JP6309341B2 - 半導体基板に照射により溝付け加工を行う方法 - Google Patents

Description

本発明は、実質的に平坦な半導体基板に、レーザスクライブ装置を用いて、照射により（radiatively）スクライブを行う（scribe）方法に関する。この方法により、非貫通の溝が、基板のターゲット表面上において対向する半導体素子の行の間に延在するスクライブライン（scribeline）に沿って形成される。また、次のようなデカルト座標系ＸＹＺを定義することができる。
・ 上記のターゲット表面は、ＸＹ平面内にある。
・ 上記の溝は、Ｘ方向に幅を有し、Ｙ方向に平行に延在する。
この方法において、
・ 上記のターゲット表面をレーザスクライブヘッドに対して呈する（present）ように、基板が可動式基板ホルダに固定される。
・ レーザスクライブヘッドからのレーザ光を上記のスクライブラインの進路に沿って並進させるために、上記の可動式基板ホルダと上記のレーザスクライブヘッドとの間で、相対的な運動がもたらされる。
また本発明は、そうした方法を実行する（enact）ことが可能なレーザスクライブ装置に関する。

明確性及び一貫性の目的のために、本明細書及び添付された特許請求の範囲の全体に渡って使用されるような次の用語は、以下のように解釈されるべきものである。
・ 「実質的に平坦な」という表現は、（略）シート状や板状、リーフ（leaf）状、ウェハー（wafer）状、プラテン（platen）状等の基板を指していると解釈されるべきものである。そのような基板は、一般に（実質的に）平坦な形状であろう。また、介在する相対的に薄い「側壁」によって隔たれた、２つの対向する主面を呈するであろう。
・ 「半導体基板」という表現は、その基板上で半導体素子やその他の集積素子が製造される任意の基板を包含するものであると、広く解釈されるべきものである。そのような基板には、例えば（様々な直径の）シリコンやゲルマニウムのウェハー、及び／又はＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓ等の化合物のウェハーが含まれ得る。この用語には、例えばＬＥＤの製造におけるような、１つまたはそれより多くの半導体材料の層が堆積された非半導体材料（サファイア等）も含まれる。当該の半導体素子やその他の集積素子とは、例えば集積回路や（受動）電子部品、オプトエレクトロニクス部品、生体チップ、ＭＥＭＳ素子等であってよい。そのような素子は一般に、所定の基板上に大量に製造されるであろう。また、典型的には、上記の主面の少なくとも一側に、マトリックス状の並びに配置されるであろう。
・ 「スクライブライン（scribeline）」という用語（時折「スクライブレーン（scribelane）」ともいう）は、基板の主面に沿って延在するラインであって、それに沿って基板のスクライブが行われる（実際の、又は抽象的な）ラインを指していると解釈されるべきものである。特に半導体基板の場合、スクライブラインは一般に、基板上の近接した／隣接した／対向した集積素子の行の間に延在する「ストリート」（ダイシングストリート（dicing street））に位置しているであろう。議論されている素子の（最終的な）分離を可能にするために、基板は、そのストリートに沿って「ダイシング」される（be diced）ことになる。そのような方法は、しばしば「個片化（singulation）」といわれる。ターゲット表面上のスクライブラインは、規則的な配置、及び／又は不規則な（繰り返しの）配置に並べることができることに留意すべきである。例えば、いくつかのウェハーは、規則的な直交したネットワークを形成するスクライブラインによってお互いに隔たれた同一の集積素子の規則的なマトリックスを含んでもよい。一方で、他のウェハーは、異なる大きさの素子、及び／又はお互いに関して不規則なピッチで位置する素子を含んでもよく、これは、それらに対応したスクライブラインの不規則な配置を意味する。そのようなスクライブラインの並びは、必ずしも直交していなくてよい。
・ 「溝（groove）」という用語は、それが形成される基板の上から下までの厚みに渡って貫通しないスクライブ（むしれ（gouge）、くぼみ、チャネル）を指す。即ち、溝の形成は、直接的に基板の（Ｚ方向における）切断を引き起こすわけではない。よって、そのような溝付け加工（grooving）に関連した基板の個片化は、必然的に多段階の方法である（一段階の個片化と対照的である。一段階の個別化では、基板は単一の操作の中でその上から下までの深さに渡って切断される／切り離される）。多段階の個片化において、先に形成された溝に沿ってのさらなる照射によるスクライブや機械的な鋸断／切断等のような、後に続く１つまたはそれより多くの方法が、切断工程を仕上げるのに用いられる。
・ 「レーザスクライブヘッド」という用語は、レーザスクライブ装置／ツールにおいて、スクライブレーザ光を作り出し、その方向を定めるのに用いることができる光学的組立体を指す。そのようなレーザスクライブヘッドは一般に、少なくとも１つのレーザ源と、関連する結像／集束光学系を含むであろう。それはまた、上記のレーザ光に特定の加工操作を施すために、（例えば）ビームスプリッタ、回折光学素子、又はフィルターといった、１つまたはそれより多くの補助部品を含んでもよい。レーザスクライブ装置は、ウェハーの個片化に関する技術領域において周知である。例えば、米国特許第５９２２２２４号及び米国特許第７９４７９２０号を参照されたい。これらの文献は、参照によって本願に組み込まれる。
これらの点は、以下でさらに詳細に論じられることになる。

レーザスクライブ装置を用いた半導体基板の溝付け加工（grooving）は、半導体製造産業において周知であり、広く応用されている技術である。それは、特に、例えば、いわゆる「ｌｏｗ−ｋ」の誘電性最上層（二酸化ケイ素と比較して、相対的に低い誘電率（ｋ）を有する）の場合のように、相対的に壊れやすい（brittle）、及び／又は付着性に乏しい（poorly adhered）最上層を含む半導体基板に適用される。そのような問題となる最上層（典型的には、１〜１０ミクロンのオーダーの厚さである）は、機械的な手法を用いてスクライブを行うことが困難である。それは、予定されていたスクライブに隣接する（外側の）領域において、許容できないクラック、及び／又は最上層の剥離を引き起こす傾向がある。しかし、そのような最上層は、照射スクライブツール（radiative scribing tool）を用いて、遥かに良好にアブレーションされる（be ablated）ことが可能である。結果として、そのような層を有する基板は、従来、もっと後の時点で（at a later juncture）機械的ツールを用いて個片化されるより先に、まずレーザスクライブ装置を用いて溝付け加工を施される。さらなる利点は、問題となる最上層にきれいにスクライブを行うことに加え、照射による溝付け加工は、いわゆるＴＥＧｓ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐｓ）といった、ダイシングストリートにおける一定の（certain）表面の金属構造物を除去することもできるということである。これは、その後の機械的な個片化に用いられる刃の耐用寿命の改善の助けとなり得る。照射による溝の深さは、典型的には（例えば）約１５μｍのオーダーである。後に続く個片化に用いられる（鋸の）刃は、相対的に厚い（例えば、幅が約５０μｍ）傾向があるので、溝自体が、それに対応して相対的に幅広でなければならないであろう。例として、（例えば）約６０μｍのオーダーである。

