DE102016201252A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements umfasst das Einstellen der Spitzenenergiedichte eines gepulsten Laserstrahls auf einen Wert in dem Bereich von 1 TW/cm2 bis 100 TW/cm2 und das Applizieren des gepulsten Laserstrahls auf das Einzelkristallelement, während ein Konvergenzpunkt des gespulten Laserstrahls an einer vorbestimmten Position beabstandet von der oberen Seite des Einzelkristallelements angeordnet wird, um ein feines Loch und einen amorphen Bereich, welcher das feine Loch umgibt, von der oberen Seite des Einzelkristallelements zu züchten, wodurch ein Schildtunnel in dem Einzelkristallelement ausgebildet wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements, wie eines Saphirsubstrats (Al2O3), eines Siliziumkarbidsubstrats (SiC), eines Galliumnitridsubstrats (GaN) oder dergleichen.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • In einem Herstellungsprozess für eine optische Einrichtung wird eine optische Einrichtungsschicht aus einer n-leitenden Halbleiternitridschicht und einer p-leitenden Halbleiternitridschicht auf die Fläche eines Saphirsubstrats (Al2O3), eines Siliziumkarbidsubstrats (SiC) oder eines Galliumnitridsubstrats (GaN) geschichtet, wobei optische Einrichtungen, wie lichtemittierende Dioden, Laserdioden oder dergleichen in einer Vielzahl von Bereichen, welche durch eine Vielzahl von Aufteilungslinien, die in einer Rasterform ausgebildet sind, voneinander getrennt sind, ausgebildet sind, wodurch ein optischer Einrichtungswafers hergestellt wird. Anschließend wird ein Laserstrahl auf den optischen Einrichtungswafer entlang der Aufteilungslinien appliziert, um den optischen Einrichtungswafer zu zerschneiden, wodurch die Bereiche, wo die optischen Einrichtungen ausgebildet sind, unterteilt werden, wodurch einzelne optische Einrichtungen hergestellt werden.
  • Als Verfahren zum Aufteilen von Wafern, wie den oben beschriebenen optischen Einrichtungswafern, wurde ein Laserbearbeitungsverfahren vorgeschlagen, welches einen gepulsten Laserstrahl mit einer Wellenlänge verwendet, das in Bezug auf das Werkstück permeabel ist, wobei der gepulste Laserstrahl auf das Werkstück appliziert wird während ein Konvergenzpunkt davon innerhalb einer zu unterteilenden Fläche positioniert wird. Ein Aufteilungsverfahren, welches solch ein Laserbearbeitungsverfahren verwendet, ist eine Technologie zum Aufteilen eines Wafers durch Applikation eines gepulsten Laserstrahls mit einer Wellenlänge, welche in Bezug auf den Wafer permeabel ist, von einer Fläche des Wafers, während ein Konvergenzpunkt des Laserstrahls innerhalb des Wafers positioniert wird, wodurch eine Abfolge von modifizierten Schichten ausgebildet wird, welche als Bruchstartpunkte entlang einer Aufteilungslinie innerhalb des Wafers dienen, und durch Anlegen einer externen Kraft an den Wafer entlang einer Straße, wo die Festigkeit durch die ausgebildeten modifizierten Schichten verringert ist (siehe beispielsweise japanisches Patent mit der Nr. 3408805 ).
  • Ferner wird als Verfahren zum Aufteilen eines Wafers, wie eines Halbleiterwafers, eines optischen Einrichtungswafers oder dergleichen entlang einer Aufteilungslinie eine Technologie zum Ausführen eines Schmelzverfahrens auf einem Wafer durch Bestrahlen des Wafers mit einem gepulsten Laserstrahl entlang einer Aufteilungslinie, welcher eine Wellenlänge aufweist, die durch den Wafer absorbierbar ist, wodurch laserbearbeitete Rillen ausgebildet werden, und durch Anlegen einer externen Kraft entlang der Aufteilungslinie, wo die laserbearbeiteten Rillen als Bruchstartpunkte ausgebildet wurden, wodurch der Wafer geteilt wird, verwendet (siehe beispielsweise japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 1998-305420 ).
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Jede der oben beschriebenen Bearbeitungsverfahren ist jedoch dahingehend problematisch, dass die Produktivität gering ist, da es zum Aufteilen eines optischen Einrichtungswafers aus einem Saphirsubstrat (Al2O3) oder dergleichen in einzelne Einrichtungen entlang einer Aufteilungslinie erforderlich ist, einen Laserstrahl auf dieselbe Aufteilungslinie mehrmals zu applizieren.
  • Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements in einer Art und Weise bereitzustellen, dass es möglich ist, das Einzelkristallelement effizient auf eine angestrebte Dicke laserzubearbeiten.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements bereitgestellt, umfassend das Einstellen einer Spitzenenergiedichte eines gepulsten Laserstrahls auf einen Wert in einem Bereich von 1 TW/cm2 bis 100 TW/cm2 und das Applizieren des gepulsten Laserstrahls auf das Einzelkristallelement, wobei ein Konvergenzpunkt des gepulsten Laserstrahls an einer vorbestimmten Position beabstandet von einer oberen Seite des Einzelkristallelements positioniert wird, um ein feines Loch und einen amorphen Bereich, welcher das feine Loch abschirmt, von der oberen Seite des Einzelkristallelements zu züchten, wodurch ein Schildtunnel in dem Einzelkristallelement ausgebildet wird.
