(57)【要約】  本発明は、加工面及び該加工面から延びる深さを有する基板上に製造される発光電子デバイスのレーザ利用シンギュレーションのためのシステム及び方法である。この方法では、制御可能なパラメータを有するピコ秒レーザを備えたレーザ加工システムを用意し、上記深さの約５０％の深さを有する改質領域であって、上記基板の上記加工面を実質的に含み、該領域の深さの約５％未満の幅を有する改質領域を形成するように、上記ピコ秒レーザから光パルスを形成するように上記レーザパラメータを制御し、機械的応力を上記基板にかけて上記基板をクレービングすることにより上記基板を個片化して、上記基板を上記直線状の改質領域と少なくとも部分的に連携して形成される側壁を有する上記発光電子デバイスにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工面及び該加工面から延びる深さを有する基板上に製造される発光電子デバイスのレーザ利用シンギュレーションのための方法であって、
選択可能なパラメータを有するピコ秒レーザを備えたレーザ加工システムを用意し、
前記深さの約５０％を超える深さを有する改質領域であって、前記基板の前記加工面を実質的に含み、該領域の深さの約５％未満の幅を有する改質領域を形成するように、前記ピコ秒レーザから光パルスを形成するように前記レーザパラメータを選択し、
機械的応力を前記基板にかけて前記基板をクレービングすることにより前記基板を個片化して、前記基板を前記直線状の改質領域と少なくとも部分的に連携して形成される側壁を有する前記発光電子デバイスにする
方法。
【請求項２】
前記レーザパラメータは、波長、パルス持続時間、パルスエネルギー、パルス繰り返し率、焦点スポットサイズ、焦点スポットオフセット、及び焦点スポット速度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１の方法。
【請求項３】
前記波長は、約６００ｎｍ以下である、請求項２の方法。
【請求項４】
前記パルス持続時間は、約１００ｐｓ以下である、請求項２の方法。
【請求項５】
前記パルスエネルギーは、約１．０マイクロジュール以上である、請求項２の方法。
【請求項６】
前記パルス繰り返し率は、約７５Ｈｚから約６００ｋＨｚの範囲である、請求項２の方法。
【請求項７】
前記焦点スポットサイズは、約１ミクロン未満から約５ミクロンの範囲である、請求項２の方法。
【請求項８】
前記焦点スポットオフセットは、前記基板の表面に対して−５０ミクロンから＋５０ミクロンの範囲にある、請求項２の方法。
【請求項９】
前記焦点スポット速度は、前記基板の表面に対して約２５から約４５０ｍｍ／ｓの範囲にある、請求項２の方法。
【請求項１０】
加工面及び該加工面から延びる深さを有する基板上に製造される発光電子デバイスのレーザ利用シンギュレーションのためのレーザスクライビングシステムであって、
少なくとも１つの選択可能なパラメータを有する光パルスを生成するように構成されたピコ秒レーザと、
前記光パルスを制御可能に前記基板に伝搬するレーザ光学系と、
前記パルスに対して前記基板を制御可能に移動させる運動制御ステージと、
前記深さの５０％の深さを有する改質領域であって、前記基板の前記加工面を実質的に含み、該領域の深さの約５％未満の幅を有する改質領域を形成することが可能な前記パラメータを用いて、前記パルスを出射するように前記ピコ秒レーザを方向付け、前記パルスを前記基板に伝搬するように前記レーザ光学系を方向付け、前記パルスに対して前記基板を移動させるように前記運動ステージを方向付けるコントローラと、
を備えたレーザスクライビングシステム。
【請求項１１】
前記レーザパラメータは、波長、パルス持続時間、パルスエネルギー、パルス繰り返し率、焦点スポットサイズ、焦点スポットオフセット、及び焦点スポット速度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０のシステム。
【請求項１２】
前記波長は、約６００ｎｍ以下である、請求項１１のシステム。
【請求項１３】
前記パルス持続時間は、約１００ｐｓ以下である、請求項１１のシステム。
【請求項１４】
前記パルスエネルギーは、約１．０マイクロジュール以上である、請求項１１のシステム。
【請求項１５】
前記パルス繰り返し率は、約７５Ｈｚから約６００ｋＨｚの範囲である、請求項１１のシステム。
【請求項１６】
