JP2022133809A - 基板製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】インゴットから分離して形成した基板の表面粗さを小さくする技術を提供すること。【解決手段】基板製造装置は、半導体基板を配置可能なステージを備える。基板製造装置は、ステージに配置された半導体基板に所定パルス周期のパルスレーザを照射可能な照射部を備える。基板製造装置は、ステージと照射部との相対位置を制御可能な制御部を備える。照射部は、所定ピッチで直線上に並んでいる複数の集光点を生成することが可能である。制御部は、ステージと照射部との相対位置を、複数の集光点が並んでいる直線と並行に所定速度で移動させることが可能である。所定速度は、複数の集光点が所定パルス周期の1周期で移動する距離が所定ピッチと同一となる速度である。【選択図】図1
Description
本明細書では、基板製造装置に関する技術を開示する。
特許文献1は、窒化ガリウムインゴットから窒化ガリウム基板を生成する方法を開示している。具体的には、窒化ガリウムのインゴット内部の一定深さにおいて、パルスレーザの集光点を一定速度で走査させながら照射することで、ガリウムと窒素とを析出させた改質領域を形成する。改質領域を平面上に多数形成することで、界面を形成する。インゴットをガリウムが溶融する温度に加熱するとともに、第1の保持部材と第2の保持部材を互いに離反する方向に移動させることで、インゴットを界面から分離して窒化ガリウム基板を生成する。
改質領域を確実に形成するためには、照射点に与えるエネルギの総量を大きくする必要がある。しかしレーザの出力を高くすると、大きなエネルギが1回の照射で照射点に与えられてしまうため、意図しないクラック等が発生してしまう場合がある。分離した窒化ガリウム基板の表面粗さが大きくなってしまう。
本明細書では、基板製造装置を開示する。基板製造装置は、半導体基板を配置可能なステージを備える。基板製造装置は、ステージに配置された半導体基板に所定パルス周期のパルスレーザを照射可能な照射部を備える。基板製造装置は、ステージと照射部との相対位置を制御可能な制御部を備える。照射部は、所定ピッチで直線上に並んでいる複数の集光点を生成することが可能である。制御部は、ステージと照射部との相対位置を、複数の集光点が並んでいる直線と並行に所定速度で移動させることが可能である。所定速度は、複数の集光点が所定パルス周期の1周期で移動する距離が所定ピッチと同一となる速度である。
本明細書の基板製造装置では、複数の集光点を、複数の集光点が並んでいる直線方向に移動させている。そして、複数の集光点が所定パルス周期の1周期で移動する距離が、所定ピッチと同一となっている。これにより、パルスレーザの複数の集光点を、同一の照射点に照射することができる。従って、複数の集光点によって複数回に分けて、エネルギを同一照射点に与えることができる。1回の照射で照射点にエネルギを与える場合に比して、与えるエネルギの総量を同等以上としながら、1回の照射当たりのレーザ出力を低減することができる。意図しないクラック等の発生を抑制することが可能となる。
照射部は複数のレーザ光源を備えていてもよい。複数のレーザ光源によって複数の集光点が生成されていてもよい。
複数の集光点のうちの一部の集光点のパルスエネルギが、他の集光点のパルスエネルギと異なっていてもよい。
複数の集光点のうち、制御部によって複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点のパルスエネルギが、進行方向の後側の集光点のパルスエネルギよりも小さくてもよい。
複数の集光点のうち、制御部によって複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点のパルスエネルギが、進行方向の後側の集光点のパルスエネルギよりも大きくてもよい。
複数の集光点のうちの一部の集光点のパルス幅が、他の集光点のパルス幅と異なっていてもよい。
複数の集光点のうち、制御部によって複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点のパルス幅が、進行方向の後側の集光点のパルス幅よりも小さくてもよい。
複数の集光点のうち、制御部によって複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点のパルス幅が、進行方向の後側の集光点のパルス幅よりも大きくてもよい。
