JPH09134894A - 半導体バー切断によるレーザ製造のための装置および方法 - Google Patents
半導体バー切断によるレーザ製造のための装置および方法Info
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Abstract
あって、半導体サンプルを複数の半導体バーに切断し、
それらの切断ファセットを直ちにコーティングするため
にそれらの半導体バーを置くための回転体を有する。こ
の装置は、半導体サンプルの切断の前またはその途中ま
たはその直後に、処理チャンバ内に入れられ、コーティ
ング材料にさらされる。 【効果】 半導体サンプルの無駄が少なくなり、処理環
境に必要な要件が緩和される。一つの駆動フィードスル
ー機構により、処理チャンバの外側からこの装置を駆動
することができる。
Description
関する。より具体的には、半導体ウエハの切断(cleavin
g)とその結果の切断されたファセット(小面,facet)の
コーティングに関する。
平坦な半導体表面であり、半導体サンプルを一つの切断
面に沿って切断することによって生成される。そのファ
セットでは、半導体と空気の境界で、半導体とそれに接
する空気の屈折率の違いによって光の一部が反射する。
そのため、ファセットは、半導体ダイオードレーザの中
で反射体として使用できる。
は、同一平面の二つの反射体を有するファブリ・ペロー
空洞に類するものとして、ファブリ・ペロー・レーザと
呼ばれる。ファブリ・ペロー・ダイオードレーザは、す
べての半導体レーザのうちでもっとも一般的なものの一
つであり、シリカファイバとともに通信レーザとして使
用される。たとえば、コンパクトディスク・プレーヤ・
レーザとして、エルビウムをドープした光ファイバをポ
ンピングするポンプレーザとして、また、大気汚染を監
視する目的等に応用される。その他のタイプのレーザに
は、分布フィードバック(DFB)レーザや、分布ブラ
ッグ反射(DBR)レーザ等がある。
は、レーザファセットすなわち半導体空気境界面に電子
表面状態が存在することである。そのような電子表面状
態は、典型的には、半導体の許容導電帯と許容価電子帯
とを分離する禁制帯間隙内にある。理想的な半導体で
は、禁制帯間隙にはいかなる電子状態または間隙状態も
含まない。
数の有害な影響がある。半導体をたとえば光電子応用に
使用する場合、吸収プロセスは望ましくない。それによ
って光電子デバイスの光強度が低下するからである。さ
らに、半導体ファセットでの吸収が大きすぎるとそのフ
ァセットに構造的損傷を生じることもある。
い周囲環境の中で切断された半導体の半導体空気間境界
面で特に高い。半導体レーザファセットが誘電性の反射
抑制コーティングで覆われた場合には、間隙状態の高い
密度が維持される。しかし、表面状態の密度は、超高真
空等の高度に制御された環境のもとで半導体を切断する
ことにより、低減される。そして、この表面状態の低い
密度は、後にファセットを誘電膜でコーティングするこ
とにより維持される。
とで切断し、そのあとその切断ファセットを誘電膜でコ
ーティングするための装置は、従来から多数存在する。
また、1対のフレキシブル搬送帯(transport band)が半
導体バーを、湾曲した曲率半径の大きな表面の外側に沿
ってガイドし、それによって、半導体バーを切断するの
に十分な大きさの曲げモーメントをかける方法が存在す
る。この搬送帯はまた、切断されたバーをパシベーショ
ン層堆積のための適当な領域に移動させる。
方法および装置も知られている。その方法では、複数バ
ー半導体の配置を少しずつ調整するためにモータ駆動の
マイクロメータを使用し、切断を伝搬させるためにポー
ル形状の顎と回転力を利用する制御された負荷を使用
し、そしてその切断を完了するために、ポール形状の顎
を利用する第2の負荷を使用する。切断が完了すると、
複数のバーは搬送装置に集められ、適当な輸送装置を使
用してコーティング処理へと自動的に送られる。
超高真空環境のもとでその切断ファセットをコーティン
グする方法は知られているが、従来の装置は非効率的で
あり、不格好で、複雑であり、それらの多くは超高真空
環境に容易には適合しない機構を含んでいる。半導体デ
