JP2016123982A

JP2016123982A - ＳｉＣ材料の加工方法

Info

Publication number: JP2016123982A
Application number: JP2014264140A
Authority: JP
Inventors: 山下　憲二; Kenji Yamashita; 憲二山下; 宏一難波江; Koichi Nanbae
Original assignee: EL Seed Corp
Current assignee: EL Seed Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-07-11
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP5917677B1; US20170355041A1; WO2016103977A1

Abstract

【課題】レーザ光の照射時間を短縮しつつ、各ライン間で確実に割れを進展させることのできるＳｉＣ材料の加工方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＣ材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域を形成した後、ＳｉＣ材料を切断予定面に沿って切断するＳｉＣ材料の加工方法であって、所定方向へ延びる複数の線状の主変質領域１２を第１ピッチＰ１で並べて形成し、当該所定方向へ延びる変質領域群１３とし、変質領域群１３を第１ピッチＰ１より長い第２ピッチＰ２で並べて複数形成するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＳｉＣ材料の加工方法に関する。

ＳｉＣ材料の切断は、ワイヤーソー等を用いて機械的に切断することが一般的である。しかし、ＳｉＣは高い硬度を有するため、ワイヤーソー等を用いた加工では、低速度での加工となってしまいスループットが低下するという問題点がある。

この問題点を解消するため、ＳｉＣ材料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内部に改質領域を形成し、切断予定面に沿ってＳｉＣ材料を切断するＳｉＣ材料の切断方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法では、ＳｉＣ材料の内部において切断予定面上に集光点を合わせた状態で、レーザ光を所定のラインに沿って相対的に移動させている。特許文献１では、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が１μｍ以上１０μｍ未満の範囲であるときに、改質領域からのｃ面割れが好適に生じるとされている。

特開２０１３−４９１６１号公報

ところで、特許文献１に示されているようにライン状の変質領域を等間隔で形成した場合、各ラインの間隔が所定のピッチを超えると、各ラインの間で割れが進展しなくなる。各ラインの間で割れを確実に進展させるため、特許文献１に記載のように各ライン間のピッチを１０μｍ以下とすることが考えられるが、これでは切断予定面へのレーザ光の照射に時間を要し歩留まりが低下してしまう。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザ光の照射時間を短縮しつつ、各ライン間で確実に割れを進展させることのできるＳｉＣ材料の加工方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、ＳｉＣ材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域からなる変質パターンを形成した後、前記ＳｉＣ材料を前記切断予定面に沿って切断するＳｉＣ材料の加工方法であって、前記変質パターンは、所定方向へ延び第１のピッチで並べられた複数の線状の主変質領域からなる変質領域群を有し、前記変質領域群は、前記第１のピッチより長い第２ピッチで複数並べられるＳｉＣ材料の加工方法が提供される。

上記ＳｉＣ材料の加工方法において、前記変質パターンは、前記所定方向と異なる方向へ延びる複数の線状の補助変質領域を有し、前記補助変質領域は、少なくとも隣接する２つの前記変質領域群を跨ぐように形成されてもよい。

上記ＳｉＣ材料の加工方法において、前記各補助変質領域は、前記変質領域群に対して略直交する方向へ延びてもよい。

上記ＳｉＣ材料の加工方法において、１つの前記変質領域群に含まれる主変質領域の数は、２以上１０以下とすることができる。

上記ＳｉＣ材料の加工方法において、前記第１のピッチは、１．０μｍ以上５０μｍ未満であり、前記第２のピッチは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。

また、本発明では、ＳｉＣ材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域からなる変質パターンを形成した後、前記ＳｉＣ材料を前記切断予定面に沿って切断するＳｉＣ材料の加工方法であって、前記変質パターンは、所定方向へ延びる複数の線状の主変質領域を有し、前記各主変質領域間のピッチは、少なくとも２種類以上であるＳｉＣ材料の加工方法が提供される。

本発明のＳｉＣ材料の加工方法によれば、レーザ光の照射時間を短縮しつつ、各ライン間で確実に割れを進展させることができる。

図１は、本発明の一実施形態を示すＳｉＣ材料の概略斜視説明図である。図２は、レーザ照射装置の概略説明図である。図３は、変質領域の形成部分を示すＳｉＣ材料の一部平面図である。図４は、変形例を示すものであって、変質領域の形成部分を示すＳｉＣ材料の一部平面図である。図５は、変形例を示すものであって、変質領域の形成部分を示すＳｉＣ材料の一部平面図である。

