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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laserbearbeitungsverfahren zum Applizieren eines gepulsten Laserstrahls auf ein Werkstück, um dieses Werkstück dabei zu bearbeiten.
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Stand der Technik
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In einem Halbleitereinrichtungsherstellungsprozess werden eine Vielzahl von sich schneidenden Aufteilungslinien, sogenannte Straßen, auf der Vorderseite eines im Wesentlichen scheibenförmigen Siliziumsubstrats ausgebildet, um dabei eine Vielzahl von Regionen abzuteilen, in denen eine Vielzahl von Schaltkreisen, wie zum Beispiel ICs und LSIs, entsprechend ausgebildet sind, und daher einen Halbleiterwafer mit der Vielzahl von Schaltkreisen auf der Vorderseite bereitzustellen. Der Halbleiterwafer wird entlang der Straßen zerschnitten, um dabei die Regionen, in welchen die Schaltkreise ausgebildet sind, voneinander zu trennen, um somit einzelne Halbleitereinrichtungen zu erhalten. Ferner wird ein optischer Einrichtungswafer durch Ausbilden eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters oder dergleichen auf der Vorderseite eines Saphirsubstrats, Siliziumkarbidsubstrats, Lithiumtantalatsubstrats, oder Lithiumniobatsubstrats bereitgestellt. Der optische Einrichtungswafer wird ebenfalls entlang der Straßen zerschnitten, um voneinander getrennte einzelne optische Einrichtungen, wie zum Beispiel lichtemittierende Dioden oder Laserdioden, zu erhalten. Diese optischen Einrichtungen werden weit verbreitet in elektrischen Geräten verwendet.
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Als Verfahren zum Aufteilen eines Wafers, wie zum Beispiel eines Halbleiterwafers, entlang der Straßen, wurde kürzlich ein Verfahren vorgeschlagen, umfassend die Schritte: Applizieren eines gepulsten Laserstrahls mit einer Absorptionswellenlänge (beispielsweise 532 nm, 355 nm, oder 266 nm) auf den Wafer entlang der Straßen, um dabei eine laserbearbeitete Rille auf dem Wafer entlang jeder Straße durch Ablation auszubilden und anschließend den Wafer entlang jeder laserbearbeiteten Rille zu brechen (siehe beispielsweise
japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2005-353935 ).
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Darstellung der Erfindung
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Beim Applizieren des gepulsten Laserstrahls auf den Wafer, um die laserbearbeitete Rille auf dem Wafer entlang jeder Straße durch Ablation auszubilden, kann die Produktivität verbessert werden, indem die Wiederholfrequenz des gepulsten Laserstrahls erhöht wird. Wenn die Wiederholfrequenz des gepulsten Laserstrahls jedoch auf 20 kHz oder mehr eingestellt wird, besteht das Problem, dass Risse aufgrund der Wärmeaufstauung erzeugt werden können, was zu einer Verringerung der Einrichtungsqualität führt.
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Ferner ist beim Ausführen der Ablation die Verwendung eines gepulsten Laserstrahls mit einer Absorptionswellenlänge zu dem Werkstück zur Verbesserung der Bearbeitungseffizienz vorteilhaft. Noch vorteilhafter ist es, einen gepulsten Laserstrahl mit einer Wellenlänge zu verwenden, welche kürzer als die Wellenlänge in der Nähe der Absorptionskante des Werkstücks ist. In dem Fall, bei dem das Werkstück aus einem Material ausgebildet ist, das eine kurze Absorptionskante von 155 nm, wie zum Beispiel Saphir, aufweist, besteht jedoch das Problem, dass es schwierig ist, den gepulsten Laserstrahl mit einer Wellenlänge zu verwenden, welche kürzer als die Wellenlänge in der Nähe der Absorptionskante des Werkstücks ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laserbearbeitungsverfahren bereitzustellen, welches das Erzeugen von Rissen selbst dann unterbinden kann, wenn die Wiederholfrequenz eines gepulsten Laserstrahls, der zu applizieren ist, auf 20 kHz oder mehr eingestellt wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laserbearbeitungsverfahren bereitzustellen, welches die Ablation selbst dann ausführen kann, wenn die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls länger als die Absorptionskante des Materials ist, welches das Werkstück ausbildet.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserbearbeitungsverfahren zum Applizieren eines gepulsten Laserstrahls mit einer Wiederholfrequenz von 20 kHz oder mehr auf ein Werkstück, um dabei das Werkstück zu bearbeiten, bereitgestellt, wobei das Laserbearbeitungsverfahren die Schritte umfasst: Einstellen der Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls auf 10 ps oder weniger in dem Fall, dass die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls identisch zu der Absorptionskante des Werkstückes ist; Einstellen der Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls auf 100 ps oder weniger in dem Fall, dass die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls identisch zu 9/10 der Absorptionskante des Werkstückes ist; Einstellen der Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls auf einer 1 ns oder weniger in dem Fall, dass die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls identisch zu 8/10 der Absorptionskante des Werkstückes ist; Einstellen der Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls auf 10 ns oder weniger in dem Fall, dass die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls identisch zu 7/10 der Absorptionskante des Werkstücks ist; Einstellen der Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls auf 100 ns oder weniger in dem Fall, dass die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls identisch zu 6/10 der Absorptionskante des Werkstücks ist; Einstellen der Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls auf 100 fs oder weniger in dem Fall, dass die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls identisch zu einem Wert ist, welcher zwei Mal der Absorptionskante des Werkstückes entspricht; und Einstellen der Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls auf 10 fs oder weniger in dem Fall, dass die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls identisch zu einem Wert ist, welcher vier Mal der Absorptionskante des Werkstückes entspricht, wobei die Beziehung zwischen den verschiedenen Sollwerten für die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahles und den verschiedenen Sollwerten für die Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls aufgezeichnet wird, um einen Graphen mit einer Vertikalachse, welche die Wellenlänge darstellt, und einer Horizontalachse, welche die Pulsbreite darstellt, anzufertigen, und der gepulste Laserstrahl in der Region unterhalb einer Kurve appliziert wird, welche durch Verbinden der Pulsbreitengrenzen an den verschiedenen Sollwerten für die Wellenlänge erhalten wird.
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Gemäß dem Laserbearbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird ein gepulster Laserstrahl mit einer Wiederholfrequenz von 20 kHz oder mehr auf ein Werkstück appliziert, um dabei das Werkstück abzutragen. Beim Ausführen solch einer Ablation wird die Beziehung zwischen der Wellenlänge und Pulsbreite des gepulsten Laserstrahles, welche keine Risse erzeugt, experimentell auf Basis der Absorptionskante des Materials des Werkstückes bestimmt, um dadurch die Bearbeitungsbedingungen einzustellen. Dementsprechend kann die Wärmeanhäufung unterdrückt werden, selbst wenn die Wiederholfrequenz auf 20 kHz oder mehr eingestellt wird, um dadurch dem Erzeugen von Rissen in der Laserbearbeitung vorzubeugen, sodass das Werkstück mit einer hohen Bearbeitungseffizienz abgetragen werden kann.
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Ferner, selbst wenn das Werkstück aus einem Material mit einer relativ kurzen Absorptionskante von 155 nm, wie beispielsweise Saphir, ausgebildet ist, kann die Ablation durch Verwenden eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge ausgeführt werden, welche länger als die Absorptionskante ist.
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Die obere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise diese umzusetzen wird verständlicher, und die Erfindung selbst am besten durch ein Studium der folgenden Beschreibung und anhängenden Ansprüche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, welche eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, verstanden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Ausführen des Laserbearbeitungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Ausgestaltung eines Laserstrahlapplizierungsmittels zeigt, welches in der in 1 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst ist;
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3 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches die Ausgestaltung eines Regelungsmittels zeigt, das in der in 1 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst ist;
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Wafers als Werkstücks, welches durch das Laserbearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu bearbeiten ist;
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5A ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Weise zum Anbringen des in 4 gezeigten Wafers an ein Schneidband zeigt, welches an einem ringförmigen Rahmen gelagert ist;
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5B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem der Wafer an dem in 5A gezeigten Schneidband angebracht ist;
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6A bis 6C sind Ansichten zum Aufzeigen eines Laserbearbeitungsrillenausbildungsschrittes in dem Laserbearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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7 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Wellenlänge und Pulsbreite eines gepulsten Laserstrahls zeigt, der auf verschiedene Substrate aus Saphir (Al2O3), Lithiumtantalat (LT), Siliziumkarbid (SiC), und Silizium (Si) zu applizieren ist.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Laserbearbeitungsverfahrens für einen Wafer gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zum Ausführen des Laserbearbeitungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1, welche in 1 gezeigt ist, weist eine stationäre Basis 2, einen Spanntischmechanismus 3 zum Halten eines Werkstücks, wobei der Spanntischmechanismus 3 auf der stationären Basis 2 so vorgesehen ist, dass dieser in eine Zuführrichtung (X-Richtung), welche durch einen Pfeil X gezeigt ist, bewegbar ist, einen Laserstahlapplizierungseinheitsstützmechanismus 4, welcher auf der stationären Basis 2 in eine Verstellrichtung (Y-Richtung), welche durch einen Pfeil Y gezeigt ist, senkrecht zu der X-Richtung, bewegbar vorgesehen ist, und eine Laserstrahlapplizierungseinheit 5 auf, die auf dem Laserstrahlapplizierungseinheitsstützmechanismus 4 so vorgesehen ist, dass diese in eine Fokuspositionsanpassungsrichtung (Z-Richtung), welche durch einen Pfeil Z gezeigt ist, bewegbar ist.