  • Bevorzugt umfasst das Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements das kontinuierliche Ausbilden der Schildtunnel entlang einer Vielzahl von Aufteilungslinien, welche auf dem Einzelkristallelement ausgebildet ist, und das Aufteilen des Einzelkristallelements entlang der Aufteilungslinien mit den Schildtunneln, welche entlang dieser kontinuierlich ausgebildet sind.
  • Mit dem Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Spitzenenergiedichte eines gepulsten Laserstrahls auf einen Wert in einem Bereich von 1 TW/cm2 bis 100 TW/cm2 eingestellt, wobei der gepulste Laserstrahl auf das Einzelkristallelement appliziert wird, während ein Konvergenzpunkt davon an einer vorbestimmten Position beabstandet von einer oberen Seite des Einzelkristallelements angeordnet wird, um feine Löcher und amorphe Bereiche, welche die feinen Löcher abschirmen, in dem Einzelkristallelement von der oberen Seite des Einzelkristallelements aus zu züchten, wodurch Schildtunnel in dem Einzelkristallelement ausgebildet werden. Demnach ist es durch Anpassen der Ausgabeenergie des gepulsten Laserstrahls auf ein angemessenes Level möglich, die Schildtunnel von der oberen Seite zur unteren Seite des Einzelkristallelements mit dem gepulsten Laserstrahl, der lediglich einmal appliziert wird, auszubilden. Selbst wenn das Einzelkristallelement eine vergrößerte Dicke aufweist, muss der gepulste Laserstrahl leidglich einmalig auf das Einzelkristallelement appliziert werden, weshalb die Produktivität der Schildtunnel verbessert wird.
  • Die obere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise diese zu realisieren sowie die Erfindung selbst werden am besten durch ein Studium der folgenden Beschreibung und begleitenden Ansprüche unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, verstanden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Einrichtungswafers als ein Einzelkristallelement;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Art und Weise darstellt, mit welcher der optische Einrichtungswafer, der in 1 gezeigt ist, an einem Dicingband, das an einem Ringrahmen angebracht ist, anhaftet;
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht von wesentlichen Teilen einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die geeignet ist, einen Schildtunnelausbildungsschritt auszuführen;
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines gepulsten Laserstrahloszillationsmittels, das in der Laserbearbeitungsvorrichtung, die in 3 gezeigt ist, umfasst ist;
  • 5 ist eine Abbildung, welche die Beziehung zwischen einer numerischen Apertur (NA) einer Kollektivlinse, eines Brechungsindex (N) des optischen Einrichtungswafers und eines Werts (S = NA/N), der durch Dividieren der numerischen Apertur (NA) durch den Brechungsindex (N) erhalten wird, zeigt;
  • 6A bis 6E sind Ansichten, welche den Schildtunnelausbildungsschritt zeigen;
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Aufteilungsvorrichtung zum Aufteilen eines optischen Einrichtungswafers, in dem Schildtunnel ausgebildet wurden, in einzelne optische Einrichtungen; und
  • 8A bis 8C sind Ansichten zum Illustrieren eines Waferaufteilungsschritts, welcher durch die Aufteilungsvorrichtung, die durch 7 gezeigt ist, ausgeführt wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Ein Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Detail im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt in Perspektive einen optischen Einrichtungswafer als ein Einzelkristallelement, welcher durch das Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements gemäß der vorliegenden Erfindung zu bearbeiten ist. Wie in 1 gezeigt, weist ein optischer Einrichtungswafer 2 eine Matrix von optischen Einrichtungen 21, wie lichtemittierende Dioden, Laserdioden oder dergleichen, auf, die auf einer oberen Fläche 2a eines Saphirsubstrats (Al2O3) mit einer Dicke von 400 μm angeordnet ist. Die optischen Einrichtungen 21 sind durch Aufteilungslinien 22, die in einem Rasterschema ausgebildet sind, voneinander getrennt.
  • Das Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements, genauer gesagt das Bearbeiten des optischen Einrichtungswafers 2 als ein Einzelkristallelement, wird im Folgenden beschrieben. Als erstes wird ein Waferstützschritt ausgeführt, bei dem der optische Einrichtungswafer 2 an die Fläche eines Dicingbands angehaftet wird, welches an einem Ringrahmen angebracht ist. Genauer gesagt wird, wie in 2 gezeigt, eine Rückfläche 2b des optischen Einrichtungswafers 2 an der Fläche eines Dicingbands 30 angehaftet, dessen äußerer Umfangsabschnitt an einem Ringrahmen 3 in abdeckendem Verhältnis zu einer inneren Öffnung des Rahmens 3 angebracht ist. Der optische Einrichtungswafers 2, der an der oberen Fläche des Dicingbands 30 angebracht ist, hat dessen obere Fläche 2a nach oben ausgerichtet.