前記焦点スポットサイズは、約１ミクロン未満から約５ミクロンの範囲である、請求項１１のシステム。
【請求項１７】
前記焦点スポットオフセットは、前記基板の表面に対して−５０ミクロンから＋５０ミクロンの範囲にある、請求項１１のシステム。
【請求項１８】
前記焦点スポット速度は、前記基板の表面に対して約２５から約４５０ｍｍ／ｓの範囲にある、請求項１１のシステム。
【請求項１９】
加工面及び該加工面から延びる深さを有する基板から、選択可能なパラメータを有するレーザを備えたレーザスクライビングシステムを用いて個片化され、側壁を有する改良発光電子デバイスであって、前記改良は、
前記レーザパラメータを制御することによって前記側壁をテクスチャー処理し、前記レーザで前記基板の表面から前記基板の内部に延びる改質領域を生成してより高い光出力を得て、これにより前記発光電子デバイスを改良すること
を含む改良発光電子デバイス。
【請求項２０】
さらに、前記改質領域が、前記深さの５０％の深さを有し、前記基板の前記加工面を実質的に含み、該領域の深さの約５％未満の幅を有する、請求項１の方法。
【請求項２１】
個片化される発光素子の表面をテクスチャー処理する方法であって、
選択可能なパラメータであって、所望のテクスチャーを生じる改質領域を前記表面に生成するために選択されたパラメータを有するレーザパルスを照射する、
方法。
【請求項２２】
前記レーザパラメータは、波長、パルス持続時間、パルスエネルギー、パルス繰り返し率、焦点スポットサイズ、焦点スポットオフセット、及び焦点スポット速度のうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の方法
【請求項２３】
前記波長は、約６００ｎｍ以下である、請求項２１の方法。
【請求項２４】
前記パルス持続時間は、約１００ｐｓ以下である、請求項２１の方法。
【請求項２５】
前記パルスエネルギーは、約１．０マイクロジュール以上である、請求項２１の方法。
【請求項２６】
前記パルス繰り返し率は、約７５Ｈｚから約６００ｋＨｚの範囲である、請求項２１の方法。
【請求項２７】
前記焦点スポットサイズは、約１ミクロン未満から約５ミクロンの範囲である、請求項２１の方法。
【請求項２８】
前記焦点スポットオフセットは、前記基板の表面に対して−５０ミクロンから＋５０ミクロンの範囲にある、請求項２１の方法。
【請求項２９】
前記焦点スポット速度は、前記基板の表面に対して約２５から約４５０ｍｍ／ｓの範囲にある、請求項２１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共通の基板上に製造される発光素子のレーザ利用シンギュレーションに関するものである。特に、本発明は、位置合わせされた基板の表面から生じ、基板の内部に延びる改質領域を生成するように方向付けられたピコ秒レーザを用いた、発光素子のシンギュレーションに関するものである。より詳細には、本発明は、素子の発光特性を高めるためにテクスチャー処理された表面を有する発光素子のシンギュレーションに関するものである。
【発明の背景】
【０００２】
典型的には、電子デバイスは、共通の基板に多数の素子の複製を平行に形成し、それらの素子を個々の単位に個片化することにより製造される。基板には、電子デバイスを形成するために、（導電）金属、（絶縁）誘電体、又は半導体の層とシリコンやサファイアのウェハとを組み合わせたものが含まれる。図１は、行列状に置かれた素子１２を支持する典型的なウェハ１０を示すものである。これらの行と列によりストリート１４，１６又は素子１２間の直線が形成される。この素子１２及びストリート１４，１６の構成により、直線に沿ってウェハを分離することができ、これには回転機械鋸及び機械クレービング（cleaving）を利用することができる。シンギュレーション技術の好ましい特性としては切断溝のサイズが小さいことがあり、これによってストリートのサイズが小さくなり、したがって基板ごとの能動素子領域を広くすることができ、ダイ破断強さを増すことになる滑らかでダメージのないエッジを増やすことができ、システムスループットを上げることができる。ダイ破断強さは、個片化された素子が機械的応力下での欠陥を食い止めることができる程度を示す基準である。システムスループットは、単位時間あたりに加工できる、許容できる品質を有するウェハの数であり、典型的には、切断速度と切断ごとのパスの数に関係している。基板はダイシングにより個片化することができる。