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Der Spanntischmechanismus 3 weist ein Paar von Führungsstangen 31, die auf der stationären Basis 2 so vorgesehen sind, dass diese sich parallel zueinander in die X-Richtung erstrecken, einen ersten Gleitblock 32, der auf der Führungsstange 31 so vorgesehen ist, dass dieser in die X-Richtung bewegbar ist, einen zweiten Gleitblock 33, der auf dem ersten Gleitblock 32 so vorgesehen ist, dass dieser in die Y-Richtung bewegbar ist, einen Abdecktisch 35, der durch ein Zylinderelement 34 gestützt ist, welches auf dem zweiten Gleitblock 33 steht, und ein Spanntisch 36 als Werkstückhaltemittel auf. Der Spanntisch 36 weist ein Vakuumspannfutter 361 auf, welches aus einem porösen Material ausgebildet ist. Ein Werkstück, wie zum Beispiel ein scheibenförmiger Halbleiterwafer, ist eingerichtet, um unter Saugen auf dem Vakuumspannfutter 361 durch Betrieb eines Saugmittels (nicht gezeigt) gehalten zu werden. Der Spanntisch 36 ist durch einen nichtgezeigten Stellmotor, der in dem Zylinderelement 34 vorgesehen ist, drehbar. Ferner sind an dem Spanntisch 36 Klemmen 362 zum Befestigen eines im Folgenden beschriebenen ringförmigen Rahmens vorgesehen.
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Die untere Oberfläche des ersten Gleitblocks 32 ist mit einem Paar von Führungsrillen 321 zum gleitbaren Eingreifen mit dem Paar von Führungsstangen 31, welches zuvor erwähnt wurden, ausgestaltet. Ein Paar von Führungsstangen 322 ist auf der oberen Oberfläche des ersten Gleitblocks 32 so vorgesehen, dass diese sich parallel zueinander in die Y-Richtung erstrecken. Dementsprechend ist der erste Gleitblock 32 in die X-Richtung entlang der Führungsstangen 31 durch den gleitbaren Eingriff der Führungsrillen 321 mit den Führungsstangen 31 bewegbar. Der Spanntischmechanismus 3 umfasst ferner ein Zuführmittel 37 zum Bewegen des ersten Gleitblocks 32 in die X-Richtung entlang der Führungsstangen 31. Das Zuführmittel 37 umfasst eine Außengewindestange 371, welche sich parallel zu den Führungsstangen 31 erstreckt, sodass diese dazwischen eingeführt ist, und einen Stellmotor 372 als Antriebsquelle zum rotatorischen Antreiben der Außengewindestange 371. Die Außengewindestange 371 ist drehbar an einem Ende davon in einem Lagerblock 373 gelagert, welcher an der stationären Basis 2 befestigt ist, und an dem anderen Ende mit der Ausgangswelle des Stellmotors 372 verbunden, um das Drehmoment davon aufzunehmen. Die Außengewindestange 371 ist mit einer Gewindedurchgangsbohrung im Eingriff, die in einem nichtgezeigten Innengewindeblock ausgebildet ist, der von der unteren Oberfläche des ersten Gleitblocks 32 in einem Mittelbereich davon hervorsteht. Dementsprechend wird der erste Gleitblock 32 in die X-Richtung entlang der Führungsstangen 31 bewegt, indem der Stellmotor 372 betrieben wird, die Außengewindestange 371 normal oder rückwärts zu rotieren.
