JP2004009139A - ダイを製造する方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体レーザ10を使用してサファイア基板14の表面にレーザエネルギのパルスであって、560ナノメートル未満の波長、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なエネルギ密度、スポットサイズ、繰返し率、およびパルス持続時間を有するパルスを指し向けて、スクライブ線を形成し、その後、分離する。
【選択図】 図1
Description
【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、システム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、システムに関する。
【0003】
【従来の技術】
サファイアAl2O3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システムおよび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、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、560ナノメートル未満の波長、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なエネルギ密度、スポットサイズ、繰返し率、およびパルス持続時間を有する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
を含むことにある。
【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、前記波長が150から560ナノメートル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、前記繰返し率が10kHzから50kHz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。
【0016】
請求項1〜6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、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。
【0017】
請求項1〜6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、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。
【0018】
請求項1〜6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から外れる方向に向けられるのを防止するステップを含むことが好ましい。
【0019】
請求項1〜6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。
【0020】
請求項1〜6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、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から外れる方向に向けられるのを防止するステップとを含むことが好ましい。
【0021】
請求項1〜6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: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。
【0022】
請求項1〜6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、Qスイッチ付きNd:YVO4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1〜6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: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。
【0024】
請求項1〜6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、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:YVO4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。
【0025】
請求項1〜6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、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。
【0026】
請求項1〜6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、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。
【0027】
請求項1〜6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。
【0028】
請求項1〜6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。
【0029】
請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法において、請求項20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。
【0030】
また、上記目的を達成するために、請求項21に記載されているように、サファイア基板をスクライブするためのシステムであって、
560ナノメートル未満の波長であり、5kHzを超える繰返し率で30ナノ秒未満のパルス持続時間を持つレーザエネルギのパルスを生成するレーザと、
サファイア基板を支持し、かつ移動させるように適応されたステージと、
前記パルスを前記ステージ上に装着されたサファイア基板に衝突させるように方向付ける光学系と、
前記固体レーザおよび前記ステージに結合された制御システムであって、前記レーザおよびステージを制御し、前記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、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制御システムと
を備えたシステムとすることができる。
【0031】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項22に記載されているように、前記制御システムが前記ステージの移動速度を制御して、連続パルスの重なりを生じさせることが好ましい。
【0032】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項23に記載されているように、前記ステージの移動中に前記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を含むことが好ましい。
【0033】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項24に記載されているように、デブリ排出システムを含むことが好ましい。
【0034】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項25に記載されているように、前記制御システムがスクライブパターンをセットアップする手段を含むことが好ましい。
【0035】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項26に記載されているように、前記ステージが真空チャックを含むことが好ましい。
【0036】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項27に記載されているように、前記ステージ上に装着された基板を観察するためのビデオシステムを含むことが好ましい。
【0037】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項28に記載されているように、前記制御システムが、パルス繰返し率、パルスエネルギ、およびステージ速度を含むパラメータをセットアップする手段を含むことが好ましい。
【0038】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項29に記載されているように、前記レーザがQスイッチ付きNd:YAGレーザを備えていることが好ましい。
【0039】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項30に記載されているように、前記レーザがQスイッチ付きNd:YVO4レーザを備えていることが好ましい。
【0040】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項31に記載されているように、前記レーザが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:YVO4レーザを備えていることが好ましい。
【0041】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項32に記載されているように、前記レーザが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レーザを備えていることが好ましい。
【0042】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項33に記載されているように、前記スポットサイズが5ないし15ミクロンの間であることが好ましい。
【0043】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項34に記載されているように、前記制御システムが前記ステージの移動速度を制御して、連続パルスの重なりを生じさせ、前記連続パルスの重なりが50から99パーセントの範囲内であることが好ましい。
【0044】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項35に記載されているように、前記パルス繰返し率が10kHzから50kHzの間であることが好ましい。
【0045】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項36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、前記スポットサイズが5から25ミクロンの間であることがある。
【0046】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項37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。
【0047】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項38に記載されているように、前記パルスを直線的に偏波させる光学系を含むことが好ましい。
【0048】
