JP2016111119A - 光デバイスの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工溝の壁面に付着したデブリや変質部により輝度を低下させることなく、光の取り出し効率を向上可能な光デバイスの加工方法を提供する。【解決手段】光デバイスウェーハ１１を分割し、発光層１５を有する四角形の表面と裏面とを連結する４つの傾斜した側面とを有する光デバイスを形成する光デバイスの加工方法であって、４つの側面に対応した傾斜面を設定し、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザービームを表面から傾斜面に沿って照射してレーザー加工溝２７を形成し、レーザー加工溝にエッチング液３１を侵入させて壁面をエッチングすることでデブリや変質層を取り除く。その後、外力を付与して光デバイスウェーハを分割することで個々の光デバイスを得る。【選択図】図６

Description

本発明は、光デバイスの加工方法に関する。

レーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光デバイスの製造プロセスでは、サファイアやＳｉＣ等からなる結晶成長用基板の上面に例えばエピタキシャル成長によって複数の光デバイスを有する発光層（エピタキシャル層）が積層された光デバイスウェーハが製造される。

ＬＤ，ＬＥＤ等の光デバイスは、格子状に設定された分割予定ラインで区画された各領域に形成され、光デバイスウェーハを分割予定ラインに沿って分割して個片化することで、個々の光デバイスチップが製造される。

従来、光デバイスウェーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、分割予定ラインに沿ってウェーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザービームを照射してレーザー加工溝を形成し、ウェーハに外力を付与することによりレーザー加工溝を分割起点に光デバイスウェーハを割断する方法が知られている（特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

一方、光デバイスの輝度向上のため、光デバイスウェーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームをウェーハの内部に集光点を合わせて照射して内部に分割予定ラインに沿った改質層を形成し、この改質層で強度が低下した分割予定ラインに外力を付与することにより光デバイスウェーハを分割する方法も提案されている（例えば、特開２００８−００６４９２号公報参照）。

光デバイスウェーハにレーザービームを照射して、分割起点となるレーザー加工溝又は改質層を形成する従来の加工方法では、レーザービームは光デバイスウェーハに略垂直に照射される。従って、形成される光デバイスは直方体形状となる。

このような直方体形状の光デバイスでは、表面の発光層から出射した光が側面で全反射する割合が高くなり、全反射を繰り返す内に最終的に光デバイスの内部で消光してしまう割合が高いという課題があった。

この課題を解決するために、特開２０１４−１７４３３号公報には、レーザービームを光デバイスウェーハに対して斜めに入射して側面の角度が傾斜した光デバイスを形成する加工方法が記載されている。

特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００８−００６４９２公報 特開２０１４−１７４３３号公報

しかし、特許文献３に記載された光デバイスの加工方法では、光デバイスウェーハの裏面にレーザービームを照射して、ウェーハの裏面から設定された傾斜面に沿った所定深さのレーザー加工溝を形成し、次いで、ウェーハに外力を付与して光デバイスウェーハを個々の光デバイスに分割しているため、斜めに伸展する割れ（劈開）の制御を完璧にするのは難しく、割れが分割予定ラインを外れ光デバイスまで伸展してしまう恐れがあった。

また、レーザー加工溝の壁面も、レーザービームの照射によるアブレーション加工により発生するデブリの付着溶融再固化等により、輝度を低下させる原因となっていた。

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、レーザー加工溝の壁面に付着したデブリや変質部により輝度を低下させることなく、光の取り出し効率を向上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、光デバイスウェーハを分割し、発光層を有する四角形の表面と、該表面と平行な四角形の裏面と、該表面と該裏面とを連結する４つの側面とを有し、該４つの側面は該表面の垂直線からそれぞれ傾斜した傾斜面である光デバイスを形成する光デバイスの加工方法であって、表面に該発光層を有し、複数の交差する分割予定ラインが設定され該分割予定ラインで区画された該発光層の各領域にそれぞれ光デバイスを有する光デバイスウェーハを準備するウェーハ準備ステップと、光デバイスウェーハに該光デバイスの該４つの側面に対応した傾斜面を設定する傾斜面設定ステップと、該傾斜面設定ステップを実施した後、光デバイスウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザービームを該発光層側の面から該傾斜面に沿って照射して、該傾斜面に沿ったレーザー加工溝を形成するレーザー加工ステップと、該レーザー加工ステップを実施した後、該レーザー加工溝にエッチング液を侵入させて該レーザー加工溝の壁面をエッチングするエッチングステップと、該エッチングステップを実施した後、光デバイスウェーハに外力を付与して光デバイスウェーハを個々の光デバイスへと分割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、光デバイスの加工方法は、該レーザー加工ステップを実施する前に、光デバイスウェーハの表面に保護膜を形成する保護膜形成ステップと、該レーザー加工ステップを実施した後、該保護膜を除去する保護膜除去ステップと、を更に備えている。

