DE102023205162A1

DE102023205162A1 - Herstellungsverfahren für einen wafer

Info

Publication number: DE102023205162A1
Application number: DE102023205162.1A
Authority: DE
Inventors: Asahi Nomoto
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2022-06-13
Filing date: 2023-06-02
Publication date: 2023-12-14
Also published as: US20230398640A1; JP2023181727A

Abstract

Es wird ein Herstellungsverfahren für einen Wafer aus einem Werkstück bereitgestellt, wobei das Werkstück ein Ingot aus Galliumnitrid oder ein einkristallines Substrat aus Galliumnitrid ist, die jeweils eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweisen. Das Verfahren beinhaltet einen Trennschicht-Ausbildungsschritt mit einem Aufbringen eines gepulsten Laserstrahls mit so einer Wellenlänge, dass er durch das Werkstück zu der ersten Fläche übertragen wird, wobei ein Brennpunkt des Laserstrahls auf einem Tiefenniveau in dem Werkstück positioniert ist, ein relatives Bewegen des Werkstücks und des Brennpunkts entlang einer vorbestimmten Richtung, um dadurch eine Trennschicht in dem Werkstück auszubilden, und einen Trennschritt mit einem Trennen des Wafers von dem Werkstück unter Verwendung der Trennschicht als Startpunkt. Die vorbestimmte Richtung bildet in einer (0001)-Ebene einen Winkel von 5° oder weniger in Bezug auf Kristallausrichtungen aus, die durch die folgenden Miller-Bravais-Indices (1) wiedergegeben werden.[Math. 1]〈112¯0〉

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Wafer aus einem Werkstück, das ein Ingot aus Galliumnitrid oder ein einkristallines Substrat aus Galliumnitrid ist und sowohl eine erste Fläche als auch eine zweite Fläche, die auf einer zu der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, aufweist. Der Wafer weist eine Dicke auf, die geringer ist als ein Abstand zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche.
BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
Galliumnitrid (GaN) wird als Halbleiter mit Breitbandlücke bezeichnet und weist eine Bandlücke auf, die verglichen mit Silizium (Si) in etwa drei Mal größer ist. Unter Verwendung dieser relativ großen Bandlücke aus GaN werden Bauelemente, wie zum Beispiel Leistungsbauelemente und lichtemittierende Dioden (LEDs), hergestellt. Einkristalline Substrate (das heißt Wafer) aus GaN werden im Allgemeinen durch Abtrennen eines Ingots aus GaN hergestellt. Für das Herstellen solcher Wafer wird zum Beispiel eine ringförmige Trenneinrichtung mit einer Schneidklinge verwendet, die anstelle an dessen äußerem Umfangsabschnitt an dessen innerem Umfangsabschnitt angeordnet ist (siehe JP 2011-84469 A ) .
Jedoch weist die Schneidklinge der Schneideinrichtung verglichen mit der Dicke (zum Beispiel 0,15 mm) eines jeden Wafers eine relativ große Dicke (zum Beispiel 0,3 mm) auf. Betrachtet man eine Schnittzugabe und einen Wafer zusammen, wird daher in etwa 60 bis 70% des Ingots als Schnittzugabe pro Wafer verworfen. Wie aus dem vorangegangenen hervorgeht, führt die Verwendung einer Schneidklinge im Verhältnis zu der Summe aus Schnittzugabe und Wafer zu einem relativ hohen Anteil einer Schnittzugabe (mit anderen Worten verworfenem Anteil) und ist folglich unwirtschaftlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts so eines Problems hatte die vorliegende Erfindung als deren Aufgabe, ein Waferherstellungsverfahren bereitzustellen, das eine Schnittzugabe reduzieren kann, wenn ein Wafer aus GaN aus einem Ingot aus GaN oder einem einkristallinen Substrat aus GaN hergestellt wird.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für einen Wafer aus einem Werkstück bereitgestellt, wobei das Werkstück ein Ingot aus Galliumnitrid oder ein einkristallines Substrat aus Galliumnitrid ist, die jeweils eine erste Fläche und eine zweite Fläche, die auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, aufweisen und der Wafer eine Dicke aufweist, die geringer ist als ein Abstand zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche. Das Herstellungsverfahren beinhaltet einen Halteschritt mit einem Halten des Werkstücks an dessen zweiter Fläche unter Saugwirkung, nach dem Halteschritt einen Trennschicht-Ausbildungsschritt mit einem Aufbringen eines gepulsten Laserstrahls mit so einer Wellenlänge, dass er durch das Werkstück übertragen wird, von einer der zweiten Fläche gegenüberliegenden Seite aus auf die erste Fläche und mit einem Brennpunkt des Laserstrahls auf einem vorbestimmten Tiefenniveau in dem Werkstück positioniert, einer Relativbewegung des Werkstücks und des Brennpunkts entlang einer vorbestimmten Richtung, um dadurch eine Trennschicht in dem Werkstück auszubilden, und nach dem Trennschicht-Ausbildungsschritt einen Trennschritt mit einem Trennen des Wafers von dem Werkstück unter Verwendung der Trennschicht als Startpunkt. Die vorbestimmte Richtung in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt bildet in einer (0001)-Ebene einen Winkel von 5° oder weniger in Bezug auf Kristallausrichtungen aus, die durch die folgenden Miller-Bravais-Indices (1) angegeben werden.
[Math. 1] $〈 11 \bar{2} 0 〉$
Vorzugsweise kann das Herstellungsverfahren nach dem Halteschritt und vor dem Trennschicht-Ausbildungsschritt ferner einen Ring-Bearbeitungsschritt mit einem Positionieren des Brennpunkts auf dem vorbestimmten Tiefenniveau und Aufbringen des Laserstrahls in einem ringförmigen Muster entlang einer äußeren Umfangskante des Werkstücks umfassen, um dadurch in einem äußeren Umfangsbereich des Werkstücks eine ringförmige Trennschicht auszubilden.
Nachdem das Werkstück und der Brennpunkt in einem regelmäßigen, sechseckigen Muster bewegt worden sind, um der vorbestimmten Richtung zu folgen, kann der Brennpunkt in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt vorzugsweise in Richtung einer Mitte in einer radialen Richtung des Werkstücks bewegt werden, und das Werkstück und der Brennpunkt können dann relativ zueinander in einem kleineren, regelmäßigen, sechseckigen Muster bewegt werden, um der vorbestimmten Richtung zu folgen.
Vorzugsweise kann der Laserstrahl in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt in mehrere Laserstrahlen geteilt werden, einzelne Brennpunkte der jeweiligen Laserstrahlen können so angeordnet werden, dass die Brennpunkte entlang einer ersten Richtung Seite an Seite aufgereiht sind, und eine zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung kann als die vorbestimmte Richtung festgelegt sein.
Vorzugsweise können die Brennpunkte in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt entlang der zweiten Richtung bewegt werden, können dann entlang der ersten Richtung bewegt werden und können danach entlang der zweiten Richtung bewegt werden, und wenn die Brennpunkte entlang der ersten Richtung bewegt werden, können das Werkstück und die Brennpunkte relativ zueinander entlang der ersten Richtung bewegt werden, sodass ein erster Bewegungsbereich, wobei der erste Bewegungsbereich Trajektorien der Bewegung der Brennpunkte entlang der zweiten Richtung beinhaltet, und ein zweiter Bewegungsbereich, wobei der zweite Bewegungsbereich Trajektorien der Bewegung der Brennpunkte entlang der zweiten Richtung nach der Bewegung der Brennpunkte entlang der ersten Richtung beinhaltet, in der ersten Fläche gesehen einander teilweise überlappen.
Vorzugsweise können die Brennpunkte in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt entlang der ersten Richtung mit einem Abstand von 5 µm oder mehr und 20 µm oder weniger Seite an Seite angeordnet sein.
Vorzugsweise können Trennschichten in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt jeweils in dem ersten Bewegungsbereich und dem zweiten Bewegungsbereich ausgebildet werden und können jeweils mehrere modifizierte Bereiche enthalten, und in jeder Trennschicht können die modifizierten Bereiche ein Größenverhältnis von 0,5 oder mehr und 3,0 oder weniger aufweisen, wobei das Größenverhältnis durch (b/a) wiedergegeben wird, wobei „a“ einen Abstand (µm) zwischen den modifizierten Bereichen angibt, die Seite an Seite entlang der ersten Richtung ausgebildet worden sind, und „b“ einen Abstand (µm) zwischen den modifizierten Bereichen angibt, die entlang der zweiten Richtung Seite an Seite ausgebildet worden sind, indem die Brennpunkte und das Werkstück entlang der zweiten Richtung bewegt werden.
Vorzugsweise kann der in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt auf das Werkstück aufzubringende Laserstrahl in einem Burst-Modus auf das Werkstück aufgebracht werden.
In dem Herstellungsverfahren in Übereinstimmung mit dem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden das Werkstück und der Brennpunkt entlang der vorbestimmten Richtung relativ zueinander bewegt, wodurch die Trennschicht in dem Werkstück ausgebildet wird, wobei der Brennpunkt des Laserstrahls, der so eine Wellenlänge aufweist, dass er durch das Werkstück übertragen wird, auf dem vorbestimmten Tiefenniveau in dem Werkstück positioniert ist (Trennschicht-Ausbildungsschritt). Der Wafer wird dann unter Verwendung der Trennschicht als Startpunkt von dem Werkstück getrennt (Trennschritt). Aufgrund der Verwendung des Laserstrahls kann die Dicke der Trennschicht gesteuert werden, um zum Beispiel in etwa 60 µm (das heißt 0,06 mm) zu sein. Verglichen mit dem Fall, in dem eine Schneidklinge verwendet wird, ist es folglich möglich, die Schnittzugabe in der Dickenrichtung des Werkstücks zu vermindern.
Der obige und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und ihre Umsetzungsweise werden am besten durch ein Studium der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche, unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen und eine Abwandlung der Erfindung zeigen, deutlicher, und die Erfindung selbst wird hierdurch am besten verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform des Aspekts der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Ingots, an dem das Herstellungsverfahren der 1 angewendet wird;
3 ist ein schematisches Diagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Anwenden einer Laserbearbeitung auf den Ingot der 2;
4A ist eine schematische Wiedergabe eines gepulsten Laserstrahls der von einem Laseroszillator in einen akustooptischen Modulator der Laserbearbeitungsvorrichtung der 3 eintritt;
4B ist eine schematische Wiedergabe eines gepulsten Laserstrahls, der von dem akustooptischen Modulator in eine Leistungseinstelleinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung der 3 eintritt;
5 ist eine Seitenansicht, die einen Halteschritt des Herstellungsverfahrens der 1 darstellt;
6 ist eine Draufsicht, die einen Trennschicht-Ausbildungsschritt des Herstellungsverfahrens der 1 darstellt;
7 ist eine Draufsicht, die eine Überlappung zwischen Bewegungsbereichen mehrerer Brennpunkte in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt der 6 darstellt;
8A ist eine vordere Teilansicht einer Trenneinrichtung und bildet einen Trennschritt des Herstellungsverfahrens der 1 ab;
8B ist eine vordere Teilansicht der Trenneinrichtung und bildet einen Wafer ab, der in dem Trennschritt der 8A von dem Ingot getrennt worden ist;
9 ist eine Draufsicht, die eine Abwandlung des Trennschicht-Ausbildungsschritts der 6 darstellt;
10 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform des Aspekts der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Draufsicht, die einen Ring-Bearbeitungsschritt des Herstellungsverfahrens der 10 darstellt;
12 ist eine Fotografie eines einkristallinen Substrats, bei dem zwischen modifizierten Bereichen in einem ersten Experiment des Trennschicht-Ausbildungsschritts des Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform unzureichend Risse ausgebildet worden sind;
13 ist ein Schaubild, das die modifizierten Bereiche in dem ersten Experiment schematisch darstellt;
14 ist eine Fotografie eines einkristallinen Substrats, bei dem in einem zweiten Experiment in einer C-Achsenrichtung relativ große Risse ausgebildet worden sind; und
15 ist eine Fotografie eines einkristallinen Substrats, bei dem in einem dritten Experiment zwischen modifizierten Bereichen ausreichend Risse ausgebildet worden sind.

