JP5643036B2 - 光デバイスウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、サファイア基板の表面に格子状に形成されたストリートによって複数の領域が区画され、この区画された領域に窒化ガリウム系化合物半導体等からなる光デバイスが積層された光デバイスウエーハを、所定の厚みに研削する光デバイスウエーハの加工方法に関する。

サファイア基板の表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域に窒化ガリウム系化合物半導体等からなる光デバイスが積層された光デバイスウエーハは、ストリートに沿って個々の発光ダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。（例えば、特許文献１参照。）

光デバイスウエーハは基板の表面に光デバイスを構成する窒化ガリウム系化合物等の半導体層を成長させて形成するので、基板として窒化ガリウム系化合物等の半導体層の成長に効果的なサファイアが用いられる。このような光デバイスウエーハは、輝度を向上させるためにサファイア基板の裏面が研削され厚みが１００μm程度に形成される。

特開平１０−３０５４２０号公報

光デバイスウエーハは、厚みが１３００μm程度のサファイア基板の表面に形成される光デバイス層からなる光デバイス領域と、該光デバイス領域を囲繞する幅が３mm程度の外周余剰領域とを有し、光デバイス領域が外周余剰領域より３０μm程度突出して形成されている。このように、光デバイス領域と外周余剰領域との間に段差を有する光デバイスウエーハにおいては、サファイア基板の裏面を研削して厚みが２００μm程度に達すると、外周余剰領域の撓みに起因して光デバイス領域と外周余剰領域との境界部からクラックが発生し、このクラックが光デバイス領域に達して光デバイスを損傷させるという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、サファイア基板の表面に形成された光デバイスを損傷させることなく、サファイア基板の裏面を研削して所定の厚みに形成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にある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、サファイア基板の表面に複数の光デバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを有し、該デバイス領域が該外周余剰領域より突出して形成されている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デバイス領域と外周余剰領域との境界に沿ってレーザー光線を照射し、サファイア基板の表面側に破断起点を形成する破断起点形成工程と、
光デバイスウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、
該破断起点形成工程および該保護部材貼着工程が実施された光デバイスウエーハの表面に貼着した保護部材側を研削装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の裏面を研削して所定の厚みに形成する裏面研削工程と、を含み、
該裏面研削工程においては、デバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って形成された破断起点からサファイア基板の裏面に向けて亀裂が発生して境界部が破断することにより、デバイス領域と外周余剰領域が分離される、
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。

上記破断起点形成工程は、サファイア基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を光デバイスウエーハの表面側から照射し、デバイス領域と外周余剰領域との境界に沿って破断起点となるレーサー加工溝を形成する。
また、上記破断起点形成工程は、サファイア基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイア基板の内部に集光点を位置付けて照射し、サファイア基板の内部における表面側にデバイス領域と外周余剰領域との境界に沿って破断起点となる変質層を形成する。

本発明は、サファイア基板の表面に複数の光デバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを有し、光デバイス領域が外周余剰領域より突出して形成されている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デバイス領域と外周余剰領域との境界に沿ってレーザー光線を照射し、サファイア基板の表面側に破断起点を形成する破断起点形成工程と、光デバイスウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、破断起点形成工程および保護部材貼着工程が実施された光デバイスウエーハの表面に貼着した保護部材側を研削装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の裏面を研削して所定の厚みに形成する裏面研削工程とを含み、裏面研削工程においては、デバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って形成された破断起点からサファイア基板の裏面に向けて亀裂が発生して境界部が破断することにより、デバイス領域と外周余剰領域が分離されるので、デバイス領域と外周余剰領域との境界部からデバイス領域にクラックが入って光デバイスを損傷させるという問題を解消することができる。

本発明による光デバイスウエーハの加工方法によって加工される光デバイスウエーハの斜視図および正面図。 本発明による光デバイスウエーハの加工方法における破断起点形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明による光デバイスウエーハの加工方法における破断起点形成工程としてのレーザー加工溝形成工程の説明図。 本発明による光デバイスウエーハの加工方法における破断起点形成工程としての変質層形成工程の説明図。 本発明による光デバイスウエーハの加工方法における保護部材貼着工程の説明図。 本発明による光デバイスウエーハの加工方法における裏面研削工程としての粗研削工程の説明図。 本発明による光デバイスウエーハの加工方法における裏面研削工程としての仕上げ研削工程の説明図。 本発明による光デバイスウエーハの加工方法における裏面研削工程を実施する際に光デバイスウエーハを構成するサファイア基板に発生する亀裂の状態を示す説明図。

