JP2018050066A - 加工対象材料の切断方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】最終的に得られる切断面が切断予定面から大きくずれることのない加工対象材料の切断方法を提供する。
【解決手段】切断予定面にレーザ光を吸収させて改質領域を形成した後に切断する加工対象材料の切断方法であって、切断予定面の法線は所定の低指数面の法線と所定の角度をなしており、レーザ光の照射ライン１０同士の距離を割れが伸展しない距離として複数のライン状の改質領域１２を並べて形成し、各改質領域の間に追加のライン状の改質領域１３を形成する。このとき、各改質領域を、隣接する各改質領域から所定の低指数面に沿った割れが到達可能な深さ寸法とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、加工対象材料の切断方法に関する。
ＳｉＣ等の加工対象材料の切断は、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、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、加工対象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加工対象材料を切断する加工対象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、切断予定面はＳｉＣ結晶のｃ面とオフ角分の角度をなしており、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。
しかし、実際に特許文献１に示されているようにライン状の改質領域を並べて形成したところ、１本のライン状の改質領域のみでは改質領域からｃ面に沿って延びる割れは確認されず、２本のライン状の改質領域を形成した際にこれらの改質領域間にｃ面に沿った割れが確認された。
特開２０１３−４９１６１号公報
ところで、切断予定面の法線が所定の低指数面の法線とオフ角分の角度をなしている場合に、ライン状の改質領域を並べて形成した際に、所定の領域で生じた所定の低指数面に沿って延びる割れがレーザ加工前の加工予定領域まで伸展してしまうと、この領域においてはオフ角分だけ切断予定面からずれた位置に割れが生じてしまう。そして、この領域をレーザ加工すると、割れが生じた位置にレーザ光が吸収されやすいことから、切断予定面からずれた位置に改質領域が形成されてしまう。これを繰り返すことにより、初期に生じた割れが所定の低指数面に沿って際限なく伸展してしまい、最終的に得られる切断面が切断予定面から大きくずれてしまうおそれがあった。
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、最終的に得られる切断面が切断予定面から大きくずれることのない加工対象材料の切断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、六方晶系のＳｉＣからなる加工対象材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて改質領域を形成した後、前記加工対象材料を前記切断予定面に沿って切断する加工対象材料の切断方法であって、前記切断予定面の法線は、前記加工対象材料のｃ面の法線と所定の角度をなし、前記レーザ光の照射ライン同士の距離をｃ面に沿った割れが伸展しない距離として、複数のライン状の改質領域を並べて形成する割れ抑制加工工程と、前記割れ抑制加工工程にて形成されたライン状の各改質領域の間に、追加のライン状の改質領域を、隣接する前記レーザ光の照射ライン同士の距離をｃ面に沿った割れが伸展する距離として形成する割れ促進加工工程と、を含む加工対象材料の切断方法が提供される。
上記ＳｉＣ材料の加工方法において、前記ｃ面に沿った割れが伸展しない距離は、前記改質領域の幅寸法の４倍以上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ｃ面に沿った割れが伸展する距離は、前記改質領域の幅寸法の４倍未満とすることができる。
また、本発明では、加工対象材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて改質領域を形成した後、前記加工対象材料を前記切断予定面に沿って切断する加工対象材料の切断方法であって、前記切断予定面の法線は、前記加工対象材料の所定の低指数面の法線と所定の角度をなし、前記レーザ光の照射ライン同士の距離を前記所定の低指数面に沿った割れが伸展しない距離として、複数のライン状の改質領域を並べて形成する割れ抑制加工工程と、前記割れ抑制加工工程にて形成されたライン状の各改質領域の間に、追加のライン状の改質領域を、隣接する前記レーザ光の照射ライン同士の距離を前記所定の低指数面に沿った割れが伸展する距離として形成する割れ促進加工工程と、を含む加工対象材料の切断方法が提供される。
本発明の加工対象材料の切断方法によれば、最終的に得られる切断面が切断予定面から大きくずれることはない。
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、先行改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部平面図である。 図４は変形例を示し、先行改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部平面図である。 図５は、追加改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部平面図である。 図６は変形例を示し、追加改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部平面図である。 図７は、先行改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部断面図である。 図８は、追加改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部断面図である。 図９は、比較例を示すＳｉＣ材料の一部断面図である。