  • 3 zeigt perspektivisch wesentliche Teile einer Laserbearbeitungsvorrichtung, welche den optischen Einrichtungswafer 2 entlang von Aufteilungslinien 22 laserbearbeitet, auf dem der oben beschriebene Waferstützschritt ausgeführt wurde. 4 zeigt in Blockform ein gepulstes Laserstrahloszillationsmittel, welches in der Laserbearbeitungsvorrichtung, die in 3 gezeigt ist, umfasst ist. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 4, die in 3 gezeigt ist, weist einen Spanntisch 41, welcher ein Werkstück hält, ein Laserstrahlapplikationsmittel 42, welches einen Laserstrahl auf ein Werkstück, das auf dem Spanntisch 41 gehalten wird, appliziert, und ein Bilderfassungsmittel 43 auf, welches ein Abbild des Werkstücks erfasst, das auf dem Spanntisch 41 gehalten wird. Der Spanntisch 41, der eingerichtet ist, das Werkstück unter Saugen zu halten, ist entlang einer Zuführrichtung, die durch einen Pfeil X in 3 gezeigt ist, durch ein nicht dargestelltes Zuführmittel und entlang einer Verstellrichtung, die durch einen Pfeil Y in 3 gezeigt ist, durch ein nicht dargestelltes Verstellmittel bewegbar.
  • Das Laserstrahlapplikationsmittel 42 umfasst ein Gehäuse 421 mit einer hohlen Zylinderform, welches sich im Wesentlichen horizontal erstreckt. Wie in 4 gezeigt, weist das Laserstrahlapplikationsmittel 42 ein gepulstes Laserstrahloszillationsmittel 422, welches in dem Gehäuse 421 angeordnet ist, ein Ausgabeenergieanpassungsmittel 423 zum Anpassen der Ausgabeenergie eines gepulsten Laserstrahls, der von dem gepulsten Laserstrahloszillationsmittel 422 emittiert wird, und eine Kollektivlinse (Kondensor) 424 zum Konvergieren des gepulsten Laserstrahls, dessen Ausgabeenergie durch das Ausgabeenergieanpassungsmittel 423 angepasst wurde, und Applizieren des konvergierten gepulsten Laserstrahls auf den optischen Einrichtungswafer 2 auf, der als Werkstück auf einer Haltefläche gehalten wird, welche als die obere Fläche des Spanntischs 41 vorgesehen ist. Das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 422 umfasst einen gepulsten Laseroszillator 422a, ein Wiederholfrequenzeinstellmittel 422b zum Einstellen einer Wiederholfrequenz des gepulsten Laserstrahls, der durch den gepulsten Laseroszillator 422a in Schwingung versetzt wurde, und ein Pulsbreiteneinstellmittel 422c zum Einstellen einer Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls, welcher durch den gepulsten Laseroszillator 422a in Schwingung versetzt wurde. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform versetzt das so ausgestaltete gepulste Laserstrahloszillationsmittel 422 einen gepulsten Laserstrahl LB mit einer Wellenlänge von 1030 nm in Schwingung. Das gepulsten Laserstrahloszillationsmittel 422 und das Ausgabeenergieanpassungsmittel 423 werden durch ein nicht gezeigtes Steuermittel gesteuert.
  • Die Kollektiveinheit 424 weist einen Richtungsänderungsspiegel 424a zum Verändern der Richtung des gepulsten Laserstrahls LB nach unten, welcher durch das gepulste Laserstrahloszillationsmittel 422 in Schwingung versetzt wurde und dessen Ausgabeenergie durch das Ausgabeenergieanpassungsmittel 423 angepasst wurde, und eine Kollektivlinse 424b zum Konvergieren des gepulsten Laserstrahls, dessen Richtung durch den Richtungsänderungsspiegel 424a verändert wurde, und zum Applizieren des konvergierten gepulsten Laserstrahls LB auf das Werkstück W auf, welches auf der Haltefläche als die obere Fläche des Spanntischs 41 gehalten wird. Der vorliegende Erfinder hat bestätigt, dass ein Schildtunnel insoweit ausgebildet wird, als ein Wert, der durch Dividieren der numerischen Apertur (NA) der Kollektivlinse 424b der Kollektiveinheit 424 durch den Brechungsindex (N) des Einzelkristallelements erhalten wird, im Bereich von 0,05 bis 0,4 liegt. Die Beziehung zwischen der numerischen Apertur (NA), dem Brechungsindex (N) und dem Wert (S = NA/N), der durch Dividieren der numerischen Apertur (NA) durch den Brechungsindex (N) erhalten wird, wird im Folgenden durch Bezugnahme auf 5 beschrieben. In 5 wird der gepulste Laserstrahl LB, der auf die Kollektivlinse 424b appliziert wird, unter einem Winkel (α) in Bezug auf die optische Achse konvergiert. Zu dieser Zeit stellt sinα die numerische Apertur (NA) der Kollektivlinse 424b (NA = sinα) dar.
