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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers für eine optische Einrichtung (engl.: optical device wafer), bei dem eine Schicht einer optischen Einrichtung (engl.: optical device layer) umfassend eine n-leitende Galliumnitrid-Halbleiterschicht und eine p-leitende Galliumntrid-Halbleiterschicht oder dergleichen über eine Oberfläche eines Saphirsubstrats geschichtet ist, wobei eine Pufferschicht dazwischen angeordnet ist, um das Saphirsubstrat von dem Wafer der optischen Einrichtung abzuziehen.
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Stand der Technik
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Bei einem Herstellverfahren einer optischen Einrichtung wird ein Wafer einer optischen Einrichtung durch Ausbilden von optischen Einrichtungen, wie beispielsweise Leuchtdioden (LED), Laserdioden, etc., an einer Vielzahl an Bereichen, die von einer Vielzahl an Straßen abgegrenzt werden, die in einem Rastermuster an einer Schicht einer optischen Einrichtung ausgebildet sind, die eine n-leitende Halbleiterschicht und eine p-leitende Halbleiterschicht umfasst und die über eine Oberfläche eines im Wesentlichen kreisförmigen diskförmigen Saphirsubstrats geschichtet ist, wobei eine Pufferschicht dazwischen angeordnet ist, ausgebildet. Im Folgenden wird der Wafer der optischen Einrichtung entlang der Straßen getrennt, um dadurch die individuellen optischen Einrichtungen herzustellen (siehe beispielsweise das veröffentlichte
japanische Patent Hei 10-305420 ).
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Zusätzlich wird als Technologie zum Verbessern eines Kühleffektes bei optischen Einrichtungen und der Leuchtkraft der optischen Einrichtungen ein Herstellverfahren, das Abhebeverfahren (engl.: lift-off process) genannt wird, in der
JP-T-2004-72052 offenbart. Bei dem offenbarten Verfahren wird ein Transfersubstrat aus Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Silikon (Si) oder dergleichen mit einem Saphirsubstrat verbunden, welches über eine Oberfläche eines Saphirsubstrats, das einen Wafer einer optischen Einrichtung ausbildet, mit einer dazwischen angeordneten Pufferschicht geschichtet wird und das eine n-leitende Halbleiterschicht und eine p-leitende Halbleiterschicht umfasst, wobei eine Verbindungsmetallschicht (engl.: joint metal layer) aus Gold (Au), Platin (Pt), Chrom (Cr), Indium (In), Palladium (Pd) oder dergleichen dazwischen angeordnet ist. Anschließend wird die Pufferschicht mit einem Laserstrahl von der Rückseite des Saphirsubstrats aus bestrahlt, um dadurch das Saphirsubstrat abzuschälen bzw. zu pellen. Auf diese Weise wird die Schicht der optischen Einrichtung auf das Transfersubstrat übertragen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In diesem Zusammenhang, da die Pufferschicht ungefähr 1 μm dünn ist und aus derselben Art von Halbleitern wie dem, der die Schicht der optischen Einrichtung ausbildet, umfassend die n-leitende Halbleiterschicht und die p-leitende Halbleiterschicht, ausgebildet ist, ist es schwierig lediglich die Pufferschicht durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl zu brechen. Zusätzlich, da die Pufferschicht nach dem Abziehen des Saphirsubstrats eine Oberflächenrauigkeit von nicht weniger als 250 nm aufweist, kann es notwendig sein, die Oberfläche der Pufferschicht zu polieren. Abgesehen davon gibt es ein Problem, dass, wenn das Metallsubstrat an der Pufferschichtseite angeordnet wird, eine Wölbung (engl.: warpage) bei der folgenden Gesamtmontage erzeugt werden kann, was es erschwert den Kondensierpunkt (engl.: condensing point) des Laserstrahls genau an der Pufferschicht zu positionieren.