図１、図２、図３、図５、図７及び図８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、ＳｉＣ材料１の内部に改質領域を形成し、ＳｉＣ材料１を切断する。
レーザ発振器３１０から発振されるレーザ光のパルス幅、波長は任意に選択することができるが、例えば、パルス幅がピコ秒で波長域が近赤外のものとすることができる。レーザ発振器３１０で放出されたレーザ光は、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に改質領域が形成される。本実施形態においては、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に複数のライン状の改質領域からなる改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ライン状の改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に改質領域が形成されるようレーザ光を調整し、当該切断予定面１００にレーザ光を吸収させて改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は先行改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部平面図である。
改質パターンの形成にあたり、まず、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、レーザ光の照射ライン１０に沿って先行改質領域１２を形成する。先行改質領域１２は、パルスレーザ光のワンパルスショットで形成される改質スポットの集合として形成されている。本実施形態においては、レーザ光のワンパルスショットの間隔は、隣接する集光点の一部が重なるように設定されており、レーザ光の照射ライン１０は連続的に形成される。尚、図４に示すように、レーザ光のワンパルスショットの間隔を隣接する集光点が重ならないように設定し、レーザ光の照射ライン１１を間欠的とすることもできる。各先行改質領域１２の幅寸法は任意であるが、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。本実施形態では、レーザ光の照射ライン１０同士の距離をｃ面に沿った割れが伸展しない距離Ｐ１として、複数のライン状の先行改質領域１２が並べて形成される（割れ抑制加工工程）。本実施形態においては、各先行改質領域１２の並び方向は、オフ方向とほぼ直交する方向である。各先行改質領域１２の並び方向は任意であるが、例えば、各先行改質領域１２の並び方向と、オフ方向と直交する方向と、のなす角を３０度以内とすることができる。ｃ面に沿った割れが伸展しない距離Ｐ１は、例えば、各先行改質領域１２の幅寸法の４倍以上である。
図５は追加改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部平面図である。
次いで、図５に示すように、割れ抑制加工工程にて形成された先行改質領域１２の間に、ライン状の追加改質領域１３を、隣接するレーザ光の照射ライン１０同士の距離をｃ面に沿った割れが伸展する距離Ｐ２として形成する（割れ促進加工工程）。ｃ面に沿った割れが伸展する距離Ｐ２は、例えば、各先行改質領域１２の幅寸法の４倍未満である。本実施形態においては、追加改質領域１３は、隣接する先行改質領域１２の中間に形成される。追加改質領域１３も先行改質領域１２と同様に、パルスレーザ光のワンパルスショットで形成される改質スポットの集合として形成されている。本実施形態においては、レーザ光のワンパルスショットの間隔は、隣接する集光点の一部が重なるように設定されており、レーザ光の照射ライン１０は連続的に形成される。尚、図６に示すように、レーザ光のワンパルスショットの間隔を隣接する集光点が重ならないように設定し、レーザ光の照射ライン１１を間欠的とすることもできる。各追加改質領域１３の幅寸法は任意であるが、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。
ここで、図７及び図８を参照して、ＳｉＣ材料中のｃ面に沿った割れの伸展状態を説明する。図７は先行改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部断面図、図８は追加改質領域が形成された状態のＳｉＣ材料の一部断面図である。
図７に示すように、各先行改質領域１２が形成された状態では、各先行改質領域１２の近傍に、各先行改質領域１２を起点としてｃ面に沿う方向へ割れ１１０は生じていない。尚、各先行改質領域１２は、深さ方向（図７及び図８の上下方向）について所定の寸法で形成されている。この状態から追加改質領域１３を形成すると、図８に示すように、各先行改質領域１２及び各追加改質領域１３の間に、各先行改質領域１２及び各追加改質領域１３を起点としてｃ面に沿う方向へ割れ１１０が独立して生じる。各割れ１１０は、切断予定面１００に対してオフ角だけ傾斜している。ここで、各先行改質領域１２及び各追加改質領域１３は、図８に示すように、隣接する改質領域からｃ面に沿って延びる割れ１１０が到達可能な深さ寸法を有することが好ましい。各先行改質領域１２及び各追加改質領域１３の深さ寸法が短いと、ｃ面に沿って延びる割れ１１０を、各改質領域間で適切に伸展させられないおそれがある。