このダイシングは、鋸刃のような切断工具を用いて行と列のストリートに沿って基板を完全に切断し、これにより基板を個々の素子に個片化するプロセスである。また、基板をスクライビングすることもできる。このスクライビングは、基板の表面のスクライブ又は浅い溝を切断工具で切削した後、典型的には機械的に力を加えてスクライブから生じるクラックを形成することにより基板を分離又は割るプロセスである。典型的には、時としてダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）と呼ばれる、包囲フレームに保持された伸縮可能な接着フィルムに個片化される半導体ウェハを一時的に取り付ける。このＤＡＦにより、個々の素子の規制を維持しつつウェハを個片化することができる。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードなどの発光素子についての素子のシンギュレーションにおいて重要なファクターとしてはダイ破断強さが挙げられる。ダイ破断強さは、個片化された素子がダメージなく耐え得ることのできる曲げ量であり、少なくとも部分的にはシンギュレーションプロセスの関数である。レーザパルス位置を取り囲み得る熱影響部（ＨＡＺ）の結果として材料の個片化されたエッジにおいてダメージを引き起こすシンギュレーションプロセスにより、得られる個片化素子のダイ破断強さは低下し得る。最終的には、与えられた電気エネルギーの関数としての素子の光出力が、個片化された素子の品質を決定する際の重要なファクターとなる。得られるエッジの光学的特性が光出力の決定因子であり、また、素子に反射して戻る光の量及び素子から有効に出て行く光の量はエッジの品質により決まるので、発光素子からの光出力は、少なくとも部分的にはシンギュレーションプロセスの関数である。エッジの品質を決定するファクターとしては、熱デブリの存在、クレービングされたエッジにおけるランダムなファセット形成、ＨＡＺにより生じるエッジへのダメージが挙げられる。最終的には、所定の機械上で単位時間あたりに個片化することのできる素子の数であるシステムスループットが、シンギュレーション技術の望ましさを決定する際の重要なファクターとなる。システムスループットの低下を犠牲にして品質を向上する技術は、システムスループットを低下させない技術よりも望ましいものではないであろう。
【０００４】
レーザは、電子デバイスのシンギュレーションに有利に適用されてきた。レーザは、高価なダイアモンドで被覆された鋸刃を使わないという利点があり、鋸よりも速くて切断溝を小さくした切断が可能であり、必要に応じて直線以外のパターンも切断することができる。レーザにおける問題としては、過度の熱やデブリからの汚染により素子にダメージが生じることが挙げられる。本件特許出願の譲受人に譲渡された発明者James N. O'Brien、Lian-Cheng Zou、Yunlong Sunによる米国特許第６，６７６，８７８号「LASER SEGMENTED CUTTING」では、発熱性を制御することにより素子品質を維持しつつシステムスループットを高めるために複数パスの紫外線（ＵＶ）レーザパルスを用いてウェハを個片化する方法について述べられている。この特許では、発光素子の光出力に対するシンギュレーションの効果については述べられていない。発明者Tan Deshiによる米国特許第７，８０４，０４３号「METHOD AND APPARATUS FOR DICING OF THIN AND ULTRA THIN SEMICONDUCTOR WAFER USING ULTRAFAST PULSE LASER」では、超高速（フェムト秒又はピコ秒）パルス持続時間を用いてデブリ生成を制御することについて述べられている。この'０４３特許は、超高速パルスにより大量の熱デブリを生じずにウェハをスクライビング又はダイシングできることを開示している。この'０４３特許では、このデブリが発光素子から光出力に対して与え得る影響については述べられていない。超高速パルスは、パルスのエネルギーが熱的に材料を除去するのではなく材料を実質的にアブレートするのに使用されるのに十分な速さで、除去される材料にエネルギーを結合することができるようである。アブレーションは、材料の原子が荷電分子、原子核、及び電子のプラズマ雲に解離されるのに十分な速さで十分なエネルギーを材料に結合することによって基板から材料を除去するプロセスである。