しかし、そのような照射による溝付け加工を機械的な個片化の前段階（prelude）として用いることは、ある問題を引き起こす恐れがある。特に、（アブレーションの（ablative））照射による溝付け加工の工程は、本質的に熱的なものであるため、溝の中で、また溝の外縁に沿って広がる周辺領域においても、熱の発生をもたらすことになる。溝に隣接した、このいわゆる熱影響部（Ｈｅａｔ−Ａｆｆｅｃｔｅｄ−Ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）は、一般に、アブレーションを起こすには温度が低すぎるが、それでも燃焼、融解、変色、又は他の物理的／化学的特性（誘電率やインピーダンス、結晶相等）の変化といった、その他の不必要な熱的影響をもたらすには十分に高温の領域である。
ＨＡＺの問題を回避するため、ダイシングストリートの幅を広くして、溝に沿って設けられる素子を、よりＨＡＺと離隔することができる。しかし、より幅広のダイシングストリートは、必然的に基板上で利用できる素子領域（「不動産（real estate）」）の損失を伴い、素子あたりの費用の増加をもたらしてしまう。これはたいへん好ましくないことである。

これらの問題に取り組むことが、本発明の目的である。より具体的には、改善された、また、より柔軟性のある、照射による溝付け加工の方法を提供することが本発明の目的である。特に、より限られたＨＡＺを有するように、そのような照射による溝付け加工の方法を制御できるようにすることが、本発明の目的である。

これらの目的及びその他の目的は、冒頭のパラグラフで明記されたような方法であって、上記のＸＹ平面内で見たとき、レーザスクライブヘッドが、レーザビームスポットの２次元アレイ（a two-dimensional array）を作ることを特徴とするような方法において達成される。従って、（基板の平面内に）アレイのすべてのビームスポット成分によって単一の直線を引くことはできない。

本発明は、数多くの重要な優位性を達成する。これらの優位性は次に、より詳細に説明されることになる。
（ｉ）まず、レーザビームの２次元（２Ｄ）アレイを用いた基板の溝付け加工は、溝の幅方向に渡った多数のレーザビームと、溝の長さ方向に沿った多数のレーザビームとを用いて、溝付け加工の工程を実行する。これら両方の方向に多数のサブビーム（sub-beams）を有することは、単一の径が大きなビームの場合に比べ、照射パワー（radiative power）のより滑らかな分布を可能にする。さらに重要なことには、それは個々のビームの特性を調整する可能性も提供する。その結果、アレイ全体が、特定の基板／素子／溝のシナリオ（scenario）の要件／特性に対して柔軟に調整できるようになる。
（ｉｉ）特に、結果として生じるそのようなアレイの強度プロファイルは、そのビーム成分の強度プロファイルの和ということになる。そのような足し合わされた強度プロファイルは、関連するＨＡＺの幅の実質的な減少を伴って、その縁に沿って強度がより鋭く降下するように（即ち、より短縮された／急な強度の「裾（skirt）」又は「尾（tail）」を有するように）調整することができる（例えば、図６を参照）。
（ｉｉｉ）さらに、アレイの中の異なるビームに対して異なる強度を使用する可能性は、溝における意図的な温度効果を作り出す可能性を許容する。例えば、（実質的な）アブレーションを起こすには弱いが、（実質的な）加熱（及び例えば、融解）を起こすには十分に強くなるように、１つまたはそれより多くのビームの強度を故意に調整することができ、その結果、アブレーションのない熱的加工を行うことができる。
（ｉｖ）本発明のもう１つの利点は、処理能力の向上（throughput gain）に関する。レーザビームのアレイの使用は、そうでない場合に多数の一連のパス（passes）を組み合わせた結果として達成しなければならないであろう最終的な結果を、単一のパスで達成することができる。多数のパスの方法における、後に続くパスを正確に重ねる（overlap）／位置合わせする（align）必要がなくなるため、これは処理能力を著しく向上させるだけでなく、最終結果の正確さも改善する。
本発明のこれらの側面は、以下でより詳細に説明するように、多様な点で上質の結果を生み出す、非常に柔軟な溝付け加工の方法に結び付く。

本発明の一実施形態において、２Ｄアレイのビームスポットは、実質的にＹ方向及びＸ方向の両方に対して（ＸＹ平面内で見たとき）平行に延在する。そのような実施形態は、ダイシングストリートの中に「正規直交の（orthonormal）」スポットの並び（例えば、歪んだ、ねじれ状の、又は不規則な並びとは対照的である。例えば、図３及び図５を参照されたい）を作り、これが今度は（in turn）、上記の（ｉ）〜（ｉｖ）の効果の最適な利用を可能にする。とりわけ、それは、発明の効果の中で、（Ｙ方向に沿った）溝の長さ方向及び（Ｘ方向に沿った）溝の幅方向における、最適な調整、及び本質的に別々の調整を可能にする。