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Die untere Oberfläche des zweiten Gleitblocks 33 ist mit einem Paar Führungsrillen 331 zum gleitbaren Eingriff mit dem Paar von Führungsstangen 322 ausgebildet, welche auf der oberen Oberfläche des ersten Gleitblocks 32, wie zuvor erwähnt, ausgebildet sind. Dementsprechend ist der zweite Gleitblock 33 in die Y-Richtung entlang der Führungsstangen 322 durch den gleitbaren Eingriff der Führungsrillen 331 mit den Führungsstangen 322 bewegbar. Der Spanntischmechanismus 3 weist ferner ein erstes Verstellmittel 38 zum Bewegen des zweiten Gleitblocks 33 in die Y-Richtung entlang der Führungsstangen 322 auf. Das erste Verstellmittel 38 umfasst eine Außengewindestange 381, welche sich parallel zu den Führungsstangen 322 so erstreckt, dass diese dazwischen eingeführt ist, und einen Stellmotor 382 als Antriebsquelle zum rotatorischen Antreiben der Außengewindestange 381. Die Außengewindestange 381 ist drehbar an einem Ende davon an einem Lagerblock 383 gelagert, der an der oberen Oberfläche des ersten Gleitblocks 32 befestigt ist, und an dem anderen Ende mit der Ausgangswelle des Stellmotors 382 verbunden, sodass diese das Drehmoment davon aufnimmt. Die Außengewindestange 381 ist mit einer Gewindedurchgangsbohrung, welche in einem Innengewindeblock (nicht gezeigt) ausgebildet ist, im Eingriff, der von der unteren Oberfläche des zweiten Gleitblocks 33 in einem Mittelbereich davon hervorsteht. Dementsprechend wird der zweite Gleitblock 33 in die Y-Richtung entlang der Führungsstangen 322 bewegt, indem der Stellmotor 332 betrieben wird, um normal oder rückwärts die Außengewindestange 383 zu drehen.
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Der Laserstrahlapplizierungseinheitsstützmechanismus 4 weist ein Paar von Führungsstangen 41 auf, die auf der stationären Basis 2 so vorgesehen sind, dass diese sich parallel zueinander in die Y-Richtung erstrecken und eine bewegbare Stützbasis 42 auf, die auf den Führungsstangen 41 so vorgesehen ist, dass diese bewegbar in die Y-Richtung ist. Die bewegbare Stützbasis 42 weist einen Horizontalbereich 421, der gleitbar an den Führungsstangen 41 gelagert ist, und einen Vertikalbereich 422, der sich von der oberen Oberfläche des Horizontalbereichs 421 vertikal nach oben erstreckt, auf.
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Ferner ist ein Paar von Führungsstangen 423 auf einer Seitenoberfläche des Vertikalbereichs 422 so vorgesehen, dass diese sich parallel zueinander in die Z-Richtung erstrecken. Der Laserstrahlapplizierungseinheitsstützmechanismus 4 weist ferner ein zweites Verstellmittel 43 zum Bewegen der Stützbasis 42 in die Y-Richtung entlang der Führungsstangen 41 auf. Das zweite Verstellmittel 43 weist eine Außengewindestange 431, welche sich parallel zu den Führungsstangen 41 so erstreckt, dass diese dazwischen eingeführt ist, und einen Stellmotor 432 als Antriebsquelle zum rotatorischen Antreiben der Außengewindestange 431 auf. Die Außengewindestange 431 ist drehbar an einem Ende davon in einem Lagerblock (nicht gezeigt), der an der stationären Basis 2 befestigt ist, gelagert, und an dem anderen Ende mit der Ausgangswelle des Stellmotors 432 so verbunden, dass diese das Drehmoment davon aufnimmt. Die Außengewindestange 431 ist mit einem Gewindedurchgangsloch, welches in einem Innengewindeblock (nicht gezeigt) ausgebildet ist, im Eingriff, der von der unteren Oberfläche des Horizontalbereichs 421 in einem Mittelbereich davon hervorsteht. Dementsprechend wird die bewegbare Stützbasis 42 in die Y-Richtung entlang der Führungsstangen 41 bewegt, indem der Stellmotor 432 betrieben wird, die Außengewindestange 431 normal oder rückwärts zu rotieren.
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Die Laserstrahlapplizierungseinheit 5 weist einen Einheitshalter 51 und ein Laserstrahlapplizierungsmittel 52, welches an dem Einheitshalter 51 befestigt ist, auf. Der Einheitshalter 51 ist mit einem Paar von Führungsrillen 511 zum gleitbaren Eingriff mit dem Paar von Führungsstangen 423 ausgebildet, das an dem Vertikalbereich 421 der bewegbaren Stützbasis 42 vorgesehen ist. Dementsprechend ist der Einheitshalter 51 an der bewegbaren Stützbasis 42 so gelagert, dass dieser in die Z-Richtung durch den gleitbaren Eingriff der Führungsrillen 511 mit den Führungsstangen 423 bewegbar ist.