以下、本発明による光デバイスウエーハの加工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(a)および(b)には、本発明による光デバイスウエーハの加工方法によって加工される光デバイスウエーハの斜視図および正面図が示されている。
図１(a)および(b)に示す光デバイスウエーハ２は、サファイア基板２１の表面２１aに格子状に配列された複数のストリート２１１によって区画された複数の領域に窒化ガリウム系化合物半導体等からなる光デバイス２１２が形成されたデバイス領域２２０と、該デバイス領域２２０を囲繞する外周余剰領域２３０とを有している。このように構成された光デバイスウエーハ２は、デバイス領域２２０が外周余剰領域２３０より突出して形成されている。なお、図示の実施形態における光デバイスウエーハ２は、全体の厚み(t1)が例えば１３００μm 、サファイア基板２１の厚み(t2)が例えば１２７０μm、デバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との段差(t3)が例えば３０μm、外周余剰領域２３０の幅(s)が例えば３mm に設定されている。

上述した光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の裏面２１bを研削して所定の厚み（例えば１４０μm）に形成する加工方法について説明する。
先ず、光デバイスウエーハ２のデバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界に沿ってレーザー光線を照射し、サファイア基板２１の表面２１a側に破断起点を形成する破断起点形成工程を実施する。この破断起点形成工程は、図示の実施形態においては図２に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図２に示すレーザー加工装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１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３２を具備している。チャックテーブル３１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機構によって図２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機構によって矢印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３２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング３２１の先端に装着された集光器３２２からパルスレーザー光線を照射する。図示のレーザー加工装置３は、上記レーザー光線照射手段３２を構成するケーシング３２１の先端部に装着された撮像手段３３を備えている。この撮像手段３３は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

上記レーザー加工装置３を用いて実施する破断起点形成工程の第１の実施形態について図２および図３を参照して説明する。
破断起点形成工程を実施するには、図２に示すようにレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上に上記光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の裏面２１b側を載置し、図示しない吸引手段を作動することにより光デバイスウエーハ２をチャックテーブル３１上に吸引保持する。従って、チャックテーブル３１上に吸引保持された光デバイスウエーハ２は、表面２aが上側となる。そして、図示しない加工送り機構を作動してチャックテーブル３１をレーザー光線照射手段３２による加工領域に移動し、図２および図３の(a)に示すようにチャックテーブル３１に保持された光デバイスウエーハ２のデバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０がレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の直下になるように位置付ける。次に、図３の(a)に示すようにレーザー光線照射手段３２を作動し、集光器３２２からサファイア基板に対して吸収性を有する波長（例えば３５５nm）のパルスレーザー光線を光デバイスウエーハ２の表面側から照射しつつチャックテーブル３１を矢印３１aで示す方向に回転する。このとき、集光器３２２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pは、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の表面２１a付近に合わせる。この結果、チャックテーブル３１が１回転すると、図３の(b)に示すように光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１にはデバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０に沿って破断起点となるレーザー加工溝２５０が形成される（レーザー加工溝形成工程）。

上記破断起点形成工程としてのレーザー加工溝形成工程における加工条件は、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：ＹＶＯ４レーザー
波長 ：３５５ｎｍのパルスレーザー
平均出力 ：１．５W
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
集光スポット径 ：φ１μｍ
チャックテーブルの回転速度 ：７５．２２度／秒

上記加工条件によってレーザー加工溝形成工程を形成することにより、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１には、デバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０に沿って表面から深さが約４０μmのレーザー加工溝２５０が形成される。なお、破断起点としてのレーザー加工溝２５０は深いほど有効であるが、レーザー加工溝２５０の深さを深くするにはレーザー加工溝形成工程を複数回実施したり、レーザー光線の出力を増大する必要がある。従って、生産性および経済性を考慮して、図示の実施形態においては後述するサファイア基板の破断効果が得られる深さとして約４０μmに設定した。

次に、上記レーザー加工装置３を用いて実施する破断起点形成工程の第２の実施形態について図４を参照して説明する。
破断起点形成工程の第２の実施形態も上記第１の実施形態と同様に図４の(a)に示すようにレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上に上記光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の裏面２１bを載置し、図示しない吸引手段を作動することにより光デバイスウエーハ２をチャックテーブル３１上に吸引保持する。そして、図４の(a)に示すように光デバイスウエーハ２に形成されたデバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０をレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の直下になるように位置付ける。次に、図４の(a)に示すようにレーザー光線照射手段３２を作動し、集光器３２２からサファイア基板に対して透過性を有する波長（例えば１０６４nm）のパルスレーザー光線を光デバイスウエーハ２の表面側から照射しつつチャックテーブル３１を矢印３１aで示す方向に回転する。このとき、集光器３２２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pは、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の内部（表面から例えば２０μｍの位置）に合わせる。この結果、チャックテーブル３１が１回転すると、図４の(b)に示すように光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１には、表面２１a側にデバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０に沿って破断起点となる変質層２６０が形成される（変質層形成工程）。