  • Wenn der gepulste Laserstrahl LB, der durch die Kollektivlinse 424b konvergiert wurde, auf den optischen Einrichtungswafers 2 als das Einzelkristallelement appliziert wird, wird der gepulste Laserstrahl LB von Winkel (α) zu einem Winkel (β) gebrochen, da das Einzelkristallelement in Form des optischen Einrichtungswafers 2 eine höhere Dichte als Luft aufweist. Dabei variiert der Winkel (β) in Bezug auf die optische Achse in Abhängigkeit des Brechungsindex (N) des Einzelkristallelements als der optische Einrichtungswafer 2. Da der Brechungsindex (N) ausgedrückt wird als (N = sinα/sinβ), wird der Wert (S = NA/N), der durch Dividieren der numerischen Apertur (NA) durch den Brechungsindex (N) des Einzelkristallelements erhalten wird, abgebildet durch sinβ. Es wurde experimentell bestätigt, dass ein guter Schildtunnel ausgebildet wird, indem sinβ in dem Bereich von 0,05 bis 0,4 (0,05 ≤ sinβ ≤ 0,4) festgelegt wird, und dass kein guter Schildtunnel ausgebildet wird, wenn sinβ außerhalb dieses Bereichs fällt, obwohl die Spitzenenergiedichte in deren angestrebten Bereich liegt, welcher später beschrieben wird. Das Laserstrahlapplikationsmittel 42 umfasst ein Konvergenzpunktpositionsanpassungsmittel (nicht gezeigt) zum Anpassen der Position des Konvergenzpunkts des gepulsten Laserstrahls LB, welcher durch die Kollektivlinse 424b der Kollektiveinheit 424 konvergiert wird.
  • Das Bilderfassungsmittel 43, welches an einem Distalendabschnitt des Gehäuses 421 des Laserstrahlapplikationsmittels 42 angebracht ist, umfasst zusätzlich zu einer herkömmlichen Bilderfassungseinheit (CCD), welche ein Bild mit einem sichtbaren Strahl erfasst, ein Infrarotstrahlapplikationsmittel zum Applizieren von Infrarotstrahlung auf das Werkstück, ein optisches System zum Erfassen der Infrarotstrahlung, welche durch das Infrarotstrahlapplikationsmittel appliziert wurde, und eine Bilderfassungseinrichtung (Infrarot-CCD) zum Ausgeben eines elektrischen Signals, welches mit der Infrarotstrahlung korrespondiert, die durch das optische System erfasst wurde. Das Bilderfassungsmittel 43 überträgt ein erfasstes Bildsignal an das Steuermittel, welches nicht dargestellt ist.
  • Zum Laserbearbeiten des optischen Einrichtungswafers 2, auf welchem der oben beschriebene Waferstützschritt ausgeführt wurde, entlang der Aufteilungslinien 22 unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 4, wird ein Positionierungsschritt ausgeführt, um die Kollektivlinse 424b und das Einzelkristallelement relativ entlang der optischen Achse zu positionieren, um den Konvergenzpunkt des gepulsten Laserstrahls LB an einer angestrebten Position entlang der Dickenrichtung des optischen Einrichtungswafers als das Einzelkristallelement zu positionieren.
  • Zunächst wird das Dicingband 30, an welches der optische Einrichtungswafer 2 angehaftet wurde, auf dem Spanntisch 41 der Laserbearbeitungsvorrichtung 4, die in 3 gezeigt ist, angeordnet. Anschließend wird ein nicht gezeigtes Saugmittel betätigt, um den optischen Einrichtungswafer 2 auf dem Spanntisch 41 durch das dazwischenliegende Dicingband 30 zu halten (Waferhalteschritt). Demnach ist die obere Fläche 2a des optischen Einrichtungswafers 2, der auf dem Spanntisch 41 gehalten wird, nach oben orientiert. Der Ringrahmen 3 mit dem Dicingband 30, welches darauf angebracht ist, das in 3 nicht dargestellt ist, wird durch ein geeignetes Rahmenhaltemittel, das an dem Spanntisch 41 angeordnet ist, gehalten. Der Spanntisch 41, welcher so den optischen Einrichtungswafers unter Saugen hält, wird durch das nicht dargestellte Zuführmittel direkt unterhalb des Bilderfassungsmittels 43 angeordnet.
  • Wenn der Spanntisch 41 direkt unterhalb des Bilderfassungsmittels 43 angeordnet ist, führen das Bilderfassungsmittel 43 und das nicht dargestellte Steuermittel ein Ausrichtungsverfahren aus, um eine Fläche des optischen Einrichtungswafers 2 zu detektieren, welche Laser zu bearbeiten ist. Genauer gesagt führen das Bilderfassungsmittel 43 und das nicht gezeigte Steuermittel eine Bildverarbeitung, wie ein Musterabgleich oder dergleichen, aus, um eine Aufteilungslinie 22, welche sich entlang einer ersten Richtung auf dem optischen Einrichtungswafer 2 erstreckt, und die Kollektiveinheit 424 des Laserstrahlapplikationsmittels 42 zu positionieren, wodurch eine Laserstrahlapplikationsposition ausgerichtet wird (Ausrichtungsschritt). Eine Laserstrahlapplikationsposition wird in ähnlicher Art und Weise in Bezug auf eine Aufteilungslinie 22 ausgerichtet, welche sich auf dem optischen Einrichtungswafer 2 senkrecht zu der oben beschriebenen ersten Richtung erstreckt.