複数の集光点のうちの一部の集光点の波長が、他の集光点の波長と異なっていてもよい。
複数の集光点のうち、制御部によって複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点の波長が、進行方向の後側の集光点の波長よりも大きくてもよい。
複数の集光点のうち、制御部によって複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点の波長が、進行方向の後側の集光点の波長よりも小さくてもよい。
複数の集光点によってステージ上の半導体基板に形成された改質領域を測定する測定部をさらに備えていてもよい。照射部は、測定部による測定結果に応じて、複数の集光点の数を制御してもよい。
測定部は、改質領域の大きさを測定可能であってもよい。照射部は、改質領域の大きさが小さいほど複数の集光点の数が多くなるように制御してもよい。
(基板製造装置1の構成)
図1に、基板製造装置1の概略構成図を示す。基板製造装置1は、ステージ駆動部11、ステージ12、照射部13、測定部14、制御部15、を備えている。ステージ駆動部11、照射部13、測定部14は、制御部15によって制御可能である。制御部15は例えば、PCである。ステージ12上には、加工対象であるインゴット30を配置可能である。
図1に、基板製造装置1の概略構成図を示す。基板製造装置1は、ステージ駆動部11、ステージ12、照射部13、測定部14、制御部15、を備えている。ステージ駆動部11、照射部13、測定部14は、制御部15によって制御可能である。制御部15は例えば、PCである。ステージ12上には、加工対象であるインゴット30を配置可能である。
照射部13は、ステージ12に配置されたインゴット30に、所定パルス周期のパルスレーザを照射可能な部位である。照射部13は、レーザ光源21、空間光変調器23、集光レンズ24、を備えている。レーザ光源21は、インゴット30に対して透過性を有するレーザ光を出力する装置である。本実施例では、発振周波数が50kHz(すなわちパルス周期が0.02ms)のパルスレーザを用いた。波長は532nmとした。
空間光変調器23は、レーザ光源21から出力されたパルスレーザPLの位相を変調する装置である。本実施例では、反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)による空間光変調器23を用いた。空間光変調器23により、光ビームパターンを自由に成形することができる。また空間光変調器23は、複数の集光点のうちの一部の集光点のパルスエネルギが、他の集光点のパルスエネルギと異なるように、パルスレーザPLの変調を行うことができる。本実施例では、後述する6つの集光点P1~P6が形成されるように、パルスレーザPLの変調が行われている。なお、集光点の数は自在に変更可能であり、6つに限られない。また、各集光点におけるパルスエネルギも、個別に設定可能である。
集光レンズ24は、空間光変調器23によって変調されたパルスレーザを集光する。これにより、集光レンズ24から集光距離FD離れた位置において、6つの集光点P1~P6を形成することができる。図2に、インゴット30の集光点P1~P6が位置する深さにおける断面図を示す。すなわち図2は、改質層L1が形成される面での断面図である。集光点P1~P6は、X方向に延びる直線LX上に並んでいる。集光点P1~P6は、所定ピッチPPで等間隔に並んでいる。本実施例では、所定ピッチPPは5μmである。また集光点P1~P6の各々のピーク出力は、0.025Wで同一である。
制御部15によってステージ駆動部11を制御することにより、ステージ12を、X、Y、Z方向に移動させることが可能である。すなわち制御部15は、ステージ駆動部11によって、ステージ12と照射部13との相対位置を制御可能である。測定部14は、インゴット30の内部に形成された多数の改質領域MAを測定する部位である。改質領域MAについては後述する。本実施例は、測定部14はカメラである。
(集光点の走査処理)
図3に示すように、制御部15によってステージ駆動部11を制御することにより、集光点P1~P6を走査線SL1~SL6上に走査させることができる。走査線SL1~SL6の各々では、ステージ12を-X方向へ移動させることにより、図2の集光点P1~P6を+X方向の進行方向TDへ移動させることができる。すなわち走査線SL1~SL6の各々では、集光点P1~P6が、集光点P1~P6が並んでいる直線LX上を移動する。
