JP2004158859A - 基板から素子を切り取る装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板をほぼ完全に切断するために基板を設置面に対し固定することを提供し、その結果、切断パターンに沿って基板がダイに分離するのを許容する。更に、切断工程の途中及び後において切断されたダイを設置面に対し固定することを提供する
【解決手段】 集積素子のアレイが取り付けられた半導体基板を含むウェハ１４を切断するプロセス及びシステムであって、多孔性設置面を有し、切断時及びその後において孔部を通した真空吸引で前記ウェハを固定する真空チャックを備える。制御された偏光を有する固体レーザ１０を用いて基板に紫外線レーザのレーザパルスを当てて、ウェハ１４を切断する。分離したダイを設置面から取り外すために、分離したダイに粘着膜を貼付する。或いは、分離したダイは、切断後にウェハ１４から別方法で取り外される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、集積回路やレーザダイオード等の集積素子のダイを製造において用いられるシステム及びプロセスに関する。より具体的には、本発明は、ウェハを個々のダイに切り離すプロセス中に基板を有するウェハを固定することを提供し、更に、前記ウェハ切削プロセスの途中及び後にウェハから分離されたダイを固定することを含む。

商業的なレーザダイオード製造システムにおいて、窒化ガリウムＧａＮの成長のために基板としてサファイアＡｌ_２Ｏ_３が用いられ、サファイアは最終製品の基板としての役目も果たすことができる。しかしながら、サファイア基板の使用はある種の問題を誘引する。

例えば、サファイアは電気的に絶縁物であり、このことが、レーザダイオードの作製においてサファイアをウェハ基板として用いる場合に問題が生じる。サファイアが絶縁物であるがため、ダイオードへの電気的コンタクトは通常、ウェハの活性な表面上に設けられ、そして、これらのコンタクトは、それがなければ光の発生と放射にために用いられる面積を占有することになる。

別の基板にＧａＮを用いてレーザダイオードを実現する試みが成されている。かかるアプローチでは、典型的には、ＧａＮを成長させたサファイア基板上からＧａＮを切り離し、別の基板上に再設置することが成される。銅または他の金属基板が優れた熱伝導性及び導電性を有する材質であるため、このアプローチの利点となる。金属基板付きの光放射ダイオードまたはレーザダイオードＬＥＤは、より大きな大電流駆動と高輝度出力が可能である。更に、基板に対して良好な導電性を備えた素子は、活性な表面への１本のワイヤボンディングだけ必要とされ、高出力を生成する。更に、ＧａＮの成長に用いたサファイア基板はコスト削減のために再利用可能である。

例えば、米国特許第６，３６５，４２９号（特許文献１）は、「レーザダイオードアレイ構造を形成した後にサファイア基板を分離させることが、レーザダイオードアレイに対して電気的コンタクトを提供することが簡単化され、特別な構成を回避してレーザダイオードに優れたヒートシンクを備え付けることができる。基板分離の前後において、レーザダイオードは、半田付け、熱圧着、または、その他の手法で、熱伝導性ウェハに取り付けることができる。」方法を教示している（第２欄、第２０行目〜第２８行目参照）。

しかしながら、この種のウェハをダイシングする既知の方法及びツールは、商業規模で採用されていない。

サファイアまたは結晶性半導体基板に基づくウェハをダイに分離する現行方法は、「ブルーテープ（ｂｌｕｅ ｔａｐｅ）」として知られる可撓性シートにウェハを最初に接着した後、ウェハをスクライブすることを伴う。スクライブ後は、機械的な圧力を加えてウェハをスクライブ線に沿って分割し、ダイを可撓性シートに貼付させ、その後、ダイを取り外す。
米国特許第６３６５４２９号明細書（第２欄、第２０行目〜第２８行目参照）

しかしながら、金属基板を有するウェハはスクライブ技術ではダイに分離できない。むしろ、金属基板、例えば、銅製の基板を有するウェハは分離したダイを得るために完全に切断されなければならない。ウェハを完全に切断すると、切断工程の非常に正確な制御が可能でなければ、ウェハに貼付した粘着シートに損傷を与える。更に、かかる損傷を避けるべく、ダイに切断する前に粘着シートがウェハに添付されていないとすれば、分離したダイを、切断途中及び後で取り扱うのが困難となる。よって、ウェハの切断の途中及び後においてウェハと分離したダイの両方を固定する方法及びシステムが必要とされている。

それゆえ、ダイ製造歩留まりを最大にする効率的な方法で、ダイを大量生産するのに使用するための、半導体基板、導電性基板、または、金属基板を有するウェハをダイシングするシステム及び方法を提供することが望まれている。更に、当該システムが小型で、安全に操作でき、低コストであることが望まれている。

それゆえ、本発明の目的は、基板をほぼ完全に切断するために基板を設置面に対し固定することを提供し、その結果、切断パターンに沿って基板がダイに分離するのを許容する点にある。更に、本発明の目的は、切断工程の途中及び後において切断されたダイを設置面に対し固定することを提供する点にある。

本発明の一実施例は、設置面を有する多孔性部材の上にウェハを設置し、前記設置面上の前記ウェハを前記多孔性部材の孔部を通して吸引することにより固定し、前記ウェハを個々のダイにダイシングし、そのダイが前記吸引によって前記設置面上に固定された状態を維持することを含むウェハのダイシング方法を提供する。

本発明は、基板を有し集積素子のアレイを備えたウェハを、可動型のｘ−ｙ基台等で、更に多孔性設置面が提供された真空チャックを備えた基台に設置することを含む方法を提供する。設置面の孔部を通して吸引することで、設置面に対してウェハを固定する。ウェハは、一実施例において、ほぼウェハの厚みを貫通して複数の切り溝を形成するために、固体レーザを用いてウェハの表面にレーザエネルギを当てることにより切断され、その結果、ウェハがダイシングされる。本方法でウェハを切断すると、好ましくは１０〜２０μｍの範囲の幅の切り溝がウェハを貫通して切り込まれる。