  • Nachdem das oben beschriebene Ausrichtungsverfahren ausgeführt wurde, wird, wie in 6A gezeigt, der Spanntisch 41 zu einer Laserstrahlapplikationsfläche bewegt, wo die Kollektiveinheit 424 des Laserstrahlapplikationsmittels 42, welches den Laserstrahl appliziert, angeordnet ist, wobei die vorbestimmte Aufteilungslinie 22 direkt unterhalb der Kollektiveinheit 424 angeordnet wird. Zu dieser Zeit wird, wie in 6A gezeigt, ein Ende (linkes Ende in 6A) der Aufteilungslinie 22 auf dem optischen Einrichtungswafer 2 direkt unterhalb der Kollektiveinheit 424 angeordnet. Anschließend wird das nicht gezeigte Konvergenzpunktpositionsanpassungsmittel betätigt, um die Kollektiveinheit 424 entlang der optischen Achse zu bewegen, um einen Konvergenzpunkt P des gepulsten Laserstrahls LB, welcher durch die Kollektivlinse 424b der Kollektiveinheit 424 konvergiert wurde, zu einer angestrebten Position entlang der Dickenrichtung des optischen Einrichtungswafers 2 als das Einzelkristallelement zu bewegen (Positionierungsschritt). Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Konvergenzpunkt P des gepulsten Laserstrahls auf die angestrebte Position eingestellt, welche von der oberen Fläche (Oberflächenseite 2a) des optischen Einrichtungswafers 2, auf welche der gepulste Laserstrahl appliziert wird, beabstandet ist (beispielsweise auf eine Position, welche 5 bis 10 μm von der oberen Fläche 2a zu der Rückfläche 2b beabstandet ist).
  • Nachdem der Positionierungsschritt, wie oben beschrieben, ausgeführt wurde, wird ein Schildtunnelausbildungsschritt ausgeführt, um das Laserstrahlapplikationsmittel 42 so zu betreiben, dass der Laserstrahl LB von der Kollektiveinheit 424 emittiert wird und ein feines Loch und ein amorpher Bereich, welcher das feine Loch abschirmt, ausgebildet werden, die sich von einem Bereich in der Umgebung des Konvergenzpunkts P (der oberen Seite oder der oberen Fläche 2a), welcher auf dem optischen Einrichtungswafers 2 angeordnet ist, in Richtung der unteren Seite (der Rückfläche 2b) erstrecken, wodurch ein Schildtunnel ausgebildet wird. Genauer gesagt wird der Spanntisch 41 mit einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit entlang der Richtung, welche durch den Pfeil X1 in 6A dargestellt ist, bewegt, während die Kollektiveinheit 424 den gepulsten Laserstrahl LB mit einer Wellenlänge, für welche das Saphirsubstrat, welches den optischen Einrichtungswafer 2 ausgestaltet, durchlässig ist, emittiert (Schildtunnelausbildungsschritt). Anschließend stoppt das Laserstrahlapplikationsmittel 42 das Applizieren des gepulsten Laserstrahls und der Spanntisch 41 hält an, wenn das andere Ende (rechtes Ende in 6B) der Aufteilungslinie 22 die Laserstrahlapplikationsposition der Kollektiveinheit 424 des Laserstrahlapplikationsmittels 42 erreicht, wie in 6B gezeigt.
  • Wenn der oben beschriebene Schildtunnelausbildungsschritt ausgeführt wird, werden, wie in 6C gezeigt, feine Löcher 231 und amorphe Bereiche 232, welche um die feinen Löcher 231 ausgebildet sind, in dem optischen Einrichtungswafer 2 so gezüchtet, dass diese sich von einem Bereich in der Umgebung des Konvergenzpunkts P (der oberen Seite oder der oberen Fläche 2a) des gepulsten Laserstrahls LB in Richtung der unteren Seite (Rückfläche 2b) erstrecken, wodurch amorphe Schildtunnel 23 an vorbestimmten Intervallen entlang der Aufteilungslinie 22 ausgebildet werden (in der vorliegenden Ausführungsform, Intervalle von 10 μm (Zuführgeschwindigkeit: 1000 mm/Sekunde)/(Wiederholfrequenz: 100 kHz)). Wie in 6D und 6E gezeigt, umfasst jeder der Schildtunnel 23 ein zentral ausgebildetes feines Loch 231 mit einem Durchmesser von etwa 1 μm und einen amorphen Bereich 232 mit einem Durchmesser von etwa 10 μm, welcher um das feine Loch 231 angeordnet ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden diese amorphen Bereiche 232, welche benachbart zueinander angeordnet sind, miteinander vereint. Da die amorphen Schildtunnel 23, die in dem Schildtunnelausbildungsschritt so ausgebildet werden, dass diese sich von der oberen Fläche (der oberen Fläche 2a) des optischen Einrichtungswafers 2 in Richtung der unteren Fläche (der Rückfläche 2b) davon erstrecken, kann der gepulste Laserstrahl lediglich einmal appliziert werden, wenn die Dicke des Wafers groß ist. Demnach wird die Produktivität der Schildtunnel 23 stark vergrößert. Darüber hinaus wird das Problem einer verringerten Einrichtungsqualität ebenfalls gelöst, da keine Verunreinigung/Debris in dem Schildtunnelausbildungsschritt verstreut wird.