本発明による方法の一実施形態は、Ｘ方向に平行に見たとき、少なくともアレイの第１部分において、すべてのビームが同じ強度を有しているわけではないことを特徴とする。とりわけ、上記のアレイの端のレーザビームが、アレイの中心部分のレーザビームよりも低い強度を有するような状況を考えることができる。そのような実施形態は、（例えば）次の点で、多くの重要な効果を生み出す。
・ 必要であれば、平坦な底部ではなく、（ＸＺ平面での）横断面において、樋状の（trough-shaped）底部を有する溝を作り出すことが可能である。この樋状の底部は、鋸の刃の傾きを横に（Ｘ方向に）ドリフト（drift）させる生得の（natural）操向／自動位置調整構造として振る舞い、その結果、次に続く機械的な個片化の間に起こりうる鋸のぐらつきを効果的に軽減させる。ぐらつく鋸は、それが溝の縁にぶつかった地点で基板の剥離（chipping）／クラッキングをもたらす恐れがあるため、これは潜在的に重要な点である。そのような樋状の溝の底部は、様々な異なる形状を取ることが可能であり、それらは必ずしも対称形である必要はない。しかし、一実施形態において、上記の第１部分で見たとき、ビームの強度の足し合わせは、アレイの中心に位置するＺ軸について実質的に対称な強度プロファイルを作る。そのような実施形態は、本質的に鋸の刃の進路を溝の幅の中心に位置させるという利点を有する。そのような強度プロファイルの例には、例えば「Ｖ」字形状、及び反転した釣鐘型カーブ（ガウス関数型のカーブ）が含まれる。
・ 溝の縁に沿って、より強度の低いレーザ光を生じさせることが可能である。その結果、ＨＡＺをさらに縮小し、ダイシングストリートに面した素子の側面の熱的損傷の危険をさらに軽減することが可能になる。
（特に）上記の項目（ｉ）及び（ｉｉ）を参照されたい。このパラグラフで示されている実施形態は、以後（参照を容易にするため）、「Ｘ基準（X criterion）」の特徴を有するという（強度がＸ方向に変化するため）。

本発明による方法の別の実施形態は、Ｙ方向に平行に見たとき、少なくともアレイの第２部分において、すべてのビームが同じ強度を有しているわけではないことを特徴とする。とりわけ、上記のアレイの端の少なくとも１つのレーザビームが、アレイの上記の第２部分のレーザビームの平均強度よりも低い強度を有するような状況を考えることができる。そのような実施形態は、（例えば）次の点で、多くの重要な効果を生み出す。
・ アレイの後部（溝付け加工の間、アレイが基板に沿って（相対的に）並進する「進行方向（travel direction）」におけるものと考えられたい）における幾分弱い「後端の（trailing）」ビーム強度を用いることにより、溝の底部で「熱的後処理（thermal post-conditioning）」効果を達成することが可能である。これは、底部表面のラフネス（roughness）を著しく低減する。より滑らかな溝の底部は、今度は（in turn）、その後の機械的な個片化の間の鋸の刃の振動／衝突の低減をもたらす。
・ アレイの前部（再度、上記の進行方向（travel direction）におけるものと考えられたい）における幾分弱い「先端の（leading）」ビーム強度を用いることにより、基板の表面で「熱的前処理（thermal pre-conditioning）」効果を達成することが可能である。例えば、相対的に低い先端のビーム強度は、壊れやすいｌｏｗ−ｋの材料に対して、より強力なアレイの「主ビーム（main beams）」に先立ち、相対的に穏やかなスクライブを行うことができる。このようにして、ダイシングストリートに近接する素子へのクラックの発生／伝播が（さらに）低減される。
与えられた状況において、これらの熱的処理効果の一方を選ぶか両方を選ぶかは選択可能な事項（a matter of choice）であり、即ち、より弱いビームを与えられるのが、後端（trailing edges）及び先端（leading edges）の一方か両方かは、選択可能な事項である。対称形のアレイの先端と後端の両方でより弱いビームを有しておく利点は、アレイが１つのスクライブラインの終端に達し、隣のスクライブラインの溝付け加工を始めるために（典型的には）Ｘ方向に進むとき、アレイの（Ｚ方向に関する）回転による方向付け（rotational orientation）は、ひっくり返る（be flipped）ことを必ずしも必要としないことである。なぜならば、より弱い（より強度の小さい）先端であったものが、今はより弱い後端になるからである。逆もまた然りである。（特に）上記の項目（ｉ）及び（ｉｉｉ）を参照されたい。このパラグラフで示されている実施形態は、以後（参照を容易にするため）、「Ｙ基準（Y criterion）」の特徴を有するという（強度がＹ方向に変化するため）。

上記のＸ基準／Ｙ基準は（適用されるならば／適用されるときは）、選択に応じて、関連する方向（それぞれＸ方向／Ｙ方向）で見たとき、アレイ全体に適用されてもよく、又はアレイの示された（indicated）関連する部分（それぞれ第１／第２部分）にだけ適用されてもよいということに留意すべきである。例えば、ｎ個の「行（rows）」（それぞれＸ方向に延在し、Ｙ方向に一定の間隔を保つ）とｍ個の「列（columns）」（それぞれＹ方向に延在し、Ｘ方向に一定の間隔を保つ）とを備えるｎ×ｍの長方形の形状のレーザビームスポットのアレイを考える。ここで、ｎ≧３、ｍ≧２である。その場合、
・ 上記のＸ基準は、ｎ個の行すべてに適用するか、ｎ個のうち一部にだけ適用するか、ことによると単一の行のみに適用するか、を選択することができる。それを２つ以上の行に適用することを選択する場合、そのような行それぞれに全く同じにそれを適用する必要はない。例えば、行ｎ１においては、中央のビームは周辺の（端の（extremal））ビームに比べて２０％強度が高いが、別の行ｎ２においては、中央のビームは周辺のビームに比べて３０％強度が高い、ということがあってもよい。周辺のビームの「左側」及び「右側」は、必ずしも同じ強度を有している必要はない、ということにも留意すべきである。
・ 同様に、上記のＹ基準は、ｍ個の列すべてに適用するか、ｍ個のうち一部にだけ適用するか、ことによると単一の列のみに適用するか、を選択することができる。再度になるが（once again）、それを２つ以上の列に適用することを選択する場合、そのような列それぞれに全く同じにそれを適用する必要はない。例えば、列ｍ１においては、後端のビームは平均に比べて２０％強度が低いが、別の列ｍ２においては、後端のビームは平均に比べて３０％強度が低く、先端のビームは平均に比べて４０％強度が低い、ということがあってもよい。また、後端及び／又は先端のビーム以外の「主ビーム」は、すべてが同じ強度を有している必要はないことに留意すべきである。例えば、ｎ＝５（例えば）のビームを含む列において、強度プロファイルを以下のように選ぶことができる。
ｎ１：強度＝３０％Ｉ（先端のビーム）
ｎ２：強度＝１００％Ｉ
ｎ３：強度＝８０％Ｉ
ｎ４：強度＝６０％Ｉ
ｎ５：強度＝４０％Ｉ（後端のビーム）
ここで、Ｉは所定の（任意の）強度値を表す。熟達した技術者ならば、他にも多くの可能性があり、所定の溝付け加工のシナリオにおける自分の必要に適した強度プロファイルを選ぶことが可能であることを理解するであろう。

