DE102022211195A1

DE102022211195A1 - Verfahren zum herstellen eines substrats

Info

Publication number: DE102022211195A1
Application number: DE102022211195.8A
Authority: DE
Inventors: Hayato Iga
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-05-04
Also published as: US20230137722A1; JP2023066465A; KR20230062378A; JP7807212B2; CN116072513A; TW202317302A; US12214526B2

Abstract

Eine Abziehschicht wird zuletzt in einem Bereich, das heißt einem ersten Innenbereich oder einem zweiten Innenbereich, in einem Werkstück ausgebildet, der unter mehreren Bereichen entlang von Bearbeitungsvorschubrichtungen näher an einem Mittelpunkt des Werkstücks liegt. Das Werkstück weist eine zylindrische Form auf, sodass der zweite Innenbereich breiter ist als die anderen Bereiche, zum Beispiel der zweite Außenbereich, in denen die Abziehschichten ausgebildet sind. Wenn die Abziehschicht zuletzt in dem zweiten Innenbereich ausgebildet wird, sind die inneren Spannungen in dem Werkstück daher in einem breiteren Bereich verteilt als wenn die Abziehschicht zuletzt in dem zweiten Außenbereich ausgebildet wird. In diesem Fall wird dagegen vorgebeugt, dass sich von modifizierten Bereichen aus, die zu der Abziehschicht gehören, Risse ausbilden, die in Bezug auf die Dicke des Werkstücks groß sind. Daher wird die Menge des Werkstückmaterials, die bei der Planarisierung eines von dem Werkstück getrennten Substrats verworfen werden muss, reduziert, was zu einer erhöhten Produktivität bei der Herstellung des Substrats führt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats aus einem zylindrischen Werkstück mit einer ersten kreisförmigen Fläche und einer zweiten kreisförmigen Fläche, die gegenüber der ersten kreisförmigen Fläche positioniert ist.
BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
Halbleiterbauelementchips werden im Allgemeinen aus einem scheibenförmigen Substrat aus einem Halbleitermaterial wie Silizium (Si) oder Siliziumkarbid (SiC) hergestellt. Das Substrat wird beispielsweise mit einer Drahtsäge von einem zylindrischen Ingot abgetrennt, der aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist (siehe zum Beispiel das japanische, offengelegte Patent Nr. 1997-262826 ).
Schnittnuten, die beim Schneiden von Substraten aus Ingots mit einer Drahtsäge berücksichtigt werden müssen, sind vergleichsweise groß, da sie jeweils etwa 300 µm breit sind. Darüber hinaus hinterlassen die geschnittenen Substrate winzige Oberflächenunregelmäßigkeiten auf ihren Flächen und sind wahrscheinlich insgesamt gekrümmt oder verzogen. Daher müssen die Flächen der geschnittenen Substrate geläppt, geätzt und/oder zu einer ebenen, glatten Beschaffenheit poliert werden.
Nachdem ein Ingot in Substrate zerschnitten und die Substrate fertiggestellt wurden, ist die Ingotmaterialmenge, die letztendlich in dem Substrat verbleibt, in etwa 2/3 der Gesamtmenge des Ingotmaterials. Mit anderen Worten verwandelt sich in etwa 1/3 der Gesamtmenge des Ingotmaterials in Sägespäne, die beim Schneiden und Planarisieren zu entsorgen sind. Aus diesem Grund ist die Produktivität im Fall einer Herstellung von Substraten aus Ingots mit einer Drahtsäge gering.
Angesichts des obigen Problems wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, Substrate aus einem Ingot mit einem Laserstrahl herzustellen, der eine durch das Material des Ingots übertragbare Wellenlänge aufweist (siehe zum Beispiel das japanische, offengelegte Patent Nr. 2016-111143 ) . In Übereinstimmung mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird der Laserstrahl auf den Ingot aufgebracht, während der Brennpunkt des Laserstrahls innerhalb des Ingots positioniert wird, und der Ingot und der Brennpunkt werden wiederholt relativ zueinander entlang einer Bearbeitungsvorschubrichtung bewegt.
Der auf diese Weise auf den Ingot aufgebrachte Laserstrahl bildet eine Abziehschicht, die modifizierte Bereiche beinhaltet, die um die Brennpunkte ausgebildet sind, und Risse, die sich aus den modifizierten Bereichen entwickeln, in jedem von mehreren Bereichen in dem Ingot, die sich entlang der Bearbeitungsvorschubrichtung des Ingots erstrecken. Dann werden äußere Kräfte auf den Ingot ausgeübt, die ein Substrat entlang der Abziehschichten, die als Trennauslösepunkte fungieren, von dem Ingot trennen.
Das vorgeschlagene Verfahren ist darin effektiv, die die Ingotmaterialmenge zu reduzieren, die bei der Herstellung des Substrats aus dem Ingot zu entsorgen ist, was bei der Herstellung des Substrats verglichen mit einem Verfahren zum Herstellen eines Substrats aus einem Ingot unter Verwendung einer Drahtsäge zu einer erhöhten Produktivität führt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit dem vorgeschlagenen Verfahren zum Herstellen von Substraten aus einem Ingot werden Abziehschichten in dem Ingot in einer aufeinanderfolgenden Anordnung von Bereichen von einer Endseite zu der anderen Seite des Ingots in einer Anstellrichtung senkrecht zu der Bearbeitungsvorschubrichtung ausgebildet. Insbesondere wird nach dem Ausbilden einer Abziehschicht in einem der Bereiche in dem Ingot als Nächstes eine weitere Abziehschicht in einem anderen der Bereiche ausgebildet, der benachbart zu und in Anstellrichtung beabstandet von dem vorhergehenden Bereich angeordnet ist, in dem die Abziehschicht unmittelbar zuvor ausgebildet worden ist.
Die modifizierten Bereiche, die zu den abgezogenen Schichten gehören, sind Bereiche, in denen die Kristallstruktur des Ingotmaterials gestört ist. Daher neigen die modifizierten Bereiche, die in dem Ingot ausgebildet werden, dazu, innere Spannungen in dem Ingot zu erzeugen. Die inneren Spannungen nehmen zu, wenn das Volumen der modifizierten Bereiche in dem Ingot zunimmt.
Zudem beschleunigen die inneren Spannungen in dem Ingot die Entwicklung der Risse aus den modifizierten Bereichen. Wenn eine Abziehschicht in dem Bereich an der anderen Endseite des Ingots in der Anstellrichtung ausgebildet wird, das heißt in einem der Bereiche, in denen zuletzt eine Abziehschicht ausgebildet werden soll, ist es daher sehr wahrscheinlich, dass sich aus den modifizierten Bereichen Risse entwickeln, die in der Dickenrichtung des Ingots groß sind.
Infolgedessen weist ein aus dem Ingot hergestelltes Substrat auf der in Anstellrichtung anderen Endseite des Ingots tendenziell eine rauere getrennte Oberfläche auf als der restliche Abschnitt des Substrats. In einem anschließenden Schritt der Planarisierung des hergestellten Substrats ist es notwendig, das Substrat in seiner Gesamtheit zu planarisieren, bis die rauere Oberfläche des Substrats, die von dem Bereich an der anderen Endseite des Ingots getrennt wurde, planarisiert ist. In Übereinstimmung mit dem vorgeschlagenen Verfahren zum Herstellen von Substraten aus einem Ingot erhöht sich daher die Menge des in dem Planarisierungsschritt zu verwerfenden Ingotmaterials, was zu einer Verringerung der Produktivität bei der Herstellung des Substrats führt.