本発明は、窒化ガリウム構造を成長させた基板から除去して他の基板上に設置した当該窒化ガリウム構造に基づく青色レーザダイオードの製造に適している。基板は、ここでは、金属、半導体、及び、特にサファイアと比較して相対的に導電性の他の化合物または物質を含み、優れた熱伝導性と導電性の少なくとも何れか１つを提供する。本発明は、また、サファイアを含む無基板（non-substrate）に対しても適用可能である。本発明によれば、より大きなウェハ上の素子密度と製造歩留りが達成でき、同時に、ウェハを個々のダイにダイシングする時間も削減できる。更に、本発明は、小型で低コストの装置を踏まえており、その他の点では、かかる集積素子ダイの全体的な製造コストを低減する。

本発明に基づき、前記ｘ−ｙ基台は、薄い多孔性設置面を備えた真空チャックを具備する。種々の実施例において、前記多孔性設置面は、薄い、紙、プラスチック、セラミックス、または、金属のディスクを備えてなり、前記ディスクは密集した微細な孔部を備え、前記多孔性設置面に直接接触して置かれたウェハに対してその孔部を通して負圧が加わる。当該多孔性部材の具体例として、多孔性の紙、ガスフィルタ、焼結セラミックス製のディスクまたは板、及び、種々の化合物からなる焼結金属製のディスクまたは板が含まれる。

また、本発明の実施例によれば、前記設置面は、着脱自在な部材を備える。着脱自在な部材の使用により、磨耗や汚染によって設置面を取り替える必要が生じたときに迅速な取り替えが可能となる。

幾つかの実施例においてウェハ内に切り溝を切り込むのに使用されるレーザエネルギは、基板物質に非常に吸収されうる波長を備える。更に、その波長は多孔性部材より基板において極めてより多く吸収されるように選択されなければならない。その結果、基板を通過して切り込まれ、レーザが多孔性部材に当る場合に、多孔性部材への損傷を最小限に止められる。銅または類似の金属基板に対して、当該波長は好ましくは約５６０ｎｍより短波長で、より好ましくは、約１５０〜５６０ｎｍの間の波長である。更に、エネルギ密度、スポットサイズ、及び、パルス持続期間は、ウェハを完全に通過して切り溝が切り込まれるのに十分なレベルに設定される。システムの制御は、例えば、レーザパルスの安定したビーム経路を維持しながら基台を移動させることにより、連続するパルスの重なりが基板とウェハの他の部分を通過して切断するのに十分な移動速度で、当該パルスを基板に所定の切断パターンで当てる。

本発明の実施例では、レーザエネルギのエネルギ密度が約１０〜１００Ｊ／ｃｍ^２の間にあり、パルス持続期間が約１０〜３０ｎ秒の間にあり、スポットサイズが約５〜２５μｍの間にあるレーザパルスを用いる。パルスの繰返し率は、５ｋＨｚより大きく、更に、約２０ｋＨｚから５０ｋＨｚまたはそれ以上までの範囲内が好ましい。基台は、連続するパルスの重なりが５０〜９９％の範囲内となるような移動速度で移動する。パルス繰返し率、基台の移動速度、及び、エネルギ密度を制御することで、切断深さが正確に制御され、ウェハを固定する設置面に到達するレーザエネルギ量を最小限に抑えて、ウェハを通過して切断できる。

本発明の実施例では、固体レーザは、ＬＢＯ等の非線形結晶のような高調波発生器を含むダイオードポンピング型ＱスイッチングＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを備える。このため、レーザ出力は、ネオジウムをドープした固体レーザによって生成される１０６４ｎｍ線の２次、３次、４次及び５次の何れかの高調波で出力される。具体的なシステムでは、レーザは約３５５ｎｍの第３高調波波長で動作する。別の実施例では、固体レーザは、ＱスイッチングＮｄ：ＹＡＧレーザを備え、何れかの高調波を出力して動作する。

本発明の実施例では、本発明方法は、パルスを切断パターンで基板に当てている間、基板のエッジ検出を行う。エッジ検出に応答して、システムはパルスの放射が基板を通り過ぎてしまうのを防止する。

本発明の実施例では、ウェハ基板の裏面にレーザ放射パルスを導く。

従って、本発明の実施例は、ウェハを基台に設置し、基板の裏面上の切断パターンで基板を切断する条件下で基台を移動し、そして、切断工程中、レーザ放射パルスが設置面に当るのを防止するために基板のエッジ検出を行う。

切断パターンで画されるダイは、レーザエネルギでウェハから分割され、同時に、設置面の孔部からの吸引によって、切断前の設置面上の位置とほぼ同位置に引き続き固定される。一実施例では、ウェハの切断完了後に、一纏まりでダイを取り外し、後続の製造工程でのダイの取り扱いを容易にするために、分離したダイの上に粘着テープが貼着される。更に、ウェハから分割されたダイは、ピックアンドプレース・ロボットまたは別の技術で取り外されるまでは、粘着テープに接着した状態である。

本発明の或る実施例は、更に、切断パターンの切り溝の方向に関してレーザパルスの偏光制御を行う。偏光は、切り溝が、別の軸に平行な切り溝に対してより均一となるように制御される。幾つかの実施例では、均一性は、ランダムな偏光または円偏光のパルスによって改善されうる。より好ましくは、パルスの偏光は、線形で、且つ、切断される切り溝と平行となるように制御される。本発明の実施例は、光路上に半波長板等の可調偏光器付きのレーザを用いた偏光制御を提供する。

また、本発明は、上述したような固体レーザ、基板を支持し移動させるのに適合した多孔性面を有する真空チャック、基台上に設置された基板に当るようにパルスを導く光学装置、基台の移動中に基台に設置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、及び、制御システムを備えた基板を有するウェハを切断するシステムを提供する。本発明の実施例の制御システムは、固体レーザ、前記基台及び前記エッジ検出システムに接続したコンピュータシステムを備える。当該コンピュータは、エッジ検出システム及び使用者が設定したパラメータに応答して、連続するパルスの重なりが基板内に切り溝を切削するのに十分となる移動速度で、所定の切断パターンでもって基板にレーザパルスを当てる。更に、本発明の実施例は、基台に接続した残骸の排出システムを含む。

