特許 5770446 分割方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5770446

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】分割方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20150806BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20150806BHJP

   B23K 26/40 20140101ALI20150806BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20150806BHJP

   B28D 5/00 20060101ALI20150806BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/78 B

   H01L21/78 Q

   B23K26/00 H

   B23K26/40

   B23K26/38 Z

   B28D5/00 A

   H01L21/78 R

   H01L21/78 V

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2010-221565(P2010-221565)

(22)【出願日】2010年9月30日

(65)【公開番号】特開2012-79800(P2012-79800A)

(43)【公開日】2012年4月19日

【審査請求日】2013年8月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100132067

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 喜雅

(74)【代理人】

【識別番号】100137903

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 亨

(74)【代理人】

【識別番号】100150304

【弁理士】

【氏名又は名称】溝口 勉

(72)【発明者】

【氏名】星野 仁志

(72)【発明者】

【氏名】上野 寛海

(72)【発明者】

【氏名】新田 祐士

(72)【発明者】

【氏名】岡村 卓

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１３５７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３０３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１６５８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１４３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３７４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９０１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０２７９７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／３８

Ｂ２３Ｋ ２６／４０

Ｂ２８Ｄ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分割予定ラインによって区画された領域の表面側に発光層が形成されたサファイアウェーハを前記分割予定ラインに沿って分割する分割方法であって、
前記サファイアウェーハの裏面側から前記分割予定ラインに沿ってサファイアを透過する波長のレーザービームを照射することによって前記分割予定ラインに沿って厚み方向中央から裏面に近い位置に寸法２０μｍ以上、２５μｍ以下の改質層を形成する改質層形成工程と、
５０μｍ以上、１００μｍ以下のブレード幅の切削ブレードによって前記サファイアウェーハの裏面側から切削することによって前記分割予定ラインに沿って切削溝を形成して面取り加工を施す切削溝形成工程と、
前記改質層形成工程及び前記切削溝形成工程の後に前記改質層及び前記切削溝の頂点を起点として前記分割予定ラインに沿って前記サファイアウェーハを分割する分割工程と、を含み、
前記切削溝形成工程において、前記切削溝の底面側方に形成される面は、曲面または前記サファイアウェーハの裏面に対して平行又は垂直でない平面であることを特徴とする分割方法。

【請求項2】

前記切削溝形成工程の前に、
レーザービームを照射してアブレーション加工を施すことによって前記サファイアウェーハの裏面側から前記分割予定ラインに沿って予備溝を形成する予備溝形成工程を含み、
前記切削溝形成工程では、前記予備溝を前記切削ブレードで仕上げ加工することで、前記分割予定ラインに沿って前記切削溝を形成して面取り加工を施すことを特徴とする請求項１に記載の分割方法。

【請求項3】

前記切削溝形成工程によって前記切削溝を形成した後に、
前記改質層形成工程によって前記改質層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分割方法。

【請求項4】

前記切削ブレードの先端形状は、前記切削溝の底面側方に形成される面を広くとるように、レーザースポット径と略同一の幅の平坦面を有するように形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の分割方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光デバイス用ウェーハを個々の発光デバイスに分割する分割方法に関し、特に、サファイアウェーハを分割する分割方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発光ダイオード（LED：Light Emitting Diode）等の発光デバイスとして、サファイア層の表面に発光層が積層されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この発光デバイスは、サファイア基板の表面に発光層を積層した一枚のサファイアウェーハを、分割予定ラインに沿って複数に分割することにより製造される。このサファイアウェーハ等の発光デバイスウェーハの分割方法として、レーザー加工を用いた分割方法が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

【0003】

特許文献２に記載の分割方法は、パルスレーザービームによりウェーハ表面に分割予定ラインに沿うレーザー加工溝を形成し、レーザー加工溝に外力を加えることでウェーハを分割する。また、特許文献３に記載の分割方法は、透過性を有するパルスレーザービームによりウェーハ内部に分割予定ラインに沿う連続的な改質層を形成し、強度が低下した改質層に外力を加えることでウェーハを分割する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−０５６２０３号公報

【特許文献2】特開平１０−３０５４２０号公報

【特許文献3】特許第３４０８８０５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、上記した発光デバイスにおいては、発光層からサファイア層に放射された光線が、サファイア層から空気中に出射される。しかしながら、サファイアの屈折率が空気と比較してかなり大きいため、サファイア層から効率よく光線が出射されないという問題が生じていた。これは、サファイア層−空気界面に対する光線の入射角が、臨界角度（３４．５°）よりも大きいと、当該界面において全反射が生じ、光線がサファイア層中に閉じ込められてしまうためである。

【0006】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、サファイアウェーハの分割によって形成される発光デバイスの輝度を向上できる分割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】

【0007】

本発明の分割方法は、分割予定ラインによって区画された領域の表面側に発光層が形成されたサファイアウェーハを前記分割予定ラインに沿って分割する分割方法であって、前記サファイアウェーハの裏面側から前記分割予定ラインに沿ってサファイアを透過する波長のレーザービームを照射することによって前記分割予定ラインに沿って厚み方向中央から裏面に近い位置に寸法２０μｍ以上、２５μｍ以下の改質層を形成する改質層形成工程と、５０μｍ以上、１００μｍ以下のブレード幅の切削ブレードによって前記サファイアウェーハの裏面側から切削することによって前記分割予定ラインに沿って切削溝を形成して面取り加工を施す切削溝形成工程と、前記改質層形成工程及び前記切削溝形成工程の後に前記改質層及び前記切削溝の頂点を起点として前記分割予定ラインに沿って前記サファイアウェーハを分割する分割工程と、を含み、前記切削溝形成工程において、前記切削溝の底面側方に形成される面は、曲面または前記サファイアウェーハの裏面に対して平行又は垂直でない平面であることを特徴とする。