In Anbetracht der oben genannten Schwierigkeiten ist es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats aus einem Werkstück mit hoher Produktivität bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats aus einem zylindrischen Werkstück mit einer ersten kreisförmigen Fläche und einer zweiten kreisförmigen Fläche, die gegenüber der ersten kreisförmigen Fläche positioniert ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren beinhaltet: einen Abziehschicht-Ausbildungsschritt mit einem wiederholten relativ zueinander Bewegen des Werkstücks und eines innerhalb des Werkstücks positionierten Brennpunkts eines Laserstrahls, der auf das Werkstück aufgebracht wird und eine Wellenlänge aufweist, die durch ein Material des Werkstücks übertragbar ist, in einer Bearbeitungsvorschubrichtung parallel zu der ersten kreisförmigen Fläche, wodurch eine Abziehschicht in jedem von mehreren sich entlang der Bearbeitungsvorschubrichtung erstreckenden Bereichen in dem Werkstück ausgebildet wird, wobei die Abziehschicht modifizierte Bereiche, die um mehrere der Brennpunkte herum ausgebildet sind, und Risse enthält, die sich aus den modifizierten Bereichen entwickeln; und einen Trennschritt mit einem Trennen des Substrats von dem Werkstück entlang mehrerer der Abziehschichten, die als Trennauslösepunkte dienen. Ferner weisen die mehreren Bereiche auf: einen ersten Außenbereich, der zu einem von zwei halbzylindrischen Bereichen des Werkstücks gehört, wobei die zwei halbzylindrischen Bereiche eine gemeinsame Grenzebene aufweisen, die sich durch einen Mittelpunkt des Werkstücks und parallel zu der Bearbeitungsvorschubrichtung erstreckt; einen ersten Zwischenbereich, der zu dem einen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört und näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks ist als der erste Außenbereich; einen ersten Innenbereich, der zu dem einen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört und näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks ist als der erste Zwischenbereich; einen zweiten Außenbereich, der zu dem anderen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört; einen zweiten Zwischenbereich, der zu dem anderen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört und näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks liegt als der zweite Außenbereich; und einen zweiten Innenbereich, der zu dem anderen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört und näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks liegt als der zweite Zwischenbereich. Darüber hinaus beinhaltet der Abziehschicht-Ausbildungsschritt die Schritte zum Ausbilden einer Abziehschicht anfangs in dem ersten Außenbereich und zum Ausbilden einer Abziehschicht zuletzt in dem ersten Innenbereich oder dem zweiten Innenbereich.
Der Abziehschicht-Ausbildungsschritt beinhaltet vorzugsweise den Schritt des Ausbildens von Abziehschichten in einer Abfolge aus dem ersten Außenbereich, dem ersten Zwischenbereich, dem ersten Innenbereich, dem zweiten Außenbereich, dem zweiten Zwischenbereich und dem zweiten Innenbereich.
Alternativ dazu beinhaltet der Abziehschicht-Ausbildungsschritt vorzugsweise den Schritt zum Ausbilden von Abziehschichten in einer Abfolge aus dem ersten Außenbereich, dem zweiten Außenbereich, dem ersten Zwischenbereich, dem zweiten Zwischenbereich, dem ersten Innenbereich und dem zweiten Innenbereich.
Alternativ dazu beinhaltet der Abziehschicht-Ausbildungsschritt vorzugsweise den Schritt zum Ausbilden von Abziehschichten in einer Abfolge aus dem ersten Außenbereich, dem ersten Zwischenbereich, dem zweiten Außenbereich, dem zweiten Zwischenbereich, dem ersten Innenbereich und dem zweiten Innenbereich.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird schließlich unter den mehreren Bereichen entlang der Bearbeitungsvorschubrichtungen eine Abziehschicht in einem Bereich, das heißt dem ersten Innenbereich oder dem zweiten Innenbereich, in dem Werkstück ausgebildet, der näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks liegt. Da das Werkstück eine zylindrische Form aufweist, ist der zweite Innenbereich breiter als die anderen Bereiche, zum Beispiel der zweite Außenbereich, in denen die Abziehschichten ausgebildet werden.
Wenn die Abziehschicht zuletzt in dem zweiten Innenbereich ausgebildet wird, sind die inneren Spannungen in dem Werkstück daher in einem größeren Bereich verteilt als wenn die Abziehschicht zuletzt in dem zweiten Außenbereich ausgebildet wird. In diesem Fall wird dagegen vorgebeugt, dass sich aus modifizierten Bereichen, die in der Abziehschicht enthalten sind, Risse entwickeln, die in der Dickenrichtung des Werkstücks groß sind. Daher wird die Menge des Werkstückmaterials, die bei der Planarisierung eines von dem Werkstück getrennten Substrats entsorgt werden muss, reduziert, was zu einer erhöhten Produktivität bei der Herstellung des Substrats führt.
Der obige und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie die Weise ihrer Umsetzung werden durch ein Studium der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, deutlicher, und die Erfindung selbst wird hierdurch am besten verstanden.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die beispielhaft einen Ingot veranschaulicht;
2 ist eine schematische Draufsicht des in 1 veranschaulichten Ingots;
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats aus einem Werkstück in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine schematische Seitenansicht, die beispielhaft eine Laserbearbeitungsvorrichtung veranschaulicht;
5 ist eine schematische Draufsicht eines Haltetisches der Laserbearbeitungsvorrichtung zum daran Halten eines Ingots;
6 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel für einen Pfad veranschaulicht, der von einem Emissionskopf verfolgt wird, während er sich in einem Abziehschicht-Ausbildungsschritt des Verfahrens bewegt;
7 ist eine vergrößerte schematische Teilschnittansicht, welche die Weise veranschaulicht, mit der Laserstrahlen auf einen Ingot aufgebracht werden;
8A ist eine schematische, seitliche Teilschnittansicht, die ein Beispiel für einen Trennschritt veranschaulicht;
8B ist eine schematische, seitliche Teilschnittansicht, die das Beispiel des Trennschritts veranschaulicht;
9A ist eine schematische Draufsicht, die ein weiteres Beispiel für den Pfad veranschaulicht, der durch Emissionskopf verfolgt wird, während er sich in dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt des Verfahrens bewegt;
9B ist eine schematische Draufsicht, die ein noch weiteres Beispiel des Pfads veranschaulicht, der durch Emissionskopf verfolgt wird, während er sich in dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt des Verfahrens bewegt;
10A ist eine schematische, seitliche Teilschnittansicht, die ein weiteres Beispiel für den Trennschritt veranschaulicht; und
10B ist eine schematische, seitliche Teilschnittansicht, die das andere Beispiel des Trennschritts veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 veranschaulicht schematisch und perspektivisch beispielhaft einen zylindrischen Ingot aus monokristallinem Silizium, und 2 veranschaulicht schematisch den Ingot in Draufsicht. 1 veranschaulicht auch Kristallebenen von monokristallinem Silizium, die auf ebenen Flächen des Ingots exponiert sind. 2 veranschaulicht auch Kristallausrichtungen von monokristallinem Silizium des Ingots.
Der in den 1 und 2 veranschaulichte und mit 11 gekennzeichnete Ingot weist die Form eines Zylinders aus einkristallinem Silizium auf, bei dem jeweils auf einer kreisförmigen Stirnseite, das heißt einer ersten Fläche, 11a, und einer kreisförmigen Rückseite, das heißt einer zweiten Fläche, 11b des Ingots 11 eine bestimmte Kristallebene exponiert ist, die hier der Einfachheit halber als Kristallebene (100) angegeben ist zu den Kristallebenen {100} gehört. Anders ausgedrückt: Der Ingot 11 weist die Form eines Zylinders aus monokristallinem Silizium auf, bei dem sich eine Linie senkrecht zu der Stirnseite 11a und zu der Rückseite 11b, das heißt eine Kristallachse des Ingots 11, entlang einer Kristallausrichtung [100] erstreckt.
