(57)【要約】      （修正有）【課題】サファイアウェーハの背面をグラインディング、ラッピングしてから、ドライエッチング工程により加工した後にスクライビングすることで、サファイアウェーハをより効率的に分割可能にするサファイアウェーハの分割方法に関する。【解決手段】サファイアウェーハを基板に用いて製造した半導体素子をチップ単位に分割するサファイアウェーハの分割方法において、前記サファイアウェーハの背面を所定の厚さにグラインディングする段階（Ａ）と、グラインディングされたサファイアウェーハの背面を所定の厚さにラッピングする段階（Ｂ）と、ラッピングされたサファイアウェーハの背面を均一に所定の厚さにドライエッチングする段階（Ｃ）と、ドライエッチングされたサファイアウェーハの背面をスクライビングする段階（Ｄ）とを含むサファイアウェーハの分離方法を提供する。【選択図】図１
2005101510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイアウェーハを基板に用いて製造した半導体素子をチップ単位に分割するサファイアウェーハの分割方法において、
前記サファイアウェーハの背面を所定の厚さにグラインディングする段階と、
前記グラインディングされたサファイアウェーハの背面を所定の厚さにラッピングする段階と、
前記ラッピングされたサファイアウェーハの背面を均一に所定の厚さにドライエッチングする段階と、
前記ドライエッチングされたサファイアウェーハの背面をスクライビングする段階と、
を有することを特徴とするサファイアウェーハの分割方法。
【請求項２】
前記ドライエッチングは、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈ）法で行われることを特徴とする請求項１に記載のサファイアウェーハの分割方法。
【請求項３】
前記ドライエッチングは、少なくとも５０秒以上実施されることを特徴とする請求項１に記載のサファイアウェーハの分割方法。
【請求項４】
前記ドライエッチングする段階において、前記サファイアウェーハは少なくとも８００Å以上エッチングされることを特徴とする請求項１に記載のサファイアウェーハの分割方法。
【請求項５】
前記ドライエッチングのＲＦバイアスは最大２６Ｗであることを特徴とする請求項１に記載のサファイアウェーハの分割方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系半導体発光素子（ＬＥＤ）などの製造に用いるサファイアウェーハの分割方法に関するもので、より詳しくは、サファイアウェーハを個別チップ単位に分割する際、前記サファイアウェーハの背面をグラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、ラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）してから、ドライエッチング（ｄｒｙ−ｅｔｃｈｉｎｇ）工程により加工した後、スクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）することでサファイアウェーハをより効率的に分割可能にするサファイアウェーハの分割方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近頃、新たな映像情報の伝達媒体として脚光を浴びているＬＥＤ電光板は、初期には単なる文字や数字情報から始まり現在は各種ＣＭ映像物、グラフィック、ビデオ画面などの動画像を提供するレベルに至っている。色相も従来の単色の粗雑な画面から赤色と黄緑色のＬＥＤなど限られた範囲の色相を具現してきたが、最近は窒化ガリウム系（ＧａＮ）の高輝度青色ＬＥＤの登場により赤、黄緑、青を利用した総天然色表示がついに可能になった。しかし、黄緑色ＬＥＤが赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤより輝度が低く発光波長が５６５ｎｍ程と光の三原色に必要な波長の緑でないことから自然な総天然色表現が不可能であったが、以降自然な総天然色表示に適した波長５２５ｎｍの高輝度純粋緑色ＧａＮ  ＬＥＤの生産によって、かかる問題が解決された。したがって、ＬＥＤディスプレーは窒化ガリウム系半導体発光素子の開発により長寿命、高輝度、高視認性を有する高品質の総天然色表示が可能になり、現在１００インチ以上の大型総天然色屋外ＬＥＤ映像ディスプレーが次々と登場しており、コンピュータとの結合から屋外商業広告のレベルを一段と高め、ニュースを始めた多様な映像情報をリアルタイムで具現できる先端映像媒体に発展している。
【０００３】
