JP2013049161A - 加工対象物切断方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物を切断する際のスループットを向上可能であると共に材料のロスを低減可能な加工対象物切断方法を提供する。
【解決手段】切断予定面５Ａに沿ってレーザ光Ｌを照射することにより、切断予定面５Ａに沿って改質領域７を形成する。レーザ光Ｌの一の照射点ＬＰと該一の照射点ＬＰに最も近い他の照射点ＬＰとのピッチを、改質領域７から生じた割れがｃ面割に沿って延びるピッチＰＴとする。そのｃ面割れが、インゴット１の切断予定面５Ａに沿っての切断を容易化するため、スループットを向上させることができる。また、切断予定面５Ａに沿ったｃ面割れが生じているので、切断予定面５Ａに沿って正確にインゴット１を切断することができる。このため、切断面を平坦化するための研磨の量が少なくてすむので、材料のロスを低減することができる。
【選択図】図１０

Description

六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物を切断する加工対象物切断方法に関する。
インゴットを切断するための従来の技術として、例えば特許文献１に記載のシリコンインゴット切断装置が知られている。このシリコンインゴット切断装置は、所定の間隔で互いに平行に配置されると共に往復運動する複数本のワイヤを備えている。このシリコンインゴット切断装置によってシリコンインゴットを切断する場合には、シリコンインゴットの側面に砥液を供給しつつ、往復運動するワイヤをその側面に押し付けることにより、シリコンインゴットを所定の厚さに切断する。
特開２００２−１８４７２４号公報
ところで、現在、次世代デバイスの材料としてＳｉＣ（シリコンカーバイド）が注目されている。このため、ＳｉＣからなるインゴット等の加工対象物を切断するための技術に対する要求が高まっている。しかしながら、ＳｉＣは、非常に高い硬度を有するため、ＳｉＣからなる加工対象物の切断に上述したようなワイヤを用いると、低速度での加工が余儀なくされ、スループットが低下してしまう。また、同様の理由から、ＳｉＣからなる加工対象物の切断にワイヤを用いると、加工対象物の切断予定面に沿って正確に切断できない場合がある。そのような場合には、切断面を平坦化するための相当量の研磨が必要となり、材料のロスが大きくなる。
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物を切断する際のスループットを向上可能であると共に材料のロスを低減可能な加工対象物切断方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る加工対象物切断方法は、六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物にパルスレーザ光を照射して加工対象物の内部に改質領域を形成し、加工対象物を切断する加工対象物切断方法であって、パルスレーザ光の一の照射点と該一の照射点に最も近い他の照射点とが所定のピッチとなるように、加工対象物の第１の切断予定面に沿って加工対象物にパルスレーザ光を照射することにより、第１の切断予定面に沿って改質領域を形成する工程と、第１の切断予定面に沿って改質領域を形成した後に、第１の切断予定面に沿って加工対象物を切断する工程と、を備え、第１の切断予定面は、六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面とオフ角分の角度を成しており、所定のピッチは、改質領域から生じた割れが六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面に沿って延びるようなピッチである、ことを特徴とする。なお、オフ角は、０°の場合も含むものとする。その場合には、第１の切断予定面（或いは後述する第２の切断予定面）は、六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面に平行となる。
この加工対象物切断方法においては、六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物の第１の切断予定面に沿ってパルスレーザ光を照射することにより、第１の切断予定面に沿って加工対象物の内部に改質領域を形成する。その際に、パルスレーザ光の一の照射点と該一の照射点に最も近い他の照射点とのピッチを、改質領域から生じた割れが六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面に沿って延びるようなピッチとする。このため、第１の切断予定面に沿って加工対象物を切断する際には、改質領域からｃ面に沿って延びる割れ（ｃ面割れ）が、加工対象物の内部に生じている。そのｃ面割れが、加工対象物の第１の切断予定面に沿っての切断を容易化するため、短時間で加工対象物の切断を行うことができ、スループットを向上させることができる。さらには、この加工対象物切断方法によれば、上述したように、改質領域からｃ面割れが生じているので、第１の切断予定面に沿って正確に加工対象物を切断することができる。そのため、加工対象物から切り出された切断片の切断面や、加工対象物の切断面を平坦化するための研磨の量が少なくてすむので、材料のロスを低減することができる。
本発明に係る加工対象物切断方法は、第１の切断予定面に沿って加工対象物を切断した後に、パルスレーザ光の一の照射点と該一の照射点に最も近い他の照射点とが所定のピッチとなるように、加工対象物の第２の切断予定面に沿って加工対象物にパルスレーザ光を照射することにより、第２の切断予定面に沿って改質領域を形成する工程と、第２の切断予定面に沿って改質領域を形成した後に、第２の切断予定面に沿って加工対象物を切断する工程と、をさらに備え、第２の切断予定面は、六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面とオフ角分の角度を成しているものとすることができる。この方法においては、第１の切断予定面に沿って改質領域を形成して加工対象物を切断した後に、第２の切断予定面に沿って改質領域を形成する。このため、例えばパルスレーザ光の入射面からの距離が異なる複数の切断予定面に改質領域を形成する場合に比べて、パルスレーザ光の入射面に比較的近い位置において各改質領域の形成を行うことができる。その結果、比較的低い加工エネルギーで改質領域を形成してｃ面割れを生じさせることが可能となる。