本発明の実施例は、切断パターンを設定するためのロジック、並びに、切り溝の深さ、切断速度、その他のプロセス特性を確立するパルス繰返し率、パルスエネルギ、及び、基台速度を等の操作パラメータを設定するためのロジックを有する。

本発明の他の特徴及び長所は、後述する図面、発明の実施形態、及び、特許請求の範囲の開示より明らかとなる。

本発明の実施の形態の詳細につき、図１〜図１２を参照して説明する。

図１は、本発明に係るウェハ切断システムの一実施形態における概略のブロック図である。図１に示す実施例では、基板と活性層を含むウェハ１４がその活性層側を下に向けて可動型のｘ−ｙ基台１５に設置される。基台１５は、ウェハがその上で固定される多孔性部材２５を有し、多孔性部材２５の表面の孔部を通してウェハ１４を吸引することで、ウェハ１４が多孔性部材２５上で固定される。高強度の紫外線レーザエネルギが、紫外線対物レンズ１３を通して、ウェハの基板面に導かれる。ダイオードポンピング型の固体レーザ１０が高強度の紫外線または近紫外線のパルスをｋＨｚレンジの繰返し率で発生する。好ましいシステムでは、前記レーザは、１０ｋＨｚより高い繰返し率、約４０ｎ秒のパルス持続期間で、レーザパルスの流れとして第３高調波出力を送出するＱスイッチングＮｄ：ＹＶＯ_４媒質を備える。前記パルスは、光学搬送システム１１及び反射鏡１２を用いて、紫外線対物レンズ１３に供給され、紫外線対物レンズ１３がパルスをウェハ１４上に集中させる。

ウェハ１４は、ｘ−ｙ基台１５上の真空チャック上で支持される。図１に示す実施例では、前記ウェハがその活性面を下にして設置面を有する多孔性部材２５上で支持される。真空システムが前記設置面の孔部を通してウェハ１４を吸引する。その結果、レーザエネルギを用いて前記ウェハを切断パターンに応じて切断するために、前記ｘ−ｙ基台が紫外線対物レンズの下で移動している間、前記真空チャックに対して前記ウェハが確実に保持される。ガス残骸除去システム１６が、排気システム及び真空装置１７と協働して、基板及びウェハ材質のアブレーションによって生成された残骸を除去する。

図２は、本発明の一実施例におけるウェハ切断システムの透視図である。ｘ−ｙ基台１５と多孔性部材２５が顕微鏡５２の下方に位置している。ダイオードポンピング型固体レーザは、小型且つ低コストであるので、図示するように、ワゴン上に効率的に取り付けることができる。コンピュータ・キーボード５０が前記ワゴン内にスライドして出し入れ可能なキーボードトレイ上に設置されている。フラットパネル表示装置５１が旋回台座に取り付けられており、前記ワゴンの移動或いは収納時に表示装置を折り畳んでおける。前記システムは、切断工程中のウェハの観察が可能な顕微鏡５２を備えている。顕微鏡５２はウェハの切断時に使用するレーザエネルギの搬送も行う。カメラ２２で生成された画像、グラフィカル・ユーザ・インタフェース、及び、その他の表示物が、表示装置５１を用いて使用者に表示される。

前記ｘ−ｙ基台は、アライメント（位置合わせ）及び切断中に２インチ（約５．０８ｃｍ）ウェハを保持するために、６インチ（約１５．２４ｃｍ）のプラットホーム上に少なくとも直径２．５インチ（約６．３５ｃｍ）の設置面を提供する多孔性部材を有する真空チャックを備える。前記多孔性部材は、本発明の幾つかの実施例において着脱自在に構成されている。本発明の使用に適合する代表的な真空チャックは、米国特許第４，９０６，０１１号（発明の名称「真空チャック」）に開示されている。

一実施例において、前記多孔性部材のウェハ保持面（または設置面）は焼結セラミックス材料で作製される。これらの焼結セラミック設置部材の代表例として、前記ウェハ設置または保持面は、孔のサイズが０．１５〜１０μｍの範囲で、孔部の体積密度が２５〜７５％の範囲にある孔部を有している。

本発明の別実施例において、前記多孔性部材の前記ウェハ保持面は、焼結金属材料で作製される。これらの焼結金属設置部材の代表例として、前記ウェハ設置または保持面は、孔のサイズが１〜２０μｍの範囲で、孔部の体積密度が１０〜６０％の範囲にある孔部を有している。

本発明の更に別実施例において、前記多孔性部材の前記ウェハ保持面は、紙またはプラスチックのような可撓性の多孔性部材で作製される。これらの可撓性の多孔性設置部材として、孔部の分布は使用する材料のタイプによって様々である。本発明の幾つかの実施例では、前記多孔性部材は、使い捨て可能で、切断工程中においてウェハ間において除去或いは交換が低コストで可能である。一実施例において、前記多孔性部材は、典型的には光学レンズのクリーニング用に用いられる一葉の市販レンズ紙を備える。

一般的に、本発明の実施例は、卓上レーザシステムとワゴンに設置されたコンピュータを用いた半自動のターンキー・システムとして提供される。該システムは、手動でのウェハのローディングとアンローディングを提供する。しかしながら、本発明では、自動化されたウェハのローディング及びアンローディングシステムも同様に検討されている。代表的なシステムは、ダイ寸法、例えば、約２５０〜３００μｍ角の２インチ基板ウェハを受け取るのに適応している。尚、上記より大きなダイ寸法もより小さなダイ寸法も容易に取り扱える。ウェハの厚みは、典型的なレーザダイオードのダイでは、約８０〜２００μｍの範囲である。ウェハは、手動で前記基台上に置かれ、真空チャックの吸引を用いて固定される。手動でのウェハのアライメントが、基台の手動制御を用いて可能である。ソフトウェア制御によるパターン切断が、ウェハ基台及び制御可能なＸ及びＹ方向の速度のコンピュータ制御を用いて実施される。前記システムは、動作条件で２０μｍより小さなスポットサイズを発生するクラス１レーザシステムを含む。切り溝はウェハの厚みに近い深さ、より好ましくは、ウェハの厚みと等しい深さまで切削される。窒素ガスが残骸除去ジェットノズルにより使用され、排気ポンプを用いて排出される。多孔性部材に著しく吸収されないようにレーザの波長が選択されており、また、前記エッジ検出システムによって、前記設置面への損傷は、最小限或いは無損傷に抑えられ、更に、ウェハ切断工程の歩留りが向上する。