Obwohl der Ingot 11 so hergestellt wird, dass die Kristallebene (100) jeweils an der Stirnseite 11a und der Rückseite 11b exponiert ist, kann aufgrund von Bearbeitungsfehlern usw., die beim Herstellungsprozess aufgetreten sein können, auf der Stirnseite 11a und der Rückseite 11b jeweils eine Ebene exponiert sein, die leicht zu der Kristallebene (100) geneigt ist. Insbesondere kann auf der Stirnseite 11a und der Rückseite 11b des Ingots 11 jeweils eine Ebene exponiert sein, die gegenüber der Kristallebene (100) um einen Winkel von 1° oder weniger geneigt ist. Mit anderen Worten kann sich die Kristallachse des Ingots 11 entlang einer Richtung erstrecken, die um einen Winkel von 1° oder weniger zu der Kristallausrichtung [100] geneigt ist.
Der Ingot 11 weist eine Ausrichtungsebene 13 auf, die auf einer Seitenfläche 11c desselben definiert ist. Der Ingot 11 weist einen Mittelpunkt C auf, der auf einer bestimmten Kristallausrichtung positioniert ist, die hier der Einfachheit halber als Kristallausrichtung [011] bezeichnet wird und die, von der Ausrichtungsebene 13 aus gesehen, zu Kristallausrichtungen <110> gehört. Auf der Ausrichtungsebene 13 ist eine Kristallebene (011) aus monokristallinem Silizium exponiert.
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats aus dem Ingot 11 als Werkstück in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit dem Verfahren wird, vereinfacht ausgedrückt, ein Substrat entlang der Abziehschichten, die als Trennauslösepunkte dienen, von dem Ingot 11 abgetrennt, nachdem durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung Abziehschichten in dem Ingot 11 ausgebildet worden sind.
4 veranschaulicht schematisch in einer Seitenansicht eine beispielhafte Laserbearbeitungsvorrichtung, die zum Ausbilden einer Abziehschicht in dem Ingot 11 verwendet wird. Wie in 4 veranschaulicht, erstreckt sich eine X-Achsenrichtung, die durch den Pfeil X angezeigt wird, entlang einer X-Achse, und eine Y-Achsenrichtung, die durch den Pfeil Y angezeigt wird, erstreckt sich entlang einer Y-Achse, die senkrecht zu der X-Achse ist. Die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung erstrecken sich senkrecht zueinander in einer horizontalen Ebene. Eine Z-Achsenrichtung, die durch den Pfeil Z angezeigt wird, erstreckt sich entlang einer Z-Achse, die senkrecht zu der X-Achse und zu der Y-Achse ist. Die Z-Achsenrichtung erstreckt sich senkrecht zu der X-Achsenrichtung und zu der Y-Achsenrichtung. In 4 sind einige Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung in Blockform veranschaulicht.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung, die in 4 allgemein mit 2 gekennzeichnet ist, weist einen zylindrischen Haltetisch 4 auf. Der Haltetisch 4 weist eine kreisförmige obere Fläche als Haltefläche zum daran Halten des Ingots 11 auf. Die kreisförmige obere Fläche ist breiter als die Stirnseite 11a und die Rückseite 11b des Ingots 11. Die Haltefläche liegt parallel zu der X-Achse und zu der Y-Achse oder zu der horizontalen Ebene. Der Haltetisch 4 beinhaltet eine nicht dargestellte zylindrische poröse Platte, deren obere Fläche an der Haltefläche des Haltetischs 4 exponiert ist.
Die poröse Platte steht mit einer nicht dargestellten Saugquelle, wie zum Beispiel einer Vakuumpumpe, über einen in dem Haltetisch 4 definierten Fluidkanal oder Ähnliches in Fluidverbindung. Wenn die Saugquelle betätigt wird, erzeugt sie einen Unterdruck, und der Unterdruck wird durch den Fluidkanal zu einem Raum in der Umgebung der Haltefläche des Haltetisches 4 übertragen, wodurch der Ingot 11 unter Saugwirkung an der Haltefläche gehalten wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 weist auch eine Laserstrahl-Aufbringeinheit 6 auf, die oberhalb des Haltetisches 4 angeordnet ist. Die Laserstrahl-Aufbringeinheit 6 beinhaltet einen Laseroszillator 8, der ein Lasermedium aus Nd:YAG oder Ähnlichem aufweist, um einen gepulsten Laserstrahl LB mit einer Wellenlänge von zum Beispiel 1064 nm zu emittieren, der durch das Material, das heißt monokristallines Silizium, des Ingots 11 übertragbar ist.
Die Ausgangsleistung des Laserstrahls LB wird durch einen Abschwächer 10 angepasst und dann auf einen raumoptischen Modulator 12 aufgebracht. Der raumoptische Modulator 12 verzweigt den angepassten Laserstrahl LB in mehrere Laserstrahlen LB. Insbesondere verzweigt der raumoptische Modulator 12 den eingestellten Laserstrahl LB in mehrere, zum Beispiel fünf, Laserstrahlen LB, die in dem Ingot 11 jeweilige Brennpunkte aufweisen, die in gleichen Abständen in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, nachdem sie von einem nachfolgend beschriebenen Emissionskopf 16 emittiert wurden.
Die von dem raumoptischen Modulator 12 emittierten Laserstrahlen LB werden auf einen Spiegel 14 aufgebracht und von diesem reflektiert, um zu dem Emissionskopf 16 zu laufen. Der Emissionskopf 16 enthält eine nicht dargestellte Kondensorlinse, zur Bündelung der Laserstrahlen LB. Die von der Kondensorlinse gebündelten Laserstrahlen LB werden in Richtung der Haltefläche des Haltetisches 4 emittiert.
Der Emissionskopf 16 der Laserstrahl-Aufbringeinheit 6 ist mit einem nicht dargestellten Bewegungsmechanismus gekoppelt. Der Bewegungsmechanismus beinhaltet Kugelspindeln usw., um den Emissionskopf 16 in der X-Achsenrichtung und in einer der X-Achsenrichtung entgegengesetzten Richtung, in der Y-Achsenrichtung und in einer der Y-Achsenrichtung entgegengesetzten Richtung und/oder in der Z-Achsenrichtung und in einer der Z-Achsenrichtung entgegengesetzten Richtung zu bewegen. Der Bewegungsmechanismus wird betätigt, um die Positionen oder Koordinaten der Brennpunkte der von dem Emissionskopf 16 emittierten Laserstrahlen LB in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und/oder der Z-Achsenrichtung einzustellen.
In Übereinstimmung mit dem in 3 veranschaulichten Verfahren zum Herstellen eines Substrats wird durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 in jedem von mehreren Bereichen, die sich entlang der Bearbeitungsvorschubrichtungen in dem Ingot 11 erstrecken, eine Abziehschicht ausgebildet (Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1). In der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 werden zum Beispiel die X-Achsenrichtung und die der X-Achsenrichtung entgegengesetzte Richtung als Bearbeitungsvorschubrichtungen festgelegt. Um den Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 auszuführen, wird der Ingot 11 mit seiner Stirnseite 11a nach oben gerichtet auf dem Haltetisch 4 platziert und gehalten.
5 veranschaulicht schematisch in der Draufsicht den Haltetisch 4 mit dem daran gehaltenen Ingot 11. Der Ingot 11 wird so an dem Haltetisch 4 gehalten, dass die Richtung von der Ausrichtungsebene 13 in Richtung des Mittelpunkts C des Ingots 11, das heißt die Kristallausrichtung [011], zu der X-Achse und zu der Y-Achse um einen Winkel von 45° geneigt ist. Zum Beispiel wird der Ingot 11 auf dem Haltetisch 4 so gehalten, dass der Ingot 11 eine Kristallausrichtung [010] parallel zu der X-Achse und eine Kristallausrichtung [001] parallel zu der Y-Achse aufweist.
Dann bewegt der Bewegungsmechanismus den Emissionskopf 16 so, dass ein Bereich in dem Ingot 11 an einer Stirnseite des Ingots 11 in der Y-Achsenrichtung in der Draufsicht von dem Emissionskopf 16 aus gesehen in der X-Achsenrichtung positioniert wird. Dann hebt oder senkt der Bewegungsmechanismus den Emissionskopf 16, um die Brennpunkte der Laserstrahlen LB in einer Höhe innerhalb des Ingots 11 zu positionieren.