これは、レーザエネルギーによって材料が液体に融解した後に気体に気化するか、あるいは気体に直接昇華する材料の熱的な除去とは対照的である。加えて、材料の熱的な除去は、レーザ加工場所で液体又は固体の材料を加熱ガスの膨張から取り出すことにより、レーザ加工場所から材料を除去することもできる。実際には、レーザによる材料除去は、一般的に、アブレートするプロセスと熱的プロセスの両方の組み合わせである。パルス持続時間が短くエネルギーの高いレーザパルスは、熱的プロセスによる材料の除去よりもアブレートするプロセスによる材料の除去を生じさせる傾向がある。より長いパルス持続時間にわたって同一のパルスエネルギーを照射することは、アブレートするプロセスによる材料の除去よりも熱的プロセスによる材料の除去を生じさせる可能性があろう。
【０００５】
シンギュレーションプロセスによって素子上に残ったエッジの品質は、光出力、ひいては完成素子の価値に影響を与え得るので、発光素子のレーザ利用シンギュレーションには課題がある。本件特許出願の譲受人に譲渡された発明者Kuo-Ching Liu、Pei Hsien Fang、Dan Dere、Jenn Liu、Jih-Chuang Huang、Antonio Lucero、Scott Pinkham、Steven Oltrogge、Duane Middlebusherによる米国特許第６，５８０，０５４号「SCRIBING SAPPHINRE SUBSTRATES WITH A SOLID STATE LASER」では、発光ダイオードを製造するのに用いられるサファイア基板をＵＶレーザパルスを用いてスクライビングすることについて述べられている。発明者福世文嗣、福満憲志、内山直己、和久田敏光による米国特許第６，９９２，０２６号「LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS」では、ウェハ内に劣化領域を形成し、機械的クレービングを誘導し、シンギュレーション後にウェハの表面にダメージが残らないようにすることが述べられている。本明細書で言及した特許のいずれも、素子エッジの光学的品質に対するレーザ利用シンギュレーションの影響又は光出力に対するレーザ利用シンギュレーションの影響については述べていない。
【０００６】
エッジの品質及びその光学的特性について述べた文献は、著者Hung-Wen Huang、C.F. Lai、W.C. Wang、T.C. Lu、H.C. Kuo、S.C. Wang、R.J. Tsai、C.C Yuによる電気化学固体学会誌第１０巻第２号「Efficiency Enhancement of GaN-Based Power-Chip LEDs with Sidewall Roughness by Natural Lithography」という題名の論文である。この論文は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の光出力を側壁の粗さの関数として述べている。この論文は、ポリスチレンビーズを用いてエッチングする付加工程を追加することにより側壁の粗さを制御することを開示している。このポリスチレンビーズを用いてエッチングする工程は、新しい設備、発光素子を個片化する基本的な作業とは無関係な条件、及びプロセスに対するコストを追加するものであり、プロセス全体のスループットを低下させるものである。この論文の著者は、シンギュレーション中のレーザにより側壁の品質に有利な影響を与え、あるいは側壁の品質を有利に制御できることをよく考えていないか理解していなかったようである。
【０００７】
費用対効果があり、信頼性が高く、繰り返し利用できる、基板からの発光素子のレーザ利用シンギュレーションの方法であって、側壁の品質を制御して素子品質及びシステムスループットを維持しつつ素子からの光出力を改善することのできる方法が引き続き必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、加工面及び該加工面から延びる深さを有する基板上に製造される発光電子デバイスのレーザ利用シンギュレーションのためのシステム及び方法である。この方法では、制御可能なパラメータを有するピコ秒レーザを備えたレーザ加工システムを用意し、上記深さの５０％を超える深さを有する改質領域であって、上記基板の上記加工面を実質的に含み、該領域の深さの約５％未満の幅を有する改質領域を形成するように、上記ピコ秒レーザから光パルスを形成するように上記レーザパラメータを制御し、機械的応力を上記基板にかけて上記基板をクレービングすることにより上記基板を個片化して、上記基板を上記直線状の改質領域と少なくとも部分的に連携して形成される側壁を有する上記発光電子デバイスにする。