バイスを切断し、切断後ただちにその切断ファセットを
コーティングする装置および方法の改良が望まれてい
る。
環境内で処理する装置および方法である。この装置は、
一つ以上の半導体サンプルを複数の半導体バーに切断
し、それらの切断ファセットを直ちにコーティングする
ためにそれらの半導体バーを置くための少なくとも一つ
の回転体を有する。この装置は、半導体サンプルの切断
の前またはその途中またはその直後に、処理チャンバ内
に入れられ、在来のコーティング材料にさらされる。こ
の装置によれば、半導体サンプルを切断するに当たり、
他の切断/コーティング技術に比べて、半導体サンプル
の無駄が少なくなり、処理環境に必要な要件が緩和され
る。一つの駆動フィードスルー機構により、処理チャン
バの外側からこの装置を駆動することができる。
10の一実施例を示す。一般に装置10は、ステンレス
鋼その他の適当な材料からなるフレーム18に取り付け
られた、たとえば、顎14、16として示すような少な
くとも一つの回転体を有する。顎14、16は、半導体
サンプル(たとえば2倍幅半導体サンプル)の両側を保
持し、一つまたは複数の回転位置を通して、その半導体
サンプルを、複数のたとえば単一幅半導体バーに切断す
る。
ット(小面)は、直ちにコーティングされるような位置
に置かれる。さらに、装置10は、従来のコーティング
技術との新たな組み合わせにより、半導体サンプルを、
約1.0秒未満で、典型的には0.5秒未満で切断しコ
ーティングすることができる。後述するように、装置1
0が、従来のコーティング方法をもって高速で直ちに処
理することは、他の切断装置に比べて多くの利点を有す
る。
として示されるのは回転体であり、図2Aおよび図2B
に部分的に詳しく示されている。各顎14、16は、一
つの下部面22と、それに対応する一つの上部面24
と、それらの間に大きさを合わせた少なくとも一つの並
べ板26とを有する。各下部面22は、並べ板26と結
合される一段高くなった表面部分28を有し、これによ
って、図示のように顎14と顎16の間に半導体サンプ
ル32が支持され配置される。上部面24の一部は傾斜
部34となっていて、これにより、顎14、16の回転
動作が互いに容易になる。これについては後述する。
鋼その他の適当な材料からなる。顎14、16の上部面
24は、その上に半導体サンプル32が締め付けられた
ときに、半導体サンプル32を押し付けないように、テ
フロン(登録商標、Teflon)、デルリン(商標、Delri
n)またはそれらに相当する柔らかい材料からなる。並
べ板26は、ステンレス鋼その他の適当な非腐食性材料
からなる。
サンプル32は、2倍幅バーと考えられる。すなわち、
長さ9mm×幅750μm×厚さ25μmの大きさの単
一幅バーを作る場合は、切断前の半導体サンプル32の
幅は、約1500μmである。図では一つの半導体サン
プルを切断するところを示しているが、顎14、16
は、それらの間に複数の半導体サンプルをはさむように
することもできる。
ち切断前の幅が約3000μm)のレーザサンプルを収
容できるようにすることもできる。これらのレーザサン
プルに対しては、シーケンシャルな切断が行われる。す
なわち、まず4倍幅のバーが2個の2倍幅バーに切断さ
れ、その切断ファセットがコーティングされ、次に2倍
幅バーそれぞれが単一幅バーに切断され、その切断ファ
セットがコーティングされる。このようにして、真空中
で切断されコーティングされたフロントファセット(低
反射率すなわち光が出てくるファセット)とリアファセ
ット(高反射率ファセット)とを有する半導体サンプル
が生成される。
6の適当な配置に従って、二つの表面部分28の間の中
央に配置するのが望ましい。半導体サンプル32と並べ
板26が下部面22の上に配置された後に、上部面24
は、並べ板26と下部面22の上方に配置され、ネジ等
のコネクタ(締結具)36により並べ板26および下部
面22に位置決めされる。
る。この実施例で、顎14、16は、フレーム18の上
部表面42に取り付けられている。これに対して、後に
図7〜図9で示す他の実施例では、一つの顎は回転でき
るように、そしてもう一つの顎は固定できるように、そ
れぞれ、フレームの上部表面に取り付けられている。
はフレーム18の下部表面44から必要な距離だけ上方