図１から図３は本発明の一実施形態を示すものであり、図１はＳｉＣ材料の概略斜視説明図である。
図１に示すように、ＳｉＣ材料１は、円筒状に形成され、所定の切断予定面１００で切断されることにより、複数のＳｉＣ基板２１０に分割される。本実施形態においては、ＳｉＣ材料１は６Ｈ型ＳｉＣからなり、直径を例えば３インチとすることができる。また、分割された各ＳｉＣ基板２１０は、例えば半導体デバイスの基板として利用される。

ここで、各切断予定面１００は６Ｈ型ＳｉＣのｃ軸に直交するｃ面とオフ角分の角度をなしている。したがって、各切断予定面１００に沿ってＳｉＣ材料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ＳｉＣ基板２１０を製造することができる。尚、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、界面はｃ面と平行になる。

図２は、レーザ照射装置の概略説明図である。
図２に示すように、レーザ照射装置３００は、レーザ光をパルス発振するレーザ発振器３１０と、発振されたレーザ光の方向を変えるミラー３２０と、レーザ光をフォーカシングする光学レンズ３３０と、レーザ光の照射対象であるＳｉＣ積層体１を支持するステージ３４０と、を備えている。尚、図２には特に細かい光学系は図示していないが、レーザ照射装置３００は、焦点位置調整、ビーム形状調整、収差補正等が可能となっている。また、レーザ照射装置３００は、レーザ光の経路を真空状態に維持するハウジング３５０を有している。本実施形態においては、このレーザ照射装置３００を用い、６Ｈ型ＳｉＣのＳｉＣ材料１にレーザ光を照射して、レーザ光の内部に変質領域を形成し、ＳｉＣ材料１を切断する。

レーザ発振器３１０は、ＹＡＧレーザの第２次高調波等を用いることができる。レーザ発振器３１０で放出されたビームは、ミラー３２０で反射されて方向が変更される。ミラー３２０は、レーザ光の方向を変更するために複数設けられる。また、光学レンズ３３０は、ステージ３４０の上方に位置し、ＳｉＣ材料１に入射されるレーザ光をフォーカシングする。

ステージ３４０は、図示しない移動手段によりｘ方向及び／又はｙ方向に移動し、その上に載置されたＳｉＣ材料１を移動する。さらに、ステージ３４０をｚ方向を軸として回転可能としてもよい。すなわち、ＳｉＣ材料１をレーザ光に対して相対的に移動することができ、これによりＳｉＣ材料１の所定深さにレーザ光による加工面を形成することができる。

レーザ光は、ＳｉＣ材料１内の集光点近傍にて特に吸収され、これによりＳｉＣ材料１に変質領域が形成される。本実施形態においては、ＳｉＣ材料１の内部において各切断予定面１００に集光点を合わせた状態で、レーザ光を所定のラインに沿って相対的に移動させることにより、各切断予定面１００に複数の線状の変質領域からなる変質パターンが形成される。なお、レーザ光を相対移動させる方向は直線状に限定されず、例えば曲線状に移動させることも可能である。

また、本実施形態においては、各切断予定面１００に沿って、所定間隔でワンパルスショットを行うことにより線状の変質領域を形成している。ワンパルスショットが行われた部分には加工スポットが形成され、このような加工スポットとして、クラックスポット、溶融処理スポット、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。

ＳｉＣ材料１の切断にあたっては、まず、レーザ光の入射側に位置する軸方向一端側の切断予定面１００にレーザ光の集光点を合わせ、当該切断予定面１００にレーザ光を吸収させて変質パターンを形成する。このとき、ＳｉＣ材料１中へのレーザ光の入射が妨げられないように、ＳｉＣ材料１の入射側の表面を研磨しておくことが好ましい。