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers einer optischen Einrichtung zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Transfersubstrat mit einer Schicht einer optischen Einrichtung, die über eine Oberfläche eines Saphirsubstrats geschichtet ist, das einen Wafer einer optischen Einrichtung mit einer dazwischen angeordneten Pufferschicht bildet, verbunden wird und bei dem anschließend die Pufferschicht mit einem Laserstrahl von der Rückseite des Saphirsubstrats aus bestrahlt wird, wobei die Pufferschicht sicher gebrochen werden kann, ohne dass die Schicht der optischen Einrichtung gebrochen wird und das Saphirsubstrat zuverlässig abgezogen werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers einer optischen Einrichtung zur Verfügung gestellt, bei dem eine Schicht einer optischen Einrichtung umfassend eine n-leitende Halbleiterschicht und ein p-leitende Halbleiterschicht über eine Oberfläche eines Saphirsubstrats geschichtet (engl.: stacked) wird, wobei eine Pufferschicht dazwischen angeordnet ist, um das Saphirsubstrat abzuziehen. Das Verfahren umfasst einen Transfersubstratverbindungsschritt, bei dem ein Transfersubstrat mit einer Oberfläche der Schicht der optischen Einrichtung verbunden wird, einen Pufferschichtbrechschritt, bei dem die Pufferschicht durch Bestrahlung mit einem gepulsten Laserstrahl ausgehend von der Saphirsubstratseite des Wafers der optischen Einrichtung gebrochen wird, wobei das Transfersubstrat mit der Oberfläche der Schicht der optischen Einrichtung verbunden ist, und einen Saphirsubstratabziehschritt, bei dem das Saphirsubstrat von dem Wafer der optischen Einrichtung abgezogen wird, wobei die Pufferschicht gebrochen ist, um die Schicht der optischen Einrichtung auf das Transfersubstrat zu übertragen. Der gepulste Laserstrahl zum Bestrahlen weist bei dem Pufferschichtbrechschritt eine Wellenlänge auf, die eingestellt ist, um länger zu sein als eine Absorptionskante (engl.: absorption edge) des Saphirsubstrats und um kürzer zu sein als eine Absorptionskante der Pufferschicht und eine Pulsweite, die eingestellt ist, sodass eine thermische Diffusionslänge nicht mehr als 200 nm beträgt.
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Die Pufferschicht wird bevorzugt aus Galliumnitrid (GaN) ausgebildet und die Pulsweite des gepulsten Laserstrahls zur Bestrahlung bei dem Pufferschrittbrechschritt ist bevorzugt auf nicht mehr als 200 ps, bevorzugter nicht mehr als 100 ps eingestellt. Zusätzlich wird die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls zur Bestrahlung bei dem Pufferschichtbrechschritt bevorzugt in dem Bereich von 150 bis 355 nm, bevorzugter 150 bis 250 nm eingestellt.
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Bei dem Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls zur Bestrahlung bei dem Pufferschichtbrechschritt eingestellt, um länger zu sein als die Absorptionskante des Saphirsubstrats und um kürzer zu sein als die Absorptionskante der Pufferschicht und eine Pulsweite ist eingestellt, sodass die thermische Diffusionslänge nicht mehr als 200 nm beträgt. Dies stellt sicher, dass die Energie des gepulsten Laserstrahls in der Pufferschicht verbraucht wird und die Schicht der optischen Einrichtung nicht beschädigt wird. Zusätzlich, da die thermische Diffusionslänge 200 nm gleich ist oder weniger als 200 nm beträgt, wird die Energie des gepulsten Laserstrahls entlang der Grenzoberfläche zu dem Saphirsubstrat in dem Bereich der thermischen Diffusionslänge absorbiert; demgemäß, sogar falls die Energieverteilung eine Gauß-Verteilung ist, kann eine äquivalente Bearbeitung zu der in dem Fall einer Zylinderform (engl.: top-hat shape) erhalten werden. Ferner, da die thermische Diffusionslänge 200 nm oder weniger beträgt, wird der gepulste Laserstrahl unverzüglich beim Erreichen der Pufferschicht in dem Bereich der thermischen Diffusionslänge absorbiert. Daher kann nur die Pufferschicht sicher gebrochen werden, sogar falls das Saphirsubstrat gewölbt ist und der Kondensierpunkt (engl.: condensing point) des gepulsten Laserstrahls dadurch von der Pufferschicht abgelenkt wird. Im Übrigen ist die Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht nach dem Abziehen des Saphirsubstrats bei einem zulässigen Niveau von 100 nm oder weniger, sodass es keine Notwendigkeit für eine Nachbearbeitung wie Polieren oder dergleichen gibt.