AUSFÜHRLICHE ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen wird eine Beschreibung über eine erste und zweite Ausführungsform des Aspekts der vorliegenden Erfindung und eine Abwandlung der ersten Ausführungsform ausgeführt.
<Erste Ausführungsform>
1 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform, das aus einem Ingot 11 aus GaN (Werkstück) ein einkristallines Substrat aus GaN (insbesondere einen Wafer 15; siehe 8B) herstellt, das dünner als der Ingot 11 ist. In der ersten Ausführungsform wird der Wafer 15 hergestellt, indem nacheinander ein Halteschritt S10, ein Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 und ein Trennschritt S30 ausgeführt werden, von denen alle in 1 dargestellt sind.
Unter Bezugnahme auf 2 wird als Erstes eine Beschreibung über den Ingot 11 ausgeführt. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Ingots 11. Der Ingot 11 ist ein Einkristall aus GaN, der eine hexagonale Kristallstruktur aufweist. Die Leitfähigkeit des Ingots 11 ist jedoch nicht besonders eingeschränkt. Der Ingot 11 kann ein p-Typ, der ein p-artiges Dotierungsmittel, wie zum Beispiel Magnesium (Mg) oder Beryllium (Be) enthält, sein oder kann ein n-Typ sein, der ein n-artiges Dotierungsmittel, wie zum Beispiel Silizium (Si) oder Germanium (Ge) enthält. Bei dieser Ausführungsform weist der Ingot 11 einen Durchmesser von 4 Inch (in etwa 100 mm) und eine Dicke von 500 µm auf, obwohl dessen Durchmesser und Dicke nicht auf diese Werte beschränkt sind. Der Ingot 11 weist eine erste Fläche 11a und eine zweite Fläche 11b auf, die auf einer zu der ersten Fläche 11a in einer Dickenrichtung 11c gegenüberliegenden Seite angeordnet und parallel zu der ersten Fläche 11a ist. Die erste Fläche 11a korrespondiert mit der c-Ebene, welche durch die folgenden Miller-Bravais-Indices (2) wiedergegeben wird.
[Math. 2] $(0001)$
Hier werden Kristallebenen und Kristallausrichtungen unter Verwendung der Miller-Bravais-Indices angegeben. Spezifische Kristallebenen werden unter Verwendung der Notation () wiedergebeben, während Kristallebenen, die aufgrund der Symmetrie der Kristallstruktur zueinander äquivalent sind, durch Verwendung der Notation {} wiedergegeben werden. Auf ähnliche Weise werden spezifische Kristallausrichtungen durch Verwendung der Notation [] wiedergegeben, während Kristallausrichtungen, die zueinander äquivalent sind, durch Verwendung der Notation <> wiedergegeben werden. Eine Kristallausrichtung, die senkrecht zu der ersten Fläche 11a (c-Ebene) und nach oben gerichtet ist, wird durch die nachfolgend beschriebenen Miller-Bravais-Indices (3) wiedergegeben. Diese Kristallausrichtung wird als „die c-Achse“ bezeichnet und korrespondiert mit der Dickenrichtung 11c des Ingots 11.
[Math. 3] $[0001]$
Bei dieser Ausführungsform weist der Ingot 11 an dessen Seitenfläche mehrere planare Facetten auf. Genauer gesagt weist der Ingot 11 insbesondere eine erste Seitenfläche 13a und eine zweite Fläche 13b auf, die in gegenseitig senkrechter Positionsbeziehung zueinander stehen. Die erste Seitenfläche 13a korrespondiert mit einer Kristallebene, welche durch die folgenden Miller-Bravais-Indices (4) wiedergegeben wird, während die zweite Seitenfläche 13b mit einer Kristallebene korrespondiert, welche durch die folgenden Miller-Bravais-Indices (5) wiedergegeben wird.
[Math. 4] $(\bar{1} 100)$