図３は、変質領域の形成部分を示すＳｉＣ材料の一部平面図である。図３に示すように、レーザ光の集光点を直線的に移動させることで変質パターンをなす主変質領域１２を形成する。主変質領域１２は、パルスレーザ光であることから、そのワンパルスショットで形成される変質スポットの集合として形成されている。具体的には、隣接する変質スポットを互いの一部が重なるようにして連続的に形成することにより、線状の各変質領域１２が形成される。各変質領域１２の幅寸法は１．０μｍ未満であり、例えば０．２μｍとすることができる。

具体的に、図３に示すように、所定方向へ延びる複数の線状の主変質領域１２を第１ピッチＰ１で並べて形成し、当該所定方向へ延びる変質領域群１３とする。そして、変質領域群１３を第１ピッチＰ１より長い第２ピッチＰ２で並べて複数形成する。このように主変質領域１２を構成すると、等間隔で各主変質領域１２を並べた場合よりも、少ない本数でｃ面割れを進展させることができる。第１ピッチＰ１及び第２ピッチＰ２の寸法は任意であるが、第１ピッチＰ１は例えば１μｍ以上５０μｍ未満とすることができ、第２ピッチＰ２は例えば５０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。また、１つの変質領域群１３に含まれる主変質領域１２の数は任意であるが、例えば２以上１０以下とすることができる。

ここで、ＳｉＣ材料１の加工に際しては、全ての主変質領域１２を同時に形成しない限り、各主変質領域１２を順次形成していくことになる。このとき、所定の主変質領域１２の形成前に、他の主変質領域１２の形成に起因して当該所定の主変質領域１２の形成予定部分にｃ面割れが進展しないようにすることが望ましい。レーザ加工前にｃ面割れが進展してしまうと、切断予定面１００の深さにレーザの焦点を合わせることが困難となり加工精度が低下する。

切断予定面１００に各主変質領域１２を形成した後、ＳｉＣ材料１の軸方向他端側を固定し、軸方向一端側に軸方向他端側から離間させる方向に力を加えることによりＳｉＣ材料１が切断される。剥離後は、剥離された基板２１０の表面及びＳｉＣ材料１の新たな表面を研磨等により平坦とすることが好ましい。特に、切断予定面１００がｃ面と平行でない場合は、剥離面がギザギザとなるので、平坦とすることがより好ましい。

この後、基板２１０が剥離されたＳｉＣ材料１における軸方向一端側の切断予定面１００について、同様に主変質領域１２を形成して切断する。このように、ＳｉＣ材料１を全ての切断予定面１００において軸方向他端側から順次切断していくことにより、複数のＳｉＣ基板２１０を得ることができる。

以上のようなＳｉＣ材料１の加工方法によれば、各変質領域群１３の第２ピッチＰ２を比較的長く形成したので、切断予定面１００の加工時のレーザ光の照射時間を短縮することができる。

また、ｃ面割れが進展しやすくなったことにより、例えば、変質領域を形成するためのレーザのパワーを減じて、変質領域の１本あたりの加工ダメージを減らすことができる。これにより、ＳｉＣ材料１中の深さ方向について、切断予定面１００以外の領域に過度の加工ダメージが及ぶことはなく、切断予定面１００付近に必要な最小限の加工ダメージに抑えることができ、レーザ加工の制御性が向上する。さらに、主変質領域群１３を複数の主変質領域１２から構成したことにより、ＳｉＣ材料１にｃ面割れが生じる応力の臨界値に比較的近い値の応力を付与することができ、これによってもレーザ加工の制御性が向上する。

尚、主変質領域１２は、図３に示すような直線状の他、曲線状とすることもできる。例えば、主変質領域を渦巻き状に形成したり、所定間隔の同心円状とすることもできる。この場合は、径方向に隣接する主変質領域のピッチを比較的短い第１ピッチと比較的長い第２ピッチに変化させればよい。

また、前記実施形態においては、各主変質領域１３が第１ピッチＰ１及び第２ピッチＰ２で形成されたものを示したが、３種類以上のピッチで形成されていてもよい。要は、各主変質領域１３のピッチは、少なくとも２種類以上であればよい。