好適な実施例における前記レーザシステムは、３５５ｎｍの波長出力を提供する電気光学的にＱスイッチング、ダイオードポンピングした、第３高調波のＮｄ：ＹＶＯ_４レーザである。前記パルスは、ターゲット面上での１／ｅ^２のピーク値スポットサイズで、１０〜１５μｍまたはそれより小さい直径のＴＥＭ_００強度プロファイルを有する。前記レーザパルスの持続期間は、約４０ｎ秒またはそれより短く、より好ましくは、約１０〜３０ｎ秒の間で、例えば、約１６ｎ秒である。

前記レーザシステムの基本構造は、本願出願人である米国カリフォルニア州フリーモント市のNew Wave Research社より市販されている「Acculase SS10 Laser System」と類似する。

前記コンピュータシステムは、該コンピュータを用いて設定可能な決められた切断パターンに対するレーザと基台の自動制御を可能にする。ウェハマップと切断定義機能により、基台の回転制御を含めた切断パターンの設定が可能となる。映像の重畳により、設定と工程のモニタリングを容易にするためソフトウェア制御されたウィンドウ内にサンプルのライブ映像を表示できる。レーザエネルギ、繰返し率、及び、基台速度を含む切断パラメータの制御は、スクライブ工程の深さと質に対する正確な制御をオペレータに提供するユーザインタフェースを通して提供される。パターン・アライメント機能により、切断パターンをＸ，Ｙ及び斜め方向に移動させて設定途中における実ウェハ位置に適合させることができる。

図３は、本発明に係るウェハ切断システムの一実施例における光経路の基本レイアウト図である。前記光経路上には、レーザ５０、及び、レーザ出力をＸ基台７６とＹ基台７７上に取り付けられた真空チャック７５上の多孔性部材７８の設置面に設置された基板７４に搬送する光学装置類が存在する。本実施例における多孔性部材７８は真空チャック７５に取り付けられている。別実施例では、多孔性部材７８は操作中吸引によって真空チャック７５に固定される。

前記レーザは、高反射器５１と出力カプラ５９で規定される共振空洞を備え、更に、ビーム拡大器５２、レーザ媒体ロッド５３、円筒型レンズ５４、ダイオードアレイ５５、薄膜偏光器５６、薄膜偏光器５７、及び、電気光学Ｑスイッチ５８を含む。前記ダイオードアレイは、Ｎｄ：ＹＶＯ_４に対して１０６４ｎｍ線における共振を誘導するために前記ロッド５３をポンピングする。出力ビームは反射鏡６０、反射鏡６１に導かれて、球面フォーカルレンズ６２、非線形結晶６３を通過する。前記非線形結晶６３は第２高調波を発生し、その第２高調波を第１線とともに、球面フォーカルレンズ６４を経由して第２の非線形結晶６５へ送る。前記第２の非線形結晶は、他の高調波の中から第３高調波を発生し、反射鏡／フィルタ６６、反射鏡／フィルタ６７、及び、半波長板６８へ搬送される。半波長板６８は、電動化され、出力ビームに対して可制御型の偏光器として振舞う。半波長板６８は、切り溝をレーザパルスでＸ及びＹ方向に均一に形成するために切断方向に関して出力ビームの偏光の調整を行うのに利用できる。波長約３５５ｎｍの第３高調波出力は、反射鏡６９、ビーム拡大器７０、反射鏡７１、反射鏡７２、及び、前記基板７４に対する対物レンズ７３を含む光学装置に導かれる。対物レンズ７３は、本実施例では、倍率２０のレンズである。

第２高調波の発生に用いられる非線形結晶６３は、種々の物質で作製可能であり、好ましくは、ＬＢＯ，ＢＢＯまたはＫＴＰで作製される。同様に、第３高調波の発生に用いられる非線形結晶６５も、複数の物質で作製可能であり、好ましくは、ＬＢＯまたはＢＢＯで作製される。１つの好適実施例では、両非線形結晶６３、６５にＬＢＯが利用される。

図４は、本発明の好適実施例で用いるエッジ検出システムを示す。該システムは、白色光源８１を備え、白色光源８１は、反射鏡８２と対物レンズ８４を通して、設置媒体の多孔性表面８６上の前記基板８５に白色光を供給する。反射光は、対物レンズ８４、反射鏡８３、反射鏡８２を通過し、反射鏡８７で偏向して、球面フォーカルレンズ８８を経由して光検出器８９に到達する。光検出器８９は、前記コンピュータシステムに接続し、光検出器８９の出力がエッジ検出を知らせる。ウェハのエッジは、ウェハ表面８５と前記ウェハが設置される保持表面との間の光のコントラストの著しい変化に基づき検出される。前記コンピュータシステムは、エッジ検出信号を受信すると、前記基台の移動を停止し、レーザパルスがウェハ表面を外れて当ることを防止する。

図５は、本発明の一実施例の前記基台１００、対物レンズ１０１、及び、残骸除去ジェットノズル１０２の透視図を示す。基台１００は、可動プレート１０４の中央に位置する真空チャック１０３を備える。前記真空チャックは、更に、ウェハを保持するための保持面を有する多孔性部材１０６を含む。可動プレート１０４は、Ｙ方向用の手動調整ノブ１０５と同様のＸ方向用の手動調整ノブ（図示せず）を備える。また、前記基台の移動は、自動的に制御可能である。ジェットノズル１０２は、残骸を除去するアブレーション領域に空気または窒素ガスを噴出するように調整される。真空装置（図示せず）は、その噴出されたガスを残骸と共に、ウェハ領域から排出する。