[Math. 5] $(11 \bar{2} 0)$
Eine erste Ausrichtungsebene (die hiernach als „die erste OF 13a₁“ abgekürzt wird), an der sich die erste Fläche 11a und die erste Seitenfläche 13a kreuzen, ist parallel zu einer Kristallausrichtung der folgenden Miller-Bravais-Indices (6).
[Math. 6] $[11 \bar{2} 0]$
Andererseits ist eine zweite Ausrichtungsebene (hiernach als „die zweite OF 13b₁“ abgekürzt), an der sich die erste Fläche 11a und die zweite Seitenfläche 13b kreuzen bzw. schneiden, parallel zu einer Kristallausrichtung der folgenden Miller-Bravais-Indices (7).
[Math. 7] $[\bar{1} 100]$
Als Nächstes wird eine Beschreibung unter Bezugnahme auf 3 über eine Laserbearbeitungsvorrichtung 2 zum Anwenden einer Laserbearbeitung an dem Ingot 11 ausgeführt. 3 ist ein schematisches Schaubild der Laserbearbeitungsvorrichtung 2. In 3 werden mehrere Elemente durch Funktionsblocks oder vereinfachte Formen angegeben. Eine X-Achsenrichtung (Bearbeitungsvorschubrichtung, zweite Richtung, vorbestimmte Richtung), eine Y-Achsenrichtung (Anstellrichtung, erste Richtung) und eine Z-Achsenrichtung (Höhenrichtung), die alle in 3 dargestellt sind, sind senkrecht zueinander. Es ist anzumerken, dass die X-Achsenrichtung hier parallel zu einer +X-Richtung und einer -X-Richtung ist, die zueinander entgegengesetzt ausgerichtet sind. Auf ähnliche Weise ist die Y-Achsenrichtung parallel zu einer +Y-Richtung und einer -Y-Richtung, die entgegengesetzt zueinander sind, und die Z-Achsenrichtung ist parallel zu einer +Z-Richtung und einer - Z-Richtung, die entgegengesetzt zueinander sind.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 weist einen scheibenförmigen Spanntisch 4 auf. Der Spanntisch 4 weist einen scheibenförmigen Rahmenkörper auf, der mit einem Metall, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, ausgebildet ist. In einem mittigen Abschnitt des Rahmenkörpers ist eine nicht dargestellte, scheibenförmige Aussparung mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser des Rahmenkörpers ausgebildet. In dieser Aussparung ist eine scheibenförmige, poröse Platte fixiert, die mit poröser Keramik ausgebildet ist. In dem Rahmenkörper sind vorbestimmte, nicht dargestellte Strömungskanäle ausgebildet, mit denen eine nicht dargestellte Saugquelle, wie zum Beispiel eine Vakuumpumpe, über ein nicht dargestelltes Rohrelement oder Ähnliches verbunden ist. Wenn ein an der Saugquelle erzeugter Unterdruck zu der porösen Platte übertragen wird, tritt der Unterdruck an einer kreisförmigen oberen Fläche der porösen Platte auf. Eine ringförmige obere Fläche des Rahmenkörpers und die kreisförmige obere Fläche der porösen Platte sind im Wesentlichen bündig zueinander und sind im Wesentlichen planar und dienen als Haltefläche 4a zum Halten des Ingots 11 unter Saugwirkung. Die Haltefläche 4a ist parallel zu einer XY-Ebene angeordnet.
Der Spanntisch 4 ist an einem unteren Abschnitt von diesem mit einem nicht dargestellten Rotationsantriebsmechanismus versehen, um den Spanntisch 4 zu drehen. Der Rotationsantriebsmechanismus kann den Spanntisch 4 um einen vorbestimmten Winkel um eine vorbestimmte Rotationsachse drehen, die sich entlang der Z-Achsenrichtung erstreckt. Der Spanntisch 4 und der Rotationsantriebsmechanismus werden an einem nicht dargestellten, horizontalen Bewegungsmechanismus unterstützt. Der horizontale Bewegungsmechanismus beinhaltet einen X-Achsen-Bewegungsmechanismus und einen Y-Achsen-Bewegungsmechanismus, die jeweils kugelspindelartig sind und den Spanntisch 4 bewegen können, und einen Rotationsantriebsmechanismus entlang der X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung.
Über der Haltefläche 4a ist eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 angeordnet. Die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 weist eine Laserstrahl-Erzeugungseinheit 8 auf. Die Laserstrahl-Erzeugungseinheit 8 beinhaltet einen Laseroszillator 10. Der Laseroszillator 10 weist beispielsweise ND:YAG, Nd:YVO₄ oder Ähnliches als Lasermedium auf. Von dem Laseroszillator 10 wird ein gepulster Laserstrahl L_A (zum Beispiel mit mehreren 10 MHz) mit so einer Wellenlänge emittiert, dass er durch den Ingot 11 aus GaN übertragen wird (zum Beispiel 1064 nm).
Der von dem Laseroszillator 10 emittierte Laserstrahl L_A wird in einem akustooptischen Modulator (AOM) 12 in einen Burst-Modus-Laserstrahl L_B umgewandelt. Der akustooptische Modulator 12 wird durch ein elektrisches Signal betätigt, das in diesen eingegeben wird, und lenkt den Laserstrahl L_A in Übereinstimmung mit dem Signal nur für eine vorbestimmte Zeit ab. Infolgedessen wird der Laserstrahl L_B in einer Form von dem akustooptischen Modulator 12 zu einer Leistungseinstelleinheit 14 emittiert, in welcher der Laserstrahl L_A wiederholt über einen vorbestimmten Zeitraum ausgebildet worden ist.
4A ist eine schematische Wiedergabe des gepulsten Laserstrahls L_A, der aus dem Laseroszillator 10 in den akustooptischen Modulator 12 eintritt, und 4B ist eine schematische Wiedergabe des gepulsten Laserstrahls L_B, der aus dem akustooptischen Modulator 12 in die Leistungseinstelleinheit 14 eintritt. In den 4A und 4B gibt die Abszisse jeweils die Zeit wieder und die Ordinate gibt jeweils die Höhe der Leistung wieder. Wie in 4B dargestellt, wird der Laserstrahl L_A in dem akustooptischen Modulator 12 in den Burst-Modus-Laserstrahl L_B umgewandelt, sodass eine Pulsgruppe 12a, die mehrere Pulse beinhaltet, in einem vorbestimmten Zyklus T wiederholt wird. Ein zeitlicher Abstand t, der mit einem Abstand zwischen Pulsgruppen 12a korrespondiert, ist zum Beispiel mehrere 10 µs bis mehrere 100 ps. Es ist anzumerken, dass die Inverse des Zyklus T zwischen den Pulsgruppen 12a als Wiederholeinheiten (mit anderen Worten die Wiederholfrequenz) zum Beispiel 50 kHz beträgt.
Unter Bezugnahme auf 3 wird der Laserstrahl L_B dann durch die Leistungseinstelleinheit 14, die einen Abschwächer oder Ähnliches aufweist, auf eine angemessene Leistung eingestellt, und danach wird der sich ergebende Laserstrahl L_B in der Teilereinheit 16 räumlich geteilt. Die Teilereinheit 16 weist bei dieser Ausführungsform einen Liquid Crystal on Silicon-Spacial Light Modulator (LCOS-SLM; nicht dargestellt) auf, jedoch kann auch anstelle des LCOS-SLM ein Beugungsgitter verwendet werden. Ein Laserstrahl L_C, der durch die Teilereinheit 16 gelangt ist, wird im Wege einer nicht dargestellten Kollimatorlinse, eines Spiegels 18 oder Ähnliches zu einem Bestrahlungskopf 20 geführt. Der Bestrahlungskopf 20 weist eine nicht dargestellte Kondensorlinse auf. Die Kondensorlinse fokussiert den Laserstrahl L_C in dem unter Saugwirkung an der Haltefläche 4a gehaltenen Ingot 11 auf einem vorbestimmten Tiefenniveau.
Der in 3 dargestellte Laserstrahl L_C wurde durch die Teilereinheit 16 in mehrere Laserstrahlen L_C1, L_C2, L_C3, L_C4 und L_C5 geteilt, und Brennpunkte Ps (P₁, P₂, P₃, P₄, P₅) der jeweiligen Laserstrahlen L_C1 bis L_C5 sind so angeordnet, dass sie in dem vorbestimmten Tiefenniveau in dem Ingot 11 in der Y-Achsenrichtung Seite an Seite aufgereiht sind. Der Abstand zwischen den Brennpunkten Ps, die entlang der Y-Achsenrichtung Seite an Seite aufgereiht sind, wird auf einen vorbestimmten Wert, wie zum Beispiel 5 µm oder mehr und 20 µm oder weniger, eingestellt. Es ist anzumerken, dass in dem in 3 dargestellten Beispiel, die Teilungsanzahl des Laserstrahls L_C der Einfachheit halber bei der Beschreibung auf 5 festgelegt ist, die Teilungsanzahl jedoch nicht auf 5 beschränkt ist. Die Teilungsanzahl kann 2 oder mehr und 16 oder weniger sein, wobei die Teilungsanzahl bei einem bevorzugten Beispiel 10 ist.
