JP4287641B2

JP4287641B2 - ダイを製造する方法

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Publication number: JP4287641B2
Application number: JP2002340354A
Authority: JP
Inventors: クォ‐チン・リュウ; ペイ・シェン・ファン; ダン・ディア; ジェン・リュウ; ジー‐チュアン・フアン; アントニオ・ルチェロ; スコット・ピンカム; スティーヴン・オルトロジェ; ドゥエイン・ミドルブッシャー
Original assignee: New Wave Research Inc
Current assignee: New Wave Research Inc
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2022-11-25
Also published as: US20050215078A1; JP2004009139A; US20030226832A1; US6960739B2; TW568819B; US20070248126A1; US6580054B1; US8822882B2; US20030226830A1; US20050279740A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サファイア基板上に形成されるダイオードレーザダイをはじめとする、集積回路およびレーザダイなどの集積デバイスダイの製造において使用される方法、およびプロセスに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、固体ＵＶレーザを使用したサファイア基板のスクライビングおよびスクライブしたサファイア基板のダイへの分離を実行する方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
サファイアＡｌ_２Ｏ_３は様々なデバイス用の基板として使用される。
サファイアは、光学的に透過的であり、電気的に不導であり、かつ熱の良導体である硬質の材料である。よって、レーザダイオードの製造における好適な基板材料となっている。
特に窒化ガリウムＧａＮおよび関連材料に基づく青色レーザダイオードおよび他の構造は、サファイア基板上で大量に製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
サファイア基板上のダイの製造における１つの主な障害は、基板からのダイの分離である。サファイアは非常に硬質であるので、一般的なプロセスでは、基板にパターンをスクライブするのにダイヤモンドチップブレードを使用する。
【０００５】
レーザダイオードなどの半導体構造が上面に形成されたサファイア基板は、「ブルーテープ」または「ウェハテープ」として知られる接着剤上に配置される。そして、ダイヤモンドブレードが基板をスクライブするために使用される。この段階で、形成されたスクライブ線に沿って基板を割るために機械的な力を使用する。引き続き、割られた基板を支持しているテープを伸してダイを分離する。
この場合、ロボット式ピックアンドプレースマシンを使用して、一辺が２００ないし５００ミクロンの範囲の典型的寸法を有する個々のダイをテープから取り外す。
【０００６】
ダイの製造におけるもう一つの主な障害は裁断プロセスである。
ダイヤモンドブレードでは、製造者が「ストリート」と呼ばれる比較的幅広のスクライブ線（例えば４０〜７０ミクロン）を基板上の所定位置に形成することとなり、単一基板上で製造できるダイの数が減少する。
加えて、ダイヤモンドチップブレードは比較的ゆっくり操作しなければならず、直径２インチの基板に対し、その作業に１時間半も要する。
【０００７】
また、ブレードのダイヤモンドチップは摩耗し、しばしば、ウェハ１枚につき１枚ものブレードを交換しなければならない。ブレードの交換は製造工程を緩慢なものとする。一方、ブレードは一般的に複数のチップを持ち、適切な裁断のためには、新しいチップが始動するたびに、かつ新しいブレードが設置されるたびに、注意深くかつ正確に位置合わせを行なわなければならない。
【０００８】
最後に、機械的スクライビングプロセスはクラックを生じ、それはダイを損傷して歩留まりを低下させ得る。このプロセスの一般的な歩留まりは約７０％と報告されている。
【０００９】
従って、本発明の目的は、ダイの製造において、現行の技術を使用して得られるより高速であり、より使い易く、消耗部品の数を最小化し、より高い密度を可能にし、かつより高い歩留まりを達成する、サファイア基板のスクライビングのための方法を提供することにある。そのようなシステムは小型であり、操作が安全であり、かつ低コストであることが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、サファイア基板からダイを製造する方法であって、請求項１に記載の方法の特徴構成は、
前記サファイア基板をステージ上に装着するステップと、
固体レーザを使用して前記サファイア基板の表面にレーザエネルギのパルスであって、１０６４ｎｍの波長の第３調波の波長、５ｋＨｚを超える繰返し率、所定のエネルギ密度、スポットサイズ、およびパルス持続時間を有してレーザエネルギを前記サファイア基板に非線形吸収によって直接吸収させ、サファイアのアブレーションを誘起するのに充分なパルスを指し向けるステップと、
前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させて前記サファイア基板にスクライブ線を形成するステップとを含み、
前記パルスが１ＧＷ／ｃｍ^２以上１０ＧＷ／ｃｍ^２以下のピークパワー密度を有することにある。
【００１１】
請求項１に記載の方法において、請求項２に記載されているように、前記スクライブパターンによって画定されたダイを前記サファイア基板から分離するステップを含むことが好ましい。
【００１２】
請求項１又は２に記載の方法において、請求項３に記載されているように、連続パルスの重なりを生じさせるステップを含むことが好ましい。