代表的なシステムにおいて、基台速度を８〜１０ｍｍ／秒の範囲に収めて、前記繰返し率を２０〜５０ｋＨｚの範囲内で制御可能である。繰返し率と基台速度の別の組み合わせは、特別な実施態様に応じて開発される。

図６は、レーザダイオードアレイがその上に形成されたウェハの拡大図を示す。切断余裕を持たすための約３５μｍ幅の間隔或いは通路が個々のレーザダイオード間に設けられている。図６では、切り溝（前記通路内の濃色部分）が１０〜１５μｍ幅で、相対幅の見通しを付けるために上面に加工されている。好適なシステムにおいては、切り溝は、ウェハの裏面側から切り込まれる。１０μｍレンジのスポットサイズで微調可能な本発明システムでは、前記通路幅は、２０〜３０μｍ、または、それ以下に狭めることができる。これにより、著しく１つの基板上のデバイス密度が向上し、ダイの製造工程のスループットが改善される。

図７は、本発明の基本工程を示す。特に、多孔性部材２０２は真空チャック２０３に固定される。前記真空チャックは、連結口２０４を介して真空吸引源に接続される。多孔性部材２０２は、真空吸引によって真空チャック２０３に固定されるか、或いは、特定の実施態様の必要性に応じて、より堅固に固定される。ウェハ２０１は、多孔性部材２０２上に設置され、切断工程の間、前記多孔性部材の表面の孔部を通して吸引されて多孔性部材２０２上に固定される。レーザパルス２００は、ウェハを通過して切り溝を切削するためにウェハ２０１に当てられる。ウェハ２０１は、５〜１０μｍ厚のＧａＮ層と約１００μｍ厚の銅等の金属基板を備える。

図８は、前記切り溝の切断パターンを示す。図示するように、ウェハから個々の素子に分割するために、ウェハ内に水平方向の切り溝２１１と垂直方向の切り溝２１０が切り込まれている。典型的なＧａＮレーザダイオードでは、前記素子は、一辺が約２５０〜３００μｍの長方形または正方形状である。各個々の素子は、本発明の種々の実施例において、１または複数のレーザダイオードを備える。前記素子は、長方形または正方形以外の形状も同様に作製可能である。

図９に示すように、前記ウェハ２０１は、真空チャック２０３及び真空源２０４からの吸引によって、多孔性部材２０２上に固定された状態にある。レーザパルスの印加によってウェハ２０１は個々の素子にアレイ状に分割されている。半導体製造業界において「ブルーテープ（ｂｌｕｅ ｔａｐｅ）」として知られている可撓性粘着テープ２２１がフレーム２２０に貼り付けられている。前記テープ２２１の付いたフレーム２２０は、ウェハから分割した素子アレイ（アレイ状の素子）の上まで降下する。素子アレイは、粘着テープ２２１に接着し、真空が除去または軽減され、フレーム２２０に取り付けられ素子アレイが接着している粘着テープ２２１がワークステーションから取り外される。

図１０は、素子２２２等の個々の素子のアレイを接着させた前記可撓性テープ２２１の付いたフレーム２２０を含む、製造工程途中の製品状態を示す。図１０に示す製品は、その後、ピックアンドプレース・ロボット・システムに提供され、そこで、個々の素子を分離するために粘着テープが引っ張られ、前記ロボットが、更なる処理のために前記素子を除去する。

基本的な製造工程が図１１のフローチャートに示されている。上述の如く本発明は、特に、ＧａＮに基づく青色レーザダイオードの製造に適している。窒化ガリウムは、最初に公知の技術によってサファイア基板上に成長させる。窒化ガリウム層をサファイア基板から取り外し、銅またはアルミニウム基板、または、サファイアと比べて相対的に導電性の別の基板、或いは、前記レーザダイオードと協働機能を奏する集積回路をその上に形成した半導体ウェハまたはダイに取り付ける。窒化ガリウムと基板の合成した結果のウェハは、切断工程の第１ステップ（ブロック３００）において、真空チャックの多孔性表面上に設置される。次にステップにおいて、前記多孔性表面上のウェハを固定するための吸引が行われる（ブロック３０１）。レーザまたは他の切断技術を用いて前記ウェハが素子のアレイに切断される（ブロック３０２）。可撓性粘着テープが前記素子アレイに貼付される（ブロック３０３）。真空吸引を除去または軽減する（ブロック３０４）。前記テープが前記素子のアレイを接着したままワークステーションから取り外される（ブロック３０５）。そして、ロボットが前記テープから前記素子アレイを取り外すために用いられる（ブロック３０６）。別の実施例では、ロボットを用いて、別の方法で粘着テープを用いずに、前記素子が多孔性表面から除去される。

図１２（Ａ）は、紫外線レーザ４００が、矢印４０２で示すように線４０１上で垂直に、例えば紙面の平面内で、合わせた直線偏光の出力ビームを発生する。該偏光は、図３で示す内部空洞で達成される。別システムでは、前記空洞外部に偏光器を含むこともできる。パルスは、偏光４０２と平行、Ｙ方向に垂直に合わせた半波長板４０３へ進む。半波長板４０３の後方で、パルスは矢印４０４で示すように、垂直に合わせた偏光状態が維持される。パルスは、矢印４０６で示すように、垂直の偏光状態を維持してフォーカスレンズ４０５を通過する。前記偏光は、Ｙ軸と平行なスクライブ線４０７の加工方向に合っている。

図１２（Ｂ）は、同図（Ａ）と同じ部分に同じ符号を付した図である。図１２（Ｂ）では、半波長板４０３が同図（Ａ）の位置に対して４５°回転している。この半波長板４０３の回転により、例えば、本例では紙面内部に延伸する矢印４０８で示すように、パルスの偏光が９０°回転する。パルスは、矢印４１０で示すように、該偏光状態を維持してフォーカスレンズ４０５を通過する。前記偏光は、Ｘ軸と平行なスクライブ線４１１の加工方向に合っている。