  • Nachdem der Schildtunnelausbildungsschritt entlang der vorbestimmten Aufteilungslinie 22 ausgeführt wurde, wie weiter oben beschrieben, wird der Spanntisch 41 um das Intervall zwischen Aufteilungslinien 22 auf dem optischen Einrichtungswafer 2 entlang der Richtung, die durch den Pfeil Y dargestellt ist (Verstellrichtung), verstellt, wobei anschließend der oben beschriebene Schildtunnelausbildungsschritt ausgeführt wird. Wenn der Schildtunnelausbildungsschritt entlang aller Aufteilungslinien 22, welche sich entlang der ersten Richtung erstrecken, ausgeführt wurde, wird der Spanntisch 41 um 90° gedreht, wobei der Schildtunnelausbildeschritt dann entlang der Aufteilungslinien 22 ausgeführt wird, welche sich entlang einer Richtung erstrecken, die senkrecht zu den Aufteilungslinien 22 der ersten Richtung ist.
  • In der oberen Ausführungsform wird der optische Einrichtungswafer 2 auf dem Spanntisch 41 mit der oberen Fläche 2a nach oben ausgerichtet gehalten, wobei der gepulste Laserstrahl von der Seite der oberen Fläche 2a des optischen Einrichtungswafers 2 entlang der Aufteilungslinien 22 appliziert wird, um die Schildtunnel 23 auszubilden. Der optische Einrichtungswafer 2 kann jedoch auch auf dem Spanntisch 41 mit der Rückfläche 2b nach oben gehalten werden, wobei der gepulste Laserstrahl von der Seite der Rückfläche 2b des optischen Einrichtungswafers 2 entlang der Aufteilungslinien 22 appliziert werden kann, um die Schildtunnel 23 auszubilden.
  • Um gute Schildtunnel 23 in dem oberen Schildtunnelausbildungsschritt auszubilden ist es wichtig, die Spitzenenergiedichte des gepulsten Laserstrahls LB auf einen Wert in einem Bereich von 1 TW/cm2 bis 100 TW/cm2 einzustellen. Die Spitzenenergiedichte kann als Durchschnittsausgabeenergie (W)/{Wiederhohlfrequenz (Hz) × Brennfleckfläche (cm2) × Pulsbreite (s)} bestimmt werden.
  • Der Grund dafür, dass die Spitzenenergiedichte des gepulsten Laserstrahls LB auf einen Wert in dem Bereich von 1 TW/cm2 bis 100 TW/cm2 eingestellt wird, wird im Folgenden beschrieben.
  • [Experiment 1]
    • Bedingung 1 ... Einzelkristallelement: Saphirsubstrat (mit einer Dicke von 400 μm)
    • Bedingung 2 ... die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls wird auf 1030 nm eingestellt.
    • Bedingung 3 ... die Wiederholfrequenz des gepulsten Laserstrahls wird auf 100 kHz eingestellt.
    • Bedingung 4 ... der Brennfleckdurchmesser des gepulsten Laserstrahls wird auf 10 μm eingestellt.
    • Bedingung 5 ... die Durchschnittsausgabeenergie des gepulsten Laserstrahls wird auf 5 W eingestellt.
    • Bedingung 6 ... variabel: die Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls.
  • Der gepulste Laserstrahl wurde auf das Saphirsubstrat appliziert, während die Pulsbreite zwischen 0,1 bis 100 ps unter den oben dargelegten Bedingungen variiert wurde, wobei der Bearbeitungszustand beobachtet wurde.
  • Wenn die Pulsbreite zwischen 0,1 bis weniger als 0,6 ps schwankte, wurden Fehlstellen in dem Saphirsubstrat ausgebildet.
  • Wenn die Pulsbreite zwischen 0,6 bis 63 ps schwankte, wurden Schildtunnel mit feinen Löchern und amorphen Bereichen, welche die feinen Löcher abschirmen, innerhalb des Saphirsubstrats ausgebildet.
  • Wenn die Pulsbreite zwischen 64 und 100 ps schwankte, wurde das Innere des Saphirsubstrats geschmolzen.
  • Den oberen Experimentergebnissen kann entnommen werden, dass Schildtunnel mit feinen Löchern und amorphen Bereichen, welche die feinen Löcher abschirmen, innerhalb des Saphirsubstrats ausgebildet werden, wenn die Pulsbreite zwischen 0,6 und 63 ps schwankt.
  • Demnach wird die Spitzenenergiedichte mit der Pulsbreite in dem Bereich von 0,6 bis 63 ps unter den oberen Bedingungen bestimmt, wobei Schildtunnel unter Einstellung der Spitzenenergiedichte auf einen Wert in dem Bereich von 1 TW/cm2 bis 100 TW/cm2 ausgebildet werden.
  • [Experiment 2]
    • Bedingung 1 ... Einzelkristallelement: Saphirsubstrat (mit einer Dicke von 400 μm)
    • Bedingung 2 ... die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls wird auf 1030 nm eingestellt.
    • Bedingung 3 ... die Pulsbreite wird 10 ps eingestellt.
    • Bedingung 4 ... der Brennfleckdurchmesser des gepulsten Laserstrahls wird auf 10 μm eingestellt.
