DE102018214619A1

DE102018214619A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018214619A1
Application number: DE102018214619.5A
Authority: DE
Inventors: Haruki Kamiyama
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2019-02-28
Also published as: JP6959073B2; TW201913774A; US10946482B2; US20190061060A1; JP2019042749A; KR102535905B1; CN109454337A; KR20190024683A; TWI759533B

Abstract

Ein durch einen Laseroszillator oszillierter Laserstrahl wird durch einen Kondensor gebündelt. Der Kondensor weist auf: eine konkave Linse; eine konvexe Linse, die mit einem vorbestimmten Abstand von der konkaven Linse angeordnet ist und bei einer Position angeordnet ist, sodass eine Aberration eines Brennpunkts in der Atmosphäre null ist; und einen Aktuator, der eine Aberration bei dem Brennpunkt in der Atmosphäre durch Verändern des Abstands der konvexen Linse in Bezug auf die konkave Linse erzeugt. Der Aktuator erzeugt die Aberration in der Atmosphäre, sodass die Aberration des Brennpunkts im Inneren eines Werkstücks null ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Ausführen einer Bearbeitung im Inneren eines Werkstücks.
BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
Ein Wafer, in dem eine Vielzahl von Bauelementen, wie zum Beispiel integrierte Schaltkreise (ICs), Large Scale Integral Circuits (LSIs), lichtemittierende Dioden (LEDs), akustische Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter) oder Ähnliches durch eine Vielzahl geplanter Trennlinien abgegrenzt sind, die einander schneiden, und die an einer oberen Fläche eines Si-Substrats (Silizium-Substrat), eines SiC-Substrats (Siliziumcarbid-Substrat), eines Al₂O₃-Substrats (Saphir-Substrat), eines LiTaO₃-Substrats (Lithium-Tantalat-Substrat) oder Ähnliches ausgebildet ist, wird durch eine Trennvorrichtung und eine Laserbearbeitungsvorrichtung in einzelne Bauelementchips unterteilt. Jeder der geteilten Bauelementchips wird in einer elektrischen Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Mobiltelefon, einem Personal Computer oder Ähnlichem verwendet.
Es gibt Laserbearbeitungsvorrichtungen der Typen (1) oder (2).

(1) Ein Typ, der einen Brennpunkt eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, die durch einen Wafer absorbierbar ist, bei einer geplanten Trennlinie positioniert, den Wafer mit dem Laserstrahl bestrahlt und durch eine Ablationsbearbeitung eine Nut auf der geplanten Trennlinie ausbildet, um den Wafer in einzelne Bauelementchips aufzuteilen (siehe zum Beispiel das japanische offengelegte Patent mit der Nummer 1998-305420) .
(2) Ein Typ, der einen Brennpunkt eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, die durch einen Wafer übertragbar ist, im Inneren einer geplanten Trennlinie positioniert, bestrahlt den Wafer mit dem Laserstrahl und bildet im Inneren des Wafers entlang der geplanten Trennlinie eine modifizierte Schicht aus, um den Wafer in einzelne Bauelementchips zu unterteilen (siehe zum Beispiel das japanische Patent mit der Nummer 3408805 ).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jedoch wird eine ausgezeichnete modifizierte Schicht selbst dann nicht zwangsweise ausgebildet, wenn ein Kondensor verwendet wird, sodass eine Aberration des Brennpunkts eines Laserstrahls in der Atmosphäre null ist, der Brennpunkt im Inneren des Werkstücks positioniert ist und der Wafer mit dem Laserstrahl bestrahlt wird. So ein Problem kann auch in einem Fall eines Positionierens des Brennpunkts in einem Bereich in einer Tiefe von einer Endfläche des SiC-Ingots aus, die mit der Dicke eines herzustellenden Wafers korrespondiert, eines Bestrahlens des SiC-Ingots mit einem Laserstrahl und eines Ausbildens einer Abziehschicht auftreten, in welcher SiC in Si und C getrennt wird und sich Risse entlang einer c-Ebene erstrecken (siehe zum Beispiel das japanische offengelegte Patent mit der Nummer 2016-111143).