本発明におけるレーザビームスポットの２次元アレイの幾何学的配置に関して（ＸＹ平面に平行に考えるとき）、このアレイが、多くの異なる形状をとることが可能であることにも留意すべきである。特に、次のことに留意すべきである。
・ アレイのビームスポットは、Ｙ方向に関して直交することが可能な、又は直交しないことが可能な格子状のパターンで並べられることができる。
・ アレイの一領域は１つの格子上に配列され、アレイの別の領域は別の格子上に配列され、これらの格子はお互いに関して様々な態勢（attitudes）を有することができる。例えば、それらはねじれ状（staggered）やせん断構造状（sheared）、傾いた形状（canted）等であり得る。

本発明において用いられる２次元ビームアレイを実際に作り出すことに関しては、熟達した技術者であれば、そのようなアレイは種々の方法で実現されることが可能であると理解するであろう。例えば、アレイの個々のビームそれぞれが、それ自体のレーザによって作られるというシナリオを予想できるであろう。しかし、レーザスクライブ装置に用いられているレーザは、かなり高価な傾向にあるため、そのようなシナリオは、費用の観点から幾分法外な金額を要する（prohibitive）傾向がある。代わりのアプローチは、単一のレーザを用いるが、その出力を多数のサブビームに細分（分割）する。そのような細分化は、例えば個々の偏光ビームスプリッタの巣（a nest of individual polarizing beam splitters）を用いて達成することができる。しかし、本発明の一実施形態においては、この目的のために、いわゆる回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）が用いられる。そのようなＤＯＥは、特定の望み通りのビームアレイ配置（様々な他の可能性がある中で、例えば、３×３の正方形のアレイや、先端の行が５つのビームを、後端の行が３つのビームを備えた二等辺の台形のアレイ）を作り出すために、個々の仕様に合わせて調整することができる。

前のパラグラフで示された実施形態の改良例において、上記のビームアレイは、直列配置（series arrangement）の少なくとも２つの回折光学素子を用いて作り出される。その一方は、Ｘ方向においてビームの細分化を行い、他方は、Ｙ方向においてビームの細分化を行う。この場合、「直列配置」という表現の使用は、光がまず一方のＤＯＥを通過し、次に他方を通過することを示す。そのような配置は、Ｘ方向及びＹ方向において、本発明のビームアレイのパラメータを別々に調整することに関して、より高い柔軟性を提供する点で有利である。

上記で述べられたビームアレイのパラメータに関して、高い柔軟性を提供するために、必要であれば、種々の異なるＤＯＥを交換機構内に設けることができる。それは、異なるＤＯＥをレーザ光の光路に入れたり、光路から出したりして切り替えるのに用いることが可能である。そのような機構は、例えば回転式コンベヤの原理（a carrousel principle）に基づいたり、又は、スライド映写機において、写真のスライドを保管／装填するのに用いられるようなスライドラック（a sliding rack）を用いたりすることが可能である。２つのＤＯＥの直列配置の場合、直列配置において２つの交換機（exchangers）が設けられ得る。

本発明で、互いに異なるビーム強度が利用される実施形態（例えば、上記のＸ基準及びＹ基準を参照されたい）に関して、そのような強度差は、特定のＤＯＥ（様々なメーカーにより、あつらえて作られる（be made-to-order）ことが可能である）を製造するための仕様を用意する際に考慮されることが可能であることに留意すべきである。そうすれば、本発明のレーザビームアレイにおいて、強度プロファイル／分布を変化させたい場合、異なったＤＯＥを使用することができる。しかし、本発明の一実施形態によると、上記のアレイの多数のビーム成分の強度を相対的に調整する、より柔軟な方法もある。この目的のために、基板に衝突する（impinge）前に、アレイは、「画素」（又はプログラム制御可能な「タイル」）のマトリックスを備えた、プログラム制御可能な面を有する空間光変調器を通過させられる。個々の画素は、可変的にアレイの個々のビームを弱めるように調整可能である。そのようなプログラム制御可能な面は、例えば液晶スクリーンを用いて実現することができる。このタイプの実施形態は、この目的のために全種類のＤＯＥを有する必要なしに、アレイのビーム成分の異なる相対強度を「いじる（playing with）」際の高い柔軟性を可能にする。

本発明によるアレイのビーム／スポットの相互の間隔（the mutual spacing）は、選択可能な事項であることに留意すべきである。上記の態様（ｉｉ）に関して、ビームの間隔は、特に近接した個々のビームの強度プロファイルが足し合わされる方法に影響することになる。また、それによって、組み合わされるビームの、結果として生じる／集合的な強度プロファイルの形状／大きさにも影響を与えることになる。特にＹ方向に関して、照射によるスクライブの間、アレイが基板表面に対して並進するときに、ダイシングストリートの静止基準地点（static reference point）は、アレイの連続したビームがそれを通過するのを「見る（see）」ことになるということは記憶しておくべきである。そのため、プロファイルの足し合わせに関しては、上記の点に加え、Ｙ方向のビームの相互の間隔は、先行する番号ｎのビームの通過に続く番号ｎ＋１のビームの「到着」に際しての、ダイシングストリートの所定の地点の状態／温度を（共同で）決定する、という考慮すべき事柄がさらに存在する。一実施形態において、そのような地点の基板材料は、好適には、（先行するｎ番目のビームによる融解の後）ｎ＋１番目のビームが到着したときには再固化している。即ち、ｎ＋１番目のビームが、融解した基板材料に行き当たることはない。基板表面におけるビームの直径（スポットサイズ）が約１０μｍ、アレイの並進速度が約０．４ｍ／ｓの場合、（移動方向に）連続したビームスポットの（中心と中心との）間のＹ方向の間隔を約５０μｍとすると、良好な結果が達成され得る。しかし、これは単なる例であり、熟達した技術者であれば、使用しているビームの（Ｘ方向及びＹ方向における）間隔を、与えられた状況の要請及び詳細に合わせて調整することが可能であろう。