    • Bedingung 5 ... die durchschnittliche Ausgabeenergie des gepulsten Laserstrahls wird auf 5 W eingestellt.
    • Bedingung 6 ... variabel: die Wiederholfrequenz des gepulsten Laserstrahls.
  • Der gepulste Laserstrahl wurde auf das Saphirsubstrat appliziert, während die Wiederholfrequenz zwischen 1 und 1000 kHz unter den oberen Bedingungen variiert wurde, wobei der Bearbeitungszustand beobachtet wurde.
  • Wenn die Wiederholfrequenz zwischen 1 und 6 kHz schwankte, wurde das Innere des Saphirsubstrats beschädigt, wobei sich Risse darin radial entwickelten.
  • Wenn die Wiederholfrequenz zwischen 7 und 640 kHz schwankte, wurden Schildtunnel mit feinen Löchern und amorphen Bereichen, welche die feinen Löcher abschirmen, innerhalb des Saphirsubstrats ausgebildet.
  • Wenn die Wiederholfrequenz zwischen 650 und 1000 kHz schwankte, wurden Fehlstellen innerhalb des Saphirsubstrats und keine Schildtunnel darin ausgebildet.
  • Aus den oberen Experimentierergebnissen kann entnommen werden, dass Schildtunnel mit feinen Löchern und amorphen Bereichen, welche die feinen Löcher abschirmen, innerhalb des Saphirsubstrats ausgebildet werden, wenn die Wiederholfrequenz in dem Bereich von 7 bis 640 kHz schwankt.
  • Demnach wird die Spitzenenergiedichte mit der Wiederholfrequenz in dem Bereich von 7 bis 640 kHz unter den oberen Bedingungen bestimmt, wobei Schildtunnel durch Einstellen der Spitzenenergiedichte auf einen Wert in dem Bereich von 1 TW/cm2 bis 100 TW/cm2 ausgebildet werden.
  • Experiment 1 und Experiment 2 wurden auf dem Saphirsubstrat (Al2O3) ausgeführt. Experimente, welche Experiment 1 und Experiment 2 ähneln, wurden ebenfalls auf einen Siliziumkarbidsubstrat (SiC), einem Galliumnitridsubstrat (GaN), einem Lithiumthanthalatsubstrat (LiTaO3), einem Lithiumniobatsubstrat (LiNbO3), einem Diamantsubstrat und einem Quarzsubstrat (SiO2), jeweils als ein Einzelkristallelement, ausgeführt, wobei die Ergebnisse dieser Experimente im Wesentlichen dieselben waren.
  • Nachdem der obere Schildtunnelausbildungsschritt ausgeführt wurde, wird ein Waferaufteilungsschritt ausgeführt, um eine externe Kraft an den optischen Einrichtungswafer 2 anzulegen, um den optischen Einrichtungswafer 2 entlang der Aufteilungslinien 22, wo die Schildtunnel 23 mit den feinen Löchern 231 und den amorphen Bereichen 232, welche um die feinen Löcher 231 ausgebildet sind, nacheinander ausgebildet wurden, in einzelne optische Einrichtungen 21 zu unterteilen. Der Waferaufteilungsschritt wird unter Verwendung einer Aufteilungsvorrichtung 5, die in 7 gezeigt ist, ausgeführt. Wie in 7 gezeigt, umfasst die Aufteilungsvorrichtung 5 ein Rahmenhaltemittel 51 zum Halten des Ringrahmens 3, ein Bandexpandiermittel 52 zum Expandieren des optischen Einrichtungswafers 2, welcher auf dem Ringrahmen 3 angebracht ist, der durch das Rahmenhaltemittel 51 gehalten wird, und eine Abhebaufnahme 53. Das Rahmenhaltemittel 51 umfasst einen Ringrahmenhalter 511 und eine Vielzahl von Klemmen 512, die als ein Befestigungsmittel auf einer äußeren Umfangsfläche des Rahmenhalters 511 angeordnet ist. Der Rahmenhalter 511 weist eine obere Fläche auf, welche als eine Anordnungsfläche 511a zum Anordnen des Ringrahmens 3 darauf fungiert. Der Ringrahmen 3 ist auf der Anordnungsfläche 511a angeordnet. Der Ringrahmen 3, welcher auf der Anordnungsfläche 511a angeordnet ist, wird an dem Rahmenhalter 511 durch die Klemmen 512 befestigt. Der Rahmenhalter 511, welcher so ausgestaltet ist, wird durch das Bandexpandiermittel 52 zum vertikalen Hin- und Herbewegen gestützt.
