JP2006253441A - ブレード加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウェハ等の被加工物を切断形成すると同時に断面を研磨することができるブレード加工方法を提供する。
【解決手段】高速回転するブレード１１の砥石１１Ｂおよびその周辺領域１２に対してノズル１３からスラリー１４を吐出しつつ、ダイシング台１５上の半導体ウェハ２０をスライドさせて、切断すると同時に、その切断面２０Ａを研磨する。このとき、高速回転しているブレード１１に付着して加速された研磨剤１４Ａが低入射角で切断面２０Ａに対して衝突することにより高精度の研磨がなされる。ノズル１３に対して超音波振動を付与してスラリー１４中の研磨剤１４Ａを分散させることにより、より精度が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体ウェハを切断（ダイシング）して素子ごとに分離する際に、ダイシングと同時に切断面の研磨を行うブレード加工方法に係り、特にサファイアなどの劈開が困難な基板を用いた半導体レーザ素子の共振器端面を形成する場合に有効なブレード加工方法に関する。

この種の半導体レーザ素子は、共振器端面が発振特性などに大きく影響を及ぼすものであり、それをどのように形成するかが重要である。従来、ＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）系あるいはＩｎＰ（インジウム・リン）系の材料からなる半導体レーザ素子の端面形成方法としては、半導体材料の結晶の劈開作用を利用した方法（第１の方法）やイオンビームエッチング（Ion Beam Etching）を用いた方法（第２の方法）などが用いられている。

また、近年、サファイア基板上にＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体材料からなる半導体レーザ共振器を備えた青色発光の半導体レーザ素子が開発され、このような半導体レーザ素子の端面形成においても、例えば第１の方法（劈開）などが用いられている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２６４３８

しかしながら、第１の方法では、高度の熟練技術を必要とし、安定した高い歩留りを得ることが難しく、青色発光の半導体レーザ素子に対しては、サファイア基板が硬いことから劈開し難く、基板間の劈開面が一致しないなどの問題があり、一方、第２の方法では、上記サファイア基板のエッチングに必ずしも適している訳ではなく、長時間を要する上に、満足のいく精度の端面が得られないなどの問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易に半導体ウェハなどの被加工物を切断し、あるいは被加工物に溝を形成することができ、同時に断面を高精度に平坦化することができ、特に半導体レーザ素子の共振器端面を高精度に形成することのできるブレード加工方法を提供することにある。

本発明のブレード加工方法は、被加工物を回転するブレードに接触させると共に、ノズルからブレードの周辺領域に微粒子状の研磨剤を含むスラリーを吐出することにより、被加工物を切断し、あるいは被加工物に溝を形成すると同時にその切断面を研磨するものである。

本発明のブレード加工方法では、微粒子状の研磨剤を含むスラリーが回転中のブレードの周辺領域に向けて吐出され、ブレードにより被加工物が切断等されると同時に、ブレードの回転により加速された研磨剤が低入射角で衝突することにより、切断面が研磨される。

本方法では、ノズルに超音波振動を付加してスラリー内の研磨剤を分散させるようにしてもよく、この場合、吐出エネルギーおよびスラリー中における研磨剤の分散性が高められ、切断面が均一に研磨される。

スラリーとしては、平均粒径１μｍ以下の酸化物微粒子の研磨剤を水などの溶媒に懸濁させたものを用いることができる。具体的な酸化物微粒子としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）あるいは三酸化二鉄（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）などが挙げられ、具体的には、平均粒径０．２μｍのＳｉＯ₂ などを用いることができる。また、上記溶媒に代えて、被加工物をエッチング可能な液を用いてもよい。例えば、被加工物をＧａＮ系の半導体レーザ共振器が形成された半導体ウェハとする場合には、ｐＨ１０以上ｐＨ１２以下（弱アルカリ性）の液などを用いることができる。ここで、この液は上記スラリーに含まれていてもよい。これにより、ＧａＮ系の半導体レーザ共振器の切断面がより高精度に研磨される。なお、半導体レーザ素子は上記ＧａＮ系に限らず、ＧａＡｓ系あるいはＩｎＰ系のものでもよく、上記液としてはこれら材料系に応じて選択すればよい。

