DE102022201386A1

DE102022201386A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung und laserbearbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE102022201386A1
Application number: DE102022201386.7A
Authority: DE
Inventors: Kazuki Mori; Kazuya Hirata
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-08-25
Also published as: KR20220118914A; CN114952025A; US20220266393A1; JP2022127088A; TW202234501A

Abstract

Bestrahlungsbedingungen für einen Laserstrahl für jeweilige von mehreren Bereichen, die zu der oberen Fläche eines Ingots gehören, werden in Übereinstimmung mit der Anzahl von Fluoreszenzphotonen eingestellt, die auftritt, wenn Erregungslicht auf die jeweiligen Bereiche abgestrahlt wird. Hierbei versteht sich, dass die Photonenanzahl der Fluoreszenz, die an einem Bereich eines Ingots auftritt, von der Verunreinigungskonzentration abhängt, die in dem Ingot dotiert ist. Es kann daher selbst dann eine Trennschicht auf einer von der oberen Fläche des Ingots aus einheitlichen Tiefe ausgebildet werden, wenn Bereiche unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen zu dem Ingot gehören. Es ist folglich möglich, einen Schnittverlust zu reduzieren, wenn Wafer von dem Ingot abgetrennt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer Trennschicht in einem Ingot, um einen Wafer abzutrennen.
BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
Chips von Halbleiterbauelementen werden im Allgemeinen unter Verwendung von scheibenförmigen Wafern hergestellt. Solche Wafer werden zum Beispiel unter Verwendung einer Drahtsäge von einem zylindrischen Ingot abgetrennt und ausgebildet. Wenn Wafer auf diese Weise ausgebildet werden, wird jedoch ein Hauptteil des Ingots als Schnittverlust zu Ausschuss (Schnittaufmaß), was zu dem Problem führt, dass das Trennverfahren nicht wirtschaftlich ist.
Darüber hinaus weist einkristallines Siliziumcarbid (SiC), das als Material für Leistungsbauelemente eingesetzt wird, eine hohe Härte auf. Dementsprechend benötigt das Abtrennen Zeit und ergibt eine schlechte Produktivität, wenn die Wafer von einem SiC-Einkristallingot unter Verwendung einer Drahtsäge abgetrennt werden.
Angesichts dieser Probleme wurde ein Verfahren zum Abtrennen von Wafern von einem Ingot unter Verwendung eines Laserstrahls ohne Einsatz einer Drahtsäge vorgeschlagen (siehe zum Beispiel JP 2016-111143 A ). Bei diesem Verfahren wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die eine Transmissionsfähigkeit für einen Ingot aufweist, so auf den Ingot abgestrahlt, dass ein Brennpunkt des Laserstrahls im Inneren des Ingots positioniert wird.
Als Folge wird im Inneren des Ingots eine Trennschicht ausgebildet, die modifizierten Schichten und Risse, die sich von den modifizierten Schichten erstrecken, beinhaltet. Wenn eine äußere Kraft, wie zum Beispiel Ultraschallschwingungen, auf den Ingot mit der darin ausgebildeten Trennschicht aufgebracht werden, wird der Ingot bei der Trennschicht abgetrennt, sodass ein Wafer abgetrennt wird.
Hierbei versteht sich, dass ein SiC-Einkristallingot im Allgemeinen mit einer Verunreinigung, wie zum Beispiel Stickstoff, dotiert wird, um eine elektrische Leitfähigkeit hervorzurufen. Jedoch ist der SiC-Einkristallingot mit so einer Verunreinigung nicht einheitlich dotiert und kann mehrere Bereiche unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen beinhalten.
Zum Beispiel wird ein Bereich, der als „Facettenbereich“ bezeichnet wird und auf dem atomaren Level flach ist, bei dem Züchtungsvorgang eines SiC-Einkristalls ausgebildet und weist eine höhere Verunreinigungskonzentration als der verbleibende Bereich auf (Nicht-Facettenbereich). Des Weiteren weist ein Bereich mit einer hohen Verunreinigungskonzentration, wie der Facettenbereich, verglichen mit dem Nicht-Facettenbereich einen hohen Brechungsindex und zudem eine hohe Energieabsorptionsrate auf.
Wenn die Trennschicht durch das oben erwähnte Verfahren in einem SiC-Einkristallingot einschließlich eines Facettenbereichs ausgebildet wird, gibt es folglich das Problem, dass die Trennschicht nicht bei einer einheitlichen Position (Höhe) ausgebildet wird und ein Schnittverlust ansteigt.
Angesichts des voranstehenden Problems wurde eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgeschlagen, um in einem SiC-Ingot einen Facettenbereich und einen Nicht-Facettenbereich zu spezifizieren und einen Laserstrahl unter unterschiedlichen Bestrahlungsbedingungen auf beide Bereiche abzustrahlen (siehe zum Beispiel JP 2020-77783 A ).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Verunreinigungskonzentration in dem Facettenbereich muss nicht einheitlich sein und kann sich zwischen dessen mittlerem Teil und dessen äußerem Umfangsteil unterscheiden. In so einem Fall gibt es das mögliche Problem, dass selbst dann, wenn ein Laserstrahl unter Bestrahlungsbedingungen, die sich von denen für den Nicht-Facettenbereich unterscheiden, auf den Facettenbereich abgestrahlt wird, Abweichungen bei der Position (Höhe) auftreten können, bei der eine Trennschicht in dem Facettenbereich ausgebildet ist.
Zudem können zu dem Nicht-Facettenbereich auch Bereiche unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen gehören. Es gibt folglich das mögliche Problem, dass Schnittverluste selbst dann nicht ausreichend vermindert werden können, wenn der Laserstrahl unter unterschiedlichen Bestrahlungsbedingungen auf den Facettenbereich und den Nicht-Facettenbereich abgestrahlt wird.
Angesichts der vorangegangenen potentiellen Probleme, weist die vorliegende Erfindung als ihre Aufgabe die Bereitstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung und eines Laserbearbeitungsverfahrens auf, welche den Schnittverlust reduzieren können, wenn Wafer von einem Ingot abgetrennt werden.
Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass je höher die Verunreinigungskonzentration in einem Ingot dotiert ist, desto kleiner ist die Anzahl von Fluoreszenzphotonen, die durch Bestrahlen des Ingots mit Erregungslicht verursacht wird, was zu der Vollendung der vorliegenden Erfindung geführt hat.
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Ausbilden einer Trennschicht in einem Ingot bereitgestellt, um einen Wafer abzutrennen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung beinhaltet eine Halteeinheit mit einer Haltefläche, um den Ingot zu halten, eine Fluoreszenz-Erfassungseinheit, die eingerichtet ist, Erregungslicht mit einer vorbestimmten Wellenlänge von oberhalb des Ingots auf den Ingot abzustrahlen und an dem Ingot auftretende Fluoreszenz zu erfassen, eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit, die eingerichtet ist, einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die eine Transmissionsfähigkeit für den Ingot aufweist, mit einem Brennpunkt des Laserstrahls von einer oberen Fläche des Ingots aus auf einer Tiefe positioniert auf den Ingot abzustrahlen, wobei die Tiefe mit einer Dicke des von dem Ingot abzutrennenden Wafers korrespondiert, sodass die Trennschicht in dem Ingot ausgebildet wird, einen Horizontal-Bewegungsmechanismus, der die Halteeinheit und die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit relativ zueinander in einer Richtung parallel zu der Haltefläche bewegt, und eine Steuerungseinheit. Die Steuerungseinheit weist einen Speicherabschnitt, der eingerichtet ist, jeweilige von mehreren Koordinatenpunkten, die mehrere zu der oberen Fläche des Ingots gehörende Bereiche angeben, auf einer Koordinatenebene parallel zu der Haltefläche und im Zusammenhang damit die Anzahl der Fluoreszenzphotonen zu speichern, die durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit erfasst werden, wenn das Erregungslicht auf jeweilige der mehreren Regionen abgestrahlt wird, und einen Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt auf, der eingerichtet ist, Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl auf die jeweiligen der mehreren Bereiche, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden, in Übereinstimmung mit der Anzahl von Fluoreszenzphotonen einzustellen, die in Bezug zu den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte gespeichert worden sind.
Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann der Speicherabschnitt vorzugsweise eingerichtet sein, im Voraus Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl, die für die jeweiligen der mehreren durch die mehreren Koordinatenpunkte angegebenen Bereiche einzustellen sind, in Übereinstimmung mit der Anzahl an Fluoreszenzphotonen zu speichern, die durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit erfasst werden, und der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt kann vorzugsweise eingerichtet sein, Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl auf die jeweiligen der mehreren Bereiche, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden, unter Bezugnahme auf die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl einzustellen, die mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen korrespondieren und in dem Speicherabschnitt gespeichert worden sind.
Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt vorzugsweise eingerichtet sein, die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl so einzustellen, dass eine Ausgangsleistung des Laserstrahls, eine Höhe einer Kondensorlinse, die den Laserstrahl bündelt, und/oder eine Überlappungsrate des Laserstrahls in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen verändert wird, die in Bezug zu den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte gespeichert sind.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer Trennschicht in einem Ingot bereitgestellt, um einen Wafer abzutrennen. Das Laserbearbeitungsverfahren beinhaltet einen Halteschritt mit einem daran Halten des Ingots, nach dem Halteschritt einen Fluoreszenz-Erfassungsschritt mit einem Abstrahlen von Erregungslicht einer vorbestimmten Wellenlänge von oberhalb des Ingots auf den Ingot und einem Erfassen einer an dem Ingot auftretenden Fluoreszenz, einen Speicherschritt mit einem Speichern von jeweiligen mehrerer Koordinatenpunkten, die zu einer oberen Fläche des Ingots gehörende mehrere Bereiche angeben, und im Zusammenhang damit die Anzahl der Fluoreszenzphotonen, die erfasst werden, wenn das Erregungslicht der vorbestimmte Wellenlänge während des Fluoreszenz-Erfassungsschritts auf die jeweiligen der mehreren Bereiche abgestrahlt wird, und einen Laserstrahl-Bestrahlungsschritt mit einem Abstrahlen eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, die eine Transmissionsfähigkeit für den Ingot aufweist, mit einem Brennpunkt des Laserstrahls von einer oberen Fläche des Ingots aus auf einer Tiefe positioniert auf den Ingot, wobei die Tiefe mit einer Dicke des von dem Ingot abzutrennenden Wafers korrespondiert, und einem relativ zueinander Bewegen des Brennpunkts und des Ingots, sodass die Trennschicht in dem Ingot ausgebildet wird. Bei dem Laserstrahl-Bestrahlungsschritt wird die Trennschicht in dem Ingot ausgebildet, während Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl auf die jeweiligen der mehreren Bereiche, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden, in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen verändert werden, die in Bezug zu den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte in dem Speicherschritt gespeichert worden ist.
Vorzugsweise kann das Laserbearbeitungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ferner einen Bestrahlungsbedingung-Speicherschritt mit einem im Voraus Speichern von Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl aufweisen, die für die jeweiligen der durch die mehreren Koordinatenpunkte angegebenen mehreren Bereiche eingestellt werden, in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz, die durch Abstrahlen des Erregungslichts der vorbestimmten Wellenlänge auf den Ingot auftritt. Bei dem Laserstrahl-Bestrahlungsschritt kann die Bestrahlungsbedingung für den Laserstrahl für die jeweiligen der mehreren Bereiche, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden, vorzugsweise unter Bezug auf die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl eingestellt werden, die mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen korrespondieren, wie sie in dem Bestrahlungsbedingung-Speicherschritt gespeichert worden sind.
Bei dem Laserbearbeitungsverfahren in Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird als Bestrahlungsbedingung für den Laserstrahl eine Ausgangsleistung des Laserstrahls, eine Höhe einer Kondensorlinse, die den Laserstrahl bündelt, und/oder eine Überlappungsrate des Laserstrahls vorzugsweise in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen eingestellt wird, die in Bezug zu den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte gespeichert worden sind.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl für die jeweiligen der mehreren Bereiche (die hiernach aus Gründen der Einfachheit einfach als „die jeweiligen Bereiche“ bezeichnet werden), die zu der oberen Fläche des Ingots gehören, in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz eingestellt, die auftritt, wenn das Erregungslicht auf die jeweiligen Bereiche abgestrahlt wird. Hierbei versteht sich, dass die Photonenanzahl der Fluoreszenz, die bei einem Bereich eines Ingots auftritt, von der Konzentration einer in dem Ingot dotierten Verunreinigung abhängt.
Bei der vorliegenden Erfindung kann daher die Trennschicht auf einer von der oberen Fläche des Ingots aus einheitlichen Tiefe selbst dann ausgebildet werden, wenn zu dem Ingot Bereiche unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen gehören. Es ist folglich möglich, den Schnittverlust zu reduzieren, wenn Wafer von dem Ingot abgetrennt werden.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, sowie die Weise ihrer Umsetzung werden am besten 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 hierdurch am besten verstanden.
Figurenliste

1A ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel eines Ingots schematisch veranschaulicht;
1B ist eine Draufsicht, die den Ingot der 1A schematisch veranschaulicht;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Laserbearbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
3 ist ein Schaubild, das veranschaulicht, wie sich ein Laserstrahl im Inneren der Laserbearbeitungsvorrichtung fortbewegt;
4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Fluoreszenz-Erfassungseinheit in der Laserbearbeitungsvorrichtung schematisch veranschaulicht;
5 ist ein Funktionsblockschaubild, das ein Beispiel einer Steuerungseinheit in der Laserbearbeitungsvorrichtung schematisch veranschaulicht;
6 ist ein Schaubild, das ein Beispiel mehrerer Koordinatenpunkte schematisch veranschaulicht, die in einem Speicherabschnitt in der Laserbearbeitungsvorrichtung gespeichert sind;
7A ist ein Graph, der eine lineare Korrelation zwischen der Anzahl von Fluoreszenzphotonen und Ausgangsleistungen eines Laserstrahls schematisch veranschaulicht, die in dem Speicherabschnitt gespeichert sind;
7B ist ein Graph, der eine stufenartige Korrelation zwischen der Anzahl der Fluoreszenzphotonen und Ausgangsleistungen eines Laserstrahls schematisch veranschaulicht, die in dem Speicherabschnitt gespeichert sind;
7C ist ein Graph, der eine lineare Korrelation zwischen der Anzahl von Fluoreszenzphotonen und Höhen einer Kondensorlinse schematisch veranschaulicht, die in dem Speicherabschnitt gespeichert sind;
7D ist ein Graph, der eine stufenartige Korrelation zwischen der Anzahl von Fluoreszenzphotonen und Höhen der Kondensorlinse schematisch veranschaulicht, die in dem Speicherabschnitt gespeichert sind;
7E ist ein Graph, der eine lineare Korrelation zwischen der Anzahl von Fluoreszenzphotonen und Überlappungsraten des Laserstrahls schematisch veranschaulicht, die in dem Speicherabschnitt gespeichert sind;
7F ist ein Graph, der eine stufenartige Korrelation zwischen der Anzahl von Fluoreszenzphotonen und Überlappungsraten des Laserstrahls schematisch veranschaulicht, die in dem Speicherabschnitt gespeichert werden;
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Laserbearbeitungsverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Fluoreszenz-Erfassungsschritt bei dem Laserbearbeitungsverfahren schematisch veranschaulicht;
10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Laserstrahl-Bestrahlungsschritt bei dem Laserbearbeitungsverfahren schematisch veranschaulicht; und
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Laserbearbeitungsverfahren in Übereinstimmung mit einer Abwandlung des Laserbearbeitungsverfahrens der 8 schematisch veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen wird eine Beschreibung über eine Ausführungsform eines ersten Aspekts und einer Ausführungsform eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung und eine Abwandlung der Ausführungsform des zweiten Aspekts ausgeführt. 1A ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel eines Ingots schematisch veranschaulicht, von dem ein Wafer unter Verwendung einer Laserbearbeitungsvorrichtung abgetrennt wird, und 1B ist eine Draufsicht des Ingots.