本発明の態様は、基板上に製造される発光電子デバイスのレーザ利用シンギュレーションをレーザ加工システムを用いて行う。このレーザ加工システムは、制御可能なレーザパラメータを有するピコ秒パルスレーザを用いて、上記基板の表面上に上記基板の内部に延びる改質領域を形成する。上記レーザパラメータは、上記改質領域の範囲を横方向に制限するように制御される。そして、上記改質領域に近接して上記基板に機械的応力をかけて上記改質領域を含むファセットに沿って上記基板をクレービングすることによって上記基板が個片化される。改質材料を含むこれらのファセットは、発光素子から発されてこれらに当たった光の約８０％を超える光を伝搬することが可能である。
【０００９】
本発明の態様は、熱デブリの量を低減し、基板に対する熱ダメージを制御するレーザパルスパラメータを用いることによって、個片化された発光素子からの光出力を改善する。サファイア基板をスクライビングするために、波長が５３２ｎｍ以下、パルス幅が約１０ｐｓ未満、パルス繰り返し率が７５ｋＨｚから８００ｋＨｚの範囲にあるレーザパルスが有利に用いられる。改良レーザスクライビングシステムを用いて基板にレーザパルスが伝搬される。これらのパルスの焦点は、改良レーザスクライビングシステムのビーム位置決め光学系と運動制御ステージとの間の協動により基板に対して位置決めされた、約１ミクロン未満から約５ミクロンの焦点スポットに合わされる。焦点スポット内の基板材料及びこれに隣接する基板材料に望ましい変化が生じるように、また、焦点スポットの周囲の材料に生じる望ましくない変化が最小限となるようにレーザパラメータが調整される。レーザパルスの望ましい効果としては、材料の分子構造及び結晶構造を変えてクラックの発生及び伝播を促進することと、クレービングの後に照射されたエッジに所定量のテクスチャーを与えることが挙げられる。適切にレーザパルスパラメータを選択することにより、基板材料の改質がクラックの発生及び伝播を促進し、レーザスクライビング後の材料のクレービングに必要な機械的な力が低減され、これによりチッピングの可能性及びクレービングの望ましくない他の影響を低減することができる。さらに望ましくない影響としては、照射位置の近傍の熱影響部（ＨＡＺ）及び熱デブリにより引き起こされるダメージがある。ＨＡＺのダメージとしては、ダイ破断強さを低下させるマイクロクラックの生成や、光を吸収することにより、あるいは反射して光を素子に戻すことにより光出力を低下させるエッジ領域の生成が挙げられる。また、熱デブリも光を吸収することにより、あるいは反射して光を素子に戻すことにより光出力を低下させる。本発明の態様は、基板内に改質領域を形成することを促進するレーザパラメータを利用し、側壁を通過する光の透過を促進するものであるが、光の透過を阻害するほど横方向には延びないテクスチャー処理された表面を形成するのにちょうど十分な劣化材料又は改質材料を用いる。
【００１０】
本発明の態様は、ピコ秒レーザパルスを用い、スクライブを形成するために基板上の同一位置の近傍に向けられた繰り返しレーザパルスにより基板には望ましい変化が生じるが、望ましくない熱ダメージを引き起こす程度にＨＡＺの温度が上がらないように、それらのピコ秒レーザパルスを基板の方向に向けることにより基板上に望ましい特性でスクライブを生成する。これは、上記で挙げられた波長、パルス持続時間、繰り返し率、パルスエネルギー、及び焦点スポットサイズに加えてレーザパラメータを選択することにより達成される。これらのレーザパラメータには、レーザビームを基板に対して移動させつつレーザをパルス化した際における基板上の隣り合ったレーザパルスのタイミング及び間隔が含まれる。レーザビームの基板に対する移動は、レーザ繰り返し率とパルス持続時間に依存し、典型的にはｍｍ／ｓで表される。本発明の実施形態についての典型的なレーザビームの速度は、２０〜１０００ｍｍ／ｓ、特に５０〜４５０ｍｍ／ｓである。
【００１１】