In einem nicht dargestellten Gehäuse der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 ist eine nicht dargestellte Bildgebungseinheit angeordnet, um ein Objekt abzubilden. Die Bildgebungseinheit weist eine nicht dargestellte lichtemittierende Einrichtung auf, die Licht entlang der Z-Achsenrichtung nach unten emittiert. Die lichtemittierende Einrichtung beinhaltet lichtemittierende Elemente, wie zum Beispiel LEDs, die als Lichtquelle dienen. Die Bildgebungseinheit weist ferner eine nicht dargestellte Bildgebungseinrichtung auf, die reflektiertes Licht von dem von der lichtemittierenden Einrichtung aufgebrachten Licht über eine nicht dargestellte Linse empfängt. Das Licht von der lichtemittierenden Einrichtung weist die Wellenlängen sichtbaren Lichts auf. Die Bildgebungseinrichtung kann die Frequenzen des Lichts von der lichtemittierenden Einrichtung fotoelektrisch umwandeln. Die Bildgebungseinrichtung ist ein Charge-Coupled Device Image Sensor (CCD-Bildsensor), ein Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Image Sensor (CMOS-Bildsensor) oder Ähnliches. Die lichtemittierende Einrichtung, Linse, Bildgebungseinrichtung und Ähnliches machen eine Mikroskopkameraeinheit aus, welche Objekte mit sichtbarem Licht abbildet.
Betätigungen des oben erwähnten Spanntischs 4, Rotationsantriebsmechanismus, Horizontalbewegungsmechanismus, Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 und Ähnlichem werden durch eine nicht dargestellte Steuerung gesteuert. Die Steuerung beinhaltet einen Computer, der zum Beispiel einen Prozessor (Verarbeitungseinheit), der durch eine zentrale Verarbeitungseinrichtung (CPU) ausgebildet wird, und Speicher (Speichereinrichtungen) aufweist. Die Speicher beinhalten eine Hauptspeichereinrichtung, wie zum Beispiel einen Dynamic Random Access Memory (DRAM), einen Static Random Access Memory (SRAM) oder einen Read Only Memory (ROM) und eine Hilfsspeichereinrichtung, wie zum Beispiel einen Flash Memory, eine Festplatte oder einen Solid State Drive. In der Hilfsspeichereinrichtung wird Software gespeichert, die vorbestimmte Programme beinhaltet. Funktionen der Steuerung werden durch Betätigen der Bearbeitungseinrichtung und Ähnlichem in Übereinstimmung mit der Software umgesetzt.
Im Anschluss an die in 1 dargestellten Schritte wird als Nächstes eine Beschreibung über das Herstellungsverfahren in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform für den Wafer 15 ausgeführt. 5 ist eine Seitenansicht, die den Halteschritt S10 zum Halten des Ingots 11 an der zweiten Fläche 11b unter Saugwirkung an der Haltefläche 4a darstellt. In dem Halteschritt S10 wird der Ingot 11 unter Saugwirkung an der Haltefläche 4a gehalten, sodass die zweite Fläche 11b mit der Haltefläche 4a in Kontakt gehalten wird und die erste Fläche 11a nach oben exponiert ist. In dem Halteschritt S10 wird der Ingot 11 auch durch die Bildgebungseinheit auf einer Seite der ersten Fläche 11a abgebildet, nachdem er unter Saugwirkung gehalten wird, um dadurch jegliche Abweichung des ersten OF 13a₁ relativ zu der X-Achsenrichtung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 anzugeben. Danach wird der Spanntisch 4 durch den Rotationantriebsmechanismus gedreht, um die Abweichung auszugleichen, wodurch das erste OF 13a₁ im Wesentlichen parallel zu der X-Achsenrichtung positioniert wird.
Nach dem ersten Schritt S10 wird der Burst-Modus-Laserstrahl L_C von oberhalb der ersten Fläche 11a (mit anderen Worten von der zu der zweiten Fläche 11b gegenüberliegenden Seite aus) in Richtung der ersten Fläche 11a aufgebracht, sodass eine Trennschicht 11d (siehe 8A) von der ersten Fläche 11a aus auf dem vorbestimmten Tiefenniveau ausgebildet wird. 6 ist eine Draufsicht, welche den Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 darstellt. Es ist anzumerken, dass in 6 zum Erleichtern des Verständnisses zwei der Brennpunkte Ps, wobei die zwei Brennpunkte in der Y-Achsenrichtung am obersten und untersten angeordnet sind, durch relativ große Kreise dargestellt sind und die zwischen den zwei Brennpunkten Ps angeordneten, restlichen Brennpunkte durch kleine Punkte dargestellt sind.
In dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 werden die Brennpunkte Ps und der Ingot 11 (mit anderen Worten der Spanntisch 4) entlang der X-Achsenrichtung (vorbestimmte Richtung) relativ zueinander bewegt, wobei die jeweiligen Brennpunkte Ps so angeordnet sind, dass sie entlang der Y-Achsenrichtung auf einem vorbestimmten Tiefenniveau 11e in dem Ingot 11 Seite an Seite aufgereiht sind (siehe 3 und 8A) . In dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 werden die Brennpunkte Ps bei dieser Ausführungsform relativ in der +X-Richtung bewegt, werden dann entlang der Y-Achsenrichtung angestellt und zugeführt und werden als Nächstes in der -X-Richtung bewegt. Auf diese Weise werden die Bewegung der Brennpunkte Ps in der +X-Richtung und ihre Bewegung in der - X-Richtung abwechseln wiederholt.
In 6 wird ein Bewegungspfad von einem der Brennpunkte Ps in dem Ingot 11 durch einen gepunkteten Pfeil dargestellt, wobei der eine Brennpunkt in der Y-Achsenrichtung mittig angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass die Brennpunkte Ps nur in der +X- oder -X-Richtung bewegt werden können, anstelle sie abwechselnd in der +X- und -X-Richtung zu bewegen. Wenn die Richtung der Relativbewegung der Brennpunkte Ps und des Ingots 11 mit der X-Achsenrichtung übereinstimmt, ist die Richtung ihrer Relativbewegung parallel zu Kristallausrichtungen, die durch die folgenden Miller-Bravais-Indices (8) wiedergegeben werden.
[Math. 8] $[11 \bar{2} 0], [\bar{1} \bar{1} 20]$
Die durch die Miller-Bravais-Indices (8) wiedergegebenen zwei Kristallausrichtungen sind zwei von sechs äquivalenten Kristallausrichtungen in dem Ingot 11, welche die durch die folgende Miller-Bravais-Indices (9) wiedergegebene, hexagonale Kristallstruktur aufweisen.
[Math. 9] $〈 11 \bar{2} 0 〉 = [11 \bar{2} 0], [\bar{1} 2 \bar{1} 0], [\bar{2} 110], [\bar{1} \bar{1} 20], [1 \bar{2} 10], [2 \bar{1} \bar{1} 0]$
Jedoch ist es nicht absolut notwendig, dass die Richtung der Relativbewegung der Brennpunkte Ps und des Ingots 11 vollständig parallel zu den Kristallausrichtungen verläuft, die durch die Miller-Bravais-Indices (8) angegeben sind, und in der c-Ebene (siehe die oben erwähnten Miller-Bravais-Indices (2)), kann ein Winkel von 5° oder weniger in Bezug auf die Kristallausrichtungen ausgebildet sein, die durch die Miller-Bravais-Indices (8) angegeben werden. Die Erfinder haben über Experimente bestätigt, dass eine Trennschicht 11d selbst in diesem Fall ausgebildet wird. Beispiele für Bearbeitungsbedingungen zur Verwendung in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 werden nachfolgend angegeben.