【0008】

この構成によれば、切削溝形成工程で分割予定ラインに沿ってサファイアウェーハに切削溝が形成されることで、分割工程でサファイアウェーハを分割して形成された個々の発光デバイスの角部が面取りされて、曲面または前記サファイアウェーハの裏面に対して平行又は垂直でない平面が形成される。この面取りによって発光デバイスの裏面側に多角形状の外形面が形成され、デバイス内で反射された光線が臨界角度以下で外形面に入射し易くなる。よって、発光層からの光線が外部に出射され易くなり、発光デバイスの輝度を向上できる。なお、ここでいう面取りは、発光デバイスの角部を斜面状に加工する場合に限らず、角度保存を抑制可能な形状、例えば、曲面形状に角部を加工してもよい。

【0009】

また本発明は、上記分割方法において、前記切削溝形成工程の前に、レーザービームを照射してアブレーション加工を施すことによって前記サファイアウェーハの裏面側から前記分割予定ラインに沿って予備溝を形成する予備溝形成工程を含み、前記切削溝形成工程では、前記予備溝を前記切削ブレードで仕上げ加工することで、前記分割予定ラインに沿って前記切削溝を形成して面取り加工を施している。

【0010】

また本発明は、上記分割方法において、前記切削溝形成工程によって前記切削溝を形成した後に、前記改質層形成工程によって前記改質層を形成している。
また本発明は、上記分割方法において、前記切削ブレードの先端形状は、前記切削溝の底面側方に形成される面を広くとるように、レーザースポット径と略同一の幅の平坦面を有するように形成されている。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、分割起点となる分割予定ライン上に切削溝を形成して、サファイアウェーハを個々の発光デバイスに分割することで、各デバイスの発光層からの光線を外部に出射し易くして輝度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る分割方法の実施の形態を示す図であり、切削装置の斜視図である。

【図2】本発明に係る分割方法の実施の形態を示す図であり、レーザー加工装置の斜視図である。

【図3】本発明に係る分割方法の実施の形態を示す図であり、テープ拡張装置の斜視図である。

【図4】本発明に係る分割方法の実施の形態を示す図であり、発光デバイスの側面図である。

【図5】本発明に係る分割方法の実施の形態を示す図であり、分割方法の説明図である。

【図6】本発明に係る分割方法の実施の形態を示す図であり、ブレード幅とレーザースポット径との関係の説明図である。

【図7】本発明に係る分割方法の実施の形態を示す図であり、切削ブレードのブレード幅と輝度との関係の説明図である。

【図8】本発明に係る分割方法の変形例を示す図であり、分割方法の説明図である。

【図9】本発明に係る分割方法の他の変形例を示す図であり、分割方法の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本実施の形態に係る分割方法を用いたサファイアウェーハの分割は、切削装置による切削溝形成工程、レーザー加工装置による改質層形成工程、テープ拡張装置による分割工程を経て実施される。切削溝形成工程では、表面に発光層が積層されたサファイアウェーハの裏面に、分割予定ラインに沿った切削溝が形成される。改質層形成工程では、サファイアウェーハの内部に分割予定ラインに沿った改質層が形成される。

【0014】

分割工程では、サファイアウェーハの表面に貼り付けられたダイシングテープの拡張によりサファイアウェーハが個々の発光デバイスに分割される。これらの工程を経て分割された発光デバイスは、切削溝形成工程で形成された切削溝により裏面側の角部が面取りされ、表面側に設けられた発光層からの光線が外部に出射され易くなる。以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して、各工程で用いられる装置構成について説明する。

【0015】

図１を参照して、サファイアウェーハに切削溝を形成する切削装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る切削装置の斜視図である。なお、本発明の分割方法に用いられる切削装置は、図１に示す構成に限定されない。切削装置は、サファイアウェーハに対して切削溝を形成可能であれば、どのような構成を有していてもよい。

【0016】

図１に示すように、切削装置１０１は、切削ブレード１１１を有する一対のブレードユニット１０６とサファイアウェーハＷを保持したチャックテーブル１０３とを相対移動させて、サファイアウェーハＷを切削するように構成されている。サファイアウェーハＷは、略円板状に形成されており、サファイア（Al₂O₃）基板の表面に発光層が積層されている。サファイアウェーハＷの裏面は、格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域に区画されている。

【0017】

また、サファイアウェーハＷは、発光層が形成された上面を下向きにして、環状フレーム１３１に張られたダイシングテープ１３２に貼着されている。なお、本実施の形態においては、発光デバイス用ウェーハとしてサファイアウェーハを例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではない。発光デバイスウェーハは、サファイア基板に発光層を積層したものに限らず、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板、ＳｉＣ（炭化珪素）基板に発光層を積層したものでもよい。