に隔たった位置にある。顎14、16は、フレーム18
の上部表面42上に取り付けられており、たとえば、そ
れぞれ、マウント52、54およびエンドピース56、
58により、回転軸46、48のまわりに回転できるよ
うになっている。回転軸46と48は互いになるべく近
く、たとえば1/8〜3/8インチ以内の距離に置かれ
る。しかし、このような構成に限られるものではない。
にそれぞれ固定できるように結合され、エンドピース5
6、58は、マウント52、54にそれぞれ回転可能に
結合される。マウント52、54は、上部表面42に固
定可能に結合される。
の典型的回転範囲が一般的に順番に示されている。図示
のように、顎14、16は、それぞれの回転軸46、4
8のまわりを互いに反対向きに回転する。たとえば図3
〜図5で、顎14は回転軸46のまわりを反時計方向に
回転し、顎16は回転軸48のまわりを時計方向に回転
する。
を示す。顎14、16は、図2Bに示したのと同様に、
互いに向き合ってその間に一つの半導体サンプルを保持
している。前述のように、その半導体サンプルは、たと
えば、顎14、16の間に置かれて処理を受けられるの
に適した大きさを有する少なくとも一つの半導体シート
である。
て、顎14、16がわずかに、しかし半導体サンプルを
切断するのに十分なだけ、回転した状態を示す。フレー
ム18の上部表面42には、エンドピース56、58が
上部表面42の下方に設置された駆動装置(たとえば図
6に基づいて後述する装置)と接続されるように、パタ
ン化された開口62、64が形成されている。また、顎
14、16およびエンドピース56、58の一部が回転
動作中に下部表面44に向かって移動するため、開口6
2、64は、エンドピース56、58および顎14、1
6がその回転動作中にじゃまにならないような十分な大
きさになっている。
向に少し回転するとき、半導体サンプルは切断され、分
割された半導体バー(たとえば、図4、図5の半導体バ
ー66、68)が形成される。これらの半導体バーは、
高品質の切断ファセットを有する。また、他の半導体切
断装置や半導体切断技術とは違って、ここに示した半導
体切断方法によれば、半導体サンプルのどの部分も無駄
にしない。
れる駆動機構70の一例を、フレーム18の上部表面4
2、44の下方から見た斜視図である。駆動機構70は
少なくとも一対のアーム74を有し、それらのアーム7
4の一端は移動板76に接続され、他の一端は、フレー
ム18の上部表面42を貫通して、顎14、16および
/またはエンドピース56、58(図6には示されてい
ない)に接続されている。移動板76の他の一端は駆動
アーム78に接続され、駆動アーム78はフレーム18
の下部表面44を貫通して延びている。
がって顎14、16の回転運動は、駆動アーム78の直
線運動によって引き起こされる。アーム74は、この直
線運動を、図3〜図5に示した、顎14、16の回転軸
46、48のまわりの回転運動に、変換する。
ように顎14、16の間に半導体サンプルを処理できる
ように装置10を配置する前またはその後に、処理環
境、たとえば、真空環境を維持する真空チャンバの中に
装置10を配置する。アクチュエータ(たとえば図6に
示す駆動機構70)の作動により、顎14、16は、前
述のように、それぞれの回転軸まわりに互いに反対方向
に回転し、それにより、その半導体サンプルを2本の半
導体バー66、68に切断する。
り、半導体バー66、68は、それらの新たに切断され
たファセットが互いにほぼ平行になるように配置され
る。切断ファセットは、たとえば真空堆積、eビーム蒸
着等の従来のコーティング方法(図示せず)を用いてコ
ーティングする。その他のコーティング方法としては、
従来の電子ビーム蒸着がある。
らにその切断された半導体バーを望ましい形で配置した
すぐ後に開始することができる。その配置自体は1.0
秒以内で完了する。その配置ゆえに、切断ファセット
は、ほぼ同時にコーティングされる。このようにして、
切断とその切断ファセットのコーティングとの間の重要
な時間は、他の方法に比べて1/10〜1/100にも
短縮される。
断ファセットのコーティングとの間の時間(すなわち、
切断ファセットが処理チャンバ内の残留雰囲気にさらさ
れる時間)をさらに短縮し、さらにはほとんどなくして