請求項21に記載のシステムにおいて、請求項39に記載されているように、前記パルスの偏波を調整する光学系を含むことが好ましい。
【0049】
上記目的を達成するために、請求項40に記載されているように、
サファイア基板をスクライブするためのシステムであって、
150から560ナノメートルの間の波長で、10kHzより高い繰返し率で30ナノ秒未満のパルス幅および25ミクロン未満のスポットサイズのレーザエネルギのパルスを生成するQスイッチ付き固体レーザと、
サファイア基板を支持し、かつ移動させるように適応されたステージと、
前記パルスを前記ステージ上に装着されたサファイア基板に衝突させるように方向付ける光学系と、
前記ステージの移動中に前記ステップ上に装着されている基板のエッジを検出するエッジ検出システムと、
前記固体レーザ、前記ステージ、および前記エッジ検出システムに結合された制御システムであって、前記レーザおよびステージを制御し、前記エッジ検出システムに応答して、前記サファイア基板にスクライブ線をカット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、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制御システムと
を備えたシステムを構成することができる。
【0050】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項41に記載されているように、デブリ排出システムを含むことが好ましい。
【0051】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項42に記載されているように、前記制御システムがスクライブパターンをセットアップする手段を含むことが好ましい。
【0052】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項43に記載されているように、前記ステージが真空チャックを含むことが好ましい。
【0053】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項44に記載されているように、前記ステージ上に装着された基板を観察するためのビデオシステムを含むことが好ましい。
【0054】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項45に記載されているように、前記制御システムが、パルス繰返し率、パルスエネルギ、およびステージ速度を含むパラメータをセットアップする手段を含むことが好ましい。
【0055】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項46に記載されているように、前記レーザがQスイッチ付きNd:YAGレーザを備えていることが好ましい。
【0056】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項47に記載されているように、前記レーザがQスイッチ付きNd:YVO4レーザを備えていることが好ましい。
【0057】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項48に記載されているように、前記レーザが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レーザを備えていることが好ましい。
【0058】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項49に記載されているように、前記レーザが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:YVO4レーザを備えていることが好ましい。
【0059】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項50に記載されているように、前記スポットサイズが5ないし15ミクロンの間であることが好ましい。
【0060】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項51に記載されているように、前記重なりが50から99パーセントの範囲内であることが好ましい。
【0061】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項52に記載されているように、前記パルス繰返し率が20kHzから50kHzの間であることが好ましい。
【0062】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項53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、前記スポットサイズが5から25ミクロンの間であることが好ましい。
【0063】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項54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。
【0064】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項55に記載されているように、前記パルスを直線的に偏波させる光学系を含むことが好ましい。
【0065】
請求項40に記載のシステムにおいて、請求項56に記載されているように、前記パルスの偏波を調整する光学系を含むことが好ましい。
【0066】
上記目的を達成するために、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57に記載されているように、
前記サファイア基板の活性表面上に配列状に集積デバイスを配置しかつ形成するステップであって、個々のダイが25ミクロンまたはそれ未満の幅を有するストリートによって分離されて成るステップと、
ステージ上に前記サファイア基板を活性表面を下に向けて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裏面にレーザエネルギのパルスであって、560ナノメートル未満の波長、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なエネルギ密度、スポットサイズ、繰返し率、およびパルス持続時間を有する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、
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と
を含む方法とすることができる。
【0067】
さらに、上記目的を達成するために、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58に記載されているように、
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、
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、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分な波長、エネルギ密度、スポットサイズ、繰返し率、およびパルス持続時間を有する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
前記スクライブパターンのスクライブ線の方向に対する前記レーザパルスの偏波を制御するステップと
を含む方法とすることができる。
【0068】
請求項58に記載の方法において、請求項59に記載されているように、前記波長が560ナノメートル未満であることが好ましい。
【0069】
請求項58又は59に記載の方法において、請求項60に記載されているように、固体紫外レーザを使用して前記パルスを生成するステップを含むことが好ましい。
【0070】
請求項58〜60のいずれか一項に記載の方法において、請求項61に記載されているように、前記スクライブパターンが第1および第2軸に対して平行なスクライブ線を含み、前記偏波が直線的であって前記第1軸に平行なスクライブ線に対しては第1方向に配置され、かつ前記第2軸に平行なスクライブ線に対しては第2方向に配置されるように前記偏波を制御するステップを含むことが、好ましい。
【0071】
請求項58〜61のいずれか一項に記載の方法において、請求項62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る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。
【0072】
請求項58〜62のいずれか一項に記載の方法において、請求項63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。
【0073】
請求項58〜63のいずれか一項に記載の方法において、請求項64に記載されているように、前記波長が150から560ナノメートルの間であることが好ましい。
【0074】
請求項58〜64のいずれか一項に記載の方法において、請求項65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。
【0075】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項66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。
【0076】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項67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。
【0077】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項68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ことが好ましい。
【0078】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項69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から外れる方向に向けられるのを防止するステップを含むことが好ましい。
【0079】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項70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。
【0080】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項71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。
【0081】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項72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。
【0082】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項73に記載されているように、Qスイッチ付きNd:YVO4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。