図3に示すように、制御部15によってステージ駆動部11を制御することにより、集光点P1~P6を走査線SL1~SL6上に走査させることができる。走査線SL1~SL6の各々では、ステージ12を-X方向へ移動させることにより、図2の集光点P1~P6を+X方向の進行方向TDへ移動させることができる。すなわち走査線SL1~SL6の各々では、集光点P1~P6が、集光点P1~P6が並んでいる直線LX上を移動する。
走査線SL1~SL6の走査は、所定速度で行われる。所定速度は、集光点P1~P6がパルスレーザの1周期(0.02ms)で移動する距離が、所定ピッチPP(5μm)と同一となる速度である。本実施例では、所定速度は、250mm/sとした。
図4を用いて説明する。図4(a)~(f)では、集光点P1~P6が進行方向TDへ移動する様子を、パルスレーザの1周期ごとに示している。ここで、ある1つの照射点IPに着目する。図4(a)では、集光点P1によって、照射点IPに1回目のパルスレーザの照射が行われる。1周期(0.02ms)の経過後の図4(b)では、集光点P2によって、照射点IPに2回目のパルスレーザの照射が行われる。以下同様にして、5周期(0.10ms)の経過後の図4(f)では、集光点P6によって、照射点IPに6回目のパルスレーザの照射が行われる。これにより、6個の集光点P1~P6によって6回に分けてエネルギを与えることで、照射点IPに改質領域MAを形成することが可能となる。すなわち、微小な改質領域MA(改質領域MAの種)を形成する種形成ステップと、形成された改質領域MAを拡大する拡大ステップと、に分けて改質領域MAを形成することができる。そして照射点IPを、走査線SL1~SL6上に所定ピッチPP(5μm)で並んだ状態で形成することができる。
前述したように、空間光変調器23によって、集光点P1~P6の各々におけるパルスエネルギは、個別に設定可能である。従って、様々なパルスエネルギ設定が可能である。例えば、集光点P1~P6のパルスエネルギを等しくしてもよい(第1のエネルギ設定)。進行方向TDの前側の集光点のパルスエネルギを、進行方向TDの後側の集光点のパルスエネルギよりも小さくしてもよい(第2のエネルギ設定)。進行方向TDの前側の集光点のパルスエネルギを、進行方向TDの後側の集光点のパルスエネルギよりも大きくしてもよい(第3のエネルギ設定)。ピーク出力[W]はパルスエネルギ[J]をパルス幅[s]で除して算出されるため、パルス幅が一定の場合には、パルスエネルギを大きくするほどピーク出力を大きくすることができる。第1のエネルギ設定では、複数の照射点IPの各々において、エネルギの積算量をリニアに増加させることができる。第2のエネルギ設定では、照射の前半ではエネルギ積算量を小さくし、後半で大きくすることができる。第3のエネルギ設定では、照射の前半ではエネルギ積算量を大きくし、後半で小さくすることができる。
なお、第2および第3のエネルギ設定では、パルスエネルギの変化する態様は様々であって良い。例えば、進行方向TDの前側に行くに従ってリニアにパルスエネルギが変化してもよいし、複数の集光点ごとにステップ状にパルスエネルギが変化してもよい。
(基板製造方法)
実施例1に係る基板製造方法を、図5のフローを用いて説明する。基板製造方法は、ステップS10の照射工程、ステップS30の分離工程、ステップS40の研磨工程、を備えている。
実施例1に係る基板製造方法を、図5のフローを用いて説明する。基板製造方法は、ステップS10の照射工程、ステップS30の分離工程、ステップS40の研磨工程、を備えている。
ステップS10の照射工程を説明する。照射工程は、インゴット内にN個(Nは1以上の自然数)の改質層を形成する工程である。図6に、照射工程によって改質層が形成されたインゴット30の一例を示す。図6は、インゴット30の上面図および側面図を示している。本実施例では、改質層の数が4個である場合を説明する。インゴット30は、窒化ガリウム(GaN)の単結晶で形成されている。GaN単結晶は無色である。インゴット30は、表面30sからの深さが各々異なる4個の改質層L1~L4が形成されている。4個の改質層L1~L4によって、インゴット30は、5個の基板層31~35に分断されている。