Der in den 1A und 1B veranschaulichte Ingot 11 wird zum Beispiel aus einem zylindrischen SiC-Einkristall ausgebildet, der eine obere Fläche (vordere Fläche) 11a und eine untere Fläche (hintere Fläche) 11b aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander sind. Der Ingot 11 wird unter Verwendung epitaktischen Wachstums ausgebildet, sodass eine c-Achse 11c des SiC-Einkristalls in Bezug auf eine Senkrechte 11d zu der vorderen Fläche 11a und hinteren Fläche 11b leicht geneigt ist.
Ein Winkel (Abweichungswinkel), der zwischen der c-Achse 11c und der Senkrechten 11d ausgebildet ist, ist zum Beispiel 1° bis 6° (typischerweise 4°). An einer Seitenwand des Ingots 11 sind zwei flache Abschnitte ausgebildet, die Kristallausrichtungen des SiC-Einkristalls angeben, insbesondere eine erste Ausrichtungsebene 13 und eine zweite Ausrichtungsebene 15.
Die erste Ausrichtungsebene 13 ist länger als die zweite Ausrichtungsebene 15. Ferner ist die zweite Ausrichtungsebene 15 so ausgebildet, dass sie sich parallel zu einer Schnittlinie erstreckt, wo sich eine Ebene parallel zu einer c-Ebene 11e des SiC-Einkristalls und der vorderen Fläche 11a oder hinteren Fläche 11b schneiden.
Der Ingot 11 ist mit einer Verunreinigung, wie zum Beispiel Stickstoff, dotiert, um eine elektrische Leitfähigkeit hervorzurufen. In dem Ingot 11 sind ein Facettenbereich 11f und ein Nicht-Facettenbereich 11g enthalten. Der Facettenbereich 11f ist ein Bereich, der auf der atomaren Ebene flach ist, wogegen der Nicht-Facettenbereich 11g ein anderer Bereich als der Facettenbereich 11f ist.
Der Facettenbereich 11f weist eine höhere Konzentration an Verunreinigung auf als der Nicht-Facettenbereich 11g. In 1B wird eine Grenze zwischen dem Facettenbereich 11f und dem Nicht-Facettenbereich 11g durch eine gestrichelte Linie angegeben, obwohl diese Grenzlinie eine imaginäre Linie ist und in dem tatsächlichen Ingot 11 nicht vorhanden ist.
Das Material des Ingots 11 ist nicht auf SiC beschränkt und kann Lithiumtantalat (LT; LiTaO₃) oder Galliumnitrid (GaM) sein. Die erste Ausrichtungsebene 13 und/oder die zweite Ausrichtungsebene 15 müssen nicht an der Seitenwand des Ingots 11 angeordnet sein.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Laserbearbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Eine X-Achsenrichtung und eine Y-Achsenrichtung, die in 2 angegeben werden, sind Richtungen senkrecht zueinander auf einer horizontalen Ebene, und eine Z-Achsenrichtung, die ebenfalls in 2 angegeben wird, ist eine Richtung (eine vertikale Richtung) senkrecht zu der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung.
Die in 2 veranschaulichte Laserbearbeitungsvorrichtung 2 weist ein Bett 4 auf, das einzelne Bestandteile unterstützt. An einer oberen Fläche des Betts 4 ist ein Horizontal-Bewegungsmechanismus 6 angeordnet. Der Horizontal-Bewegungsmechanismus 6 ist an der oberen Fläche des Betts 4 befestigt und weist ein Paar Y-Achsen-Führungsschienen 8 auf, das sich entlang der Y-Achsenrichtung erstreckt.
Eine Y-Achsen-Bewegungsplatte 10 ist mit oberen Teilen des Paars von Y-Achsen-Führungsschienen 8 auf eine Weise verbunden, dass die Y-Achsen-Bewegungsplatte 10 entlang dem Paar Y-Achsen-Führungsschienen 8 verschiebbar ist. Zwischen dem Paar Y-Achsen-Führungsschienen 8 ist eine Schraubenwelle 12 angeordnet, die sich entlang der Y-Achsenrichtung erstreckt. Mit einem Endabschnitt der Schraubenwelle 12 ist ein Motor 14 verbunden, um die Schraubenwelle 12 zu drehen.
An einer Fläche der Schraubenwelle 12, in der eine schraubenförmige Nut ausgebildet ist, ist ein nicht veranschaulichter Mutterabschnitt angeordnet, der Kugeln aufnimmt, die an der Fläche der sich drehenden Schraubenwelle 12 rollen, wodurch eine Kugelspindel aufgebaut wird. Wenn sich die die Schraubenwelle 12 dreht, drehen sich daher die Kugeln durch den Mutterabschnitt, sodass sich der Mutterabschnitt entlang der Y-Achsenrichtung bewegt.
Dieser Mutterabschnitt ist an einer Seite einer unteren Fläche der Y-Achsen-Bewegungsplatte 10 befestigt. Die Y-Achsen-Bewegungsplatte 10 bewegt sich daher zusammen mit dem Mutterabschnitt in der Y-Achsenrichtung, wenn die Schraubenwelle 12 durch den Motor 14 gedreht wird.
An einer oberen Fläche der Y-Achsen-Bewegungsplatte 10 ist ein Paar X-Achsen-Führungsschienen 16 befestigt, das sich entlang der X-Achsenrichtung erstreckt. Mit oberen Teilen des Paars von X-Achsen-Führungsschienen 16 ist eine X-Achsen-Bewegungsplatte 18 auf eine Weise verbunden, dass die X-Achsen-Bewegungsplatte 18 entlang des Paars X-Achsen-Führungsschienen 16 verschiebbar ist.
Zwischen dem Paar X-Achsen-Führungsschienen 16 ist eine Schraubenwelle 20 angeordnet, die sich entlang der X-Achsenrichtung erstreckt. Mit einem Endabschnitt der Schraubenwelle 20 ist ein Motor 22 verbunden, um die Schraubenwelle 20 zu drehen.
An einer Fläche der Schraubenwelle 20, in der eine schraubenförmige Nut ausgebildet ist, ist ein nicht veranschaulichter Mutterabschnitt angeordnet, der Kugeln aufnimmt, die an der Fläche der sich drehenden Schraubenwelle 20 rollen, wodurch eine Kugelspindel aufgebaut wird. Wenn sich die Schraubenwelle 20 dreht, drehen sich dadurch die Kugeln durch den Mutterabschnitt, sodass sich der Mutterabschnitt entlang der X-Achsenrichtung bewegt.
Dieser Mutterabschnitt ist an einer Seite einer unteren Fläche der X-Achsen-Bewegungsplatte 18 befestigt. Die X-Achsen-Bewegungsplatte 18 bewegt sich daher zusammen mit dem Mutterabschnitt in der X-Achsenrichtung, wenn die Schraubenwelle 20 durch den Motor 22 gedreht wird.
