(57)【要約】【課題】分割前のレーザ光照射工程において、高い破断強度を維持しつつ、亀裂の蛇行を抑制することができる発光素子の製造方法を提供すること。【解決手段】レーザ光照射工程は、基板の内部に第１方向に沿ってレーザ光を第１照射ピッチで走査し、複数の第１改質領域を形成する第１走査工程と、第１走査工程の後、第１改質領域と第２面との間に、第１方向に沿ってレーザ光を第１照射ピッチよりも広い第２照射ピッチで走査し、基板の内部に複数の第２改質領域を形成する第２走査工程と、第２走査工程の後、第２改質領域の範囲内である深さに第１方向に沿ってレーザ光を、第２走査工程におけるレーザ光の出力よりも高い出力で、かつ、第２照射ピッチよりも狭い第３照射ピッチで走査し、基板の内部に複数の第３改質領域を形成する第３走査工程と、を有する。【選択図】図８Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面および第２面を有する基板と、前記第１面に設けられた半導体構造とを有するウェーハにおける前記基板の前記第２面側から前記基板の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光照射工程の後に、前記ウェーハを複数の発光素子に分離する分離工程と、
を備え、
前記レーザ光照射工程は、
前記基板の内部に、前記第２面に平行な第１方向に沿って前記レーザ光を第１照射ピッチで走査し、複数の第１改質領域を形成する第１走査工程と、
前記第１走査工程の後、前記第１改質領域と前記第２面との間に、前記第１方向に沿って前記レーザ光を前記第１照射ピッチよりも広い第２照射ピッチで走査し、前記基板の内部に複数の第２改質領域を形成する第２走査工程と、
前記第２走査工程の後、前記第２改質領域の範囲内である深さに前記第１方向に沿って前記レーザ光を、前記第２走査工程における前記レーザ光の出力よりも高い出力で、かつ、前記第２照射ピッチよりも狭い第３照射ピッチで走査し、前記基板の内部に複数の第３改質領域を形成する第３走査工程と、
を有する発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１照射ピッチは、２．５μｍ以下である、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第３照射ピッチは、前記第１照射ピッチよりも広い、請求項１または２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１走査工程における前記レーザ光の出力は、０．２Ｗ以下である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２走査工程において、前記レーザ光を前記第１改質領域から前記第２面に向かう方向に伸展する亀裂よりも前記第２面側に走査する、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１走査工程、前記第２走査工程、および前記第３走査工程を、前記第１方向に交差する第２方向にも行う、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体発光素子は、例えばサファイア基板の上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させたウェーハをダイシングすることによって得られる。ウェーハをダイシングする手段としては、基板内部にレーザ光を集光させて改質領域を形成し、この改質領域から伸展する亀裂を起点にウェーハを分割するレーザステルスダイシングが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７８４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、分割前のレーザ光照射工程において、高い破断強度を維持しつつ、亀裂の蛇行を抑制することができる発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様によれば、発光素子の製造方法は、第１面および第２面を有する基板と、前記第１面に設けられた半導体構造とを有するウェーハにおける前記基板の前記第２面側から前記基板の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、前記レーザ照射工程の後に、前記ウェーハを複数の発光素子に分離する分離工程と、を備える。前記レーザ光照射工程は、前記基板の内部に、前記第２面に平行な第１方向に沿って前記レーザ光を第１照射ピッチで走査し、複数の第１改質領域を形成する第１走査工程と、前記第１走査工程の後、前記第１改質領域と前記第２面との間に、前記第１方向に沿って前記レーザ光を前記第１照射ピッチよりも広い第２照射ピッチで走査し、前記基板の内部に複数の第２改質領域を形成する第２走査工程と、前記第２走査工程の後、前記第２改質領域の範囲内である深さに前記第１方向に沿って前記レーザ光を、前記第２走査工程における前記レーザ光の出力よりも高い出力で、かつ、前記第２照射ピッチよりも狭い第３照射ピッチで走査し、前記基板の内部に複数の第３改質領域を形成する第３走査工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の発光素子の製造方法によれば、分割前のレーザ光照射工程において、高い破断強度を維持しつつ、亀裂の蛇行を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態の発光素子の製造方法で用いられるウェーハの模式断面図。