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Die Laserstrahlapplizierungseinheit 5 weist ferner ein Fokuspositionsanpassungsmittel 53 zum Bewegen des Einheitshalters 51 entlang der Führungsstangen 423 in die Z-Richtung auf. Das Fokuspositionsanpassungsmittel 53 weist eine Außengewindestange (nicht gezeigt), welche sich parallel zu den Führungsstangen 423 so erstreckt, dass diese dazwischen eingeführt ist, und einen Stellmotor 532 als Antriebsquelle zum rotatorischen Antreiben der Außengewindestange auf. Dementsprechend werden der Einheitshalter 51 und das Laserstrahlapplizierungsmittel 52 in die Z-Richtung entlang der Führungsstangen 423 durch Betrieb des Stellmotors 532 bewegt, indem dieser normal- oder rückwärts die Außengewindestange rotiert. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird, wenn der Stellmotor 532 normal betrieben wird, das Laserstrahlapplizierungsmittel 52 nach oben bewegt, wobei das Laserstrahlapplizierungsmittel 52 nach unten bewegt wird, wenn der Stellmotor 532 rückwärts betrieben wird.
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Das Laserstrahlapplizierungsmittel 52 wird nun unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Das Laserstrahlapplizierungsmittel 52 weist ein zylindrisches Gehäuse 521, welches an dem Einheitshalter 51 so befestigt ist, dass dieses sich im Wesentlichen in eine Horizontalrichtung erstreckt, ein gepulstes Laserstrahloszillationsmittel 522, welches in dem Gehäuse 521 vorgesehen ist, ein Leistungsanpassungsmittel 523 zum Anpassen der Leistung des gepulsten Laserstrahls LB, welcher durch das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 522 in Schwingung versetzt wurde, und ein Fokusmittel 524 zum Konzentrieren des gepulsten Laserstrahls LB, dessen Leistung durch das Leistungsanpassungsmittel 523 angepasst wurde, und Applizieren des konzentrierten Strahls LB auf ein Werkstück W, welches auf dem Spanntisch 36 gehalten wird, auf.
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Das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 522 weist einen gepulsten Laseroszillator 522a, wie zum Beispiel einem YAG-Laseroszillator oder einen YVO4-Laseroszillator, ein Wellenlängenanpassungsmittel 522b zum Anpassen der Wellenlänge eines gepulsten Laserstrahls, welcher durch das Laserstrahloszillationsmittel 522a in Schwingung zu versetzen ist, ein Wiederholfrequenzeinstellmittel 522c zum Einstellen der Wiederholfrequenz des gepulsten Laserstrahls, welcher durch das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 522a in Schwingung zu versetzen ist, und ein Pulsbreitenanpassungsmittel 522d zum Anpassen der Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls, welcher durch das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 522a in Schwingung zu versetzen ist, auf. Das Leistungsanpassungsmittel 523 fungiert, um die Leistung des gepulsten Laserstrahls LB, welcher durch das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 522 in Schwingung versetzt wurde, an eine vorbestimmte Leistung anzupassen. Der gepulste Laseroszillator 522a, das Wellenlängenanpassungsmittel 522b, das Wiederholfrequenzeinstellmittel 522c, und das Pulsbreitenanpassungsmittel 522d des gepulsten Laserstrahloszillationsmittels 522 und das Leistungsanpassungsmittel 523 werden durch ein im Folgenden beschriebenes Regelungsmittel geregelt.
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Das Fokusmittel 524 weist einen Richtungsänderungsspiegel 524a zum Ändern der Ausbreitungsrichtung des gepulsten Laserstrahls LB, welcher durch das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 522 in Schwingung versetzt wurde und dessen Leistung durch das Leistungsanpassungsmittel 523 angepasst wurde, in Richtung der Halteoberfläche des Spanntisches 36 und eine Fokuslinse 524b zum Konzentrieren des gepulsten Laserstahls, dessen Ausbreitungsrichtung durch den Richtungsänderungsspiegel 524a geändert wurde, und Applizieren des konzentrierten Strahls auf das Werkstück W, welches auf dem Spanntisch 36 gehalten wird, auf. Wie in 1 gezeigt, ist das Fokusmittel 524 mit der oberen Ausgestaltung an dem vorderen Ende des Gehäuses 521 befestigt.