【００１３】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法において、請求項４に記載されているように、前記繰返し率が１０ｋＨｚから５０ｋＨｚの間であることが好ましい。
【００１４】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法において、請求項５に記載されているように、前記エネルギ密度が１０から１００ジュール／平方センチメートルの間であり、前記パルス持続時間が１０から３０ナノ秒の間であり、スポットサイズが５から２５ミクロンの間であることが好ましい。
【００１５】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項６に記載されているように、前記サファイア基板が厚さを持ち、前記スクライブ線が前記厚さの半分を超える深さまでカットされることが好ましい。
【００１６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項７に記載されているように、Ｑスイッチ付き固体レーザを使用してレーザエネルギのパルスを生成するステップを含むことが好ましい。
【００１７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項８に記載されているように、前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる間に、前記サファイア基板のエッジを検出し、検出されたエッジに応答して、前記パルスが前記基板のエッジよりも外側の基板の存在しない箇所に照射されるのを防止するステップを含むことが好ましい。
【００１８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項９に記載されているように、前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる前に、前記基板を接着テープ上に配置するステップを有し、前記サファイア基板のエッジを検出し、検出されたエッジに応答して、前記サファイア基板が載置されるステージを停止し、前記パルスが前記接着テープに衝突するのを防止するステップとを含むことが好ましい。
【００１９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１０に記載されているように、前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる前に、前記基板を接着テープ上に配置するステップと、
前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる間に、前記サファイア基板のエッジを検出し、検出されたエッジに応答して、前記パルスが前記基板のエッジよりも外側の基板の存在しない箇所に照射されるのを防止するステップとを含むことが好ましい。
【００２０】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１１に記載されているように、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成することを含むことが好ましい。
【００２１】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１２に記載されているように、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成することを含むことが好ましい。
【００２２】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１３に記載されているように、３５５ナノメートルの第３調波で作動するダイオード励起Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成することを含むことが好ましい。
【００２３】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１４に記載されているように、３５５ナノメートルの第３調波で作動するダイオード励起Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成することを含むことが好ましい。
【００２４】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１５に記載されているように、前記スポットサイズが５から１５ミクロンの間であることが好ましい。
【００２５】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１６に記載されているように、連続パルスの重なりを生じさせるステップを含み、前記重なりが５０ないし９９パーセントの範囲であることが、好ましい。
【００２６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１７に記載されているように、前記基板が活性表面および裏面を有し、前記基板の前記活性表面を接着テープ上に配置するステップと、前記基板の裏面に前記パルスを指し向けるように、前記基板をステージ上に装着するステップとを含むことが好ましい。
【００２７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１８に記載されているように、前記基板が活性表面および裏面を有し、前記レーザパルスを前記裏面に衝突させるステップを含むことが好ましい。
【００２８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、請求項１９に記載されているように、前記ステージが可動Ｘ−Ｙステージを備え、前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる前記ステップが、前記基板を前記Ｘ−Ｙステージ上で移動させることを含むことが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、ダイオードレーザダイなどの集積デバイスダイを、そのような集積デバイスの配列を支持しているサファイア基板から製造するための方法を提供する。特に、本発明は、窒化ガリウム構造に基づいて青色レーザダイオードを製造するのに適している。本発明では、より高い密度およびより高い歩留まりが達成される一方、個々のダイを基板から分離するために必要な時間も短縮される。さらに、本発明は小型で低コストの機械に基づいており、かつそれ以外でもそのような集積デバイスダイの全体的製造コストを低減する。