本発明に係る加工対象物切断方法は、第１の切断予定面に沿って改質領域を形成した後であって、第１の切断予定面に沿って加工対象物を切断する前において、パルスレーザ光の一の照射点と該一の照射点に最も近い他の照射点とが所定のピッチとなるように、第１の切断予定面よりも加工対象物におけるパルスレーザ光の入射面側に位置する第２の切断予定面に沿って加工対象物にパルスレーザ光を照射することにより、第２の切断予定面に沿って改質領域を形成する工程と、第２の切断予定面に沿って改質領域を形成した後に、第２の切断予定面に沿って加工対象物を切断する工程と、をさらに備え、第２の切断予定面は、六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面とオフ角分の角度を成しているものとすることができる。この方法においては、まず、第１及び第２の切断予定面のそれぞれに沿って順にパルスレーザ光を照射して改質領域を形成してｃ面割れを生じさせた後に、第１及び第２の切断予定面のそれぞれに沿って加工対象物を切断する。このため、加工対象物の複数回の切断を効率よく行うことができる。
本発明に係る加工対象物切断方法においては、所定のピッチは、１μｍ以上１０μｍ未満とすることができる。この場合には、改質領域からのｃ面割れを確実に生じさせることができる。
本発明に係る加工対象物切断方法においては、パルスレーザ光のパルス幅は、２０ｎｓ未満、又は１００ｎｓよりも大きいものとすることができる。この場合には、改質領域からのｃ面割れを一層確実に生じさせることができる。
本発明によれば、六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物を切断する際のスループットを向上可能であると共に材料のロスを低減可能な加工対象物切断方法を提供できる。
改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の構成図である。 レーザ加工前の加工対象物の平面図である。 図２に示された加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 本発明の一実施形態の加工対象物切断方法の加工対象物であるインゴットを説明するための図である。 本発明の一実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の別の実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の別の実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の別の実施形態の加工対象物切断方法の主要な工程を説明するための図である。 本発明の実施形態の加工対象物切断方法の変形例を説明するための図である。 本発明の実施形態の加工対象物切断方法の変形例を説明するための図である。 本発明の実施形態の加工対象物切断方法の変形例を説明するための図である。 多点加工を施した場合の切断予定面の様子を示す拡大写真である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する記載を省略する。また、各図における各部の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。
本発明の一実施形態に係る加工対象物切断方法では、切断予定面に沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、切断予定面に沿って加工対象物の内部に改質領域を形成する。そこで、まず、その改質領域の形成について、図１〜６を参照して説明する。
図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
このレーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定面５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定面５に沿った改質領域が加工対象物１に形成されることとなる。
図１及び図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定面５が設定されている。切断予定面５は、ここでは、加工対象物１の表面３に略平行に平面状に延びた仮想的な面である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部において切断予定面５上に集光点Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを所定のライン５ａに沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に沿って）相対的に移動させる。これにより、図４〜６に示されるように、改質領域７が切断予定面５に沿って形成される。なお、レーザ光Ｌを相対移動させるライン５ａは切断予定面５に沿っていればよく、直線状に限定されるものではない。
また、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域７は、列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面、裏面、若しくは側面）に露出していてもよい。
ちなみに、ここでのレーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３から徐々に裏面側に進行する。