Wellenlänge: 1064 nm
Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit: 875 mm/s Anstellrate: 106 µm (das heißt Anstellbetrag) Wiederholfrequenz: 50 kHz
Burst-Zahl: 10 (die Anzahl von Pulsen, die in jeder Pulsgruppe 12a enthalten sind)
Teilungszahl: 10 (Teilungszahl des Laserstrahls L_C) Durchgangszahl: 1
Punktdurchmesser an jedem Brennpunkt: in etwa 5 µm
Tiefenniveau der Brennpunkte: 170 µm von der ersten Fläche 11a aus

Unter diesen Bedingungen wird der Abstand zwischen jeweils benachbarten zwei Brennpunkten unter den zehn Brennpunkten zum Beispiel auf 12,5 µm eingestellt. Wenn die zehn Brennpunkte Ps angeordnet sind, wird der Laserstrahl L_C in einem Bereich von 12,5 µm x 9 aufgebracht, sodass die Gesamtbreite der Aufbringung bei den 10 Brennpunkten Ps, die entlang der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, 112,5 µm ist (siehe 7).
Wenn die Brennpunkte Ps relativ entlang der X-Achsenrichtung bewegt werden, sind die Trajektorien der Bewegung der Brennpunkte Ps in einem ersten Bewegungsbereich 22a enthalten, der durch durchgezogene Linien angedeutet wird. Nachdem die Brennpunkte Ps entlang der X-Achsenrichtung bewegt worden sind, werden der Bestrahlungskopf 20 und der Spanntisch 4 relativ zueinander entlang der Y-Achsenrichtung bewegt, wodurch über den oben erwähnten, vorbestimmten Anstellbetrag eine Anstellung ausgeführt wird. In diesem Zustand werden die Brennpunkte Ps auf ähnliche Weise und relativ zueinander entlang der X-Achsenrichtung bewegt. Die Trajektorie der Bewegung von einem der Brennpunkte Ps, wobei der eine Brennpunkt in der Y-Achsenrichtung mittig angeordnet ist, nach der Anstellung, ist in einem zweiten Bewegungsbereich 22d enthalten, der durch gestrichelte Linien angedeutet wird (siehe 7). Wie in 7 dargestellt, überlappen sich der erste Bewegungsbereich 22a und der zweite Bewegungsbereich 22b einander teilweise in einem in der ersten Fläche 11a gesehenen Überlappungsbereich 22c.
7 ist eine Draufsicht, die eine Überlappung zwischen dem ersten Bewegungsbereich 22a und dem zweiten Bewegungsbereich 22b darstellt. Unter den oben erwähnten Bearbeitungsbedingungen ist die Breite der Überlappung in der Y-Achsenrichtung 6,5 µm. Es ist anzumerken, dass solche Überlappungsbereiche 22c in der Y-Achsenrichtung von jedem Bewegungsbereich auf beiden Seiten ausgebildet sind, mit Ausnahme von zwei Bewegungsbereichen, die in der Y-Achsenrichtung der ersten Fläche 11a an gegenüberliegenden Endabschnitten angeordnet sind. Nunmehr ändert sich die Kristallinität des Ingots 11 in einer Umgebung von jedem der Brennpunkte Ps durch Multiphotonenabsorption. In einem Bereich, wo eine Multiphotonenabsorption aufgetreten ist, wird zum Beispiel ein modifizierter Bereich mit einer mechanischen Festigkeit ausgebildet, die verglichen mit der eines Bereichs, wo keine Multiphotonenabsorption aufgetreten ist, niedriger ist. Zudem breiten sich Risse von dem modifizierten Bereich entlang einer XY-Ebenenrichtung aus. In Abhängigkeit von Bearbeitungsbedingungen können sich jedoch Risse von einem modifizierten Bereich entlang der Z-Achsenrichtung ausbreiten. Bei dieser Ausführungsform wird ein Bereich im Inneren des Ingots 11, wo modifizierte Bereiche und Risse ausgebildet worden sind, „die Trennschicht 11d“ genannt.
Nach dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 wird der Ingot 11, wie in den 8A und 8B dargestellt, unter Verwendung einer Trenneinrichtung 32 (Trennschritt S30) in dem Wafer 15 und einen Restingot 17 getrennt. Unter Bezugnahme auf 8A wird eine Beschreibung über die Trenneinrichtung 32 ausgeführt. Die Trenneinrichtung 32 weist einen Spanntisch 34 mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der oben erwähnte Spanntisch 4 auf. Der Spanntisch 34 weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Spanntisch 4 auf, und der Spanntisch 34 weist eine obere Fläche auf, die als Haltefläche 34a zum Halten des Ingots 11 unter Saugwirkung dient. Oberhalb des Spanntischs 34 ist eine Trenneinheit 36 angeordnet.
Die Trenneinheit 36 weist einen zylindrischen, bewegbaren Abschnitt 38 auf, dessen Längsabschnitt entlang der Z-Achsenrichtung angeordnet ist. Mit dem bewegbaren Abschnitt 38 ist ein nicht dargestellter Z-Achsen-Bewegungsmechanismus verbunden, sodass der bewegbare Abschnitt 38 entlang der Z-Achsenrichtung bewegbar ist. Der Z-Achsen-Bewegungsmechanismus ist zum Beispiel ein kugelspindelartiger Bewegungsmechanismus, kann jedoch auch einen Aktuator eines anderen Typs aufweisen. An einem unteren Teil des bewegbaren Abschnitts 38 ist ein scheibenförmiger Saugkopf 40 angeordnet. Ähnlich zu dem Spanntisch 34 weist der Saugkopf 40 einen Rahmenkörper und eine poröse Platte auf. Untere Flächen des Rahmenkörpers und der porösen Platte sind im Wesentlichen bündig zueinander und im Wesentlichen parallel zu der XY-Ebene angeordnet und dienen als Haltefläche 40a.
8A ist eine Ansicht, welche den Trennschritt S30 darstellt. In dem Trennschritt S30 wird der Ingot 11 mit der darin ausgebildeten Trennschicht 11d an dessen zweiten Fläche 11b unter Saugwirkung an der Haltefläche 34a des Spanntischs 34 gehalten und wird gleichzeitig an dessen ersten Fläche 11a unter Saugwirkung an der Haltefläche 40a des Saugkopfs 40 gehalten. Als Nächstes wird eine äußere Kraft auf den Ingot 11 aufgebracht. Das Aufbringen der äußeren Kraft wird durch Treiben von einem oder mehreren nicht dargestellten Keilen in die Seitenfläche des Ingots 11 auf der Höhenposition der Trennschicht 11d ausgeführt. Es wird bevorzugt, den einen oder mehrere Keile in die Seitenfläche des Ingots 11 bei ähnlichen, mehreren Orten zu treiben, die entlang einer Umfangsrichtung des Ingots 11 voneinander beabstandet sind, anstelle eines Treibens eines einzelnen Keils in die Seitenfläche des Ingots 11 an nur einer einzigen Stelle.
Aufgrund des Aufbringens der äußeren Kraft wird es den Rissen ermöglicht, sich in der XY-Ebenenrichtung auf dem Tiefenniveau 11e weiter auszubreiten, wo die Trennschicht 11d ausgebildet ist. Die äußere Kraft kann anstelle des Eintreibens des einen oder der mehreren Keile auch durch Anwenden von Ultraschallwellen (insbesondere elastische Schwingungswellen in einem Frequenzband, das 20 kHz übersteigt) auf den Ingot 11 aufgebracht werden,.
Wenn Ultraschallwellen aufgebracht werden, werden die Ultraschallwellen über eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel reines Wasser, auf die Seite der ersten Fläche 11a aufgebracht, bevor der Ingot 11 an dessen ersten Fläche 11a an der Haltefläche 40a des Saugkopfs 40 gehalten wird. Insbesondere wird Flüssigkeit von einer Düse gegen den Ingot 11 ausgestoßen, während Ultraschallwellen aufgebracht werden, oder Ultraschallwellen werden von einem Horn über Flüssigkeit auf die Seite der ersten Fläche 11a aufgebracht. Die Erfinder haben über Experimente bestätigt, dass ungünstige Risse auftreten, wenn eine äußere Kraft auf einmal auf die gesamte Seite der ersten Fläche 11a aufgebracht wird.
Wenn die Düse oder das Horn verwendet wird, wird daher als Erstes eine äußere Kraft auf einen lokalen Bereich von in etwa 5 mm bis 50 mm im Durchmesser auf der Seite der ersten Fläche 11a aufgebracht, während Ultraschallwellen verwendet werden. Die Düse oder das Horn und der Spanntisch 34 werden dann relativ zueinander bewegt, sodass die äußere Kraft auf einen anderen Bereich auf der Seite der ersten Fläche 11a aufgebracht wird. Durch allmähliches Verbreitern des Bereichs, auf den die äußere Kraft wie oben beschrieben aufgebracht wird, wird es den Rissen zwischen den modifizierten Bereichen ermöglicht, sich entlang der ersten Fläche 11a auszubreiten.
Aufgrund des Aufbringens der äußeren Kraft werden die Risse zwischen den benachbarten modifizierten Bereichen selbst miteinander verbunden, sodass die mechanische Festigkeit der Trennschicht 11d verglichen mit den Bereichen außer der Trennschicht 11d in dem Ingot 11 noch schwächer wird. Dementsprechend kann der Wafer 15 verglichen mit einem Fall, bei dem keine äußere Kraft aufgebracht wird, mit einer kleineren Kraft von dem Ingot 11 getrennt werden. Nachdem die äußere Kraft aufgebracht worden ist, wird der Saugkopf 40 angehoben (mit anderen Worten in der +Z-Richtung bewegt). Infolgedessen wird der Wafer 15 unter Verwendung der Trennschicht 11d als Startpunkt von dem Ingot 11 getrennt.
8B ist eine Ansicht, die den von dem Ingot 11 getrennten Wafer 15 darstellt. Es ist anzumerken, dass die oben erwähnte Anwendung der äußeren Kraft zusammen mit dem Anheben des Saugkopfes 40 ausgeführt werden kann. Die Trennschicht 11d weist eine Dicke von in etwa 50 µm bis 60 µm (zum Beispiel 58 µm) in der Dickenrichtung 11c auf, und diese Dicke der Trennschicht 11d korrespondiert mit der oben erwähnten Trennzugabe.
Verglichen mit einem Fall, in dem eine Trenneinrichtung verwendet wird, kann das Lasertrennen des Ingots 11 die Trennzugabe in der Dickenrichtung 11c des Ingots 11 reduzieren. Die Produktivität des Wafers 15 wird daher verbessert, wenn der Wafer 15 aus dem Ingot 11 hergestellt wird. Es ist anzumerken, dass eine Trennzugabe von in etwa mindestens 150 µm selbst dann benötigt wird, wenn eine Drahtsäge verwendet wird. Das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform ist folglich selbst verglichen mit der Verwendung einer Drahtsäge besser.
Bei dem oben erwähnten Beispiel wird beschrieben, die Trennschicht 11d durch Anordnung der Brennpunkte Ps auf dem vorbestimmten Tiefenniveau 11e in dem Ingot 11 auszubilden. Jedoch ist es möglich, eine Trennschicht 11d auf einem vorbestimmten Tiefenniveau in einem einkristallinen Substrat (Werkstück) aus GaN anstelle des Ingots 11 auszubilden und einen Wafer 15 von diesem einkristallinen Substrat zu trennen. In diesem Fall ist es notwendig, dass das einkristalline Substrat aus GaN eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke des abzutrennenden Wafers 15 (mit anderen Worten die Länge in der Richtung der C-Achse). Mit anderen Worten ist die Dicke des Wafers 15 geringer als der Abstand zwischen den beiden Flächen (die erste Fläche und die zweite Fläche) in der Richtung der c-Achse des einkristallinen Substrats aus GaN.
<Abwandlung>
Als Nächstes wird eine Beschreibung über die Abwandlung des Trennschicht-Ausbildungsschritts S20 ausgeführt. 9 ist eine Ansicht, welche die Abwandlung des Trennschicht-Ausbildungsschritts S20 darstellt. In dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 in Übereinstimmung mit der Abwandlung ist die Relativbewegung der Brennpunkte Ps und eines Ingots 11 mit der oben erwähnten Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit entlang der X-Achsenrichtung nicht linear, sondern findet in einem Muster mehrerer konzentrischer, regelmäßiger Sechsecke statt. Diesbezüglich unterscheidet sich die Abwandlung von der ersten Ausführungsform während die restlichen Aspekte der Abwandlung gleich sind wie bei der ersten Ausführungsform. Zum Beispiel werden die Brennpunkte Ps in der Reihenfolge der nachfolgend beschriebenen Miller-Bravais-Indices (10), (11), (12), (13), (14) und (15) relativbewegt. So eine Bearbeitung kann beispielsweise über eine angemessene Kombination einer linearen Bewegung des Spanntischs 4 durch den HorizontalBewegungsmechanismus und eine Drehung des Spanntischs 4 durch den Rotationsantriebsmechanismus umgesetzt werden.
[Math. 10] $[\bar{1} \bar{1} 20]$
[Math. 11] $[1 \bar{2} 10]$