Auf einer Seite einer oberen Fläche der X-Achsen-Bewegungsplatte 18 ist eine zylindrische Tischbasis 24 angeordnet. An einem oberen Teil der Tischbasis 24 ist ein Spanntisch (Halteeinheit) 26 angeordnet, um den Ingot 11 zu halten.
Mit einem unteren Teil der Tischbasis 24 ist eine nicht veranschaulichte Rotationsantriebsquelle, wie zum Beispiel ein Motor, verbunden. Durch eine Kraft, die von der Rotationsantriebsquelle erzeugt wird, wird der Spanntisch 26 um eine Rotationsachse gedreht, die im Wesentlichen parallel zu der Z-Achsenrichtung ist.
Die Tischbasis 24 und der Spanntisch 26 werden durch den oben erwähnten Horizontal-Bewegungsmechanismus 6 in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung bewegt. Ein Abschnitt einer oberen Fläche des Spanntischs 26 ist zum Beispiel mit einem porösen Material ausgebildet und dient als Haltefläche 26a, die den Ingot 11 hält.
Die Haltefläche 26a ist im Wesentlichen parallel zu der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung. Die Haltefläche 26a ist mit einer nicht veranschaulichten Saugquelle, wie zum Beispiel einer Vakuumpumpe, über einen nicht veranschaulichten Strömungsdurchgang verbunden, der im Inneren des Spanntischs 26 angeordnet ist. Wenn diese Saugquelle betätigt wird, tritt an der Haltefläche 26a ein Unterdruck auf. Als Folge wird der Ingot 11, der auf der Seite von dessen hinteren Fläche 11b auf der Haltefläche 26a liegt, unter Saugwirkung gehalten.
Auf einem Bereich des Betts 4, wobei der Bereich in der Y-Achsenrichtung auf einer Seite ist, ist eine Stützstruktur 30 mit Seitenwänden, die im Wesentlichen parallel zu der Y-Achsenrichtung sind, angeordnet. An einer der Seitenwände der Stützstruktur 30, insbesondere der Seitenwand auf einer in der X-Achsenrichtung hinteren Seite, ist ein Vertikal-Bewegungsmechanismus 32 angeordnet. Der Vertikal-Bewegungsmechanismus 32 ist an der hinteren Seitenwand der Stützstruktur 30 befestigt und weist ein Paar Z-Achsen-Führungsschienen 34, die sich entlang der Z-Achsenrichtung erstrecken.
An Seitenabschnitten des Paars von Z-Achsen-Führungsschienen 34, wobei die Seitenabschnitte auf einer Seite weg von der Stützstruktur 30 sind, ist eine Z-Achsen-Bewegungsplatte 36 auf eine Weise verbunden, dass die Z-Achsen-Bewegungsplatte 36 entlang dem Paar Z-Achsen-Führungsschienen 34 verschiebbar ist. Zwischen dem Paar Z-Achsen-Führungsschienen 34 ist eine nicht veranschaulichte Schraubenwelle angeordnet, die sich entlang der Z-Achsenrichtung erstreckt. Mit einem Endabschnitt dieser Schraubenwelle ist ein Motor 38 verbunden, um die Schraubenwelle zu drehen.
An einer Fläche dieser Schraubenwelle, in der eine schraubenförmige Nut ausgebildet ist, ist ein nicht veranschaulichter Mutterabschnitt angeordnet, der Kugeln aufnimmt, die auf der Fläche der sich drehenden Schraubenwelle rollen, wodurch eine Kugelspindel aufgebaut wird. Wenn sich die Schraubenwelle dreht, zirkulieren die Kugeln dadurch durch den Mutterabschnitt, sodass sich der Mutterabschnitt entlang der Z-Achsenrichtung bewegt.
Dieser Mutterabschnitt ist an einer der Seitenwände der Z-Achsen-Bewegungsplatte 36 befestigt, wobei die eine Seitenwand auf einer Seite näher an der Stützstruktur 30 ist. Die Z-Achsen-Bewegungsplatte 36 bewegt sich daher zusammen mit dem Mutterabschnitt entlang der Z-Achsenrichtung, wenn die Schraubenwelle durch den Motor 38 gedreht wird.
An der anderen Seitenwand der Z-Achsen-Bewegungsplatte 36, wobei die andere Seitenwand auf einer Seite weg von der Stützstruktur 30 ist, ist ein Stützgehäuse 40 befestigt. Das Stützgehäuse 40 unterstützt an einem Abschnitt von diesem eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 42. 3 ist ein Schaubild, das veranschaulicht, wie sich ein Laserstrahl L im Inneren der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 fortbewegt. Es versteht sich, dass in 3 eines der Bestandteile der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 42 durch einen Funktionsblock veranschaulicht ist.
Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, beinhaltet die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 42 zum Beispiel einen Laseroszillator 44, der an dem Bett 4 befestigt ist, ein zylindrisches Gehäuse 46, das an einem Endabschnitt von diesem, der auf einer Seite von einem Ende in der Y-Achsenrichtung angeordnet ist, an dem Stützgehäuse 40 unterstützt wird und sich in der Y-Achsenrichtung erstreckt, und einen Bestrahlungskopf 48, der an einem gegenüberliegenden Endabschnitt des Gehäuses 46 angeordnet ist (ein Endabschnitt auf der anderen Seite in der Y-Achsenrichtung).
Der Laseroszillator 44 weist zum Beispiel ein Lasermedium, wie zum Beispiel Neodym:Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG), auf, das für eine Laseroszillation geeignet ist, erzeugt den Laserstrahl L mit einer Wellenlänge (zum Beispiel 1064 nm), die eine Transmissionsfähigkeit für den Ingot 11 aufweist, und emittiert den Laserstrahl L in Richtung des Gehäuses 46. Es versteht sich, dass die Art der bei dem Laseroszillator 44 ausgeführten Laseroszillation entweder eine kontinuierliche Wellenoszillation (CW Continuous-Wave-Oscillation) oder eine Pulsoszillation sein kann.
Das Gehäuse 46 nimmt einige Bestandteile eines optischen Systems auf, das die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 42 aufbaut, wie zum Beispiel in 3 veranschaulichte Spiegel 46a und 46b, und führt den Laserstrahl L, der von dem Laseroszillator 44 emittiert worden ist, zu dem Bestrahlungskopf 48.
In dem Bestrahlungskopf 48 sind einige andere Bestandteile des optischen Systems, die die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 42 aufbauen, wie zum Beispiel ein Spiegel 48a und eine Kondensorlinse 48b, aufgenommen. Der Laserstrahl L, der von dem Gehäuse 46 zugeführt worden ist, wird durch den Spiegel 48a in dessen Bewegungspfad nach unten abgelenkt und wird dann durch die Kondensorlinse 48b auf einer Seite des Spanntischs 26 auf einer vorbestimmten Höhe gebündelt.
Wie in 2 veranschaulicht, ist eine Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 in der X-Achsenrichtung bei einer Position neben dem Bestrahlungskopf 48 angeordnet. 4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 schematisch veranschaulicht. Es versteht sich, dass in 4 einige Bestandteile der Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 durch Funktionsblöcke veranschaulicht sind.
Die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 weist eine Erregungslichtquelle 52 auf. Die Erregungslichtquelle 52 weist zum Beispiel eine GaN-basierte Lichtemissionseinrichtung auf und bestrahlt mit Erregungslicht A einer Wellenlänge (zum Beispiel 365 nm), die durch den Ingot 11 absorbiert wird, in Richtung eines Spiegels 54, der seitlich zur Erregungslichtquelle 52 angeordnet ist. Dann wird das Erregungslicht A durch den Spiegel 54 reflektiert und durch eine Kondensorlinse 56 gebündelt, die unter dem Spiegel 54 angeordnet ist.