ところで、本実施形態で形成される改質領域は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理特性が周囲と異なる状態になった領域をいう。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域と非改質領域との境界に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。
また、本実施形態においては、切断予定面５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することによって、改質領域７を形成している。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分であり、改質スポットが集まることにより改質領域７となる。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも２つが混在するもの等が挙げられる。
［第１実施形態］
引き続いて、図７〜１３を参照して、本発明の第１実施形態に係る加工対象物切断方法について説明する。この加工対象物切断方法は、六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物にパルスレーザ光を照射して加工対象物の内部に改質領域を形成し、加工対象物を切断（スライス）する。
まず、図７の（ａ）部に示されるように、本実施形態に係る加工対象物切断方法における加工対象物としてのインゴット１を用意する。インゴット１の直径は、例えば３インチ程度である。インゴット１は、図７の（ｂ）部に示されるような六方晶系ＳｉＣ結晶１０からなる。インゴット１の内部には、切断予定面（第１の切断予定面）５Ａが設定されている。切断予定面５Ａは、六方晶系ＳｉＣ結晶１０のｃ軸に直交するｃ面とオフ角分の角度を成している。
したがって、切断予定面５Ａに沿ってインゴット１を切断することにより、ｃ面とオフ角分の角度を成す主面を有する六方晶系ＳｉＣ基板を製造することができる。切断予定面５Ａは、例えばインゴット１の表面３に略平行であり、所望する六方晶系ＳｉＣ基板の厚さに応じて、表面３から任意の位置に設定することができる。なお、オフ角は、例えば４°程度であり、０°の場合も含む。オフ角が０°の場合には、切断予定面５Ａはｃ面と平行になる。
続いて、用意したインゴット１を、例えばレーザ加工装置１００の支持台１０７に載置する（図１参照）。このとき、インゴット１の表面３をレーザ加工装置１００の集光用レンズ１０５側に向けて、インゴット１を支持台１０７に載置する。したがって、本実施形態においては、インゴット１の表面３がレーザ光Ｌの入射面となる。このため、インゴット１の表面３は、インゴット１へのレーザ光Ｌの入射を妨げないように研磨されている。
続いて、図８の（ａ）部に示されるように、インゴット１の表面３から所定距離だけインゴット１の内側にレーザ光Ｌの集光点Ｐを位置させる。つまり、インゴット１の内部に設定された切断予定面５Ａ上にレーザ光Ｌの集光点Ｐを位置させる。ここでは、レーザ光Ｌの集光点Ｐは、切断予定面５Ａの中心部５Ａｃに位置させられる。レーザ光Ｌの集光点Ｐの位置の変更は、例えば、ステージ制御部１１５の制御の元でステージ１１１を駆動し、支持台１０７を移動させることにより行うことができる。
続いて、インゴット１の表面３をレーザ光Ｌの入射面として、パルスレーザ光であるレーザ光Ｌを切断予定面５Ａに沿ってインゴット１に照射する。このとき、図８の（ｂ）部に示されるように、レーザ光Ｌの集光点Ｐを、切断予定面５Ａに沿って、切断予定面５Ａの中心部５Ａｃから切断予定面５Ａの縁部５Ａｅに向かって（図中の矢印Ａ１の方向に）直線的に相対移動させながら、インゴット１を、切断予定面５Ａに沿って、切断予定面５Ａの中心部５Ａｃを中心として（図中の矢印Ａ２の方向に）回転させる。これにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐは、切断予定面５Ａに沿って、切断予定面５Ａの中心部５Ａｃから縁部５Ａｅに向かって渦巻状に相対移動させられる。なお、図８の（ｂ）部は、インゴット１の平面図である。
このようにしてレーザ光Ｌを照射することによって、図９に示されるように、インゴット１の内部には、切断予定面５Ａに沿って、切断予定面５Ａの中心部５Ａｃから縁部５Ａｅに向かって渦巻状に改質領域７が形成される。改質領域７は、レーザ光Ｌがパルスレーザ光であることから、その１パルスショットで形成される改質スポット９の集合として形成されている。なお、図９及び図１０は、インゴット１の平面図である。
ここで、このレーザ光Ｌの照射は、レーザ光Ｌの一の照射点と、該一の照射点に最も近い他の照射点とが所定のピッチＰＴとなるように行われる。この点について詳しく説明する。上述したように、この工程においては、レーザ光Ｌの集光点Ｐが、切断予定面５Ａに沿って、切断予定面５Ａの中心部５Ａｃから縁部５Ａｅに向かって渦巻状に相対移動させられる。このため、図１０に示されるように、レーザ光Ｌの照射点ＬＰが、切断予定面５Ａに沿って渦巻状に配列され、渦巻状の照射点列Ｒを成すこととなる。なお、照射点ＬＰとは、レーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させたときに、１パルス分のレーザ光Ｌが照射される点である。
このとき、ある照射点ＬＰ１に着目すると（図中の拡大部分参照）、その照射点ＬＰ１に最も近い他の照射点ＬＰとしては、次の２通りの場合がある。まず、その照射点ＬＰ１の次の照射点ＬＰ２（或いは前の照射点ＬＰ３）が、その照射点ＬＰ１に最も近い場合がある。換言すれば、インゴット１の周方向について照射点ＬＰ１に隣接する照射点ＬＰ２（或いは照射点ＬＰ３）が、照射点ＬＰ１に最も近い場合がある。この場合には、照射点ＬＰ１とその次の照射点ＬＰ２（或いはその前の照射点ＬＰ３）とのピッチ（すなわちパルスピッチ）Ｐ１２が、所定のピッチＰＴとなるようにする。