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Bearbeitung im Inneren eines Werkstücks ausführen kann.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: einen Spanntisch, der eingerichtet ist, ein Werkstück zu halten; eine Laserbestrahlungseinheit, die eingerichtet ist, eine Bearbeitung durch Positionieren eines Brennpunkts eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, die durch das durch den Spanntisch gehaltene Werkstück übertragbar ist, im Inneren des Werkstücks und Bestrahlen des Werkstücks mit dem Laserstrahl auszuführen; und eine Bearbeitungszuführeinheit, die eingerichtet ist, eine Bearbeitungszuführung des Spanntischs und der Laserbestrahlungseinheit relativ zueinander auszuführen; wobei die Laserbestrahlungseinheit einen Laseroszillator, der eingerichtet ist, den Laserstrahl zu oszillieren, und einen Kondensor aufweist, der eingerichtet ist, den durch den Laseroszillator oszillierten Laserstrahl zu bündeln; wobei der Kondensor eine konkave Linse, eine konvexe Linse, die mit einem vorbestimmten Abstand von der konkaven Linse angeordnet ist und bei einer Position angeordnet ist, sodass eine Aberration des Brennpunkts in einer Atmosphäre null ist, und einen Aktuator aufweist, der eingerichtet ist, eine Aberration bei dem Brennpunkt in der Atmosphäre durch Verändern eines Abstands der konvexen Linse in Bezug auf die konkave Linse zu erzeugen; wobei der Aktuator die Aberration in der Atmosphäre so erzeugt, dass die Aberration des Brennpunkts im Inneren des Werkstücks null ist.
Optisch wird die Aberration des Brennpunkts nicht vollständig null. Jedoch bedeutet eine Null-Aberration des Brennpunkts in der vorliegenden Beschreibung, dass die Aberration zu so einem Ausmaß unendlich klein ist, dass eine Laserbearbeitung hervorragend ausgeführt werden kann und sie im Wesentlichen als null angenommen werden kann.
Vorzugsweise wird der Aktuator durch ein piezoelektrisches Element ausgebildet.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung schließt die Laserbestrahlungseinheit den Laseroszillator, der eingerichtet ist, den Laserstrahl zu oszillieren, und den Kondensor ein, der eingerichtet ist, den durch den Laseroszillator oszillierten Laserstrahl zu bündeln. Der Kondensor schließt die konkave Linse, die konvexe Linse, die in einem vorbestimmten Abstand von der konkaven Linse angeordnet ist, und bei einer Position angeordnet ist, sodass die Aberration des Brennpunkts in der Atmosphäre null ist, und den Aktuator ein, der eingerichtet ist, eine Aberration bei dem Brennpunkt in der Atmosphäre durch Verändern des Abstands der konvexen Linse in Bezug zu der konkaven Linse zu erzeugen. Der Aktuator ist eingerichtet, die Aberration so in der Atmosphäre zu erzeugen, dass die Aberration des Brennpunkts im Inneren des Werkstücks null ist. Es kann daher eine hervorragende Bearbeitung im Inneren des Werkstücks ausgeführt werden.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Weise ihrer Umsetzung werden durch ein Studium der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, deutlicher und die Erfindung selbst wird dadurch am besten verstanden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung;
2 ist ein Blockdiagramm einer in 1 dargestellten Laserbestrahlungseinheit;
3 ist ein Graph, der ein Beispiel von Spannungseigenschaften einer Änderung in einer vertikalen Raumrichtung eines in 2 dargestellten piezoelektrischen Elements darstellt;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Wafers, der über ein Trennband durch einen ringförmigen Rahmen unterstützt wird;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem innerhalb des in 4 dargestellten Wafers durch Verwenden der in 1 dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtung eine Bearbeitung ausgeführt wird;
6A ist eine Vorderansicht eines SiC-Ingots;
6B ist eine Draufsicht des SiC-Ingots;
6C ist eine perspektivische Ansicht des SiC-Ingots;
7A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem innerhalb des in 6C dargestellten SiC-Ingots unter Verwendung der in 1 dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtung eine Bearbeitung ausgeführt wird; und
7B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B aus 7A.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird hiernach eine Ausführungsform einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine in 1 dargestellte Laserbearbeitungsvorrichtung 2 schließt ein: eine Halteeinheit 4, die ein Werkstück hält; eine Laserbestrahlungseinheit 6, die durch Positionieren des Brennpunkts eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, die durch das über die Halteeinheit 4 gehaltene Werkstück übertragbar ist, innerhalb des Werkstücks und Bestrahlen des Werkstücks mit einem Laserstrahl eine Bearbeitung ausführt; und eine Bearbeitungszuführeinheit 8, die eine Bearbeitungszuführung der Halteeinheit 4 und der Laserbestrahlungseinheit 6 relativ zueinander ausführt.