Wie oben beschrieben, wird der Laserstrahl LB von dem Laseroszillator 8 durch den raumoptischen Modulator 12 in mehrere, zum Beispiel fünf, Laserstrahlen LB verzweigt, die jeweils Brennpunkte in dem Ingot 11 aufweisen, die in gleichen Abständen entlang der Y-Achse angeordnet sind, nachdem sie von dem Emissionskopf 16 auf den Ingot 11 emittiert wurden. Wenn die Brennpunkte der Laserstrahlen LB in dem Ingot 11 positioniert sind, werden die Laserstrahlen LB von dem Emissionskopf 16 auf den Ingot 11 aufgebracht, während der Emissionskopf 16 bewegt wird.
6 veranschaulicht schematisch in Draufsicht ein Beispiel eines Pfades, den der Emissionskopf 16 während des Abziehschicht-Ausbildungsschrittes S1 verfolgt. In dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 werden die Laserstrahlen LB von dem Emissionskopf 16 auf den Ingot 11 aufgebracht, während der Emissionskopf 16 entlang eines Pfades bewegt wird, der durch die gestrichelten Linien in 6 angedeutet ist.
Insbesondere wird der Emissionskopf 16, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, in der X-Achsenrichtung, das heißt in einer der Bearbeitungsvorschubrichtungen, in Draufsicht von in X-Achsenrichtung einem Ende zum anderen über den Ingot 11 bewegt. Insbesondere wird der Emissionskopf 16, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von einer Position P0 zu einer in 6 veranschaulichten Position P1 übergeht.
7 veranschaulicht schematisch in einer vergrößerten Teilschnittansicht die Art und Weise, in der die Laserstrahlen LB auf den Ingot 11 aufgebracht werden. Die so auf den Ingot 11 aufgebrachten Laserstrahlen LB bilden in dem Ingot 11 modifizierte Bereiche 15a aus, wo die kristalline Struktur des Materials, das heißt des monokristallinen Siliziums, des Ingots 11 um die Brennpunkte herum in dem Ingot 11 gestört ist. Die modifizierten Bereiche 15a sind entlang der Y-Achse angeordnet. Da die modifizierten Bereiche 15a in dem Ingot 11 ausgebildet werden, vergrößert sich das Volumen des Ingots 11.
Außerdem erzeugen die modifizierten Bereiche 15a, die in dem Ingot 11 ausgebildet sind, innere Spannungen in dem Ingot 11. In dem Ingot 11 werden aus den jeweiligen modifizierten Bereichen 15a Risse 15b entwickelt, die die inneren Spannungen abbauen. Die modifizierten Bereiche 15a, die um die Brennpunkte ausgebildet sind, und die sich von den jeweiligen modifizierten Bereichen 15a aus entwickelnden Risse 15b bilden zusammen eine Abziehschicht 15 in einem Bereich des Ingots 11 an dessen einer Endseite in Y-Achsenrichtung aus, das heißt in einem ersten Außenbereich.
Dann wird der Emissionskopf 16 in der Y-Achsenrichtung um eine Distanz bewegt, die größer ist als die Breite der Abziehschicht 15 entlang der Y-Achsenrichtung. Insbesondere wird der Emissionskopf 16 linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P1 zu einer Position P2 übergeht.
Dann, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, wird der Emissionskopf 16 in der der X-Achsenrichtung entgegengesetzten Richtung, das heißt in der anderen der Bearbeitungsvorschubrichtungen, in der X-Achsenrichtung in Draufsicht gesehen von dessen anderem Ende zu einem Ende über den Ingot 11 bewegt. Insbesondere wird der Emissionskopf 16, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von der Position P2 zu einer in 6 veranschaulichten Position P3 übergeht.
Die so auf den Ingot 11 aufgebrachten Laserstrahlen LB bilden eine weitere Abziehschicht 15 in einem Bereich, das heißt einem ersten Zwischenbereich, in dem Ingot 11 aus, der näher an dem Mittelpunkt C des Ingots 11 liegt als der erste Außenbereich. Dann wird der Emissionskopf 16 in der Y-Achsenrichtung um eine Distanz bewegt, die größer ist als die Breite der Abziehschicht 15 entlang der Y-Achsenrichtung. Insbesondere wird der Emissionskopf 16 linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P3 zu einer Position P4 übergeht.
Dann werden Abziehschichten 15 in allen Bereichen, das heißt den ersten Innenbereichen, ausgebildet, die zwischen dem ersten Zwischenbereich und dem Mittelpunkt C des Ingots 11 liegen. Insbesondere wird der Emissionskopf 16, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, wiederholt linear in abwechselnd entgegengesetzte Richtungen bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P4 zu einer Position P5 übergeht.
Auf diese Weise werden die Abziehschichten 15 im Allgemeinen vollständig in einem von zwei halbzylindrischen Bereichen des Ingots 11 ausgebildet, die eine gemeinsame Grenzebene aufweisen, die sich durch den Mittelpunkt C des Ingots 11 und parallel zu der X-Achsenrichtung, das heißt den Bearbeitungsvorschubrichtungen, erstreckt. Dann bewegt der Bewegungsmechanismus den Emissionskopf 16 in der Y-Achsenrichtung, sodass ein Bereich in dem Ingot 11 an der anderen Endseite des Ingots 11 in der Y-Achsenrichtung in der Draufsicht von dem Emissionskopf 16 aus gesehen in der der X-Achsenrichtung entgegengesetzten Richtung positioniert wird. Insbesondere wird der Emissionskopf 16 linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P5 zu einer Position P6 übergeht.
Dann, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, wird der Emissionskopf 16 in die entgegengesetzte Richtung der X-Achsenrichtung, das heißt in die andere der Bearbeitungsvorschubrichtungen, in der X-Achsenrichtung von dem in Draufsicht anderen Ende zu dem einen Ende des Ingots 11 bewegt. Insbesondere wird der Emissionskopf 16, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P6 zu einer Position P7 übergeht.
Die Laserstrahlen LB, die von dem sich so bewegenden Emissionskopf 16 aufgebracht werden, bilden in einem Bereich, zum Beispiel einem zweiten Außenbereich, in Y-Achsenrichtung an dem anderen Ende des Ingots 11 eine Abziehschicht 15 aus. Dann wird der Emissionskopf 16 in der der Y-Achsenrichtung entgegengesetzten Richtung um eine Distanz bewegt, die größer ist als die Breite der Abziehschicht 15 entlang der Y-Achsenrichtung. Insbesondere wird der Emissionskopf 16 linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P7 zu einer Position P8 übergeht.
Während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, wird der Emissionskopf 16 in der X-Achsenrichtung, das heißt der einen der Bearbeitungsvorschubrichtungen, in der X-Achsenrichtung, in Draufsicht gesehen, von dem einen Ende zu dem anderen Ende des Ingots 11 bewegt. Insbesondere wird der Emissionskopf 16, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P8 zu einer Position P9 übergeht.
Nun wird eine Abziehschicht 15 in einem Bereich, das heißt einem zweiten Zwischenbereich, in dem Ingot 11 ausgebildet, der näher an dem Mittelpunkt C des Ingots 11 liegt als der zweite Außenbereich. Dann wird der Emissionskopf 16 in der der Y-Achsenrichtung entgegengesetzten Richtung um eine Distanz bewegt, die größer ist als die Breite der Abziehschicht 15 entlang der Y-Achsenrichtung. Insbesondere wird der Emissionskopf 16 linear bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P9 zu einer Position P10 übergeht.