パルスピッチは、レーザ光Ｌの集光点Ｐの移動速度Ｖとレーザ光Ｌのパルス発振の周波数Ｆとによって表され（移動速度Ｖ／周波数Ｆ）、移動速度Ｖ及び周波数Ｆを制御することによって調整することができる。したがって、レーザ光Ｌの集光点Ｐの移動速度Ｖとレーザ光Ｌのパルス発振の周波数Ｆとを制御することにより、レーザ光Ｌのパルスピッチを所定のピッチＰＴとすれば、レーザ光Ｌの照射点ＬＰ１と、その照射点ＬＰ１に最も近い照射点ＬＰ２（或いは照射点ＬＰ３）とのピッチＰ１２が所定のピッチＰＴとなる。つまり、この場合には、パルスピッチを調整することにより、インゴット１の周方向についての照射点ＬＰ同士のピッチを、所定のピッチＰＴとすることができる。
次に、照射点ＬＰ１が照射点列Ｒの第ｎ周Ｒｎに属するとしたとき、その前の（或いはその次の）第ｎ−１周Ｒｎ−１において照射点ＬＰ１に対応する位置にある照射点ＬＰ４が、照射点ＬＰ１に最も近い場合がある。換言すれば、インゴット１の径方向について照射点ＬＰ１に隣接する照射点ＬＰ４が、照射点ＬＰ１に最も近い場合がある。この場合には、照射点列Ｒの各周同士の間隔を所定のピッチＰＴとすれば、第ｎ周Ｒｎの照射点ＬＰ１と、その照射点ＬＰ１に最も近い第ｎ−１周Ｒｎ−１の照射点ＬＰ４とのピッチＰ１４を所定のピッチＰＴとすることができる。照射点列Ｒの各周同士の間隔は、例えば、インゴット１の径方向についてのレーザ光Ｌの集光点Ｐの移動速度と、インゴット１の回転速度とを制御することによって調整することができる。つまり、この場合には、照射点列Ｒの各周同士の間隔を調整することにより、インゴット１の径方向についての照射点ＬＰ同士のピッチを、所定のピッチとすることができる。
なお、照射点列Ｒの各周同士の間隔とパルスピッチとの両方を調整することにより、インゴット１の周方向と径方向との両方について、照射点ＬＰ同士のピッチを所定のピッチＰＴとしてもよい。
ここで、所定のピッチＰＴは、改質領域７から生じた割れが六方晶系ＳｉＣ結晶１０のｃ面に沿って延びるようなピッチである（換言すれば、改質領域７から生じた割れが他の方向に比べてｃ面に沿った方向に最も長く延びるようなピッチである。さらに換言すれば、改質領域７からｃ面に沿って延びる割れ（ｃ面割れ）がインゴット１に好適に生じるようなピッチである）。本発明者の知見によれば、そのような所定のピッチＰＴは、１μｍ以上１０μｍ未満である。所定のピッチＰＴが１μｍよりも小さいと、切断予定面５Ａの全体に対するレーザ光Ｌの照射の回数を多くする必要があるため、スループットが低下する。
また、所定のピッチＰＴが１０μｍ以上であると、改質領域７から生じた割れがｃ面に沿って延びにくくなる（すなわち、改質領域７からｃ面割れが生じにくくなる）。つまり、本発明者の知見よれば、レーザ光Ｌの一の照射点ＬＰと、該一の照射点ＬＰに最も近い他の照射点ＬＰとのピッチが、１μｍ以上１０μｍ未満の範囲であるときに、改質領域７からのｃ面割れが好適に生じる。なお、ｃ面割れを確実に生じさせる観点から、より好ましくは、所定のピッチＰＴは、１μｍ以上９μｍ以下である。同様の観点から、さらに好ましくは、所定のピッチは、１μｍ以上８μｍ以下である。ｃ面割れは、インゴット１の内部にのみ生じていてもよいし、インゴット１の側面６に到達していてもよい。
以上のようにインゴット１の切断予定面５Ａに沿ってレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成することにより、インゴット１の内部には、改質領域７からｃ面に沿って延びるｃ面割れが生じている。続く工程では、その状態においてインゴット１の切断を行う。インゴット１を切断する工程について具体的に説明する。この工程では、まず、図１１の（ａ）部に示されるように、インゴット１を支持部材２０に固定する。より具体的には、インゴット１の裏面４を、支持部材２０の表面２０ｓに接着材によって接着固定する。接着材としては、例えば、熱や紫外線で硬化するものも用いることができる。
続いて、図１１の（ｂ）部に示されるように、インゴット１の側面６における切断予定面５よりも表面３側の部分を固定しつつ、インゴット１の切断予定面５よりも上の部分をインゴット１から離間させる方向に（図中の矢印Ａ３の方向に）支持部材２０を回転させる。これにより、インゴット１の内部において（或いは側面６から）、ｃ面割れ同士を接続するように切断予定面５Ａに沿って割れが進展し、インゴット１が切断予定面５Ａに沿って切断される。その後、インゴット１の裏面４と支持部材２０の表面２０ｓとの間の接着材を、例えばエッチング液等で除去することによって、インゴット１と支持部材２０との固定を解除する。
これにより、図１２の（ａ）部に示されるように、インゴット１から、六方晶系ＳｉＣ基板のための切断片１１と、新たなインゴット１２とが形成される。なお、このインゴット１を切断する工程においては、インゴット１に対して切断予定面５Ａに沿ったねじれが生じるように、インゴット１及び支持部材２０の少なくとも一方を回転させることにより、インゴット１を切断してもよい。
続づく工程では、インゴット１２の切断面３２をレーザ光Ｌの入射面として利用するために、インゴット１２の切断面３２を研磨する。また、必要に応じて、切断片１１の切断面１１ａについても、研磨を施して平坦化してもよい。これにより、六方晶系ＳｉＣ基板が製造される。
続いて、新たに形成されたインゴット１２に対して、上述したようにレーザ光Ｌの照射を行う。より具体的には、まず、図１２の（ｂ）部に示されるように、インゴット１２をレーザ加工装置１００の支持台１０７に載置した後に（不図示）、インゴット１２の切断面（表面）３２から所定距離だけインゴット１２の内側にレーザ光Ｌの集光点Ｐを位置させる。つまり、インゴット１２の内部に設定された切断予定面（第２の切断予定面）５Ｂ上にレーザ光Ｌの集光点Ｐを位置させる。ここでは、レーザ光Ｌの集光点Ｐは、切断予定面５Ｂの中心部５Ｂｃに位置させられる。