上記破断起点形成工程としての変質層形成工程における加工条件は、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：ＹＶＯ４レーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
平均出力 ：１．５W
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
集光スポット径 ：φ１μｍ
チャックテーブルの回転速度 ：７５．２２度／秒

上記加工条件によって変質層形成工程を形成することにより、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１には、表面２１a側デバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０に沿って深さが約４０μmの変質層２６０が形成される。この破断起点としての変質層２６０も上記レーザー加工溝２５０と同様に深いほど有効であるが、生産性および経済性を考慮して、図示の実施形態においては後述するサファイア基板の破断効果が得られる深さとして約４０μmに設定した。

なお、上述した破断起点形成工程としての変質層形成工程は、サファイア基板に対して透過性を有する波長（例えば１０６４nm）のパルスレーザー光線を光デバイスウエーハ２の表面側から照射した例を示したが、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の裏面側からサファイア基板に対して透過性を有する波長（例えば１０６４nm）のパルスレーザー光線の集光点を表面から例えば２０μｍの位置に付けて照射してもよい。なお、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の裏面側からレーザー光線を照射する場合には、予め光デバイスウエーハ２の表面２ａに後述する保護部材を貼着する保護部材貼着工程を実施してもよい。

上述したように破断起点形成工程としてのレーザー加工溝形成工程または変質層形成工程を実施することにより、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１にはデバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０に沿って破断起点となるレーザー加工溝２５０または変質層２６０を形成したならば、光デバイスウエーハ２の表面２ａに保護部材を貼着する保護部材貼着工程を実施する。即ち、図５の(a)および(b)に示すように光デバイスウエーハ２の表面２ａに光デバイス２１２を保護するための保護部材４を貼着する。

保護部材貼着工程を実施したならば、光デバイスウエーハ２の表面２aに貼着した保護部材４側を研削装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板２１の裏面２１bを研削して所定の厚みに形成する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程は、図示の実施形態においては、粗研削工程と仕上げ研削工程に分けて実施する。

上記裏面研削工程における粗研削工程は、図６の(a)に示す研削装置５を用いて実施する。図６の(a)に示す研削装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１に保持された被加工物を研削する研削手段５２を具備している。チャックテーブル５１は、上面に被加工物を吸引保持し図６の(a)において矢印５１aで示す方向に回転せしめられる。研削手段５２は、スピンドルハウジング５２１と、該スピンドルハウジング５２１に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル５２２と、該回転スピンドル５２２の下端に装着されたマウンター５２３と、該マウンター５２３の下面に取り付けられた研削ホイール５２４とを具備している。この研削ホイール５２４は、円環状の基台５２５と、該基台５２５の下面に環状に装着された研削砥石５２６とからなっており、基台５２５がマウンター５２３の下面に締結ボルト５２７によって取り付けられている。なお、研削ホイール５２４を構成する研削砥石５２６は、粒径が４０〜６０μmのダイヤモンド砥粒をメタルボンドで結合して形成されている。

上述した研削装置５を用いて上記裏面研削工程における粗研削工程を実施するには、図６の(a)に示すようにチャックテーブル５１の上面（保持面）に上記光デバイスウエーハ２の表面２aに貼着した保護部材４側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を吸引保持する。従って、チャックテーブル５１上に吸引保持された光デバイスウエーハ２は、サファイア基板２１の裏面２１bが上側となる。このようにチャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を吸引保持したならば、チャックテーブル５１を図６の(a)において矢印５１aで示す方向に例えば５５０ｒｐｍで回転しつつ、研削手段５２の研削ホイール５２４を図６の(a)において矢印５２４aで示す方向に例えば１１５０ｒｐｍで回転せしめ、図６の(ｂ)に示すように研削砥石５２６の研削面（下面）を被加工面であるサファイア基板２１の裏面２１bに接触させて、研削ホイール５２４を図６の(a)および (ｂ)において矢印５２４bで示すように第１の粗研削送り速度（例えば、１．４μm／秒）で下方（チャックテーブル５１の保持面に対し垂直な方向）に例えば９８５μm研削送りする（第１の粗研削工程）。この第１の粗研削工程が終了したならば、研削ホイール５２４の研削送り速度を第２の粗研削送り速度（例えば、１．０μm／秒）に切り替えて例えば１４０μm研削送りする（第２の粗研削工程）。この結果、図示の実施形態においては光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の裏面２１bが１１２５μm粗研削される。