Wie in 1 dargestellt, schließt die Halteeinheit 4 ein: eine in X-Achsenrichtung bewegbare Platte 12, die an einer Basis 10 montiert ist, um in einer X-Achsenrichtung bewegbar zu sein; eine in Y-Achsenrichtung bewegbare Platte 14, die an der in X-Achsenrichtung bewegbaren Platte 12 montiert ist, um in einer Y-Achsenrichtung bewegbar zu sein; eine Säule 16, die an einer oberen Fläche der in Y-Achsenrichtung bewegbaren Platte 14 befestigt ist; und eine Abdeckplatte 18, die an einem oberen Ende der Säule 16 befestigt ist. Ein Langloch 18A, das sich in der Y-Achsenrichtung erstreckt, ist in der Abdeckplatte 18 ausgebildet. Ein Spanntisch 20, der sich durch das Langloch 18A nach oben erstreckt, ist drehbar an dem oberen Ende der Säule 16 montiert. Eine poröse Saugeinspannung 22, die mit einem nicht dargestellten Saugmittel verbunden ist, ist an einer oberen Fläche des Spanntischs 20 angeordnet. Der Spanntisch 20 kann das Werkstück, das an einer oberen Fläche der Saugeinspannung 22 montiert ist, durch Erzeugen einer Saugkraft an der oberen Fläche der Saugeinspannung 22 über das Saugmittel ansaugen und halten. Zudem sind eine Vielzahl von Klammern 24 mit Abständen in einer Umfangsrichtung um den Umfang des Spanntischs 20 angeordnet. Im Übrigen ist die X-Achsenrichtung eine Richtung, die durch einen Pfeil X in 1 angezeigt wird, und die Y-Achsenrichtung ist eine Richtung, die durch einen Pfeil Y in 1 angezeigt wird und senkrecht zu der X-Achsenrichtung ist. Eine durch die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung definierte Ebene ist im Wesentlichen horizontal.
Die Laserbestrahlungseinheit 6 wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Wie in 1 dargestellt, schließt die Laserbestrahlungseinheit 6 einen Rahmenkörper 26 ein, der sich von einer oberen Fläche der Basis 10 nach oben erstreckt und sich dann im Wesentlichen horizontal erstreckt. Wie in 2 dargestellt, sind in dem Rahmenkörper 26 angeordnet: ein Laseroszillator 28, der einen gepulsten Laserstrahl LB mit einer Wellenlänge oszilliert, die durch das Werkstück übertragbar ist; einen Dämpfer 30, der die Leistung des durch den Laseroszillator 28 oszillierten gepulsten Laserstrahls LB einstellt; und einen Spiegel 32, der den optischen Pfad des gepulsten Laserstrahls LB, der in Bezug auf seine Leistung durch den Dämpfer 30 eingestellt worden ist, umlenkt. Zudem sind, wie in 1 dargestellt, ein Kondensor 34, der den gepulsten Laserstrahl LB bündelt, dessen optischer Pfad durch den Spiegel 32 umgelenkt worden ist, und eine Abbildungseinheit 36 zum Abbilden des an dem Spanntisch 20 gehaltenen Werkstücks und Erfassen eines mit Laser zu bearbeitenden Bereichs an einer unteren Fläche eines vorderen Endes des Rahmenkörpers 26 so montiert, dass sie voneinander in der X-Achsenrichtung beabstandet sind.
Der Kondensor 34 wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Kondensor 34 schließt ein: eine konkave Linse 38; eine konvexe Linse 40, die mit einem vorbestimmten Abstand von der konkaven Linse 38 angeordnet ist und bei einer Position angeordnet ist, sodass eine Aberration beziehungsweise ein Abbildungsfehler des Brennpunkts des gepulsten Laserstrahls LB in der Atmosphäre null ist; und einen Aktuator 42, der eine Aberration bei dem Brennpunkt in der Atmosphäre durch Verändern eines Abstands der konvexen Linse 40 in Bezug auf die konkave Linse 38 erzeugt. Der Aktuator 42 erzeugt die Aberration in der Atmosphäre, sodass die Aberration des Brennpunkts in dem Werkstück null ist. Die konkave Linse 38 wird durch einen Stützabschnitt für eine konkave Linse 44 unterstützt, der so an dem Rahmenkörper 26 angebracht ist, dass er frei angehoben oder abgesenkt werden kann. Die konvexe Linse 40 ist aus einer ersten konvexen Linse 40a, einer zweiten konvexen Linse 40b und einer dritten konvexen Linse 40c aufgebaut, die so angeordnet sind, dass sie in vertikaler Richtung voneinander beabstandet sind. Die konvexe Linse 40 wird durch einen Stützabschnitt für eine konvexe Linse 46 unterstützt, der unter dem Stützabschnitt für eine konkave Linse 44 angeordnet ist. Der Aktuator 42 bei der vorliegenden Ausführungsform wird durch ein piezoelektrisches Element ausgebildet, das mit einem unteren Ende des Stützabschnitts für eine konkave Linse 44 und einem oberen Ende des Stützabschnitts für eine konvexe Linse 46 verbunden ist.