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Erneut bezugnehmend auf 1, weist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ein Abbildmittel 6, welches an dem vorderen Endbereich des Gehäuses 521 vorgesehen ist, das das Laserstrahlapplizierungsmittel 52 ausbildet, zum Abbilden auf, um einen Gegenstandsbereich des Werkstückes, welches durch das Laserstrahlapplizierungsmittel 52 Laser-zu-bearbeiten ist, zu detektieren. Das Abbildmittel 6 weist eine gewöhnliche Abbildeinrichtung (CCD) zum Abbilden des Werkstückes unter Verwendung von sichtbarem Licht, ein Infrarotlichtapplizierungsmittel zum Applizieren von Infrarotlicht auf das Werkstück, ein optisches System zum Erfassen des Infrarotlichtes, welches durch das Infrarotlichtapplizierungsmittel auf das Werkstück appliziert wurde, und eine Abbildeinrichtung (Infrarot-CCD) zum Ausgeben eines elektrischen Signals, welches dem Infrarotlicht entspricht, das durch das optische System erfasst wurde, auf. Eine Abbildsignalausgabe von dem Abbildmittel 6 wird an das im Folgenden beschriebene Regelungsmittel übertragen.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 weist ein in 3 gezeigtes Regelungsmittel 8 auf. Das Regelungsmittel 8 ist durch einen Computer ausgestaltet, und umfasst einen Prozessor (CPU) 81 zum Ausführen von Betriebsvorgängen gemäß eines Regelprogrammes, einen Read-Only Speicher (ROM) 82 zum vorläufigen Speichern des Regelprogramms, einen schreib- und lesbaren Random Access Speicher (RAM) 83 zum Speichern der Berechnungsergebnisse, etc., eine Eingabeschnittstelle 84 und eine Ausgabeschnittstelle 85. Detektionssignale des Abbildmittels 6 und des Eingabemittels 80 werden über die Eingabeschnittstelle 84 dem Regelungsmittel 8 zugeführt. Auf der anderen Seite werden Regelsignale von der Ausgabeschnittstelle 85 des Regelungsmittels 8 an den Stellmotor 372, den Stellmotor 382, den Stellmotor 432, den Stellmotor 532, den gepulsten Laseroszillator 522a, das Wellenlängenanpassungsmittel 522b, das Wiederholfrequenzeinstellmittel 522c, und das Pulsbreitenanpassungsmittel 522d des gepulsten Laserstrahloszillationsmittels 522, und das Leistungsanpassungsmittel 523 ausgegeben.
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Der Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1, welche wie zuvor beschrieben ausgestaltet ist, wird nun beschrieben.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Wafers 10 als Werkstück, der durch das Laserbearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu bearbeiten ist. Der Wafer 10, welcher in 4 gezeigt ist, ist aus einem Substrat mit einer Dicke von beispielsweise 100 μm ausgebildet. Eine Vielzahl von sich schneidenden Straßen 101 sind auf einer Vorderseite 10a des Wafers 10 ausgebildet, wodurch eine Vielzahl von rechteckigen Regionen abgetrennt werden, in denen eine Vielzahl von Einrichtungen 102 entsprechend ausgebildet sind. Es wird nun ein Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer laserbearbeiteten Rille entlang jeder Straße 101 auf dem Wafer 10 unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beschrieben.
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Wie in 5A und 5B gezeigt, ist der Wafer 10 durch ein Schneidband T an einem ringförmigen Rahmen F in solch einer Form gestützt, dass eine Rückseite 10b des Wafers 10 an das Schneidband T angebracht ist (Waferstützschritt). Das Schneidband T ist vorläufig an seinem äußeren Umfangsbereich an dem ringförmigen Rahmen F so gestützt, dass dieses die innere Öffnung des ringförmigen Rahmens F bedeckt. Nach Ausführung dieses Waferstützschrittes wird der Wafer 10, welcher durch das Schneidband T an dem ringförmigen Rahmen F gestützt ist, auf den Spanntisch 36 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1, welche in 1 in dem Zustand gezeigt ist, bei dem das Schneidband T in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Spanntisches 36 kommt, angeordnet. Anschließend wird das nichtgezeigte Saugmittel betrieben, um den Wafer 10 durch das Schneidband T auf dem Spanntisch 36 unter Saugen zu halten (Waferhalteschritt). Dementsprechend wird der Wafer 10 auf dem Spanntisch 36 in dem Zustand gehalten, bei dem die Vorderseite 10a des Wafers 10 nach oben ausgerichtet ist. Ferner wird der ringförmige Rahmen F durch die Klemmen 362 fixiert.