[Math. 12] $[2 \bar{1} \bar{1} 0]$

[Math. 13] $[11 \bar{2} 0]$

[Math. 14] $[\bar{1} 2 \bar{1} 0]$

[Math. 15] $⌈ \bar{2} 110 ⌉$
Nachdem die Brennpunkte Ps relativ bewegt worden sind, um ein einzelnes, regelmäßiges Sechseck zu zeichnen, wobei die Brennpunkte Ps über den oben erwähnten, vorbestimmten Anstellbetrag in einer radialen Richtung des Ingots 11 in Richtung einer Mitte bewegt werden, werden die Brennpunkte Ps auf ähnliche Weise in der Reihenfolge von den Miller-Bravais-Indices (10) zu den Miller-Bravais-Indices (15) bewegt.
Infolgedessen nehmen Bewegungsbereiche der Brennpunkte Ps, wie in 9 dargestellt, die Form mehrerer, konzentrisch angeordneter Sechsecke an. Es ist anzumerken, dass, wie durch die Miller-Bravais-Indices (9) angegeben, die Miller-Bravais-Indices (10) zu den Miller-Bravais-Indices (15) alle in den Kristallausrichtungen enthalten sind, welche durch die Miller-Bravais-Indices (1) wiedergegeben werden.
Bei dieser Abwandlung werden die Brennpunkte Ps zu Beginn der Laserbearbeitung in der Kristallausrichtung bewegt, die durch die Miller-Bravais-Indices (10) wiedergegeben wird. Jedoch kann die Laserbearbeitung auch bei einem beliebigen der Miller-Bravais-Indices (10) bis (15) gestartet werden, insofern die Brennpunkte Ps relativ in einem regelmäßigen, sechseckigen Muster bewegt werden können. Des Weiteren ist es nicht absolut notwendig, dass die Richtung der Relativbewegung der Brennpunkte Ps und des Ingots 11 vollständig parallel zu den Kristallausrichtungen ist, die durch die Miller-Bravais-Indices (1) angegeben sind und können in der c-Ebene einen Winkel von 5° oder weniger in Bezug auf die Kristallausrichtungen ausbilden, welche durch die Miller-Bravais-Indices (1) angegeben werden.
Wenn die Brennpunkte Ps und der Ingot 11 relativ zueinander entlang der Kristallausrichtung bewegt werden, welche zum Beispiel durch die Miller-Bravais-Indices (10) angegeben werden, kann die Richtung dieser Relativbewegung in der c-Ebene in Bezug auf die Kristallausrichtung, die durch die Miller-Bravais-Indices (10) angegeben wird, einen Winkel von 5° oder weniger ausbilden. Dies trifft gleichermaßen auf einen Fall zu, bei dem die Brennpunkte Ps und der Ingot 11 entlang einer der Kristallausrichtungen relativ zueinander bewegt werden, die durch die Miller-Bravais-Indices (11) bis (15) angegeben werden. Diese Abwandlung kann auch auf ähnliche Weise auf ein einkristallines Substrat aus GaN anstelle des Ingots 11 angewandt werden.
<Zweite Ausführungsform>
Unter Bezugnahme auf die 10 und 11 wird nachfolgend eine Beschreibung über die zweite Ausführungsform ausgeführt. 10 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform für einen Wafer 15, und 11 ist eine Draufsicht, die einen Ring-Bearbeitungsschritt S15 darstellt. Das Herstellungsverfahren in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform beinhaltet ferner nach dem Halteschritt S10 und vor dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 den Ring-Bearbeitungsschritt S15, um den Laserstrahl L_C in einem Ringmuster entlang einer äußeren Umfangskante 11f eines Ingots 11 aufzubringen. Bei dieser Ausführungsform bedeutet der Ausdruck „den Laserstrahl L_C in einem Ringmuster entlang einer äußeren Umfangskante 11f aufzubringen“, dass unter Berücksichtigung, dass eine Kante der ersten Fläche 11a, wobei die Kante aufgrund des Vorliegens eines ersten OF 13a₁ und eines zweiten OF 13b₁ teilweise fehlt, zu der Form eines Kreises vervollständigt worden ist, der Laserstrahl L_C aufgebracht wird, um der vervollständigten kreisförmigen Kante der ersten Fläche 11a zu folgen.
In dem Ring-Bearbeitungsschritt S15 werden die Brennpunkte Ps auch auf dem gleichen vorbestimmten Tiefenniveau 11e wie bei der Ausbildung der Trennschicht 11d in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 positioniert. In dem Ring-Bearbeitungsschritt S15 werden die Brennpunkte Ps als Erstes Seite an Seite angeordnet, sodass die Brennpunkte Ps entlang der Y-Achsenrichtung auf dem vorbestimmten Tiefenniveau 11e in dem Ingot 11 ausgerichtet sind. Es ist anzumerken, dass zu diesem Zeitpunkt einer der Brennpunkte Ps, wobei der eine Brennpunkt auf einer äußersten Seite angeordnet ist, zum Beispiel auf einer Seite positioniert ist, die in einer radialen Richtung des Ingots 11 um einen vorbestimmten Abstand 24 von der äußeren Umfangskante 11f innerhalb liegt. Der vorbestimmte Abstand ist zum Beispiel 4 µm oder mehr und 8 µm oder weniger, wobei ein geeignetes Beispiel 5 µm oder mehr und 6 µm oder weniger ist.
In diesem Zustand wird der Spanntisch 4 mit einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit in der Richtung eines in 11 dargestellten Pfeils um eine volle Umdrehung gedreht. Nach der vollen Umdrehung werden die Brennpunkt Ps in der radialen Richtung des Ingots 11 nach innen bewegt. Insbesondere wird der Spanntisch 4 um einen vorgegebenen Anstellbetrag 26 entlang der Y-Achsenrichtung angestellt und zugeführt. Der vorbestimmte Anstellbetrag 26 ist zum Beispiel 106 µm. Die vorgegebene Rotationsgeschwindigkeit des Spanntischs 4 wird beispielsweise auf angemessene Weise eingestellt, sodass die Brennpunkte Ps eine Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, die im Wesentlichen der oben beschriebenen Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit gleicht. Die vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit des Spanntischs 4 kann so eingestellt werden, dass sie das unten beschriebene, geeignete Größenverhältnis (b/a) realisiert.
In dem Ring-Bearbeitungsschritt S15 werden auch eine oder mehr Trennschichten 11d in einem äußeren Umfangsbereich 28 des Ingots 11 wie oben beschrieben ausgebildet. 11 stellt das Beispiel dar, in dem drei ringförmige Trennschichten 11d durch drei vollständige Umdrehungen des Spanntischs 4 konzentrisch ausgebildet werden, wobei die Anzahl der Drehungen jedoch nicht auf drei beschränkt ist. Andere Bearbeitungsbedingungen (Wellenlänge, Wiederholfrequenz, Burst-Anzahl, Teilungszahl, Durchgangsanzahl, Punktdurchmesser an jedem Brennpunkt, Tiefenniveau der Brennpunkte) werden zum Beispiel gleich festgelegt wie jene bei der ersten Ausführungsform. Dies ermöglicht eine saubere Ausführung des Trennschicht-Ausbildungsschritts S20 nach dem Ring-Bearbeitungsschritt S15.
Wenn die Trennschichten 11d in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 ausgebildet werden, werden die Bindungen zwischen Ga- und N-Atomen unterbrochen, sodass N₂ (Stickstoffmoleküle) ausgebildet wird und Stickstoffgas abgegeben wird. Außer wenn die Trennschichten 11d durch den Ring-Bearbeitungsschritt S15 in dem äußeren Umfangsbereich 28 ausgebildet worden sind, gibt es die Möglichkeit, dass aufgrund des in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 ausgebildeten Stickstoffgases eine oder mehrere anormale Volumenexpansionsbereiche in der radialen Richtung innerhalb des Ingots 11 ausgebildet werden.
