JP2016111119A - 光デバイスの加工方法 - Google Patents
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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。
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。
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
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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
12 レーザービーム照射ユニット
13 サファイア基板
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33,35,37,39 光デバイス
36 支持台
38 分割バー
Claims (2)
- 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。 - 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。
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