JP2017070961A - Substrate processing method and peeling substrate manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンカーバイド、サファイア、窒化ガリウムなどの基板加工方法及び剥離基板製造方法に関し、より具体的にはレーザ加工による基板加工方法及び剥離基板製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing method and a release substrate manufacturing method of silicon carbide, sapphire, gallium nitride, etc., and more specifically to a substrate processing method and a release substrate manufacturing method by laser processing.
従来、シリコン(Si)ウェハに代表される半導体ウェハを製造する場合には、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断して、その周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウェハ形にスライスして半導体ウェハを製造するようにしている。なお、この明細書中においては、別記する場合を除いてウェハのことを適宜に基板と称する。 Conventionally, when manufacturing a semiconductor wafer represented by a silicon (Si) wafer, a cylindrical ingot solidified from a silicon melt melted in a quartz crucible is cut into blocks of an appropriate length, A peripheral edge is ground to a target diameter, and then a block ingot is sliced into a wafer shape by a wire saw to manufacture a semiconductor wafer. In this specification, a wafer is appropriately referred to as a substrate unless otherwise specified.
このようにして製造された半導体ウェハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られる。 The semiconductor wafer manufactured in this way is subjected to various processes such as circuit pattern formation in the previous process in order and used in the subsequent process. In this subsequent process, the back surface is back-grinded and thinned. .
また近年、硬度が大きく、熱伝導率も高いシリコンカーバイド(SiC)が注目されているが、結晶シリコンよりも硬度が大きい関係上、インゴットをワイヤソーにより容易にスライスすることができず、また、バックグラインドによる基板の薄層化も容易ではない。さらにサファイア基板や窒化ガリウム基板も難加工材として、加工技術が求められている。 In recent years, silicon carbide (SiC), which has high hardness and high thermal conductivity, has attracted attention. However, because of its higher hardness than crystalline silicon, the ingot cannot be easily sliced with a wire saw, and the back It is not easy to thin the substrate by grinding. Furthermore, sapphire substrates and gallium nitride substrates are also difficult to process, and processing techniques are required.
一方、高開口数の集光レンズにガラス板からなる収差増強材を組み合わせ、パルス状レーザをウェハの内部に照射して加工層を形成した後、これを剛性基板に貼りあわせ、加工層で剥離することで薄い剥離基板を得る技術が開示されている(下記特許文献1を参照)。 On the other hand, an aberration-enhancing material consisting of a glass plate is combined with a high numerical aperture condensing lens, and a processed layer is formed by irradiating the inside of the wafer with a pulsed laser. Thus, a technique for obtaining a thin release substrate is disclosed (see Patent Document 1 below).
しかしながら、剥離基板を作成するために、SiC、サファイア、窒化ガリウムのウェハなどの結晶材料をレーザにより加工し、内部に加工層を形成しようとすると、加工により結晶方位に沿ってクラックが発生しやすく、安定した加工層の形成が困難であった。 However, if a crystal material such as a SiC, sapphire, or gallium nitride wafer is processed with a laser to form a release layer in order to form a release substrate, cracks are likely to occur along the crystal orientation due to processing. It was difficult to form a stable processed layer.
本発明は、上述の実情に鑑みて提供されるものであって、結晶材料についてクラックの発生を抑制し、安定して加工層を形成することができるような基板加工方法及びこのような基板加工方法を適用した剥離基板製造方法を提供することを目的とする。 The present invention is provided in view of the above circumstances, and a substrate processing method capable of suppressing the generation of cracks in a crystalline material and stably forming a processed layer, and such a substrate processing. An object of the present invention is to provide a method for producing a release substrate to which the method is applied.
上述の課題を解決するために、本願に係る基板加工方法は、結晶基板の内部に加工層を形成するように基板を加工する基板加工方法であって、パルス照射のレーザ光源からのレーザ光をレーザ集光手段によって前記基板の表面に向けて照射し、前記基板の表面から所定の深さにレーザ光を集光するレーザ集光ステップと、前記レーザ集光手段を前記基板に相対的に移動させて位置決めをする位置決めステップと、を含み、前記レーザ集光ステップは、前記レーザ光源からのレーザ光を複数の分岐レーザ光に分岐させる回折光学素子を用い、前記分岐レーザ光の強度が異なるようにするレーザ光調整ステップを含み、前記分岐レーザ光において相対的に強度が高い分岐レーザ光により加工層を伸張させて基板を加工するとともに、前記分岐レーザ光において相対的に強度が低い分岐レーザ光により前記加工層の伸長を抑制するものである。ここで、相対的とは、複数の分岐レーザ光のうちで他の分岐レーザ光との相対的な比較の結果を意味している。 In order to solve the above-mentioned problems, a substrate processing method according to the present application is a substrate processing method for processing a substrate so as to form a processing layer inside a crystal substrate, and a laser beam from a laser light source for pulse irradiation is used. A laser condensing step of irradiating the surface of the substrate with a laser condensing means and condensing the laser light to a predetermined depth from the surface of the substrate, and moving the laser condensing means relative to the substrate A positioning step of positioning the laser beam, wherein the laser focusing step uses a diffractive optical element that splits the laser beam from the laser light source into a plurality of branch laser beams so that the intensities of the branch laser beams are different. A step of adjusting the laser beam to process the substrate by extending the processing layer with the branch laser beam having a relatively high intensity in the branch laser beam, and It is intended to suppress the extension of the working layer by a relatively low strength branched laser light in light. Here, “relative” means a result of relative comparison with other branched laser beams among the plurality of branched laser beams.
前記レーザ光調整ステップは、前記分岐レーザ光の強度が1.1〜5.0の範囲にある倍率で異なるようにすることが好ましい。前記レーザ光調整ステップは、前記複数の分岐レーザ光を前記基板の内部において一列または複数列もしくはパターン状に配置させることが好ましい。 In the laser beam adjusting step, it is preferable that the intensity of the branched laser beam is varied at a magnification in the range of 1.1 to 5.0. In the laser beam adjusting step, it is preferable that the plurality of branched laser beams are arranged in a single row, a plurality of rows, or a pattern inside the substrate.