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art der Umsetzung von diesen werden besser durch das Studium der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüchen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, ersichtlich.
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KURZE BESCHREIUBNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist eine perspektivische Ansicht eines Wafers für eine optische Einrichtung, der mittels des Bearbeitungsverfahrens eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu bearbeiten ist;
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1B ist eine Schnittansicht, die auf vergrößerte Weise einen wesentlichen Abschnitt des Wafers der optischen Einrichtung zeigt;
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2A und 2B zeigen einen Transfersubstratverbindungsschritt bei dem Verfahren des Bearbeitens eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt einen Transfersubstratanhaftschritt bei dem Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils einer Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung zum Durchführen eines Pufferschichtbrechschritts bei dem Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5A bis 5C zeigen einen Pufferschichtbrechschritt bei dem Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt einen Saphirsubstratabziehschritt bei dem Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7 ist ein Graph, der Lichtdurchlässigkeitskurven von Saphir und Galliumnitrid (GaN) zeigt; und
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8 zeigt Daten, die die Beziehung zwischen der thermischen Diffusionslänge und der Pulsweite bei Galliumnitrid (GaN) zeigen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens zum Bearbeiten eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1A und 1B zeigen eine perspektivische Ansicht eines Wafers einer optischen Einrichtung, der mit dem Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers einer optischen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu bearbeiten ist und eine Schnittansicht, die in vergrößerter Darstellung, einen wesentlichen Abschnitt des Wafers der optischen Einrichtung zeigt. Der Wafer der optischen Einrichtung 2, der in 1A gezeigt ist, weist eine Struktur auf, bei welcher eine Schicht 21 einer optischen Einrichtung, die aus einer n-leitenden Galliumnitrid-Halbleiterschicht 211 und einer p-leitenden Galliumnitrid-Halbleiterschicht 212 gebildet wird, die durch einen eptiaxialen Wachstumsprozess über einer Oberfläche 20a mit einem im Wesentlichen diskförmigen Saphirsubstrat 20 gebildet wird. Im Übrigen wird durch Schichten der Schicht 21 der optischen Einrichtung umfassend die n-leitende Galliumnitrid-Halbleiterschicht 211 und die p-leitende Galliumnitrid-Halbleiterschicht 212 auf die Oberfläche des Saphirsubstrats 20 durch den epitaxialen Wachstumsprozess eine Pufferschicht 22 zwischen der Oberfläche 20a des Saphirsubstrats 20 und der n-leitenden Galliumnitrid-Halbleiterschicht 211, die die Schicht 21 der optischen Einrichtung ausbildet, gebildet. Im Übrigen ist die Schicht 21 der optischen Einrichtung nicht auf eine Schicht aus Galliumnitrid (GaN) beschränkt, sondern kann aus GaP, GaInP, GaInAs, GaInAsP, InP, InN, InAs, AlN, AlGaAs oder dergleichen gebildet werden. Zusätzlich ist die Pufferschicht 22 aus derselben Art von Halbleiter wie dem, der die Schicht der optischen Einrichtung ausbildet, ausgebildet. Der Wafer 2 der optischen Einrichtung der so ausgebildet ist, weist in der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform eine Struktur auf, bei der das Saphirsubstrat 20 einen Durchmesser von 50 mm und eine Dicke von 600 μm, die Pufferschicht 22 eine Dicke von 1 μm und die Schicht 21 der optischen Einrichtung eine Dicke von 10 μm aufweist. Im Übrigen, wie in 1A gezeigt, weist die Schicht 21 der optischen Einrichtung optische Einrichtungen 24, die an einer Vielzahl an Bereichen ausgebildet sind, die durch eine Vielzahl an Straßen 23, die in einem Rastermuster ausgebildet sind, abgetrennt werden, auf.