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Anschließend wird das Zuführmittel 37 betrieben, um den Spanntisch 36, welcher den Wafer 10 unter Saugen hält, zu einer Position direkt unterhalb des Abbildmittels 6 zu bewegen. In dem Zustand, bei dem der Spanntisch 36 direkt unterhalb des Abbildmittels 6 angeordnet ist, betreibt das Regelungsmittel 8 das Abbildmittel 6, um einen Ausrichtbetrieb zum Detektieren eines Gegenstandsbereich des Wafers 10, der Laser zu bearbeiten ist, auszuführen. Genauer gesagt führen das Abbildmittel 6 und das Regelungsmittel 8 eine Abbildbearbeitung, zum Beispiel ein Raster-matching, zum Herbeiführen der Ausrichtung der Straßen 101, welche sich in eine erste Richtung des Wafers 10 erstrecken, und des Fokusmittels 524 des Laserbearbeitungsmittel 52 zum Applizieren des Laserstrahls entlang der Straßen 101 aus, wodurch die Ausrichtung einer Laserstrahlapplizierungsposition ausgeführt wird. Das Abbildmittel 6 und das Regelungsmittel 8 führen auf ähnliche Weise den Ausrichtbetrieb für die anderen Straßen 101, welche sich in eine zweite Richtung senkrecht zu der zuvor erwähnten ersten Richtung auf dem Wafer 10 erstrecken, aus.
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Nachdem alle Straßen 101, welche auf dem Wafer 10, der auf dem Spanntisch 36 gehalten wird, detektiert wurden und der Ausrichtbetrieb ausgeführt wurde, wird der Spanntisch 36 zu einer Position bewegt, bei der ein Ende (linkes Ende in 6A) einer vorbestimmten der Straßen 101, welche sich in die erste Richtung erstrecken, direkt unterhalb des Fokusmittels 524 angeordnet ist, wie in 6A gezeigt. Anschließend wird der Fokuspunkt P des gepulsten Laserstrahls, welcher durch das Fokusmittel 524 zu applizieren ist, in die Nähe der Vorderseite 10a (obere Oberfläche) des Wafers 10 eingestellt.
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Anschließend wird das Laserstrahlapplizierungsmittel 52 betrieben, um den gepulsten Laserstrahl durch das Fokusmittel 524 auf den Wafer 10 zu applizieren, und der Spanntisch 36 wird in die Richtung, welche durch den Pfeil X1 in 6A gezeigt ist, mit einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit bewegt. Die Wiederholfrequenz, Wellenlänge, und Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls LB, welcher durch das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 522 des Laserstrahlapplizierungsmittel 52 in Schwingung zu versetzen ist, werden in Abhängigkeit des Materials des Wafers 10 in einer im Folgenden beschriebenen Art und Weise festgelegt, und durch das Eingabemittel 80 eingegeben. Die Leistung des gepulsten Laserstrahls LB wird ebenfalls über das Eingabemittel 80 eingegeben. Dementsprechend regelt das Regelungsmittel 8 den gepulsten Laseroszillator 522a, das Wellenlängenanpassungsmittel 522a, das Wiederholfrequenzeinstellmittel 522c, und das Pulsbreitenanpassungsmittel 522d des gepulsten Laseroszillators 522 und das Leistungsanpassungsmittels 523 in Abhängigkeit der Anweisungen, welche über das Eingabemittel 80 eingegeben werden. Wenn das andere Ende (rechtes Ende in 6B) der vorbestimmten Straße 101 die Position direkt unterhalb des Fokusmittel 524 erreicht, wie in 6B gezeigt, wird die Applizierung des gepulsten Laserstahls gestoppt und die Bewegung des Spanntisches 36 ebenfalls gestoppt (Laserbearbeitungsrillenausbildungsschritt). Im Ergebnis wird eine laserbearbeitete Rille 110 entlang der vorbestimmten Straße 101 auf dem Wafer 10 ausgebildet, wie in 6B und 6C gezeigt.
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Nach Ausführen des Laserbearbeitungsrillenausbildungsschrittes entlang aller Straßen 101, welche sich in die erste Richtung auf dem Wafer 10 erstrecken, wird der Spanntisch 36 um 90° gedreht, um auf ähnlicher Weise den Laserbearbeitungsrillenausbildungsschritt entlang all der anderen Straßen 101, welche sich in die zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstecken, auszuführen.