改質層は、多数の改質領域がX-Y平面内に存在している層である。改質領域は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が、初期状態のGaN結晶とは異なっている領域である。後述するように、改質領域は、パルスレーザの集光点により局所的に加熱されることで、GaNの窒素がガスとなり蒸発することで形成される領域である。改質領域にはガリウムが析出しており、黒色を有している。
ステップS10の照射工程は、ステップS11~S19を備えている。ステップS11において、K層目(Kは1以上N以下の自然数)の改質層LKを形成する深さに集光点Pが位置するように、ステージ12のZ方向高さを調整する。図1の例では、最下層の改質層L1は、表面30sから深さD1の位置に形成される改質層である。
ステップS12において、走査線を1本走査する(図3参照)。ステップS13において、全ての走査線の走査が完了したか否かが判断される。否定判断される場合(S13:NO)には、ステップS14へ進む。ステップS14において、予め定められた所定数の走査線(例:3本)が走査されたか否かが判断される。否定判断される場合(S14:NO)には、ステップS12へ戻り、次の走査が行われる。肯定判断される場合(S14:YES)には、ステップS15へ進み、改質領域の測定が行われる。これにより、所定数の走査が行われる度に、改質領域の測定を行うことができる。
ステップS15の測定は、測定部14を用いて行われる。例えば、カメラによって複数の改質領域MAを撮影し、制御部15で画像処理することで複数の改質領域の各々の大きさを求め、平均値を算出してもよい。
ステップS16において、改質領域MAの大きさが予め定められた許容範囲内であるか否かの判断が行われる。許容範囲内である場合には、改質領域MAが適切に形成されていると判断され、ステップS12へ戻る。そして次の走査が行われる。
一方、改質領域MAの大きさが許容範囲よりも小さい場合(S16:小さい)には、ステップS17へ進む。ステップS17では、空間光変調器23を調整することで、各集光点におけるパルスエネルギを変化させることなく、集光点の数を増加させる。そしてステップS12へ戻り、次の走査が行われる。これにより、次回以降の走査において、改質領域MAに与えられるエネルギの積算量を増加させることができるため、改質領域MAの大きさを拡大することが可能となる。
また、改質領域MAの大きさが許容範囲よりも大きい場合(S16:大きい)には、ステップS18へ進む。ステップS18では、空間光変調器23を調整することで、各集光点におけるパルスエネルギを変化させることなく、集光点の数を減少させる。そしてステップS12へ戻り、次の走査が行われる。これにより、次回以降の走査において、改質領域MAに与えられるエネルギの積算量を減少させることができるため、改質領域MAの大きさ縮小することが可能となる。
なお、集光点の増加数や減少数は、1つに限られない。例えば、測定された改質領域MAの大きさと許容範囲との差分値に応じて、2つ以上増減してもよい。
全ての走査線の走査が完了すると、ステップS13において終了判断され(S13:YES)、ステップS19へ進む。
ステップS19において、最上層の改質層が形成されたか否かを判断する。否定判断される場合(S19:NO)には、S20へ進み、K+1層目の改質層LK+1を形成する深さに集光点Pが移動するように、ステージ12を-Z方向へ移動させる。そしてS12へ戻り、次の改質層LK+1を形成する。これにより、改質層L1~L4が下から順番に1層ずつ形成されていく。すなわち、表面30sから最も深い位置にある改質層L1から、最も浅い位置にある改質層L4までを順番に1つずつ形成する。これにより、先に形成した改質層の存在によって、その後の改質層の形成が妨げられないようにすることができる。
そして最上層の改質層L4が形成された場合には、ステップS19において肯定判断(S19:YES)され、ステップS10の照射工程が終了し、ステップS30へ進む。
ステップS30の分離工程では、熱や応力をインゴット30に印加することにより、改質層L1~L4に多数形成されている改質領域MAから伸びるクラックを面内方向に進展させる。これにより、改質層L1~L4が形成されていた位置を境界として、インゴットの基板層31~35を互いに分離することができる。
