(57)【要約】【課題】デバイスウェーハを容易に破断できる光デバイスウェーハの加工方法を提供する。【解決手段】光デバイスウェーハ（１１）に対して透過性を有するレーザー光線（Ｌ）を、光デバイスウェーハの内部に集光点（Ｐ）を位置付けて照射し、光デバイスウェーハの内部に分割予定ライン（１７）に沿った改質層（２５）を形成する改質層形成ステップと、改質層形成ステップを実施した光デバイスウェーハに外力を付与して、改質層を破断の起点として分割予定ラインに沿って破断し、光デバイスウェーハを個々の光デバイスを含む光デバイスチップに分割する分割ステップと、を含み、改質層形成ステップでは、球面収差の最大値が光デバイスウェーハを構成する単結晶基板中で＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となる集光器（１４）で集光されたレーザー光線を用いるようにした。【選択図】図２
2015198182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板の表面に形成された格子状の分割予定ラインで区画された複数の領域に発光層を含む光デバイスが形成された光デバイスウエーハを分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、
光デバイスウェーハに対して透過性を有するレーザー光線を、光デバイスウェーハの内部に集光点を位置付けて照射し、光デバイスウェーハの内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、
該改質層形成ステップを実施した光デバイスウェーハに外力を付与して、該改質層を破断の起点として該分割予定ラインに沿って破断し、光デバイスウェーハを個々の光デバイスを含む光デバイスチップに分割する分割ステップと、を含み、
該改質層形成ステップでは、球面収差の最大値が該単結晶基板中で＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となる集光器で集光されたレーザー光線を用いることを特徴とする光デバイスウェーハの加工方法。
【請求項２】
前記集光器は、前記レーザー光線を常光と異常光とに分離する複屈折レンズと、該複屈折レンズで分離された常光と異常光とをそれぞれ集光する対物レンズとからなるレンズユニットであり、
該改質層形成ステップでは、常光と異常光とによる二つの改質層を形成することを特徴とする請求項１記載の光デバイスウェーハの加工方法。
【請求項３】
前記単結晶基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項１又は２記載の光デバイスウェーハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスウェーハを複数のチップへと分割する加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア等の材料でなる基板の表面に発光素子等の光デバイスを設けたいわゆる光デバイスウェーハは、例えば、ストリート（分割予定ライン）に沿って形成される改質層を起点に破断され、複数のチップ（光デバイスチップ）へと分割される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この改質層は、レーザー光線の集光で生じる多光子吸収を利用して基板の内部に形成され、他の領域と比較して脆くなっている。よって、改質層の近傍に外力を付与すれば、光デバイスウェーハをストリートに沿って破断し、複数のチップへと分割できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０５８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光デバイスウェーハの破断し易さは、上述した改質層の状態に応じて大きく変動する。これまでは、レーザー光線を基板内部の一点にずれなく集めることで、光デバイスウェーハの破断に適した改質層を形成できると考えられてきた。すなわち、レーザー光線を集光する集光器の収差を小さくすることが重要視されていた。
【０００６】
しかしながら、十分に収差の小さい集光器を用いて改質層を形成しても、例えば、サファイアでなる単結晶基板（サファイア基板）で構成された光デバイスウェーハ等を必ずしも容易に破断できないという現象が発生していた。
【０００７】