ブレードとしては、ダイヤモンドブレードを用いることが好ましい。

本発明のブレード加工方法によれば、回転するブレードの周辺領域に微粒子状の研磨剤を含むスラリーを吐出させるようにしたので、被加工物の切断等と同時に断面を高精度に平坦化することができる。

従って、例えば、半導体レーザ共振器が形成された半導体ウェハから素子の個別分離を行うと、切断面が平坦化され共振器端面を同時に形成することができ、よって従来のダイシング加工後の研磨工程を除くことが可能となり、また、製造歩留りおよび発振特性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るブレード加工方法を用いた加工装置１０を表すものであり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の右側から見た側面図である。なお、本実施の形態では、被加工物の一例として半導体ウェハ２０を用いる。

本実施の形態に係るブレード加工方法は、高速に回転するブレード１１にダイシング台１５上の半導体ウェハ２０を接触させ、半導体ウェハ２０をその切断線に沿って、矢印方向Ｓにスライドさせることにより切断し、素子ごとに分離するものであるが、このときブレード１１の周辺領域１２にノズル１３からスラリー１４を吐出させてその切断面２０Ａを同時に研磨するものである。ここで、ブレード１１の周辺領域１２とは、少なくともブレード１１と切断面２０Ａとの間の隙間を含む領域を意味するものである。半導体ウェハ２０のスライド速度は、例えば０．２ｍｍ／ｍｉｎである。なお、ブレード１１は、その両面側において回転軸１１Ａを介して支持部材１６により保持されており、図示しない駆動部からの駆動力を受けて例えば、矢印Ｒで示した方向に回転する。

ブレード１１は、ダイシング台１５の上面と平行の回転軸１１Ａを有し、例えば、回転速度４２ｍ／ｓ（１００００ｒｐｍ）で高速回転するものである。このようなブレード１１としては、例えば、金属製の円盤の外周およびその近傍にダイヤモンドなどからなる砥石１１Ｂを備えた、ダイヤモンドブレードなどが利用可能である。

ノズル１３によるスラリー１４の吐出速度は、例えば８００ｃｍ³ ／ｍｉｎである。

スラリー１４としては、例えば、平均粒径１μｍ以下の酸化物微粒子の研磨剤１４Ａを水などの溶媒に懸濁させたものを用いることができる。具体的な酸化物微粒子としては、例えば、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ あるいはＦｅ₂ Ｏ₃ などが挙げられ、具体的には、平均粒径０．２μｍのＳｉＯ₂ などを用いることができる。また、スラリー１４に対する研磨剤１４Ａの濃度は、５重量％以上５０重量％以下、更には５重量％以上２０重量％以下、更には１０重量％とすることが好ましい。後述する超音波振動を付加したノズルから吐出するスラリー（以降、「超音波振動スラリー」という）１４Ｂの吐出エネルギーを高くすることができ、より効果的に研磨することができるからである。

更に、上記溶媒に代えて、半導体レーザ共振器３２を構成する半導体材料をエッチング可能な液を用いてもよい。半導体レーザ共振器３２の切断面をより高精度に研磨することができるからである。具体的には、例えば、ＧａＮ系の半導体材料に対しては、ｐＨ１０以上ｐＨ１２以下（弱アルカリ性）の液を用いることができる。ここで、この液は上記スラリーに含まれていてもよい。なお、上記液は半導体材料に応じて選択すればよい。

また、本実施の形態では、超音波発生装置によりノズル１３に対して超音波振動を付与することによって、スラリー１４中の研磨剤１４Ａを分散させることが望ましい。以下、このような研磨剤が分散したスラリー、すなわち上記超音波振動スラリー１４Ｂを用いる利点について説明する。