【００３０】
本発明においては、集積デバイスの配列を支持するサファイア基板を、真空チャックを含む可動Ｘ−Ｙステージなどのステージ上に装着する。次に固体レーザを使用して、レーザエネルギのパルスをサファイア基板の表面に指し向ける。レーザエネルギのパルスは約５６０ナノメートル未満、好ましくは約１５０から５６０ナノメートルの間、特に１０６４ナノメートル線の第３調波の波長を有する。加えて、エネルギ密度、スポットサイズ、およびパルス持続時間としては、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なレベルに設定する。パルスの静止ビーム経路でステージを動かすことによる等のシステムの制御により、サファイア基板にスクラブ線を形成するのに充分な連続パルスの重なりを生じる運動速度で、パルスをサファイア基板にスクライブパターンで接触させる。
【００３１】
本発明の実施形態は、１平方センチメートル当たり１０から１００ジュールの間の所定のエネルギ密度、１０から３０ナノ秒の間のパルス持続時間、および約５から２５ミクロンの間のスポットサイズを有するレーザパルスを発生する。パルスの繰返し率は５ｋＨｚより高く、約１０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの範囲またはそれ以上であることが好ましい。この場合、パルスは０．３ＧＷ／ｃｍ^２以上１０ＧＷ／ｃｍ^２以下が好ましく、特に１ＧＷ／ｃｍ ^２以上１０ＧＷ／ｃｍ ^２以下のピークパワー密度となる。ステージは、５０ないし９９パーセントの量のパルスの重なりを生じる運動速度で移動させる。パルス繰返し率、ステージの運動速度、およびエネルギ密度を制御することによって、スクライブ線の深さを正確に制御することができる。
【００３２】
本発明の実施形態では、スクライブ線はサファイア基板の厚さの約２分の１またはそれ以上の深さまで切り込むことができるので、厚さ８０ミクロンの基板の場合、スクライブ線は約３５ミクロンないし例えば６０ミクロンの範囲、かつより好適には４０ミクロンを超える深さまで切り込まれる。
【００３３】
本発明の実施形態では、固体レーザは、ＬＢＯのような非線形結晶などの調波発生器を含め、ダイオード励起Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを備えているので、レーザの出力がネオジムドープト固体レーザによって生成される１０６４ナノメートル線の第２、第３、第４、および第５調波周波数の１つで得られ、特に当該第３調波周波数を用いる。
【００３４】
すなわち、本発明の実施形態では、約３５５ナノメートルの第３調波周波数が提供される。他の実施形態では、固体レーザは、出力として調波周波数の１つを提供するように作動するＱスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを備える。
【００３５】
本発明の実施形態では、方法は、パルスを基板にスクライブパターンで指し向けながら、サファイア基板のエッジを検出することを含む。検出されたエッジに応答して、システムは放射パルスが基板から外れたところに指し向けられるのを防止する。
【００３６】
本発明の実施形態は、放射パルスを基板の背面に指し向ける。これは、熱によって潜在的に生じるダメージが活性集積デバイスダイ構造に達するのを防止する。さらに、それはアブレーションプロセスからのデブリがダイ上の集積デバイスを汚染するのを防止する。
【００３７】
従って、本発明の実施形態は、スクライビングの前に接着テープ上に基板の上面を載置し、接着テープ付きの基板をステージ上に装着し、基板の背面にスクライブパターンでサファイアのアブレーションが生じる条件下で基板を移動し、スクライビングプロセス中に基板のエッジを検出して放射のパルスが接着テープに衝突するのを防止することを含む。
【００３８】
スクライブパターンによって画定されたダイは、基板をスクライブ線に沿って機械的に割り、ピックアンドプレースロボットまたは当業界で周知の他の技術を使用することによって、サファイア基板から分離される。一実施形態では、サファイア基板はスクライビング前に接着テープ上に載置され、スクライビング後に基板を伸ばすかまたは他の方法で機械的な操作で、スクライブパターンのスクライブ線に沿って基板を割る。分離されたダイは、ピックアンドプレースロボットまたは他の技術を用いて切り離されるまで、接着テープに貼付されたままである。
【００３９】
本発明の実施形態はさらに、スクライブパターンのスクライブ線の方向に対するレーザパルスの偏波を制御する手段も備えている。偏波は、異なる軸に平行なスクライブ線の溝がより均一になるように制御される。一の実施形態では、均一性はパルスのランダムまたは円偏波によって改善される。より好適には、パルスの偏波は、偏波が直線的にまたは形成されるスクライブ線に平行になるように制御される。
【００４０】
形成される溝の質は、平行偏波ではよりＶ字形になり、ランダムな偏波ではよりＵ字形になることが明らかになっている。ダイの分離中の基板のより均一かつ予測可能な割れを行なうためには、Ｖ字形溝の方が好ましい。本発明の実施形態は、半波長板などの調整可能な偏波器を光路に置いたレーザを使用して、偏波の制御ができる。
【００４１】
本発明に係る方法はまた、上述した固体レーザと、サファイア基板を支持しかつ移動させるように適応させたステージと、ステージ上に装着されたサファイア基板へパルスを方向付ける光学系と、ステージの移動中にステージ上に装着された基板のエッジを検出するエッジ検出システムと、制御システムとを備えた、サファイアをスクライビングするためのシステムにおいて用いることができる。
【００４２】