切断予定面５Ｂは、例えばインゴット１２の切断面３２に略平行であり、所望する六方晶系ＳｉＣ基板の厚さに応じて、切断面３２から任意の位置に設定することができる。切断予定面５Ｂは、六方晶系ＳｉＣ結晶１０のｃ面とオフ角分の角度を成している。なお、オフ角は、例えば４°程度であり、０°の場合も含む。オフ角が０°の場合には、切断予定面５Ｂはｃ面と平行になる。
続いて、インゴット１２の切断面３２をレーザ光Ｌの入射面として、切断予定面５Ｂに沿ってレーザ光Ｌをインゴット１２に照射する。なお、上述したように、インゴット１２の切断面３２は、インゴット１へのレーザ光Ｌの入射を妨げないように研磨されている。このレーザ光Ｌの照射においては、上述したように、レーザ光Ｌの集光点Ｐを、切断予定面５Ｂに沿って、切断予定面５Ｂの中心部５Ｂｃから縁部５Ｂｅに向かって渦巻状に相対移動させる。また、レーザ光Ｌの一の照射点と、該一の照射点に最も近い他の照射点とが所定のピッチＰＴとされる。
これにより、図１３の（ａ）部に示されるように、インゴット１２の内部に切断予定面５Ｂに沿って渦巻状に改質領域７が形成される。また、その改質領域７からｃ面割れが生じる。そして、インゴット１の切断と同様にして、切断予定面５Ｂに沿ってインゴット１２を切断する。これにより、図１３の（ｂ）部に示されるように、インゴット１２から、六方晶系ＳｉＣ基板のための切断片１３と新たなインゴット１４が形成される。その後、このインゴット１４をさらに切断する場合には、インゴット１４の切断面３４をレーザ光Ｌの入射面として利用するために研磨した後に、上記の工程を繰り返し実施する。また、必要に応じて、切断片１３の切断面１３ａについても、研磨を施して平坦化してもよい。これにより、六方晶系ＳｉＣ基板が新たに製造される。
以上説明したように、本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、六方晶系ＳｉＣ結晶１０からなるインゴット１，１２の切断予定面５Ａ，５Ｂに沿ってレーザ光Ｌを照射することにより、切断予定面５Ａ，５Ｂに沿ってインゴット１，１２の内部に改質領域７を形成する。その際に、レーザ光Ｌの一の照射点ＬＰと該一の照射点ＬＰに最も近い他の照射点ＬＰとのピッチを、改質領域７から生じた割れが六方晶系ＳｉＣ結晶１０のｃ面に沿って延びるような所定のピッチＰＴ（例えば１μｍ以上１０μｍ以下の範囲）とする。
このため、切断予定面５Ａ，５Ｂに沿ってインゴット１，１２を切断する際には、改質領域７からｃ面に沿って延びるｃ面割れが、インゴット１，１２の内部に形成されている。そのｃ面割れが、インゴット１，１２の切断予定面５Ａ，５Ｂに沿っての切断を容易化するため、短時間でインゴット１，１２の切断を行うことができ、スループットを向上させることができる。
また、本実施形態に係る加工対象物切断方法において、切断予定面５Ａ，５Ｂに沿ってインゴット１，１２を切断する際には、上述したように、ｃ面割れが生じているので、切断予定面５Ａ，５Ｂに沿って正確にインゴット１，１２を切断することができる。そのため、インゴット１，１２から切り出された切断片１１，１３の切断面１１ａ，１３ａや、インゴット１２，１４の切断面３２，３４を平坦化するための研磨の量が少なくてすむので、材料のロスを低減することができる。
さらに、本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、切断予定面５Ａに沿って改質領域７を形成してインゴット１を切断した後に、新たに形成されるインゴット１２の切断予定面５Ｂに沿って改質領域７を形成する。このため、例えば、レーザ光Ｌの入射面からの距離が異なる複数の切断予定面に予め改質領域７を形成する場合に比べて、常にレーザ光Ｌの入射面に比較的近い位置において改質領域７の形成を行うことができる。よって、本実施形態に係る加工対象物切断方法によれば、比較的低い加工エネルギーで改質領域７を形成してｃ面割れを生じさせることができる。
なお、上述した加工対象物切断方法において、インゴット１，１２を切断する際には、切断予定面５Ａ，５Ｂに沿ってワイヤーソーを用いることによって、インゴット１，１２を切断してもよい。この場合においても、改質領域７から生じたｃ面割れが、ワイヤーソーでのインゴット１，１２の切断を容易化するので、材料のロスを低減しつつ短時間でインゴット１，１２の切断を行なうことができる。
［第２実施形態］
引き続いて、図１４〜１６を参照して、本発明の第２実施形態に係る加工対象物切断方法について説明する。この加工対象物切断方法は、六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物にパルスレーザ光を照射して加工対象物の内部に改質領域を形成し、加工対象物を切断（スライス）する。
まず、図１４の（ａ）部に示されるように、本実施形態に係る加工対象物切断方法における加工対象物としてのインゴット１を用意する。インゴット１は、第１実施形態に係る加工対象物切断方法における加工対象物としてのインゴット１と同様であるが、裏面４から表面３に向かって順に配列された３つの切断予定面（第１の切断予定面）５Ａ、切断予定面（第２の切断予定面）５Ｂ、及び切断予定面５Ｃが設定されている。
切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、六方晶系ＳｉＣ結晶１０のｃ面とオフ角分の角度を成している。したがって、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれに沿ってインゴット１を切断することにより、ｃ面とオフ角分の角度を成す主面を有する六方晶系ＳｉＣ基板を複数製造することができる。切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、例えばインゴット１の表面３に略平行であり、所望する六方晶系ＳｉＣ基板の厚さに応じて、表面３から任意の位置に設定することができる。なお、オフ角は、例えば４°程度であり、０°の場合も含む。オフ角が０°の場合には、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃはｃ面と平行になる。