しまうために、切断を始める前に、コーティング材料
(たとえば蒸発源からのシリコン)を処理チャンバ内に
入れておくように、切断/蒸着過程を変更してもよい。
たとえば、コーティング材料と半導体サンプルとの間の
保護シャッタを切断の直前に取り去り、切断の前とその
間、サンプルをコーティング材料にさらし、それによっ
て、切断されてコーティングされていないファセットが
残留した環境にほとんどさらされないようにする。
ト位置での半導体サンプル32の不必要なコーティング
を最小限にするために、顎14と16は、半導体サンプ
ル32を保持したときに、動作可能な範囲でできるだけ
互いに近い位置にあるようにする。通常、顎14と16
は、動作できるように、動作前の状態で互いに1〜2μ
m離れている。
ーティング処理の変形例を具体的に示したが、これ以外
の変形例もありうる。この切断/コーティング処理は、
ほとんどいかなる切断装置にも利用可能である。
環境にさらされる時間が最小限にまたは大幅に短縮され
る結果、この発明によれば、切断されコーティングされ
た半導体バーの質を低下させることなく、他の技術で必
要とされる環境条件を緩和することができる。
超高真空(UHV)環境(10ー9〜10ー10torr)を、
この発明によって高真空(HV)環境(10ー6〜10ー7
torr)に緩和することができる。この環境条件の緩和
は、装置および労力の面やセットアップの時間等の面
で、非常に大きな利点である。なぜなら、超高真空では
汚染が起こりやすく、超高真空環境を確立し維持するこ
とははるかに大きなコストを要し、はるかに困難な作業
だからである。これに比べて高真空環境は、この技術分
野では典型的な作業環境であって、これを確立し維持
し、その中で実験を行うことは、はるかに容易でコスト
もあまりかからない。
導体切断装置100は、第1の顎104と第2の顎10
6とを有する。第1の顎104は固定顎であって、フレ
ーム18に固定されるように接続されており、第2の顎
106は回転顎であって、フレーム18に対して回転可
能に接続されている。回転顎106は、二つの蝶番のジ
ョイントその他の適当な構成により、フレーム18に対
して、二つの互いに平行な回転軸のまわりを回転できる
ように接続されている。
エンドピース112および下部板114に固定されてお
り、それらは、アーム116の下部に対して第1の回転
軸124のまわりに回転できるように接続されている。
アーム116の上部は、サポート132に対して第2の
回転軸126のまわりに回転できるように接続されてい
る。サポート132はフレーム18に固定されている。
図示のように、固定顎104は、サポート132の下部
134に固定され、下部板136によって支持されてい
る。
に図7〜図9に示されている。初めに、回転顎106
は、第1の回転軸124のまわりを回転し、半導体サン
プル32を切断する。次に、回転顎106が第2の回転
軸126のまわりを回転し、回転顎106によって保持
された新たな切断ファセットが、固定顎104によって
保持された新たな切断ファセットとほぼ平行にさせられ
る。
が動作を始める前の状態を示す。前述のように、この初
めの状態では、回転顎106は、固定顎104と並び、
それらは互いに対向する。半導体サンプル32は、それ
らの顎の間に並べ板26とともに保持される。固定顎1
04は下部板136に支持され、同様に、回転顎106
は下部板114に支持される。
の回転顎106が第1の回転軸124のまわりに切断し
ながら回転をしているときのようすを示すものであっ
て、図7Aと図7Bとに示す元の位置から約90度回転
した位置(第1の位置)にきたときを示す。回転顎10
6は初めは第1の回転軸124のまわりを回転する一
方、下部板114は固定顎104に向かって(すなわ
ち、図7Bおよび図8Bにおいて時計方向に)動く。こ
の初期の回転は、半導体サンプル32が2本の半導体バ
ー(それぞれ、切断ファセット156、158を有す
る)になるのに十分なだけ行われ、エンドピース112
がアーム116に接近またはぶつかるときに終了する。
126のまわりを回転し始める。この回転により、回転
顎106は、前記第1の位置から始まって、新たな切断
ファセット156と158とが互いにほぼ平行になるよ