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Der gepulste Laserstrahl, welcher in dem Laserbearbeitungsrillenausbildungsschritt zu applizieren ist, wird nun beschrieben. Der vorliegende Anmelder hat experimentell die Beziehung zwischen der Wellenlänge und Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls, welcher in dem Fall zu applizieren ist, bei dem Saphir (Al2O3), Lithiumtantalat (LT), Siliziumkarbid (SiC), und Silizium (Si) als Material des Werkstück verwendet werden. In dem Experiment, welches durch den vorliegenden Erfinder durchführt wurde, wurde herausgefunden, dass keine Risse erzeugt werden, wenn die Wiederholfrequenz des gepulsten Laserstrahls zu 20 kHz, die Pulsbreite zu 10 ps oder weniger, und die Wellenlänge zu der Absorptionskante des Materials des Werkstückes eingestellt werden (Saphir (Al2O3): 155 nm, Lithiumtantalat (LT): 246 nm, Siliziumkarbid (SiC): 433 nm, Silizium (Si): 1033 nm). Ferner wurde ebenfalls herausgefunden, dass keine Risse erzeugt werden, wenn die Wiederholfrequenz zu 50 kHz eingestellt wird, und die Pulsbreite bei 10 ps oder weniger belassen wird. Basierend auf diesen Ergebnissen, hat der vorliegende Erfinder ein Experiment in der folgenden Art und Weise ausgeführt.
- (1) Die Wiederholfrequenz wurde zu 50 kHz und die Pulsbreite zu 10 ns gesetzt. Ferner wurde die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls in die Nähe der Absorptionskante des Materials des Werkstückes eingestellt (Saphir (Al2O3): 155 nm, Lithiumtantalat (LT): 246 nm, Siliziumkarbid (SiC): 433 nm, Silizium (Si): 1033 nm). Unter diesen Bedingungen wurde die Leistung bestimmt, mit der ein Abtragen des Werkstückes ohne Risse möglich ist.
- (2) Die Wellenlänge des gepulsten Laserstahls wurde zu 9/10, 8/10, 7/10 und 6/10 der Absorptionskante von jedem der zuvor erwähnten vier Arten von Materialien verändert (Al2O3, LT, SiC und Si), und die Pulsbreite wurde zu 100 ps, 1 ns, 10 ns, und 100 ns verändert. Unter diesen Bedingungen wurde die Pulsbreitengrenze für Ablation ohne Risse bestimmt.
- (3) Ferner wurde die Wellenlänge des gepulsten Laserstahls zu Werten verändert, die zwei und vier Mal der Absorptionskante von jedem der zuvor genannten vier Arten von Materialien entsprechen, und die Pulsbreite zu 100 fs und 10 fs verändert. Unter diesen Bedingungen wurde die Pulsbreitengrenze für Ablation ohne Risse bestimmt.
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7 ist ein Graph, der Kurven zeigt, welche durch Verbinden der Pulsbreitengrenzen der verschiedenen Sollwerte für die Wellenlänge von jedem der vier Arten von Materialien, genauer gesagt, Saphir (Al2O3), Lithiumtantalat (LT), Siliziumkarbid (SiC), und Silizium (Si), welche durch das obere Experiment bestimmt wurden, erhalten werden. In 7 stellt die Vertikalachse die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls und die Horizontalachse die Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls dar. Wie aus dem in 7 gezeigten Graph ersichtlich, besteht eine spezifische Beziehung zwischen der Wellenlänge und Pulsbreite des gepulsten Laserstahls unabhängig von der Art des Materials des Werkstücks. In dem Graph, welcher in 7 gezeigt ist, wird die Wellenlänge des gepulsten Laserstahls, welche zu applizieren ist, zu kürzeren Wellenlängen und längeren Wellenlängen in Bezug auf die Absorptionskante von jedem Material verändert, und die Pulsbreite schrittweise verändert. Durch Ausführen von Laserbearbeitung unter diesen Zuständen wurde herausgefunden, dass durch Applizieren des gepulsten Laserstrahls in der Region unterhalb der Kurve, welche die Pulsbreitengrenzen von jedem Material verbindet, das Werkstück ohne Risse in dem Fall abgetragen werden kann, dass die Wiederholfrequenz auf 50 kHz eingestellt wird. Dementsprechend kann, selbst wenn die Wiederholfrequenz in dem Bereich von 20 bis 50 kHz festgelegt wird, die Wärmeanhäufung unterdrückt werden, um dabei der Erzeugung von Rissen in der Laserbearbeitung zu unterdrücken, sodass das Werkstück mit hoher Bearbeitungseffizienz abgetragen werden kann. Ferner, selbst wenn das Werkstück aus einem Material mit einer relativ kurzen Absorptionskante von 155 nm, wie beispielsweise Saphir, ausgebildet ist, wurde herausgefunden, dass Ablation ohne Risse durch Verwendung eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, welche länger als die Absorptionskante ist, ausgeführt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der zuvor beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Der Bereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert, und alle Änderungen und Abwandlungen, welche in die Gleichwertigkeit des Gebiets der Ansprüche fallen, sind somit durch die Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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