【図２】本発明の一実施形態の発光素子の製造方法を示す模式平面図。
【図３】本発明の一実施形態の発光素子の製造方法を示す模式平面図。
【図４】本発明の一実施形態の発光素子の製造方法を示す模式平面図。
【図５】本発明の一実施形態の発光素子の製造方法を示す模式平面図。
【図６Ａ】本発明の一実施形態の第１走査工程におけるレーザ光照射部の模式平面図。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態の第１走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態の第１走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図。
【図７Ａ】本発明の一実施形態の第２走査工程におけるレーザ光照射部の模式平面図。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態の第２走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態の第２走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図。
【図８Ａ】本発明の一実施形態の第３走査工程におけるレーザ光照射部の模式平面図。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態の第３走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態の第３走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図。
【図９】本発明の一実施形態の発光素子の製造方法に関する実験結果を例示するグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態の発光素子の製造方法で用いられるウェーハＷの模式断面図である。
【００１０】
ウェーハＷは、基板１０と半導体構造２０とを有する。基板１０は、第１面１１と、第１面１１とは反対側の第２面１２とを有する。半導体構造２０は第１面１１に設けられている。
【００１１】
基板１０は、例えば、サファイア基板である。第１面１１は、例えば、サファイアのｃ面である。なお、第１面１１は、ｃ面に対して半導体構造２０を結晶性よく形成できる範囲で傾斜していても良い。
【００１２】
半導体構造２０は、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）で表される窒化物半導体を含む。半導体構造２０は、活性層を含み、活性層が発する光のピーク波長は、例えば、３６０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。
【００１３】
本実施形態の発光素子の製造方法は、基板１０の内部にレーザ光を照射する工程と、レーザ光照射工程の後に、ウェーハＷを複数の発光素子に分離する工程とを有する。
【００１４】
図２および図３は、レーザ光照射工程を示すウェーハＷの模式平面図である。
【００１５】
Ｘ方向およびＹ方向は、図１に示す基板１０の第１面１１および第２面１２に対して平行な面内において互いに直交する２方向である。
【００１６】
レーザ光照射工程は、Ｘ方向に沿う複数回のレーザ光の走査によりＸ方向に沿う複数本のダイシングラインＬ１を形成する工程（図２）と、ダイシングラインＬ１を形成した前または後に、Ｙ方向に沿う複数回のレーザ光の走査によりＹ方向に沿う複数本のダイシングラインＬ２を形成する工程（図３）とを有する。例えば、Ｘ方向はサファイアのｍ軸方向に沿い、Ｙ方向はサファイアのａ軸方向に沿う。
【００１７】
ダイシングラインＬ１、Ｌ２は、レーザ光照射により基板１０の内部に形成される後述する複数の改質領域の列に対応する。
【００１８】
照射されたレーザ光は基板１０の内部の特定の深さの位置において集光され、その位置にレーザ光のエネルギーが集中する。このレーザ光の照射部（集光部）に、レーザ光照射を受けていない部分よりも脆化した改質領域が形成される。
【００１９】
レーザ光は、例えばパルス状に出射される。レーザ光源として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、または、Ｎｄ：ＹＬＦレーザなどが用いられる。レーザ光の波長は、基板１０を透過する光の波長である。レーザ光は、例えば、８００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する。