ステップS40の研磨工程へ進み、分離された基板層31~35の各々について、表面および裏面を研磨する。これにより、ダメージ層を除去するとともに、平坦化することができる。研磨工程は、例えばCMP(化学的機械的研磨法)を用いて行われてもよい。
(効果)
分離により形成された基板表面の平坦度を高めるために、改質領域MAの巨大化が検討されている。レーザの1回照射により改質領域MAを形成するような従来技術では、改質領域MAの巨大化のためには、レーザ出力を高める(与えるエネルギを大きくする)必要がある。しかし1回の照射で与えるエネルギを大きくすると、ガリウムの大量析出や、析出位置の上昇などが発生しやすくなる。これは、クラックの発生や、基板表面の平坦度の悪化の原因となってしまう。本明細書の基板製造装置では、図4で説明したように、複数の集光点によって複数回の照射に分けて、エネルギを与えることができる。1回の照射でエネルギを与える場合に比して、与えるエネルギの総量を同等以上としながら、1回の照射当たりのエネルギを低減することができる。従って、複数の集光点の各々のエネルギを、ガリウム大量析出が発生しない程度に低減することができる。そして、複数の集光点によって同一地点に繰り返しエネルギを与えることで、改質領域MAを徐々に形成することができる。ガリウムの大量析出や析出位置の上昇などを抑制しながら、改質領域MAを巨大化することが可能となる。
分離により形成された基板表面の平坦度を高めるために、改質領域MAの巨大化が検討されている。レーザの1回照射により改質領域MAを形成するような従来技術では、改質領域MAの巨大化のためには、レーザ出力を高める(与えるエネルギを大きくする)必要がある。しかし1回の照射で与えるエネルギを大きくすると、ガリウムの大量析出や、析出位置の上昇などが発生しやすくなる。これは、クラックの発生や、基板表面の平坦度の悪化の原因となってしまう。本明細書の基板製造装置では、図4で説明したように、複数の集光点によって複数回の照射に分けて、エネルギを与えることができる。1回の照射でエネルギを与える場合に比して、与えるエネルギの総量を同等以上としながら、1回の照射当たりのエネルギを低減することができる。従って、複数の集光点の各々のエネルギを、ガリウム大量析出が発生しない程度に低減することができる。そして、複数の集光点によって同一地点に繰り返しエネルギを与えることで、改質領域MAを徐々に形成することができる。ガリウムの大量析出や析出位置の上昇などを抑制しながら、改質領域MAを巨大化することが可能となる。
従来技術においても、パルスレーザを同一の照射点に所定回数照射したら、次の照射点に移動させる、というテーブルの制御を行えば、複数回の照射によって改質領域MAを形成することができる。しかし一般的には、そのようなテーブルの位置制御は困難である。例えば本実施例のように、パルス周期が0.02ms、照射点間のピッチが5μm、1つの照射点あたり6回のパルスレーザを照射する場合を考える。この場合、0.1ms経過するごとに、5μm移動するようにテーブルを繰り返し制御する必要がある。また移動時間は0.02msである。このような位置制御は困難であるとともに、振動や位置ずれも発生してしまう。一方、本明細書の基板製造装置では、テーブルは一定速度で移動させればよい。テーブルを一定速度に制御することは、前述したような繰り返し制御に比して、十分に位置精度を高めることができる。従って、同一照射点への複数回のレーザ照射を、高精度に行うことが可能となる。
複数回のレーザ照射に分けてGaNにエネルギを与える場合には、前述したように、微小な改質領域MA(改質領域MAの種)を形成する種形成ステップと、形成された改質領域MAを拡大する拡大ステップと、に分けて加工することができる。また、1回のレーザ照射で与えられるエネルギが、あるエネルギ閾値を超えると、ガリウムの大量析出や析出位置の上昇などが発生しやすくなる場合がある。そして、エネルギ閾値が、種形成ステップと拡大ステップとの両方において同等である場合が存在する。この場合、集光点P1~P6のパルスエネルギを等しくすればよい(第1のエネルギ設定)。これにより、6回に分けて与えられるエネルギの各々を等しくすることができる。ガリウムの大量析出等を抑制することが可能となる。また、エネルギ閾値が、種形成ステップよりも拡大ステップの方が高い場合も存在する。例えば、改質領域MAの種を形成するまでは不安定な状態であるが、改質領域MAの種が形成されてしまえば変化が安定する場合である。