【0083】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項74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。
【0084】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項75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:YVO4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。
【0085】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項76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。
【0086】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項77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ことが好ましい。
【0087】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項78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。
【0088】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項79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。
【0089】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項80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。
【0090】
請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法において、請求項81に記載されているように、前記偏波を制御する前記ステップが、前記パルスの偏波をスクライブされるスクライブ線に平行に整列させるステップを含むことが好ましい。
【0091】
上記目的を達成するために、請求項82に記載されているように、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の活性表面上に配列状に集積デバイスを配置しかつ形成するステップであって、個々のダイが25ミクロンまたはそれ未満の幅を有するストリートによって分離されて成るステップと、
ステージ上に前記サファイア基板を活性表面を下に向けて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裏面にレーザエネルギのパルスであって、560ナノメートル未満の波長、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なエネルギ密度、スポットサイズ、繰返し率、およびパルス持続時間を有する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カットさせるステップと、
前記パルスがスクライブされるスクライブ線に平行な方向に直線的に偏波されるようにパルスの偏波を制御するステップと、
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とを含む方法とすることが好ましい。
【0092】
請求項82に記載の発明において、請求項83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。
【0093】
請求項82に記載の方法において、請求項84に記載されているように、Qスイッチ付きNd:YVO4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。
請求項82に記載の方法において、請求項85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。
【0094】
請求項82に記載の方法において、請求項86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:YVO4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。
【0095】
【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およびシステムを提供する。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。
【0096】
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。
【0097】
本発明の実施形態は、1平方センチメートル当たり約10から100ジュールの間のエネルギ密度、約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。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。
【0098】
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。
【0099】
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:YVO4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つで得られる。
【0100】
一のシステムでは、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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
本発明はまた、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をも提供する。
【0108】
本発明の実施形態の制御システムは、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。本発明の実施形態はまた、ステージに連結されたデブリ排出システムをも含む。
【0109】
本発明の実施形態は、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。
【0110】
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。
【0111】
【実施例】
本発明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。
【0112】
図1は、本発明に係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。
【0113】
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高調波を送り出すQスイッチ付きNd:YVO4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。
【0114】
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。
【0115】
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。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。
【0116】
図2は、本発明の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。
【0117】
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。
【0118】
一般的に、本発明の実施形態は、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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
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:YVO4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。
【0124】
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/e2のスポットサイズのTEM00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。
【0125】
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。
【0126】
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(New Wave Research)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。
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
図3は、本発明に係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。
【0131】
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。
【0132】
ダイオードアレー55はロッド53を励起してNd:YVO4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。
【0133】
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。
【0134】
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。
【0135】
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。
【0136】
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。
【0137】
1つの好適なシステムのロッド53はNd:YVO4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。
【0138】
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、1064nm赤外線の第2、第3、第4および第5調波を含む。
【0139】
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。
【0140】
図4は、本発明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。
【0141】
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。
【0142】
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。
【0143】