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Um das Saphirsubstrat 20 des Wafers 2 der optischen Einrichtung von der Schicht 21 der optischen Einrichtung abzuziehen und die Schicht 21 der optischen Einrichtung auf ein Transfersubstrat, wie oben erwähnt, zu übertragen, wird ein Transfersubstratverbindungsschritt, bei dem das Transfersubstrat mit der Oberfläche 21a der Schicht der optischen Einrichtung 21 verbunden wird, durchgeführt. Speziell wird, wie in 2A und 2B gezeigt, das Transfersubstrat 3 umfassend ein Kupfersubstrat durch eine Verbindungsmetallschicht 4, die aus Goldzinn gebildet ist, mit der Oberfläche 21a der Schicht 21 der optischen Einrichtung, die über der Oberfläche 20a des Saphirsubstrats 20, das den Wafer 2 der optischen Einrichtung ausbildet, ausgebildet ist, verbunden. Der Transfersubstratverbindungsschritt wird wie folgt ausgeführt. Das Verbindungsmetall (engl.: joint metal) wird auf die Oberfläche 21a der Schicht 21 der optischen Einrichtung, die auf der Oberfläche 20a des Saphirsubstrats 20 ausgebildet ist oder auf die Oberfläche 3a des Transfersubstrats 3 aufgedampft, um die Verbindungsmetallschicht 4 auszubilden, die eine Dicke von ungefähr 3 μm aufweist. Die Verbindungsmetallschicht 4 liegt der Oberfläche 3a des Transfersubstrats 3 oder der Oberfläche 21a der Schicht 21 der optischen Einrichtung gegenüber, gefolgt von Kontaktbonden, wodurch die Oberfläche 3a des Transfersubstrats 3 durch die Verbindungsmetallschicht 4 mit der Oberfläche 21a der Schicht 21 der optischen Einrichtung, die den Wafer 2 der optischen Einrichtung bildet, verbunden werden kann. Im Übrigen ist das Transfersubstrat 3 eingestellt, um einen Durchmesser von 50 mm und eine Dicke von 1 mm aufzuweisen.
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Nachdem der oben erwähnte Transfersubstratverbindungsschritt durchgeführt wurde, wird ein Transfersubstratanhaftschritt durchgeführt, bei dem das Transfersubstrat 3, das das Kupfersubstrat umfasst und mit der Oberfläche 21a der Schicht 21 der optischen Einrichtung verbunden wird, die über der Oberfläche 20a des Saphirsubstrats 20 ausgebildet ist, die den Wafer 2 der optischen Einrichtung ausbildet, an eine Oberfläche eines drucksensitiven Hafttapes angeklebt wird, das an einem ringförmigen Rahmen angeordnet ist. Im Speziellen wird, wie in 3 gezeigt, die Rückseite 3b des Transfersubstrats 3, die mit der Oberfläche 21a der Schicht 21 der optischen Einrichtung verbunden ist, die den Wafer 2 der optischen Einrichtung ausbildet, an eine Oberfläche des drucksensitiven Hafttapes T mit einer Lage aus Kunstharz, wie beispielsweise Polyolefin angeklebt bzw. angehaftet und an dem ringförmigen Rahmen F angeordnet. Demgemäß ist von dem Wafer 2 der optischen Einrichtung mit dem das Transfersubstrat 3 verbunden ist, das an der Oberfläche des drucksensitiven Hafttapes T anklebt, das Saphirsubstrat 20 an der Oberseite angeordnet.