図２（Ａ）に示したように、ブレード１１が高速回転する際には、ブレード１１と切断面２０Ａとの隙間（周辺領域）１２に空気膜１２Ａが形成される。このような空気膜１２Ａが存在すると、ノズル１３から吐出されたスラリー１４が弾き返されて隙間１２に侵入し難くなり、スラリー１４の研磨作用が得られ難くなる場合が想定される。このような場合、上述のような超音波振動スラリー１４Ｂであると、吐出エネルギーおよびスラリー１４Ｂ中における研磨剤１４Ａの分散性が高いので、図２（Ｂ）に示したように、超音波振動スラリー１４Ｂが空気膜１２Ａを破壊して隙間１２に侵入する。これによって切断面２０Ａは全体にわたって均一に研磨される。

ダイシング台１５にはブレード１１の下端部が通過可能なように溝１５Ａが設けられている。

図３はブレード１１による半導体ウェハ２０の切断状況を示したものであり、図４は分離された半導体レーザ素子３０の概略構成を表したものである。この半導体レーザ素子３０は、例えば、厚さ３００μｍのサファイア基板３１上に厚さ２μｍ〜３μｍのＧａＮ系薄膜を形成し、これをレーザ共振器（ＧａＮ薄膜）３２としたものであり、このＧａＮ薄膜３２のストライプ状の電極３３の延在方向の端面が出射面３４となっている。電極３３の長さ（すなわち共振器長）は例えば３００μｍである。なお、レーザ共振器３２は、ＧａＮ系の他、ＧａＡｓ系あるいはＩｎＰ系の半導体材料で構成されるものでもよい。

このブレード加工方法では、半導体ウェハ２０が切断されると同時に、その切断面２０Ａに対して高速回転中のブレード１１に付着して加速された研磨剤１４Ａが低入射角で衝突することにより、切断面２０Ａが高精度に研磨される。

また、吐出エネルギー、およびスラリー中における研磨剤１４Ａの分散性が高められた超音波振動スラリー１４Ｂにより、ブレード１１が高速回転することにより生じる空気膜１２Ａが破壊され、研磨剤１４Ａが周辺領域１２に容易に侵入し、切断面２０Ａがより均一に研磨される。

このように本実施の形態のブレード加工方法によれば、高速回転するブレードの周辺領域に微粒子状の研磨剤を含むスラリーを吐出させるようにしたので、被加工物を切断（あるいは被加工物に溝を形成）すると同時に断面を研磨し平坦化することができる。

従って、半導体レーザ素子の個別分離および切断面の平坦化（端面形成）が容易であり、よってダイシング加工後の研磨工程を除くことが可能となり、得られた半導体レーザ素子をそのまま使用することができ、更に、素子の歩留りおよび発振特性を向上させることができるようになる。

以下、本発明の具体的な実施例について、詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１では、厚さ３００μｍのサファイア基板３１上に厚さ３μｍのＧａＮ薄膜３２が形成された半導体ウェハ２０に対して、以下の条件でダイシングおよび研磨を行うことにより、半導体レーザ素子３０の端面の評価を行った。

実施例１では、ブレード１１として直径８０ｍｍで厚さ０．１５ｍｍのダイヤモンドブレードを、スラリー１４として水に粒径０．２４μｍのＳｉＯ₂ 研磨剤を添加して２０重量％に調製したスラリーをそれぞれ用い、スラリー１４の吐出速度を８００ｃｍ³ ／ｍｉｎ、ブレード１１の回転速度を４２ｍ／ｓ（１００００ｒｐｍ）、半導体ウェハ２０のスライド速度を０．２ｍｍ／ｍｉｎとした。また、比較例１では、スラリー１４に代えて水を用いたことを除き、他は実施例１と同様の条件でダイシングおよび研磨を行った。

図５は、それらの端面の光学顕微鏡写真である。実施例１では、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．３ｎｍであり、図５（Ａ）に示したように、極めて平坦性のよい端面が形成されていることが明らかとなった。一方、比較例１では、Ｒａが３５．３ｎｍであり、図５（Ｂ）に示したように、端面全体にわたりマイクロクラックが集積した研削面となっていることが分かった。なお、いずれの算術平均粗さも、端面の５μｍ×５μｍの範囲の部分を測定して得られたものである。