Das mit einer vorbestimmten vertikalen Abmessung L ausgebildete piezoelektrische Element ist elektrisch mit einer Steuerung 48 verbunden, die eine Stromversorgung aufweist. Die vertikale Abmessung L ändert sich in Übereinstimmung mit der Höhe einer Spannung, die von der Steuerung 48 angelegt wird. Eine Beziehung zwischen der an dem piezoelektrischen Element angelegten Spannung und einem Änderungsbetrag ΔL der vertikalen Abmessung L des piezoelektrischen Elements ist zum Beispiel, wie in 3 dargestellt, eine proportionale Beziehung. Wie in 2 dargestellt, wird der Stützabschnitt für eine konkave Linse 44 durch eine Brennpunktpositionseinstelleinheit 54 angehoben oder abgesenkt, die eine Kugelspindel 50 aufweist, welche sich in einer vertikalen Richtung erstreckt, wobei die Kugelspindel 50 einen Mutterabschnitt 50a, der an dem Stützabschnitt für eine konkave Linse 44 befestigt ist, und einen Motor 52 aufweist, der mit einem Endabschnitt der Kugelspindel 50 gekoppelt ist. Dies stellt die vertikale Position des Brennpunkts des durch den Kondensor 34 gebündelten gepulsten Laserstrahls LB ein.
Bei dem Kondensor 34 mit so einem Aufbau ist die konvexe Linse 40 in einem Zustand, in dem keine Spannung an dem piezoelektrischen Element des Aktuators 42 angelegt ist, in Bezug auf die konkave Linse 38 so angeordnet, dass die Aberration des Brennpunkts in Atmosphäre null ist. Wenn an dem piezoelektrischen Element des Aktuators 42 eine Spannung angelegt wird, ändert sich andererseits die vertikale Abmessung L des piezoelektrischen Elements. Folglich wird der Abstand der konvexen Linse 40 in Bezug auf die konkave Linse 38 verändert, und es wird eine Aberration bei dem Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls LB in der Atmosphäre erzeugt. Dann ermöglicht der Kondensor 34 die in der Atmosphäre zu erzeugende Aberration so, dass die Aberration des Brennpunkts durch geeignetes Einstellen der an dem piezoelektrischen Element angelegten Spannung entsprechend des Brechungsindex des Werkstücks und der Tiefe einer Bearbeitungsposition in dem Werkstück null ist.
Die Bearbeitungszuführeinheit 8 wird nunmehr unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Bearbeitungszuführeinheit 8 schließt ein: eine X-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 56, die den Spanntisch 20 in Bezug auf die Laserbestrahlungseinheit 6 in der X-Achsenrichtung bewegt; eine Y-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 58, die den Spanntisch 20 in Bezug auf die Laserbestrahlungseinheit in der Y-Achsenrichtung bewegt; und eine nicht dargestellte Rotationseinheit, die den Spanntisch 20 in Bezug auf die Säule 16 dreht. Die X-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 56 schließt ein: eine Kugelspindel 60, die sich an der Basis 10 in der X-Achsenrichtung erstreckt; und einen Motor 62, der mit einem Endabschnitt der Kugelspindel 60 gekoppelt ist. Ein nicht dargestellter Mutterabschnitt der Kugelspindel 60 ist an einer unteren Fläche der in X-Achsenrichtung bewegbaren Platte 12 befestigt. Die X-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 56 wandelt eine Drehbewegung des Motors 62 durch die Kugelspinde 60 in eine geradlinige Bewegung um und überträgt die geradlinige Bewegung zu der in X-Achsenrichtung bewegbaren Platte 12, um die in X-Achsenrichtung bewegbare Platte 12 in der X-Achsenrichtung entlang von Führungsschienen 10a an der Basis 10 vor- oder zurückzubewegen. Der Spanntisch 20 wird dadurch in Bezug auf die Laserbestrahlungseinheit 6 in der X-Achsenrichtung bewegt.
Die Y-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 58 schließt ein: eine Kugelspindel 64, die sich an der in X-Achsenrichtung bewegbaren Platte 12 in der Y-Achsenrichtung erstreckt; und einen Motor 66, der mit einem Endabschnitt der Kugelspindel 64 gekoppelt ist. Ein nicht dargestellter Mutterabschnitt der Kugelspindel 64 ist an einer unteren Fläche der in Y-Achsenrichtung bewegbaren Platte 14 befestigt. Die Y-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 58 wandelt eine Drehbewegung des Motors 66 durch die Kugelspindel 64 in eine geradlinige Bewegung um und übertragt die geradlinige Bewegung zu der in Y-Achsenrichtung bewegbaren Platte 14, um die in Y-Achsenrichtung bewegbare Platte 14 in der Y-Achsenrichtung entlang von Führungsschienen 12a an der in X-Achsenrichtung bewegbaren Platte 12 vor- oder zurückzubewegen. Der Spanntisch 20 wird dadurch in Bezug auf die Laserbestrahlungseinheit 6 in der Y-Achsenrichtung bewegt. Die Rotationseinheit weist einen zu der Säule 16 gehörenden nicht dargestellten Motor auf. Die Rotationseinheit dreht den Spanntisch 20 in Bezug auf die Säule 16 um eine Achse, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt.