続いて、用意したインゴット１を、例えばレーザ加工装置１００の支持台１０７に載置した後に（図１参照）、図１４の（ｂ）部に示されるように、インゴット１の表面３から所定距離だけインゴット１の内側にレーザ光Ｌの集光点Ｐを位置させる。つまり、インゴット１の内部に設定された切断予定面５Ａの上にレーザ光Ｌの集光点Ｐを位置させる。切断予定面５Ａは、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃの中で最もレーザ光Ｌの入射面（表面３）から離れた位置に設定されている。ここでは、レーザ光Ｌの集光点Ｐは、切断予定面５Ａの中心部５Ａｃの上に位置させられる。
続いて、インゴット１の表面３をレーザ光Ｌの入射面として、第１実施形態と同様に、レーザ光Ｌをインゴット１に照射する。したがって、レーザ光Ｌの集光点Ｐは、切断予定面５Ａに沿って、切断予定面５Ａの中心部５Ａｃから縁部５Ａｅに向かって渦巻状に相対移動させられる。また、レーザ光Ｌの照射は、第１実施形態と同様に、レーザ光Ｌの一の照射点ＬＰと、該一の照射点ＬＰに最も近い他の照射点ＬＰとが上記の所定のピッチＰＴとなるように行われる。これにより、図１５の（ａ）部に示されるように、切断予定面５Ａに沿って渦巻状に改質領域７が形成されると共に、改質領域７からｃ面に沿って延びるｃ面割れが生じる。
なお、レーザ光Ｌの一の照射点ＬＰと他の照射点ＬＰとが近いとは、例えば切断予定面５Ａに沿った方向についての互いの距離が小さいことを意味しており、例えば、切断予定面５Ａの上の照射点ＬＰと切断予定面５Ｂの上の照射点ＬＰといったように、互いに異なる切断予定面の上にある照射点ＬＰ同士の距離関係を意味するものではない。
続いて、インゴット１の内部に設定された切断予定面５Ｂ上にレーザ光Ｌの集光点Ｐを位置させる。切断予定面５Ｂは、切断予定面５Ａよりもインゴット１におけるレーザ光Ｌの入射面（表面３）側に位置すると共に、切断予定面５Ｃよりもインゴット１の裏面４側に位置している。ここでは、レーザ光Ｌの集光点Ｐは、切断予定面５Ｂの中心部５Ｂｃに位置させられる。
続いて、切断予定面５Ａの場合と同様に、切断予定面５Ｂに沿ってレーザ光Ｌをインゴット１に照射する。これにより、切断予定面５Ｂに沿って渦巻状に改質領域７が形成されると共に、改質領域７からｃ面に沿って延びるｃ面割れが生じる。そして、切断予定面５Ａ及び切断予定面５Ｂの場合と同様にして、切断予定面５Ｃに沿ってレーザ光Ｌをインゴット１に照射する。これにより、図１５の（ｂ）部に示されるように、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれに沿って改質領域７が形成されると共に、それらの改質領域７からｃ面に沿って延びるｃ面割れが生じる。
続いて、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれに沿ってインゴット１を切断する。ここでは、切断予定面５Ｃ、切断予定面５Ｂ、切断予定面５Ａの順にインゴット１の側面６からインゴット１にワイヤーソーを挿入することにより、切断予定面５Ｃ、切断予定面５Ｂ、切断予定面５Ａのそれぞれに沿って、インゴット１を順次切断する。つまり、ワイヤーソーを用いて、切断予定面５Ｃに沿ってインゴット１を切断した後に、切断予定面５Ｂに沿ってインゴット１を切断し、その後に、切断予定面５Ａに沿ってインゴット１を切断する。なお、インゴット１の切断は、例えば３つのワイヤーソーを同時に用いることにより、切断予定面５Ａ，切断予定面５Ｂ，切断予定面５Ｃのそれぞれに沿って同時に行なってもよい。
これにより、図１６に示されるように、インゴット１から、六方晶系ＳｉＣ基板のための切断片２１，２２，２３と、新たなインゴット１２を得る。その後、このインゴット１２をさらに切断する場合には、インゴット１２の切断面３２をレーザ光Ｌの入射面として利用するために研磨した後に、上記工程を繰り返し実施する。また、必要に応じて、切断片２１，２２，２３の切断面２１ａ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂについても、研磨を施して平坦化してもよい。これにより、複数の六方晶系ＳｉＣ基板が製造される。
以上説明したように、本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、六方晶系ＳｉＣ結晶１０からなるインゴット１の切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれに沿ってレーザ光Ｌを順次照射することにより、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃに沿ってインゴット１の内部に改質領域７を順次形成する。その際に、レーザ光Ｌの一の照射点ＬＰと該一の照射点ＬＰに最も近い他の照射点ＬＰとのピッチを、改質領域７から生じた割れが六方晶系ＳｉＣ結晶１０のｃ面に沿って延びるような所定のピッチＰＴ（例えば１μｍ以上１０μｍ以下の範囲）とする。
このため、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃに沿ってインゴット１を切断する際には、改質領域７からｃ面に沿って延びるｃ面割れが、インゴット１の内部に形成されている。そのｃ面割れが、インゴット１の切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃに沿っての切断を容易化するため、短時間でインゴット１の切断を行うことができ、スループットを向上させることができる。
また、本実施形態に係る加工対象物切断方法において、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃに沿ってインゴット１を切断する際には、上述したようにｃ面割れが生じているので、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃに沿って正確にインゴット１を切断することができる。そのため、インゴット１から切り出された切断片の切断面や、インゴット１の切断面を平坦化するための研磨の量が少なくてすむので、材料のロスを低減することができる。