Die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 weist auch einen ringförmigen ellipsoiden Spiegel 58 mit einer Reflexionsfläche 58a an dessen inneren Seite auf. Es versteht sich, dass der ellipsoide Spiegel 58 in 4 im Schnitt veranschaulicht ist. Die Reflexionsfläche 58a korrespondiert mit einem Teil einer gekrümmten Fläche eines Pheroids, der durch Drehen einer Ellipse 58b ausgebildet wird, die eine sich in der vertikalen Richtung erstreckende Hauptachse und eine sich um die Hauptachse in einer horizontalen Richtung, insbesondere in der X-Achsenrichtung, erstreckende Nebenachse aufweist.
Der Ellipsoidspiegel 58 weist zwei Brennpunkte F1 und F2 auf und bündelt Licht, das an einem (zum Beispiel dem Brennpunkt F1) der Brennpunkte aufgetreten ist bei dem anderen (zum Beispiel dem Brennpunkt F2). Die Kondensorlinse 56 ist so ausgeführt, dass ihr Brennpunkt im Wesentlichen mit dem Brennpunkt F1 zusammenfällt. Daher wird das Erregungslicht A bei dem Brennpunkt F1 gebündelt.
Die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 weist auch einen Lichtempfangsabschnitt 60 auf. Der Lichtempfangsabschnitt 60 weist einen Photomultiplier oder Ähnliches auf, der bei Empfang von Licht mit einer Wellenlänge von zum Beispiel 900 nm oder kürzer ein elektrisches Signal ausgibt, das die Photonenanzahl des Lichts angibt. Als Alternative kann der Lichtempfangsabschnitt 60 einen Photomultiplier oder Ähnliches aufweisen, der bei Empfang von Licht mit einer Wellenlänge von 1200 nm oder 1500 nm oder weniger ein elektrisches Signal ausgibt, das die Photonenanzahl des Lichts angibt. Der Lichtempfangsabschnitt 60 ist so angeordnet, dass dessen Lichtempfangsfläche 60a bei deren Mitte mit dem Brennpunkt F2 des Ellipsoidspiegels 58 zusammenfällt.
Bei der Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 gelangt das Licht, das bei dem Brennpunkt F1 auftrifft und dann durch den Ellipsoidspiegel 58 reflektiert wird, durch einen Filter 62 und bewegt sich in Richtung des Brennpunkts F2 fort. Mit anderen Worten ist der Filter 62 auf einem optischen Pfad zwischen dem Brennpunkt F1 und dem Brennpunkt F2 des Ellipsoidspiegels 58 angeordnet. Der Filter 62 weist einen Infrarotstrahlung-Filter (IR-Filter) auf, der zum Beispiel Licht mit einer Wellenlänge von 750 nm oder länger erlaubt, hindurch zu gelangen, und schneidet Licht mit einem Wellenlängenbereich, der kürzer ist als 750 nm, ab.
Die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 ist an dem Gehäuse 46 der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 42 befestigt. Wenn der Vertikal-Bewegungsmechanismus 32 betätigt wird, werden das Gehäuse 46 und der Bestrahlungskopf 48 der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 42 und die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 dementsprechend in der Z-Achsenrichtung bewegt.
Das Bett 4 wird durch eine nicht veranschaulichte Abdeckung bei einem oberen Abschnitt von diesem bedeckt, um darin die einzelnen Bestandteile aufzunehmen. An einer Wand der Abdeckung ist, wie in 2 veranschaulicht, ein Touchpanel 64 angeordnet. Das Touchpanel 64 ist mit einer Eingabeeinrichtung, wie zum Beispiel einem kapazitiven Berührungssensor oder einem resistiven Berührungssensor, und einer Anzeigeeinrichtung, wie zum Beispiel einer Flüssigkristallanzeige oder einer organischen Elektrolumineszenzanzeige (EL-Anzeige) aufgebaut.
Betätigungen der jeweiligen Bestandteile der oben erwähnten Laserbearbeitungsvorrichtung 2 werden durch eine Steuerungseinheit gesteuert, die in die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 eingebaut ist. 5 ist ein Funktionsblockschaubild, das ein Beispiel so einer Steuerungseinheit schematisch veranschaulicht. Die in 5 veranschaulichte Steuerungseinheit 66 weist zum Beispiel einen Verarbeitungsabschnitt 68, der verschiedene Signale erzeugt, um die einzelnen Bestandteile zu betätigen, und einen Speicherabschnitt 70 auf, der vielfältige Informationen (Daten, Programme, etc.) speichert, die bei dem Verarbeitungsabschnitt 68 verwendet werden sollen.
Funktionen des Verarbeitungsabschnitts 68 werden durch eine Central Processing Unit (CPU) oder Ähnliches umgesetzt, die eine oder mehrere der in dem Speicherabschnitt 70 gespeicherten Programme ausübt und diese ausführt. Andererseits werden Funktionen des Speicherabschnitts 70 mit mindestens einem Halbleiterspeicher, wie zum Beispiel einem Dynamic Random Access Memory (DRAM), einem Static Random Access Memory (SRAM) und einem NAND-artigen Flash Memory, und einer magnetische Speichereinrichtung, wie zum Beispiel einer Festplatte (HDD-Hard Disc Drive), umgesetzt.
Der Verarbeitungsabschnitt 68 weist einen Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 auf, um Bestrahlungsbedingungen für den von der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 42 zu dem Ingot 11 abzustrahlenden Laserstrahl L einzustellen, der an der Seite von dessen hinteren Fläche 11b unter Saugwirkung an der Haltefläche 26a des Spanntischs 26 gehalten wird. In einem Zustand, in dem der Brennpunkt F1 auf einer Koordinatenebene parallel zu der Haltefläche 26a mit einem von mehreren Koordinatenpunkten zusammenfällt, was eine von mehreren zu der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 gehörende Bereichen angibt, betätigt der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 zum Beispiel die Erregungslichtquelle 52, sodass Erregungslicht A abgestrahlt wird.
Zu diesem Zeitpunkt empfängt der Lichtempfangsabschnitt 60 der Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 eine Fluoreszenz B, die bei dem Brennpunkt F1 auftritt, und erzeugt ein elektrisches Signal, das deren Photonenanzahl angibt. Der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 verursacht dann, dass der Speicherabschnitt 70 den Koordinatenpunkt, der mit dem Brennpunkt F1 zusammenfällt, und die Photonenanzahl der Fluoreszenz B, wie sie durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 erfasst worden ist, in Bezug zueinander speichert, wenn das Erregungslicht A zu dem Bereich, der durch den Koordinatenpunkt angegeben wird, an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 abgestrahlt wird.
Auf ähnliche Weise betätigt der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 in einem Zustand, in dem der Brennpunkt F1 nacheinander mit jedem der verbleibenden Koordinatenpunkte zusammenfällt, die Erregungslichtquelle 52, sodass das Erregungslicht A abgestrahlt wird. Als Ergebnis werden so viele elektrische Signale, welche die Photonenanzahl der Fluoreszenz B angeben, erzeugt wie die Anzahl der verbleibenden Koordinatenpunkte. Der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 verursacht dann, dass der Speicherabschnitt 70 die jeweiligen der verbleibenden Koordinatenpunkte und die Photonenanzahl der Fluoreszenz B, die durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 erfasst werden, in Bezug zueinander speichert, wenn das Erregungslicht A nacheinander zu den jeweilig verbleibenden Bereichen an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11, wie durch die Koordinatenpunkte angegeben, abgestrahlt wird.