前記レーザ光調整ステップは、レーザ光を複数の分岐レーザ光に分岐させ、前記一列または複数列もしくはパターン状に配置された複数の分岐レーザ光の端部に配置された少なくとも一つの分岐レーザ光の強度を相対的に低くすることが好ましい。前記レーザ光調整ステップは、前記一列に配置された複数の分岐レーザ光の相対的な強度が1.1〜5.0の倍率の範囲にあるようにすることが好ましい。 In the laser beam adjusting step, the laser beam is branched into a plurality of branched laser beams, and at least one branched laser beam arranged at an end of the plurality of branched laser beams arranged in one row, a plurality of rows, or a pattern. It is preferable to make the strength relatively low. In the laser beam adjusting step, it is preferable that the relative intensity of the plurality of branched laser beams arranged in a row is in a range of a magnification of 1.1 to 5.0.
前記レーザ光調整ステップは、レーザ光を複数の分岐レーザ光に分岐させ、相対的にレーザ光の強度に強弱を設ける配置としたものであり、前記レーザ光調整ステップは、前記一列または複数列、もしくはパターン状に配置された複数の分岐レーザ光の相対的な強度が1.1〜5.0の倍率の範囲にあるようにすることが好ましい。 The laser beam adjusting step is an arrangement in which the laser beam is branched into a plurality of branched laser beams, and the intensity of the laser beam is relatively provided. The laser beam adjusting step includes the one or more columns, Or it is preferable to make it the relative intensity | strength of the some branched laser beam arrange | positioned at pattern form in the range of the magnification of 1.1-5.0.
前記位置決めステップは、前記基板の表面において、前記一列または複数列もしくはパターン状の方向に所定角度をなす走査方向に前記レーザ集光手段を所定速度で移動させることが好ましい。前記走査方向は、前記一列または複数列もしくはパターン状の方向に直交する方向を含むことが好ましい。 In the positioning step, it is preferable that the laser condensing means is moved at a predetermined speed in a scanning direction that forms a predetermined angle in the direction of one row, a plurality of rows, or a pattern on the surface of the substrate. The scanning direction preferably includes a direction orthogonal to the one or more rows or the pattern direction.
前記位置決めステップは、前記基板の表面において、前記走査方向に前記レーザ集光手段を所定速度で移動させる動作を、前記走査方向とは直交する方向に前記レーザ集光手段を所定距離にわたってシフトさせる動作を挟んで繰り返すことが好ましい。 In the positioning step, on the surface of the substrate, an operation of moving the laser condensing unit at a predetermined speed in the scanning direction, and an operation of shifting the laser condensing unit over a predetermined distance in a direction orthogonal to the scanning direction. It is preferable to repeat the process between them.
本願に係る剥離基板製造方法は、前記基板加工方法により前記基板に加工層を形成するk基板加工ステップと、前記基板加工ステップにより加工層が形成された前記基板を前記加工層にて剥離して剥離基板を作成する基板剥離ステップとを含むものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a peeled substrate manufacturing method comprising: a k substrate processing step for forming a processed layer on the substrate by the substrate processing method; and peeling the substrate on which the processed layer has been formed by the substrate processing step. And a substrate peeling step for producing a peeling substrate.
本発明によると、結晶材料についてクラックの発生を抑制し、安定した加工層を形成することができ、また、このような安定した加工層が形成された基板を提供することができる。さらに、加工層で基板を剥離することにより、剥離基板を容易に製造することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of cracks in a crystalline material, to form a stable processed layer, and to provide a substrate on which such a stable processed layer is formed. Furthermore, the peeling substrate can be easily manufactured by peeling the substrate with the processed layer.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための方法や基板を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify a method and a substrate for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.
図1は、基板加工装置100の構成を示す斜視図である。基板加工装置100は、ステージ110と、ステージ110がXY方向に移動可能なように支持するステージ支持部120と、ステージ110上に配置され、基板10を固定する基板固定具130とを有している。この基板10には、インゴットを切断したシリコンカーバイド(SiC)ウェハを使用することができる。 FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the substrate processing apparatus 100. The substrate processing apparatus 100 includes a stage 110, a stage support 120 that supports the stage 110 so that the stage 110 can move in the XY directions, and a substrate fixture 130 that is disposed on the stage 110 and fixes the substrate 10. Yes. As the substrate 10, a silicon carbide (SiC) wafer obtained by cutting an ingot can be used.
また、基板加工装置100は、レーザ光源150と、レーザ光源150から発したレーザ光190を集光して基板10に向けて照射するレーザ集光部160を有している。レーザ集光部160は、回折光学素子(DOE)170及び対物レンズ180を有している。 The substrate processing apparatus 100 also includes a laser light source 150 and a laser condensing unit 160 that condenses the laser light 190 emitted from the laser light source 150 and irradiates the laser light 190 toward the substrate 10. The laser condensing unit 160 includes a diffractive optical element (DOE) 170 and an objective lens 180.
回折光学素子170は、入射されたレーザ光190を所定の本数の分岐レーザ光に分岐させる。分岐レーザ光は、対物レンズ180で集光され、レーザ集光部160の焦点位置において一列に並ぶように配置される。なお、図中で回折光学素子170は3本の分岐レーザ光を生成しているが、これに限定されない。分岐レーザ光は、2本以上の複数の分岐レーザ光であればよい。 The diffractive optical element 170 branches the incident laser beam 190 into a predetermined number of branched laser beams. The branched laser beams are condensed by the objective lens 180 and arranged so as to be aligned in a line at the focal position of the laser condensing unit 160. In the figure, the diffractive optical element 170 generates three branched laser beams, but is not limited to this. The branched laser beam may be two or more plural branched laser beams.