本発明の態様は、直線状の改質領域の近傍で基板に機械的応力を加えて改質領域に沿って基板を分離するクラックを発生させることによりスクライビングされた基板をクレービングする。機械的クレービングプロセスを開始し、進めるために基板の表面にスクライブを形成することにより、表面には至らない改質領域内でクラックが生じる場合に比べて、得られる側壁の表面がより良い光学特性を持つようになる。ＤＡＦを機械的に引っ張ることで、あるいは日本の郵便番号６１０−０３１３京都府にあるオプト・システム社により製造されたオプト・システム・セミオートブレーカーWBM-1000のような機械的クレービングツールを用いることで、基板に一般的に加えられる応力によりスクライブ領域にクラックが発生し、基板中を伝播する。表面スクライブではなく内部スクライブを使って行われる基板のクレービングは、表面に向けてクラックをランダムな方向に伝播させる傾向があり、共通の表面配向を有するエッジの小さな領域として定義される複数のファセットを生じる。これら複数のランダムなファセットは、より多くの光を反射して個片化された素子に戻して、これにより光出力を低下させる傾向がある。表面のスクライブを使って行われる基板のクレービングは、得られるファセットが一般的にスクライビングの方向と平行に揃っているため、素子への光の戻り反射が少ないファセットを有するエッジを生成して、これにより光出力を高める傾向がある。本発明の実施形態は、基板の表面に形成され、基板内に延びるスクライブに沿ってクレービングすることにより基板を個片化する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、ウェハを示すものである。
【図２】図２は、レーザ加工システムを示すものである。
【図３】図３は、スクライビングされた基板を示すものである。
【図４】図４は、スクライビングされた基板のＳＥＭ画像である。
【図５】図５は、スクライビングされた基板のＳＥＭ画像である。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１３】
本発明の態様では、基板上に製作された発光電子デバイスのレーザ利用シンギュレーションをレーザ加工システムで行う。このレーザ加工システムは、制御可能なレーザパラメータを有するピコ秒パルスレーザを用いて基板の内部に延びる改質領域を基板の表面に形成する。レーザパラメータは、改質領域の範囲を横方向に制限するように制御される。そして、改質領域に近接して基板に機械的応力をかけて改質領域を含むファセットに沿って基板をクレービングすることによって基板が個片化される。改質材料を含むこれらのファセットは、素子の内部から外部へ向かう光の透過を改善する側壁表面を非常に透過的、拡散的、及び非鏡面的にすることにより発光素子からの光出力を改善する。反射して素子に戻る光は、まず第一に素子の有益な光出力に貢献しないので、また第二に潜在的に再吸収されて、素子の効率をさらに低下させる無用な発熱性に貢献することがあるので、望ましいものではない。本発明の態様は、クレービングの準備として素子を含む基板が特定の方法でレーザスクライビングされる結果として、素子の側壁の光透過能力を向上させることにより、発光素子の光出力の効率を改善することができる。適切に選択されたレーザパラメータを用いて発光素子を含む基板をスクライビングすることにより、シンギュレーションプロセスにより形成される側壁において望ましい光透過特性を有する改質領域を生成することができる。
【００１４】
本発明の態様は、熱デブリの量と基板に対する熱ダメージをを低減するレーザパルスパラメータを用いることにより、個片化された発光素子からの光出力を改善する。波長が１５０〜３０００ｎｍの範囲、特に１５０〜６００ｎｍの範囲にあり、パルス幅が１０ｎｓ未満、特に３００ｐｓ未満でパルス繰り返し率が３〜１５００ｋＨｚの範囲、特に７５〜６００ｋＨｚの範囲で発されるレーザパルスが、基板をスクライビングするために有利に使用される。約１ミクロン未満〜約２５ミクロン、特に１ミクロン未満〜約２ミクロンの範囲の焦点スポットにこのパルスの焦点が合わされる。このレーザは、米国９７２３９オレゴン州ポートランドにあるElectro Scientific Industries社により製造される改良AccuScribe 2600 LEDレーザスクライビングシステムを用いて基板に伝搬される。改良の１つは、スイス連邦ＣＨ−８００５チューリッヒにあるTime-Bandwidth Products社により製造される固体ＩＲレーザモデルDuettoを取り付けることである。このレーザは、固体調波発生器を用いて５３２ｎｍの波長に対して二逓倍し、オプションとして固体調波発生器を用いて３５５ｎｍの波長に対して三逓倍した１０６４ｎｍの波長で１０ｐｓのパルスを発する。