このように、総天然色ＬＥＤ電光板などに用いる青色または緑色の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造においては、ＧａＮ単結晶を異種基板上にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などの気相成長法またはＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法で成長させる。この際、異種基板としては主にサファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）基板またはＳｉＣ基板が使われる。とりわけ、サファイア基板は六角−ロンボ形（Ｈｅｘａ−Ｒｈｏｍｂｏ  Ｒ３ｃ）対称性を有する結晶体として、ｃ軸方向の格子定数が１３．００１Åで、ａ軸方向には４．７６５Åの格子間距離を有する。サファイア面方向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｐｌａｎｅ）にはＣ（０００１）面、Ａ（１１２０）面、Ｒ（１１０２）面などがある。前記青色または緑色発光素子用サファイア基板としてはＣ面の場合、比較的ＧａＮ薄膜の成長が容易で、ＳｉＣ基板より安価で高温において安定性がある為に主に用いられる。
【０００４】
通常、前記窒化ガリウム系半導体発光素子は、サファイア基板と、前記サファイア基板上に順次に形成される第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を含んで製造される。前記第１導電型クラッド層はｎ型ＧａＮ層とｎ型ＡｌＧａＮ層から成ることができ、前記活性層は多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造のアンドープＩｎＧａＮ層から成ることができる。また、前記第２導電型クラッド層はｐ型ＧａＮ層とｐ型ＡｌＧａＮ層から成ることができる。ここで、ｎ型ＧａＮ層を成長させる前にサファイア基板との格子整合を向上させるべくＡｌＮ／ＧａＮのようなバッファ層を予め形成することができる。前記サファイア基板は電気的絶縁性物質なので、両電極を全て上面に形成するために、所定の領域に該当する前記第２導電型クラッド層と活性層をエッチングして前記第１導電型クラッド層の一部上面を露出させ、その露出した第１導電型クラッド層の上面に第１電極を形成する。一方、前記第２導電型クラッド層は相対的に高抵抗を有するので、前記第２導電型クラッド層の上面にオーミックコンタクト層を追加しそのオーミックコンタクト層の上面に第２電極を形成する。実際の製造工程においては、前記サファイア基板にサファイアウェーハを使う。
【０００５】
前記したように、サファイアウェーハ上に第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層、及び電極を形成した後、前記サファイアウェーハを個別チップ単位に分割して各々の個別半導体チップに仕上げる。ここで、前記サファイアは物性上かなり硬い物質（モース硬度：９）なので、前記サファイア基板の背面をグラインディング、ラッピング、ポリッシングしてサファイアウェーハの厚さを減少させた後、ダイアモンドチップを使って前記サファイアウェーハの背面をスクライビングして個別チップに分離する特殊処理工程を経てチップ分離が行われる。
【０００６】
図６はチップ分離のための従来のサファイアウェーハの分割方法を示した工程図である。先ず、図６（Ａ）はグラインディング工程を示したもので、回転するダイアモンドホイール（１１１）を用いてサファイアウェーハ（１１０）の背面を所定の厚さ（例えば、１１５μｍ）に研削する。次いで、図６（Ｂ）に示したように前記グラインディングされたサファイアウェーハはラッピング及びポリッシングされる。ラッピング工程においては、通常、粒径６μｍのダイアモンドスラリー（１１３）を使ってグラインディングされたサファイアウェーハ（１１０）をラッピングプレート（１１２）上で所定の厚さ（例えば、８１μｍ）に研磨する。前記ラッピングが完了したら、前記ラッピング工程と同じく図６（Ｂ）のように、粒径３μｍのダイアモンドスラリー（１１３）を使って前記サファイアウェーハ（１１０）を所定の厚さ（例えば、８０μｍ）にポリッシングする。最後に、図６（Ｃ）のように前記ポリッシングされたサファイアウェーハ（１１０）をダイアモンドチップ（１１４）を使ってスクライビングすることにより個別チップに分割する。
【０００７】