回折光学素子170は、複数の分岐レーザ光の強度が異なるように調整する。ここで、複数の分岐レーザ光の強度が異なるとは、複数の分岐レーザ光の内の少なくとも一つの強度が他の分岐レーザ光の強度と異なることを意味する。例えば、隣接する分岐レーザ光の強度が互いに異なってもよい。 The diffractive optical element 170 is adjusted so that the intensities of the plurality of branched laser beams are different. Here, that the intensity | strength of several branched laser beams differs means that at least 1 intensity | strength of several branched laser beams differs from the intensity | strength of other branched laser beams. For example, the intensity of adjacent branched laser beams may be different from each other.
本実施の形態では、複数の分岐レーザ光の相対的な強度が1.1〜5.0の範囲にある倍率で異なるようにすることができる。この倍率は、1.2〜3の範囲にあることが好ましく、1.5〜2.5の範囲にあることがより好ましく、1.8〜2.2の範囲にあることがさらに好ましい。 In the present embodiment, the relative intensities of the plurality of branched laser beams can be made different at a magnification in the range of 1.1 to 5.0. This magnification is preferably in the range of 1.2 to 3, more preferably in the range of 1.5 to 2.5, and still more preferably in the range of 1.8 to 2.2.
本実施の形態では、回折光学素子170によって分岐された複数の分岐レーザ光の強度が異なるように調整することにより、基板10の内部に加工痕を形成するときに発生するクラックを制御するようにしている。 In the present embodiment, by adjusting the intensity of the plurality of branched laser beams branched by the diffractive optical element 170 to be different from each other, cracks generated when forming a processing mark in the substrate 10 are controlled. ing.
本実施の形態では、複数の分岐レーザのうちの相対的に強度の高いビームによって、レーザの照射方向に対して直角にクラックが進展する剥離可能な加工状態を形成している。また、相対的に強度の低いビームによってクラックが進展しない加工層を形成し、強度の高いビームによって形成されたクラックが結晶方位に沿って意図に反して進展しないようなストッパー的な役割をさせている。 In the present embodiment, a peelable processing state in which a crack progresses at right angles to the laser irradiation direction is formed by a relatively high intensity beam among a plurality of branch lasers. In addition, a processed layer in which cracks do not progress with a relatively low intensity beam is formed, and the crack formed by a high intensity beam acts as a stopper so that it does not unintentionally propagate along the crystal orientation. Yes.
図2は、ステージ110上に置いた基板10を示す上面図である。図3は、ステージ110上に置いた基板10を示す断面図である。 FIG. 2 is a top view showing the substrate 10 placed on the stage 110. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the substrate 10 placed on the stage 110.
基板10は、ステージ110上において基板固定具130によって保持されている。基板固定具130は、その上に設けられた固定テーブル125によって基板10を固定している。固定テーブル125には、通常の粘着層、機械的なチャック、静電チャックなどが適用可能である。 The substrate 10 is held on the stage 110 by the substrate fixture 130. The substrate fixture 130 fixes the substrate 10 by a fixing table 125 provided thereon. A normal adhesive layer, mechanical chuck, electrostatic chuck or the like can be applied to the fixed table 125.
基板10に集光して照射されるレーザ光190の集光点Pは、基板10の内部において、表面から所定の深さの領域に所定の形状の加工痕12を形成する。この加工痕12は、ステージ110に保持された基板10に対してレーザ集光部160が相対的に移動して位置決めされることにより、基板10の内部に所定のパターンに従い形成される。 A condensing point P of the laser beam 190 that is condensed and irradiated on the substrate 10 forms a processing mark 12 having a predetermined shape in a region having a predetermined depth from the surface inside the substrate 10. The processing mark 12 is formed in the substrate 10 according to a predetermined pattern by positioning the laser condensing unit 160 relative to the substrate 10 held on the stage 110.
例えば、所定の走査方向に所定速度で集光点Pを移動する動作を、走査方向とは直交する方向に集光点Pを所定距離にわたりシフトさせる動作を挟んで繰り返すことにより、直線状の加工痕12を2次元状に配置した加工層14を形成することができる。 For example, a linear process is performed by repeating an operation of moving the condensing point P at a predetermined speed in a predetermined scanning direction with an operation of shifting the condensing point P over a predetermined distance in a direction orthogonal to the scanning direction. A processed layer 14 in which the marks 12 are two-dimensionally arranged can be formed.
図4は、基板10における加工層14の形成を説明する図である。基板加工装置100において、レーザ光190は、レーザ集光部160の回折光学素子170及び対物レンズ180を介して基板10に向けて照射され、分岐ビームは基板10内部の集光点Pにそれぞれ集光され、集光点Pに加工痕12が形成される。 FIG. 4 is a diagram illustrating the formation of the processed layer 14 on the substrate 10. In the substrate processing apparatus 100, the laser light 190 is irradiated toward the substrate 10 through the diffractive optical element 170 and the objective lens 180 of the laser condensing unit 160, and the branched beams are collected at the condensing point P inside the substrate 10. The processing mark 12 is formed at the condensing point P.
レーザ集光部160は、基板10の所定の深さの範囲tにおいて分岐レーザ光の径を実質的に絞るように集光し、加工痕12が連結された加工層14の形成に必要なエネルギー密度を確保するようにしている。図中においては、基板10の表面側から入射した分岐レーザ光により、集光点Pを含む所定の深さの範囲tに形成された加工層14が示されている。 The laser condensing unit 160 condenses light so that the diameter of the branched laser light is substantially reduced in a predetermined depth range t of the substrate 10, and energy necessary for forming the processing layer 14 to which the processing marks 12 are connected. The density is ensured. In the drawing, the processed layer 14 formed in a range t of a predetermined depth including the condensing point P by the branched laser light incident from the surface side of the substrate 10 is shown.
加工層14は、基板10に照射された各分岐レーザ光による衝撃により形成された結晶構造が異なる加工痕が連結してなるものである。このように形成された加工層14は、隣接する分岐レーザ光が所定間隔であるため、所定の周期的構造を有している。 The processed layer 14 is formed by connecting processing marks having different crystal structures formed by impacts of the branched laser beams irradiated on the substrate 10. The processed layer 14 formed in this manner has a predetermined periodic structure because adjacent branched laser beams are at a predetermined interval.