4 stellt einen Wafer 70 als ein beispielhaftes Werkstück dar. Eine obere Fläche 70a des scheibenförmigen Wafers 70, der aus einem Si-Substrat (Siliziumsubstrat), einem SiC-Substrat (Siliziumcarbidsubstrat), einem LiTaO₃-Substrat (Lithium-Tantalat-Substrat) oder Ähnlichem ausgebildet sein kann, ist durch eine Vielzahl geplanter Trennlinien 72 in Form eines Gitters in eine Vielzahl von rechtwinkligen Bereichen abgegrenzt. In jedem der Vielzahl von rechtwinkligen Bereichen ist ein Bauelement 74 ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform klebt eine untere Fläche 70b des Wafers 70 an einem Trennband 78, dessen Umfang an einem ringförmigen Rahmen 76 befestigt ist.
Es wird nunmehr ein Bearbeitungsverfahren beschrieben, das den Wafer 70 als Werkstück nimmt und in dem Wafer 70 durch Verwendung der oben beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung 2 eine modifizierte Schicht ausbildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als erstes die obere Fläche 70a des Wafers 70 nach oben gerichtet, der Wafer 70 wird dazu gebracht, an der oberen Fläche des Spanntischs 20 zu kleben und ein äußerer Umfangskantenabschnitt des ringförmigen Rahmens 76 wird durch die Vielzahl von Klammern 24 befestigt. Als Nächstes wird der Wafer 70 durch die Abbildungseinheit 36 von oben abgebildet. Durch Bewegen und Drehen des Spanntischs 20 durch die X-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 56, die Y-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 58 und die Rotationseinheit auf der Grundlage eines durch die Abbildungseinheit 36 aufgenommenen Bilds des Wafers 70 werden als Nächstes die geplanten Trennlinien 72 in Form eines Gitters mit der X-Achsenrichtung ausgerichtet und der Kondensor 34 wird über einem Endabschnitt einer geplanten Trennlinie 72 positioniert, die an der X-Achsenrichtung ausgerichtet ist. Als Nächstes wird der Abstand der konvexen Linse 40 in Bezug auf die konkave Linse 38 durch Anlegen einer geeigneten Spannung basierend auf dem Brechungsindex des Wafers 70 und der Tiefe einer Bearbeitungsposition an dem piezoelektrischen Element als Aktuator 42 verändert. Eine Aberration des Brennpunkts wird dadurch so in der Atmosphäre erzeugt, dass die Aberration des Brennpunkts des gepulsten Laserstrahls LB in dem Wafer 70 null ist.
Als Nächstes positioniert die Brennpunktpositionseinstelleinheit 54 den Brennpunkt im Inneren der geplanten Trennlinie 72. Als Nächstes wird, wie in 5 dargestellt, eine Ausbildungsbearbeitung einer modifizierten Schicht ausgeführt, die einen gepulsten Laserstrahl LB mit einer Wellenlänge, die durch den Wafer 70 übertragbar ist, von dem Kondensor 34 aus auf den Wafer 70 aufbringt, während die X-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 56 den Spanntisch 20 in Bezug auf den Brennpunkt mit einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit in der X-Achsenrichtung bewegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Aberration des Brennpunkts im Inneren des Wafers 70 null. Folglich kann eine modifizierte Schicht 80, die als Startpunkt einer Trennung dient, ausgezeichnet entlang der geplanten Trennlinie 72 im Inneren des Wafers 70 durch Ausführen der Ausbildungsbearbeitung einer modifizierten Schicht ausgebildet werden. Als Nächstes bewegt die Y-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 58 den Spanntisch 20 in Bezug auf den Brennpunkt in der Y-Achsenrichtung um einen Betrag weiter, der einem Abstand zwischen den geplanten Trennlinien 72 entspricht. Dann werden sämtliche der geplanten Trennlinien 72, die mit der X-Achsenrichtung ausgerichtet sind, der Bearbeitungsausbildung einer modifizierten Schicht durch abwechselndes Wiederholen der Ausbildungsbearbeitung einer modifizierten Schicht und der Weiterbewegung beziehungsweise der Einteilungszuführung ausgesetzt. Zudem werden auch sämtliche der geplanten Trennlinien 72, die senkrecht zu den geplanten Trennlinien 72, welche zuvor der Ausbildungsbearbeitung einer modifizierten Schicht ausgesetzt worden sind, durch Drehen des Spanntischs 20 um 90° durch die Rotationseinheit und dann abwechselndes Wiederholen der Ausbildungsbearbeitung einer modifizierten Schicht und der Weiterbewegung auch der Ausbildungsbearbeitung einer modifizierten Schicht ausgesetzt. Die modifizierte Schicht 80 wird folglich entlang der geplanten Trennlinien 72 in Form eines Gitters ausgebildet.