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Nachdem der oben erwähnte Transfersubstratanhaftschritt durchgeführt wurde, wird ein Pufferschichtbrechschritt durchgeführt, bei dem die Pufferschicht 22 durch Bestrahlen mit einem gepulsten Laserstrahl von der Seite des Saphirsubstrats 20 des Wafers 2 der optischen Einrichtung gebrochen wird, wobei die Transferschicht 3 an der Oberfläche der Schicht 21 der optischen Einrichtung anhaftet. Der Pufferschichtbrechschritt wird, in der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform, durch Verwenden einer Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung 5, die in 4 gezeigt ist, durchgeführt. Die Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung 5 umfasst einen Spanntisch 51 zum Halten eines Werkstücks und eine Laserstrahlbestrahlungseinrichtung 52 zum Bestrahlen des Werkstücks, das auf dem Spanntisch 51 gehalten wird, mit einem gepulsten Laserstrahl.
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Der Spanntisch 51 hält das Werkstück auf einer Halteoberfläche (welches eine obere Fläche ist) davon mittels Unterdruck. Der Spanntisch 51 führt eine Zuführbewegung in der Richtung des Pfeils X in 4 durch eine Bearbeitungszuführeinrichtung (nicht gezeigt) durch und führt eine Injizierbewegung in der Richtung des Pfeils Y in 4 durch eine Injizierzuführeinrichtung (nicht gezeigt) aus.
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Die Laserstrahlbestrahlungseinrichtung 52 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 521, das im Wesentlichen horizontal angeordnet ist. In dem Gehäuse 521 ist eine Oszilliereinrichtung für einen gepulsten Laserstrahl untergebracht, die einen Oszillator für einen gepulsten Laserstrahl und eine Wiederholungsfrequenzeinstelleinrichtung, die beide nicht gezeigt sind, aufweist. Ein Kondensor (engl.: condenser) 522 zum Kondensieren eines gepulsten Laserstrahls, der mit der Oszilliereinrichtung für den gepulsten Laserstrahl oszilliert wurde, ist an einem vorderen Abschnitt des Gehäuses 521 angeordnet.
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Der Pufferschichtbrechschritt, der durch Verwendung der Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung 5, wie oben erwähnt, durchgeführt wurde, wird unter Bezugnahme auf 4 und 5A bis 5C beschrieben. Um den Pufferschichtbrechschritt durchzuführen, wird zunächst, wie in 4 gezeigt, das drucksensitive Hafttape, an welchem das Transfersubstrat 3, das mit dem Wafer 2 der optischen Einrichtung verbunden ist, wie oben erwähnt, anhaftet, in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Spanntisches 51 der Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung gebracht. Anschließend wird eine Ansaugeinrichtung (nicht gezeigt) betrieben, um den Wafer 2 der optischen Einrichtung auf dem Spanntisch 51 mittels Unterdruck zu halten. Demgemäß ist von dem Wafer 2 der optischen Einrichtung, der auf dem Spanntisch 51 gehalten wird, die Rückseite 20b des Saphirsubstrats 20 an der Oberseite angeordnet. Im Übrigen wird, während der ringförmige Rahmen F, an welchem das drucksensitive Hafttape T anhaftet, in 4 nicht dargestellt ist, der ringförmige Rahmen F durch eine geeignete Rahmenhalteeinrichtung gehalten, die an dem Spanntisch 51 angeordnet ist.
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Nachdem der Wafer 2 der optischen Einrichtung mit dem das Übertragungssubstrat 3 verbunden wurde, an dem Spanntisch 51 durch Unterdruck, wie oben erwähnt, gehalten wird, wird der Spanntisch 51 in einen Laserstrahlbestrahlungsbereich bewegt, in welchem der Kondensor 522 der Laserstrahlbestrahlungseinrichtung 52 angeordnet ist, wie in 5A gezeigt und ein Ende (das linke Ende in 5A) des Saphirsubstrats 20 wird direkt unter dem Kondensor 522 der Laserstrahlbestrahlungseinrichtung 52 angeordnet. Als nächstes wird der Kondensierpunkt P (engl.: condensing point) des gepulsten Laserstrahls, der von dem Kondensor 522 abgestrahlt wird, auf die Pufferschicht 22 eingestellt, wie in 5B gezeigt. Anschließend, während der gepulste Laserstrahl von dem Kondensor 522 durch Betreiben der Laserstrahlbestrahlungseinrichtung 52 abgestrahlt wird, wird der Spanntisch 51 mit einer vorgegebenen Bearbeitungszuführgeschwindigkeit in einer Bearbeitungszuführrichtung, die mit dem Pfeil X in 5A bezeichnet ist, bewegt. Wenn das andere Ende (das rechte Ende in 5C) des Saphirsubstrats 20 an der Bestrahlungsposition des Kondensors 522 der Laserstrahlbestrahlungseinrichtung 52, wie in 5C gezeigt, angekommen ist, wird die Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl angehalten und die Bewegung des Spanntischs 51 wird angehalten (Pufferschichtbrechschritt). Dieser Pufferschichtbrechschritt wird an dem gesamten Oberflächenbereich der Pufferschicht 22 angewendet. Als ein Ergebnis wird die Pufferschicht 22 gebrochen und die Funktion des Bondens des Saphirsubstrats 20 und der Schicht 21 der optischen Einrichtung durch die Pufferschicht 22 geht verloren.