【0018】

切削装置１０１は、基台１０２を有しており、基台１０２上にはチャックテーブル１０３をＸ軸方向に加工送りするチャックテーブル移動機構１０４が設けられている。また、基台１０２上には、チャックテーブル移動機構１０４を跨ぐように立設した門型の柱部１０５が設けられ、柱部１０５には、チャックテーブル１０３の上方において一対のブレードユニット１０６をＹ軸方向に割出送りするブレードユニット移動機構１０７が設けられている。

【0019】

チャックテーブル移動機構１０４は、上部にチャックテーブル１０３を保持するＸ軸テーブル１１２を有している。Ｘ軸テーブル１１２は、基台１０２の上面に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール１１３に支持され、ボールねじ式の移動機構によりＸ軸方向に移動される。

【0020】

チャックテーブル１０３は、Ｘ軸テーブル１１２の上面に固定されたＺ軸回りに回転可能なθテーブル１１４と、θテーブル１１４の上部に設けられ、サファイアウェーハＷを吸着保持するワーク保持部１１６とを有している。ワーク保持部１１６は、所定の厚みを有する円盤状であり、上面中央部分にはポーラスセラミック材により吸着面が形成されている。吸着面は、負圧によりダイシングテープ１３２を介してサファイアウェーハＷを吸着する面であり、θテーブル１１４の内部の配管を介して吸引源に接続されている。

【0021】

ワーク保持部１１６の周囲には、θテーブル１１４の四方から径方向外側に延びる一対の支持アームを介して４つのクランプ部１１７が設けられている。４つのクランプ部１１７は、エアーアクチュエータにより駆動し、サファイアウェーハＷの周囲の環状フレーム１３１を挟持固定する。

【0022】

ブレードユニット移動機構１０７は、柱部１０５の前面に対してＹ軸方向に移動する一対のＹ軸テーブル１２１と、各Ｙ軸テーブル１２１のそれぞれに対してＺ軸方向に移動するＺ軸テーブル１２２とを有している。各Ｚ軸テーブル１２２には、それぞれブレードユニット１０６が延設されている。Ｙ軸テーブル１２１は、柱部１０５の前面に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール１２３に支持され、ボールねじ式の移動機構によりＹ軸方向に移動される。Ｚ軸テーブル１２２は、Ｙ軸テーブル１２１の前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール１２４に支持され、ボールねじ式の移動機構によりＺ軸方向に移動される。

【0023】

ブレードユニット１０６は、Ｙ軸回りに回転するスピンドルの先端に設けられた円盤状の切削ブレード１１１と、切削部分に切削水を噴射する図示しない噴射ノズルとを有している。ブレードユニット１０６は、スピンドルにより切削ブレード１１１を高速回転させ、複数のノズルから切削部分に切削水を噴射しつつサファイアウェーハＷを切削加工する。

【0024】

ここで、切削装置１０１による切削加工動作について説明する。まず、チャックテーブル１０３にサファイアウェーハＷが載置されると、チャックテーブル１０３が切削ブレード１１１に臨む加工位置に向けて移動される。次に、切削ブレード１１１の切削刃がサファイアウェーハＷの分割予定ラインに位置合わせされる。そして、ブレードユニット１０６が下降されることで、高速回転した切削刃によりサファイアウェーハＷの裏面が所定の深さだけ切り込まれる。

【0025】

切削ブレード１１１によりサファイアウェーハＷが切り込まれると、チャックテーブル１０３がＸ軸方向に加工送りされ、サファイアウェーハＷに１本の切削溝４０１（図５参照）が形成される。続いて、切削ブレード１１１がＹ軸方向に数ピッチ分だけ割出送りされ、切削ブレード１１１により隣接する分割予定ラインに切削溝４０１が形成される。この動作が繰り返されてサファイアウェーハＷのＸ軸方向の全ての分割予定ラインが加工される。

【0026】

次に、チャックテーブル１０３がθテーブル１１４により９０度回転され、サファイアウェーハＷのＹ軸方向の分割予定ラインに切削溝４０１が形成される。裏面に切削溝４０１が形成されたサファイアウェーハＷは、チャックテーブル１０３から取り外されてレーザー加工装置２０１に搬入される。なお、切削装置１０１は、切削ブレード１１１の切削刃に超音波振動を伝達して振動切削することで、サファイアウェーハＷに対する加工負荷を低減する構成としてもよい。

【0027】

図２を参照して、サファイアウェーハの内部に改質層を形成するレーザー加工装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。なお、本発明の分割方法に用いられるレーザー加工装置は、図２に示す構成に限定されない。レーザー加工装置は、サファイアウェーハに対して改質層を形成可能であれば、どのような構成を有していてもよい。

【0028】

図２に示すように、レーザー加工装置２０１は、レーザービームを照射するレーザー加工ユニット２０６とサファイアウェーハＷを保持したチャックテーブル２０８とを相対移動させて、サファイアウェーハＷを加工するように構成されている。レーザー加工装置２０１は、直方体状のベッド部２０３と、ベッド部２０３の上面後方に立設したコラム部２０４とを有している。コラム部２０４の前面には、前方に突出したアーム部２０５が設けられ、アーム部２０５の先端側にはレーザー加工ユニット２０６の加工ヘッド２０７が設けられている。