（実施例２）
実施例２では、実施例１のスラリーに超音波を重畳させた「超音波振動スラリー」を用いてダイシングおよび研磨を行ったときの半導体ウェハ２０の端面の評価を行った。

その前段階として、超音波振動スラリー１４Ｂの吐出挙動について検討を行った。

まず、実施例１と同様のＳｉＯ₂ からなる研磨剤１４Ａを水に懸濁させることによりスラリー１４を調製した。その際、スラリー１４に対する研磨剤１４Ａの濃度（スラリー濃度）を検討例２−１では５重量％、検討例２−２では１０重量％、検討例２−３では２０重量％、検討例２−４では３０重量％および検討例２−５では５０重量％とした。

次に、図６に示したように、ダイシング台１５からの高さが５．５ｃｍの位置に設置したノズル１３から超音波振動スラリー１４Ｂおよび超音波を付加しないスラリー（通常のスラリー）を吐出させ、各スラリー濃度における飛距離の差を比較した。ここで、通常のスラリーの飛距離はスラリー濃度に関係なく、一律に７．５ｃｍであったことから、検討例２−１〜２−５の各飛距離から７．５ｃｍを引いた相対飛距離αを比較することにより吐出特性を評価した。なお、付加する超音波の周波数を２．４ＭＨｚ〜３ＭＨｚとした。

図７はその吐出特性を表すものである。この結果から、相対飛距離αは、５重量％から１０重量％までのスラリー濃度の範囲において増加し、１０重量％から５０重量％までのスラリー濃度の範囲においては減少する傾向が見られ、特に、検討例２−２（１０重量％）の超音波振動スラリーは、通常のスラリーと比べて３倍近い飛距離を有することから、最も高い吐出エネルギーを有していることが明らかとなった。

更に、図８（Ａ）には検討例２−２の噴出時の写真を、図８（Ｂ）には超音波を付加した水を吐出させたときの写真をそれぞれ示した。これらの写真を比較すると、超音波振動スラリーは霧状に吐出することから、スラリー１４中における研磨剤１４Ａの分散性を高めることができることが明らかとなった。

以上の検討結果を踏まえ、実施例２では、検討例２−２（スラリー濃度１０重量％）の超音波振動スラリーを用いてダイシングおよび研磨を行ったときの半導体ウェハ２０の端面の評価を行った。その際、半導体ウェハ２０としては実施例１と同様のものを用い、ダイシングおよび研磨の条件は超音波振動スラリーを用いたことを除き実施例１と同一にした。また、半導体ウェハ２０の端面の評価は、光学顕微鏡写真による観察と共に、ＧａＮ薄膜３２の表面から深さ方向に対する端面の傾斜角を測定することにより行った。

図９（Ａ）は超音波振動スラリーを用いたときの半導体ウェハ２０の端面の光学顕微鏡写真であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＧａＮ薄膜３２の端面を拡大して示した光学顕微鏡写真である。これらの結果から切断面が平坦化されていることが確認された。

更に、図１０（Ａ）に示したように、超音波振動スラリーを用いたときのＧａＮ薄膜３２の端面の傾斜角は、ＧａＮ薄膜３２表面から０．８μｍまでの傾斜角は２３°であるが、０．８μｍから３μｍまでの傾斜角は６°程度と極めて小さな傾斜角となっており、共振端面としては長い垂直面部が形成されていることが分かった。一方、通常のスラリーを用いたときの端面の傾斜角は、図１０（Ｂ）に示したように、ＧａＮ薄膜３２表面から２μｍまで傾斜角が２３°となっており、緩やかに傾斜していることが分かった。これにより、超音波振動スラリーを用いた方がより長い垂直面部を有する端面を形成することができることが分かった。