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Die Bearbeitungsbedingungen bei dem oben erwähnten Pufferschichtbrechschritt werden beispielsweise wie folgt eingestellt.
Lichtquelle: YAG-Laser
Wellenlänge: 257 nm
Wiederholungsfrequenz: 50 kHz
Mittlere Leistung: 0,12 W
Pulsweite: 100 ps
Spotdurchmesser: φ70 μm
Defokussieren (engl.: defocus): 1,0 mm (der Kondensor wird um 1 mm in Richtung des Saphirsubstrats in dem Zustand bewegt, in dem der Laserstrahl an der Oberfläche des Saphirsubstrats angeordnet ist)
Bearbeitungszuführgeschwindigkeit: 600 mm/s
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Wenn der Pufferschichtbrechschritt bei den oben erwähnten Bearbeitungszuständen durchgeführt wird, weist der gepulste Laserstrahl mit einem Spotdurchmesser von φ70 μm einen Spotabstand von 12 μm und eine Spotüberlappungsrate von 83% beim Bestrahlen der Schicht 21 der optischen Einrichtung damit auf. Im Übrigen kann, während bei einem Beispiel, bei dem der Spanntisch 51 den durch Unterdruck gehaltenen Wafer 2 der optischen Einrichtung mit dem damit verbundenen Transfersubstrat 3 geradlinig in der Bearbeitungszuführrichtung bewegt wird, während der gepulste Laserstrahl von dem Kondensor 522 durch Betreiben der Laserstrahl-Bestrahlungseinrichtung 52 abgestrahlt wird, die in dem oben erwähnten Pufferschichtbrechschritt gezeigt wurde, der Spanntisch 51 in der Zuführrichtung oder der Indizierzuführrichtung bewegt werden, während er rotiert wird, sodass die Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl ein spiralenförmiges Muster einnimmt.
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Nachdem der oben erwähnte Pufferschichtbrechschritt durchgeführt wurde, wird ein Saphirsubstratabziehschritt durchgeführt, bei dem das Saphirsubstrat 20 von der Schicht 21 der optischen Einrichtung abgezogen wird. Insbesondere, da in dem Pufferschrittbrechschritt die Pufferschicht 22, die das Saphirsubstrat 20 und die Schicht 21 der optischen Einrichtung aneinander bondet, gebrochen wurde und ihre Funktion verloren hat, kann das Saphirsubstrat 20 leicht von der Schicht 21 der optischen Einrichtung abgezogen werden, wie in 6 gezeigt.