本発明の光デバイスの加工方法では、発光層のある表面から所定深さに斜めのレーザー加工溝を形成し、形成したレーザー加工溝をエッチングすることで、デブリや変質部を除去することができるため、輝度を低下させることなく、確実に光デバイスウェーハを分割予定ラインに沿って個々の光デバイスに分割でき、光の取り出し効率を向上可能な光デバイスを提供することができる。

光デバイスウェーハの表面側斜視図である。 傾斜面設定ステップを説明する光デバイスウェーハの断面図である。 レーザー加工ステップを説明する斜視図である。 レーザービーム照射ユニットのブロック図である。 図５（Ａ）はレーザー加工ステップを示す光デバイスウェーハの断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ部分の拡大断面図である。 図６（Ａ）はエッチングステップを示す光デバイスウェーハの断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ部分の拡大断面図である。 エッチングステップ終了後の光デバイスウェーハの一部拡大断面図である。 保護膜除去ステップ終了後の光デバイスウェーハの一部拡大断面図である。 薄化ステップを説明する光デバイスウェーハの断面図である。 分割ステップを示す光デバイスウェーハの断面図である。 第１実施形態の光デバイスの斜視図である。 図１２（Ａ）は図１１の１２Ａ−１２Ａ線断面図、図１２（Ｂ）は図１１の１２Ｂ−１２Ｂ線断面図である。 第２実施形態の光デバイスの斜視図である。 図１４（Ａ）は図１３の１４Ａ−１４Ａ線断面図、図１４（Ｂ）は図１３の１４Ｂ−１４Ｂ線断面図である。 図１５（Ａ）は逆台形状の光デバイスの第１の切断線に沿った断面図、図１５（Ｂ）は第１の切断線に直交する第２の切断線に沿った断面図である。 更に他の実施形態の光デバイスの断面図である。

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、光デバイスウェーハ１１の表面側斜視図が示されている。光デバイスウェーハ１１は、サファイア基板１３上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等の発光層（エピタキシャル層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウェーハ１１は、発光層１５が積層された表面１１ａと、サファイア基板１３が露出した裏面１１ｂを有している。

サファイア基板１３は例えば７００μｍの厚みを有しており、発光層１５は例えば５μｍの厚みを有している。発光層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状に設定された分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。

本発明の光デバイスの加工方法では、上述したような光デバイスウェーハ１１を準備した後、光デバイスウェーハ１１に、形成すべき光デバイスの側面の傾斜角度に対応した複数の傾斜面を設定する傾斜面設定ステップを実施する。

この傾斜面設定ステップでは、図２に示すように、形成すべき光デバイスチップ３３（図１１参照）の側面の傾斜角度と光デバイスウェーハ１１の厚みとから、分割予定ライン１７の中心１７ａから裏面１１ｂに向かって所定角度の傾斜面２１を設定する。ここで、分割予定ライン１７の中心１７ａがレーザービーム照射ラインとなる。

傾斜面設定ステップを実施した後、図３に示すように、レーザー加工装置８のチャックテーブル１０でダイシングテープＴを介して光デバイスウェーハ１１を吸引保持し、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａを露出させる。そして、ダイシングテープＴの外周部が貼着された環状フレームＦを図示を省略したクランプでクランプして固定する。

レーザービーム照射ユニット１２は、ケーシング１６中に収容された図４に示すレーザービーム発生ユニット１８と、ケーシング１６の先端部に回動可能に取り付けられた集光器（レーザーヘッド）２０とから構成される。３４は顕微鏡及びＣＣＤカメラ等の通常の撮像素子更には赤外線撮像素子を有する撮像ユニットである。

本発明の光デバイスの加工方法では、撮像ユニット３４で光デバイスウェーハ１１をその表面１１ａ側から撮像し、分割予定ライン１７と集光器（レーザーヘッド）２０とをＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。

このアライメントステップでは、光デバイスウェーハ１１の分割予定ライン１７をレーザー加工装置８の集光器２０とＸ軸方向に整列させ、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７を検出してそのＹ座標値をメモリに格納した後、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１７を検出して、そのＹ座標値をメモリに格納する。