【0029】

ベッド部２０３の上面には、チャックテーブル２０８をＸ軸方向に加工送りすると共に、Ｙ軸方向に割出送りするチャックテーブル移動機構２０９が設けられている。チャックテーブル移動機構２０９は、チャックテーブル２０８をＸ軸方向に加工送りする加工送り機構２１１と、チャックテーブル２０８をＹ軸方向に割出送りする割出送り機構２１２とを備えている。加工送り機構２１１は、ベッド部２０３に対してＸ軸方向に移動するＸ軸テーブル２１６を有している。Ｘ軸テーブル２１６は、ベッド部２０３の上面に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール２１５に支持され、ボールねじ式の移動機構によりＸ軸方向に移動される。

【0030】

割出送り機構２１２は、Ｘ軸テーブル２１６に対してＹ軸方向に移動するＹ軸テーブル２１９を有している。Ｙ軸テーブル２１９は、Ｘ軸テーブル２１６の上面に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール２１８に支持され、ボールねじ式の移動機構によりＹ軸方向に移動される。Ｙ軸テーブル２１９の上面には、チャックテーブル２０８が設けられている。

【0031】

チャックテーブル２０８は、Ｙ軸テーブル２１９の上面においてＺ軸回りに回転可能なθテーブル２３１と、θテーブル２３１の上部に設けられ、サファイアウェーハＷを吸着保持するワーク保持部２３２とを有している。ワーク保持部２３２は、所定の厚みを有する円板状であり、上面中央部分にはポーラスセラミック材により吸着面が形成されている。吸着面は、負圧によりダイシングテープ１３２を介してサファイアウェーハＷを吸着する面であり、θテーブル２３１の内部の配管を介して吸引源に接続されている。

【0032】

ワーク保持部２３２の周囲には、θテーブル２３１の四方から径方向外側に延びる一対の支持アームを介して４つのクランプ部２３４が設けられている。４つのクランプ部２３４は、エアーアクチュエータにより駆動し、サファイアウェーハＷの周囲の環状フレーム１３１を四方から挟持固定する。

【0033】

レーザー加工ユニット２０６は、アーム部２０５の先端に設けられた加工ヘッド２０７を有している。アーム部２０５および加工ヘッド２０７内には、レーザー加工ユニット２０６の光学系が設けられている。加工ヘッド２０７は、発振器２４２から発振されたレーザービームを集光レンズによって集光し、チャックテーブル２０８上に保持されたサファイアウェーハＷをレーザー加工する。この場合、レーザービームは、透過性を有しており、光学系においてサファイアウェーハＷの内部に集光するように調整される。

【0034】

このようにして、サファイアウェーハＷの内部に分割起点となる改質層４０２（図５参照）が形成される。改質層４０２は、レーザービームの照射によってサファイアウェーハＷ内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層４０２は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等であり、これらが混在した領域でもよい。

【0035】

ここで、レーザー加工装置２０１によるレーザー加工動作について説明する。まず、チャックテーブル２０８にサファイアウェーハＷが載置されると、チャックテーブル２０８が加工ヘッド２０７に臨む加工位置に向けて移動される。次に、加工ヘッド２０７の射出口がサファイアウェーハＷの分割予定ライン（切削溝４０１）に位置合わせされると共に、レーザービームの焦点がサファイアウェーハＷの内部に調整され、レーザー加工処理が開始される。

【0036】

この場合、チャックテーブル２０８がサファイアウェーハＷを保持した状態でＸ軸方向に加工送りされ、切削溝４０１に沿ってサファイアウェーハＷ内に１列の改質層４０２が形成される。続いて、チャックテーブル２０８が数ピッチ分だけＹ軸方向に割出送りされ、隣接する切削溝４０１に沿ってサファイアウェーハＷ内に改質層４０２が形成される。この動作が繰り返されてサファイアウェーハＷのＸ軸方向の全ての切削溝４０１に沿って改質層が形成される。

【0037】

次に、チャックテーブル２０８がθテーブル２３１により９０度回転され、サファイアウェーハＷのＹ軸方向の切削溝４０１に沿って改質層４０２が形成される。内部に改質層４０２が形成されたサファイアウェーハＷは、チャックテーブル２０８から取り外されてテープ拡張装置３０１に搬入される。

【0038】

図３を参照して、ダイシングテープを拡張して、サファイアウェーハを個々の発光デバイスに分割するテープ拡張装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るテープ拡張装置の斜視図である。なお、本発明の分割方法に用いられるテープ拡張装置は、図３に示す構成に限定されない。テープ拡張装置は、ダイシングテープの拡張によってサファイアウェーハを分割可能であれば、どのような構成を有していてもよい。

【0039】

図３に示すように、テープ拡張装置３０１は、サファイアウェーハＷに貼られたダイシングテープ１３２を拡張ドラム３２１により拡張することで、サファイアウェーハＷを分割するように構成されている。テープ拡張装置３０１は、円盤状の円形台３２２と、円形台３２２の上面中央に設けられた拡張ドラム３２１とを有している。また、円形台３２２の上面において、拡張ドラム３２１の周囲には、サファイアウェーハＷを保持する環状テーブル３１１を昇降させる４つの昇降機構３２３が設けられている。