本発明のビームアレイのすべてのレーザビームが、ＸＹ平面と同じ焦点深さを有する必要はない（即ち、ＸＹ平面より下に焦点のＺ位置がある）ということは、はっきりと留意すべきである。いわゆる「ステルスダイシング（stealth dicing）」において、スクライブレーザビームの焦点は、基板表面上よりはむしろ基板のバルク（bulk）中に合わせられる。必要であれば、本発明において、幾分関連したアプローチが用いられることが可能である。例えば、
・ スクライブラインに沿った上記の移動方向で考えると、連続したビームの行を、連続的により深い深度に焦点合わせする（先端の行に比べ、後端の行の方が、より深い深度に焦点合わせされる）ことを選ぶことができる。
・ 溝の中央に向かって位置するビームに比べ、溝の縁近くに位置するビームを、より浅い焦点深度に焦点合わせすることを選ぶことができる。

本発明の特定の実施形態において、多数の溝が、同時に（所定の基板上の）異なるスクライブレーンに沿ってスクライブを施される。それぞれの溝は、本発明による２Ｄビームアレイ（即ち、ＸＹ平面内で見たとき、レーザビームスポットの２次元アレイ）を用いてスクライブを施される。そのような構成において、それぞれの２Ｄアレイは、２つの隣接したダイシングストリートの間の距離に等しい距離だけ、又はこの距離の整数倍だけ（調整可能に）その隣と離隔される。いくつかの（２つ又はそれより多くの）ダイシングストリートが同時に溝付けされるので、このような「マルチタスクの（multi-tasking）」配置は、高い処理能力を達成するのに用いられる。そのような実施形態は、様々な方法で実現することが可能である。例えば、
・ 採用したレーザスクライブヘッドが、個別の２Ｄビームアレイを多数作り出すことが可能である。
・ 多数のレーザスクライブヘッドが使用されることができ、それぞれのレーザスクライブヘッドは個々の２Ｄビームアレイを作り出す。

具体的な例では、
・ 一対の２Ｄビームアレイが使用され、ダイシングストリートのＸ方向の間隔（ピッチ、Ｐ_ｄ）に等しい距離だけ、Ｘ方向において互いに（調整可能に）離隔される。
・ 一対の溝が＋Ｙ方向に（所定の基板上に）スクライブを施された後、ΔＸ＝２Ｐ_ｄの大きさだけ移動（shift）／変位（displacement）させるために、基板と（１つまたは複数の）レーザスクライブヘッドとの間で、Ｘ方向における相対的な運動がもたらされる。その後、−Ｙ方向にスクライブが行われる。
・ 以下、同様である。

本発明による典型的な方法において、以下の態様が適用される。これは、決して本発明の範囲を限定しようとするものではなく、単に具体的な実践例を提供する目的のためにここで提供されるものである。
・ 入力レーザビームは、２００〜３０００ｎｍの範囲の波長を有し、１ｍＷ〜１００Ｗの範囲の出力（an output power）を有するように選ばれる。選択されるレーザは、スクライブを施される基板の材料に大きく依存するであろう。この範囲の波長は、様々なレーザによって作り出されることができる。例えば、固体Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、５３２ｎｍ及び３５５ｎｍの高調波を有する１０６４ｎｍの波長を作り出す。代わりに、例えば１０６２ｎｍの波長のドープされたファイバレーザを用いることが可能である。上記の３５５ｎｍの波長は、特に次の理由で魅力的である。
・ それは、半導体材料によって強く吸収される傾向がある。
・ それは、一般に、相対的に小さなスポットサイズに比較的に容易に焦点合わせすることが可能である。
しかし、これは単に選択可能な事項であり、他の波長が代わりに用いられることもできる。
・ 約１マイクロ秒〜１００フェムト秒の範囲のパルス幅を有するパルスレーザビームを出射することが可能なレーザ源が利用される。
・ ＤＯＥを用いて、入力レーザは、ビームの２次元アレイ（サブビーム）を形成するように、例えば、Ｘ方向において３つ又は４つのビーム及びＹ方向において２〜４つのビームを含む長方形の形態の２次元アレイを形成するように分割される。

本発明は、次に典型的な実施形態とそれに伴う模式的な図面に基づいて、より詳細に説明されることになる。

本発明による方法を実施するのに適したレーザスクライブ装置の一実施形態の部分の（Ｙ軸に沿って見た）立面図を表す。 図１の対象物の部分、特に図１の下部の（Ｚ軸に沿った）平面図を表す。 図１及び２に示された基板の重要な領域の（Ｚ軸に沿った）拡大平面図を示す。 図３の部分の横断面図を表す。 図３に示された状況の代替案として、本発明に沿ったレーザビーム（スポット）アレイの可能な様々な幾何学的配置の（Ｚ軸に沿った）平面図を表す。 単一のレーザビームの強度プロファイルと比較したいくつかのレーザビーム成分の強度プロファイルの足し合わせの効果を図解し、本発明を用いてどのようにより狭い熱影響部（Ｈｅａｔ−Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）を達成することができるのかを説明している。

これらの図において、関連がある場合、対応部分は、対応する参照符号を用いて示されている。

［実施形態１］
図１は、本発明による方法を実施するのに適したレーザスクライブ装置であって、実質的に平坦な半導体基板１のターゲット表面３上の少なくとも１つのスクライブライン２（図示せず；図２を参照）に沿って、照射により（radiatively）基板１にスクライブを行う（scribe）のに使用可能なレーザスクライブ装置Ａの一実施形態の部分の立面図を表す。一方、図２は図１の下部の一面の平面図を表す。図中に示されているデカルト座標系ＸＹＺに留意されたい。