Dann werden Abziehschichten 15 in sämtlichen Bereichen, das heißt zweiten Innenbereichen, ausgebildet, die zwischen dem zweiten Zwischenbereich und dem Mittelpunkt C des Ingots 11 liegen. Insbesondere wird der Emissionskopf 16, während der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 10 aufbringt, wiederholt linear in abwechselnd entgegengesetzte Richtungen bewegt, bis sein Mittelpunkt von der in 6 veranschaulichten Position P10 zu einer Position P11 übergeht.
Auf diese Weise werden die Abziehschichten 15 im Allgemeinen vollständig in dem anderen der zwei halbzylindrischen Bereiche des Ingots 11 ausgebildet. Insbesondere wird die Abziehschicht 15 in jedem der Bereiche in dem Ingot 11 ausgebildet, die sich entlang der Bearbeitungsvorschubrichtungen erstrecken und die sich von der Stirnseite 11a des Ingots 11 aus im Allgemeinen in gleichen Tiefen befinden.
6 veranschaulicht der Einfachheit halber den Pfad, den der Emissionskopf 16 zum Ausbilden der fünf zueinander parallelen Abziehschichten 15 in jedem der halbzylindrischen Bereiche des Ingots 11 verfolgt. Die Anzahl der in jedem der halbzylindrischen Bereiche des Ingots 11 ausgebildeten Abziehschichten 15 ist jedoch nicht auf fünf beschränkt. Wenn in jedem der halbzylindrischen Bereiche des Ingots 11 geradzahlige Abziehschichten 15 ausgebildet werden sollen, wird der Emissionskopf 16 in zu den in 6 veranschaulichten Richtungen entgegengesetzten Richtungen entlang der X-Achse bewegt, um die Abziehschichten 15 in dem anderen der halbzylindrischen Bereiche auszubilden.
Der Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 ist nun abgeschlossen. Anschließend wird ein Substrat entlang der Abziehschichten 15, die als Trennauslösepunkte dienen, von dem Ingot 11 getrennt (Trennschritt S2). Die 8A und 8B veranschaulichen schematisch in einer seitlichen Teilschnittansicht ein Beispiel für die Art und Weise, in der ein Substrat in dem Trennschritt S2 von dem Ingot 11 getrennt wird.
Der Trennschritt S2 wird von einer Trennvorrichtung 18 durchgeführt, die in den 8A und 8B veranschaulicht ist. Die Trennvorrichtung 18 weist, wie in den 8A und 8B veranschaulicht, einen zylindrischen Haltetisch 20 zum daran Halten des Ingots 11 mit den darin ausgebildeten Abziehschichten 15. Der Haltetisch 20 weist eine kreisförmige obere Fläche, das heißt eine Haltefläche, auf, die breiter ist als die Stirnseite 11a und die Rückseite 11b des Ingots 11, um daran den Ingot 11 zu halten.
An der Haltefläche des Haltetisches 20 ist eine nicht dargestellte, zylindrische, poröse Platte exponiert. Die poröse Platte steht über einen nicht dargestellten Fluidkanal oder Ähnliches, der in dem Haltetisch 20 definiert ist, mit einer nicht dargestellten Saugquelle, wie zum Beispiel einer Vakuumpumpe, in Fluidverbindung. Wenn die Saugquelle betätigt wird, erzeugt sie einen Unterdruck und der Unterdruck wird durch den Fluidkanal zu einem Raum in der Umgebung der Haltefläche des Haltetisches 20 übertragen, wodurch der Ingot 11 unter Saugwirkung an der Haltefläche gehalten wird.
Oberhalb des Haltetisches 20 ist eine Trenneinheit 22 angeordnet. Die Trenneinheit 22 weist ein zylindrisches Stützelement 24 mit einem oberen Abschnitt auf, an dem ein nicht dargestellter, kugelspindelartiger Hebe- und Senkmechanismus und ein Rotationsaktuator, wie zum Beispiel ein Elektromotor, gekoppelt sind. Wenn der kugelspindelartige Hebe- und Senkmechanismus betätigt wird, hebt und senkt er wahlweise die Trenneinheit 22. Wenn der Rotationsaktuator betätigt wird, dreht er das Stützelement 24 um eine gerade Rotationsachse, die durch den Mittelpunkt des Stützelements 24 verläuft und sich senkrecht zu der Haltefläche des Haltetischs 20 erstreckt.
Das Stützelement 24 weist ein unteres Ende auf, das mittig an einem oberen Abschnitt einer scheibenförmigen Basis 26 befestigt ist. Mehrere bewegbare Elemente 28 sind an einer unteren Fläche eines äußeren Umfangsabschnitts der Basis 26 angebracht und in allgemein gleichen Abständen in Umfangsrichtung um die Basis 26 herum winklig beabstandet. Die bewegbaren Elemente 28 weisen jeweils plattenförmige vertikale Abschnitte 28a auf, die sich von der unteren Fläche der Basis 26 nach unten erstrecken.
Die vertikalen Abschnitte 28a weisen jeweils obere Abschnitte auf, die mit nicht dargestellten Aktuatoren, wie zum Beispiel Pneumatikzylindern, verbunden sind, die in der Basis 26 untergebracht sind. Wenn die Aktuatoren betätigt werden, bewegen sie die bewegbaren Elemente 28 in radiale Richtungen der Basis 26. Die bewegbaren Elemente 28 beinhalten auch entsprechende plattenförmige Keile 28b, die sich von den jeweiligen Innenseiten des unteren Endabschnitts der vertikalen Abschnitte 28a radial nach innen erstrecken. Die Keile 28b verjüngen sich, sodass sie zu ihren spitzen distalen Enden hin nach und nach dünner werden.
Die Trennvorrichtung 18 arbeitet, um den Trennschritt S2 in Übereinstimmung mit der folgenden Abfolge von Ereignissen auszuführen. Als Erstes wird der Ingot 11 so auf dem Haltetisch 20 platziert, dass der Mittelpunkt der Rückseite 11b des Ingots 11 mit den darin ausgebildeten Abziehschichten 15 und der Mittelpunkt der Haltefläche des Haltetischs 20 zueinander ausgerichtet sind.
Dann wird die Saugquelle, die mit der an der Haltefläche exponierten porösen Platte in Fluidverbindung steht, betätigt, um den Ingot 11 unter Saugwirkung an dem Haltetisch 20 zu halten. Danach werden die Aktuatoren, die mit den bewegbaren Elementen 28 verbunden sind, betätigt, um die bewegbaren Elemente 28 auf einem radial äußeren Abschnitt der Basis 26 zu positionieren.
Dann wird der Hebe- und Senkmechanismus betätigt, um die spitzen distalen Enden der Keile 28b der jeweiligen bewegbaren Elemente 28 in einer Höhe zu positionieren, die horizontal mit den in dem Ingot 11 ausgebildeten Abziehschichten 15 ausgerichtet ist. Dann werden die Aktuatoren betätigt, um die Keile 28b in die Seitenfläche 11c des Ingots 11 zu treiben (siehe 8A). Anschließend wird der Rotationsaktuator betätigt, um die in die Seitenfläche 11c des Ingots 11 getriebenen Keile 28b zu drehen.
Danach wird der Hebe- und Senkmechanismus betätigt, um die Keile 28b anzuheben (siehe 8B). Wenn die Keile 28b auf diese Weise angehoben werden, nachdem sie in die Seitenfläche 11c des Ingots 11 getrieben und gedreht wurden, entwickeln sich die in den Abziehschichten 15 enthaltenen Risse 15b weiter. Infolgedessen werden ein Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Stirnseite 11a des Ingots 11 liegt, und ein verbleibender Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Rückseite 11b des Ingots 11 liegt, entlang der Abziehschichten 15, die als Trennauslösepunkte dienen, voneinander getrennt. Der abgetrennte Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Stirnseite 11a liegt, wird nun als Substrat 17 aus dem Ingot 11 hergestellt.