So ein Bearbeitungsverfahren kann in einem Fall unter den folgenden Bearbeitungsbedingungen ausgeführt werden, in dem der Wafer 70 zum Beispiel aus Si (Silizium) mit einem Brechungsindex von 3,5 ausgebildet ist. Im Übrigen ist im Folgenden eine Position einer Position der konvexen Linse, bei der die Aberration des Brennpunkts des Laserstrahls in der Atmosphäre null ist.

Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls: 1064 nm
Wiederholfrequenz: 10 kHz
Durchschnittliche Leistung: 1,0 Watt
Numerische Blende (NA) der Kondensorlinse: 0,7
Zuführgeschwindigkeit: 100 mm/s
Kondensor: Erzeugt durch Bewegen der konvexen Linse weg von der konkaven Linse durch 168 µm von der Standardposition einer Aberration von 28 µm in der Atmosphäre
Position der modifizierten Schicht: eine Position in einer Tiefe 450 µm von der oberen Fläche des Wafers aus

Zudem kann in einem Fall, in dem der Wafer 70 aus LiTaO₃ (Lithium-Tantalat) mit einem Brechungsindex von 2,2 ausgebildet ist, die als ein Startpunkt einer Trennung dienende modifizierte Schicht 80 entlang der geplanten Trennlinie 72 im Inneren des Wafers 70 durch Ausführen des oben beschriebenen Bearbeitungsverfahrens unter den folgenden Bearbeitungsbedingungen auf ausgezeichnete Weise ausgebildet werden.

Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls: 1064 nm
Wiederholfrequenz: 10 kHz
Durchschnittliche Leistung: 1,0 Watt
Numerische Blende (NA) der Kondensorlinse: 0,7
Zuführgeschwindigkeit: 100 mm/s
Kondensor: Erzeugt eine Aberration von 45 µm in der Atmosphäre durch Wegbewegen der konvexen Linse von der konkaven Linse um 270 µm von der Standardposition Position der modifizierten Schicht: eine Position in einer Tiefe von 450 µm von der oberen Fläche des Wafers aus

Wenn ferner die oben beschriebene Laserbearbeitungsvorrichtung 2 verwendet wird, kann eine Abziehschicht zum Abziehen des Wafers auf ausgezeichnete Weise im Inneren eines SiC-Ingots (Siliziumcarbid-Ingots) ausgebildet werden. Ein in den 6A bis 6C dargestellter SiC-Ingot 90 weist einen Brechungsindex von 2,6 auf und ist als ein hexagonaler SiC-Einkristall und mit einer zylindrischen Form als Ganzes ausgebildet. Der SiC-Ingot 90 weist eine kreisförmige erste Fläche 92, eine kreisförmige zweite Fläche 94 auf einer der ersten Fläche 92 entgegengesetzten Seite, eine Umfangsfläche 96, die zwischen der ersten Fläche 92 und der zweiten Fläche 94 angeordnet ist, eine sich von der ersten Fläche 92 zu der zweiten Fläche 94 erstreckende c-Achse (<0001>-Richtung) und eine zu der c-Achse senkrechte c-Ebene ({0001}-Ebene) auf. In dem SiC-Ingot 90 ist die c-Achse in Bezug auf eine Senkrechte 98 zu der ersten Fläche 92 geneigt und ein Abweichungswinkel α (zum Beispiel α=1, 3 oder 6°) ist zwischen der c-Ebene und der ersten Fläche 92 ausgebildet. Eine Richtung, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, wird in den 6A bis 6C durch einen Pfeil A angezeigt. Eine rechtwinklige erste Ausrichtungsebene 100 und eine rechtwinklige zweite Ausrichtungsebene 102, die eine Kristallausrichtung anzeigen, sind an der Umfangsfläche 96 ausgebildet. Die erste Ausrichtungsebene 100 ist parallel zu der Richtung A, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist. Die zweite Ausrichtungsebene 102 ist senkrecht zu der Richtung A, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist. Wie in 6B dargestellt, ist eine von oben gesehene Länge L2 der zweiten Ausrichtungsebene 102 kürzer als eine Länge L1 der ersten Ausrichtungsebene 100 (L2<L1). Im Übrigen kann der SiC-Ingot, der durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 bearbeitet werden kann, ein SiC-Ingot sein, in dem die c-Achse nicht in Bezug auf die Senkrechte zu der ersten Fläche geneigt ist und folglich der Abweichungswinkel zwischen der c-Ebene und der ersten Fläche 0° ist (das heißt die Senkrechte zu der ersten Fläche und die c-Achse fallen zusammen).