具体的には、図１及び図２は次のものを一括して示している。
・ 光学軸６に沿って（パルス）レーザ光を出力するレーザ源４。レーザ源４は、特にパルス幅や上記のレーザ光の出力やフルエンスなどのパラメータを制御するのに使用できるコントローラ１４に接続される。
・ 上記のレーザ光をレーザビームの２次元アレイＢ（例えば図３を参照）に変えるビーム分割器（beam sub-divider）８。この分割器８は、例えば１つまたはそれより多くのＤＯＥを備えることが可能である。
・ レーザアレイＢに対してターゲット表面３を呈するように、その上に基板１が取り付けられる可動式基板ホルダ５（テーブルやチャック）。そのような取付は、従来通り、例えば周辺を締め付けて固定すること（peripheral clamping）により行う。
・ レーザアレイＢを基板１に投影するための投影（projection）（即ち、イメージング）システム１０。基板１上のアレイＢの衝突領域（the area of impingement）は、ここではＴと示されている。投影システム１０は、アレイＢ（の成分）を基板１上または基板１内に望み通りに焦点合わせするための用いることができ、また例えば収差／歪み補正を行うこともできる。連結された構成要素４、８、１０は、ここではレーザスクライブヘッド１２と呼ばれるものを構成する。
・ ＸＹ平面内で、光学軸６に対応して可動式基板ホルダ５の位置決めができるステージ組立体１５。

図２は、基板１が可動式基板ホルダ５に載置されているときの、上側から見た基板１を示す。ターゲット表面３上に、様々なスクライブライン２が描かれている。これらのスクライブライン２は、ターゲット表面３上にマトリックス状の並びに分散配置された集積素子２３の間のＸ／Ｙ格子パターンの中に延びている。一般に、典型的な半導体基板１上には、そのような素子２３が非常に多く存在しているだろう。しかし、図面が複雑にならないように、ここではほんの僅かな素子のみが示されている。図は、特定の方向（この場合±Ｙ方向）の、多数の連続したスクライブライン２に沿って基板１のスクライブを行う「縦スキャンと横ステップ（longitudinal scan and lateral step）」手法を示している。例えば、
・ 基板１には、レーザアレイＢを−Ｙ方向に走査することにより、スクライブライン２ａに沿ってスクライブが施される。実際問題として、この相対的な運動は、実際にはステージ組立体１５（図１を参照）を用いて可動式基板ホルダ５を＋Ｙ方向に走査することによって達成することができる。
・ スクライブライン２ａに沿ってスクライブラン（scribe run）が完了した後、可動式基板ホルダ５を＋Ｘ方向にΔＸの量だけ移動させるのにステージ組立体１５が用いられることになる。結果として、レーザアレイＢは実質的にターゲット表面３に関して−ΔＸの量だけ移動することになる。
・ 次に基板１は、レーザアレイＢを＋Ｙ方向に走査することにより、スクライブライン２ｂに沿ってスクライブが施される。実際問題として、この相対的な運動は、ステージ組立体１５を使用して可動式基板ホルダ５を−Ｙ方向に走査することにより達成することができる。
・ 以下、同様である。

ステージ組立体１５を具体化するには様々な方法があり、熟達した技術者であれば、この点に関して多くの代替案を実施することができるであろうことには留意すべきである。ある一実施形態は、図２に模式的に図示されているが、２つの離隔したリニアモーター（図示せず）を用いて、Ａ１軸及びＡ２軸に沿って、可動式基板ホルダ５を独立に動かす。Ａ１軸及びＡ２軸は、Ｘ軸及びＹ軸と４５°の角度を定める（subtend angles of 45° with the X, Y axes）。そうして、Ｘ又はＹにおける運動が、Ａ１軸及びＡ２軸に沿って同時に起こることになる（involves concurrent driving）。典型的には、例えば空気軸受や磁気軸受（図示せず）を用いて、可動式基板ホルダ５を、ＸＹ平面に平行な参照用表面（研磨された石材の表面等）の上で円滑に浮動させるであろう。可動式基板ホルダ５の正確な位置は、例えば干渉計やリニアエンコーダなどの位置決め装置（図示せず）を用いてモニタリングされ、制御されることができる。また、一般にフォーカス制御／高さ感知（図示せず）も用いて、基板１のターゲット表面３が、投影システム１０に関して望み通りの高さに保持されることを保証するであろう。そうした従来式の位置決め及び制御の態様はすべて、熟達した技術者であれば良く精通しているであろう。ここでは、これ以上の説明は必要としない。

熟達した技術者であれば、従来通り、スクライブが行われることとなる基板１は、まず周りを取り囲む枠の中に広げられた箔（foil）の上に取り付けられるであろうことも認識するであろう。従って、可動式基板ホルダ５の上に取り付けられなければならないであろうものは、基板と、箔と、周りを取り囲む枠との複合構造物であることも認識するであろう。同様に、熟達した技術者であれば、基板１全体を個片化した後、基板は、例えば上記の箔を横方向に引き伸ばすことによって、多数のスクライブラインに沿って切り離すことができるということを認識するだろう。これらは、半導体基板のスクライブの分野における至って固有の態様であるため、ここでは、これ以上の説明は必要としない。さらなる情報のためには、（例えば）次の刊行物が参照される。
米国特許出願公開第２００８／０１９６２２９号
米国特許第５９７９７２８号
http://en.wikipedia.org/wiki/Dicing_tape
http://www.lintec-usa.com/di_t.cfm#anc01

ここで図示されているように、（マスタ）コントローラ２０がレーザコントローラ１４に接続される。コントローラ２０は、基板１とレーザアレイＢとの相対的な位置決めを調整できるように、ステージ組立体１５にも接続される。