本発明はかかる問題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、光デバイスウェーハを容易に破断できる光デバイスウェーハの加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、単結晶基板の表面に形成された格子状の分割予定ラインで区画された複数の領域に発光層を含む光デバイスが形成された光デバイスウエーハを分割する光デバイスウエーハの加工方法であって、光デバイスウェーハに対して透過性を有するレーザー光線を、光デバイスウェーハの内部に集光点を位置付けて照射し、光デバイスウェーハの内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップを実施した光デバイスウェーハに外力を付与して、該改質層を破断の起点として該分割予定ラインに沿って破断し、光デバイスウェーハを個々の光デバイスを含む光デバイスチップに分割する分割ステップと、を含み、該改質層形成ステップでは、球面収差の最大値が該単結晶基板中で＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となる集光器で集光されたレーザー光線を用いることを特徴とする光デバイスウェーハの加工方法が提供される。
【０００９】
本発明において、前記集光器は、前記レーザー光線を常光と異常光とに分離する複屈折レンズと、該複屈折レンズで分離された常光と異常光とをそれぞれ集光する対物レンズとからなるレンズユニットであり、該改質層形成ステップでは、常光と異常光とによる二つの改質層を形成することが好ましい。
【００１０】
本発明において、前記単結晶基板はサファイア基板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光デバイスウェーハの加工方法では、球面収差の最大値が単結晶基板中で＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となる集光器で集光されたレーザー光線を用いるので、改質層の形成に使用されるレーザー光線が単結晶基板中で集光され過ぎることはない。これにより、破断に適した改質層を形成して光デバイスウェーハを容易に破断できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（Ａ）は、本実施の形態に係る光デバイスウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、環状のフレームに支持された光デバイスウェーハを模式的に示す斜視図である。
【図２】改質層形成ステップを模式的に示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、レーザー光線に含まれる各光線の光路を模式的に示す図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一部を拡大して示す拡大図である。
【図４】集光器を通過した光線が光軸と交わる位置（横軸）と、集光器に入射する光線の高さ（縦軸）との関係の例を示すグラフ（球面収差の縦収差表示）である。
【図５】変形例に係る集光器を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る光デバイスウェーハの加工方法は、改質層形成ステップ（図２〜図５）、及び分割ステップを含む。
【００１４】
改質層形成ステップでは、球面収差の最大値が光デバイスウェーハを構成する基板中で＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となる集光器で集光されたレーザー光線を用いて、光デバイスウェーハの内部にストリート（分割予定ライン）に沿う改質層を形成する。
【００１５】
分割ステップでは、外力を付与して光デバイスウェーハを破断し、複数の光デバイスチップに分割する。以下、本実施の形態に係る光デバイスウェーハの加工方法について詳述する。
【００１６】
図１（Ａ）は、本実施の形態に係る光デバイスウェーハの構成例を模式的に示す斜視図である。図１（Ａ）に示すように、光デバイスウェーハ１１は、サファイア、ＳｉＣ等の材料でなる厚みが１００μｍ〜１ｍｍ程度の基板（単結晶基板）によって構成されており、表面１１ａは、中央のデバイス領域１３と、デバイス領域１３を囲む外周余剰領域１５とに分けられる。
【００１７】
デバイス領域１３は、格子状に配列された複数のストリート（分割予定ライン）１７でさらに複数の領域に区画されており、各領域には、例えば、ＧａＮ系の半導体材料等で構成された発光層を含む光デバイス１９が形成されている。光デバイスウェーハ１１の外周１１ｃは面取り加工されており、断面形状は円弧状である。
【００１８】
図１（Ｂ）は、環状のフレームに支持された光デバイスウェーハを模式的に示す斜視図である。上述した光デバイスウェーハ１１の表面１１ａ側には、あらかじめ、光デバイスウェーハ１１より大径の保護テープ２１を貼着しておく。また、保護テープ２１の外周部分には、環状のフレーム２３を固定する。これにより、光デバイスウェーハ１１は、保護テープ２１を介して環状のフレーム２３に保持される。