6 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der mehreren Koordinatenpunkte schematisch veranschaulicht, die in dem Speicherabschnitt 70 gespeichert sind. Tabelle 1 veranschaulicht schematisch Beispiele der Photonenanzahl der Fluoreszenz B (Zählungen pro Sekunde: cps - Count per Second), die durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 erfasst wird, wenn das Erregungslicht A nacheinander zu jeweiligen der Bereiche an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11, wie durch die Koordinatenpunkte angegeben, abgestrahlt wurde. [Tabelle 1]

Koordinatenpunkt Photonenanzahl (cps)

x1, y1 5000

x2, y1 5000

x3, y1 4000

x4,y1 2500

x5, y1 1000

x6, y1 3000
Folglich werden zum Beispiel die sechs Koordinatenpunkte (x1,y1), (x2, y1), (x3,y1), (x4,y1), (x5,y1) und (x6,y1) und die sechs Photonenanzahlen (5000 cps), (5000 cps), (4000 cps), (2500 cps), (1000 cps) und (3000 cps) in Verbindung miteinander in dem Speicherabschnitt 70 gespeichert.
Ferner werden in dem Speicherabschnitt 70 Strahlungsbedingungen für einen Laserstrahl, die für die jeweiligen Bereiche einzustellen sind, welche durch die Koordinatenpunkte an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 angegeben werden, in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 erfassten Fluoreszenz B im Voraus gespeichert. Der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 stellt Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L von dem Speicherabschnit 70 auf die jeweiligen Bereiche, die durch die Koordinatenpunkte angegeben werden, an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 unter Bezugnahme auf die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L ein, die mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B korrespondieren.
Nunmehr wird eine Beschreibung über die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L ausgeführt, die für die jeweiligen Bereiche, welche durch die Koordinatenpunkte angegeben werden, an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B, wie sie in dem Speicherabschnitt 70 gespeichert ist, einzustellen sind. Zunächsgt nimmt die Photonenanzahl der Fluoreszenz B, die durch Abstrahlen des Erregungslichts A auf den Ingot 11 erzeugt wird, ab, während die Konzentration der Verunreinigung (Stickstoff oder Ähnliches), die in dem Ingot 11 dotiert ist, größer wird. Zudem weist der Ingot 11 einen höheren Brechungsindex und zudem eine höhere Energieabsorptionsrate in einem Bereich auf, der eine höhere Verunreinigungskonzentration aufweist.
Wenn der Laserstrahl L der Wellenlänge mit einer Transmissionsfähigkeit für den Ingot 11 unter den gleichen Bestrahlungsbedingungen von der Seite der vorderen Fläche 11a auf den Ingot 11 abgestrahlt wird, in dem Bereiche unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen vorhanden sind, wird eine Trennschicht auf einer von der vorderen Fläche 11a aus tieferen Position in einem Bereich höherer Verunreinigungskonzentration ausgebildet. Mit anderen Worten wird der Brennpunkt des Laserstrahls L von der vorderen Fläche 11a in einem Bereich höherer Verunreinigungskonzentration tiefer.
Um in dem Ingot 11, in dem Bereiche unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen vorhanden sind, von der vorderen Fläche 11a aus auf einer einheitlichen Tiefe eine Trennschicht auszubilden, ist es daher notwendig, die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L in Übereinstimmung mit den Verunreinigungskonzentrationen einzustellen.
Die für den Laserstrahl L wie oben beschrieben eingestellten Bestrahlungsbedingungen schließen die Ausgangsleistung des Laserstrahls L, die Höhe der Kondensorlinse 48b, die den Laserstrahl L bündelt, usw. ein. Wenn der Laserstrahl L ein gepulster Laserstrahl ist (wenn der Laseroszillator 44 eine Pulsoszillation ausführt), kann die Überlappungsrate des Laserstrahls L auch zu den Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L gehören.
Zum Beispiel stellt der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L so ein, dass die Ausgangsleistung des Laserstrahls L linear (siehe 7A) oder stufenartig (siehe 7B) niedriger wird, während die Photonenanzahl der Fluoreszenz B ansteigt. Die 7A und 7B sind Graphen, die jeweils eine lineare Korrelation und eine stufenartige Korrelation zwischen der Photonenanzahl der Fluoreszenz B und den Ausgangsleistungen des Laserstrahls L schematisch veranschaulichen, die in dem Speicherabschnitt 70 gespeichert sind. Unter solchen Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L ist es möglich, Abweichungen in der Tiefe einer Trennschicht von der vorderen Fläche 11a aus zu reduzieren, die in dem Ingot 11 mit darin vorhandenen Bereichen unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen, ausgebildet werden sollen.
Der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 kann die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L auch so einstellen, dass die Position (Höhe) der Kondensorlinse 48b, die den Laserstrahl L bündelt, linear (siehe 7C) oder stufenartig (siehe 7D) höher wird, während die Photonenanzahl der Fluoreszenz B, die durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 erfasst wird, ansteigt. Die 7C und 7D sind Graphen, die eine lineare Korrelation bzw. eine stufenartige Korrelation zwischen der Photonenanzahl der Fluoreszenz B und Höhen der Kondensorlinse 48b schematisch veranschaulichen, die in dem Speicherabschnitt 70 gespeichert sind. Unter solchen Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L ist es möglich, Abweichungen in der Tiefe einer Trennschicht zu reduzieren, die in dem Ingot 11 mit darin vorhandenen Bereichen unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen von der vorderen Fläche 11a aus ausgebildet werden sollen.
Der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt 72 kann die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L auch so einstellen, dass die Überlappungsrate des Laserstrahls L, der ein gepulster Laserstrahl ist, linear (siehe 7E) oder stufenartig (siehe 7F) abnimmt, während die Photonenanzahl der Fluoreszenz B, die durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 erfasst wird, ansteigt. Die 7E und 7F sind Graphen, die eine lineare Korrelation bzw. eine stufenartige Korrelation zwischen der Photonenanzahl der Fluoreszenz B und Überlappungsraten des Laserstrahls L schematisch veranschaulichen, die in dem Speicherabschnitt 70 gespeichert sind. Unter solchen Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L ist es möglich, Abweichungen bei der Tiefe einer Trennschicht zu reduzieren, die in dem Ingot 11 mit Bereichen unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen, die darin vorhanden sind, von der vorderen Fläche 11a aus auszubilden ist.
Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 können die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L für die jeweiligen Bereiche in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B, die auftritt, wenn das Erregungslicht A auf die jeweiligen Bereiche, die zu der oberen Fläche (vorderen Fläche) 11a des Ingots 11 gehören, abgestrahlt wird, nacheinander eingestellt werden. Wie oben erwähnt, hängt die Photonenanzahl so einer Fluoreszenz von der Verunreinigungskonzentration ab, die in einem Ingot dotiert ist.
Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 kann die Trennschicht daher auf einer von der oberen Fläche (vorderen Fläche) 11a des Ingots 11 aus gleichförmigen Tiefe selbst dann ausgebildet werden, wenn Bereiche unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen zu dem Ingot 11 gehören. Es ist folglich möglich, den Schnittverlust zu vermindern, wenn Wafer von dem Ingot 11 abgetrennt werden.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Laserbearbeitungsverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung zum Ausbilden einer Trennschicht in dem Ingot 11, um einen Wafer abzutrennen, schematisch veranschaulicht. Bei diesem Verfahren wird der Ingot 11 als Erstes gehalten (Halteschritt: S1).