また、前記実施形態においては、同じ方向へ延びる複数の主変質領域１２を形成するものを示したが、例えば図４に示すように、主変質領域１２と異なる方向へ延びる複数の線状の補助変質領域２２を形成してもよい。各補助変質領域２２は、少なくとも隣接する２つの変質領域群１３を跨ぐように形成することにより、各変質領域群１３及び各補助変質領域２２で包囲された領域の割れを効果的に進展させることができる。また、図４に示すように、各補助変質領域２２を各主変質領域１２と略直交する方向へ延びるよう形成することが好ましい。このときの各補助変質領域２２の第３ピッチＰ３は、各主変質領域群１３の第２ピッチＰ２よりも大きくすることができる。尚、各主変質領域が渦巻き状や同心円状のように周方向へ延びる場合は、補助変質領域を径方向へ延びるよう形成することが好ましい。

さらに、図５に示すように、複数の線状の補助変質領域２２を比較的短い第４ピッチＰ４で並べて形成して補助変質領域群２３とし、複数の補助変質領域群２３を第４ピッチＰ３より長い第３ピッチＰ３で形成することもできる。このときの各補助変質領域２２の第３ピッチＰ３は、各主変質領域１２の第１ピッチＰ１よりも大きくすることができ、各補助変質領域群２３の第４ピッチＰ４は、各主変質領域群１３の第２ピッチＰ２よりも大きくすることができる。また、１つの補助変質領域群２３に含まれる補助変質領域２２の数は任意であるが、例えば２以上１０以下とすることができる。

図４及び図５に示すように、主変質領域１２に加えて補助変質領域２２を形成する場合も、全ての主変質領域１２及び補助変質領域２２を同時に形成しない限り、各主変質領域１２及び各補助変質領域２２を順次形成していくことになる。このとき、所定の主変質領域１２または所定の補助変質領域２２の形成前に、他の主変質領域１２または他の補助変質領域２２の形成に起因して当該所定の主変質領域１２または当該所定の補助変質領域２２の形成予定部分にｃ面割れが進展しないようにすることが望ましい。

また、前記実施形態においては、６Ｈ型のＳｉＣ材料１に本発明と適用したものを示したが、例えば、３Ｃ型、４Ｈ型等の他のポリタイプのＳｉＣ材料であっても本発明を適用可能である。さらに、材料の割れの進展方向が切断予定面とほぼ平行ならば、ＳｉＣ以外の材料に本発明を適用することができる。これらの材料としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ等が挙げられる。また、前記実施形態においては、材料の割れの進展方向が切断予定面とほぼ平行な面方位がｃ面であるものを示したが、例えば、ｍ面やａ面であってもよいことは勿論である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ＳｉＣ材料
１１未変質領域
１２主変質領域
１３変質領域群
２２補助変質領域
２３補助変質領域群
１００切断予定面
２１０ＳｉＣ基板
３００レーザ照射装置
３１０レーザ発振器
３２０ミラー
３３０光学レンズ
３４０ステージ
３５０ハウジング

Claims

ＳｉＣ材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域からなる変質パターンを形成した後、前記ＳｉＣ材料を前記切断予定面に沿って切断するＳｉＣ材料の加工方法であって、
前記変質パターンは、所定方向へ延び第１のピッチで並べられた複数の線状の主変質領域からなる変質領域群を有し、
前記変質領域群は、前記第１のピッチより長い第２ピッチで複数並べられるＳｉＣ材料の加工方法。
前記変質パターンは、前記所定方向と異なる方向へ延びる複数の線状の補助変質領域を有し、
前記補助変質領域は、少なくとも隣接する２つの前記変質領域群を跨ぐように形成される請求項１に記載のＳｉＣ材料の加工方法。
前記各補助変質領域は、前記変質領域群に対して略直交する方向へ延びる請求項２に記載のＳｉＣ材料の加工方法。
１つの前記変質領域群に含まれる主変質領域の数は、２以上１０以下である請求項１から３のいずれか１項に記載のＳｉＣ材料の加工方法。
前記第１のピッチは、１．０μｍ以上５０μｍ未満であり、
前記第２のピッチは、５０μｍ以上５００μｍ以下である請求項１から４のいずれか１項に記載のＳｉＣ材料の加工方法。
ＳｉＣ材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域からなる変質パターンを形成した後、前記ＳｉＣ材料を前記切断予定面に沿って切断するＳｉＣ材料の加工方法であって、
前記変質パターンは、所定方向へ延びる複数の線状の主変質領域を有し、
前記各主変質領域間のピッチは、少なくとも２種類以上であるＳｉＣ材料の加工方法。