Wenn in dem SiC-Ingot 90 durch Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 eine Abziehschicht ausgebildet wird, wird der SiC-Ingot 90 als erstes an die obere Fläche des Spanntischs 20 angesaugt und die Abbildungseinheit 36 bildet den SiC-Ingot 90 von oben ab. Durch Bewegen und Drehen des Spanntischs 20 durch die X-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 56, die Y-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 58 und die Rotationseinheit auf der Grundlage eines durch die Abbildungseinheit 36 aufgenommenen Bilds des SiC-Ingots 90 wird als Nächstes die Ausrichtung des SiC-Ingots 90 auf eine vorbestimmte Ausrichtung eingestellt, und die Positionen des SiC-Ingots 90 und des Kondensors 34 werden in einer XY-Ebene eingestellt. Wenn die Ausrichtung des SiC-Ingots 90 auf eine vorbestimmte Ausrichtung eingestellt wird, wird eine Richtung senkrecht zu der Richtung A, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, durch Ausrichten der zweiten Ausrichtungsebene 102 mit der X-Achsenrichtung, wie in 7A dargestellt, mit der X-Achsenrichtung ausgerichtet. Als Nächstes wird durch Anlegen einer geeigneten Spannung auf Grundlage des Brechungsindex des SiC-Ingots 90 und der Tiefe einer Bearbeitungsposition an dem piezoelektrischen Element als Aktuator 42 der Abstand der konvexen Linse 40 in Bezug auf die konkave Linse 38 verändert. Eine Aberration des Brennpunkts wird dadurch in der Atmosphäre erzeugt, sodass die Aberration des Brennpunkts des gepulsten Laserstrahls LB im Inneren des SiC-Ingots 90 null ist.
Als Nächstes positioniert die Brennpunktpositionseinstelleinheit 54 den Brennpunkt auf einer Tiefe, die mit der Dicke eines herzustellenden Wafers korrespondiert, von einer oberen Endfläche des SiC-Ingots 90 aus, wobei die obere Endfläche bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Fläche 92 ist. Als Nächstes wird eine Abziehschichtausbildungsbearbeitung ausgeführt, die einen gepulsten Laserstrahl LB mit einer Wellenlänge, die durch den SiC-Ingot 90 übertragbar ist, von dem Kondensor 34 aus auf den SiC-Ingot 90 aufbringt, während die X-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 56 den Spanntisch 20 in Bezug auf den Brennpunkt mit einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit in der X-Achsenrichtung bewegt, welche mit der Richtung senkrecht zu der Richtung A ausgerichtet ist, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Aberration des Brennpunkts im Inneren des SiC-Ingots 90 null. Es ist daher möglich, eine lineare modifizierte Schicht 104 auf ausgezeichnete Weise auszubilden, die ausgebildet wird, wenn SiC durch das Aufbringen des gepulsten Laserstrahls LB in Si (Silizium) und C (Kohlenstoff) getrennt wird, der als nächstes aufgebrachte gepulste Laserstrahl LB durch das zuvor ausgebildete C absorbiert wird und SiC auf Kettenreaktionsweise in Si und C getrennt wird und Risse 106 sich von der modifizierten Schicht 104 entlang der c-Ebene auf beiden Seiten der modifizierten Schicht 104 erstrecken.
Als Nächstes bewegt die Y-Achsenrichtung-Bewegungseinheit 58 den Spanntisch 20 in Bezug auf den Brennpunkt in der Y-Achsenrichtung, die mit der Richtung A ausgerichtet ist, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet wird, um einen vorbestimmten Einteilungsbetrag Li weiter. Dann werden die Abziehschichtausbildungsbearbeitung und das Weiterbewegen abwechselnd wiederholt. Als Ergebnis wird eine Vielzahl linearer modifizierter Schichten 104, die sich entlang der Richtung senkrecht zu der Richtung A erstreckt, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, mit Abständen des vorbestimmten Einteilungsbetrags Li in der Richtung A ausgebildet, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, und ein Riss 106 und ein weiterer Riss 106, die in der Richtung A, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, aneinander angrenzen, werden dazu gebracht, einander zu überlappen. Es ist daher möglich, eine Abziehschicht 108 zum Abziehen eines Wafers von dem SiC-Ingot 90 auszubilden, wobei die Abziehschicht 108 mit der Vielzahl modifizierter Schichten 104 und Rissen 106 in einer Tiefe, die mit der Dicke des herzustellenden Wafers korrespondiert, von der oberen Endfläche des SiC-Ingots 90 aus ausgebildet sind.
So ein Bearbeitungsverfahren kann zum Beispiel unter den folgenden Bearbeitungsbedingungen ausgeführt werden.

Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls: 1064 nm
Wiederholfrequenz: 80 kHz
Durchschnittliche Leistung: 3,2 Watt
Numerische Blende (NA) der Kondensorlinse: 0,7
Einteilungsbetrag: 250 bis 400 mm
Zuführgeschwindigkeit: 120 bis 260 mm/s
Kondensor: Erzeugt eine Aberration von 35 µm in der Atmosphäre durch Wegbewegen der konvexen Linse von der konkaven Linse um 237 µm von der Standardposition Position der Abziehschicht: eine Position bei einer Tiefe von 450 µm von der Endfläche des SiC-Ingots aus

Im Übrigen wurde die obige Beschreibung über ein Beispiel angefertigt, bei dem der SiC-Ingot 90 während der Abziehschichtausbildungsbearbeitung in der Richtung senkrecht zu der Richtung A, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, relativ zu dem Brennpunkt bewegt wird, und der SiC-Ingot 90 während des Weiterbewegens relativ zu dem Brennpunkt in der Richtung A, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, bewegt wird. Jedoch muss die Richtung einer relativen Bewegung des SiC-Ingots 90 in Bezug auf den Brennpunkt während der Abziehschichtausbildungsbearbeitung nicht die Richtung senkrecht zu der Richtung A sein, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, und die Richtung einer relativen Bewegung des SiC-Ingots 90 in Bezug auf den Brennpunkt während des Weiterbewegens muss nicht die Richtung A sein, in welcher der Abweichungswinkel α ausgebildet ist.
Wie oben beschrieben, schließt der Kondensor 34 bei der vorliegenden Ausführungsform ein: die konkave Linse 38; die konvexe Linse 40, die mit einem vorbestimmten Abstand von der konkaven Linse 38 angeordnet ist und bei einer Position angeordnet ist, sodass die Aberration des Brennpunkts in der Atmosphäre null ist; und den Aktuator 42, der eine Aberration bei dem Brennpunkt in der Atmosphäre durch Verändern des Abstands der konvexen Linse 40 in Bezug auf die konkave Linse 38 erzeugt. Der Aktuator 42 ist eingerichtet, die Aberration in der Atmosphäre so zu erzeugen, dass die Aberration des Brennpunkts in dem Werkstück null ist. Es kann daher eine ausgezeichnete Bearbeitung im Inneren des Werkstücks ausgeführt werden.
Im Übrigen wurde die Beschreibung über das Ausbilden einer modifizierten Schicht im Inneren des Wafers 70 in Bezug auf ein Beispiel angefertigt, bei dem die obere Fläche 70a des Wafers 70 nach oben gerichtet ist und der gepulste Laserstrahl LB von der oberen Fläche 70a des Wafers 70 aus aufgebracht wird. Jedoch kann die untere Fläche 70b des Wafers 70 nach oben gerichtet sein, und der gepulste Laserstrahl LB kann von der unteren Fläche 70b auf den Wafer 70 aufgebracht werden. In dem Fall, in dem die untere Fläche 70b des Wafers 70 nach oben gerichtet ist und der gepulste Laserstrahl LB von der unteren Fläche 70b auf den Wafer 70 aufgebracht wird, nimmt eine Abbildungseinheit mit einer Infrarotkamera die geplanten Trennlinien 72 der oberen Fläche 70a durch die untere Fläche 70b des Wafers 70 auf und ein Positionieren (Ausrichtung) wird zwischen einer geplanten Trennlinie 72 und dem Kondensor 34 ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und sämtliche Änderungen und Abwandlungen, die in den äquivalenten Schutzbereich der Ansprüche fallen, sind folglich durch die Erfindung einbezogen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3408805 [0003]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung, die aufweist: einen Spanntisch, der eingerichtet ist, ein Werkstück zu halten; eine Laserbestrahlungseinheit, die eingerichtet ist, durch Positionieren eines Brennpunkts eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, die durch das durch den Spanntisch gehaltene Werkstück übertragbar ist, im Inneren des Werkstücks und Bestrahlen des Werkstücks mit dem Laserstrahl eine Bearbeitung auszuführen; und eine Bearbeitungszuführeinheit, die eingerichtet ist, eine Bearbeitungszuführung des Spanntischs und der Laserbestrahlungseinheit relativ zueinander auszuführen; wobei die Laserbestrahlungseinheit einen Laseroszillator, der eingerichtet ist, den Laserstrahl zu oszillieren, und einen Kondensor aufweist, der eingerichtet ist, den durch den Laseroszillator oszillierten Laserstrahl zu bündeln; wobei der Kondensor eine konkave Linse, eine konvexe Linse, die in einem vorbestimmten Abstand von der konkaven Linse und bei einer Position angeordnet ist, sodass eine Aberration des Brennpunkts in einer Atmosphäre null ist, und einen Aktuator aufweist, der eingerichtet ist, eine Aberration bei dem Brennpunkt in der Atmosphäre durch Verändern eines Abstands der konvexen Linse in Bezug auf die konkave Linse zu erzeugen; wobei der Aktuator die Aberration in der Atmosphäre so erzeugt, dass die Aberration des Brennpunkts im Inneren des Werkstücks null ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Aktuator durch ein piezoelektrisches Element ausgebildet ist.