Zum Beispiel wird der Ingot 11 auf der Haltefläche 26a des Spanntischs 26 so abgelegt, dass die vordere Fläche 11a des Ingots 11 nach oben gerichtet ist. Dann wird die mit der Haltefläche 26a verbundene Saugquelle betätigt. Als Folge hiervon wird der auf der Seite der hinteren Fläche 11b von diesem auf der Haltefläche 26a abgelegte Ingot 11 unter Saugwirkung gehalten.
Das Erregungslicht A einer vorbestimmten Wellenlänge (zum Beispiel 365 nm) wird dann von oberhalb des Ingots 11 aus auf den Ingot 11 abgestrahlt, und die Fluoreszenz B, die an dem Ingot 11 auftritt, wird erfasst (Fluoreszenz-Erfassungsschritt: S2). 9 ist eine perspektivische Ansicht, die den Fluoreszenz-Erfassungsschritt (S2) schematisch veranschaulicht.
Bei dem Fluoreszenz-Erfassungsschritt (S2) wird das Erregungslicht A mit dem Brennpunkt F1 des ellipsoiden Spiegels 58 der Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50, auf den Ingot 11 abgestrahlt, das heißt die Höhe des Brennpunkts des Erregungslichts A fällt mit der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 zusammen. Zu diesem Zeitpunkt werden der Brennpunkt des Erregungslichts A und der Ingot 11 relativ zueinander in der horizontalen Richtung bewegt, sodass das Erregungslicht A nacheinander auf die Bereiche abgestrahlt wird, die durch jeweilige von mehreren Koordinatenpunkten (die hiernach einfach „jeweilige Koordinatenpunkte“ genannt werden) auf der Koordinatenebene parallel zu der Haltefläche 26a angegeben werden, auf die vordere Fläche 11a des Ingots 11 abgestrahlt.
Zum Beispiel wird das Erregungslicht A als Erstes auf den Bereich abgestrahlt, der durch einen der Koordinatenpunkte angegeben wird, wobei der eine Koordinatenpunkt in einer Umgebung eines äußeren Umfangs der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 angeordnet ist. Während das Erregungslicht A auf den Ingot 11 abgestrahlt wird, wird die Rotationsantriebsquelle betätigt, um den Spanntisch 26 zu drehen, und der mit der Schraubenwelle 12 verbundene Motor 14, die sich entlang der Y-Achse erstreckt, wird ebenfalls betätigt, sodass eine Mitte der Haltefläche 26a sich nach und nach dem Brennpunkt des Erregungslichts A annähert.
Als Folge wird das Erregungslicht A von der Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 entlang einer vertikalen Trajektorie auf den Ingot 11 abgestrahlt, die durch eine gestrichelte Linie in 9 angegeben wird. Die Fluoreszenz B, die an den jeweiligen Bereichen auftritt, die zu der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 gehören, wird dann durch den Lichtempfangsabschnitt 60 der Fluoreszenz-Erfassungseinheit 50 erfasst. Es ist verständlich, dass die Bestrahlung mit Erregungslicht A auch ausgeführt werden kann, während die Rotationsantriebsquelle betätigt wird, um den Spanntisch 26 zu drehen, und der Motor 22 betätigt wird, der mit der Schraubenwelle 20 verbunden ist, die sich entlang der X-Achsenrichtung erstreckt.
Die Koordinatenpunkte und die Photonenanzahl der Fluoreszenz B werden als Nächstes im Zusammenhang miteinander gespeichert (Speicherschritt: S3). Insbesondere speichert der Speicherabschnitt 70 der Steuerungseinheit 66 die jeweiligen Koordinatenpunkte, welche die Bereiche angeben, die zu der vorderen Fläche 11a des Ingots gehören, und die Photonenanzahl der Fluoreszenz B, wie sie erfasst wird, wenn das Erregungslicht A während des Fluoreszenz-Erfassungsschritts (S2) abgestrahlt wird, in Bezug zueinander.
Während die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L für die jeweiligen Bereiche an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 verändert werden, die durch die Koordinatenpunkte in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B angegeben werden, wird der Laserstrahl L dann auf den Ingot 11 abgestrahlt, um eine Trennschicht auszubilden (Laserstrahl-Bestrahlungsschritt: S4). 10 ist eine perspektivische Ansicht, die den Laserstrahl-Bestrahlungsschritt (S4) schematisch veranschaulicht.
Bei dem Laserstrahl-Bestrahlungsschritt (S4) wird der Laserstrahl L mit der Wellenlänge (zum Beispiel 1064 nm) mit einer Transmissionsfähigkeit für den Ingot 11 abgestrahlt, wobei der Brennpunkt des Laserstrahls L von einer Seite der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 aus auf einer Tiefe positioniert wird, die mit der Dicke eines abzutrennenden Wafers korrespondiert.
Zum Beispiel wird der Laserstrahl L als Erstes auf ein Ende der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 in der X-Achsenrichtung abgestrahlt. Während der Laserstrahl L auf den Ingot 11 abgestrahlt wird, wird dann der zu dem Horizontal-Bewegungsmechanismus 6 gehörende Motor 22 betätigt, um den Spanntisch 26 entlang der X-Achsenrichtung zu bewegen, bis der Brennpunkt des Laserstrahls L ein gegenüberliegendes Ende in der X-Achsenrichtung der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 erreicht.
Nachdem der zu dem Horizontal-Bewegungsmechanismus 6 gehörende Motor 14 weiter betätigt worden ist, sodass der Spanntisch 26 entlang der Y-Achsenrichtung bewegt wird, werden ähnliche Betätigungen bzw. Vorgänge wiederholt. Als Folge wird der Laserstrahl Lvon dem Bestrahlungskopf 48 nacheinander entlang mehrerer linearer Trajektorien, die in 10 durch gestrichelte Linien angegeben sind, auf den Ingot abgestrahlt. Als Ergebnis wird in dem Ingot 11 eine Trennschicht ausgebildet.
Hier wird die Abstrahlung des Laserstrahls L so ausgeführt, dass sich der Laserstrahl L durch die über die Koordinatenpunkte angegebenen Bereiche an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 bewegt, die bei dem Fluoreszenz-Erfassungsschritt (S2) in dem Speicherabschnitt 7 gespeichert werden. Zudem werden die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L auf die jeweiligen Bereiche in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B eingestellt, wie sie in Bezug zu den jeweiligen Koordinatenpunkten gespeichert ist. Die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L wird dadurch mit den sich fortlaufend ändernden Bestrahlungsbedingungen in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B ausgeführt, wie sie in Bezug zu den jeweiligen Koordinatenpunkten in dem Speicherschritt (S3) gespeichert worden ist.
Bei dem in 8 veranschaulichten Laserbearbeitungsverfahren werden die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L für die jeweiligen Bereiche, die zu der oberen Fläche (vorderen Fläche) 11a des Ingots 11 gehören, nacheinander in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B eingestellt, die auftritt, wenn das Erregungslicht A auf die jeweiligen Bereiche abgestrahlt wird. Wie oben erwähnt, hängt die Photonenanzahl so einer Fluoreszenz von der Verunreinigungskonzentration ab, die in einem Ingot dotiert ist.
Bei diesem Verfahren kann daher eine Trennschicht auf einer von der oberen Fläche (vorderen Fläche) 11a des Ingots 11 aus einheitlichen Tiefe selbst dann ausgebildet werden, wenn zu dem Ingot 11 Bereiche unterschiedlicher Verunreinigungskonzentrationen gehören. Es ist folglich möglich, den Schnittverlust zu reduzieren, wenn Wafer von dem Ingot 11 abgetrennt werden.