また、本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、上述したように、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれに沿ってレーザ光Ｌを順次照射して改質領域７を形成した後に、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれに沿ってインゴット１を順次切断する。このため、例えば、改質領域７の形成とインゴット１の切断とを交互に繰り返す場合に比べて、インゴット１の複数回の切断を効率よく行なうことができる。特に、改質領域７の形成とインゴット１の切断とを交互に繰り返す場合に比べて、レーザ光Ｌの入射面の研磨を、切断の都度行なう必要がないため、効率的である。
さらに、本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、レーザ光Ｌの入射面（表面３）から離れた位置にある切断予定面から順に（すなわち、切断予定面５Ａ，５Ｂ，５Ｃの順に）、レーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する。このため、既に形成された改質領域７が、レーザ光Ｌの透過を妨げることを防止することができる。
以上の第１及び第２実施形態は、本発明に係る加工対象物切断方法の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係る加工対象物切断方法は、上述した第１及び第２実施形態に係る加工対象物切断方法に限定されるものではない。本発明に係る加工対象物切断方法は、特許請求の範囲に記した各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した第１及び第２実施形態に係る加工対象物切断方法を任意に変更したものとすることができる。
例えば、第１及び第２実施形態に係る加工対象物切断方法においては、レーザ光Ｌを照射する際に、レーザ光Ｌの集光点Ｐを、切断予定面に沿って渦巻状に相対移動させるものとしたが、レーザ光Ｌの照射の態様はこれに限定されない。例えば、レーザ光Ｌの照射の際には、図１７に示されるように、切断予定面５に沿って直線的にレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させることができる。なお、図１７には、直交座標系Ｓが示されている。また、図１７〜１９は、インゴット１の平面図である。
この場合には、まず、例えば切断予定面５の一端部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを位置させて、切断予定面５に沿ってｘ軸正方向（図中の矢印Ａ５の方向）にレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させる。レーザ光Ｌの集光点Ｐが切断予定面５の他端部に到達したら、レーザ光Ｌの集光点Ｐのｙ軸方向の位置を変更する。そして、切断予定面５に沿ってｘ軸負方向（図中の矢印Ａ６方向）にレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させる。つまり、この場合には、レーザ光Ｌの集光点Ｐの切断予定面５におけるｙ軸方向の位置に応じて、レーザ光Ｌの集光点Ｐの進行方向を交互に変更しつつ、レーザ光Ｌの集光点Ｐを切断予定面５に沿って直線的に相対移動させる。
このようにレーザ光Ｌの照射を行なうことによって、図１８に示されるように、互いに平行にｙ軸方向に配列され、ｘ軸方向に延びる直線状の複数の改質領域７が、切断予定面５に沿って形成される。この場合にも、レーザ光Ｌの照射は、レーザ光Ｌの一の照射点ＬＰと、該一の照射点ＬＰに最も近い他の照射点ＬＰとが所定のピッチＰＴとなるように行われる。より具体的には、この場合、図１９に示されるように、レーザ光Ｌの照射点ＬＰは、切断予定面５に沿って配列され、複数の照射点列Ｒを成すこととなる。
したがって、この場合においても、上述した場合と同様に、ある照射点ＬＰ１の次の照射点ＬＰ２（或いは前の照射点ＬＰ３）が、その照射点ＬＰ１に最も近い場合には（すなわち、ｘ軸方向について照射点ＬＰ１に隣接する照射点ＬＰ２（或いは照射点ＬＰ３）が、照射点ＬＰ１に最も近い場合には）、照射点ＬＰ１とその次の照射点ＬＰ２（或いはその前の照射点ＬＰ３）とのピッチ（すなわちパルスピッチ）Ｐ１２が、所定のピッチＰＴとなるようにする。つまり、この場合には、パルスピッチを調整することにより、ｘ軸方向についての照射点ＬＰ同士のピッチを、所定のピッチＰＴとする。
或いは、照射点ＬＰ１が照射点列Ｒの第ｎ列Ｒｎに属するとしたとき、その前の（或いはその次の）第ｎ−１列Ｒｎ−１において照射点ＬＰ１に対応する位置にある照射点ＬＰ４が照射点ＬＰ１に最も近い場合（すなわち、ｙ軸方向について照射点ＬＰ１に隣接する照射点ＬＰ４が、照射点ＬＰ１に最も近い場合）には、照射点列Ｒの各列同士の間隔を所定のピッチＰＴとすることにより、第ｎ列Ｒｎの照射点ＬＰ１と第ｎ−１列Ｒｎ−１の照射点ＬＰ４とのピッチＰ１４を所定のピッチＰＴとする。照射点列Ｒの各列同士の間隔は、例えば、レーザ光Ｌの集光点Ｐのｙ軸方向の移動の程度を制御することによって調整することができる。つまり、この場合には、照射点列Ｒの各列同士の間隔を調整することにより、ｙ軸方向についての照射点ＬＰ同士のピッチを、所定のピッチとする。
なお、照射点列Ｒの各列同士の間隔とパルスピッチとの両方を調整することにより、ｘ軸方向とｙ軸方向との両方について、照射点ＬＰ同士のピッチを所定のピッチＰＴとしてもよい。
