が製造販売する商品名：オピュラン（登録商標）を用いることができる。このようにしてエピタキシー基板２１の裏面２１bにポリオレフィン系のメチルペンテンポリマーからなる樹脂フィルム５を被覆したならば、図３の(c)に示すように樹脂フィルム５をヒーター６によって５０℃程度に加熱することにより、エピタキシー基板２１の裏面２１bの凹凸を吸収させ平坦化する。
なお、樹脂フィルムとしては、ナガセケムテックス（株）または日東電工（株）が提供するエポキシ系樹脂からなるNCF(non-conductive film)を用いることができる。NCF(non-conductive film)は、UV（波長：２５７．５nm）における吸収が少なくUV透過性が良いので、本発明の上記樹脂被覆工程にける樹脂フィルムとして利用することができる。
次に、エピタキシー基板２１の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４の(a)および(b)に示すように複合基板２００を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１b中央部にレーザー光線を透過する樹脂溶液５０を所定量滴下して塗布することにより樹脂層５１を形成する。
図４の(a)および(b)に示すように複合基板２００を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１b中央部にレーザー光線を透過する樹脂溶液５０を所定量滴下して塗布することにより樹脂層５１を形成する。
上述したようにエピタキシー基板２１の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程を実施したならば、移設基板３が接合された光デバイスウエーハ２のエピタキシー基板２１の裏面側からバファー層２３にエピタキシー基板２１に対しては透過性を有しバファー層２３に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バファー層２３を破壊するバッファー層破壊工程を実施する。このバッファー層破壊工程は、図５に示すレーザー加工装置７を用いて実施する。図５に示すレーザー加工装置７は、被加工物を保持するチャックテーブル７１と、該チャックテーブル７１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段７２を具備している。チャックテーブル７１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図５において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図５において矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
上記レーザー光線照射手段７２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング７２１を含んでいる。ケーシング７２１内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング７２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器７２２が装着されている。なお、レーザー光線照射手段７２は、集光器７２２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。
上記レーザー加工装置７を用いてバッファー層破壊工程を実施するには、図５に示すようにチャックテーブル７１の上面（保持面）に上記複合基板２００の移設基板３側を載置する。そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル７１上に複合基板２００を吸着保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル７１上に保持された複合基板２００は、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１bに被覆された樹脂フィルム５または樹脂層５１が上側となる。このようにチャックテーブル７１上に複合基板２００を吸引保持したならば、図示しない加工送り手段を作動してチャックテーブル７１を図６の（ａ）で示すようにレーザー光線照射手段７２の集光器７２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、一端（図６の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段７２の集光器７２２の直下に位置付ける。そして、図６の（b）で示すように集光器７２２から照射されるパルスレーザー光線のデフォーカス状態のスポット(S)をバファー層２３に合わせる。次に、レーザー光線照射手段７２を作動して集光器７２２からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル７１を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図６の（c）で示すようにレーザー光線照射手段７２の集光器７２２の照射位置にエピタキシー基板２１の他端（図６の（c）において右端）が達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル７１の移動を停止する。このレーザー光線照射工程をバファー層２３の全面に対応する領域に実施する。
なお、上記バッファー層破壊工程は、集光器７２２をエピタキシー基板２１の最外周に位置付け、チャックテーブル７１を回転しつつ集光器７２２を中心に向けて移動することによりバファー層２３の全面にパルスレーザー光線を照射してもよい。