【0040】

各昇降機構３２３は、エアシリンダであり、シリンダケース３２４から突出されたピストンロッド３２５を環状テーブル３１１に連結して構成される。環状テーブル３１１は、環状フレーム１３１を載置する載置面３１１ａを有し、拡張ドラム３２１の上方にサファイアウェーハＷを位置付ける。環状テーブル３１１の周囲には、環状フレーム１３１を四方から挟持固定する４つのクランプ部３１２が設けられている。

【0041】

拡張ドラム３２１は、環状フレーム１３１の内径より小さく、ダイシングテープ１３２に貼られたサファイアウェーハＷの外径より大きなドラム径を有している。このため、拡張ドラム３２１の上端部は、ダイシングテープ１３２において、サファイアウェーハＷの外縁部と環状フレーム１３１の内縁部との間の環状領域に当接される。拡張ドラム３２１とダイシングテープ１３２との当接により、ダイシングテープ１３２に引張力が作用して、サファイアウェーハＷが改質層４０２に沿って分割される。

【0042】

ここで、テープ拡張装置３０１による分割加工動作について説明する。まず、環状テーブル３１１にサファイアウェーハＷが固定されると、４つの昇降機構３２３により環状テーブル３１１が下降される。このとき、ダイシングテープ１３２の環状領域に拡張ドラム３２１の上端部が当接され、ダイシングテープ１３２に急激な引張力が作用する。この構成により、サファイアウェーハＷが改質層４０２を分割起点として個々の発光デバイスに分割される。個々の発光デバイス４１１は、ピックアップコレット３０４により吸着され、ダイシングテープ１３２から剥離される。

【0043】

この場合、図４に示すように、発光デバイス４１１は、直方体状を成すように破断され、裏面Ｗｂと４側面Ｗｃ（破断面）との角部に面取り部Ｗｄが形成されている。なお、図４において、破線が発光層４１２からの光線を示し、一点鎖線が発光デバイス４１１の界面に対する法線をそれぞれ示す。面取り部Ｗｄは、サファイアウェーハＷの切削溝４０１の分割により形成される。この面取り部Ｗｄにより、発光層４１２からの光線が、サファイア層４１３から外部に出射され易くなり、発光デバイス４１１の輝度が向上される。側面Ｗｃおよび裏面Ｗｂで反射される光線が、面取り部Ｗｄでは反射されずに透過され得るからである。

【0044】

より具体的には、発光層４１２からの破線で示される光線が、サファイア層４１３内で側面Ｗｃに入射した場合、側面Ｗｃを透過可能な臨界角度θ₁は、サファイアと空気との屈折率に基づき、一点鎖線で示される法線に対して３４．５度である。この臨界角度θ₁内で光線が側面Ｗｃに入射すれば光線が側面Ｗｃにて全反射することは無いが、臨界角度θ₁外から光線が側面Ｗｃに入射すれば光線が側面Ｗｃに全反射される。面取りによって裏面Ｗｂ側が多面形状に形成された発光デバイス４１１では、角度保存が阻害され、臨界角度よりも大きな入射角度での反射の繰り返しが低減される。

【0045】

図４（ａ）に示すように、面取りされていない直方体状の発光デバイス４１１の場合、臨界角度θ₁外から光線が側面Ｗｃに入射すると、反射角度が保存されてサファイア層４１３内で全反射が繰り返される場合がある。例えば、光線が臨界角度θ₁外の入射角度θ₂で側面に入射され、側面Ｗｃにて全反射された光線が臨界角度θ₁外の入射角度９０−θ₂で裏面に入射されて、さらに裏面Ｗｂにて全反射される場合がある。この場合、発光デバイス４１１の界面に対して臨界角度θ₁外の入射角度θ₂および入射角度９０−θ₂で光線の入射が繰り返されるため、全反射が繰り返されてサファイア層４１１内で消光する事態が生じ得る。

【0046】

一方、図４（ｂ）に示すように、面取りされた直方体状の発光デバイス４１１では、直交する側面Ｗｃおよび裏面Ｗｂの他に面取り部Ｗｄが形成されるため、発光層４１２からの光線が界面に対して臨界角度θ₁内で入射し易くなる。例えば、光線が臨界角度θ₁外の入射角度θ₃で側面Ｗｃに入射され、側面Ｗｃにて全反射された光線が臨界角度θ₁内の入射角度θ₄で面取り部Ｗｄに入射される。また、光線が面取り部Ｗｄにて臨界角度θ₁外で反射される場合には、側面Ｗｃや裏面Ｗｂにて臨界角度θ₁内の入射角度で入射され易くなる。このように、側面Ｗｃや裏面Ｗｂにて臨界角度θ₁外の角度保存される入射角度で光線が入射しても、反射された光線が面取り部Ｗｄにて角度保存が阻害される。

【0047】

このように、面取り部Ｗｄによって、サファイア層４１３内の全反射の繰り返しが減少されることで、サファイア層４１３から出射する光線の量が多くなる。言い換えれば、発光デバイス４１１のエスケープコーン（任意の発光点から光線がサファイア層４１３と空気との界面を透過可能な範囲）を広げることができる。このように、本実施の形態に係る発光デバイス４１１は、裏面Ｗｂの面取りにより輝度が向上される。

【0048】

図５および図６を参照して本発明の実施の形態に係る分割方法の流れについて説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る分割方法の説明図である。図６は、本発明の実施の形態に係るブレード幅とレーザースポット径との関係の説明図である。