In der zweiten Ausführungsform dienen die Trennschichten 11d, die durch den Ring-Bearbeitungsschritt S15 in dem äußeren Umfangsbereich 28 ausgebildet worden sind, als ein Durchgang, der es Stickstoffgas ermöglicht, das in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 in der radialen Richtung innerhalb des Ingots 11 auftritt, aus dem Ingot 11 zu entweichen. Eine anormale Volumenexpansion in der radialen Richtung innerhalb des Ingots 11 kann dementsprechend unterdrückt werden. Darüber hinaus kann das Ausbilden der Trennschichten 11d in dem äußeren Umfangsbereich 28 ein Ausbreiten von Rissen in einer unerwünschten Richtung (zum Beispiel einer c-Achsenrichtung) unterdrücken und gleichzeitig eine Ausbreitung der Risse in der c-Ebene des Ingots 11 nach außen fördern.
<Experimente>
Ergebnisse erster bis dritter Experimente, bei denen die Beabstandung benachbarter Brennpunkte und die Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt S20 des Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform verändert worden sind, werden als Nächstes unter Verwendung der 12 bis 15 beschrieben. In den Experimenten wurden einkristalline Substrate aus GaN unter Verwendung der oben erwähnten Laserbearbeitungsvorrichtung 2 bearbeitet. Die Wellenlänge, Wiederholfrequenz, Burst-Anzahl, Durchgangsanzahl, Punktdurchmesser an jedem Brennpunkt, Tiefenniveau der Brennpunkte und die Beabstandung der Brennpunkte wurden gleich eingestellt wie bei der ersten Ausführungsform, aber die Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit (mm/s) und Pulsenergie (pJ) wurden angemessen verändert.
Jedoch wurde die Teilungszahl des Laserstrahls L_C auf sechs eingestellt, wenn das in 12 dargestellte einkristalline Substrat bearbeitet wurde, und die Teilungszahl des Laserstrahls L_C wurde auf zehn eingestellt, wenn die in 14 und 15 dargestellten einkristallinen Substrate bearbeitet wurden. Wenn die einkristallinen Substrate, die in den 12, 14 und 15 dargestellt sind, jeweils bearbeitet wurden, wurde eine Laserbearbeitung ferner auf drei parallele lineare Bereiche angewandt, wobei die Anstellrate auf 112,5 µm eingestellt worden ist. Jedoch wurde die Laserbearbeitung so angewandt, dass gegen das Ausbilden des Überlappungsbereichs 22c vorgebeugt worden ist (siehe 7).
12 ist eine Fotografie des einkristallinen Substrats, ohne dass in dem ersten Experiment ausreichend Risse zwischen modifizierten Bereichen 11h ausgebildet worden sind. Die Fotografie wurde durch Abbilden des einkristallinen Substrats auf der Seite einer ersten Fläche 11a mit einer Kamera für sichtbares Licht nach der Laserbearbeitung aufgenommen. Die Fotografien der 14 und 15, die später erwähnt werden, wurden auf ähnliche Weise durch Abbilden mit der Kamera für sichtbares Licht aufgenommen. Eine gerade Linie, die einen mittigen Bereich des in 12 dargestellten Bilds in einer lateralen Richtung kreuzt, ist eine Referenzlinie 30 als laterale Mittellinie eines bildgebenden Sichtfelds. Ein bandförmiger linearer Bereich 11g ist ein Bereich, auf den die Laserbearbeitung entlang der Kristallausrichtungen angewandt wurde, die durch die Miller-Bravais-Indices (1) wiedergegeben werden. In dem Bild werden die modifizierten Bereiche 11h in Bereichen ausgebildet, die durch schwarze Punkte dargestellt werden (siehe 12), und Risse 11i (siehe 12) werden in hellen Bereichen zwischen den modifizierten Bereichen 11h ausgebildet.
13 ist ein Schaubild, das die modifizierten Bereiche 11h in dem ersten Experiment schematisch darstellt. Ein Abstand „a“ ist ein Abstand zwischen den modifizierten Bereichen 11h selbst, die entlang der Y-Achsenrichtung Seite an Seite aufgereiht sind (der Abstand korrespondiert mit dem Abstand zwischen den Brennpunkten Ps selbst, die entlang der Y-Achsenrichtung Seite an Seite aufgereiht sind), und seine Einheit ist µm. Andererseits ist ein Abstand „b“ ein Abstand zwischen den modifizierten Bereichen 11h selbst, die entlang der X-Achsenrichtung Seite an Seite aufgereiht sind (der Abstand korrespondiert mit dem Abstand zwischen den Brennpunkten Ps selbst, die entlang der X-Achsenrichtung Seite an Seite aufgereiht sind) und seine Einheit ist µm. Der Abstand „b“ wird in Übereinstimmung mit der Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit (mit anderen Worten der Geschwindigkeit der Relativbewegung der Brennpunkte Ps und des Ingots 11) und der Wiederholfrequenz bestimmt.
In Übereinstimmung mit dem ersten bis dritten Experiment wurde herausgefunden, dass eine Laserbearbeitung in Abhängigkeit von dem Größenverhältnis, das durch (b/a) wiedergegeben wird, als gut oder schlecht bestimmt wird. Insbesondere führt ein Größenverhältnis (b/a) größer als 3,0 zu einem Anstieg bei dem Abstand zwischen den modifizierten Bereichen 11h selbst, sodass sich Risse 11i, wie in 12 dargestellt, in der XY-Ebenenrichtung nicht ausreichend ausbreiten. Andererseits führt ein Größenverhältnis (b/a) kleiner als 0,5 zu einer Verringerung des Abstands zwischen den modifizierten Bereichen 11h selbst, sodass sich Risse 11i, wie in 14 dargestellt, ausreichend in der XY-Ebenenrichtung ausbreiten, jedoch in der Z-Achsenrichtung relativ große Risse 11j ausgebildet werden.
14 ist eine Fotografie des einkristallinen Substrats mit relativ großen Rissen 11i, die in dem zweiten Experiment in der c-Achsenrichtung ausgebildet worden sind. Die Risse 11i breiten sich in der Z-Achsenrichtung (Tiefenrichtung) aus, und in der in 14 dargestellten Fotografie sind die Risse 11i nicht fokussiert und ihre Konturen sind ein wenig unscharf. Wenn das Größenverhältnis (b/a) 0,5 oder größer und 3,0 oder kleiner ist, wird es den Rissen 11i andererseits ermöglicht, sich relativ ausreichend in der XY-Ebenenrichtung auszubreiten, und es kann gegen eine Ausbildung relativ großer Risse 11i in der Z-Achsenrichtung vorgebeugt worden.
15 ist eine Fotografie des einkristallinen Substrats mit Rissen 11i, die sich ausreichend zwischen modifizierten Bereichen 11h ausbreiten, und ohne relativ große Risse 11i, die in dem dritten Experiment in der Z-Achsenrichtung ausgebildet werden. Das Größenverhältnis (b/a) kann 0,8 oder größer und 2,5 oder kleiner sein und kann insbesondere 1,0 oder größer und 1,4 oder kleiner sein. In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen, der Abwandlung und experimentellen Ergebnissen, die oben erwähnt worden sind, kann das Ausbilden einer Trennschicht 11d in einem Werkstück mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 die Schnittzugabe in der Dickenrichtung des Werkstücks verglichen mit der Verwendung einer Trennvorrichtung reduzieren. Darüber hinaus können der Aufbau, das Verfahren und Ähnliches, was mit den oben erwähnten Ausführungsformen und Ähnlichem in Beziehung steht, mit angemessenen Abwandlungen innerhalb des Schutzbereichs des Gegenstands der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Abwandlungen 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 daher durch die Erfindung umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201184469 A [0002]