【００２０】
図４および図５は、分離工程を示すウェーハＷの模式平面図である。
【００２１】
レーザ光照射工程の後、例えばまずダイシングラインＬ１に沿った分割工程が行われる。図４に示すように、ウェーハＷは複数のバー３０に分離される。この後、ダイシングラインＬ２に沿った分割工程が行われ、図５に示すように、ウェーハＷは複数の発光素子５０に分離される。
【００２２】
以下、レーザ光照射工程の詳細について説明する。
【００２３】
本実施形態において、レーザ光照射工程は、第１走査工程と、第２走査工程と、第３走査工程とを有する。例えば、まず、Ｘ方向に沿った第１走査工程、第２走査工程、および第３走査工程により前述したダイシングラインＬ１が形成され、この後、Ｙ方向に沿った第１走査工程、第２走査工程、および第３走査工程により前述したダイシングラインＬ２が形成される。本実施形態では、第１走査工程と、第２走査工程と、第３走査工程を有するレーザ光照射工程をＸ方向及びＹ方向の両方向において行っているが、Ｘ方向及びＹ方向のいずれか一方向にのみ行うものであっても上述した効果を奏する。
【００２４】
以下の例では、Ｙ方向に沿った第１走査工程、第２走査工程、および第３走査工程について説明するが、Ｘ方向に沿った第１走査工程、第２走査工程、および第３走査工程についても同様に行われる。
【００２５】
図６Ａは第１走査工程におけるレーザ光照射部のＺ方向から見た図であり、図６Ｂは第１走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図である。
【００２６】
図６Ｂおよび図６Ｃにおいて、Ｚ方向はウェーハＷの厚さ方向に沿い、Ｘ方向およびＹ方向に直交する。図６Ｂは、レーザ光の走査方向であるＹ方向に沿った断面を表し、図６Ｃは、レーザ光の走査方向に直交するＸ方向に沿った断面を表す。
【００２７】
第１走査工程では、第２面１２側から基板１０の内部に、Ｙ方向に沿ってレーザ光を第１照射ピッチで離散的に走査する。この第１照射ピッチの走査により、複数の第１改質領域ａ１がＹ方向に沿って互いに重なり合うように密に形成される。
【００２８】
第１走査工程におけるレーザ光の出力は、０．０５Ｗ以上０．２Ｗ以下であることが好ましく、例えば０．１４Ｗである。第１照射ピッチは、２．５μｍ以下であることが好ましく、例えば１．５μｍである。
【００２９】
基板１０の厚さは約１５０μｍである。第１走査工程におけるレーザ光のフォーカス位置の設定値は、例えば、第２面１２から２０〜５０μｍの深さの位置が挙げられる。
【００３０】
レーザ光の照射で形成された第１改質領域ａは応力を発生させ、その応力により亀裂ｃが生じる。六方晶であるサファイアのａ軸方向はｃ面側から見て６０°間隔で３方向が存在し、亀裂ｃは図６Ａに示すようにａ軸の３方向に沿って形成されやすい。
【００３１】
後述する検証により、ウェーハＷの破断強度はレーザ光の照射ピッチに強く依存し、レーザ光の照射ピッチを小さくすることで、高い破断強度が得られることがわかった。レーザ光の照射ピッチが小さくなると、レーザ光の照射で形成される改質領域がより密に形成される。改質領域を密に形成することで改質領域内に空隙が存在しにくくなり、高い破断強度が得られると考えられる。
【００３２】
本実施形態では、第１走査工程において、複数の第１改質領域ａ１をＹ方向に沿って互いに重なり合うように密に形成することで、ウェーハＷの破断強度を高くすることができる。これにより、分離工程前におけるレーザ照射工程中での意図しないウェーハＷの割れを抑制することができる。
【００３３】
以下、第１走査工程における第１照射ピッチの条件に関しての検証結果について説明する。
【００３４】
本検証においては、基板１０として、厚さが２００μｍのサファイア基板を用いた。試料の平面形状は、辺の長さが１０．２ｍｍの正方形である。試料の中央部に、照射条件を変えたレーザ光を照射した。レーザ光を、サファイア基板のｍ軸に沿って照射した。レーザ光の照射の後に、試料の破断強度を測定した。破断強度の測定において、試料に加えられるヘッドの押し込み速度は、０．０５ｍｍ／ｓｅｃである。
【００３５】
試料ＳＰ１１においては、レーザ光の出力は、０．３５Ｗであり、レーザ光の照射ピッチは、１．５μｍである。試料ＳＰ１１において、レーザ光のパルス幅は、５．０ｐｓである。
試料ＳＰ１２においては、レーザ光の出力は、０．３５Ｗであり、レーザ光の照射ピッチは、２．０μｍである。試料ＳＰ１２において、レーザ光のパルス幅は、５．０ｐｓである。
試料ＳＰ１３においては、レーザ光の出力は、０．３５Ｗであり、レーザ光の照射ピッチは、２．５μｍである。試料ＳＰ１３において、レーザ光のパルス幅は、５．０ｐｓである。
試料ＳＰ１４においては、レーザ光の出力は、０．３５Ｗであり、レーザ光の照射ピッチは、３．０μｍである。試料ＳＰ１４において、レーザ光のパルス幅は、５．０ｐｓである。