【0049】

最初に、図５（ａ）に示すように、切削装置１０１において切削溝形成工程が実施される。ここでは、例えば、ブレード回転数２００００［ｒｐｍ］、加工送り速度１００［ｍｍ／ｓ］で加工される。切削溝形成工程では、表面Ｗａに発光層４１２が形成されたサファイアウェーハＷの裏面Ｗｂに、分割予定ラインに沿う切削溝４０１が形成される。ここでは、切削ブレード１１１として、先端形状に平坦面を有する切削ブレードが用いられ、切削溝４０１の底面が平坦に形成される。この場合、切削ブレード１１１は、先端形状を平坦に形成可能で、かつ編摩耗し難いニッケルメッキにダイヤモンド砥粒を使用したブレードが用いられる。このため、切削ブレード１１１の先端の形状変化が抑制され、切削溝４０１の底面を平坦に保った状態で加工できる。

【0050】

なお、切削ブレード１１１は、ニッケルメッキにより様々な先端形状および幅寸法で成形可能である。特に、切削ブレード１１１の先端形状が、次工程の改質層形成工程で切削溝４０１の底部に形成されるレーザースポット径よりも、大きな幅の平坦面を有するものが好ましい。この切削ブレード１１１により形成された切削溝４０１には、図６に示すように、底面中央に改質層形成工程におけるレーザースポット径よりも大きな幅で平坦面４０１ａが形成され、底面側方に平坦面４０１ａとサファイアウェーハＷの裏面Ｗｂとを連ねる曲面４０１ｂが形成される。平坦面４０１ａは、詳細は後述するが、改質層形成工程における改質層４０２の精度向上に寄与する。

【0051】

曲面４０１ｂは、角度保存を起こさない反射面を形成する外面形状であり、発光デバイス４１１の輝度の向上に寄与している。よって、切削ブレード１１１の先端形状は、切削溝４０１における曲面４０１ｂの範囲を広げるように、レーザースポット径と略同一の幅の平坦面を有するものがより好ましい。なお、切削溝４０１の底面側方に形成される面は、曲面形状に限らず、平坦面以外の面状態、すなわちサファイアウェーハＷの裏面Ｗｂに対して平行又は垂直でない平面（Ｗｂに対する傾斜面）でもよい。

【0052】

また、切削ブレード１１１の砥粒は、粒径が大きすぎると面が荒くなるため、改質層形成工程でレーザービームが錯乱され精度のよい改質層４０２が形成できない。一方、切削ブレード１１１の粒径が小さすぎると、角度保存となる反射になり易いため好ましくない。したがって、切削ブレード１１１の粒径は、１０００番〜４０００番（粒径約２〜１７［μｍ］）が好ましく、１５００番〜３０００番（粒径約３〜９［μｍ］）がより好ましく、１８００番〜２５００番（粒径約３〜８［μｍ］）がさらに好ましい。

【0053】

なお、本実施の形態では、切削ブレード１１１がダイヤモンド砥粒を使用したニッケルメッキブレードである構成としたが、この構成に限定されるものではない。切削ブレード１１１は、サファイアウェーハＷを加工であれば、どのような構成でもよい。

【0054】

次に、図５（ｂ）に示すように、レーザー加工装置２０１において改質層形成工程が実施される。ここでは、例えば、レーザービームとして、波長が１０６４［ｎｍ］、出力が０．３［Ｗ］、繰り返し周波数が１００［ｋＨｚ］のパルスレーザービームを用いる。改質層形成工程では、サファイアウェーハＷの裏面Ｗｂから所定の深さに焦点を合わせて、切削溝４０１の下方に分割予定ラインに沿う改質層４０２を形成する。レーザー加工装置２０１は、切削溝４０１の平坦面４０１ａを介してサファイアウェーハＷ内にレーザービームを集光するため、平坦面４０１ａにおいてレーザービームの屈折および反射を低減して、レーザービームの集光精度を向上している。

【0055】

なお、ここでは、サファイアウェーハＷの裏面Ｗｂからの焦点深さを約４０［μｍ］に設定することで、サファイアウェーハＷ内に焦点位置から上方に向かって約２５［μｍ］程度の改質層４０２が形成される。この場合、レーザー加工装置２０１は、切削溝４０１に届かないように改質層４０２を形成する。切削溝４０１と改質層４０２とに隙間を設けることで、切削溝４０１と改質層４０２との繋がりによる品質劣化や割れが防止される。

【0056】

また、改質層４０２の形成時にはサファイアウェーハＷの一部が分割される場合がある。このため、改質層形成後に切削溝を形成すると、サファイアウェーハＷの加工品質が低下するおそれがある。本実施の形態では、切削溝形成工程後に改質層形成工程を実施することで、サファイアウェーハＷの加工品質の低下を抑えている。なお、サファイアウェーハＷの加工品質が低下しないのであれば、改質層形成工程後に切削溝形成工程を実施してもよい。

【0057】

つまり、切削溝４０１や改質層４０２が形成された時点でサファイアウェーハＷが部分的に分割予定ラインに沿って分割されると、その後の工程が部分的に分割された分割予定ラインに沿った加工や、部分的に分割された分割予定ラインを跨ぐ加工となり、加工の品質が低下してしまう。しかし、前述の様に切削溝４０１に届かないような改質層４０２を形成したり、切削溝形成工程後に改質層形成工程を実施すること、またはこれらを両方実施することで切削溝４０１や改質層４０２が形成された時点で生じるサファイアウェーハＷの分割予定ラインに沿う分割を低減できる。