図5は、基板10に照射した3本の分岐レーザ光を示す図である。図5(a)は基板10の上面図、図5(b)は基板10の断面図である。基板10の表面に向けて照射された3本の分岐レーザ光L1,L2,L3は、基板10の表面において一列に配置された3つのビームスポットR1,R2,R3を形成して基板10に入射し、基板10の内部において3つの集光点F1,F2,F3を形成する。これらの集光点F1,F2,F3によりそれぞれ加工痕12が形成される。 FIG. 5 is a diagram showing three branched laser beams irradiated on the substrate 10. FIG. 5A is a top view of the substrate 10, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the substrate 10. The three branched laser beams L1, L2, and L3 irradiated toward the surface of the substrate 10 form three beam spots R1, R2, and R3 arranged in a line on the surface of the substrate 10 and enter the substrate 10. Then, three condensing points F1, F2, and F3 are formed inside the substrate 10. The machining marks 12 are formed by these condensing points F1, F2, and F3, respectively.
基板10は、SiCなどの結晶基板であるため、加工痕F1,F2,F3を形成する際に結晶方位に沿ってクラックが発生しやすい性質がある。本実施の形態では、隣接する分岐レーザ光の強度が異なるように調整することにより、クラックの発生を制御している。 Since the substrate 10 is a crystal substrate such as SiC, there is a property that cracks are likely to occur along the crystal orientation when forming the processing marks F1, F2, and F3. In the present embodiment, the occurrence of cracks is controlled by adjusting the intensity of adjacent branch laser beams to be different.
このとき、分岐レーザ光L1、L3の強度は集光点F1、F3から加工痕が結晶方位に進展しない程度の強度であって、基板の剥離に必要な加工痕が得られる最小強度に設定することが必要である。 At this time, the intensities of the branched laser beams L1 and L3 are set to the minimum intensity at which the processing traces do not progress in the crystal orientation from the condensing points F1 and F3, and the processing traces necessary for peeling the substrate can be obtained. It is necessary.
例えば、中央の分岐レーザ光L2の強度を両側の分岐レーザ光L1,L3の強度より大きくすることにより、中央の集光点F2によって加工痕12を形成する際に発生したクラックが両側の集光点F1,F3の方向に進展しても、両側の集光点F1,F3により形成された加工痕12によってクラックの進展を止めるようにすることができる。 For example, by making the intensity of the central branched laser beam L2 greater than the intensity of the branched laser beams L1 and L3 on both sides, the cracks generated when the processing mark 12 is formed by the central focal point F2 are collected on both sides. Even if progressing in the direction of the points F1 and F3, the progress of the cracks can be stopped by the processing marks 12 formed by the condensing points F1 and F3 on both sides.
3本の分岐ビームの強度は、両側の分岐レーザ光L1、L3の強度に対する中央の分岐レーザ光L2の強度の倍率が、1.1〜5.0の範囲にある倍率で異なるようにすることができる。この倍率は、1.2〜3の範囲にあることが好ましく、1.5〜2.5の範囲にあることがより好ましく、1.8〜2.2の範囲にあることがさらに好ましい。 The intensity of the three branched beams is set so that the magnification of the intensity of the central branched laser beam L2 with respect to the intensity of the branched laser beams L1 and L3 on both sides is different at a magnification in the range of 1.1 to 5.0. Can do. This magnification is preferably in the range of 1.2 to 3, more preferably in the range of 1.5 to 2.5, and still more preferably in the range of 1.8 to 2.2.
図6は、基板10に形成される隣接する加工痕12の間隔の調整を説明する図である。基板10の表面には、光集光部16から供給された3本の分岐レーザ光L1,L2,L3によって、一列に配置された3つのビームスポットR1,R2,R3が形成されている。3本の分岐レーザ光は、これらのビームスポットR1,R2,R3を介して基板10の内部の集光点F1,F2,F3に集光され、集光点F1,F2,F3においてそれぞれ加工痕が形成される。 FIG. 6 is a diagram for explaining the adjustment of the interval between the adjacent processing marks 12 formed on the substrate 10. On the surface of the substrate 10, three beam spots R 1, R 2, R 3 arranged in a row are formed by the three branched laser beams L 1, L 2, L 3 supplied from the light converging unit 16. The three branched laser lights are condensed at the condensing points F1, F2, and F3 inside the substrate 10 through these beam spots R1, R2, and R3, and processing traces are respectively obtained at the condensing points F1, F2, and F3. Is formed.
3つのビームスポットR1,R2,R3は、所定の走査方向に所定速度で走査される。レーザ光源150からはパルスレーザ光が供給され、ビームスポットR1,R2,R3は、走査方向について所定間隔で形成される。この走査方向の間隔は、任意に設定が可能である。 The three beam spots R1, R2, and R3 are scanned at a predetermined speed in a predetermined scanning direction. Pulse laser light is supplied from the laser light source 150, and the beam spots R1, R2, and R3 are formed at predetermined intervals in the scanning direction. The interval in the scanning direction can be arbitrarily set.
また、3つのビームスポットR1,R2,R3を配置した列の方向を調整することにより、ビームスポットR1,R2,R3を介して形成される3本の加工痕12の間隔を調整することが可能である。 Further, by adjusting the direction of the row in which the three beam spots R1, R2, and R3 are arranged, it is possible to adjust the interval between the three processing marks 12 formed through the beam spots R1, R2, and R3. It is.
図6(a)は、3つのビームスポットR1,R2,R3を配置した列の方向が走査方向に直交するように設定した場合を示している。このとき、走査方向に直交する方向について、3つのビームスポットR1,R2,R3の隣接する距離が最大になり、したがって3つのビームスポットR1,R2,R3を介して形成される加工痕12の間隔も最大になる。 FIG. 6A shows a case where the direction of the row in which the three beam spots R1, R2, and R3 are arranged is set to be orthogonal to the scanning direction. At this time, the adjacent distance between the three beam spots R1, R2, and R3 is maximized in the direction orthogonal to the scanning direction, and therefore the distance between the processing marks 12 formed through the three beam spots R1, R2, and R3. Is also maximized.