本発明に係る方法を使用する制御システムは、固体レーザ、ステージ、およびエッジ検出システムに連結されたコンピュータシステムを備える。コンピュータはエッジ検出システムおよびユーザによって設定されたパラメータに応答して、サファイア基板にスクライブ線を形成するのに充分な連続パルスの重なりを生じさせる移動速度でスクライブパターンでサファイア基板を打撃できるようにパルスを発生させる。本発明に係る方法を使用する制御システムはまた、ステージに連結されたデブリ排出システムをも含む。
【００４３】
本発明に係る方法を使用する制御システムは、スクライブパターンと、スクライブの深さ、スクライブの速度、およびプロセスの他の特徴を確立するためのパルス繰返し率、ステージ速度、およびエネルギレベルとをセットアップするための手段であるユーザインタフェースを含む。
【００４４】
本発明の他の態様および利点は、図面、以下の詳細な説明および請求の範囲の検討により、理解することができるであろう。
【００４５】
【実施例】
本発明に係る方法を使用する制御システムの実施形態の詳細な説明を図１ないし図８（Ａ）〜８（Ｃ）に関連して提供し、実験結果を図９〜１６に示す。
【００４６】
図１は、本発明に係る方法を使用するサファイアスクライビングシステムの簡易ブロック図である。図示した実施形態では、ダイオード励起固体レーザ１０が紫外および近紫外レーザ光のパルスをｋＨｚ範囲の繰返し率で発生する。
【００４７】
好適なシステムでは、レーザは約４０ナノ秒のパルス持続時間で１０ｋＨｚより高い繰返し率のレーザのストリームとして第３調波を送り出すＱスイッチ付きＮｄ：ＹＶＯ_４媒体を有する。パルスは、光学送出システム１１および回転ミラー１２を使用して紫外対物レンズ１３に送られ、それがパルスをサファイア基板１４上に集束される。基板１４は真空チャックおよびＸ／Ｙステージ１５上に支持される。
【００４８】
好ましくは、ウェハは接着テープ上に正面を下に向けて支持される。ガスデブリ除去装置１６はガス排出システム１７の真空形成と協働して、サファイア基板のアブレーションによって発生したデブリ（破片）を除去する。
【００４９】
可視光源１８および回転ミラー１９は、対物レンズ１３を通してサファイア基板１４に白色光を送達する。エッジ検出電子装置２０は、対物レンズ１３および回転ミラー２１を介して反射した光に応答して、基板のエッジを検出し、紫外線放射のパルスが基板から外れて支持ウェハテープまたは他のどこかに向かうのを防止する。即ち、基板のエッジよりも外側の基板の存在しない箇所に照射されるのを防止する。電荷結合デバイスカメラなどのカメラ２２はウェハ１４に焦点を合わせ、情報処理および監視用の画像を生成するために使用される。システムの制御可能な構成部品にコンピュータが連結され、パルスの送出、ステージ１５の移動を引き起こし、システムの他の特徴を制御して基板をスクライブパターンにスクライブさせる。
【００５０】
図２は、本発明に係る方法を使用する一実施形態のサファイア基板スクライビングシステムの斜視図である。ダイオード励起固体レーザは小型かつ低価格であるので、図示するようにカート上に良好に装着される。コンピュータおよび他のシステム電子装置はカート上に収容される。コンピュータキーボード５０はキーボードトレイ上に装着され、それはカートにスライド式に出し入れする。平形パネルディスプレイは、カートの移動および保管中には折り畳むことができるように、スイベルベースに装着されている。
【００５１】
システムは顕微鏡５２を含み、それはカッティングプロセス中のウェハの観察を可能にする。カメラ２２ならびにグラフィカルユーザインタフェースツールおよび他のディスプレイ構成によって生成される画像は、ディスプレイを使用してユーザに提示される。
【００５２】
一般的に、本発明に係る方法を使用する制御システムの実施形態は、カート上に装着されたテーブルトップレーザシステムおよびコンピュータを使用する半自動ターンキーシステムとして提供される。
【００５３】
該システムは、ウェハの手動ローディングおよびアンローディングに備えている。しかし、本発明に係る方法を使用する該システムは自動ウェハローディングおよびアンローディングシステムも予想している。代表的システムは、例えば２５０ミクロン×２５０ミクロンの範囲のダイサイズの２インチのサファイア基板を受容するように適応される。より小さいダイサイズおよびより大きいダイサイズは容易に取り扱える。ウェハの厚さは、典型的なレーザダイオードダイの場合、約８０ないし２００ミクロンの範囲であり、接着ウェハテープを使用して、６．５インチのウェハ金属フレーム上に正面を下に向けて装着される。ウェハ金属フレームはステージ上に手動で配置され、真空チャックを用いて固定される。
【００５４】
手動ステージコントロールを使用して、ウェハの手動位置合わせが可能である。ウェハステージのコンピュータ制御およびＸおよびＹ方向の制御可能な速度によるソフトウェア制御スクライブパターンが実現される。システムは、動作状態で２０ミクロン未満のスポットサイズを生成する１級レーザシステムを含む。好ましくは約４０ミクロンの深さ、より好ましくはサファイア基板の厚さの約１／２より大きい深さの溝を切る。
【００５５】
デブリ除去噴射によって窒素ガスを使用し、排気ポンプを使用して排気する。代表的システムのスループットはウェハ当たり約１／２時間またはそれ以上である。エッジ検出プロセスのため、ウェハテープに損傷が発生せず、ダイ分離プロセスのより高い歩留まりが支持される。
【００５６】
１つの好適なシステムにおけるＸ／Ｙステージは、毎秒１００ｍｍの最高速度および１００ｍｍ×７５ｍｍを超える移動範囲を持つ。ステージ位置合わせプロセスの分解能は約１ミクロンである。４インチの移動範囲に対する精度は４ミクロン未満である。スクライブ線の繰返し精度は３ミクロン未満の偏差に備えている。ステージの平面度は１インチ当たり１．５ミクロン未満の偏差である。一部の実施形態では回転は必要無い。位置合わせおよびスクライビング中に２インチのウェハを保持するために、真空チャックは６インチのプラットフォーム上に少なくとも２．５インチの直径である。
【００５７】
好適な実施形態のレーザシステムは、３５５ナノメートルの波長の出力を提供するＱスイッチ付きダイオード励起第３調波Ｎｄ：ＹＶＯ_４である。該レーザは２０ｋＨｚで１ワットの出力電力、および第１パルス抑制を使用してより高い電子光学的Ｑスイッチ付き出力を提供する。