うな位置(第2の位置)にまで回転する。図9A、図9
Bはこの回転が完了したときの半導体切断装置100を
示す。
機構(138として示す。)について、図7〜図9に基
づいて説明する。駆動機構138は、シャフトまたはロ
ッド144に固定されたハンドル142を有する単一動
作の駆動手段である。ばね146の一端はエンドピース
112に接続されており(図8Aに比較的よく示されて
いる)、もう一端はサポート132に取り付けられたば
ねアーム148に接続されている。このばね146によ
り、エンドピース112および回転顎106はサポート
132の方向に付勢されている。ここに示す駆動機構1
38はばね荷重を用いたものであるが、半導体切断装置
100は、他の適当なフィードスルー駆動機構を用いる
ものでよく、たとえば、直線的すべりアームまたは回転
ハンドルフィードスルーを用いた機構でもよい。
体切断装置100が処理環境(たとえば、高真空(10
ー6〜10ー7torr)環境)内に置かれる前または後に、図
7Bに示し説明したように、固定顎104と回転顎10
6との間に配置される。たとえば駆動機構138の動き
によって動作が始まると、回転顎106とエンドピース
112は、前述のように第1の回転軸124のまわりを
第1の位置に向かって回転し、半導体サンプル32を2
本の半導体バー66、68に切断し、それによってそれ
ぞれに切断ファセット156、158を生成する。
回転顎106(それに伴ってエンドピース112および
アーム116も)は、第2の回転軸126のまわりを、
図9Aおよび図9Bに示す第2の位置に向かって回転し
始める。前述のように、回転顎106が第2の位置に到
達すると、半導体バー66と68は、それぞれの切断フ
ァセット156と158が互いにほぼ平行になるような
位置関係になる。
なわち最終位置に至るまでの全回転行程にかかる時間
は、ほぼ1秒未満、典型的には約0.05〜0.50秒
である。切断ファセット156、158は、真空環境の
もとで行われる従来のコーティング手段を用いてコーテ
ィングされる。前出の実施例について述べたように、こ
のコーティング手段は、半導体サンプル32が切断され
る前、またはその最中、またはその直後に実施される。
するに当たり、他の切断/コーティング技術に比べて、
半導体サンプルの無駄が少なくなり、処理環境に必要な
要件が緩和される。一つの駆動フィードスルー機構によ
り、処理チャンバの外側からこの装置を駆動することが
できる。
図。
配列して位置決めするのに使用される顎すなわちフェー
ス(面)の一部切り欠き斜視図。図2Bは、本発明によ
り使用される顎すなわちフェースの間に半導体サンプル
が配列され位置決めされている状態を示す一部切り欠き
斜視図。
前の状態を示す端部斜視図。
転状態を示す端部斜視図。
セットの位置決めをする状態を示す斜視図。
切り欠き斜視図。
実施例の動作前の状態を示す斜視図。図7Bは、図7A
の半導体切断装置の顎の動作前の状態を示す部分端面
図。
に切断および位置決めのための回転をしている状態を示
す斜視図。図8Bは、図8Aの装置の顎を示す部分端面
図。
わりの位置決めが完了したときの状態を示す斜視図。図
9Bは図9Aの装置の顎を示す部分端面図。
Claims (10)
- 【請求項1】 少なくとも一つの半導体サンプル(3
2)とともに使用される、レーザを処理するための装置
において、 前記半導体サンプルそれぞれは少なくとも一つの切断面
を有し、 その切断面それぞれは、その切断面に対して第1の半導
体サイドと、その切断面に対して反対側の第2の半導体
サイドとを有し、 前記装置は、 フレーム(18)と、 そのフレームに接続され、前記半導体サンプルの前記第
1および第2の半導体サイドを保持する少なくとも一つ
の回転体(14、16)と、 その回転体の少なくとも一部を回転させる駆動機構(7
0)と、 を有し、 前記回転体は、前記半導体サンプルの第1および第2の
半導体サイドを相対的に回転させてその半導体サンプル
を前記切断面に沿って切断し、それによってその切断面
のそれぞれの面に、第1の切断ファセットを有する第1
の半導体バーおよび第2の切断ファセットを有する第2
の半導体バーを形成し、その後さらに移動させることな
く、前記第1および第2の切断ファセットがコーティン