オプションとして、Time-Bandwidth社のDuettoに代えて、ドイツ連邦共和国６７６６１カイザースラウテルン，オーペル通り１０のLumera Laser社により製造されるLumera Rapid GreenレーザモデルSHG-SSをAccuScribe 2600 LEDレーザスクライビングシステムに取り付けてもよい。Lumeraレーザは１０ｐｓのパルスを１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍの波長で発する。固体調波発生器を用いて３５５ｎｍの出力を生成するためにLumeraレーザのデュアル出力を用いてもよい。これらのレーザは、０．１〜１．５ワットの出力パワーを有している。
【００１５】
図２は、本発明の実施形態における、基板３０をスクライビングするように構成されたレーザスクライビングシステム１８の図である。改良レーザスクライビングシステム１８は、レーザパルス２２を出射可能に構成されたレーザ２０を有している。これらのパルスは、ビーム整形・ステアリング光学系２４により整形及び導光された後、フィールド光学系２６によって基板３０の方向に向けられる。デブリ制御ノズル２８は、真空及び圧縮空気を用いて、スクライビングプロセスにより生じたデブリが基板の表面上に戻って堆積しないようにしている。基板３０は、ビーム整形・ステアリング光学系２４と連携して動作する運動制御ステージ３２によりレーザパルスに対して移動される。加えて、基板３０の位置をレーザパルス２２に合わせるために、対物光学系を含む撮像システム３４が用いられる。レーザ２０、ビーム整形・ステアリング光学系２４、運動制御ステージ３２、及び撮像システム３４はすべてシステムコントローラ３６の制御下で動作する。
【００１６】
図３は、上面４２及び底面４４を有する基板４０の断片を示している。基板の上面４２には、改良レーザスクライビングシステム１８のビーム整形・ステアリング光学系２４と運動制御ステージ３２との協動により基板４０に対して位置決めされた約１ミクロンから５ミクロン未満の焦点スポットに集束されたレーザパルス２２によりスクライブ４６が形成されている。表面４２上又は表面４２の近傍のスポットにパルスの焦点が合わされてスクライビングが行われる。上面４２から距離５０だけ基板４０内に延びる一定体積の改質材料４８を形成するために、焦点スポット内の基板材料及びこれに隣接する基板材料に望ましい変化が生じるように、また、焦点スポットの周囲の材料に生じる望ましくない変化が最小限となるようにレーザパラメータを調整する。この改質領域４８は、スクライブの直線方向に垂直な側壁 ５２において観察することができ、レーザにより改質された材料の横方向の範囲を表すものである。レーザパルスの望ましい効果としては、材料の分子構造及び結晶構造を変えてクラックの発生及び伝播を促進することと、クレービングの後に照射されたエッジにテクスチャーを与えることが挙げられる。クレービングは、スクライブの近傍で機械的応力が基板に加えられたときに、スクライブに沿って直線的に、かつ、Ａ−Ａ線に沿って垂直に生じる。望ましくない効果としては、照射位置及び熱デブリの近傍の熱影響部（ＨＡＺ）により生じるダメージが挙げられる。また、ＨＡＺのダメージとしては、ダイ破断強さを低下させるマイクロクラックの生成や、光を吸収することにより、あるいは反射して光を素子に戻すことにより光出力を低下させるエッジ領域の生成も挙げられる。また、熱デブリも光を吸収することにより、あるいは反射して光を素子に戻すことにより光出力を低下させる。予め選択されたレーザパラメータを用いることにより、望ましい効果を達成しつつ、これらのレーザスクライビングによる悪い影響を最小限にすることができる。
【００１７】
本発明の態様では、ピコ秒レーザパルスを用い、基板上の同一位置の近傍に向けられた繰り返しレーザパルスにより基板には望ましい変化が生じるが、望ましくない熱ダメージを引き起こす程度にＨＡＺの温度が上がらないように、それらのピコ秒レーザパルスを基板の方向に向けることにより基板上に望ましい特性でスクライブを生成する。これは、上記で挙げられた波長、パルス持続時間、繰り返し率、パルスエネルギー、及び焦点スポットサイズに加えてレーザパラメータを選択することにより達成される。これらのレーザパラメータには、レーザビームを基板に対して移動させつつレーザをパルス化した際における基板上の隣り合ったレーザパルスのタイミング及び間隔が含まれる。