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Nun wird die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls zum Bestrahlen bei dem oben erwähnten Pufferschrittbrechschritt beschrieben. Es ist wichtig für die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls zum Bestrahlen bei dem Pufferschrittbrechschritt, dass sie länger als eine Absorptionskante des Saphirsubstrats und kürzer als eine Absorptionskante der Pufferschicht eingestellt ist. In anderen Worten ist es bei der Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls zur Bestrahlung bei dem Pufferschrittbrechschritt notwendig, dass sie derart ist, dass der Laserstrahl durch das Saphirsubstrat übertragen wird, um die Pufferschicht zu erreichen und um von der Pufferschicht absorbiert zu werden, wodurch die Pufferschicht gebrochen werden kann. 7 zeigt einen Graph, der Lichtübertragungskurven von Saphir und Galliumnitrid (GaN) zeigt. In 7 befindet sich eine Wellenlänge (nm) auf der Abszisse und eine Lichtdurchlässigkeit (%) auf der Ordinate. Wie in 7 gezeigt, beträgt die Absorptionskante von Saphir 150 nm und die Absorptionskante von Galliumnitrid (GaN) beträgt 355 nm. Dort wo die Pufferschicht aus Galliumnitrid (GaN) ausgebildet ist, wird daher die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls zum Bestrahlen damit bei dem Pufferschichtbrechschritt bevorzugt in dem Bereich von 150 bis 355 nm und bevorzugter in dem Bereich von 150 bis 250 nm eingestellt, in welchem die Lichtdurchlässigkeit (%) von Galliumnitrid (GaN) gering ist. Im Übrigen können die Absorptionskanten von anderen Substanzen, die verwendet werden können, um die Pufferschicht auszubilden: ungefähr 270 nm bei InAs; ungefähr 280 nm bei AlN; ungefähr 380 nm bei InP; und ungefähr 350 nm bei AlGaAs betragen.
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Als nächstes wird die Pulsweite des gepulsten Laserstrahls zum Bestrahlen bei dem Pufferschichtbrechschritt beschrieben. Es ist wichtig für die Pulsweite des gepulsten Laserstrahls zum Bestrahlen bei dem Pufferschichtbrechschritt, dass sie so eingestellt ist, dass die thermische Diffusionslänge nicht mehr als 200 nm beträgt. Wenn die Pulsweite eingestellt ist, sodass die thermische Diffusionslänge nicht mehr als 200 nm beträgt, wird sichergestellt, dass die Leistung/Energie des gepulsten Laserstrahls in der Pufferschicht verbraucht wird und die Schicht der optischen Einrichtung nicht beschädigt. In anderen Worten, wenn die Pulsweite so eingestellt ist, dass die thermische Diffusionslänge mehr als 200 nm beträgt, würde die Energie des gepulsten Laserstrahls nicht nur die Pufferschicht brechen, sondern auch die Schicht der optischen Einrichtung beschädigen. Im Übrigen stellt die kurze thermische Diffusionslänge von 200 nm oder weniger sicher, dass die Energie des gepulsten Laserstrahls entlang der Grenzoberfläche zu dem Saphirsubstrat in dem Bereich der thermischen Diffusionslänge absorbiert wird, so dass, sogar falls die Energieverteilung eine Gauß-Verteilung ist, eine äquivalente Bearbeitung zu der in dem Fall einer Zylinderform erreicht werden kann. Ferner stellt eine kurze thermische Diffusionslänge von 200 nm oder weniger sicher, dass der gepulste Laserstrahl unmittelbar beim Erreichen der Pufferschicht in dem Bereich der thermischen Diffusionslänge absorbiert wird, sodass nur die Pufferschicht sicher gebrochen werden kann, sogar falls das Saphirsubstrat gewölbt ist und der Kondensierpunkt des gepulsten Laserstrahls dadurch von der Pufferschicht abgelenkt wird. Zusätzlich befindet sich die Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht nach dem Abziehen des Saphirsubstrats auf einem zulässigen Niveau von 100 nm oder weniger und daher besteht keine Notwendigkeit für eine Nachbehandlung, wie beispielsweise Polieren.