この場合、進行方向TDの前側の集光点のパルスエネルギを、進行方向TDの後側の集光点のパルスエネルギよりも小さくすればよい(第2のエネルギ設定)。これにより、前半の種形成ステップよりも後半の拡大ステップにおいて、ピーク出力を大きくすることができる。効率よく改質領域MAを拡大することが可能となる。また、エネルギ閾値が、拡大ステップよりも種形成ステップの方が高い場合も存在する。例えば、改質領域MAの拡大よりも、改質領域MAの種を形成する方が高いエネルギを必要とする場合である。この場合、進行方向TDの前側の集光点のパルスエネルギを、進行方向TDの後側の集光点のパルスエネルギよりも大きくすればよい(第3のエネルギ設定)。これにより、後半の拡大ステップよりも前半の種形成ステップにおいて、ピーク出力を大きくすることができる。効率よく改質領域MAの種を形成することが可能となる。
本明細書の基板製造装置では、1つの改質層の形成中に、改質領域MAの大きさを測定することができる(図5、ステップS15)。そして、改質領域MAの大きさが許容範囲よりも小さい場合には、集光点の数を増加させることで、改質領域MAに与えられるエネルギの積算量を増加させることができる(ステップS17)。一方、改質領域MAの大きさが許容範囲よりも大きい場合には、集光点の数を減少させることで、改質領域MAに与えられるエネルギの積算量を減少させることができる(ステップS18)。in-situのフィードバック制御により、適切な大きさの改質領域MAを形成することが可能となる。
実施例2の基板製造装置1a(図7)は、実施例1の基板製造装置1(図1)に比して、複数のレーザ光源21aおよび22aを備えている点が異なっている。実施例1の基板製造装置1と共通する部位には同一の符号を付すことで、説明を省略する。
照射部13aはレーザ光源21aおよび22aを備えている。レーザ光源21aから出力されるパルスレーザPL1を変調することによって、集光点P1~P3が形成されている。レーザ光源22aから出力されるパルスレーザPL2を変調することによって、集光点P4~P6が形成されている。パルスレーザPL1とパルスレーザPL2とは、発振周波数および波長は同一であるが、パルス幅が異なっている。従って、集光点P1~P3と集光点P4~P6とは、パルス幅が異なっている。また空間光変調器23は、集光点P1~P6の各々のパルスエネルギが同一となるように、パルスレーザPL1およびPL2を変調している。
パルス幅は様々に設定することが可能である。例えば、集光点P1~P6のパルス幅を等しくしてもよい(第1のパルス幅設定)。進行方向TDの前側の集光点P1~P3のパルス幅を、後側の集光点P4~P6のパルス幅よりも小さくしてもよい(第2のパルス幅設定)。集光点P1~P3のパルス幅を、集光点P4~P6のパルス幅よりも大きくしてもよい(第3のパルス幅設定)。ピーク出力[W]はパルスエネルギ[J]をパルス幅[s]で除して算出されるため、パルスエネルギが一定の場合には、パルス幅を小さくするほどピーク出力を大きくすることができる。
(効果)
前述したように、1回のレーザ照射で与えられるエネルギがエネルギ閾値を超えると、ガリウムの大量析出などが発生しやすくなる。そして、エネルギ閾値が、種形成ステップと拡大ステップとの両方において同等である場合が存在する。この場合、集光点P1~P6のパルス幅を等しくすればよい(第1のパルス幅設定)。これにより、6回に分けて与えられるエネルギの各々を等しくすることができる。
前述したように、1回のレーザ照射で与えられるエネルギがエネルギ閾値を超えると、ガリウムの大量析出などが発生しやすくなる。そして、エネルギ閾値が、種形成ステップと拡大ステップとの両方において同等である場合が存在する。この場合、集光点P1~P6のパルス幅を等しくすればよい(第1のパルス幅設定)。これにより、6回に分けて与えられるエネルギの各々を等しくすることができる。
また、エネルギ閾値が、拡大ステップよりも種形成ステップの方が高い場合も存在する。この場合、進行方向TDの前側の集光点P1~P3のパルス幅を、後側の集光点P4~P6のパルス幅よりも小さくすればよい(第2のパルス幅設定)。これにより、後半の拡大ステップよりも前半の種形成ステップにおいて、ピーク出力を大きくすることができる。効率よく改質領域MAの種を形成することが可能となる。