アライメントを実施した後、光デバイスウェーハ１１に対して吸収性を有する波長のレーザービームを分割予定ライン１７の中心１７ａのレーザービーム照射ライン１７ａに沿って且つ傾斜面２１に倣って照射して、傾斜面２１に沿ったレーザー加工溝２７を形成するレーザー加工ステップを実施する。

レーザービーム照射ユニット１２のレーザービーム発生ユニット１８は、図４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２２と、繰り返し周波数設定手段２４と、パルス幅調整手段２６と、パワー調整手段２８とを含んでいる。

レーザービーム発生ユニット１８のパワー調整手段２８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１６の先端に回動可能に取り付けられた集光器２０のミラー３０で反射され、更に集光用対物レンズ３２により集光されてチャックテーブル１０に保持されている光デバイスウェーハ１１に照射される。

このレーザー加工ステップを実施する際には、図５（Ａ）に示すように、集光器２０を傾斜面２１と平行になるまで回動し、集光器２０から所定パワーに調整されたパルスレーザービームを光デバイスウェーハ１１の表面１１ａに照射して、傾斜面２１に沿って所定深さのレーザー加工溝２７を形成する。

チャックテーブル１０をＹ軸方向にインデックス量分割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に対応して傾斜面２１に沿ってレーザー加工溝２７を形成する。

次いで、チャックテーブル１０を９０度回転してから、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に対応して傾斜面２１に沿ったレーザー加工溝２７を形成する。

レーザー加工ステップを実施すると、レーザー加工溝２７の壁面に変質部及びデブリ２９等が付着する。ここで、変質部はレーザービームの照射により加熱されて溶融し、例えばアモルファス状に変質したものである。

このレーザー加工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レーザー
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザーの第３高調波）
平均出力 ：２Ｗ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

レーザー加工ステップを実施する前に、好ましくは、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａに保護膜２３を形成する。保護膜２３は光デバイスウェーハ１１の表面に液状樹脂を塗布して形成する。

液状樹脂としては、ＰＶＡ（ポリ・ビニル・アルコール）、ＰＥＧ（ポリ・エチレン・グリコール）、ＰＥＯ（酸化ポリエチレン）等の水溶性のレジストが望ましい。尚、図３においては、ウェーハ１１の表面１１ａに被覆された保護膜２３は省略されている。

レーザー加工ステップを実施した後、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａにエッチング液３１を供給し、図６（Ｂ）に示すように、エッチング液３１をレーザー加工溝２７中に侵入させて、レーザー加工溝２７の壁面をエッチングするエッチングステップを実施する。

エッチング液としては、例えば、硫酸、リン酸、塩酸等のエッチング液を使用できる。このエッチングを実施することにより、レーザー加工溝２７の壁面に付着したデブリ２９や変質部を除去することができる。

エッチングステップを実施すると、エッチング液の異方性エッチングによりレーザー加工溝２７を画成する発光層１５の部分が部分的に除去され、これにより光の取り出し効率が向上する。

図７はエッチングステップ終了後の光デバイスウェーハ１１の一部拡大断面図を示している。レーザー加工溝２７の壁面に付着したデブリ２９や変質部はエッチングにより除去されている。エッチングステップ終了後、保護膜除去ステップを実施し、図８に示すように、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａから保護膜２３を除去する。

次いで、図９に示すように、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａに保護テープＴ１を貼着し、研削装置のチャックテーブルで保護テープＴ１を吸引保持し、光デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させて、研削装置により、光デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂを研削して厚みｔ１の光デバイスウェーハ１１を所定の厚みｔ２、例えば１５０μｍまで研削する薄化ステップを実施する。

尚、図８に示す保護膜除去ステップを実施せずに、保護膜２３を研削時の表面保護部材として利用し、光デバイスウェーハ１１を所定厚みｔ１まで研削した後に保護膜２３を除去するようにしても良い。この場合には、表面保護テープＴ１の貼着ステップを省略することができる。

本実施形態では、厚み約７００μｍの光デバイスウェーハ１１を採用し、レーザー加工ステップ、エッチングステップ実施後に、図９に示す薄化ステップを実施しているが、初めから厚み約１５０μｍの光デバイスウェーハを採用し、この光デバイスウェーハにレーザー加工ステップ、エッチングステップを実施するようにしても良い。この場合には、図９に示す薄化ステップを省略することができる。