Wenn der Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Stirnseite 11a des Ingots 11 liegt, und der verbleibende Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Rückseite 11b des Ingots 11 liegt, zum Zeitpunkt des Eintreibens der Keile 28b in die Seitenfläche 11c des Ingots 11 voneinander getrennt sind, können die Keile 28b nicht gedreht werden. Die Aktuatoren und der Rotationsaktuator können gleichzeitig betätigt werden, um die Keile 28b in die rotierende Seitenfläche 11c des Ingots 11 zu treiben.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Substrats 17 aus dem Ingot 11 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform wird die Abziehschicht 15 zuletzt in dem Bereich unter den Bereichen in dem Ingot 11 entlang der Bearbeitungsvorschubrichtungen, das heißt dem zweiten Innenbereich, in dem Ingot 11 ausgebildet, der sich in der Umgebung des Mittelpunkts C des Ingots 11 befindet. Da der Ingot 11 eine zylindrische Form aufweist, ist der zweite Innenbereich breiter als die anderen Bereiche, zum Beispiel der zweite Außenbereich, in denen die Abziehschichten 15 ausgebildet sind.
Wenn die Abziehschicht 15 zuletzt in dem zweiten Innenbereich ausgebildet wird, werden die inneren Spannungen in dem Ingot 11 daher in einem größeren Bereich verteilt als wenn die Abziehschicht 15 zuletzt in dem zweiten Außenbereich ausgebildet wird. In diesem Fall wird dagegen vorgebeugt, dass sich von den modifizierten Bereichen 15a aus, die in der Abziehschicht 15 enthalten sind, Risse 15b entwickeln, die in der Dicke des Ingots 11 groß sind. Daher ist das Verfahren wirksam, um die Menge des Ingotmaterials zu reduzieren, das bei der Planarisierung des Substrats 17 entsorgt werden muss, was zu einer erhöhten Produktivität bei der Herstellung des Substrats 17 führt.
In dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Substrats werden außerdem die Abziehschichten 15 in dem Ingot 11 ausgebildet, indem die Brennpunkte, die entlang der Y-Achse, das heißt der Kristallausrichtung [001], angeordnet sind, und der Ingot 11 entlang der X-Achse, der Kristallausrichtung [010], relativ zueinander bewegt werden. Das Verfahren ist somit effektiver, um die Menge an Ingotmaterial zu verringern, die bei der Planarisierung des Substrats 17 verworfen werden muss, was zu einer weiteren Steigerung der Produktivität bei der Herstellung des Substrats 17 führt.
Die obigen Vorteile werden im Folgenden detaillierter beschrieben. Im Allgemeinen ist es am wahrscheinlichsten, dass monokristallines Silizium entlang einer bestimmten Kristallebene spaltet, die zu den Kristallebenen {111} gehört, und es ist am zweitwahrscheinlichsten, dass es entlang einer bestimmten Kristallebene spaltet, die zu den Kristallebenen {110} gehört. Wenn modifizierte Bereiche entlang einer bestimmten Kristallausrichtung, zum Beispiel einer Kristallausrichtung [011], ausgebildet werden, die beispielsweise zu den Kristallausrichtungen <110> monokristallinen Siliziums eines Ingot 11 gehört, entstehen daher viele Risse von den modifizierten Bereichen entlang der bestimmten Kristallebene, die zu den Kristallebenen {111} gehört.
Wenn mehrere modifizierte Bereiche in einem Bereich entlang einer bestimmten Kristallausrichtung ausgebildet werden, die zu den Kristallausrichtungen <100> von monokristallinem Silizium gehört, sodass die modifizierten Bereiche in Draufsicht entlang einer Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu der Richtung verläuft, in der sich der Bereich erstreckt, entstehen aus den modifizierten Bereichen andererseits viele Risse entlang einer Kristallebene unter den Kristallebenen {N10} (N stellt eine natürliche Zahl von 10 oder weniger dar), die parallel zu der Richtung verläuft, in der sich der Bereich erstreckt.
Wenn zum Beispiel die modifizierten Bereiche 15a, die entlang der Kristallausrichtung [001] angeordnet sind, in dem Bereich entlang der Kristallausrichtung [010] ausgebildet werden, entstehen viele Risse aus den modifizierten Bereichen 15a entlang einer Kristallebene unter den Kristallebenen {N10} (N gibt eine natürliche Zahl 10 oder weniger wieder) parallel zu der Kristallausrichtung [010].
Insbesondere wenn die modifizierten Bereiche 15a so ausgebildet werden, ist es wahrscheinlich, dass sich Risse entlang der folgenden Kristallebenen entwickeln: $(101), (201), (301), (401), (501), (601), (701), (801), (901), (\underline{10} 01)$
$(\bar{1} 01), (\bar{2} 01), (\bar{3} 01), (\bar{4} 01), (\bar{5} 01), (\bar{6} 01), (\bar{7} 01), (\bar{8} 01), (\bar{9} 01), (\bar{\underline{10}} 01)$
Der Winkel, den die an der Stirnseite 11a und der Rückseite 11b des Ingots 11 ausgebildete Kristallebene (100) mit der zu der Kristallausrichtung [010] parallelen Kristallebene unter den Kristallebenen {N10} ausbildet, ist 45° oder weniger. Andererseits ist der Winkel, den die Kristallebene (100) mit der bestimmten, in den Kristallebenen {111} enthaltenen Kristallebene ausbildet, ungefähr 54,7°.
Daher ist in Übereinstimmung mit dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Substrats die Abziehschicht 15 tendenziell breiter und dünner, als wenn mehrere modifizierte Bereiche in einem Bereich entlang der Kristallausrichtung [011] von monokristallinem Silizium als Anordnung entlang einer Richtung senkrecht zu der Richtung, in der sich der Bereich erstreckt, ausgebildet werden. Infolgedessen ist das Verfahren zum Herstellen eines Substrats somit effektiver, um die Menge an Ingotmaterial zu verringern, die bei der Herstellung des Substrats 17 aus dem Ingot 11 verworfen werden muss, was zu einer weiteren Steigerung der Produktivität bei der Herstellung des Substrats 17 führt.
Das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Substrats gibt einen Aspekt der vorliegenden Erfindung wieder, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt. Ein Ingot, der zum Herstellen eines Substrats verwendet wird, ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht auf den in den 1, 2 usw. veranschaulichten Ingot 11 beschränkt. Insbesondere kann bei der vorliegenden Erfindung ein Substrat aus einem Ingot aus monokristallinem Silizium hergestellt werden, bei dem eine nicht zu den Kristallebenen {100} gehörende Kristallebene an der Stirnseite und der Rückseite des Ingots exponiert ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann ein Substrat außerdem aus einem zylindrischen Ingot hergestellt werden, der eine Kerbe in seiner Seitenfläche aufweist. Alternativ kann bei der vorliegenden Erfindung ein Substrat aus einem zylindrischen Ingot hergestellt werden, der frei von einer Ausrichtungsebene und einer Kerbe in einer seiner Seitenflächen ist. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann ein Substrat außerdem aus einem zylindrischen Ingot hergestellt werden, der aus einem anderen Halbleitermaterial als Silizium, wie zum Beispiel Siliziumkarbid oder Ähnliches, hergestellt ist.
Die Struktur einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist nicht auf die oben beschriebene Struktur der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 beschränkt. Bei der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zum Herstellen eines Substrats unter Verwendung einer Laserbearbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, die einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Haltetischs 4 in den X-Achsenrichtungen, den Y-Achsenrichtungen und/oder den Z-Achsenrichtungen aufweist.
Insbesondere ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, insofern nicht auf strukturelle Details beschränkt, als der Haltetisch 4 zum daran Halten des Ingots 11 und der Emissionskopf 16 der Laserstrahl-Aufbringeinheit 6 zum Aufbringen der Laserstrahlen LB auf den Ingot 11 relativ zueinander entlang der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse bewegt werden können.
In dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die Abfolge des Ausbildens von Abziehschichten 15 in mehreren Bereichen in dem Ingot 11 entlang der Bearbeitungsvorschubrichtungen nicht auf die oben beschriebene Abfolge beschränkt, das heißt auf die Abfolge des Ausbildens von Abziehschichten 15 in dem ersten Außenbereich, dem ersten Zwischenbereich, dem ersten Innenbereich, dem zweiten Außenbereich, dem zweiten Zwischenbereich und dem zweiten Innenbereich. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist der Pfad, den der Emissionskopf 16 zum Aufbringen der Laserstrahlen LB auf den Ingot 11 verfolgt, nicht auf den Pfad beschränkt, der durch die gestrichelten Linien in 6 angedeutet ist.
Die 9A und 9B veranschaulichen schematisch in Draufsicht weitere Beispiele für den Pfad, den der Emissionskopf 16 verfolgt, während er sich in dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 bewegt. In 9A bringt der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 11 auf, während er bewegt wird, um abwechselnd in den zwei halbzylindrischen Bereichen des Ingots 11 jeweils eine Abziehschicht 15 auszubilden.
Wie in 9A veranschaulicht, werden die Abziehschichten 15 nacheinander in den fünf Bereichen entlang der Bearbeitungsvorschubrichtungen in jedem der halbzylindrischen Bereiche des Ingots 11 in einer radial nach innen gerichteten Abfolge von einem Außenbereich aus ausgebildet. Insbesondere werden die Abziehschichten 15 nacheinander in der Abfolge des ersten Außenbereichs, des zweiten Außenbereichs, des ersten Zwischenbereichs, des zweiten Zwischenbereichs, des ersten Innenbereichs und des zweiten Innenbereichs ausgebildet.
In 9B bringt der Emissionskopf 16 die Laserstrahlen LB auf den Ingot 11 auf, während er bewegt wird, um zwei Abziehschichten 15 in einer Reihe abwechselnd in den zwei halbzylindrischen Bereichen des Ingots 11 auszubilden. Alternativ können in dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung drei oder mehr Abziehschichten 15 abwechselnd in einer Reihe in den zwei halbzylindrischen Bereichen des Ingots 11 ausgebildet werden.
In 9B werden die Abziehschichten 15 nacheinander in den fünf Bereichen entlang der Bearbeitungsvorschubrichtungen in jedem der halbzylindrischen Bereiche des Ingots 11 von einem Außenbereich aus in einer radial nach innen gerichteten Abfolge ausgebildet. Insbesondere werden die Abziehschichten 15 nacheinander in der Abfolge des ersten Außenbereichs, des ersten Zwischenbereichs, des zweiten Außenbereichs, des zweiten Zwischenbereichs, des ersten Innenbereichs und des zweiten Innenbereichs ausgebildet.
Bei dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann die Abziehschicht 15 zuletzt in dem ersten Innenbereich anstatt in dem zweiten Innenbereich ausgebildet werden. Bei dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können die Abziehschichten 15 beispielsweise nacheinander in der Abfolge des ersten Außenbereichs, des ersten Zwischenbereichs, des zweiten Außenbereichs, des zweiten Zwischenbereichs, des zweiten Innenbereichs und des ersten Innenbereichs ausgebildet werden.
In den 9A und 9B ist der von dem Emissionskopf 16 verfolgte Pfad außerhalb des Ingots 11 als nicht überlappend und sich nicht kreuzend veranschaulicht, um den Pfad klar darzustellen. Der Pfad, den der Emissionskopf 16 verfolgt, kann sich jedoch außerhalb des Ingots 11 überschneiden und/oder kreuzen. Insbesondere kann der Emissionskopf 16 bei dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung entlang eines Pfades bewegt werden, der sich außerhalb des Ingots 11 überschneidet und/oder kreuzt, um den Pfad zu minimieren.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann der Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 nach der Ausführung des Abziehschicht-Ausbildungsschrittes S1 erneut ausgeführt werden. In diesem Fall werden die Dichten der modifizierten Bereiche 15a und der Risse 15b, die in der bereits in dem Ingot 11 ausgebildeten Abziehschicht 15 enthalten sind, erhöht. Infolgedessen lässt sich das Substrat 17 in dem Trennschritt S2 leicht von dem Ingot 11 trennen.
Der Trennschritt S2 der vorliegenden Erfindung kann von einer anderen Vorrichtung als der in den 8A und 8B veranschaulichten Trennvorrichtung 18 durchgeführt werden. Die 10A und 10B veranschaulichen schematisch in einer seitlichen Teilschnittansicht ein Beispiel für die Art und Weise, in der das Substrat 17 in Übereinstimmung mit einer solchen Abwandlung von dem Ingot 11 getrennt wird.
Eine in den 10A und 10B veranschaulichte Trennvorrichtung 30 weist einen zylindrischen Haltetisch 32 zum daran Halten des Ingots 11 mit den darin ausgebildeten Abziehschichten 15 auf. Der Haltetisch 32 weist eine kreisförmige obere Fläche als Haltefläche auf, um daran den Ingot 11 zu halten. Die kreisförmige obere Fläche ist breiter als die Stirnseite 11a und die Rückseite 11b des Ingots 11.
Der Haltetisch 32 schließt eine nicht dargestellte zylindrische poröse Platte ein, deren obere Fläche auf der Haltefläche des Haltetischs 32 exponiert ist. Die poröse Platte steht über einen nicht dargestellten, in dem Haltetisch 32 definierten Fluidkanal oder Ähnliches mit einer nicht dargestellten Saugquelle, wie zum Beispiel einer Vakuumpumpe, in Fluidverbindung. Wenn die Saugquelle betätigt wird, erzeugt sie einen Unterdruck, und der Unterdruck wird durch den Fluidkanal zu einem Raum in der Umgebung der Haltefläche des Haltetisches 32 übertragen, wodurch der Ingot 11 unter Saugwirkung an der Haltefläche gehalten wird.
Oberhalb des Haltetisches 32 ist eine Trenneinheit 34 angeordnet. Die Trenneinheit 34 weist ein zylindrisches Stützelement 36 mit einem oberen Abschnitt auf, mit dem beispielsweise ein nicht dargestellter kugelspindelartiger Hebe- und Senkmechanismus verbunden ist. Wenn der kugelspindelartige Hebe- und Senkmechanismus betätigt wird, hebt und senkt er die Trenneinheit 34 wahlweise.
Das Stützelement 36 weist ein unteres Ende auf, das mittig an einem oberen Abschnitt einer scheibenförmigen Saugplatte 38 befestigt ist. Die Saugplatte 38 weist mehrere Saugöffnungen auf, die in ihrer unteren Fläche definiert sind und über einen nicht dargestellten, in der Saugplatte 38 definierten Fluidkanal oder Ähnliches mit einer nicht dargestellten Saugquelle, wie zum Beispiel einer Vakuumpumpe, in Fluidverbindung stehen. Wenn die Saugquelle betätigt wird, erzeugt sie einen Unterdruck, und der Unterdruck wird durch den Fluidkanal zu einem Raum in der Umgebung der unteren Fläche der Saugplatte 38 übertragen, wodurch der Ingot 11 unter Saugwirkung zu der unteren Fläche der Saugplatte 38 gezogen wird.
Die Trennvorrichtung 30 führt den Trennschritt S2 in Übereinstimmung mit der folgenden Abfolge von Ereignissen aus. Als Erstes wird der Ingot 11 so auf dem Haltetisch 32 platziert, dass der Mittelpunkt der Rückseite 11b des Ingots 11 mit den darin ausgebildeten Abziehschichten 15 und der Mittelpunkt der Haltefläche des Haltetischs 32 zueinander ausgerichtet sind.
Dann wird die Saugquelle, die mit der auf der Haltefläche exponierten porösen Platte in Fluidverbindung steht, betätigt, um den Ingot 11 unter Saugwirkung an dem Haltetisch 32 zu halten. Danach wird der Hebe- und Senkmechanismus betätigt, um die Trenneinheit 34 abzusenken und die untere Fläche der Saugplatte 38 mit der Stirnseite 11a des Ingots 11 in Kontakt zu bringen.