図5は、本発明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。
【0144】
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。
【0145】
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
【0146】
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。
【0147】
図6は、本発明の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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
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。
【0151】
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のシステムでは、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。
【0152】
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:YVO4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と信じられる。
【0153】
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。
【0154】
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。
【0155】
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。
【0156】
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。
【0157】
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。
【0158】
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。
【0159】
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/cm2が達成され、本発明によるスクライビングに使用される。
【0160】
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/cm2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。
【0161】
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/cm2、ステップ速度mm/秒)とする。
【0162】
【表1】
図面番号 エネルギ密度 ステップ速度
図9: 22.5j/cm2 2.5mm/秒
図10: 30.0j/cm2 2.5mm/秒
図11: 40.0j/cm2 2.5mm/秒
図12: 40.0j/cm2 3.0mm/秒
図13: 40.0j/cm2 3.5mm/秒
図14: 40.0j/cm2 4.0mm/秒
図15: 40.0j/cm2 4.5mm/秒
図16: 40.0j/cm2 5.0mm/秒
【0163】
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:YVO4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/cm2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。
【0164】
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。
【0165】
・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。
【0166】
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。
【0167】
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。
【0168】
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。
【0169】
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。
【0170】
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。
【0171】
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。
【0172】
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。
【0173】
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およびシステムを提供する。該プロセスおよびシステムは、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】本発明の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】本発明の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
22 CCDカメラ
Claims (86)
- 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、560ナノメートル未満の波長、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なエネルギ密度、スポットサイズ、繰返し率、およびパルス持続時間を有する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
を含む方法。 - 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。
- 前記波長が150から560ナノメートルの間である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繰返し率が10kHzから50kHz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1〜5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1〜6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1〜6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から外れる方向に向けられるのを防止するステップを含む、請求項1〜6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1〜6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から外れる方向に向けられるのを防止するステップと
を含む、請求項1〜6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1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- Qスイッチ付きNd:YVO4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1〜6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1〜6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:YVO4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1〜6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1〜6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1〜6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1〜6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1〜6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1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- サファイア基板をスクライブするためのシステムであって、
560ナノメートル未満の波長であり、5kHzを超える繰返し率で30ナノ秒未満のパルス持続時間を持つレーザエネルギのパルスを生成するレーザと、
サファイア基板を支持し、かつ移動させるように適応されたステージと、
前記パルスを前記ステージ上に装着されたサファイア基板に衝突させるように方向付ける光学系と、
前記固体レーザおよび前記ステージに結合された制御システムであって、前記レーザおよびステージを制御し、前記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、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制御システムと
を備えたシステム。 - 前記制御システムが前記ステージの移動速度を制御して、連続パルスの重なりを生じさせる、請求項21に記載のシステム。
- 前記ステージの移動中に前記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を含む、請求項21に記載のシステム。
- デブリ排出システムを含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記制御システムがスクライブパターンをセットアップする手段を含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記ステージが真空チャックを含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記ステージ上に装着された基板を観察するためのビデオシステムを含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記制御システムが、パルス繰返し率、パルスエネルギ、およびステージ速度を含むパラメータをセットアップする手段を含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記レーザがQスイッチ付きNd:YAGレーザを備えている、請求項21に記載のシステム。
- 前記レーザがQスイッチ付きNd:YVO4レーザを備えている、請求項21に記載のシステム。
- 前記レーザが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:YVO4レーザを備えている、請求項21に記載のシステム。