グされうるように前記第1および第2の半導体バーを配
置するものであること、 を特徴とする装置。 - 【請求項2】 前記回転体は、前記第1および第2の切
断ファセットが互いにほぼ平行になるように前記第1お
よび第2の半導体バーを配置できるものであることを特
徴とする請求項1の装置。 - 【請求項3】 前記回転体は少なくとも一対の顎を有
し、それらの顎それぞれは、前記半導体サンプルの一部
を間に保持するための上部面と下部面とを有すること、
を特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項4】 前記回転体は、前記半導体サンプルの第
1および第2の半導体サイドを相対的に回転させ、前記
第1の切断ファセットが前記第2の切断ファセットに対
してほぼ垂直になる第1の位置にまで、少なくとも前記
第1の半導体サイドが回転し、次にその第1の位置か
ら、前記第1の切断ファセットが前記第2の切断ファセ
ットに対してほぼ平行になる第2の位置まで回転するも
のであること、 を特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項5】 少なくとも一つの半導体サンプル(3
2)とともに使用する、レーザを処理する方法におい
て、 前記半導体サンプルそれぞれは少なくとも一つの切断面
を有し、それら切断面それぞれは、第1のサイドとその
切断面に対して反対側の第2のサイドとを有し、 前記方法は、 少なくとも一つの保持機構で、前記半導体サンプルの第
1および第2のサイドの少なくとも一方を保持する保持
ステップと、 前記第1および第2のサイドが相対的に、そしてそれぞ
れに対応する切断面に対して回転し、それによって前記
半導体サンプルが前記切断面に沿って切断され、第1の
切断ファセット(156)を有する第1の半導体バー
(66)および第2の切断ファセット(158)を有す
る第2の半導体バー(68)を形成し、前記第1および
第2の半導体バーをさらに動かすことなく前記第1およ
び第2のファセットの上にコーティングが形成されるよ
うに、第1および第2のファセットが配置されるように
する回転ステップと、 を有することを特徴とする方法。 - 【請求項6】 前記回転ステップはさらに、 前記半導体サンプルの第1のサイドを前記半導体サンプ
ルの第2のサイドに対して相対的に第1の位置にまで回
転し、それによって前記半導体サンプルが、前記切断面
に沿って切断されるようにするステップと、 そのステップの後に、前記第1の半導体バーを前記第2
の半導体バーに対して相対的に第2の位置にまで回転
し、それによって、前記第1および第2の切断ファセッ
トが互いにほぼ平行になるような位置に第1および第2
の半導体バーがくるようにするステップと、 を有すること、を特徴とする請求項5の方法。 - 【請求項7】 前記保持機構はさらに、 前記フレームと回転可能に接続され前記半導体サンプル
の第1のサイドを保持する第1の保持機構と、 前記フレームと回転可能に接続され前記半導体サンプル
の第2のサイドを保持する第2の保持機構と、 を有し、 前記回転ステップはさらに、 前記第1の保持機構を第1の回転軸のまわりに第1の方
向に回転するステップと、 前記第2の保持機構を、前記第1の回転軸とほぼ平行な
第2の回転軸のまわりに、前記第1の方向と反対の第2
の方向に回転するステップと、 を有すること、を特徴とする請求項5の方法。 - 【請求項8】 前記回転ステップは、1.00秒以内
に、前記半導体サンプルを切断し、前記第1および第2
の半導体バーの位置決めをするものであること、を特徴
とする請求項5の方法。 - 【請求項9】 前記保持ステップの後でかつ前記回転ス
テップの前に、前記保持機構および前記半導体サンプル
を、少なくとも約10ー7torrの高真空環境内に置くステ
ップをさらに有すること、を特徴とする請求項5の方
法。 - 【請求項10】 前記回転ステップの前に、 前記保持機構および前記半導体サンプルを真空処理チャ
ンバ内に置くステップと、 その処理チャンバ内にコーティング材料を導入するステ
ップと、 を有すること、を特徴とする請求項5の方法。
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