Dann wird die Saugquelle, die mit den Saugöffnungen in der Saugplatte 38 in Fluidverbindung steht, betätigt, um die Stirnseite 11a des Ingots 11 unter Saugwirkung an die untere Fläche der Saugplatte 38 anzuziehen (siehe 10A). Dann wird der Hebe- und Senkmechanismus betätigt, um die Trenneinheit 34 anzuheben und die Saugplatte 38 von dem Haltetisch 32 weg zu bewegen (siehe 10B).
Zu diesem Zeitpunkt werden Aufwärtskräfte auf den Abschnitt des Ingots 11 ausgeübt, der näher an der Stirnseite 11a des Ingots 11 liegt, die durch die Saugöffnungen unter Saugwirkung an die Saugplatte 38 angezogen wird. Infolgedessen entwickeln sich die in den Abziehschichten 15 enthaltenen Risse 15b weiter und trennen den Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Stirnseite 11a des Ingots 11 liegt, und den Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Rückseite 11b des Ingots 11 liegt, voneinander. Mit anderen Worten wird aus dem Ingot 11 entlang der Abziehschichten 15, die als Trennauslösepunkte dienen, ein Substrat 17 hergestellt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können in dem Trennschritt S2 Ultraschallwellen auf die Stirnseite 11a des Ingots 11 aufgebracht werden, bevor der Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Stirnseite 11a des Ingots 11 liegt, und der Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Rückseite 11b des Ingots 11 liegt, voneinander getrennt werden. In diesem Fall können der Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Stirnseite 11a des Ingots 11 liegt, und der Abschnitt des Ingots 11, der näher an der Rückseite 11b des Ingots 11 liegt, leichter voneinander getrennt werden, sofern sich die in den Abziehschichten 15 enthaltenen Risse 15b durch die aufgebrachten Ultraschallwellen weiter entwickelt haben.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann außerdem vor dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 die Stirnseite 11a des Ingots 11 durch Schleifen oder Polieren planarisiert werden (Planarisierungsschritt). Der Planarisierungsschritt kann ausgeführt werden, wenn mehrere Substrate aus dem Ingot 11 hergestellt werden. Insbesondere dann, wenn ein Substrat 17 hergestellt wird, indem es entlang der Abziehschichten 15 von dem Ingot 11 abgetrennt wird, weist die neu exponierte Fläche des Ingots 11 Oberflächenunregelmäßigkeiten auf, die eine Verteilung von modifizierten Bereichen 15a und Rissen 15b widerspiegeln, die in den Abziehschichten 15 enthalten sind.
Wenn aus dem Ingot 11 ein neues Substrat hergestellt werden soll, wird folglich bevorzugt, die Fläche des Ingots 11 vor dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 zu planarisieren. Die planarisierte Fläche des Ingots 11 verringert unregelmäßige Reflexionen der Laserstrahlen LB, die in dem Abziehschicht-Ausbildungsschritt S1 auf den Ingot 11 aufgebracht werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann die neu exponierte Fläche des Substrats 17, die entlang der Abziehschichten 15 von dem Ingot 11 getrennt worden ist, auch durch Schleifen oder Polieren planarisiert werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus ein Substrat aus einem zylindrischen nackten Wafer als Werkstück hergestellt werden, das aus einem Halbleitermaterial wie Silizium oder Siliziumkarbid hergestellt ist. Der nackte Wafer ist zum Beispiel zwei- bis fünfmal so dick wie das daraus herzustellende Substrat. Der nackte Wafer wird in Übereinstimmung mit dem gleichen Verfahren wie dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt, indem er von einem Ingot, der aus einem Halbleitermaterial, wie zum Beispiel Silizium oder Siliziumkarbid, hergestellt ist, abgetrennt wird. Man kann also sagen, dass das Substrat aus dem Ingot 11 hergestellt wird, indem das oben beschriebene Verfahren zweimal wiederholt wird.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus ein Substrat aus einem zylindrischen Bauelementwafer als Werkstück hergestellt werden, das aus dem oben genannten nackten Wafer mit daran ausgebildeten Halbleiterbauelementen hergestellt wird. Die Struktur, das Verfahren usw. in Übereinstimmung mit der obigen Ausführungsform können in geeigneter Weise geändert oder modifiziert werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen 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 von der Erfindung umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 1997262826 [0002]
JP 2016111143 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Substrats aus einem zylindrischen Werkstück mit einer ersten kreisförmigen Fläche und einer zweiten kreisförmigen Fläche, die gegenüber der ersten kreisförmigen Fläche positioniert ist, wobei das Verfahren umfasst: einen Abziehschicht-Ausbildungsschritt mit einem wiederholten Bewegen des Werkstücks und eines innerhalb des Werkstücks positionierten Brennpunkts eines Laserstrahls, der auf das Werkstück aufgebracht wird und eine Wellenlänge aufweist, die durch ein Material des Werkstücks übertragbar ist, relativ zueinander in einer Bearbeitungsvorschubrichtung parallel zu der ersten kreisförmigen Oberfläche, wodurch eine Abziehschicht in jedem von mehreren Bereichen in dem Werkstück ausgebildet wird, wobei sich die Bereiche entlang der Bearbeitungsvorschubrichtung erstrecken und die Abziehschicht modifizierte Bereiche, die um eine Mehrzahl der Brennpunkte ausgebildet sind, und Risse enthält, die sich von den modifizierten Bereichen aus entwickeln; und einen Trennschritt mit einem Trennen des Substrats von dem Werkstück entlang mehrerer Abziehschichten, die als Trennauslösepunkte wirken, wobei die mehreren Bereiche aufweisen einen ersten Außenbereich, der zu einem von zwei halbzylindrischen Bereichen des Werkstücks gehört, wobei die zwei halbzylindrischen Bereiche eine gemeinsame Grenzebene aufweisen, die sich durch einen Mittelpunkt des Werkstücks und parallel zu der Bearbeitungsvorschubrichtung erstreckt, einen ersten Zwischenbereich, der zu dem einen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört und näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks liegt als der erste Außenbereich, einen ersten Innenbereich, der zu dem einen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört und näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks liegt als der erste Zwischenbereich, einen zweiten Außenbereich, der zu dem anderen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört, einen zweiten Zwischenbereich, der zu dem anderen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört und näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks liegt als der zweite Außenbereich, und einen zweiten Innenbereich, der zu dem anderen der zwei halbzylindrischen Bereiche gehört und näher an dem Mittelpunkt des Werkstücks liegt als der zweite Zwischenbereich, und wobei der Abziehschicht-Ausbildungsschritt die Schritte des Ausbildens einer Abziehschicht zuerst in dem ersten Außenbereich und des Ausbildens einer Abziehschicht zuletzt in dem ersten Innenbereich oder dem zweiten Innenbereich beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 1, wobei der Abziehschicht-Ausbildungsschritt den Schritt des Ausbildens von Abziehschichten in einer Abfolge aus dem ersten Außenbereich, dem ersten Zwischenbereich, dem ersten Innenbereich, dem zweiten Außenbereich, dem zweiten Zwischenbereich und dem zweiten Innenbereich beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 1, wobei der Abziehschicht-Ausbildungsschritt den Schritt des Ausbildens von Abziehschichten in einer Abfolge aus dem ersten Außenbereich, dem zweiten Außenbereich, dem ersten Zwischenbereich, dem zweiten Zwischenbereich, dem ersten Innenbereich und dem zweiten Innenbereich beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 1, wobei der Abziehschicht-Ausbildungsschritt den Schritt zum Ausbilden von Abziehschichten in einer Abfolge aus dem ersten Außenbereich, dem ersten Zwischenbereich, dem zweiten Außenbereich, dem zweiten Zwischenbereich, dem ersten Innenbereich und dem zweiten Innenbereich beinhaltet.