エッチングステップ及び薄化ステップを実施した後、光デバイスウェーハ１１に外力を付与して光デバイスウェーハ１１を個々の光デバイスへと分割する分割ステップを実施する。

この分割ステップでは、例えば図１０に示すように、所定間隔離間した一対の支持台３６の間に傾斜したレーザー加工溝２７が位置するように光デバイスウェーハ１１の表面１１ａに貼着された表面保護テープＴ１を支持台３６上に位置づけて搭載する。

そして、鋭角先端部を有する楔形状の分割バー３８を矢印Ａ方向に移動して、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａに形成された分割予定ライン１７に分割バー３８を押圧することにより、レーザー加工溝２７を分割起点に光デバイスウェーハ１１を符号３１に示すように割断する。分割バー３８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２７に沿った割断が終了すると、光デバイスウェーハ１１を矢印Ｂで示す横方向に１ピッチ分移動して、次のレーザー加工溝２７を一対の支持台３６の中間部分に位置づけ、分割バー３８を駆動して次のレーザー加工溝２７を分割起点に光デバイスウェーハ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に沿った分割が終了すると、光デバイスウェーハ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に沿って同様に分割する。これにより、光デバイスウェーハ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３６及び分割バー３８が横方向に固定で、光デバイスウェーハ１１が横方向に移動するものとしたが、光デバイスウェーハ１１を静止状態で保持し、支持台３６及び分割バー３８を横方向に１ピッチずつ移動させるようにしてもよい。

図１１を参照すると、上述した実施形態の光デバイスの加工方法により形成された第１実施形態のＬＥＤ等の光デバイスチップ３３の斜視図が示されている。光デバイスチップ３３は、サファイア基板１３上に発光層１５が積層されて構成されている。図１２（Ａ）は図１１の１２Ａ−１２Ａ断面図であり、図１２（Ｂ）は図１１の１２Ｂ−１２Ｂ断面図である。

光デバイスチップ３３は、発光層１５を有する四角形の表面３３ａと、サファイア基板１３が露出した四角形の裏面３３ｂと、表面３３ａと裏面３３ｂとを連結する第１乃至第４側面３３ｃ〜３３ｆを有している。裏面３３ｂは表面３３ａに概略平行である。

図１２（Ａ）に示すように、第１側面３３ｃは表面３３ａの垂直線に対して第１角度θ１傾斜し、第１側面３３ｃに対面する第２側面３３ｄは表面３３ａの垂直線に対して第２角度θ２に傾斜している。

更に、図１２（Ｂ）に示すように、第３側面３３ｅは表面３３ａの垂直線に対して第３角度θ３傾斜し、第３側面３３ｅに対面する第４側面３３ｆは表面３３ａの垂直線に対して第４角度θ４傾斜している。

例えば、本実施形態の光デバイスチップ３３は、第１角度θ１乃至第４角度θ４がすべて同一角度であり、この場合には、光デバイスチップ３３の表面３３ａから裏面３３ｂに至る断面形状（縦断面形状）が平行四辺形となる。例えば、θ１〜θ４は３０度に設定される。θ１〜θ４をそれぞれ異なる角度に設定するようにしてもよい。

図１３を参照すると、本発明第２実施形態の光デバイス３５の斜視図が示されている。図１４（Ａ）は図１３の１４Ａ−１４Ａ線断面図であり、図１４（Ｂ）は図１３の１４Ｂ−１４Ｂ断面図をそれぞれ示している。

光デバイス３５は、発光層１５を有する四角形の表面３５ａと、表面３５ａと概略平行に形成され且つサファイア基板１３が露出した四角形の裏面３５ｂと、表面３５ａと裏面３５ｂとを連結する第１乃至第４側面３５ｃ〜３５ｆを有している。

図１４（Ａ）に示すように、第１側面３５ｃは表面３５ａの垂直線に対して第１角度θ１傾斜し、第１側面３５ｃに対面する第２側面３５ｂは表面３５ａの垂直線に対して第２角度θ２に傾斜している。

更に、図１４（Ｂ）に示すように、第３側面３５ｅは表面３５ａの垂直線に対して第３角度θ３傾斜し、第３側面３５ｅに対面する第４側面３５ｆは表面３５ａの垂直線に対して第４角度θ４傾斜している。

ここで、第１角度乃至第４角度θ１〜θ４が全て同一角度の場合には、光デバイス３５の縦断面形状（表面３５ａから裏面３５ｂに至る断面形状）は台形となる。第１角度乃至第４角度θ１〜θ４を全て異なる角度に設定するようにしてもよい。