次に図３を見ると、これは基板１の重要な領域の拡大平面図を示す。図示されているのは、４つの素子２３の間でＹ方向に延在したスクライブライン２である。スクライブライン２は、ダイシングストリート（dicing street）２’の中央に沿って設けられる。ここで、２次元レーザビームアレイＢは、１２個のビームスポット成分（円で図示されている）を有するように示されている。この場合、これらはｎ個の行（この例では、ｎ＝３）とｍ個の列（この例では、ｍ＝４）とを備えた長方形状の配置に並んでいる。それぞれの行ｎ１、ｎ２、及びｎ３は、Ｘ方向に平行に（ダイシングストリート２’の幅に平行に）延在し、それぞれの列ｍ１、ｍ２、ｍ３、及びｍ４は、Ｙ方向に平行に（ダイシングストリートの長さに平行に）延在する。アレイＢの個々のビーム（スポット）は、Ｓｉｊという命名法を用いて示されている。ここで、ｉは行番号を表し、ｊは列番号を表す。この命名法の例として、ビームＳ１３、Ｓ２１、Ｓ３２、及びＳ３４が明示的にラベル付けされている。アレイＢは、幅Ｗ（Ｘ方向に平行）と長さＬ（Ｙ方向に平行）を有する。この一例において、Ｗは４０〜７０μｍの範囲にあり（例えば４５μｍ）、Ｌは１００〜１０００μｍの範囲にある（例えば１５０μｍ）。それぞれのビームＳｉｊは、５〜１５μｍの範囲の直径（スポットサイズ）を有し（例えば１２μｍ）、ダイシングストリート２’の幅（Ｘ方向に平行）は、Ｗ＋（５〜１０μｍ）である。アレイＢは、スクライブライン２の進路に沿った方向Ｄに並進しているように示されている。その結果、この場合は行ｎ１がアレイＢの先端（「前側」の端）と見なされ得る。また、行ｎ３はその後端（「後ろ側」の端）である。同様に、列ｍ１及びｍ４は、アレイＢの「左側」及び「右側」の端（extremities）／縁（edges）を定義する。

本発明のビームアレイＢが、ダイシングストリート２’において方向Ｄに沿って並進するとき、そのビーム成分Ｓｉｊは、基板１の外へ材料をアブレーションし（ablate）、その結果溝Ｇ（溝Ｇは、基板１の上から下までの厚みに渡っては延在しない）を形成することになる。この溝Ｇは、図３には（図が複雑にならないように）図示されていないが、図４（図４は、図３の横断面図を表す）では明瞭に見ることができる。しかし、溝Ｇの縦の縁Ｅ１（左側）及びＥ２（右側）は、図３に模式的に示されている。この一例では、上で触れたＸ基準及びＹ基準の両方が適用されている。また、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて、適切にビーム強度を選んだ結果として、
・ 溝Ｇは、樋状の（trough-shaped）底部Ｇ’を有する。
・ 溝Ｇの底部Ｇ’は、相対的に滑らかな表面を有する。

この状況における溝Ｇの最大深さは、１０〜２０μｍの範囲にあり（例えば２０μｍ）、底部Ｇ’のラフネスの二乗平均平方根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）は、約１〜２μｍである。図４におけるｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４とラベル付けされた点鎖線（dot-dash lines）は、図３におけるビームの列ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４のＸ位置に対応していることに留意されたい。
この状況で選ばれ得るビーム強度の選択例として、下記の表１が参照される。ここで、記号「Ｉ」は所定の（given）強度（例えば、２００ｎｓのパルス幅のパルスあたり２０μＪ）を表す。

この状況において、次のことに留意されたい。
・ どの行においても、左及び右端におけるビームは、中央のビームより低い強度を有する。
・ どの列においても、後ろ側のビームは、他の（２つの）ビームより低い強度を有する。

次のことにも留意すべきである。
・ それぞれの行ｎ１、ｎ２、及びｎ３（又は、例えば、隣接した２つの行、又は３つの行の全体集合）は、Ｘ方向に平行に見たアレイＢの、上記の「第１部分」に対応すると見なすことができる。
・ それぞれの列ｍ１、ｍ２、ｍ３、及びｍ４（又は、例えば、隣接した２つの列、隣接した３つの列、又は４つの列の全体集合）は、Ｙ方向に平行に見たアレイＢの上記の「第２部分」に対応すると見なすことができる。
特に、上記のＸ基準／Ｙ基準が、アレイＢの関連する部分すべて（all pertinent parts）に適用される必要はなく、それぞれ関連する部分の少なくとも１つにさえ適用されればよいということには留意すべきである。例えば、上記の表１において、最終行ｎ３を代わりの行ｎ３’（表２）で置き換えることができるが、それでも全体としては、アレイに関する上記のＸ基準及びＹ基準の範囲内にある。

そのような代替案において、
・ Ｘ基準は、今度は行ｎ１及びｎ２に適用されるが、行ｎ３には適用されない。
・ Ｙ基準は、今度は列ｍ２及びｍ３に適用されるが、列ｍ１及びｍ４には適用されない。

代替となる実施形態において、代わりに以下に述べる事項の一方または両方が適用され得ることは、はっきりと留意すべきである。
・ それぞれの行において、Ｘ方向で考えると、ビームは（実質的に）等しい強度を有する。そのような場合、Ｘ基準は保たれない。
・ それぞれの列において、Ｙ方向で考えると、ビームは（実質的に）等しい強度を有する。そのような場合、Ｙ基準は保たれない。

図４に示された溝Ｇは樋状の底部Ｇ’を有するが、これがその状態である必要はないことにも留意すべきである。代わりに、例えばアレイＢのビーム強度を適切に選ぶことで、実質的に平坦な底部を有する溝を作ることもできる。

［実施形態２］
図５は、図３に示された状況の代替案として、本発明に沿ったレーザビーム（スポット）アレイの可能な様々な幾何学的配置の（Ｚ軸に沿った）平面図を表す。図３のように、図５はスクライブライン２と、ダイシングストリート２’と、溝Ｇの縦の縁Ｅ１及びＥ２と、を示している。４つの異なるレーザビームアレイＢ１、Ｂ２、Ｂ３、及びＢ４（図の上から下に向かって）も示されている。それぞれのビームアレイＢ１、Ｂ２、Ｂ３、及びＢ４において、図には、それぞれ上記のＸ基準及びＹ基準についての文脈で言及された「第１部分」Ｐ１及び「第２部分」Ｐ２の可能性のある候補が示されている。それによって、これらの部分の他の候補を思い付くこともできるということは、はっきりと留意すべきである。図５において、そのような、可能性のある部分が例示されているのは、実際にＸ基準及びＹ基準が適用されなければならないということを意味するわけではない。