このように、試料ＳＰ１１〜ＳＰ１４において、レーザ光の照射条件のうち、出力、パルス幅は同じ値であり、照射ピッチの値が変更される。
【００３６】
図９は、この検証結果を例示するグラフ図である。
図９の縦軸は、破断強度（ニュートン：Ｎ）である。図９には、上記の試料ＳＰ１１〜ＳＰ１４の破断強度が示されている。図９で示される試料ＳＰ１１〜ＳＰ１４の破断強度は、それぞれの試料ＳＰ１１〜ＳＰ１４に対して５回測定を行い、それらの測定で得られた値の平均値である。
【００３７】
試料ＳＰ１１（照射ピッチが１．５μｍ）における破断強度は、３．８Ｎであった。
試料ＳＰ１２（照射ピッチが２．０μｍ）における破断強度は、２．３Ｎであった。
試料ＳＰ１３（照射ピッチが２．５μｍ）における破断強度は、１．６Ｎであった。
試料ＳＰ１４（照射ピッチが３．０μｍ）における破断強度は、０．６Ｎであった。
【００３８】
図９から分かるように、破断強度は、レーザ光の照射ピッチに強く依存する。照射ピッチを小さくすることで、高い破断強度が得られる。照射ピッチが２．５μｍのときの破断強度は、照射ピッチが３．０μｍのときの破断強度の２倍以上であり、さらに、照射ピッチが２．０μｍ、１．５μｍと小さくなるほど破断強度が高くなる。この実験結果より、高い破断強度を与えることが目的の第１走査工程における第１照射ピッチは、２．５μｍ以下が望ましい。
【００３９】
上記実験においては、レーザ光は、サファイア基板のｍ軸に沿って照射される。レーザ光がサファイア基板のａ軸に沿って照射される場合においても、図９と同様の結果が得られると考えられる。
【００４０】
第１走査工程の後、第２走査工程が行われる。図７Ａは第２走査工程におけるレーザ光照射部の模式平面図であり、図７Ｂおよび図７Ｃは第２走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図である。図７Ｂは、レーザ光の走査方向であるＹ方向に沿った断面を表し、図７Ｃは、レーザ光の走査方向に直交するＸ方向に沿った断面を表す。
【００４１】
第２走査工程では、基板１０の内部における第１改質領域ａ１と第２面１２との間の領域に、第２面１２側から、Ｙ方向に沿ってレーザ光を第２照射ピッチで離散的に走査する。この第２照射ピッチの走査により、複数の第２改質領域ａ２がＹ方向に離散的に形成される。
【００４２】
第２走査工程におけるレーザ光の出力は、０．０５Ｗ以上０．２Ｗ以下であり、例えば０．１０Ｗである。第２照射ピッチは、第１走査工程における第１照射ピッチよりも広く、ｍ軸方向の走査の場合には３μｍ以上５μｍ以下であり、例えば３．５μｍであり、ａ軸方向の走査の場合には５μｍ以上１０μｍ以下であり、例えば６．５μｍである。第２走査工程におけるレーザ光のフォーカス位置の設定値は、第１走査工程におけるレーザ光のフォーカス位置の設定値よりも浅く、例えば、第２面１２から１０〜３５μｍの深さの位置が挙げられる。
【００４３】
例えば、第１改質領域ａ１のように改質領域が重なるように密に並ぶと、上記３方向に延びる亀裂のうち走査方向（この例ではＹ方向）以外の方向に伸びる亀裂同士が繋がりやすく、亀裂が蛇行しやすい。
【００４４】
一方、第２走査工程では、第１走査工程における第１照射ピッチよりも広い第２照射ピッチでレーザ光を照射することで、第１改質領域ａ１よりもピッチが広い第２改質領域ａ２が形成される。これにより、図７Ａに示すように、走査方向以外の方向に伸びる亀裂ｃ同士の繋がりを抑制しつつ、走査方向に伸びる亀裂ｃ同士を繋げて、走査方向に沿って蛇行を抑えて亀裂ｃを伸展させることができる。
【００４５】
第２走査工程の後、第３走査工程が行われる。図８Ａは第３走査工程におけるレーザ光照射部のＺ方向から見た図であり、図８Ｂおよび図８Ｃは第３走査工程におけるレーザ光照射部の模式断面図である。図８Ｂは、レーザ光の走査方向であるＹ方向に沿った断面を示す。なお、図８Ｂにおいては、第２改質領域ａ２は破線で示す。図８Ｃは、レーザ光の走査方向に直交するＸ方向に沿った断面を示す。
【００４６】
第３走査工程では、基板１０の内部における第２改質領域ａ２の範囲内である深さに、第２面１２側から、Ｙ方向に沿ってレーザ光を第３照射ピッチで離散的に走査する。この第３走査工程により、第２改質領域ａ２の範囲内である深さに複数の第３改質領域ａ３がＹ方向に沿って第２改質領域ａ２よりも密に形成される。
【００４７】
第３走査工程におけるレーザ光の出力は、第２走査工程におけるレーザ光の出力よりも高く、０．１Ｗ以上０．５Ｗ以下であり、例えば０．１４Ｗである。第３照射ピッチは、第１走査工程における第１照射ピッチよりも広く、第２走査工程における第２照射ピッチよりも狭く、２μｍ以上４μｍ以下であり、例えば２μｍである。第３走査工程におけるレーザ光のフォーカス位置の設定値は、第２走査工程と同じであり、例えば、第２面１２から１０〜３５μｍの深さの位置が挙げられる。
【００４８】