更に、実施例２の端面を有する半導体レーザ素子３０のについて、半導体レーザ素子３０に印加した印加電力密度に対する発光強度の関係（発振特性１）および発振波長と発光強度との関係（発振特性２）についてそれぞれ評価を行った。これらの結果を図１１，図１２に示す。

図１１は発振特性１を表すものであり、半導体レーザ素子３０は低い閾値と共に閾値以上の駆動電流に対する発光強度の関係において優れた直線性を有していることが明らかとなった。また、図１２は発振特性２を表すものであり、半導体レーザ素子３０は、所望の発振波長領域（青色）の光を高い発光強度で発振することができることが明らかとなった。以上の結果から、本発明のブレード加工方法は半導体レーザ素子自体の発振特性を向上させることができることが明らかとなった。

半導体レーザの製造工程における共振器端面の形成の他、赤色系レーザ用のＧａＡｓ系およびＩｎＰ系、あるいはＳｉなどの結晶、セラミックスおよびガラスなどのチッピングを嫌う超精密溝入れ工程あるいは切断工程などに利用可能である。

本発明の一実施の形態に係るブレード加工方法を説明するための図である。 ブレードの周辺領域の様子を説明するための図である。 半導体ウェハの切断時の状態を模式的に表す図である。 半導体レーザ素子の概略構成を表す斜視図である。 実施例１および比較例１のそれぞれの半導体ウェハの端面を比較した光学顕微鏡写真である。 超音波振動スラリーの吐出挙動の検討方法を説明するための図である。 超音波振動スラリーの吐出挙動を表す特性図である。 超音波振動スラリーおよび超音波振動を付加した水の吐出挙動を比較する写真である。 実施例２の半導体ウェハの端面の光学顕微鏡写真である。 実施例１および実施例２の半導体ウェハの端面の傾斜角を比較するための図である。 実施例２の半導体レーザ素子の発振特性を表す図であ。 実施例２の半導体レーザ素子の他の発振特性を表す図である。

符号の説明

１０…加工装置、１１…ブレード、１１Ａ…回転軸、１１Ｂ…砥石、１２…周辺領域、１２Ａ…空気膜、１３…ノズル、１４…スラリー、１４Ａ…研磨剤、１４Ｂ…超音波振動スラリー、１５…ダイシング台、１５Ａ…溝、１６…支持部材、２０…半導体ウェハ、２０Ａ…切断面、３０…半導体レーザ素子、３１…サファイア基板、３２…ＧａＮ薄膜（レーザ共振器）、３３…電極、３４…出射面

Claims (8)

1. 被加工物を回転するブレードに接触させると共に、ノズルから前記ブレードの周辺領域に微粒子状の研磨剤を含むスラリーを吐出することにより、前記被加工物を切断し、あるいは前記被加工物に溝を形成すると同時にその切断面を研磨する
   ことを特徴とするブレード加工方法。
2. 前記ノズルに超音波振動を付加して前記スラリー内の研磨剤を分散させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のブレード加工方法。
3. 前記スラリーとして、平均粒径１μｍ以下の酸化物微粒子の研磨剤を溶媒に懸濁させたものを用いる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のブレード加工方法。
4. 前記スラリーに対する研磨剤の濃度を５重量％以上５０重量％以下とする
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のブレード加工方法。
5. 前記被加工物は複数の半導体レーザ素子が形成された半導体ウェハであり、前記半導体レーザ素子を分離すると共に、前記半導体レーザ素子の共振器端面を研磨しつつ形成する ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のブレード加工方法。
6. 前記スラリーとして、前記半導体レーザ素子の共振器端面を構成する材料をエッチング可能な液を含むものを用いる
   ことを特徴とする請求項５に記載のブレード加工方法。
7. 前記半導体レーザ素子は、サファイア基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ），ガリウムヒ素（ＧａＡｓ），またはインジウムリン（ＩｎＰ）からなる半導体層を形成したものである ことを特徴とする請求項５または６に記載のブレード加工方法。
8. 前記ブレードとして、ダイヤモンドブレードを用いる
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のブレード加工方法。
   

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