図７（Ａ）は前記ラッピング工程を経て処理されたサファイアウェーハの背面表面の拡大写真として、大変深いスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）が形成されている。こうした状態のサファイアウェーハ背面は、その表面がとても粗く透明度が落ちる。また、ラッピングが施された状態のサファイアウェーハ背面をスクライビングすると、加工応力が強くダイアモンドチップ（１１４）がよく利くが、表面に形成された深いスクラッチの為に図８（Ａ）に示したように深刻なクラックができ、分割されたチップは図８（Ｂ）のように一部が破損されてしまうなどの問題があった。したがって、前記に説明したようにラッピング工程以後、より小さい粒子のスラリーを使ってサファイアウェーハの背面をポリッシングする。
【０００８】
図７（Ｂ）は前記ポリッシング工程により処理されたサファイアウェーハ背面の表面拡大写真として、図７（Ａ）に示したスクラッチがほぼ除去された状態である。このように、ポリッシング工程を経てサファイアウェーハ背面のスクラッチはほぼ除去され透明度が高く、生産される半導体発光素子の特性を向上させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前記ポリッシング工程で処理されたサファイアウェーハの背面はその表面が大変滑って加工応力がとても低い。即ち、ダイアモンドチップでサファイアウェーハ表面をスクライビングする場合、表面の抵抗力が低すぎてダイアモンドチップがよく利かない。図９（Ａ）はポリッシング工程以後ダイアモンドチップを使ってスクライビングしたサファイアウェーハの写真として、スクライビングされた個別チップの境界部分がきれいに処理されないことがわかる。こうした状態でサファイアウェーハを個別チップに分離すると、図９（Ｂ）に示したようにチップの外形が不良になり、こうして収率が劣るという問題があった。また、前記ダイアモンドチップは大変高価な消耗品であり、前記した従来の方法によると、ダイアモンドチップがよく利かないので摩耗量が増加し製品単価が上昇するという問題があった。したがって、当技術分野においては分離されるチップの外観不良を生じさせないと同時に、高価のダイアモンドチップの使用量を減少できるサファイアウェーハの分離方法が要求されていた。
【００１０】
本発明は、前記問題点を解決すべく案出されたもので、その目的は、サファイアウェーハを用いて製造した発光素子などの半導体素子を個別チップに分離する際、サファイアウェーハの背面の応力（ｓｔｒｅｓｓ）を調節することで、より容易且つ効率的なスクライビングを可能にし、チップの外観不良を改善しダイアモンドチップの使用量を減少できるサファイアウェーハの分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記技術的課題を成し遂げるために、本発明は、サファイアウェーハを基板に用いて製造した半導体素子をチップ単位に分割するサファイアウェーハの分割方法において、前記サファイアウェーハの背面を所定の厚さにグラインディングする段階と、前記グラインディングされたサファイアウェーハの背面を所定の厚さにラッピングする段階と、前記ラッピングされたサファイアウェーハの背面を均一に所定の厚さにドライエッチングする段階と、前記ドライエッチングされたサファイアウェーハの背面をスクライビングする段階とを含むサファイアウェーハの分割方法を提供する。
【００１２】
本発明の好ましき実施例において、前記ドライエッチングはＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈ）法で行われ、少なくとも５０秒以上施され、前記ドライエッチングのＲＦバイアスは最大２６Ｗである。また、前記ドライエッチングする段階において、前記サファイアウェーハは少なくとも８００Å以上エッチングされることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
前述した本発明によると、サファイアウェーハを用いて製造した半導体発光素子などをスクライビング工程により個別チップに分離する場合、サファイアウェーハの背面をグラインディング、ラッピングした後、ポリッシング工程を用いずドライエッチングすることで、前記サファイアウェーハ背面の加工応力（ｓｔｒｅｓｓ）を所定のレベルに維持させてより容易且つ効率的なスクライビングを可能にする。こうして、チップの外観不良を改善して収率を向上させ、高価なダイアモンドチップの使用量を減少させ生産原価を節減することにより生産性を高め、ひいては製品の価格競争力を確保できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付の図面を参照しながら、本発明によるサファイアウェーハの分割方法についてより詳しく説明する。
【００１５】