- 前記レーザが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レーザを備えている、請求項21に記載のシステム。
- 前記スポットサイズが5ないし15ミクロンの間である、請求項21に記載のシステム。
- 前記制御システムが前記ステージの移動速度を制御して、連続パルスの重なりを生じさせ、前記連続パルスの重なりが50から99パーセントの範囲内である、請求項21に記載のシステム。
- 前記パルス繰返し率が10kHzから50kHzの間である、請求項21に記載のシステム。
- 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、前記スポットサイズが5から25ミクロンの間である、請求項21に記載のシステム。
- 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21に記載のシステム。
- 前記パルスを直線的に偏波させる光学系を含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記パルスの偏波を調整する光学系を含む、請求項21に記載のシステム。
- サファイア基板をスクライブするためのシステムであって、
150から560ナノメートルの間の波長で、10kHzより高い繰返し率で30ナノ秒未満のパルス幅および25ミクロン未満のスポットサイズのレーザエネルギのパルスを生成するQスイッチ付き固体レーザと、
サファイア基板を支持し、かつ移動させるように適応されたステージと、
前記パルスを前記ステージ上に装着されたサファイア基板に衝突させるように方向付ける光学系と、
前記ステージの移動中に前記ステップ上に装着されている基板のエッジを検出するエッジ検出システムと、
前記固体レーザ、前記ステージ、および前記エッジ検出システムに結合された制御システムであって、前記レーザおよびステージを制御し、前記エッジ検出システムに応答して、前記サファイア基板にスクライブ線をカット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、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制御システムと
を備えたシステム。 - デブリ排出システムを含む、請求項40に記載のシステム。
- 前記制御システムがスクライブパターンをセットアップする手段を含む、請求項40に記載のシステム。
- 前記ステージが真空チャックを含む、請求項40に記載のシステム。
- 前記ステージ上に装着された基板を観察するためのビデオシステムを含む、請求項40に記載のシステム。
- 前記制御システムが、パルス繰返し率、パルスエネルギ、およびステージ速度を含むパラメータをセットアップする手段を含む、請求項40に記載のシステム。
- 前記レーザがQスイッチ付きNd:YAGレーザを備えている、請求項40に記載のシステム。
- 前記レーザがQスイッチ付きNd:YVO4レーザを備えている、請求項40に記載のシステム。
- 前記レーザが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レーザを備えている、請求項40に記載のシステム。
- 前記レーザが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:YVO4レーザを備えている、請求項40に記載のシステム。
- 前記スポットサイズが5ないし15ミクロンの間である、請求項40に記載のシステム。
- 前記重なりが50から99パーセントの範囲内である、請求項40に記載のシステム。
- 前記パルス繰返し率が20kHzから50kHzの間である、請求項40に記載のシステム。
- 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、前記スポットサイズが5から25ミクロンの間である、請求項40に記載のシステム。
- 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40に記載のシステム。
- 前記パルスを直線的に偏波させる光学系を含む、請求項40に記載のシステム。
- 前記パルスの偏波を調整する光学系を含む、請求項40に記載のシステム。
- 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の活性表面上に配列状に集積デバイスを配置しかつ形成するステップであって、個々のダイが25ミクロンまたはそれ未満の幅を有するストリートによって分離されて成るステップと、
ステージ上に前記サファイア基板を活性表面を下に向けて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裏面にレーザエネルギのパルスであって、560ナノメートル未満の波長、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なエネルギ密度、スポットサイズ、パルス繰返し率、およびパルス持続時間を有する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、
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と
を含む方法。 - 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、
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、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分な波長、エネルギ密度、スポットサイズ、パルス繰返し率、およびパルス持続時間を有する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
前記スクライブパターンのスクライブ線の方向に対する前記レーザパルスの偏波を制御するステップと
を含む方法。 - 前記波長が560ナノメートル未満である、請求項58に記載の方法。
- 固体紫外レーザを使用して前記パルスを生成するステップを含む、請求項58又は59に記載の方法。
- 前記スクライブパターンが第1および第2軸に対して平行なスクライブ線を含み、前記偏波が直線的であって前記第1軸に平行なスクライブ線に対しては第1方向に配置され、かつ前記第2軸に平行なスクライブ線に対しては第2方向に配置されるように前記偏波を制御するステップを含む、請求項58〜60のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スクライブパターンによって画定される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58〜61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む、請求項58〜62のいずれか一項に記載の方法。
- 前記波長が150から560ナノメートルの間である、請求項58〜63のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繰返し率が10kHzから50kHzの間である、請求項58〜64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58〜65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58〜66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58〜66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から外れる方向に向けられるのを防止するステップ
を含む、請求項58〜66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58〜66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58〜66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58〜66のいずれか一項に記載の方法。
- Qスイッチ付きNd:YVO4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58〜66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58〜66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:YVO4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58〜66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58〜66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58〜66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58〜66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58〜66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58〜66のいずれか一項に記載の方法。
- 前記偏波を制御する前記ステップが、前記パルスの偏波をスクライブされるスクライブ線に平行に整列させるステップを含む、請求項58〜66のいずれか一項に記載の方法。
- 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の活性表面上に配列状に集積デバイスを配置しかつ形成するステップであって、個々のダイが25ミクロンまたはそれ未満の幅を有するストリートによって分離されて成るステップと、
ステージ上に前記サファイア基板を、活性表面を下に向けて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裏面にレーザエネルギのパルスであって、560ナノメートル未満の波長、サファイアのアブレーションを誘発するのに充分なエネルギ密度、スポットサイズ、繰返し率、およびパルス持続時間を有する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カットさせるステップと、
前記パルスがスクライブされるスクライブ線に平行な方向に直線的に偏波されるようにパルスの偏波を制御するステップと、
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と
を含む方法。 - Qスイッチ付きNd:YAGレーザを使用してレーザエネルギのパルスを生成することを含む、請求項82に記載の方法。
- Qスイッチ付きNd:YVO4レーザを使用してレーザエネルギのパルスを生成することを含む、請求項82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レーザを使用してレーザエネルギのパルスを生成することを含む、請求項82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:YVO4レーザを使用してレーザエネルギのパルスを生成することを含む、請求項82に記載の方法。
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