レーザ光照射工程におけるレーザ光の出力が高いほどウェーハＷの厚さ方向に亀裂ｃを伸展させやすいが、一方で、亀裂ｃの蛇行が生じやすい。前述した第２走査工程では、第３走査工程よりも低いレーザ光出力で、走査方向に沿った蛇行が抑制された亀裂を形成する。そして、第３走査工程においては、第２走査工程よりも高いレーザ光出力かつ狭いピッチで走査することで、第２走査工程で形成した亀裂ｃをウェーハＷの厚さ方向に蛇行が抑制されたまま伸展させやすくできる。
【００４９】
ここで、亀裂が発生するメカニズムは、改質領域が形成されることにより発生する応力が、亀裂が発生することにより開放されことによる。照射ピッチを狭くしすぎると、亀裂により応力が開放された改質領域に近接して改質領域を形成することとなる。従って、そのような亀裂を有する改質領域に近接する改質領域には応力が発生しにくく、亀裂が発生しにくい。従って、第３走査工程では、第１走査工程における第１照射ピッチよりも広い第３照射ピッチで走査することで、第２走査工程で形成された亀裂を伸展させやすくすることができる。
【００５０】
前述したような第１走査工程、第２走査工程、および第３走査工程を行うことで、分割前のレーザ光照射工程において、高い破断強度を維持しつつ、亀裂の蛇行を抑制することができる。この結果、レーザ光照射工程における意図しない割れ、および分割後の発光素子の欠けを抑制することができ、生産性を向上できる。
【００５１】
なお、第１走査工程は、第２走査工程および第３走査工程よりも半導体構造２０に近い領域へのレーザ光照射なので、レーザ光の出力を例えば０．２Ｗ以下に抑えることで半導体構造２０へのダメージを抑制することができる。
【００５２】
また、第１走査工程により形成された図６Ｃに示す亀裂ｃが、第２改質領域ａ２および第３改質領域ａ３が形成される領域まで到達していると、第１走査工程で形成された亀裂ｃの影響を受けて、第２走査工程で形成される亀裂が蛇行しやすくなる。そのような蛇行した亀裂は、第３走査工程で伸展させたとしても、蛇行して伸展してしまう。
【００５３】
そこで、第２走査工程においては、レーザ光を、第１改質領域ａ１から第２面１２に向かう方向に伸展する亀裂ｃよりも第２面１２側に走査する。そのように第２走査工程を行うことで、第３走査工程における亀裂の伸展において蛇行が抑制される。また、第１走査工程におけるレーザ光の出力を例えば０．２Ｗ以下とすることで、第１改質領域ａ１から第２面１２に向かう方向に伸展する亀裂ｃが、長くなりすぎない。従って、レーザ光の出力を０．２Ｗ以下とすることにより、亀裂ｃが第２改質領域ａ２および第３改質領域ａ３が形成される領域まで到達することを防ぐことができる。
【００５４】
本実施形態では、レーザ照射において、Ｘ方向に沿う前述した第１走査工程、第２走査工程、および第３走査工程を先に行ったが、Ｙ方向に沿う第１走査工程、第２走査工程、および第３走査工程を先に行ってもよい。
【００５５】
レーザ光照射工程の後、例えば、まず図４に示すようにダイシングラインＬ１に沿ってウェーハＷを複数のバー３０に分離する。その後、図５に示すようにダイシングラインＬ２に沿ってウェーハＷを複数の発光素子５０に分離する。例えば押圧部材を用いてウェーハＷに力を加えることで、バー３０への分離、および発光素子５０への分離が行われる。
【００５６】
分離された発光素子５０の側面には、前述した改質領域ａ１〜ａ３が、改質領域ａ１〜ａ３がない部分よりも表面粗さが大きい領域として露出する。
【００５７】
以上、具体例を参照しつつ、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示は、これらの具体例に限定されるものではない。本開示の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本開示の要旨を包含する限り、本開示の範囲に属する。その他、本開示の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本開示の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５８】
１０…基板、１１…第１面、１２…第２面、２０…半導体構造、５０…発光素子、ａ１…第１改質領域、ａ２…第２改質領域、ａ３…第３改質領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2020145386.tif 000009
【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2020145386.tif 000011
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
2020145386.tif 000013
【図８Ａ】
2020145386.tif 000014
【図８Ｂ】
2020145386.tif 000015
【図８Ｃ】
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【図９】
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