図6(b)は、3つのビームスポットR1,R2,R3を配置した列の方向と走査方向の直交方向がθ=45°の角度をなすように設定した場合を示している。角度θは45°に限られることはなく、角度θが大きくなるほど、走査方向に直交する方向についてビームスポットR1,R2,R3の隣接する距離が短くなり、したがってビームスポットR1,R2,R3を介して形成される加工痕12の間隔も短くなる。 FIG. 6B shows a case where the direction in which the three beam spots R1, R2 and R3 are arranged and the direction orthogonal to the scanning direction are set to form an angle of θ = 45 °. The angle θ is not limited to 45 °, and the larger the angle θ, the shorter the adjacent distances of the beam spots R1, R2, and R3 in the direction orthogonal to the scanning direction, and thus the beam spots R1, R2, and R3 are passed through. The interval between the processing marks 12 formed in this way is also shortened.
本実施の形態では、上述のように加工層14が形成された基板10を加工層14で割断し、基板10を加工層14で剥離することにより、剥離基板を作成することができる。加工層14においては加工痕が連結しているため、基板10は加工層14に沿って容易に割断して剥離することができる。 In the present embodiment, the substrate 10 on which the processed layer 14 is formed as described above is cleaved by the processed layer 14, and the substrate 10 is peeled off by the processed layer 14, whereby a release substrate can be created. Since the processing traces are connected in the processing layer 14, the substrate 10 can be easily cleaved and peeled along the processing layer 14.
以下では、本実施の形態を適用した実施例を説明する。本実施例では、基板加工装置100のレーザ光源150にInnolight製HALO GN 35k-100のレーザ発振器を用いた。このレーザ光源150は、表1に示すようなレーザ光190を供給することができる。 Hereinafter, examples to which the present embodiment is applied will be described. In this embodiment, a HALO GN 35k-100 laser oscillator manufactured by Innolight was used as the laser light source 150 of the substrate processing apparatus 100. The laser light source 150 can supply laser light 190 as shown in Table 1.
回折光学素子170には、レーザ光190から強度1:2:1の3本の分岐レーザ光を分岐させる古河機械金属工業製のものを用いた。対物レンズ180には、LCPLN 100×IRを用いた。 As the diffractive optical element 170, one manufactured by Furukawa Machine Metal Industries, which branches three branched laser beams having an intensity of 1: 2: 1 from the laser beam 190 was used. LCPLN 100 × IR was used for the objective lens 180.
基板10には、表面が鏡面仕上げされた結晶構造4Hの多結晶のSiC基板を用いた。そして、加工痕12の性質を明らかにするため、表2のような条件で基板10を加工した。表2において、回折光学素子の角度とは、走査方向に直交する方向と一列に配置された3つのレーザスポットR1,R2,R3の方向がなす角度である。また焦点の深さとは、集光点Pに相当する焦点の基板10の表面からの深さである。 The substrate 10 was a polycrystalline SiC substrate having a crystal structure 4H with a mirror-finished surface. And in order to clarify the property of the processing mark 12, the board | substrate 10 was processed on the conditions as Table 2. FIG. In Table 2, the angle of the diffractive optical element is an angle formed by the direction perpendicular to the scanning direction and the directions of three laser spots R1, R2, and R3 arranged in a line. The depth of focus is the depth from the surface of the substrate 10 at the focus corresponding to the condensing point P.
図7は、このような加工により基板10に形成された加工痕12を示す顕微鏡写真である。図7(a)は、透明なSiCの基板10の上面から観察したものであり、3つのレーザスポットR1,R2,R3を介して形成された3本の加工痕12が示されている。ここで、回折光学素子170は、強度1:2:1の3本の分岐レーザ光L1,L2,L3を生成するため、中央の加工痕12がやや太く、両側の加工痕12がやや細くなっている。 FIG. 7 is a photomicrograph showing the processing marks 12 formed on the substrate 10 by such processing. FIG. 7A is an observation from the upper surface of a transparent SiC substrate 10 and shows three processing marks 12 formed through three laser spots R1, R2, and R3. Here, since the diffractive optical element 170 generates three branched laser beams L1, L2, and L3 having an intensity of 1: 2: 1, the central processing mark 12 is slightly thick and the processing marks 12 on both sides are slightly thin. ing.
図7(b)には、加工痕12の延びる方向に略垂直な断面において、基板10に形成された加工痕12を観察したものであり、3本の加工痕12が示されている。ここで、各加工痕12から横方向にクラックが進展し、中央の加工痕12から進展したクラックは、両側の加工痕12にまで進展するが、両側の加工痕12にて止められていることがみられた。したがって、これら3本の加工痕12は、クラックによって連結されるとともに、クラックのさらなる進展は制御されていることが明らかになった。 In FIG. 7B, the processing trace 12 formed on the substrate 10 is observed in a cross section substantially perpendicular to the extending direction of the processing trace 12, and three processing traces 12 are shown. Here, a crack progresses in the lateral direction from each processing mark 12, and the crack that has progressed from the central processing mark 12 extends to the processing marks 12 on both sides, but is stopped by the processing marks 12 on both sides. Was seen. Therefore, it became clear that these three processing marks 12 are connected by cracks, and further progress of cracks is controlled.