図１は本発明によるサファイアウェーハの分割方法を示した工程図である。先ず、図１（Ａ）に示したように回転するダイアモンドホイール（１１）を使ってサファイアウェーハ（１０）の背面を所定の厚さ（例えば、１１５μｍ）にグラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）する。
【００１６】
次に、図１（Ｂ）に示したように、前記グラインディングされたサファイアウェーハの背面をラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）する。ラッピング工程においては、通常粒径６μｍのダイアモンドスラリー（１３）を用いてグラインディングされたサファイアウェーハ（１０）をラッピングプレート（１２）上で所定の厚さ（例えば、８１μｍ）に研磨する。
【００１７】
次に、図１（Ｃ）に示したように、前記ラッピングされたサファイアウェーハ（１０）の背面を所定の厚さだけドライエッチング（２０）する。一般にドライエッチングには様々な方法が用いられるが、エッチング時間が短く異方性エッチングが可能で半導体素子の汚染を防止できるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈ）法が好ましい。前記ドライエッチングによると、ラッピング工程以後サファイアウェーハ背面の表面に形成されるスクラッチを除去して、スクライビング時にクラック発生を防止することができる。また、従来のサファイアウェーハ分割方法に用いられるポリッシング工程の場合よりサファイアウェーハ表面の加工応力が大きい為、スクライビング工程時にダイアモンドチップがよく利き、より正確且つ容易にスクライビング可能になる。
【００１８】
最後に、図１（Ｄ）に示したように、ドライエッチングされたサファイアウェーハの背面をダイアモンドチップ（１４）を使ってスクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）する。
【００１９】
図２は本発明によるサファイアウェーハの分割方法に用いられるドライエッチング以後のサファイアウェーハの変化を説明するためのサファイアウェーハ断面図である。前記ラッピングが済んだサファイアウェーハの背面は、先に図７（Ａ）で説明したように、その表面に深いスクラッチが形成されている。図２（Ａ）はラッピング以後スクラッチが形成されたサファイアウェーハの断面を示す。ラッピングが済んだサファイアウェーハ（１０）の表面には図２（Ａ）のようにスクラッチが形成されている。図２（Ａ）において図中符号１０ａで表示した部分は加工応力が大変強く集中した部分で、以後実行されるスクライビング工程において力が加えられるとクラックが発生する確率が高い。図２（Ａ）に示した状態のサファイアウェーハをドライエッチングすると、図２（Ｂ）のようにスクラッチの深さが減少して図中符号１０ａに表示された応力集中部分の形状が鈍くなる。即ち、図２（Ａ）の応力が集中する部分（１０ａ）の形状が図２（Ｂ）の図中符号１０ｂで表示した部分のように変化しながら応力集中が減少し、以後のスクライビング工程においてもクラックが発生する確率が顕著に減少する。したがって、スクライビングを経て分離されるチップの外形不良が改善できるようになる。
【００２０】
本発明によるサファイアウェーハの分割方法に用いられるドライエッチングはＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈ）法で行われることが好ましい。図８は前記ＲＩＥ法によりドライエッチングが行われるサファイアウェーハ表面の変化を、ドライエッチングが実行される時間に応じて図示したものである。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）は各々ドライエッチングが５０秒、１００秒、２００秒及び４００秒間施された状態のサファイアウェーハ表面を示した電子顕微鏡写真である。図３によると、ドライエッチングの実施時間が長くなるほどラッピング工程以後サファイアウェーハ表面に形成されるスクラッチが漸次減少することがわかる。スクラッチにより発生するチップのクラック減少を防止するために、ドライエッチングは少なくとも５０秒以上施すことが好ましい。
【００２１】