Claims

Herstellungsverfahren für einen Wafer aus einem Werkstück, wobei das Werkstück ein Ingot aus Galliumnitrid oder ein einkristallines Substrat aus Galliumnitrid ist, die jeweils eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweisen, die auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und der Wafer eine Dicke aufweist, die geringer ist als ein Abstand zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche, wobei das Verfahren umfasst: einen Halteschritt mit einem Halten des Werkstücks an dessen zweiten Fläche unter Saugwirkung; nach dem Halteschritt einen Trennschicht-Ausbildungsschritt mit einem Aufbringen eines gepulsten Laserstrahls mit so einer Wellenlänge, dass er durch das Werkstück übertragen wird, von einer der zweiten Fläche gegenüberliegenden Seite aus zu der ersten Fläche, wobei ein Brennpunkt des Laserstrahls auf einem vorbestimmten Tiefenniveau in dem Werkstück positioniert ist, und einer Relativbewegung des Werkstücks und des Brennpunkts entlang einer vorbestimmten Richtung, um dadurch in dem Werkstück eine Trennschicht auszubilden; und nach dem Trennschicht-Ausbildungsschritt einen Trennschritt mit einem Trennen des Wafers von dem Werkstück unter Verwendung der Trennschicht als Startpunkt, wobei die vorbestimmte Richtung in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt in einer (0001)-Ebene einen Winkel von 5° oder weniger in Bezug auf Kristallausrichtungen ausbildet, die durch die folgenden Miller-Bravais-Indices (1) wiedergegeben werden. $〈 11 \bar{2} 0 〉$
Herstellungsverfahren für einen Wafer nach Anspruch 1, das ferner umfasst: nach dem Halteschritt und vor dem Trennschicht-Ausbildungsschritt einen Ring-Bearbeitungsschritt mit einem Positionieren des Brennpunkts auf dem vorbestimmten Tiefenniveau und Aufbringen des Laserstrahls in einem ringförmigen Muster entlang einer äußeren Umfangskante des Werkstücks, um dadurch eine ringförmige Trennschicht in einem äußeren Umfangsbereich des Werkstücks auszubilden.
Herstellungsverfahren für einen Wafer nach Anspruch 1, bei dem in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt der Brennpunkt in Richtung einer Mitte in einer radialen Richtung des Werkstücks bewegt wird nachdem das Werkstück und der Brennpunkt in einem regelmäßigen, sechseckigen Muster bewegt worden sind, um der vorbestimmten Richtung zu folgen, und dann das Werkstück und der Brennpunkt relativ zueinander in einem kleineren, regelmäßigen, sechseckigen Muster bewegt werden, um der vorbestimmten Richtung zu folgen.
Herstellungsverfahren für einen Wafer nach Anspruch 1, bei dem in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt der Laserstrahl in mehrere Laserstrahlen geteilt wird, Brennpunkte der jeweiligen Laserstrahlen so angeordnet werden, dass die Brennpunkte entlang einer ersten Richtung Seite an Seite angeordnet sind, und eine zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung als vorbestimmte Richtung festgelegt wird.
Herstellungsverfahren für einen Wafer nach Anspruch 4, bei dem in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt die Brennpunkte entlang der zweiten Richtung bewegt werden, dann entlang der ersten Richtung bewegt werden und danach entlang der zweiten Richtung bewegt werden, und wenn die Brennpunkte entlang der ersten Richtung bewegt werden, das Werkstück und die Brennpunkte so entlang der ersten Richtung relativ zueinander bewegt werden, dass ein erster Bewegungsbereich, wobei der erste Bewegungsbereich Trajektorien der Bewegung der Brennpunkte entlang der zweiten Richtung enthält, und ein zweiter Bewegungsbereich, wobei der zweite Bewegungsbereich nach der Bewegung der Brennpunkte entlang der ersten Richtung Trajektorien der Bewegung der Brennpunkt entlang der zweiten Richtung enthält, die sich einander auf der ersten Fläche teilweise überlappen.
Herstellungsverfahren für einen Wafer nach Anspruch 4 oder 5, bei dem in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt die Brennpunkte entlang der ersten Richtung in einem Abstand von 5 µm oder mehr und 20 µm oder weniger Seite an Seite angeordnet sind.
Herstellungsverfahren für einen Wafer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt jeweils Trennschichten in dem ersten Bewegungsbereich und dem zweiten Bewegungsbereich ausgebildet werden und jeder mehrere modifizierte Bereiche enthält, und in jeder Trennschicht die modifizierten Bereiche ein Größenverhältnis von 0,5 oder mehr und 3,0 oder weniger aufweisen, wobei das Größenverhältnis durch (b/a) wiedergegeben wird, wo „a“ einen Abstand (µm) zwischen den modifizierten Bereichen bezeichnet, die entlang der ersten Richtung Seite an Seite ausgebildet sind, und „b“ einen Abstand (µm) zwischen den modifizierten Bereichen bezeichnet, die entlang der zweiten Richtung Seite an Seite ausgebildet sind, indem die Brennpunkte und das Werkstück entlang der zweiten Richtung bewegt werden.
Herstellungsverfahren für einen Wafer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem Trennschicht-Ausbildungsschritt der auf das Werkstück aufzubringende Laserstrahl in einem Burst-Modus auf das Werkstück aufgebracht wird.