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8 zeigt Daten, die die Beziehung zwischen der thermischen Diffusionslänge (nm) und der Pulsweite (ps) bei Galliumnitrid (GaN) darstellen. Wie in 8 gezeigt, wird es in dem Fall, in dem die Pufferschicht aus Galliumnitrid (GaN) ausgebildet ist, um eine thermische Diffusionslänge von nicht mehr als 200 nm zu erhalten, bevorzugt die Pulsweite des gepulsten Laserstrahls einzustellen, um nicht mehr als 200 ps und noch bevorzugter, um nicht mehr als 100 ps zu betragen, welches eine weiter reduzierte thermische Diffusionslänge (nm) bietet. Im Übrigen betragen die Pulsweiten zum Erreichen einer thermischen Diffusionslänge von nicht mehr als 200 nm in dem Fällen von anderen Substanzen, die verwendet werden können, um die Pufferschicht auszubilden: 150 ps bei GaP; 250 ps bei InP; 500 ps bei InAs; 50 ps bei AlN; und 150 ps bei AlGaAs.
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Nun werden experimentelle Ergebnisse, die von den Erfindern erhalten wurden, im Folgenden beschrieben.
- (1) Wenn die Pufferschicht mit einem gepulsten Laserstrahl bestrahlt wird, der eine Wellenlänge von mehr als 355 nm aufweist, welches die Absorptionskante von Galliumnitrid (GaN) ist, wird der gepulste Laserstrahl durch die Pufferschicht übertragen, um die Schicht der optischen Einrichtung zu beschädigen und erfährt einen erhöhten Energieverlust.
- (2) Wenn die Pufferschicht mit dem gepulsten Laserstrahl bestrahlt wird, der eine kürzere Wellenlänge als 150 nm aufweist, welches die Absorptionskante des Saphirsubstrats ist, wird die Energie des gepulsten Laserstrahls von dem Saphirsubstrat absorbiert, wodurch das Saphirsubstrat beschädigt wird, und die Energie des gepulsten Laserstrahls, die die Pufferschicht erreicht, geht zu einem größeren Teil verloren.
- (3) Wenn die Pufferschicht mit einem gepulsten Laserstrahl mit einer Wellenlänge (250 nm), die dem höchsten Absorptionsgrad von Galliumnitrid (GaN) entspricht, bestrahlt wird, ist die Bearbeitungseffizienz gut und die Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht beträgt nicht mehr als 50 nm.
- (4) Wenn das Bestrahlen mit dem gepulsten Laserstrahl mit einer Pulsweite, die auf 1 ns eingestellt ist, durchgeführt wird, kann die Pufferschicht sicher gebrochen werden, jedoch würden sich Risse bis zu der Schicht der optischen Einrichtung erstrecken, wodurch die optischen Einrichtungen beschädigt würden.
- (5) Wenn die Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl mit einer Pulsweite durchgeführt wird, die auf 500 ps eingestellt ist, kann die Pufferschicht zuverlässig gebrochen werden, jedoch würde die Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht 500 nm betragen, was die Entfernung der Rauigkeit durch Polieren erfordern würde. Im Übrigen würden sich einige Risse zu der Schicht der optischen Einrichtung erstrecken, wodurch die optischen Einrichtungen beschädigt würden.
- (6) Wenn das Bestrahlen mit dem gepulsten Laserstrahl mit einer auf 300 ps eingestellten Pulsweite durchgeführt wird, kann die Pufferschicht sicher gebrochen werden, jedoch würde die Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht 300 nm betragen, was das Entfernen der Rauigkeit durch Polieren erfordern würde.
- (7) Wenn das Bestrahlen mit dem gepulsten Laserstrahl mit einer auf 200 ps eingestellten Pulsweite durchgeführt wird, kann die Pufferschicht sicher gebrochen werden. Zusätzlich beträgt die Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht 100 nm, was innerhalb des zulässigen Bereichs ist, sodass ein Polieren nicht benötigt wird.
- (8) Wenn die Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl mit einer auf 100 ps eingestellten Pulsweite durchgeführt wird, kann die Pufferschicht sicher gebrochen werden. Im Übrigen beträgt die Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht 50 nm, was innerhalb des zulässigen Bereichs ist, sodass ein Polieren überhaupt nicht benötigt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche festgelegt und alle Veränderungen und Modifizierungen, die in den Äquivalenzbereich des Schutzumfangs der Ansprüche fallen, werden daher von der Erfindung eingeschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 10-305420 [0002]
- JP 2004-72052 T [0003]