レーザビームの基板に対する移動は、レーザ繰り返し率とパルス持続時間に依存し、典型的にはｍｍ／ｓで表される。本発明の実施形態についての典型的なレーザビームの速度は、２０〜１０００ｍｍ／ｓ、特に５０〜４５０ｍｍ／ｓである。図４は、本発明の一実施形態における、スクライビングされたウェハの走査電子顕微鏡画像を示している。図４は、スクライビングされた基板６０を側壁５２に対して垂直方向から見た状態を示している。この図は、側壁６６とともに、基板の上面６２及び下面６４を示している。上面６２にはスクライブ６８が示されており、改質材料７０が基板６０の内部に至っていることが側壁５２上で観察できる。この改質領域は、距離７２だけ基板内に延びている。改質の縦方向の範囲が、直線状のスクライブに垂直な横方向の範囲よりも大きいことが、この画像に見られる改質材料の横方向の範囲からわかることに留意されたい。
【００１８】
本発明の態様では、基板の表面上のスクライブの非常に近くで基板に機械的応力を加えて、機械的クレービングプロセスを開始し、進めることにより、スクライビングされた基板をクレービングする。ＤＡＦを機械的に引っ張ることで、あるいは、機械的クレービングツールを用いることで、基板に一般的に加えられる応力により改質されたスクライブ領域にクラックが発生し、基板の上面から底面にわたって伝播する。隣接する表面のスクライブではなく、基板の内部のスクライブを使って行われるクレービングは、その表面に向けてクラックをランダムな方向に伝播させる傾向があり、共通の表面配向を有するエッジの小さな領域として定義される複数のファセットを生じる。これら複数のランダムなファセットは、より多くの光を反射して個片化された素子に戻して光出力を低下させる傾向がある。表面のスクライブを使って基板をクレービングすれば、クラックが表面のスクライブまで伝播でき、得られるファセットは一般的にスクライビングの方向と平行に揃っているため、素子への光の戻り反射が少ないファセットを有するエッジが生成され、光出力が増加する。図５は、本発明の一実施形態における、スクライビング後の基板の走査電子顕微鏡画像を示している。図５は、上面８２及び底面８４を有する基板８０であって、スクライブの直線方向に平行な図３のＡ−Ａ線と同様の線に沿って基板をクレービングすることにより形成された側壁８６を有する基板８０を示している。この画像では、クレービングにより側壁８６に現れた改質領域９０とともに、スクライブ８８の位置が示されている。この改質領域は、距離９２だけ基板の内部に延びている。側壁の少なくとも一部を構成するこの改質領域は、このようなテクスチャーのない側壁あるいは横方向に数ミクロンを超えて基板の内部に延びる改質領域を有する側壁に比べて、より効率よく素子からの光を伝達することができる。
【００１９】
本発明の実施形態は、システムにより用いられるレーザ波長に対して実質的に透明であり得る基板をスクライビングするために使用される。特に、発光ダイオードを製造するために基板として使用されるサファイアウェハは、本発明の好ましい実施形態により使用されるレーザ光の波長に対して実質的に透明である。サファイアウェハは、３５５ｎｍから４０００ｎｍの波長ではレーザエネルギーの約８５％を透過し、１９０ｎｍから３５５ｎｍの波長では６０％を超えるレーザエネルギーを透過する。また、能動回路を含む基板の上面にＤＡＦが貼付されることが典型的である。能動素子間のストリート内の基板の上面をスクライビングすることが望ましいことが多い。この場合において、スクライビングをすることが望ましい面の反対側の面の基板にレーザパルスが当たるように、貼付した基板とともにＤＡＦがシステムにロードされる。使用されるレーザ波長に対して基板が実質的に透明であるので、レーザパルスが基板を透過し、基板の反対側の面にその焦点を合わすことができる。レーザパルスは、焦点スポットが基板を横断する箇所に材料変質を生じさせるのに十分なエネルギーを有しているだけなので、スクライビング又は変質は、レーザパルスが基板に当たる面の反対側の面の近傍で生じる。
【００２０】
本発明の根底にある原理から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態の詳細に対して多くの変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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