【００１９】
本実施の形態に係る光デバイスウェーハの加工方法では、まず、光デバイスウェーハ１１の内部にストリート１７に沿う改質層を形成する改質層形成ステップを実施する。図２は、改質層形成ステップを模式的に示す図である。
【００２０】
この改質層形成ステップは、例えば、図２に示すレーザー加工装置２で実施される。レーザー加工装置２は、光デバイスウェーハ１１を吸引保持するチャックテーブル４を備えている。チャックテーブル４の周囲には、光デバイスウェーハ１１を保持したフレーム２３を四方から挟持固定するクランプ６が設けられている。
【００２１】
チャックテーブル４は、モータ等の回転機構（不図示）と連結されており、鉛直方向に伸びる回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル４は、この移動機構で水平方向に移動する。
【００２２】
チャックテーブル４の上面は、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａ側を吸引保持する保持面４ａとなっている。この保持面４ａには、チャックテーブル４の内部に形成された流路を通じて吸引源の負圧が作用し、光デバイスウェーハ１１を吸引する吸引力が発生する。
【００２３】
チャックテーブル４の上方には、光デバイスウェーハ１１にレーザー光線Ｌを照射するレーザー照射ユニット８が配置されている。このレーザー照射ユニット８は、光デバイスウェーハ１１に吸収され難い波長（透過性を有する波長）のレーザー光線Ｌを発振するレーザー発振器１０を備えている。
【００２４】
レーザー発振器１０で発振されたレーザー光線Ｌは、ミラー１２等の光学素子を通じて集光器１４に入射する。集光器１４は、例えば、凸レンズ等で構成されており、レーザー発振器１０で発振されたレーザー光線Ｌを、チャックテーブル４に吸引保持された光デバイスウェーハ１１の内部（光デバイスウェーハ１１を構成する基板の内部）の集光点Ｐに集光する。また、集光器１４は、レーザー光線Ｌを所定の収差で集光できるように構成されている。
【００２５】
具体的には、集光器１４は、レーザー光線Ｌの集光において生じる球面収差の最大値が光デバイスウェーハ１１の基板中で＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となるように構成されている。より詳細には、光軸方向に見た球面収差の最大値が、基板中で＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となる。
【００２６】
図３（Ａ）は、レーザー光線Ｌを構成する各光線の光路を模式的に示す図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一部を拡大して示す拡大図である。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では、集光器１４の光軸Ａから近い順に、代表的な光路Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を示している。
【００２７】
上述のように、本実施の形態に係る集光器１４は、光軸Ａの方向において所定の球面収差を生じるように構成されている。よって、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、レーザー光線Ｌを構成する各光線の光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、光軸Ａに対して僅かにずれた位置で交わる。
【００２８】
光軸Ａに沿う方向の球面収差は、光軸Ａに十分近い近軸光線が光軸Ａと交わる位置と、各光線が光軸Ａと交わる位置とのずれで表すことができる。例えば、光路Ｌ１を通る光線を光軸Ａに十分近い近軸光線と仮定する。この場合、光路Ｌ４を通る光線の球面収差ＳＡは、図３（Ｂ）に示すように、光路Ｌ１を通る光線が光軸Ａと交わる位置と、光路Ｌ４を通る光線が光軸Ａと交わる位置とのずれで表される。
【００２９】
図４は、集光器１４を通過した光線が光軸と交わる位置（横軸）と、集光器１４に入射する光線の高さ（縦軸）との関係の例を示すグラフである。すなわち、図４は、球面収差の縦収差表示に相当する。なお、図４の縦軸に示す光線の高さは、光軸Ａから光線の入射位置までの距離（光軸Ａと垂直な方向の距離）を、集光器１４の径で規格化したものである。また、横軸の＋（プラス）の符号は、光デバイスウェーハ１１側（光線の進行方向前方）へのずれを示し、−（マイナス）の符号は、集光器１４側（光線の進行方向後方）へのずれを示している。
【００３０】
図４に示す例では、球面収差の最大値（代表的には、光軸Ａから最も遠い位置（縦軸：１．００）を通る光線のずれ）が＋８μｍ程度になっている。集光器１４をこのように構成すれば、光デバイスウェーハ１１を構成する基板中でレーザー光線Ｌが集光され過ぎることはない。これにより、光デバイスウェーハ１１の破断に適した改質層を形成できる。