次に、基板10の全面にわたって形成した加工痕12により加工層14を作成した後、基板10を加工層14で割断することにより剥離して剥離基板を作成し、剥離基板における剥離面の性質を調べた。実施例1では、表3の実施例1の欄に示す条件で加工層14を形成した。表3に示した条件を除き、前記実施例と同一の条件を用いた。例えば、基板10には結晶構造4Hの多結晶のSiC基板を用い、回折光学素子170には3本の分岐レーザ光に分岐させるものを用いた。 Next, after forming the processing layer 14 with the processing marks 12 formed over the entire surface of the substrate 10, the substrate 10 is cleaved by the processing layer 14 to create a separation substrate, and the properties of the separation surface of the separation substrate are determined. Examined. In Example 1, the processed layer 14 was formed under the conditions shown in the column of Example 1 in Table 3. Except for the conditions shown in Table 3, the same conditions as in the previous example were used. For example, a polycrystalline SiC substrate having a crystal structure 4H is used as the substrate 10, and a diffractive optical element 170 that is branched into three branched laser beams is used.
図8は、実施例1を示す写真である。図8(a)及び図8(b)は、基板10に形成されたスクライブ前及びスクライブ後の加工痕を示す顕微鏡写真である。図8(c)はレーザ顕微鏡による基板10の断面の顕微鏡写真であり、図8(d)は図8(c)の枠内を拡大した拡大顕微鏡写真である。 FIG. 8 is a photograph showing Example 1. FIGS. 8A and 8B are photomicrographs showing the processing marks before and after scribing formed on the substrate 10. FIG. 8C is a photomicrograph of a cross section of the substrate 10 using a laser microscope, and FIG. 8D is an enlarged photomicrograph in which the inside of the frame of FIG. 8C is enlarged.
図8(c)及び図8(d)により、基板10の表面に平行な方向であり、図中横方向に加工痕12が連結された加工層14が形成されていることがみられる。図8(d)は、引っ張り試験機を用いて加工層14にて割断された剥離基板の剥離面を示す写真である。この実施例1では、剥離基板の表面の全体に対し、90%の部分で剥離面が形成された。 8 (c) and 8 (d), it can be seen that a processed layer 14 is formed in which the processing marks 12 are connected in the horizontal direction in the direction parallel to the surface of the substrate 10. FIG. 8D is a photograph showing the peeled surface of the peeled substrate cleaved by the processed layer 14 using a tensile tester. In Example 1, the peeling surface was formed in 90% of the entire surface of the peeling substrate.
続いて、剥離基板における剥離面の表面粗さを測定した。レーザ集光部160に向かうレーザ照射側にある上面では、Ra(μm)について図9(a)、Rz(μm)について図9(b)のような形状になり、表4に示すような結果が得られた。この表4においては、表面粗さの3点測定値とそれらの平均値が示されている。以下でも同様である。 Subsequently, the surface roughness of the release surface of the release substrate was measured. On the upper surface on the laser irradiation side toward the laser condensing unit 160, Ra (μm) has a shape as shown in FIG. 9A and Rz (μm) as shown in FIG. 9B, and the results shown in Table 4 are obtained. was gotten. In Table 4, three-point measured values of surface roughness and average values thereof are shown. The same applies to the following.
なお、走査方向とはレーザ光を走査する方向での粗さ、オフセット方向とは走査方向に対して90°の方向で分岐ビーム間に形成される粗さを示す。 Note that the scanning direction indicates roughness in the scanning direction of the laser beam, and the offset direction indicates roughness formed between the branched beams in a direction of 90 ° with respect to the scanning direction.
また、ステージ110に載置される側にある下面では、Ra(μm)について図9(c)、Rz(μm)について図9(d)のような形状になり、表5に示すような結果が得られた。 Further, on the lower surface on the side where it is placed on the stage 110, the shape shown in FIG. 9C for Ra (μm) and the shape shown in FIG. 9D for Rz (μm) are obtained, and the results shown in Table 5 are obtained. was gotten.
実施例2では、表3の実施例2の欄に示す条件で加工層14を形成した。表3で示した条件を除き、実施例1と同じ条件で行った。この実施例2では、剥離基板の表面の50%に剥離面が形成された。 In Example 2, the processed layer 14 was formed under the conditions shown in the column of Example 2 in Table 3. The test was performed under the same conditions as in Example 1 except for the conditions shown in Table 3. In Example 2, a release surface was formed on 50% of the surface of the release substrate.
剥離基板の剥離面の表面粗さについては、レーザ照射側の上面ではRa(μm)について図11(a)、Rz(μm)について図11(b)のような形状になり、表6に示すような結果が得られた。また、ステージ側の下面では、Ra(μm)について図11(c)、Rz(μm)について図11(d)のような形状になり、表7に示すような結果が得られた。 As for the surface roughness of the release surface of the release substrate, the upper surface on the laser irradiation side has a shape as shown in FIG. 11 (a) for Ra (μm) and FIG. 11 (b) for Rz (μm). The result was obtained. Further, on the lower surface on the stage side, the shape as shown in FIG. 11C for Ra (μm) and the shape as shown in FIG. 11D for Rz (μm) were obtained, and the results shown in Table 7 were obtained.
実施例3では、表3の実施例3の欄に示す条件で加工層14を形成した。表3で示した条件を除き、実施例1と同じ条件で行った。この実施例3では、剥離基板の表面の30%に剥離面が形成された。 In Example 3, the processed layer 14 was formed under the conditions shown in the column of Example 3 in Table 3. The test was performed under the same conditions as in Example 1 except for the conditions shown in Table 3. In Example 3, a release surface was formed on 30% of the surface of the release substrate.
剥離基板における剥離面の表面粗さについては、レーザ照射側の上面ではRa(μm)について図13(a)、Rz(μm)について図13(b)のような形状になり、表8に示すような結果が得られた。また、ステージ側の下面では、Ra(μm)について図13(c)、Rz(μm)について図13(d)のような形状になり、表9に示すような結果が得られた。 Regarding the surface roughness of the release surface of the release substrate, the upper surface on the laser irradiation side has a shape as shown in FIG. 13A for Ra (μm) and FIG. 13B for Rz (μm), as shown in Table 8. The result was obtained. Further, on the lower surface on the stage side, the shape as shown in FIG. 13C for Ra (μm) and the shape as shown in FIG. 13D for Rz (μm) were obtained, and the results shown in Table 9 were obtained.