【００５８】
パルスは、１０ないし１５ミクロンまたはより小さい直径でターゲット表面上で最大規模１／ｅ^２のスポットサイズのＴＥＭ_００強度プロファイルを持つ。レーザパルス持続時間は約４０ナノ秒またはそれ以下であり、より好ましくは約３０から１０ナノ秒の間、例えば約１６ナノ秒である。
【００５９】
それは、エネルギをサファイアに適正かつ均一に結合するようにサファイアの結晶構造に整合させるために、最高４５度までの半波長板の外部回転制御により直線的に偏波される。
【００６０】
レーザシステムの基本構造は、本発明の譲受人であるカリフォルニア州フレモントのニュー・ウェーブ・リサーチ（ＮｅｗＷａｖｅＲｅｓｅａｒｃｈ）による市販のアキュレーズＳＳ１０レーザシステムと同様である。
【００６１】
コンピュータシステムは、コンピュータを用いて設定することのできる画定されたカッティングパターンのためのレーザおよびステージの移動の自動制御を可能にする。ウェハマップおよびカッティング画定機能は、ステージの回転制御を含めてスクライブパターンの設定を可能にする。
【００６２】
ビデオオーバレイは、ソフトウェア制御ウィンドウ内で試料のライブ映像を表示し、プロセスのセットアップおよび監視を促進する。レーザエネルギ、繰返し率、およびステージ速度を含むカッティングパラメータの制御は、ユーザインタフェースを介して提供され、スクライビングプロセスの深さおよび品質に対する正確な制御をオペレータに提供する。
【００６３】
パターン位置合わせ機能は、セットアップ中に実際のウェハ位置に一致するようにカッティングパターンをＸ、Ｙ、および直交方向に移動させることを可能にする。
【００６４】
図３は、本発明に係る方法を使用するスクライビングシステムの一実施形態のための光路の基本的配置図である。光路はレーザ、レーザの出力をＸステージ７６およびＹステージ７７上に装着された真空チャック７５上の基板７４へ送出する光学系を含む。
【００６５】
レーザは、高反射器５１および出力カプラ５９によって画定される共鳴空間を含む。ビームエキスパンダ５２、レーザ媒体ロッド５３、円柱レンズ５４、ダイオードアレー５５、薄膜偏波器５６、薄膜偏波器５７、および電子光学Ｑスイッチ５８が含まれる。
【００６６】
ダイオードアレー５５はロッド５３を励起してＮｄ：ＹＶＯ_４のための１０６４ｎｍ線で共鳴を誘発するように作動する。出力ビームは、回転ミラー６０および回転ミラー６１を介して、球面焦点レンズ６２、非線形結晶６３に指し向けられる。
【００６７】
非線形結晶６３は第２調波を生成し、第２調波を一次線に沿って球面焦点レンズ６４を介して第２非線形結晶６５へ送る。第２非線形結晶はとりわけ第３調波を生成し、それは、回転ミラー／フィルタ６６および回転ミラー／フィルタ６７ならびに半ラムダ波長板６８に送られる。
【００６８】
波長板６８はモータで駆動され、出力ビームのための制御可能な偏波器として働く。波長板６８は、スクライビング方向に対して出力ビームの偏波を整合させ、ＸおよびＹ方向に均一なレーザパルスによって溝をカットさせるために使用される。
【００６９】
約３５５ナノメートルの波長の第３調波出力は、回転ミラー６９、ビームエキスパンダ７０、回転ミラー７１、回転ミラー７２、およびサファイア基板７４の対物レンズ７３を含む光学系に送出される。対物レンズ７３はこの実施形態では２０倍レンズである。
【００７０】
第２調波の生成に使用される非線形結晶６３は、様々な材料から、好ましくはＬＢＯ、ＢＢＯまたはＫＴＰから作成することができる。同様に、第３またはそれ以上の調波の生成に使用される非線形結晶６５は、多数の材料から、好ましくはＬＢＯまたはＢＢＯから作成することができる。１つの好適な実施形態では、ＬＢＯを非線形結晶６３および６５の両方に利用する。
【００７１】
１つの好適なシステムのロッド５３はＮｄ：ＹＶＯ_４固体レーザ媒体である。この材料は、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＬＦなど、他の適切な材料より短いパルス持続時間およびより高いＱスイッチ繰返し率を可能にする。
【００７２】
しかし、一部の実施形態では、制限無くＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、および高い繰返し率の紫外および近紫外パルスの生成に適した他の媒体をはじめとする他の固体レーザ媒体が利用される。固体Ｎｄベース媒体の好適な出力波長は、約５６０ナノメートルから約１５０ナノメートルまでの範囲内で、特に３５５ナノメートルの波長、１０６４ｎｍ赤外線の第２、第３、第４および第５調波、特に第３調波の波長を含む。
【００７３】
より高い波長から可視光までの範囲は、サファイアのアブレーションには効果的ではない一方、１５０ｎｍ未満の波長は、効率的な動作のためには光路の排気が必要になる。
【００７４】
図４は、本発明に係る方法を使用する制御システムの好適な実施形態で使用されるエッジ検出システムを示す。該システムは、回転ミラー８２および対物レンズ８４を介してウェハテープ８６上または他の装着媒体上のサファイア基板８５に光を提供する白色光源８１を含む。
【００７５】
反射光は対物レンズ８４、回転ミラー８３、回転ミラー８２を通過し、回転ミラー８７によって球面焦点レンズ８８を通して光検出器８９内に方向づけされる。光検出器８９はコンピュータシステムに結合され、その出力はエッジ検出を示す。
【００７６】
ウェハのエッジは、ウェハ表面８５とウェハテープ８６またはウェハがその上に装着されている低反射率の材料との間の光の対比の有意の差に基づいて検出される。コンピュータシステムはエッジ検出信号を受け取ると、ステージの移動を停止し、レーザパルスがステージの面から外れる方向に向けられるのを防止する。
【００７７】
図５は、本発明に係る方法によるレーザスポットの重複を示す。ステージがウェハを移動させる間に高い繰返し率でレーザシステムによって放出されるパルスは重なる。従って、第１パルス９０は第２パルス９１によって重複され、それは次に第３パルス９２によって重複され、以下同様である。重複の量は局所的なスクライブ線の深さを決定する。
【００７８】