【００３１】
改質層形成ステップでは、まず、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａ側をチャックテーブル４に吸引保持させる。これにより、光デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側が上方に露出する。なお、本実施の形態では、光デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側にレーザー光線Ｌを照射する態様について示すが、光デバイスウェーハ１１の表面１１ａ側にレーザー光線Ｌを照射しても良い。
【００３２】
次に、チャックテーブル４を移動、回転させて、レーザー照射ユニット８を加工対象のストリート１７に位置合わせする。位置合わせの後には、レーザー照射ユニット８から光デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂに向けてレーザー光線Ｌを照射すると共に、チャックテーブル４を加工対象のストリート１７と平行な第１の方向に移動（加工送り）させる。すなわち、光デバイスウェーハ１１とレーザー照射ユニット８とを加工対象のストリート１７に対して平行に相対移動させる。
【００３３】
上述したレーザー光線Ｌを光デバイスウェーハ１１の内部に集光すると、集光点Ｐの近傍は改質される。よって、レーザー光線Ｌを、上述のように相対移動させながら照射することで、光デバイスウェーハ１１の破断の起点となる改質層２５を加工対象のストリート１７に沿って形成できる。
【００３４】
上述のように加工対象のストリート１７に沿う改質層２５を形成した後には、レーザー光線Ｌの照射を停止して、チャックテーブル４を加工対象のストリート１７と垂直な第２の方向に移動（割り出し送り）させる。
【００３５】
すなわち、光デバイスウェーハ１１及びレーザー照射ユニット８を加工対象のストリート１７に対して垂直に相対移動させる。これにより、レーザー照射ユニット８は、隣接するストリート１７に位置合わせされる。
【００３６】
位置合わせの後には、隣接するストリート１７に沿って同様の改質層２５を形成する。この動作を繰り返し、第１の方向に伸びる全てのストリート１７に沿って改質層２５を形成した後には、チャックテーブル４を鉛直方向に伸びる回転軸の周りに９０°回転させて、第１の方向と直交する第２の方向に伸びるストリート１７に沿って改質層２５を形成する。全てのストリート１７に沿って改質層２５が形成されると、改質層形成ステップは終了する。
【００３７】
改質層形成ステップの後には、外力を付与して光デバイスウェーハを破断し、各光デバイス１９を含む複数の光デバイスチップに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、光デバイスウェーハ１１に貼着されたテープを拡張する方法や、光デバイスウェーハ１１をストリート１７に沿って押圧する方法等を用いて、光デバイスウェーハ１１に外力を付与する。
【００３８】
光デバイスウェーハ１１のストリート１７には改質層２５が形成されており、光デバイスウェーハ１１の強度は、ストリート１７において低くなっている。よって、上述した方法等を用いて外力を付与することで、光デバイスウェーハ１１をストリート１７に沿って破断して複数の光デバイスチップに分割できる。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る光デバイスウェーハの加工方法の有効性を確認するために行った実験について説明する。本実験では、光軸方向に見た球面収差の最大値が異なる複数の集光器を用いて改質層２５を形成し、光デバイスウェーハ１１の破断し易さを検証した。
【００４０】
本実験の集光器には、光軸方向に見た球面収差の最大値が、それぞれ、０μｍ、＋５μｍ、＋１０μｍ、＋１５μｍ、＋２０μｍ、＋２５μｍとなるものを用いた。また、本実験では、サファイア基板で構成された光デバイスウェーハ１１を用いた。
【００４１】
破断し易さは、光デバイスウェーハ１１をストリート１７に沿って押圧する方法で確認した。光デバイスウェーハ１１を押圧する押圧力は、強弱の２通りである。実験結果を下記表に示す。なお、下記表において、丸印（○）は、弱い押圧力で破断できたことを示し、三角印（△）は、強い押圧力で破断できたことを示し、バツ印（×）は、破断できなかったことを示す。
【００４２】
【表１】
2015198182.tif 000003
【００４３】