また、エネルギ閾値が、種形成ステップよりも拡大ステップの方が高い場合も存在する。この場合、前側の集光点P1~P3のパルス幅を後側のP4~P6のパルス幅よりも大きくすればよい(第3のパルス幅設定)。これにより、前半の種形成ステップよりも後半の拡大ステップにおいて、ピーク出力を大きくすることができる。効率よく改質領域MAを拡大することが可能となる。
パルスレーザを同一の照射点に所定回数照射する際に、パルス幅を変化させることは、困難である。例えば本実施例のように、パルス周期が0.02ms、1つの照射点あたり6回のパルスレーザを照射する場合を考える。この場合、0.1msの周期でパルス幅を変化させる必要があるが、このような制御をレーザ光源に行うことは難しい。一方、本実施例の基板製造装置1aでは、パルス幅の異なる複数のレーザ光源を備えればよい。これにより、互いに異なるパルス幅を備えた複数の集光点を、同一照射点に照射することが可能となる。
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
(変形例)
実施例2において、レーザ光源21aと22aとでパルス幅を異ならせる場合を説明したが、この形態に限られず、様々なパラメータを異ならせてもよい。例えば、レーザ光源21aと22aとで、波長を異ならせてもよい。波長を異ならせることにより、GaNの吸収係数を異ならせることが可能となる。なお、GaNは362nmよりも短波長のレーザを吸収するため、この波長よりも長い波長とする必要がある。波長は様々に設定することが可能である。例えば、集光点P1~P6の波長を等しくしてもよい(第1の波長設定)。進行方向TDの前側の集光点P1~P3の波長を、後側の集光点P4~P6の波長よりも大きくしてもよい(第2の波長設定)。集光点P1~P3の波長を、集光点P4~P6の波長よりも小さくしてもよい(第3の波長設定)。なお、何れの波長設定を用いるかについては、波長に対するGaNの吸収係数の変化に応じて、適宜に定めることができる。
実施例2において、レーザ光源21aと22aとでパルス幅を異ならせる場合を説明したが、この形態に限られず、様々なパラメータを異ならせてもよい。例えば、レーザ光源21aと22aとで、波長を異ならせてもよい。波長を異ならせることにより、GaNの吸収係数を異ならせることが可能となる。なお、GaNは362nmよりも短波長のレーザを吸収するため、この波長よりも長い波長とする必要がある。波長は様々に設定することが可能である。例えば、集光点P1~P6の波長を等しくしてもよい(第1の波長設定)。進行方向TDの前側の集光点P1~P3の波長を、後側の集光点P4~P6の波長よりも大きくしてもよい(第2の波長設定)。集光点P1~P3の波長を、集光点P4~P6の波長よりも小さくしてもよい(第3の波長設定)。なお、何れの波長設定を用いるかについては、波長に対するGaNの吸収係数の変化に応じて、適宜に定めることができる。
本明細書では、複数の集光点の中で、パルスエネルギ、パルス幅、波長の何れか1つを異ならせる場合を説明したが、この形態に限られない。パルスエネルギ、パルス幅、波長のうちの2つ以上を異ならせてもよい。例えば、集光点P1~P3のパルスエネルギを集光点P4~P6のパルスエネルギよりも小さくするとともに、集光点P1~P3のパルス幅を集光点P4~P6のパルス幅よりも大きくしてもよい。これにより、前半の種形成ステップよりも後半の拡大ステップにおいて、ピーク出力を大きくすることができる。
また、複数の集光点の中で異ならせるパラメータは、パルスエネルギ、パルス幅、波長に限られず、様々であってよい。例えば、パルス波形を異ならせてもよい。
本明細書に記載の技術は、窒化ガリウム(GaN)に限らず、様々な化合物半導体の基板形成に適用することが可能である。例えば、窒化アルミニウム(AlN)や窒化インジウム(InN)など、他の種類の窒化物半導体の基板の形成に適用することができる。
本明細書に記載した以下の数値は例示であり、この値に限定されない。すなわち、図3の走査線SL1~SL6の本数は一例である。図6における改質層や基板層の数は、一例である。パルスレーザの周期、所定ピッチPP、ピーク出力の値は、一例である。実施例2の基板製造装置1a(図7)において、レーザ光源の数は2つに限られず、3つ以上であってもよい。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