  • Das Bandexpandiermittel 52 umfasst eine Expansionstrommel 521, welche in dem Ringrahmenhalter 511 angeordnet ist. Die Expansionstrommel 521 hat einen Innendurchmesser, welcher kleiner als der Innendurchmesser des Ringrahmens 3 ist, und einen Außendurchmesser, welcher größer als der Außendurchmesser des optischen Einrichtungswafers 2 ist, welcher an dem Dicingband 30 anhaftet, das an dem Ringrahmen 3 angebracht ist. Die Expansionstrommel 521 weist an deren unterem Ende einen Stützflansch 522 auf. Das Bandexpandiermittel 52 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Stützmittel 523, welches den Ringrahmenhalter 511 für die vertikale Hin- und Herbewegung lagert. Das Stützmittel 523 umfasst eine Vielzahl von Luftzylindern 523a, welche auf dem Stützflansch 522 angeordnet sind und entsprechende Kolbenstangen 523b aufweisen, die mit der unteren Fläche des Ringrahmenhalters 511 verbunden sind. Das Stützmittel 523, welches die Vielzahl von Luftzylindern 523a aufweist, bewegt den Ringrahmenhalter 511 in die Vertikalrichtung zwischen einer Referenzposition, die in 8A gezeigt ist, bei welcher die Anordnungsfläche 511a im Wesentlichen bei der gleichen Höhe wie das obere Ende der Expansionstrommel 521 liegt, und einer Expansionsposition, welche in 8B gezeigt ist, bei welcher die Anordnungsfläche 511a um eine vorbestimmte Menge niedriger in Höhe als das obere Ende der Expansionstrommel 521 ist.
  • Der Waferaufteilungsschritt, der unter Verwendung der so ausgestalteten Aufteilungsvorrichtung 5 auszuführen ist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 8A bis 8C beschrieben. Wie in 8A gezeigt, wird der Ringrahmen 3, auf welchem das Dicingband 30 mit dem optischen Einrichtungswafer 2, welcher daran anhaftet, angebracht ist, auf der Anordnungsfläche 511a des Rahmenhalters 511 des Rahmenhaltemittels 51 angeordnet und anschließend an dem Rahmenhalter 511 durch die Klemmen 512 befestigt (Rahmenhalteschritt). Zu dieser Zeit ist der Rahmenhalter 511 an der Referenzposition, die in 8A gezeigt ist, angeordnet. Anschließend werden die Luftzylinder 523a als das Stützmittel 523, welches das Bandexpandiermittel 52 ausgestaltet, betätigt, um den Ringrahmenhalter 511 zu der Expansionsposition, die in 8B gezeigt ist, abzusenken. Da der Ringrahmen 3, welcher an der Anordnungsfläche 511a des Rahmenhalters 511 befestigt ist, ebenfalls abgesenkt wird, wird das Dicingband 30, das auf dem Ringrahmen 3 angebracht ist, durch Kontakt mit dem oberen Ende der Expansionstrommel 521 expandiert (Bandexpansionsschritt), wie in 8B gezeigt. Im Ergebnis wird der optische Einrichtungswafer 2, welcher an dem Dicingband 30 anhaftet, einer radialen Zugkraft ausgesetzt, welche die einzelnen optischen Einrichtungen 21 entlang der Aufteilungslinien 22, deren mechanische Stabilität durch die oben beschriebenen Schildtunnel 23, welche darin kontinuierlich ausgebildet sind, reduziert wurde, voneinander trennt, wodurch geweitete Spalte S zwischen den optischen Einrichtungen 21 ausgebildet werden.
  • Anschließend wird, wie in 8C gezeigt, die Abhebaufnahme 53 betätigt, um eine der optischen Einrichtungen 21 zur Zeit anzuziehen und diese von dem Dicingband 30 aufzunehmen (Aufnahmeschritt), wobei die aufgenommene optische Einrichtung 21 zu einer nicht gezeigten Ablage oder einem Chipmontageschritt befördert wird. In dem Aufnahmeschritt kann, da die geweiteten Spalte S zwischen den einzelnen optischen Einrichtungen 21, welche an dem Dicingband 30, wie weiter oben beschrieben, anhaften, ausgebildet sind, die Abhebaufnahme 53 jede optische Einrichtungen 21 ohne Kontakt mit benachbarten optischen Einrichtungen 21 leicht aufnehmen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Umfang der Erfindung wird durch die begleitenden Ansprüche definiert, wobei alle Veränderungen und Modifikationen, welche in die Äquivalenz des Umfangs der Ansprüche fallen, durch die Erfindung umfasst sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 3408805 [0003]
    • JP 1998-305420 [0004]

Claims (2)

  1. Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements, umfassend: Einstellen einer Spitzenenergiedichte eines gepulsten Laserstrahls auf einen Wert in einem Bereich von 1 TW/cm2 bis 100 TW/cm2; und Applizieren des gepulsten Laserstrahls auf das Einzelkristallelement, während ein Konvergenzpunkt des gepulsten Laserstrahls an einer vorbestimmten Position beabstandet von der oberen Seite des Einzelkristallelements positioniert wird, um ein feines Loch und einen amorphen Bereich, welcher das feine Loch umgibt, von der oberen Seite des Einzelkristallelements zu züchten, wodurch ein Schildtunnel in dem Einzelkristallelement ausgebildet wird.
  2. Verfahren zum Bearbeiten eines Einzelkristallelements nach Anspruch 1, ferner umfassend: kontinuierliches Ausbilden der Schildtunnel entlang einer Vielzahl von Aufteilungslinien, welche auf dem Einzelkristallelement ausgebildet ist; und Aufteilen des Einzelkristallelements entlang der Aufteilungslinien mit den Schildtunneln, die kontinuierlich entlang dieser ausgebildet sind.
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