なお、上記バッファー層破壊工程は、集光器７２２をエピタキシー基板２１の最外周に位置付け、チャックテーブル７１を回転しつつ集光器７２２を中心に向けて移動することによりバファー層２３の全面にパルスレーザー光線を照射してもよい。
上記バッファー層破壊工程は、例えば以下の加工条件で実施される。
〈加工条件：１〉
光源 ：エキシマレーザー
波長 ：２４８ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：０．０８W
パルス幅 ：１０ns
スポット径 ：４００μｍ
デフォーカス ：１．０（エピタキシー基板２１の裏面にレーザー光線の集
光点を位置付けた状態で集光器７２２を１mmエピタキシ
ー基板２１に近付ける。）
加工送り速度 ：２０ｍｍ／秒
〈加工条件：２〉
光源 ：YAGレーザー
波長 ：２５７ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：０．１２W
パルス幅 ：１００ps
スポット径 ：７０μｍ
デフォーカス ：１．０（エピタキシー基板２１の裏面にレーザー光線の集
光点を位置付けた状態で集光器７２２を１mmエピタキシ
ー基板２１に近付ける。）
加工送り速度 ：６００ｍｍ／秒
〈加工条件：１〉
光源 ：エキシマレーザー
波長 ：２４８ｎｍ
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平均出力 ：０．０８W
パルス幅 ：１０ns
スポット径 ：４００μｍ
デフォーカス ：１．０（エピタキシー基板２１の裏面にレーザー光線の集
光点を位置付けた状態で集光器７２２を１mmエピタキシ
ー基板２１に近付ける。）
加工送り速度 ：２０ｍｍ／秒
〈加工条件：２〉
光源 ：YAGレーザー
波長 ：２５７ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：０．１２W
パルス幅 ：１００ps
スポット径 ：７０μｍ
デフォーカス ：１．０（エピタキシー基板２１の裏面にレーザー光線の集
光点を位置付けた状態で集光器７２２を１mmエピタキシ
ー基板２１に近付ける。）
加工送り速度 ：６００ｍｍ／秒
上述したバッファー層破壊工程を実施する前には、上記エピタキシー基板２１の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程が実施され、エピタキシー基板２１の裏面に凹凸があっても樹脂の被覆（樹脂フィルム５または樹脂層５１）によって平坦化されているので、エピタキシー基板２１の裏面を鏡面に加工することなくレーザー光線をエピタキシー基板２１の裏面から効率よく透過させてバッファー層２３を破壊することができる．従って、エピタキシー基板２１の裏面を研磨して鏡面に加工する必要がないので、生産性を向上させることができる。
上述したバッファー層破壊工程を実施したならば、エピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離して光デバイス層２２を移設基板３に移設する光デバイス層移設工程を実施する。
この光デバイス層移設工程は、図７に示すようにエピタキシー基板２１を移設基板３から離反する方向に引き上げることにより、バファー層２３が破壊されているのでエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から容易に剥離することができる。
この光デバイス層移設工程は、図７に示すようにエピタキシー基板２１を移設基板３から離反する方向に引き上げることにより、バファー層２３が破壊されているのでエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から容易に剥離することができる。
２：光デバイスウエーハ
２１：エピタキシー基板
２２：光デバイス層
２３：バファー層
３：移設基板
４：接合材
５：樹脂フィルム
２００：複合基板
６：ヒーター
７：レーザー加工装置
７１：レーザー加工装置のチャックテーブル
７２：レーザー光線照射手段
２１：エピタキシー基板
２２：光デバイス層
２３：バファー層
３：移設基板
４：接合材
５：樹脂フィルム
２００：複合基板
６：ヒーター
７：レーザー加工装置
７１：レーザー加工装置のチャックテーブル
７２：レーザー光線照射手段
Claims (2)
- エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの加工方法であって、
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合材を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、
光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該バッファー層破壊工程を実施した後に、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離して光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
該バッファー層破壊工程を実施する前に、エピタキシー基板の裏面にレーザー光線を透過する樹脂を被覆して平坦化する樹脂被覆工程を実施する、
ことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。 - 該エピタキシー基板はサファイア基板からなり、バッファー層破壊工程において用いるレーザー光線の波長は紫外線波長帯であり、該樹脂被覆工程において用いる樹脂はメチルペンテンポリマーである、請求項１記載の光デバイスウエーハの加工方法。
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