実施例4では、表3の実施例4の欄に示す条件で加工層14を形成した。表3で示した条件を除き、実施例1と同じ条件で行った。この実施例4では、剥離基板の表面の98%に剥離面が形成された。 In Example 4, the processed layer 14 was formed under the conditions shown in the column of Example 4 in Table 3. The test was performed under the same conditions as in Example 1 except for the conditions shown in Table 3. In Example 4, a release surface was formed on 98% of the surface of the release substrate.
剥離基板における剥離面の表面粗さについては、レーザ照射側の上面ではRa(μm)について図15(a)、Rz(μm)について図15(b)のような形状になり、表10に示すような結果が得られた。また、ステージ側の下面では、Ra(μm)について図15(c)、Rz(μm)について図15(d)のような形状になり、表11に示すような結果が得られた。 Regarding the surface roughness of the release surface of the release substrate, the upper surface on the laser irradiation side has a shape as shown in FIG. 15A for Ra (μm) and FIG. 15B for Rz (μm). The result was obtained. Further, on the lower surface on the stage side, the shape as shown in FIG. 15C for Ra (μm) and the shape as shown in FIG. 15D for Rz (μm) were obtained, and the results shown in Table 11 were obtained.
実施例5では、表3の実施例5の欄に示す条件で加工層14を形成した。表3で示した条件を除き、実施例1と同じ条件で行った。この実施例5では、剥離基板の表面の10%に剥離面が形成された。 In Example 5, the processed layer 14 was formed under the conditions shown in the column of Example 5 in Table 3. The test was performed under the same conditions as in Example 1 except for the conditions shown in Table 3. In Example 5, a release surface was formed on 10% of the surface of the release substrate.
剥離基板における剥離面の表面粗さについては、レーザ照射側の上面ではRa(μm)について図17(a)、Rz(μm)について図17(b)のような形状になり、表12に示すような結果が得られた。また、ステージ側の下面では、Ra(μm)について図17(c)、Rz(μm)について図17(d)のような形状になり、表13に示すような結果が得られた Regarding the surface roughness of the release surface of the release substrate, the upper surface on the laser irradiation side has a shape as shown in FIG. 17A for Ra (μm) and FIG. 17B for Rz (μm), and is shown in Table 12. The result was obtained. Further, on the lower surface on the stage side, the shape as shown in FIG. 17C for Ra (μm) and the shape as shown in FIG. 17D for Rz (μm) were obtained, and the results shown in Table 13 were obtained.
以上の実施例1〜5によって、3本の分岐レーザ光に分割する回折光学素子170を用いて結晶構造4HのSiCによる基板10に加工層14を形成し、加工層14にて割断することにより剥離することにより、剥離基板を容易に作成することができることが明らかになった。また、表面粗さの測定により、剥離基板には滑らかな剥離面が形成されていることが認められた。 By forming the processed layer 14 on the substrate 10 made of SiC having the crystal structure 4H using the diffractive optical element 170 that is divided into three branched laser beams according to Examples 1 to 5, the processed layer 14 is cleaved. It became clear that a peeling substrate can be easily prepared by peeling. Moreover, it was recognized by the measurement of surface roughness that the smooth peeling surface was formed in the peeling board | substrate.
なお、実施例1〜5においては、加工速度、レーザ光の強度についての明確な依存性は見られなかった。このことは、加工に用いたSiCの基板10が多結晶構造であるためであると考えられる。 In Examples 1 to 5, no clear dependency on the processing speed and the intensity of the laser beam was observed. This is considered to be because the SiC substrate 10 used for processing has a polycrystalline structure.
なお、実施例1〜5においては、結晶構造4Hの多結晶のSiCの基板10を用いたが、このことに限定されることはなく、結晶構造6HのSiCの基板、単結晶のSiCの基板にも同様に適用することができる。また、SiCの基板に限定されることはなく、サファイアの基板などにも同様に適用することができる。 In Examples 1 to 5, the polycrystalline SiC substrate 10 having the crystal structure 4H is used. However, the present invention is not limited to this, and the SiC substrate having the crystal structure 6H or the single crystal SiC substrate is used. It can be similarly applied to. Further, the present invention is not limited to a SiC substrate, and can be similarly applied to a sapphire substrate.
また、実施例1〜5においては、基板10の表面に平行に加工層14を1層のみ形成したが、レーザ集光部160によって集光点Pの深さを適宜に設定することにより、2層以上の加工層14を形成し、これらの加工層14において基板10を割断して剥離するようにすることもできる。 In Examples 1 to 5, only one processed layer 14 is formed parallel to the surface of the substrate 10, but by setting the depth of the condensing point P appropriately by the laser condensing unit 160, 2 It is also possible to form a processed layer 14 that is equal to or greater than one layer, and to cleave and peel off the substrate 10 in these processed layers 14.
なお、本実施の形態においては、複数の分岐レーザ光の例として3本の分岐レーザ光を例示したが、本発明はこれに限定されない。複数の分岐レーザ光は、2本以上の分岐レーザ光であり、強度が異なるものであればよい。例えば、図18に示すように、9本の分岐レーザ光であってもよい。複数の分岐レーザ光は一列に配置され、図18(a)では両端の分岐レーザ光の強度が小さく、中央の分岐レーザ光の強度が両端の分岐レーザ光の強度より大きい。図18(b)では両端と中央の分岐レーザ光の強度が小さい。なお、剥離に影響するため、加工層の安定化のためには、複数の分岐レーザ光に同一の強度の分岐レーザ光が含まれることが好ましい。 In the present embodiment, three branched laser beams are exemplified as an example of a plurality of branched laser beams. However, the present invention is not limited to this. The plurality of branch laser beams may be two or more branch laser beams and have different intensities. For example, as shown in FIG. 18, nine branched laser beams may be used. The plurality of branched laser beams are arranged in a line. In FIG. 18A, the intensity of the branched laser beams at both ends is small, and the intensity of the central branched laser beam is larger than the intensity of the branched laser beams at both ends. In FIG. 18B, the intensity of the branched laser light at both ends and the center is small. In addition, since it affects peeling, it is preferable that the branched laser beams having the same intensity are included in the plurality of branched laser beams in order to stabilize the processed layer.