約１０ｋＨｚの繰返し率およびステージ速度が２．５ｍｍ／秒から５．０ｍｍ／秒の間である場合、重複は約５０ないし９９パーセントの範囲で容易に制御することができる。重複は、次の計算例によって得ることができる。
【００７９】
レーザスポットサイズ〜直径１０ミクロン
ステージ速度〜２．５ｍｍ／秒
【００８０】
この場合、直径１０ミクロンの単一スポットに（１０ミクロン／（２．５ｍｍ／秒））＝４．０×１０^−３秒の重複がある。スポットに重複するパルスの数（ショット密度）は、（１００００パルス／秒）×（４×１０^−３秒）＝４０となる。４０のショット密度は９７．２５％の重複に等しい。
【００８１】
図６は、本発明に係る方法に使用される一実施形態におけるステージ１００、対物レンズ１０１、およびデブリ除去噴射装置１０２の斜視図を提供する。ステージ１００は、可動板１０４の中心に配置された真空チャック１０３を含む。可動板１０４は、Ｙ方向用の手動調整ノブ１０５およびＸ方向用の同様の調整ノブ（図示せず）を含む。また、ステージの移動は自動制御可能である。噴射装置１０２は、デブリを除去するためにアブレーションの領域内に空気または窒素ガスを送り込むように構成される。真空（図示せず）は、ガスをデブリと共にウェハの領域から吸い込む。
【００８２】
ダイ評定システムでは、ステージ速度が８ないし１０ｍｍ／秒の範囲内で、繰返し率は２０ないし５０ｋＨｚの範囲内で制御可能である。特定の実現の必要に応じて、繰返し率とステージ速度の他の組合せが形成される。
【００８３】
図７は、レーザダイオードアレーがその上に形成されたサファイア基板の活性表面の拡大図を示す。スクライビングの余地を与えるために、幅約８０ミクロンの空間またはストリートが個々のレーザダイオードの間に残されている。しかし、白色のドットはカットしてはならないので、実効ストリート幅は小さくなる。
図７で、相対幅の観点から、１０〜１５ミクロンの幅を有する溝（ストリート内の濃い線）が頂面に機械加工される。好適なシステムでは、ウェハの裏面がスクライブされる。
【００８４】
先行技術による典型的なシステムでは、ストリートはダイヤモンドチップブレードを受け入れるのに充分な幅でなければならない。これらの先行技術のシステムでは、そのようなストリートは少なくとも幅４０ミクロンの間であった。
【００８５】
１０ミクロンの範囲のスポットサイズおよび利用可能な精度を持つ本発明に係る方法を使用するシステムでは、ストリートを幅２０または３０ミクロンまたはそれ未満にまで低減することができる。これは、単一の基板上に形成することのできるデバイスの密度を著しく増加し、ダイの製造プロセスのスループットを改善する。
【００８６】
上述の通り、代表的システムは、３５５ナノメートルのその第３調波で作動するＮｄ：ＹＶＯ_４またはＮｄ：ＹＡＧレーザ媒体に基づく。理論的には、この波長ではサファイア結晶への吸収がほとんど生じない。しかし、例えば１ｃｍ平方につき１ギガワットを超える非常に高い強度のレーザ光束の下では、非線形吸収が発生し、サファイア材へのレーザエネルギの付与が可能である。
【００８７】
充分なエネルギが与えられると、サファイアのアブレーションを発生させることが可能である。加えて、レーザパルスは、上述した通り加工中に大きく重複される。微細機械加工中にレーザパルスを重複させる利点は、機械加工される溝の平坦化を改善するだけでなく、サファイア材へのレーザ結合効率を増強することも含む。
【００８８】
図８（Ａ）〜８（Ｃ）は、サファイア基板上のスクライビング方向に対するレーザパルスの直線偏波の制御を示す。図３に関連して上述した半波長板６９は、サファイアへのレーザエネルギの付与ならびにＸおよびＹ方向の溝の均一性を最適化するために、パルスの偏波を制御するために使用される。
【００８９】
図８（Ａ）は、矢印２０２によって示すように例えば紙面で垂直方向に整列した線２０１上に直線的に偏波した出力ビームを生成する紫外レーザ２００を示す。偏波は図３に示すように共鳴空間内で確立することができる。代替システムは共鳴空間外に偏波器を含むことができる。
【００９０】
パルスは、偏波２０２に平行してＹ方向に垂直に整列した半波長板２０３へ進む。半波長板２０３の後、パルスは矢印２０４によって示すように垂直方向に整列したままである。パルスは、矢印２０４によって示す通り垂直偏波を維持しながら焦点レンズ２０５を通過する。偏波はＹ軸と平行なスクライブ線２０７の機械加工方向に整列する。
【００９１】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）と類似の配列を示し、同様の構成部品は同一参照番号を持つ実施例を示す。図８（Ｂ）では、半波長板２０３は図８（Ａ）の位置に対して４５度回転している。半波長板２０３の回転は、この例では紙面内へ伸長する矢印２０８によって示されるように、パルスの偏波を９０度回転させる。パルスは、その偏波を矢印２１０によって示すように維持しながら、焦点レンズ２０５内を通過する。偏波２１０はＸ軸に平行なスクライブ線２１１の機械加工方向に整列する。
【００９２】
図８（Ｃ）は、スクライブ線のカッティングまたは機械加工方向に対するレーザ偏波方向を示す。従って、スクライブ線２１５は、カッティング方向２１６に整列した一連の重複するパルスから成る。好適なシステムにおけるレーザ偏波方向２１７は、カッティング方向２１６と平行している。カッティング方向と平行な偏波の整列は、均一なＶ字形溝を生成することが分かっている。Ｖ字形溝は、よりＵ字形の溝またはあまり均一でない溝で達成することができるより均等なダイの分離を可能にする。
【００９３】
サファイアスクライビングシステムの２つの重要な要件は、スループットおよびウェハの切込みの深さである。サファイアの切込みの深さは重なりおよびエネルギ密度に依存する。一般的に、ウェハに少なくとも半分の切込みを入れることが要求される。１つの利用可能なＮｄ：ＹＡＧレーザの実施形態では、１０ｋＨｚの繰返し率および最大エネルギ密度４０ｊ／ｃｍ^２が達成され、本発明に係る方法によるスクライビングに使用される。
【００９４】