図１２（Ｃ）は、前記スクライブ線の切断或いは加工方向に対するレーザ偏光方向を図示している。つまり、スクライブ線４１５は切断方向４１６に合った重ね合わさったパルスの連続からなる。好適システムにおけるレーザの偏光方向４１７は、切断方向４１６と平行である。切断方向と平行に偏光を揃えることで、均一なＶ字型溝の形成されることが見出される。Ｖ字型溝は、よりＵ字型に近い或いはより均一でない溝で達成できるよりも、より均一なダイの分離が得られる。

本発明は、基板上に形成されたレーザダイオードダイ、及び、他の集積素子ダイの製造プロセスを提供する。本発明の実施例に応じた手順は、以下の処理を含む。
１）４０μｍより小さい、好ましくは、約２５μｍまたはそれ未満の幅の通路で個々のレーザダイオードを分離して、サファイア基板の活性な表面上のアレイ内にレーザダイオードを配置して形成する。
２）前記レーザダイオードのアレイを有する前記活性表面から前記ウェハのサファイア基板を除去する。
３）前記レーザダイオードのアレイを有する前記活性表面の下側において、前記ウェハ上に電気的な基板を取り付ける。
４）基板を備えた前記ウェハを、前記活性表面を下側に向けて、Ｘ−Ｙ基台の多孔性設置面上に設置する。
５）前記基台を制御して、前記ウェハを定位置に移動させる。
６）自動的或いは半自動的に、コンピュータ設定によって確定された座標にウェハの位置合わせを行う。
７）ウェハ寸法、ダイ寸法及びレイアウトパラメータに基づいて切断パターンの設定を行う。
８）自動的或いは半自動的に、エッジ検出のためのライティングレベルを設定する。
９）必要な切断深さを得るための基台速度、レーザ偏光、及び、レーザ出力を設定する。
１０）残骸除去システムを起動する。
１１）１つの軸に平行な１つの線上の切断パターンに基づいてレーザ切断工程を開始する。
１２）ウェハの切断が完了するまで、偏光を制御しながら、他の線と軸上の切断工程を継続する。
１３）基台を出口位置に戻す。
１４）金属フレーム上のウェハテープを切断されたウェハに貼付し、真空装置を停止し、チャックから切断されたウェハを取り外す。
１５）レーザ加工で生じた残骸を除去するために高速の空気またはその他のガスの噴射でウェハを洗浄する。
１６）ピックアンドプレースシステムを用いた他の取り付け装置へダイを搬送するために、ウェハテープを引き伸ばしてダイを分離する。

以上概説した手順は、上述のシステムまたは類似のシステムを用いて実行される。

以上より、本発明は、基板とともに使用するための大幅に改良されたウェハ切断プロセス及びシステムを提供する。該プロセス及びシステムは、従来の基板切断技術に比べて、低コスト、高歩留り、且つ、高スループットである。

本発明は、上記詳しく説明した好適実施形態及び実施例を参照して開示されているが、これらの実施例は、限定的ではなく、例証的に意図されている。本発明の改良及び組み合わせが当業者に容易に起こり得ると予期されるが、かかる改良及び組み合わせは、本発明の精神及び特許請求の範囲の技術的思想の範囲内である。

本発明に係るウェハ切断システムの一実施形態における概略のブロック図 本発明の一実施形態に係る小型で可搬型のウェハ切断システムの透視図 本発明に係るウェハ切断システムの一実施形態におけるレーザシステムと光学装置を含む概略のブロック図 本発明の一実施形態に係るエッジ検出システムの概略のブロック図 本発明の一実施形態に係る多孔性設置面を有する真空チャックと残骸排出システムを備えたウェハ切断システムのｘ−ｙ基台の透視図 本発明による集積レーザダイオードのアレイを含む基板上に形成された切り溝の画像 本発明に係るウェハ切断システムに用いるウェハ、多孔性部材、及び、真空チャックを示す透視図 代表的な切断パターンを示すウェハの平面図 本発明の一実施形態における切断されたウェハに粘着性の可撓性シートを貼付する工程を示す説明図 本発明に係るウェハ切断システムの基台から取り外した後の粘着テープに接着した素子のアレイを示す説明図 本発明に係る製造方法の基本的なフローチャート 均一なＶ字型溝を形成するためのレーザパルスの偏光とスクライブ線のスライブ方向との間の関係を示す説明図

符号の説明

１０． 固体レーザ
１１． 光学搬送システム（光学装置）
１２． 反射鏡
１３． 紫外線対物レンズ
１４． ウェハ
１５． 基台（可動型のｘ−ｙ基台）
１６． ガス残骸除去システム
１７． 真空装置
１８． 可視光源
１９． 反射鏡
２０． エッジ検出システム
２１． 反射鏡
２２． ＣＣＤカメラ
２５． 多孔性部材

Claims (87)