1、1a:基板製造装置 11:ステージ駆動部 12:ステージ 13:照射部 14:測定部 15:制御部 21:レーザ光源 23:空間光変調器 24:集光レンズ 30:インゴット MA:改質領域 P1~P6:集光点 PP:所定ピッチ
Claims (13)
- 半導体基板を配置可能なステージと、
前記ステージに配置された前記半導体基板に所定パルス周期のパルスレーザを照射可能な照射部と、
前記ステージと前記照射部との相対位置を制御可能な制御部と、
を備える基板製造装置であって、
前記照射部は、所定ピッチで直線上に並んでいる複数の集光点を生成することが可能であり、
前記制御部は、前記ステージと前記照射部との相対位置を、前記複数の集光点が並んでいる直線と並行に所定速度で移動させることが可能であり、
前記所定速度は、前記複数の集光点が前記所定パルス周期の1周期で移動する距離が前記所定ピッチと同一となる速度である、基板製造装置。 - 前記照射部は複数のレーザ光源を備えており、
前記複数のレーザ光源によって前記複数の集光点が生成されている、請求項1に記載の基板製造装置。 - 前記複数の集光点のうちの一部の集光点のパルスエネルギが、他の集光点のパルスエネルギと異なっている、請求項1または2に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点のうち、前記制御部によって前記複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点のパルスエネルギが、進行方向の後側の集光点のパルスエネルギよりも小さい、請求項3に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点のうち、前記制御部によって前記複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点のパルスエネルギが、進行方向の後側の集光点のパルスエネルギよりも大きい、請求項3に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点のうちの一部の集光点のパルス幅が、他の集光点のパルス幅と異なっている、請求項1~5の何れか1項に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点のうち、前記制御部によって前記複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点のパルス幅が、進行方向の後側の集光点のパルス幅よりも小さい、請求項6に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点のうち、前記制御部によって前記複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点のパルス幅が、進行方向の後側の集光点のパルス幅よりも大きい、請求項6に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点のうちの一部の集光点の波長が、他の集光点の波長と異なっている、請求項1~8の何れか1項に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点のうち、前記制御部によって前記複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点の波長が、進行方向の後側の集光点の波長よりも大きい、請求項9に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点のうち、前記制御部によって前記複数の集光点が移動する進行方向の前側の集光点の波長が、進行方向の後側の集光点の波長よりも小さい、請求項9に記載の基板製造装置。
- 前記複数の集光点によって前記ステージ上の前記半導体基板に形成された改質領域を測定する測定部をさらに備え、
前記照射部は、前記測定部による測定結果に応じて、前記複数の集光点の数を制御する、請求項1~11の何れか1項に記載の基板製造装置。 - 前記測定部は、前記改質領域の大きさを測定可能であり、
前記照射部は、前記改質領域の大きさが小さいほど前記複数の集光点の数が多くなるように制御する、請求項12に記載の基板製造装置。
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