【0058】

次に、図５（ｃ）に示すように、テープ拡張装置３０１において分割加工が実施される。分割加工では、サファイアウェーハＷを保持した環状テーブル３１１が下降され、拡張ドラム３２１の上端部が環状テーブル３１１の載置面３１１ａに対して相対的に上方に位置される。この結果、ダイシングテープ１３２には、拡張ドラム３２１の上端部に押し上げられて放射状に引張力が作用される。このダイシングテープ１３２の引張力により、強度が低下したサファイアウェーハＷの改質層４０２に外力が加えられて、改質層４０２を起点として個々の発光デバイス４１１に分割される。

【0059】

また、切削溝４０１は、改質層４０２の上方に形成されるため、改質層４０２を境として左右に分割される。このため、発光デバイス４１１の裏面側の角部が、切削溝形成工程において形成された切削溝４０１により面取りされた状態となる。分割された発光デバイス４１１は、ピックアップコレット３０４により吸着され、ダイシングテープ１３２から剥離される。このとき、各発光デバイス４１１の間には隙間Ｓが形成されるため、隣接する発光デバイス４１１が相互に接触することなくピックアップコレット３０４により容易にピックアップされる。

【0060】

発光デバイス４１１は、上述したように裏面側の角部の面取りにより、発光層４１２からの光線がサファイア層４１３から外部に出射され易くなる。このように、本実施の形態に係る分割方法でサファイアウェーハＷが分割されることにより、分割後の発光デバイス４１１の輝度が向上される。

【0061】

図７を参照して、切削ブレードのブレード幅（切削溝幅）と輝度との関係について説明する。図７は、本発明の実施の形態に係る切削ブレードのブレード幅と輝度との関係の説明図である。

【0062】

図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ブレード幅３３［μｍ］、５０［μｍ］、８０［μｍ］の３種類の切削ブレード１１１を用い、以下の加工条件で加工した発光デバイス４１１の輝度を測定した。なお、ここでは、改質層形成工程、切削溝形成工程、分割工程の順に実施し、チップサイズ０．２５×０．２７［ｍｍ］の発光デバイス４１１を形成した。
（位置情報）
サファイアウェーハの厚みａ：１００［μｍ］
サファイアウェーハの裏面からの切り込み量ｂ：１０［μｍ］
切削溝の平坦面から改質層までの間隔ｃ：５〜１０［μｍ］
改質層の寸法ｄ：２０〜２５［μｍ］
サファイアウェーハの裏面からの集光位置ｅ：４０［μｍ］
（切削加工条件）
ブレードの種類：ダイヤモンド砥粒を使用したニッケルメッキブレード
砥粒の粒径：２０００番
ブレード回転数：２００００［ｒｐｍ］
加工送り速度：１００［ｍｍ／ｓ］
（レーザー加工条件）
波長：１０６４波長［ｎｍ］
繰り返し周波数：１００［ｋＨｚ］
出力：０．３［Ｗ］
加工送り速度：４００［ｍｍ／ｓ］

【0063】

この結果、図７（ｄ）、（ｅ）に示すような結果が得られた。図７（ｄ）、（ｅ）で得られた値は、サファイアウェーハＷに改質層４０２のみを形成して分割された発光デバイス４１１の輝度を１００％とした場合の値である。したがって、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように、サファイアウェーハＷに切削溝４０１を設けて分割することで、発光デバイス４１１に面取り部Ｗｄが形成されて輝度が向上することが分かる。また、ブレード幅が大きくなるにつれて、発光デバイス４１１の輝度が向上されている。これは、発光デバイス４１１の面取り部Ｗｄが広くなることにより、角度保存とならない反射面の面積が増加して輝度が向上することを示している。

【0064】

切削溝形成工程の後に改質層形成工程が実施される場合には、切削溝形成工程で平坦面４０１ａをレーザースポット径より大きくすることで、改質層形成工程でレーザービームの集光精度が高められて発光デバイス４１１の歩留まりが向上される。そして、上記結果、改質層形成工程の加工条件、切削ブレードの製造歩留まりの関係から、ブレード幅は３０［μｍ］以上３００［μｍ］以下が好ましく、３０［μｍ］以上２００［μｍ］以下がより好ましく、５０［μｍ］以上１００［μｍ］以下がさらに好ましい。実際のブレード幅についてはチップサイズやウェーハの厚みに応じて上記範囲から適宜選定される。

【0065】

以上のように、本実施の形態に係る分割方法によれば、切削溝形成工程で分割予定ラインに沿ってサファイアウェーハＷに切削溝４０１が形成されることで、分割工程でサファイアウェーハＷを分割して形成された個々の発光デバイス４１１の角部が面取りされる。この面取りによって発光デバイス４１１の裏面側に多角形状の外形面が形成され、デバイス内で反射された光線が臨界角度以下で外形面に入射し易くなる。よって、発光層４１２からの光線が外部に出射され易くなり、発光デバイス４１１の輝度を向上できる。

【0066】

次に、図８を参照して、サファイアウェーハの分割方法の変形例について説明する。図８は、変形例に係る分割方法の説明図である。なお、変形例に係る分割方法は、上記した分割方法と、予備溝形成工程を加えた点についてのみ相違する。したがって、ここでは、主に相違点についてのみ説明する。