1. 製品の切断方法であって、
   設置面を有する多孔性部材の上に前記製品を設置し、
   前記設置面上の前記製品を前記多孔性部材の孔部を通して吸引することにより固定し、
   前記吸引によって前記設置面上に固定された状態を維持したまま、前記製品を個々の素子に切断することを含む切断方法。
2. 前記製品を、レーザエネルギを用いて切断することを含む請求項１に記載の切断方法。
3. 前記製品を、前記多孔性部材より前記製品でより多くのエネルギが吸収される波長を有しているレーザエネルギを用いて切断することを含む請求項１に記載の切断方法。
4. 前記個々の素子を前記設置面から開放するために前記吸引を軽減し、
   前記個々の素子を前記設置面から取り外すことを含む請求項１に記載の切断方法。
5. 前記製品を切断した後、
   前記個々の素子を可撓性シートに接着して、
   前記可撓性シートに接着した前記個々の素子を前記設置面から取り外すことを含む請求項１に記載の切断方法。
6. 前記製品を切断した後、
   前記個々の素子を前記設置面から取り外すためにロボット装置を使用することを含む請求項１に記載の切断方法。
7. 前記多孔性部材が剛体板を備えてなる請求項１に記載の切断方法。
8. 前記多孔性部材が可撓性シートを備えてなる請求項１に記載の切断方法。
9. 前記多孔性部材が紙を備えてなる請求項１に記載の切断方法。
10. 前記多孔性部材がプラスチックを備えてなる請求項１に記載の切断方法。
11. 前記多孔性部材がセラミックスを備えてなる請求項１に記載の切断方法。
12. 前記多孔性部材が金属を備えてなる請求項１に記載の切断方法。
13. 前記製品が活性な表面を有するウェハを備え、
    前記活性な表面が前記設置面と接触して設置されている請求項１に記載の切断方法。
14. 前記製品が、活性な表面と導電性または半導体の基板を有するウェハ上に集積素子のアレイを備えてなる請求項１に記載の切断方法。
15. 前記製品が、ＧａＮを有する活性な表面と金属性基板を備えてなる請求項１に記載の切断方法。
16. 前記製品が、集積素子のアレイを備えてなる請求項１に記載の切断方法。
17. 前記製品を、固体レーザを用いて切断することを含む請求項１に記載の切断方法。
18. 前記製品を、固体紫外線レーザを用いて切断することを含む請求項１に記載の切断方法。
19. 前記製品を、Ｑスイッチング固体レーザを用いて切断することを含む請求項１に記載の切断方法。
20. レーザダイオードの製造方法であって、
    導電性または半導体の基板上にレーザダイオードのアレイを形成し、
    前記導電性または半導体の基板を、設置面を有する多孔性部材の上に設置し、
    前記設置面上の前記基板を前記多孔性部材の孔部を通して吸引することにより固定し、
    前記吸引によって前記設置面上に固定された状態を維持したまま、前記導電性または半導体の基板を、レーザエネルギを用いて個々の素子に切断することを含むレーザダイオードの製造方法。
21. 前記アレイの形成は、
    サファイア基板上にＧａＮ層を形成し、
    前記サファイア基板から前記ＧａＮ層を除去し、
    前記ＧａＮ層を前記導電性または半導体の基板上に設置することを含む請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
22. 前記レーザエネルギは、前記多孔性部材より前記基板でより多くのエネルギが吸収される波長を有している請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
23. 前記個々の素子を前記設置面から開放するために前記吸引を軽減し、
    前記個々の素子を前記設置面から取り外すことを含む請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
24. 前記基板を切断した後、
    前記個々の素子を可撓性シートに接着して、
    前記可撓性シートに接着した前記個々の素子を前記設置面から取り外すことを含む請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
25. 前記導電性または半導体の基板を切断した後、
    前記個々の素子を前記設置面から取り外すためにロボット装置を使用することを含む請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
26. 前記多孔性部材が剛体板を備えてなる請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
27. 前記多孔性部材が可撓性シートを備えてなる請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
28. 前記多孔性部材が紙を備えてなる請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
29. 前記多孔性部材がセラミックスを備えてなる請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
30. 前記多孔性部材がプラスチックを備えてなる請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
31. 前記アレイが前記設置面に接触して設置される請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
32. 前記導電性または半導体の基板が金属を含む請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
33. 前記基板を、固体レーザを用いて切断することを含む請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
34. 前記基板を、固体紫外線レーザを用いて切断することを含む請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
35. 前記基板を、Ｑスイッチング固体レーザを用いて切断することを含む請求項２０に記載のレーザダイオードの製造方法。
36. 導電性または半導体の基板上の集積素子のアレイから前記集積素子を分離するシステムであって、
    大体が前記導電性または半導体の基板に吸収される波長のレーザエネルギを発生するレーザと、
    前記導電性または半導体の基板を支持し移動させるのに適合し、多孔性設置面を有する真空チャックを備え、前記多孔性設置面がその孔部を通して吸引することにより前記導電性または半導体の基板を固定するのに適合している基台と、
    前記基台上に固定された前記導電性または半導体の基板に当るように前記レーザエネルギを導く光学装置と、
    前記レーザと前記基台に接続し、前記導電性または半導体の基板を実質的に通過して所定のパターンに切り溝を切削するのに十分な移動速度で、前記導電性または半導体の基板に前記所定のパターンでもって前記レーザエネルギを当てるように前記レーザと前記基台を制御する制御システムと、を備えるシステム。
37. 前記真空チャックが着脱可能な多孔性部材を備えてなる請求項３６に記載のシステム。
38. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材がセラミックスを備えてなる請求項３６に記載のシステム。
39. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材が可撓性の多孔性シートを備えてなる請求項３６に記載のシステム。
40. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材が多孔性の紙を備えてなる請求項３６に記載のシステム。
41. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材が多孔性プラスチックを備えてなる請求項３６に記載のシステム。
42. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材が多孔性金属を備えてなる請求項３６に記載のシステム。
43. 前記導電性または半導体の基板が金属を含む請求項３６に記載のシステム。