また、本実施の形態においては、複数の分岐レーザ光の例として一列に配置されたものを例示したが、本発明はこれに限定されない。複数の分岐レーザ光は、複数列に配置されてもよいし、パターン状に配置されてもよい。 Moreover, in this Embodiment, what was arrange | positioned in a line was illustrated as an example of a some branching laser beam, However, This invention is not limited to this. The plurality of branched laser beams may be arranged in a plurality of rows or in a pattern.
図19は、基板10に照射された分岐レーザ光のビームスポットが複数列又はパターン状に配置された状態を示す上面図である。分岐レーザ光は、図中に一点鎖線で示された走査方向に直交する方向に第1列の4つのビームスポットR11、R12、R13、R14、第2列の4つのビームスポットR21、R22、R23、R24、第3列の4つのビームスポットR31、R32、R33、R34、第4列の4つのビームスポットR41、R42、R43、R44を形成している。 FIG. 19 is a top view showing a state in which the beam spots of the branched laser light irradiated on the substrate 10 are arranged in a plurality of rows or patterns. The branched laser light is divided into four beam spots R11, R12, R13, R14 in the first row and four beam spots R21, R22, R23 in the second row in a direction orthogonal to the scanning direction indicated by the one-dot chain line in the drawing. , R24, four beam spots R31, R32, R33, R34 in the third row, and four beam spots R41, R42, R43, R44 in the fourth row.
これらのビームスポットは、第1列から第4列の計4列からなる複数列の配置を形成している。また、走査方向に4列、走査方向に直交する方向に4列の計4×4の16個のビームスポットによるパターンも形成している。これらのビームスポットのうち、中央の4つのビームスポットR22、R23、R32、R33は、これらを取り囲む他のビームスポットR11、R12、R13、R14、R21、R24、R31、R34、R41、R42、R43、R44よりも相対的な強度が大きく、例えば1.1〜5.0の倍率の範囲にあってもよい。 These beam spots form an arrangement of a plurality of rows composed of a total of four rows from the first row to the fourth row. In addition, a pattern of 16 beam spots of a total of 4 × 4, 4 rows in the scanning direction and 4 rows in the direction orthogonal to the scanning direction is also formed. Among these beam spots, the central four beam spots R22, R23, R32, R33 are the other beam spots R11, R12, R13, R14, R21, R24, R31, R34, R41, R42, R43 surrounding them. , R44 is stronger than R44, and may be in a range of magnification of 1.1 to 5.0, for example.
なお、ビームスポットが形成する複数列は2列以上であればよく、ビームスポットのパターンは3つ以上のビームスポットが形成する特定のパターンであればよい。 The plurality of rows formed by the beam spots may be two or more, and the pattern of the beam spots may be a specific pattern formed by three or more beam spots.
本発明の基板加工方法により剥離基板を効率良く薄く形成することができることから、剥離基板は、GaN系半導体デバイスなどのサファイア基板などであれば、発光ダイオード、レーザダイオードなどに応用可能であり、SiCなどであれば、SiC系パワーデバイスなどに応用可能であり、透明エレクトロニクス分野、照明分野、ハイブリッド/電気自動車分野など幅広い分野において適用可能である。 Since the release substrate can be efficiently and thinly formed by the substrate processing method of the present invention, the release substrate can be applied to a light emitting diode, a laser diode, or the like as long as it is a sapphire substrate such as a GaN-based semiconductor device. Can be applied to SiC power devices and the like, and can be applied in a wide range of fields such as transparent electronics, lighting, and hybrid / electric vehicles.
10 基板
14 加工層
100 基板加工装置
150 レーザ光源
160 レーザ集光部
170 回折光学素子
180 対物レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 14 Processed layer 100 Substrate processing apparatus 150 Laser light source 160 Laser condensing part 170 Diffractive optical element 180 Objective lens
Claims (9)
パルス照射のレーザ光源からのレーザ光をレーザ集光手段によって前記基板の表面に向けて照射し、前記基板の表面から所定の深さにレーザ光を集光するレーザ集光ステップと、
前記レーザ集光手段を前記基板に相対的に移動させて位置決めをする位置決めステップと、を含み、
前記レーザ集光ステップは、前記レーザ光源からのレーザ光を複数の分岐レーザ光に分岐させる回折光学素子を用い、前記分岐レーザ光の強度が異なるようにするレーザ光調整ステップを含み、
前記分岐レーザ光において相対的に強度が高い分岐レーザ光により加工層を伸張させて基板を加工するとともに、前記分岐レーザ光において相対的に強度が低い分岐レーザ光により前記加工層の伸長を抑制すること
を特徴とする基板加工方法。 A substrate processing method for processing a substrate so as to form a processing layer inside a crystal substrate,
A laser condensing step of irradiating laser light from a laser light source of pulse irradiation toward the surface of the substrate by a laser condensing means, and condensing the laser light to a predetermined depth from the surface of the substrate;
A positioning step of moving the laser focusing means relative to the substrate for positioning, and
The laser condensing step includes a laser light adjustment step using a diffractive optical element that branches the laser light from the laser light source into a plurality of branched laser lights, so that the intensities of the branched laser lights are different.
The substrate is processed by extending the processing layer with the branch laser light having a relatively high intensity in the branch laser light, and the extension of the processing layer is suppressed by the branch laser light having a relatively low intensity in the branch laser light. A substrate processing method characterized by the above.
前記基板加工ステップにより加工層が形成された前記基板を前記加工層にて剥離して剥離基板を作成する基板剥離ステップと
を含む剥離基板製造方法。
A substrate processing step of forming a processed layer on the substrate by the substrate processing method according to claim 1;
And a substrate peeling step for creating a release substrate by peeling the substrate on which the processed layer is formed by the substrate processing step with the processed layer.
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