図９〜１６は、このＮｄ：ＹＡＧ実施形態を使用したスクライビングプロセスの実験結果の写真であり、代表的システムで達成することのできる溝の深さおよびＶ字形を示す。図は、約８０ミクロンの厚さを持つ試料サファイアウェハの断面を示し、レーザカット溝（この深さを各図にＤで示す）はウェハの厚さの半分を超える。これらの例では、エネルギ密度は約２２．５ないし４０．０ｊ／ｃｍ^２の範囲に、ステージ速度は約２．５ないし５．０ｍｍ／秒の範囲に制御される。
【００９５】
図９ないし１６のエネルギ密度およびステップ速度は次の通りである。記載は、各例後毎に、（図面番号、エネルギ密度ｊ／ｃｍ^２、ステップ速度ｍｍ／秒）とする。
【００９６】
【表１】
【００９７】
図９ないし１６から、２．５ｍｍ／秒から５ｍｍ／秒の間のステージ速度で、切込み深さがウェハの厚さの半分を超えていることが分かる。Ｎｄ：ＹＶＯ_４媒体を使用するサファイアスクライビングシステムは、２０ないし５０ｋＨｚで容易に作動し、最大エネルギ密度は４５〜５０ｊ／ｃｍ^２とすることができる。同一切込み深さを維持し、スループットを高めるために、このシステムの場合、ステージ速度を８〜１０ｍｍ／秒に増加することができる。
【００９８】
一実施形態では、レーザダイオードダイの製造における１ステップとしてスクライビング動作を管理するために、技術者およびオペレータにコンピュータソフトウェアを提供する。該ソフトウェアは、エンジニアリングインタフェースおよびオペレータインタフェースと呼ばれる２つのレベルで作動する。エンジニアリングインタフェースレベルでは、技術者が次の事項を制御する能力を持つ。
【００９９】
・レーザを発射する。
・繰返し速度を変更する。
・出力を変更する（０ないし１００％）。
・同軸光を調整する。
・連続、バースト、または単発発射の選択を行なう。
・基準点を設定する（ＸＹの場合２点、ＸＹＺの場合３点）。
・再調整能力：以前に決定された基準点と一致するように異なるウェハ上のマップを保存し、再作製し、移動する。
・次の事項を制御するウェハマップを作成する。
・水平および垂直空間を変更することによってウェハマップを操作する。
・ウェハスクライブパターンのサイズを設定する。
・スクライブパターンを個々の線に分解する：ウェハを取り、それを幾つかの個々の線にする。
・パターンを並進または回転する。
・レーザ設置：次の事項を制御する。
・ステージの速度
・繰返し率
・偏波
・レーザ出力（０〜１００％）
・パス（直線光路）の数
・パスの深さ（光路長）
・線を分解する：次の事項を制御する。
・各線の個別移動
・全ての設定の個別変更
・線の個別並進または回転
・保存および呼出し
・始線停止して始動
・真空および窒素エアのＯＮおよびＯＦＦ操作能力
・エッジ検出を校正する。
オペレータインタフェースでは、ユーザが次の事項を制御する。
・真空制御（ウェハ機構をロードする）を実行する。
・新しいマップをツールライブラリから配置する。
・マップを回転する能力を有する。
・システムを作動させる。
・必要ならば中断させる。
【０１００】
本発明は、サファイア基板上に形成されるレーザダイオードダイおよび他の集積デバイスダイを製造するためのプロセスを提供する。本発明の実施形態に係る手順は、次の事項を含む。
【０１０１】
１）個々のレーザダイオードが４０ミクロン未満、好ましくは約２５ミクロンまたはそれ以下の幅を有するストリートによって分離されて成るレーザダイオードをサファイア基板の活性表面上に列状に配置して形成する。
【０１０２】
２）金属フレーム上のウェハテープ上に活性表面を下に向けて該サファイア基板を配置する。
３）ウェハステージの真空チャック上の金属フレームにテープで貼付したウェハを配置し、真空作用によりウェハおよびテープをステージに固定させる。
【０１０３】
４）ステージを制御することによってウェハをホームポジションに移動する。
５）コンピュータセットアップによって確立された座標にウェハ位置を自動的にまたは半自動的に整列させる。
６）ウェハおよびダイのサイズおよび配列パラメータに基づいてスクライブパターンをセットアップする。
【０１０４】
７）エッジ検出のための照明レベルを自動的にまたは半自動的にセットアップする。
８）要求される切込みの深さのためにステージ速度、レーザ偏波、およびレーザ出力をセットアップする。
【０１０５】
９）デブリ除去システムを始動する。
１０）スクライブパターンに基づいて１つの軸に平行な１本の線からレーザスクライビングのプロセスを始動する。
１１）ウェハが完了するまで、偏波を制御しながら別の線および軸でプロセスを続行する。
【０１０６】
１２）ステージを出口位置まで戻し、真空を停止し、ウェハをチャックから取り外す。
１３）ウェハを高速エアまたは他のガス噴射でクリーニングして、レーザ機械加工で発生したデブリを除去する。
１４）機械的圧力を加えて、ウェハをスクライブ線に沿って割る。
１５）分離のためにウェハテープを伸し、ピックアンドプレースシステムを使用して別の装着装置に移送する。
上述した手順は、上述したシステムまたは同様のシステムを使用して実行される。
【０１０７】
従って、本発明は、著しく改善されたスクライビングプロセスを提供する。該プロセスは、従来のサファイアスクライビング技術に比較して低価格、高歩留まり、高スループットである。
上述した好適な実施形態および実施例を参照することによって本発明を開示したが、これらの実施例は限定の意味ではなく、例証として意図されていることを理解されたい。当業者は変形例および組合せ例を容易に思い付くことが予想され、それらの変形例および組合せ例は本発明の精神および範囲内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法を使用するサファイアスクライビングシステムの簡易ブロック図
【図２】本発明に係る方法を使用する一実施形態に係る小型の可搬式サファイアスクライビングシステムの斜視図
【図３】本発明に係る方法を使用するサファイアスクライビングシステム用のレーザシステムおよび光学系を含む簡易ブロック図
【図４】本発明に係る方法を使用するエッジ検出システムの構成部品の簡易図
【図５】スクライブ線の形成における連続パルスの重なり状態を示す図
【図６】本発明に係る方法を使用するサファイアスクライビングシステムのステージおよびデブリ排出システムの斜視図
【図７】本発明に係る方法に従ってダイに裁断するための集積レーザダイオードアレーを含むサファイア基板上のスクライブパターン