44. 前記レーザがパルスレーザを備え、
    前記制御システムが、連続するパルスが重なり合うように、前記基台の移動速度を制御する請求項３６に記載のシステム。
45. 前記基台の移動中に前記基台に設置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を備えてなる請求項３６に記載のシステム。
46. 前記制御システムが、前記パターンを設定するためのロジックを含む請求項３６に記載のシステム。
47. 前記基台に設置された基板を監視するためのビデオシステムを備えてなる請求項３６に記載のシステム。
48. 前記制御システムが、パルス繰返し率、パルスエネルギ、及び、基台速度を含むパラメータを設定するためのロジックを含む請求項３６に記載のシステム。
49. 前記レーザがＱスイッチングＮｄ：ＹＡＧレーザを備える請求項３６に記載のシステム。
50. 前記レーザがＱスイッチングＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを備える請求項３６に記載のシステム。
51. 前記レーザが約３５５ｎｍの第３高調波波長で動作するダイオードポンピング型ＱスイッチングＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを備える請求項３６に記載のシステム。
52. 前記レーザが約３５５ｎｍの第３高調波波長で動作するダイオードポンピング型ＱスイッチングＮｄ：ＹＡＧレーザを備える請求項３６に記載のシステム。
53. 前記切り溝が約５〜１５μｍの間の幅を有する請求項３６に記載のシステム。
54. 導電性または半導体の基板上のレーザダイオードのアレイから前記レーザダイオードを分離するシステムであって、
    １０ｋＨｚより高いパルス繰返し率で、約１５０〜５６０ｎｍの間の波長と、約３０ｎ秒より短いパルス持続期間と、約２５μｍより小さいスポットサイズのレーザエネルギのパルスを発生するＱスイッチング固体レーザと、
    前記導電性または半導体の基板を支持し移動させるのに適合し、多孔性設置面を有する真空チャックを備え、前記多孔性設置面がその孔部を通して吸引することにより前記導電性または半導体の基板を固定するのに適合している基台と、
    前記基台上に固定された前記導電性または半導体の基板に当るように前記パルスを導く光学装置と、
    前記基台の移動中に前記基台に設置されている前記導電性または半導体の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、前記基台及び前記エッジ検出システムに接続し、連続するパルスの重なりが前記導電性または半導体の基板を実質的に通過して切り溝を切削するのに十分となる移動速度で、前記導電性または半導体の基板に所定のパターンでもって前記パルスを当てるように、前記レーザと前記基台を制御し、前記エッジ検出システムに応答する制御システムと、を備えるシステム。
55. 前記真空チャックが着脱可能な多孔性部材を備えてなる請求項５４に記載のシステム。
56. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材がセラミックスを備えてなる請求項５４に記載のシステム。
57. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材が可撓性の多孔性シートを備えてなる請求項５４に記載のシステム。
58. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材が多孔性の紙を備えてなる請求項５４に記載のシステム。
59. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材が多孔性プラスチックを備えてなる請求項５４に記載のシステム。
60. 前記真空チャックが多孔性部材を備えてなり、前記多孔性部材が多孔性金属を備えてなる請求項５４に記載のシステム。
61. 前記導電性または半導体の基板が金属を含む請求項５４に記載のシステム。
62. 前記制御システムが、前記パターンを設定するためのロジックを含む請求項５４に記載のシステム。
63. 前記基台に設置された基板を監視するためのビデオシステムを備えてなる請求項５４に記載のシステム。
64. 前記レーザがＱスイッチングＮｄ：ＹＡＧレーザを備える請求項５４に記載のシステム。
65. 前記レーザがＱスイッチングＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを備える請求項５４に記載のシステム。
66. 前記レーザが約３５５ｎｍの第３高調波波長で動作するダイオードポンピング型ＱスイッチングＮｄ：ＹＡＧレーザを備える請求項５４に記載のシステム。
67. 前記レーザが約３５５ｎｍの第３高調波波長で動作するダイオードポンピング型ＱスイッチングＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを備える請求項５４に記載のシステム。
68. 前記切り溝が約５〜１５μｍの間の幅を有する請求項５４に記載のシステム。
69. 前記連続するパルスの重なりが５０〜９９％の範囲内にある請求項５４に記載のシステム。
70. 前記パルス繰返し率が２０〜５０ｋＨｚの間にある請求項５４に記載のシステム。
71. 前記レーザエネルギのエネルギ密度が約１０〜１００Ｊ／ｃｍ^２の間にあり、前記パルス持続期間が約１０〜３０ｎ秒の間にあり、前記スポットサイズが約５〜２５μｍの間にある請求項５４に記載のシステム。
72. ある物質を含む基板からダイを製造する製造方法であって、
    前記基板を基台の上に設置し、
    前記物質のアブレーションを誘引するのに十分な波長、エネルギ密度、スポットサイズ、パルス繰返し率、及び、パルス持続期間を有するレーザエネルギのパルスを前記基板の表面に導き、
    前記基板内にスクライブ線を切削するために所定のスクライブパターンでもって前記パルスを前記基板に当て、
    前記スクライブパターン内のスクライブ線方向に関して、前記レーザパルスの偏光を制御することを含む製造方法。
73. 前記波長が約５６０ｎｍより短い請求項７２に記載の製造方法。
74. 前記パルスを発生するために固体紫外線レーザを用いることを含む請求項７２に記載の製造方法。
75. 前記スクライブパターンが第１軸及び第２軸に夫々平行なスクライブ線を含み、
    前記偏光が線形となり、且つ、前記第１軸と平行なスクライブ線の第１方向に調整され、前記第２軸と平行なスクライブ線の第２方向に調整されるように前記偏光を制御することを含む請求項７２に記載の製造方法。
76. 前記スクライブパターンによって画されるダイを分離することを含む請求項７２に記載の製造方法。
77. 連続するパルスを重ね合わせることを含む請求項７２に記載の製造方法。
78. 前記波長が約１５０〜５６０ｎｍの間である請求項７２に記載の製造方法。
79. 前記パルス繰返し率が１０〜５０ｋＨｚの間にある請求項７２に記載の製造方法。
80. 前記レーザエネルギのエネルギ密度が約１０〜１００Ｊ／ｃｍ^２の間にあり、前記パルス持続期間が約１０〜３０ｎ秒の間にあり、前記スポットサイズが約５〜２５μｍの間にある請求項７２に記載の製造方法。
81. 前記スクライブ線は前記基板の厚みの約２分の１より大きい深さまで切削される請求項７２に記載の製造方法。
82. 前記スポットサイズが約５〜１５μｍの間にある請求項７２に記載の製造方法。
83. 連続するパルスを重ね合わせることを含み、前記連続するパルスの重なりが５０〜９９％の範囲内にある請求項７２に記載の製造方法。
84. 前記基板は裏面と活性な表面を有し、
    前記レーザパルスを前記裏面に当てることを含む請求項７２に記載の製造方法。
85. 前記基台は、可動型のｘ−ｙ基台を備え、
    前記所定のスクライブパターンでもって前記パルスを前記基板に当てることは、前記ｘ−ｙ基台上で前記基板を移動させることを含む請求項７２に記載の製造方法。
86. 前記偏光の制御は、前記パルスの偏光を切削中の前記スクライブ線と平行に揃えることを含む請求項７２に記載の製造方法。
87. 前記物質は半導体を含む請求項７２に記載の製造方法。