［実施形態３］
図６は、単一のレーザビームの強度プロファイルと比較したいくつかのレーザビーム成分の強度プロファイルの足し合わせの効果を図解し、本発明を用いてどのようにより狭いＨＡＺを達成することができるのかを説明している。
図は、ダイシングストリートの中央の縦軸（a central longitudinal axis）に関するＸ方向の位置（μｍ）の関数としての、ビーム強度（任意単位）のグラフである。「ＡＴ」の記号が付された破線は、いわゆるアブレーション閾値、即ち基板材料のアブレーションを起こすのに必要なビーム強度の最小値を示す。この線を下回ると、基板材料は加熱される／融解することになるが、（計画的には）アブレーションされない。

さらに、図は２つの異なる強度プロファイルを示している。これらは、次のように説明することができる。
（ａ）細線は、中心が上記の縦軸にある単一のビーム（ｓｉｎｇｌｅ ｂｅａｍ：ＳＢ）によって作られる（ガウス関数型の）強度分布を表す。このガウシアンベル（Gaussian bell）の、ＡＴ線より下の「裾（skirt）」又は「尾（tail）」は、この例における熱影響部（ＨＡＺ）を定義する。これは、図の右側で陰影を用いて強調されている。
（ｂ）太線は、本発明に沿った多ビーム（ｍｕｌｔｉ−ｂｅａｍ：ＭＢ）のアレイの（ガウス関数型の）強度分布を表すのに用いられている。この場合、同一の強度の４つのビームが、上記の縦軸を対称的にまたいでいる（straddle）。これら４つの個別のガウシアンベルは、足し合わされ、結果として生じる強度分布（図示せず）を作ることになる。それぞれのガウシアンベル成分は、（ａ）の曲線よりも鋭い降下（fall-off）を有するため、アレイの縁は、より急峻にＡＴ線と交差することになる。結果として、この例におけるＨＡＺは、ずっと小さいことになる。図の左側の陰影付けられた領域を参照されたい。
この（ａ）及び（ｂ）の状況において作られる溝の幅は、それぞれの強度曲線がＡＴ線と交差した点によって定められることになるということに留意されたい。この場合、約４０μｍの溝幅が観測される（横軸の下の両頭矢印によって示されている）。

１ 半導体基板
２、２ａ、２ｂ スクライブライン
３ ターゲット表面
４ レーザ源
５ 可動式基板ホルダ
６ 光学軸
８ ビーム分割器
１０ 投影システム
１２ レーザスクライブヘッド
１４ コントローラ
１５ ステージ組立体
２０ （マスタ）コントローラ
２３ 集積素子
２’ ダイシングストリート

Claims (12)

1. レーザスクライブ装置を用いて実質的に平坦な半導体基板に照射によりスクライブを行う方法であって、
   一つの非貫通の溝が前記基板のターゲット表面上において対向する半導体素子の列の間に延在するスクライブラインに沿って形成され、
   前記ターゲット表面は、ＸＹ平面内にあり；
   前記一つの非貫通の溝は、Ｘ方向に幅を有し、Ｙ方向に平行に延在するような；
   デカルト座標系ＸＹＺを定義することができ、
   前記基板は、前記ターゲット表面をレーザスクライブヘッドに呈するために可動式基板ホルダに固定され、
   前記レーザスクライブヘッドからのレーザ光を前記スクライブラインの進路に沿って並進させるように、相対的な運動が前記可動式基板ホルダと前記レーザスクライブヘッドとの間でもたらされ、
   前記ＸＹ平面内で見たとき、前記レーザスクライブヘッドが前記一つの非貫通の溝を形成するためのレーザビームスポットの２次元アレイを作ることを特徴とする方法。
2. 前記レーザビームスポットの２次元アレイは、実質的に前記Ｙ方向及び前記Ｘ方向の両方に平行に延在した複数のビームスポットを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記アレイの少なくとも第１部分において、前記Ｘ方向に平行に見たとき、前記アレイの端におけるレーザビームは、前記アレイの中央部分におけるレーザビームに比べて低い強度を有することを特徴とする、請求項１又は２の何れか一項に記載された方法。
4. 前記アレイの少なくとも第２部分において、前記Ｙ方向に平行に見たとき、前記アレイの端における少なくとも１つのレーザビームは、前記第２部分におけるレーザビームの平均強度に比べて低い強度を有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載された方法。
5. 前記アレイは、少なくとも１つの回折光学素子を用いて単一のレーザビームを細分化することによって作られることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載された方法。
6. 前記アレイは、直列配置の少なくとも２つの回折光学素子を用いて作られ、その一方の回折光学素子は前記Ｘ方向においてビームの細分化を行い、その他方の回折光学素子は前記Ｙ方向においてビームの細分化を行うことを特徴とする、請求項５に記載された方法。
7. 前記アレイ中の少なくとも一つのレーザビームが、前記アレイ中の少なくとも一つの他のレーザビームの前記ＸＹ平面に対する焦点深さと異なる前記ＸＹ平面に対する焦点深さを有することを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載された方法。
8. 前記アレイ中のビームの少なくとも一部の強度は、調整可能であることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載された方法。
9. 前記アレイは、前記基板に衝突する前に、画素のマトリックスを備えた、プログラム制御可能な面を有する空間光変調器を通過させられ、個々の前記画素は、可変的に前記アレイの個々のビームを弱めるように調整可能であることを特徴とする、請求項８に記載された方法。
10. 前記プログラム制御可能な面は、液晶スクリーンを備えることを特徴とする、請求項９に記載された方法。
11. 多数の前記レーザビームスポットの２次元アレイが同時に使用され、それに対応する多数のスクライブラインに沿って、与えられた基板に同時にスクライブを行うことを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載された方法。
12. レーザ光を用いて実質的に平坦な半導体基板に照射によりスクライブを行う装置であって、
    一つの非貫通の溝が前記基板のターゲット表面上において対向する半導体素子の列の間に延在するスクライブラインに沿って形成され、
    前記レーザ光を作るためのレーザスクライブヘッドと；
    前記ターゲット表面を前記レーザスクライブヘッドに呈するために前記基板を固定することのできる可動式基板ホルダと；
    前記レーザスクライブヘッドからのレーザ光を前記スクライブラインの進路に沿って並進させるように、前記可動式基板ホルダと前記レーザスクライブヘッドとの間で相対的な運動をもたらすための手段と、を備え、
    前記レーザスクライブヘッドは、前記一つの非貫通の溝を形成するためのレーザビームの２次元アレイを作ることができる形態であることを特徴とする装置。