Es ist verständlich, dass das in 8 veranschaulichte Laserbearbeitungsverfahren eine Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist und das Laserbearbeitungsverfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung nicht auf das in 8 veranschaulichte Verfahren zu beschränken ist. Zum Beispiel können Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L, die für die jeweiligen Bereiche, welche durch die Koordinatenpunkte an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 angegeben werden, in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B eingestellt werden, während des Laserbearbeitungsverfahrens des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung in dem Speicherabschnitt 70 im Voraus vor dem Halteschritt (S1) gespeichert werden (siehe 11).
Mit anderen Worten kann das Laserbearbeitungsverfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ferner einen Bestrahlungsbedingung-Speicherschritt (S5) beinhalten, der im Voraus Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L speichert, die für die jeweiligen mehrerer Bereiche, die durch mehrere Koordinatenpunkte an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 angegeben werden, in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B eingestellt werden sollen. In diesem Fall stellt der Laserstrahl-Bestrahlungsschritt (S4) Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L auf die jeweiligen Bereiche, die durch die Koordinatenpunkte angegeben werden, unter Bezugnahme auf die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl L in Übereinstimmung mit der Photonenanzahl der Fluoreszenz B, wie sie in dem Bestrahlungsbedingung-Speicherschritt (S5) gespeichert worden ist, an der vorderen Fläche 11a des Ingots 11 ein.
Darüber hinaus können der Aufbau, das Verfahren und Ähnliches in Übereinstimmung mit der oben genannten Ausführungsform ohne Änderungen oder Abwandlungen nach Bedarf zu so einem Ausmaß umgesetzt werden, das nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung verlässt.
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 umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016111143 A [0004]
JP 2020077783 A [0009]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung zum Ausbilden einer Trennschicht in einem Ingot, um einen Wafer abzutrennen, die aufweist: eine Halteeinheit, die eine Haltefläche zum Halten des Ingots aufweist; eine Fluoreszenz-Erfassungseinheit, die eingerichtet ist, Erregungslicht mit einer vorbestimmten Wellenlänge von oberhalb des Ingots zu dem Ingot abzustrahlen und eine an dem Ingot auftretende Fluoreszenz zu erfassen; eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit, die eingerichtet ist, einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die eine Transmissionsfähigkeit für den Ingot aufweist, mit einem Brennpunkt des Laserstrahls von einer oberen Fläche des Ingots aus auf einer Tiefe positioniert auf den Ingot abzustrahlen, wobei die Tiefe mit einer Dicke des von dem Ingot abzutrennenden Wafers korrespondiert, sodass die Trennschicht in dem Ingot ausgebildet wird; einen Horizontal-Bewegungsmechanismus, der die Halteeinheit und die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit in einer Richtung parallel zu der Haltefläche relativ zueinander bewegt; und eine Steuerungseinheit, wobei die Steuerungseinheit aufweist: einen Speicherabschnitt, der eingerichtet ist, jeweilige mehrerer Koordinatenpunkte auf einer zu der Haltefläche parallelen Koordinatenebene, die mehrere zu der oberen Fläche des Ingots gehörende Bereiche angeben, und eine Photonenanzahl der Fluoreszenz, die durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit erfasst wird, wenn das Erregungslicht auf die jeweiligen der mehreren Bereiche abgestrahlt wird, in Bezug zueinander zu speichern, und einen Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt, der eingerichtet ist, Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl auf jeweilige mehrerer Bereiche, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden, in Übereinstimmung mit der Photonenanzahlen der Fluoreszenz einzustellen, die in Bezug zu den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte gespeichert sind.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Speicherabschnitt eingerichtet ist, Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl im Voraus zu speichern, die für die jeweiligen der mehreren Bereiche, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden, in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen, die durch die Fluoreszenz-Erfassungseinheit erfasst werden, zu speichern, und der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt eingerichtet ist, Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl auf jeweilige der mehreren Bereiche, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden, unter Bezugnahme auf die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl einzustellen, die mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen korrespondieren und in dem Speicherabschnitt gespeichert sind.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt eingerichtet ist, die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl so einzustellen, dass eine Ausgangsleistung des Laserstrahls, eine Höhe einer Kondensorlinse, die den Laserstrahl bündelt, und/oder eine Überlappungsrate des Laserstrahls in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen verändert wird, die in Bezug zu den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte gespeichert ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Bestrahlungsbedingung-Einstellabschnitt eingerichtet ist, die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl so einzustellen, dass eine Ausgangsleistung des Laserstrahls, eine Höhe einer Kondensorlinse, die den Laserstrahl bündelt, und/oder eine Überlappungsrate des Laserstrahls in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen verändert wird, die in Bezug zu den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte gespeichert ist.
Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer Trennschicht in einem Ingot, um einen Wafer abzutrennen, wobei das Verfahren umfasst: einen Halteschritt mit einem Halten des Ingots; nach dem Halteschritt einen Fluoreszenz-Erfassungsschritt mit einem Abstrahlen von Erregungslicht einer vorbestimmten Wellenlänge von oberhalb des Ingots auf den Ingot und einem Erfassen einer Fluoreszenz, die an dem Ingot auftritt; einen Speicherschritt mit einem Speichern jeweiliger mehrerer Koordinatenpunkte, die mehrere zu einer oberen Fläche des Ingots gehörende Bereiche angeben, und einer Anzahl von Fluoreszenzphotonen in Bezug zueinander, die erfasst werden, wenn das Erregungslicht der vorbestimmten Wellenlänge während des Fluoreszenz-Erfassungsschritts auf die jeweiligen der mehreren Bereiche abgestrahlt wird; und einen Laserstrahl-Bestrahlungsschritt mit einem Abstrahlen eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, die eine Transmissionsfähigkeit für den Ingot aufweist, mit einem Brennpunkt des Laserstrahls von einer oberen Fläche des Ingots aus in einer Tiefe positioniert, die mit einer Dicke des von dem Ingot abzutrennenden Wafers korrespondiert, auf den Ingot und einem relativ zueinander Bewegen des Brennpunkts und des Ingots, sodass die Trennschicht in dem Ingot ausgebildet wird, wobei während des Laserstrahl-Bestrahlungsschritts die Trennschicht in dem Ingot ausgebildet wird, während Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen, die während des Speicherschritts in Bezug zu den jeweiligen mehrerer Koordinatenpunkte gespeichert worden ist, zu den jeweiligen mehrerer Bereiche verändert werden, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst: einen Bestrahlungsbedingung-Speicherschritt mit einem im Voraus Speichern von Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl, die für jeweiligen der mehreren Bereiche, die zu den mehreren Koordinatenpunkten gehören, in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen einzustellen sind, die durch Abstrahlen des Erregungslichts der vorbestimmten Wellenlänge auf den Ingot an dem Ingot auftreten, wobei bei dem Laserstrahl-Bestrahlungsschritt die Bestrahlungsbedingung für den Laserstrahl auf die jeweiligen der mehreren Bereiche, die durch die mehreren Koordinatenpunkte angegeben werden, unter Bezugnahme auf die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl eingestellt werden, die mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen korrespondieren, wie sie während des Bestrahlungsbedingung-Speicherschritts gespeichert worden ist.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 5, bei dem als die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl eine Ausgangsleistung des Laserstrahls, eine Höhe einer Kondensorlinse, die den Laserstrahl bündelt, und/oder eine Überlappungsrate des Laserstrahls in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen eingestellt wird, die in Bezug zu den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte gespeichert ist.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem als die Bestrahlungsbedingungen für den Laserstrahl eine Ausgangsleistung des Laserstrahls, eine Höhe einer Kondensorlinse, die den Laserstrahl bündelt, und/oder eine Überlappungsrate des Laserstrahls in Übereinstimmung mit der Anzahl der Fluoreszenzphotonen eingestellt wird, die in Übereinstimmung mit den jeweiligen der mehreren Koordinatenpunkte gespeichert ist.