上記表から、光軸方向に見た球面収差の最大値が＋５μｍ〜＋２０μｍとなる集光器を用いることで、光デバイスウェーハ１１を容易に破断できるのが分かる。一方、０μｍでは、光デバイスウェーハ１１の厚さに対して改質層２５の幅が狭く（細く）なり過ぎ、光デバイスウェーハ１１を破断できない。また、＋２５μｍでは、改質層２５の幅を十分に広くできるが、エネルギー密度が低くなり過ぎ、破断に適した改質層２５を形成できない。
【００４４】
上記実験結果から、光デバイスウェーハを容易に破断するには、球面収差の最大値が＋５μｍ〜＋２０μｍ（＋５μｍ以上＋２０μｍ以下）となる集光器を用いる必要があると言える。また、球面収差の最大値が＋５μｍ〜＋１０μｍ（＋５μｍ以上＋１０μｍ以下）となる集光器を用いると、より好ましい。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る光デバイスウェーハの加工方法では、球面収差の最大値が基板（単結晶基板）中で＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となる集光器１４で集光されたレーザー光線Ｌを用いるので、改質層２５の形成に使用されるレーザー光線Ｌが基板中で集光され過ぎることはない。これにより、破断に適した改質層２５を形成して光デバイスウェーハ１１を容易に破断できる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、集光器１４は、レーザー光線Ｌを常光と異常光とに分離できるように構成されても良い。この場合、改質層形成ステップにおいて、常光と異常光とによる二つの改質層２５を同時に形成することが可能になる。
【００４７】
図５は、変形例に係る集光器１４を模式的に示す図である。図５に示すように、変形例に係る集光器１４は、レーザー光線Ｌを常光Ｌａと異常光Ｌｂとに分離する複屈折レンズ１６を備えている。複屈折レンズ１６は、例えば、材質の異なる第１光学素子１８と第２光学素子２０とを含んでいる。
【００４８】
第１光学素子１８は、例えば、ＬＡＳＦ３５ガラス等で構成されており、凸面１８ａを有している。また、第２光学素子２０は、例えば、ＹＶＯ４結晶等で構成されており、凸面１８ａと対応する曲率の凹面２０ａを有している。第１光学素子１８の凸面１８ａと、第２光学素子２０の凹面２０ａとは接合されている。
【００４９】
この複屈折レンズ１６にレーザー光線Ｌが入射すると、レーザー光線Ｌは、レーザー光線Ｌと第２光学素子２０（ＹＶＯ４結晶の結晶軸）とのなす角度に応じて、常光Ｌａと異常光Ｌｂとに分離される。すなわち、複屈折レンズ１６は、常光Ｌａを屈折させずにそのまま透過させ、異常光Ｌｂを屈折させる。
【００５０】
常光Ｌａと異常光Ｌｂとに分離されたレーザー光線Ｌは、共に対物レンズ２２で集光される。対物レンズ２２は、代表的には凸レンズであり、例えば、球面収差の最大値が＋５μｍ以上＋２０μｍ以下となるように構成されている。
【００５１】
このように、複屈折レンズ１６と対物レンズ２２とで構成されたレンズユニットを集光器１４として用いることで、例えば、図５に示すように、常光Ｌａの集光点Ｐａと異常光Ｌｂの集光点Ｐｂとを光デバイスウェーハ１１の深さ方向にずらすことができる。その結果、異なる深さの二つの改質層２５を同時に形成できる。
【００５２】
なお、複屈折レンズ１６の構成は、図５に示す構成に限定されない。例えば、第１光学素子１８及び第２光学素子２０の形状、材質等を変更し、常光Ｌａの集光点Ｐａと異常光Ｌｂの集光点Ｐｂとを光デバイスウェーハ１１の表面１１ａ（又は裏面１１ｂ）と平行な方向にずらしても良い。その場合、平行な二つの改質層２５を同じ深さに形成できる。
【００５３】
その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００５４】
１１  光デバイスウェーハ
１１ａ  表面
１１ｂ  裏面
１１ｃ  外周
１３  デバイス領域
１５  外周余剰領域
１７  ストリート（分割予定ライン）
１９  光デバイス
２１  保護テープ
２３  フレーム
２５  改質層
２  レーザー加工装置
４  チャックテーブル
４ａ  保持面
６  クランプ
８  レーザー照射ユニット
１０  レーザー発振器
１２  ミラー
１４  集光器
１６  複屈折レンズ
１８  第１光学素子
１８ａ  凸面
２０  第２光学素子
２０ａ  凹面
２２  対物レンズ
Ａ  光軸
Ｌ  レーザー光線
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  光路
Ｌａ  常光
Ｌｂ  異常光
Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ  集光点
【図１】
2015198182.tif 000004
【図２】
2015198182.tif 000005
【図３】
2015198182.tif 000006
【図４】
2015198182.tif 000007
【図５】
2015198182.tif 000008