図４はドライエッチングの重要な変数の一つであるＲＦバイアスを変動させドライエッチングを行った実験結果を示した写真である。ドライエッチングの結果を決定する変数には色々あるが、エッチングプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を決定する主な変数はＲＦバイアスである。図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）は各々ＲＦバイアスが１９Ｗ、２４Ｗ及び２６Ｗである場合のエッチングプロパイルの変化を示す。図４示したように、ＲＦバイアスを上昇させるほどエッチングプロパイルが垂直に近づく。即ち、ＲＦバイアスが高いと、エッチングレート（ｒａｔｅ）が良くなりエッチングプロパイルが垂直に近く均一な表面とすることができるので、以後スクライビング工程時均一な品質を確保することができる。
【００２２】
しかし、前記ＲＦバイアスが２６Ｗを超過するとＰＲマスクのバーニング（ｂｕｒｎｉｎｇ）現象が起こるので、本発明に用いるドライエッチングのＲＦバイアスは最大２６Ｗであることが好ましい。
【００２３】
以上説明したドライエッチングによりスクライビングをより容易に実行できる。図５は本発明の方法によりスクライビングされたサファイアウェーハ及び分割されたチップを示した写真である。図５（Ａ）に示したように、サファイアウェーハをスクライビングした各チップの境界部分が明確に設定され、図５（Ｂ）のように分割された個別チップの縁がきれいに処理されチップの外形不良が殆ど発生しないことがわかる。このような本発明の効果は、先に提示した従来の方法によるクライビングの結果を示す図９比較すると、より明確になる。
【００２４】
図９（Ａ）に示したように従来の方法によると、ポリッシングによりサファイアウェーハ表面の加工応力が弱すぎてダイアモンドチップがよく利かず、スクライビングされた部分がきれいに処理されなかった。それに比して、図５（Ａ）に示すような本発明によると、ポリッシング工程を用いない代わりにドライエッチング工程を用いてサファイアウェーハ表面に所定の加工応力を維持することで、ダイアモンドチップがより容易にサファイアウェーハ表面をスクライビングできるようになる。その結果、スクライビングされる各チップの境界がより明確に区分されることがわかる。こうしたスクライビングの違いは分割された個別チップの外形に差をもたらす。図９（Ｂ）に示したように従来の方法により分割されたチップはスクライビングが正常に行われないので、チップの境界がきれいに処理されずチップの外形不良を招く。それに比して、本発明によると図５（Ｂ）に示したように、チップの外形不良がほとんど発生しない。
【００２５】
また、本発明によると、スクライビング時ダイアモンドチップがサファイア表面によく利く為、その摩耗量が顕著に減少する。サファイアウェーハを分割する工程に使用されるダイアモンドチップは大変高価な消耗品であり、本発明によりその使用量を顕著に減少させることで製品単価を下げ、ひいては製品の価格競争力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるサファイアウェーハの分割方法を示した工程図である。
【図２】ラッピングされたサファイアウェーハの断面とドライエッチングされたサファイアウェーハの断面との比較図である。
【図３】ドライエッチングの進行時間に伴うサファイアウェーハ表面の状態変化を示した電子顕微鏡写真である。
【図４】ドライエッチングのＲＦバイアスの変化に伴うサファイアウェーハの食刻状態の変化を示した写真である。
【図５】本発明によるサファイアウェーハの分割方法によりスクライビングされたサファイアウェーハ及び分割されたチップの写真である。
【図６】従来のサファイアウェーハの分割方法を示した工程図である。
【図７】（Ａ）はラッピング工程後のサファイアウェーハ表面を示した電子顕微鏡写真である。（Ｂ）はポリッシング工程後のサファイアウェーハ表面を示した電子顕微鏡写真である。
【図８】ラッピング工程後スクライビングされたサファイアウェーハ及び分割されたチップの写真である。
【図９】ポリッシング工程後スクライビングされたサファイアウェーハ及び分割されたチップの写真である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  サファイア基板
１１  ダイアモンドホイール
１２  ラッピングプレート
１３  ダイアモンドスラリー
１４  ダイアモンドチップ
２０  ドライエッチング
【図１】
2005101510.tif 000003
【図２】
2005101510.tif 000004
【図６】
2005101510.tif 000005
【図３】
2005101510.tif 000006
【図４】
2005101510.tif 000007
【図５】
2005101510.tif 000008
【図７】
2005101510.tif 000009
【図８】
2005101510.tif 000010
【図９】
2005101510.tif 000011