【0067】

図８に示すように、変形例に係る分割方法では、レーザー加工装置による予備溝形成工程、切削装置による切削溝形成工程、レーザー加工装置による改質層形成工程、テープ拡張装置による分割工程を経て、サファイアウェーハＷが分割される。なお、予備溝形成工程で用いられるレーザー加工装置は、サファイアウェーハＷに対してアブレーション加工可能な構成であればよく、例えば、改質層形成工程で用いられるレーザー加工装置と同様なものでもよい。

【0068】

最初に、図８（ａ）に示すように、レーザー加工装置により予備溝形成工程が実施される。ここでは、例えば、レーザービームとして、波長が３５５［ｎｍ］、出力が１．５［Ｗ］、繰り返し周波数が１００［ｋＨｚ］のレーザービームを用いる。予備溝形成工程では、アブレーション加工によりサファイアウェーハＷの裏面Ｗｂに、分割予定ラインに沿う予備溝４０３が形成される。アブレーション加工により形成された予備溝４０３の表面は、細かな凹凸状の溶融部を有している。

【0069】

次に、図８（ｂ）に示すように、切削装置により切削溝形成工程が実施される。切削溝形成工程では、上述した加工条件で切削ブレード１１１により予備溝４０３をさらう（仕上げ加工する）ことで、予備溝４０３の溶融部が除去され、サファイアウェーハＷの裏面Ｗｂに切削溝４０１が形成される。切削溝形成工程では、アブレーション加工時に発生する溶融部の除去により、切削溝４０１を介して光線を効果的に外部に出射可能とする。また、変形例に係る分割方法では、アブレーション加工により切削ブレード１１１による加工量が減少されるため、サファイアウェーハＷのように硬いワークであっても、切削ブレード１１１の消耗が抑えられ、偏磨耗による切削ブレード１１１の先端の形状変化も抑制される。

【0070】

次に、図８（ｃ）に示すように、レーザー加工装置により改質層形成工程が実施される。改質層形成工程では、上述した加工条件で、サファイアウェーハＷの内部に分割予定ラインに沿った改質層４０２が形成される。次に、図８（ｄ）に示すように、テープ拡張装置３０１により分割工程が実施される。分割工程では、ダイシングテープ１３２に対して放射状に引張力が作用され、サファイアウェーハＷが改質層４０２を起点として個々の発光デバイス４１１に分割される。分割された個々の発光デバイス４１１は、上述した実施の形態と同様に、裏面Ｗｂの面取りにより輝度が向上される。

【0071】

以上のように、変形例に係る分割方法によれば、アブレーション加工により予備溝４０３が形成されることで、サファイアウェーハＷのように硬い材料であっても、切削溝４０１の形成時に切削ブレード１１１の消耗が抑えられる。また、変形例に係る分割方法においても、発光デバイス４１１の面取りにより、発光層４１２からの光線が外部に出射され易くなり、輝度が向上される。

【0072】

なお、上記した実施の形態および変形例においては、切削ブレード１１１の先端形状が、平坦面を有する構成としたが、この構成に限定されるものではない。切削ブレードは、切削溝の底面に平坦面を形成しないものでもよく、例えば、図９に示すような、ベベルブレードを用いてもよい。この場合、図９（ａ）に示すように、サファイアウェーハＷの裏面ＷｂにＶ字状の切削溝４０１が形成される。そして、図９（ｂ）に示すように、サファイアウェーハＷが分割されると、発光デバイス４１１の角部がＶ字状の切削溝４０１により斜めに面取りされた状態となる。このように、切削溝４０１は、平坦面を有さなくてもよいし、角度保存にならない反射面であれば、どのように形成されてもよい。

【0073】

また、上記した実施の形態および変形例においては、テープ拡張装置によりサファイアウェーハを分割する構成としたが、この構成に限定されるものではない。分割工程では、サファイアウェーハに外力を加えて分割可能な装置であれば、テープ拡張装置以外の装置で分割する構成としてもよい。

【0074】

また、上記した実施の形態および変形例においては、切削溝形成工程後に改質層形成工程を実施してサファイアウェーハを分割する構成としたが、この構成に限定されるものではない。サファイアウェーハは、改質層形成工程後に切削溝形成工程が実施されて分割される構成としてもよい。

【0075】

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0076】

以上説明したように、本発明は、サファイアウェーハの分割によって形成される発光デバイスの輝度を向上できるという効果を有し、特に、サファイアウェーハを個々の発光デバイスに分割する分割方法に有用である。

【符号の説明】

【0077】

１０１ 切削装置
１０３ チャックテーブル
１１１ 切削ブレード
１３１ 環状フレーム
１３２ ダイシングテープ
２０１ レーザー加工装置
２０６ レーザー加工ユニット
２０８ チャックテーブル
３０１ テープ拡張装置
３１１ 環状テーブル
３２１ 拡張ドラム
４０１ 切削溝
４０１ａ 平坦面
４０１ｂ 曲面
４０２ 改質層
４０３ 予備溝
４１１ 発光デバイス
４１２ 発光層
４１３ サファイア層
Ｗａ 表面
Ｗｂ 裏面
Ｗ サファイアウェーハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】