上述した裏面研削工程における粗研削工程を実施したならば、仕上げ研削工程を実施する。
裏面研削工程における仕上げ研削工程は、図７の(a)に示す研削装置５aを用いて実施する。なお、図７の(a)に示す研削装置５aは、上記図６の(a)に示す研削装置５と研削ホイール５２４を構成する研削砥石５２６aが相違するだけで、その他の構成部材は実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。図７の(a)に示す研削装置５aにおける研削ホイール５２４を構成する研削砥石５２６aは、粒径が２〜３μmμmのダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで結合して形成されている。

上述した研削装置５aを用いて上記裏面研削工程における仕上げ研削工程を実施するには、図７の(a)に示すようにチャックテーブル５１の上面（保持面）に上記粗研削工程が実施された光デバイスウエーハ２の表面２aに貼着した保護部材４側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を吸引保持する。従って、チャックテーブル５１上に吸引保持された光デバイスウエーハ２は、サファイア基板２１の裏面２１bが上側となる。このようにチャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を吸引保持したならば、チャックテーブル５１を図７の(a)において矢印５１aで示す方向に例えば５５０ｒｐｍで回転しつつ、研削手段５２の研削ホイール５２４を図７の(a)において矢印５２４aで示す方向に例えば１０００ｒｐｍで回転せしめ、図６の(ｂ)に示すように研削砥石５２６aの研削面（下面）を被加工面であるサファイア基板２１の裏面２１bに接触させて、研削ホイール５２４を図７の(a)および (ｂ)において矢印５２４bで示すように所定の仕上げ研削送り速度（例えば、０．３５μm／秒）で下方（チャックテーブル５１の保持面に対し垂直な方向）に例えば３５μm研削送りする。この結果、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板２１の裏面２１bが３５μm仕上げ研削され、光デバイスウエーハ２の厚みは１４０μmとなる。

上記裏面研削工程における粗研削工程または仕上げ研削工程を実施する際に、サファイア基板２１の厚みが薄くなると、図８に示すようにデバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０に沿って形成されたレーザー加工溝２５０または変質層２６０が破断起点となって該レーザー加工溝２５０または変質層２６０からサファイア基板２１の裏面２１bに向けて亀裂２７０が発生する。このように、レーザー加工溝２５０または変質層２６０が破断起点となって亀裂２７０が発生して境界部２４０が破断するにより、デバイス領域２２０と外周余剰領域２３０が分離されるので、デバイス領域２２０と外周余剰領域２３０との境界部２４０からデバイス領域２２０にクラックが入って光デバイス２１２を損傷させるという問題を解消することができる。

２：光デバイスウエーハ
２１：サファイア基板
２２０：デバイス領域
２３０：外周余剰領域
２５０：レーザー加工溝
２６０：変質層
３：レーザー加工装置
３１：レーザー加工装置のチャックテーブル
３２：レーザー光線照射手段
３２２：集光器
４：保護部材
５、５ａ：研削装置
５１：研削装置のチャックテーブル
５２：研削手段
５２４：研削ホイール
４２６、４２６a：研削砥石

Claims (3)

1. サファイア基板の表面に複数の光デバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを有し、該光デバイス領域が該外周余剰領域より突出して形成されている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デバイス領域と外周余剰領域との境界に沿ってレーザー光線を照射し、サファイア基板の表面側に破断起点を形成する破断起点形成工程と、
   光デバイスウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、
   該破断起点形成工程および該保護部材貼着工程が実施された光デバイスウエーハの表面に貼着した保護部材側を研削装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の裏面を研削して所定の厚みに形成する裏面研削工程と、を含み、
   該裏面研削工程においては、デバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って形成された破断起点からサファイア基板の裏面に向けて亀裂が発生して境界部が破断することにより、デバイス領域と外周余剰領域が分離される、
   ことを特徴とする光デバイスウエーハの加工方法。
2. 該破断起点形成工程は、サファイア基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を光デバイスウエーハの表面側から照射し、デバイス領域と外周余剰領域との境界に沿って破断起点となるレーサー加工溝を形成する、請求項１記載の光デバイスウエーハの加工方法。
3. 該破断起点形成工程は、サファイア基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線をサファイア基板の内部に集光点を位置付けて照射し、サファイア基板の内部における表面側にデバイス領域と外周余剰領域との境界に沿って破断起点となる変質層を形成する、請求項１記載の光デバイスウエーハの加工方法。

Images