また、ｘ軸方向における複数の位置において、レーザ光Ｌの集光点Ｐをｙ軸方向に直線的に相対移動させつつレーザ光Ｌをさらに照射することにより、ｙ軸方向に延びる複数の改質領域７をさらに形成してもよい。その場合には、インゴット１の内部には、切断予定面５に沿って格子状に改質領域７が形成されることとなる。したがって、レーザ光Ｌの照射点ＬＰが切断予定面５に沿ってより密に配列されることとなるので、ｃ面割れが広がり易くなる。
また、第１及び第２実施形態に係る加工対象物切断方法においては、レーザ光Ｌを照射する際に、例えばレーザ光源制御部１０２の制御の元で、レーザ光Ｌのパルス幅を制御することができる。例えば、レーザ光Ｌのパルス幅を、２０ｎｓ未満とするか、或いは、１００ｎｓより大きくすることによって、改質領域７からのｃ面割れをより好適に生じさせることが可能となる。
また、第１及び第２実施形態において、レーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する際には、切断予定面上の複数の点にレーザ光Ｌを同時に集光してもよい（多点加工）。図２０は、多点加工を施した場合の切断予定面の様子を示す拡大写真である。この場合、図２０に示されるように、複数の列の（ここでは３列の）改質領域７を同時に形成することが可能となるので、より効率的にインゴット１の切断を行なうことが可能となる。
また、インゴット１の切断の態様についても、上述した第１及び第２実施形態の態様に限定されない。例えば、インゴット１において改質領域７が形成された層をエッチングにより除去することによって、インゴット１を切断してもよい。
さらに、上述した第１及び第２実施形態においては、六方晶系ＳｉＣ結晶からなるインゴット１を加工対象物としたが、加工対象物はそのようなインゴット１に限定されない。六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物としては、例えば、インゴット１を切断して得られるウエハを用いてもよい。この場合には、まず、インゴット１を用意した後に、そのインゴット１をワイヤーソー等によって予め切断し、所望する六方晶系ＳｉＣ基板複数分の厚みを有するウエハを得る。その後、得られたウエハの切断面を研磨する。これにより、六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物としてのウエハを用意する。そして、そのウエハに対して、インゴット１の場合と同様に後の工程を実施することにより、そのウエハを複数に切断（スライス）することができる。
１…インゴット（加工対象物）、３…表面（パルスレーザ光の入射面）、５Ａ…切断予定面（第１の切断予定面）、５Ｂ…切断予定面（第２の切断予定面）、７…改質領域、１０…六方晶系ＳｉＣ結晶、Ｌ…レーザ光（パルスレーザ光）、ＬＰ，ＬＰ１，ＬＰ２，ＬＰ３，ＬＰ４…照射点。

Claims (5)

  1. 六方晶系ＳｉＣ結晶からなる加工対象物にパルスレーザ光を照射して前記加工対象物の内部に改質領域を形成し、前記加工対象物を切断する加工対象物切断方法であって、
    前記パルスレーザ光の一の照射点と該一の照射点に最も近い他の照射点とが所定のピッチとなるように、前記加工対象物の第１の切断予定面に沿って前記加工対象物に前記パルスレーザ光を照射することにより、前記第１の切断予定面に沿って前記改質領域を形成する工程と、
    前記第１の切断予定面に沿って前記改質領域を形成した後に、前記第１の切断予定面に沿って前記加工対象物を切断する工程と、を備え、
    前記第１の切断予定面は、六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面とオフ角分の角度を成しており、
    前記所定のピッチは、前記改質領域から生じた割れが六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面に沿って延びるようなピッチである、ことを特徴とする加工対象物切断方法。
  2. 前記第１の切断予定面に沿って前記加工対象物を切断した後に、前記パルスレーザ光の一の照射点と該一の照射点に最も近い他の照射点とが前記所定のピッチとなるように、前記加工対象物の第２の切断予定面に沿って前記加工対象物に前記パルスレーザ光を照射することにより、前記第２の切断予定面に沿って前記改質領域を形成する工程と、
    前記第２の切断予定面に沿って前記改質領域を形成した後に、前記第２の切断予定面に沿って前記加工対象物を切断する工程と、をさらに備え、
    前記第２の切断予定面は、六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面とオフ角分の角度を成している、ことを特徴とする請求項１に記載の加工対象物切断方法。
  3. 前記第１の切断予定面に沿って前記改質領域を形成した後であって、前記第１の切断予定面に沿って前記加工対象物を切断する前において、前記パルスレーザ光の一の照射点と該一の照射点に最も近い他の照射点とが前記所定のピッチとなるように、前記第１の切断予定面よりも前記加工対象物における前記パルスレーザ光の入射面側に位置する第２の切断予定面に沿って前記加工対象物に前記パルスレーザ光を照射することにより、前記第２の切断予定面に沿って前記改質領域を形成する工程と、
    前記第２の切断予定面に沿って前記改質領域を形成した後に、前記第２の切断予定面に沿って前記加工対象物を切断する工程と、をさらに備え、
    前記第２の切断予定面は、六方晶系ＳｉＣ結晶のｃ面とオフ角分の角度を成している、ことを特徴とする請求項１に記載の加工対象物切断方法。
  4. 前記所定のピッチは、１μｍ以上１０μｍ未満である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の加工対象物切断方法。
  5. 前記パルスレーザ光のパルス幅は、２０ｎｓ未満、又は１００ｎｓよりも大きい、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の加工対象物切断方法。
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