図１５を参照すると、本発明第３実施形態の光デバイス３７の縦断面図が示されている。本実施形態の光デバイス３７は、発光層を有する四角形の表面３７ａと、表面３７ａに概略平行で且つサファイア基板１３が露出した四角形の裏面３７ｂと、表面３７ａと裏面３７ｂとを連結する第１乃至第４側面３７ｃ〜３７ｆを有している。

図１５（Ａ）に示すように、第１側面３７ｃは表面３７ａの垂直線に対して第１角度θ１傾斜し、第１側面３７ｃに対面する第２側面３７ｄは表面３７ａの垂直線に対して第２角度θ２傾斜している。

更に、図１５（Ｂ）に示すように、第３側面３７ｅは表面３７ａの垂直線に対して第３角度θ３傾斜し、第３側面３７ｅに対面する第４側面３７ｆは表面３７ａの垂直線に対して第４角度θ４傾斜している。

第１角度乃至第４角度θ１〜θ４が全て同一角度の場合には、光デバイス３７の縦断面形状は逆台形となる。もちろん、第１角度乃至第４角度θ１〜θ４をそれぞれ異なる角度に設定するようにしてもよい。

図１６を参照すると、本発明第４実施形態の光デバイス３９の縦断面図が示されている。光デバイス３９は、発光層１５を有する四角形の表面３９ａと、表面３９ａに概略平行で且つサファイア基板１３が露出した四角形の裏面３９ｂと、表面３９ａと裏面３９ｂとを連結する４側面を有している。

図１６から明らかなように、第１側面３９ｃは表面３９ａの垂直線に対して第１角度θ１傾斜し、第１側面３９ｃに対面する第２側面３９ｄは表面３９ａの垂直線に対して第１角度θ１とは異なる第２角度θ２傾斜している。第３側面と第４側面とは図示されていないが、第３側面を第３角度θ３傾斜させ、第４側面を第３角度θ３とは異なる第４角度θ４傾斜させるようにしてもよい。

上述した実施形態の光デバイスの加工方法では、光デバイスウェーハ１１の表面側に傾斜したレーザー加工溝２７を形成し、形成されたレーザー加工溝２７をエッチング液でエッチングすることにより、レーザー加工溝２７の壁面に付着したデブリ２９や変質部を除去することができるため、輝度を低下させることなく、光デバイスウェーハ１１を確実に分割予定ライン１７に沿って分割でき、光デバイスの傾斜した側面によって光の取り出し効率の向上を図ることができる。

１１ 光デバイスウェーハ
１２ レーザービーム照射ユニット
１３ サファイア基板
１５ 発光層（エピタキシャル層）
１７ 分割予定ライン
１８ レーザービーム発生ユニット
１９ 光デバイス
２０ 集光器
２１ 傾斜面
２７ レーザー加工溝
２９ デブリ
３３，３５，３７，３９ 光デバイス
３６ 支持台
３８ 分割バー

Claims (2)

1. 光デバイスウェーハを分割し、発光層を有する四角形の表面と、該表面と平行な四角形の裏面と、該表面と該裏面とを連結する４つの側面とを有し、該４つの側面は該表面の垂直線からそれぞれ傾斜した傾斜面である光デバイスを形成する光デバイスの加工方法であって、
   表面に該発光層を有し、複数の交差する分割予定ラインが設定され該分割予定ラインで区画された該発光層の各領域にそれぞれ光デバイスを有する光デバイスウェーハを準備するウェーハ準備ステップと、
   光デバイスウェーハに該光デバイスの該４つの側面に対応した傾斜面を設定する傾斜面設定ステップと、
   該傾斜面設定ステップを実施した後、光デバイスウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザービームを該発光層側の面から該傾斜面に沿って照射して、該傾斜面に沿ったレーザー加工溝を形成するレーザー加工ステップと、
   該レーザー加工ステップを実施した後、該レーザー加工溝にエッチング液を侵入させて該レーザー加工溝の壁面をエッチングするエッチングステップと、
   該エッチングステップを実施した後、光デバイスウェーハに外力を付与して光デバイスウェーハを個々の光デバイスへと分割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。
2. 該レーザー加工ステップを実施する前に、光デバイスウェーハの表面に保護膜を形成する保護膜形成ステップと、
   該レーザー加工ステップを実施した後、該保護膜を除去する保護膜除去ステップと、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の光デバイスの加工方法。