【図８】均一なＶ字形溝を得るためのレーザパルスの偏波とスクライブ線のスクライビング方向の関係を示す図
【図９】本発明のスクライビングプロセスの実験結果を示す写真
【図１０】本発明のスクライビングプロセスの実験結果を示す写真
【図１１】本発明のスクライビングプロセスの実験結果を示す写真
【図１２】本発明のスクライビングプロセスの実験結果を示す写真
【図１３】本発明のスクライビングプロセスの実験結果を示す写真
【図１４】本発明のスクライビングプロセスの実験結果を示す写真
【図１５】本発明のスクライビングプロセスの実験結果を示す写真
【図１６】本発明のスクライビングプロセスの実験結果を示す写真
【符号の説明】
１０紫外固体レーザ
１１光学送出システム
１３紫外対物レンズ
１４テープ上で正面を下に向けたウェハ
１５真空チャックおよびＸ―Ｙステージ
１６デブリ除去装置
１７真空排出システム
１８可視光源
２０エッジ検出電子装置
２２ＣＣＤカメラ

Claims

サファイア基板からダイを製造する方法であって、
前記サファイア基板をステージ上に装着するステップと、
固体レーザを使用して前記サファイア基板の表面にレーザエネルギのパルスであって、１０６４ｎｍの波長の第３調波の波長、５ｋＨｚを超える繰返し率、所定のエネルギ密度、スポットサイズ、およびパルス持続時間を有してレーザエネルギを前記サファイア基板に非線形吸収によって直接吸収させ、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なパルスを指し向けるステップと、
前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させて前記サファイア基板にスクライブ線を形成するステップとを含み、
前記パルスが１ＧＷ／ｃｍ^２以上１０ＧＷ／ｃｍ^２以下のピークパワー密度を有する方法。
前記スクライブパターンによって画定されたダイを前記サファイア基板から分離するステップを含む、請求項１に記載の方法。
連続パルスの重なりを生じさせるステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
前記繰返し率が１０ｋＨｚから５０ｋＨｚの間である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
前記エネルギ密度が１０から１００ジュール／平方センチメートルの間であり、前記パルス持続時間が１０から３０ナノ秒の間であり、スポットサイズが５から２５ミクロンの間である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記サファイア基板が厚さを持ち、前記スクライブ線が前記厚さの半分を超える深さまでカットされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
Ｑスイッチ付き固体レーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成するステップを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる間に、前記サファイア基板のエッジを検出し、検出されたエッジに応答して、前記パルスが前記基板のエッジよりも外側の基板の存在しない箇所に照射されるのを防止するステップを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる前に、前記基板を接着テープ上に配置するステップを有し、前記サファイア基板のエッジを検出し、検出されたエッジに応答して、前記サファイア基板が載置されるステージを停止し、前記パルスが前記接着テープに衝突するのを防止するステップとを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる前に、前記基板を接着テープ上に配置するステップと、
前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる間に、前記サファイア基板のエッジを検出し、検出されたエッジに応答して、前記パルスが前記基板のエッジよりも外側の基板の存在しない箇所に照射されるのを防止するステップと
を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
３５５ナノメートルの第３調波で作動するダイオード励起Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
３５５ナノメートルの第３調波で作動するダイオード励起Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを使用して前記レーザエネルギのパルスを生成することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記スポットサイズが５から１５ミクロンの間である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
連続パルスの重なりを生じさせるステップを含み、前記連続パルスの重なりが５０ないし９９パーセントの範囲である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記基板が活性表面および裏面を有し、前記基板の前記活性表面を接着テープ上に配置するステップと、前記基板の裏面に前記パルスを指し向けるように、前記基板をステージ上に装着するステップとを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記基板が活性表面および裏面を有し、前記レーザパルスを前記裏面に衝突させるステップを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記ステージが可動Ｘ−Ｙステージを備え、前記パルスを前記サファイア基板にスクライブパターンで衝突させる前記ステップが、前記基板を前記Ｘ−Ｙステージ上で移動させることを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。