切断予定面１００に各先行改質領域１２及び各追加改質領域１３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。本実施形態においては、切断予定面１００がｃ面と平行でなく剥離面がギザギザとなるので、平坦とすることが好ましい。
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、同様に各先行改質領域１２及び各追加改質領域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。
このように、本実施形態のＳｉＣ材料の加工方法によれば、各先行改質領域１２と各追加改質領域１３で割れ１１０を独立的に生じさせ、各割れ１１０が隣接する改質領域を超えて伸展しないようにしたので、最終的な切断面が切断予定面１００から大きくずれることはない。
これに対し、全ての改質領域４１２を並び順に形成していく場合、図９（ａ）に示すように最初に形成された改質領域４１２では割れ４１０が生じていないものの、隣接する改質領域４１２を加工している間にｃ面に沿って延びる割れが加工予定領域まで伸展する場合がある。この領域においてはオフ角分だけ切断予定面１００からずれた位置に割れ１１０が生じており、この領域をレーザ加工すると、割れ１１０が生じた位置にレーザ光が吸収されやすいことから、図９（ｂ）に示すように、切断予定面１００からずれた位置に改質領域４１２が形成されてしまう。このように続けて改質領域４１２を形成していくと、図９（ｃ）に示すように、初期に生じた割れ４１０がｃ面に沿って際限なく伸展してしまい、最終的に得られる切断面が切断予定面１００から大きくずれてしまう
尚、各先行改質領域１２及び各追加改質領域１３は、図３から図６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、各先行改質領域及び各追加改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。
また、前記実施形態においては、６Ｈ型のＳｉＣ材料１に本発明を適用したものを示したが、例えば４Ｈ型等の他のポリタイプの六方晶系ＳｉＣ材料はもちろん、六方晶系以外のＳｉＣ材料にも本発明を適用することが可能である。さらには、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア、ダイヤモンド等のＳｉＣ以外の材料にも適用が可能である。要は、切断予定面の法線が加工対象材料の所定の低指数面の法線と所定の角度をなしていればよい。例えば、前記実施形態においては、切断予定面１００が低指数面であるｃ面とオフ角分の角度をなしているものを示したが、ａ面、ｍ面等の他の低指数面とオフ角分の角度をなしているものであってもよい。
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。
以上のように、本発明の加工対象材料の切断方法は、最終的に得られる切断面が切断予定面から大きくずれることがなく、産業上有用である。
１ ＳｉＣ材料
１２ 先行改質領域
１３ 追加改質領域
１００ 切断予定面
１１０ 割れ
２１０ ＳｉＣ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
４１０ 割れ
４１２ 改質領域
Ｐ１ ｃ面に沿った割れが伸展しない距離
Ｐ２ ｃ面に沿った割れが伸展する距離

Claims (3)

  1. 六方晶系のＳｉＣからなる加工対象材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて改質領域を形成した後、前記加工対象材料を前記切断予定面に沿って切断する加工対象材料の切断方法であって、
    前記切断予定面の法線は、前記加工対象材料のｃ面の法線と所定の角度をなし、
    前記レーザ光の照射ライン同士の距離をｃ面に沿った割れが伸展しない距離として、複数のライン状の改質領域を並べて形成する割れ抑制加工工程と、
    前記割れ抑制加工工程にて形成されたライン状の各改質領域の間に、追加のライン状の改質領域を形成する割れ促進加工工程と、を含み、
    前記各改質領域は、隣接する前記各改質領域からｃ面に沿って延びる割れが到達可能な深さ寸法に形成される加工対象材料の切断方法。
  2. 前記ｃ面に沿った割れが伸展しない距離は、前記改質領域の幅寸法の４倍以上である請求項１に記載の加工対象材料の切断方法。
  3. 加工対象材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて改質領域を形成した後、前記加工対象材料を前記切断予定面に沿って切断する加工対象材料の切断方法であって、
    前記切断予定面の法線は、前記加工対象材料の所定の低指数面の法線と所定の角度をなし、
    前記レーザ光の照射ライン同士の距離を前記所定の低指数面に沿った割れが伸展しない距離として、複数のライン状の改質領域を並べて形成する割れ抑制加工工程と、
    前記割れ抑制加工工程にて形成されたライン状の各改質領域の間に、追加のライン状の改質領域を形成する割れ促進加工工程と、を含み、
    前記各改質領域は、隣接する前記各改質領域から前記所定の低指数面に沿った割れが到達可能な深さ寸法に形成される加工対象材料の切断方法。
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