JP6390898B2 - 基板の製造方法、加工対象物の切断方法、及び、レーザ加工装置 - Google Patents

基板の製造方法、加工対象物の切断方法、及び、レーザ加工装置 Download PDF

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Description

本発明は、基板の製造方法、加工対象物の切断方法、及び、レーザ加工装置に関する。
従来、半導体デバイス等の基材として、半導体基板が広く用いられている。かかる半導体基板は、半導体のインゴットを薄く切断することにより製造される。半導体基板を製造する方法としては、例えば、まず、所望の半導体材料を用いてインゴットを製造する。次に、切断装置を用いて、インゴットを切断することにより、半導体基板を得る。次に、こうして得られた半導体基板の両面を例えば研磨等により平坦化する。こうして、所望の厚さの半導体基板が得られる、という方法が知られている。
このような切断装置としては、例えばワイヤーソーを用いた切断装置が提案されている（特許文献１）。
また、加工対象物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、切断予定面に沿って改質領域を生成し、当該切断予定面に沿って加工対象物を切断技術も提案されている（特許文献２）。
なお、インゴットの切断とは無関係であるが、基板上にリフトオフ層を介して半導体層を形成し、この後、リフトオフ層を溶解除去することが提案されている（引用文献３）。
また、基板にイオン注入を行うことにより脆化面を形成し、脆化面上の薄層を基板から分離することも提案されている（引用文献４）。
特許第５４４１０５７号公報 特開２０１３−４９１６１号公報 特許第４９４０３５９号公報 特許第４９７１２６６号公報
しかしながら、引用文献１に記載された技術では、切断に長時間を要してしまう。また、引用文献４に記載された技術では、イオンを注入できないような深い箇所において分離を行うことはできない。また、特許文献２に記載された技術では、改質領域が深さ方向にばらついてしまうため、切断予定面に沿って高精度に切断することは困難である。
そこで、本発明の目的は、迅速且つ高精度に所望の箇所で加工対象物を切断し得る加工対象物の切断方法、その切断方法を用いた基板の製造方法、及び、レーザ加工装置を提供することにある。
実施形態の一観点によれば、加工対象物の第１の部分と前記加工対象物の第２の部分との界面又は前記界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射することにより、前記界面に沿うようにクラックを形成するクラック形成工程と、前記クラックにおいて前記加工対象物を分離する分離工程とを、有する基板の製造方法において、前記加工対象物は、ＳｉＣであり、前記第１の部分の不純物濃度と前記第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっており、前記第２の部分の多光子吸収係数は、前記第１の部分の多光子吸収係数よりも低く、前記超短パルスレーザ光は、フェムト秒レーザ光であり、前記集光点は、前記界面に対して下方に位置させる、基板の製造方法が提供される。
実施形態の他の観点によれば、加工対象物の第１の部分と前記加工対象物の第２の部分との界面又は前記界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射することにより、前記界面に沿うようにクラックを形成するクラック形成工程と、前記クラックにおいて前記加工対象物を分離する分離工程と、を有する加工対象物の切断方法において、前記加工対象物は、ＳｉＣであり、前記第１の部分の不純物濃度と前記第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっており、前記第２の部分の多光子吸収係数は、前記第１の部分の多光子吸収係数よりも低く、前記超短パルスレーザ光は、フェムト秒レーザ光であり、前記集光点は、前記界面に対して下方に位置させる、加工対象物の切断方法が提供される。
実施形態の更に他の観点によれば、超短パルスレーザ光を発する光源と、加工対象物の第１の部分と前記加工対象物の第２の部分との界面又は前記界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射することにより、前記界面に沿うようにクラックを形成する制御部とを有し、前記第１の部分の不純物濃度と前記第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっている、又は、前記第１の部分の材料と前記第２の部分の材料とは互いに異なっている、レーザ加工装置が提供される。
本発明によれば、加工対象物の第１の部分と加工対象物の第２の部分との界面又は当該界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射する。第１の部分の不純物濃度と第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっている、又は、第１の部分の材料と第２の部分の材料とは互いに異なっている。このため、当該界面に沿ってクラックを正確に形成することができる。そして、当該クラックにおいて加工対象物を容易に切断することができる。このように、本実施形態によれば、クラックを形成することにより、迅速且つ高精度に所望の箇所で加工対象物を切断し得る加工対象物の切断方法等を提供することができる。
レーザ加工装置の一例を示す概略図である。 レーザ光源から発せられるレーザ光の波形を概念的に示すタイムチャートである。 第１実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法を示す工程図である。 レーザ光の集光点を示す側面図である。 集光点におけるレーザ光の断面形状の例を示す図である。 多光子吸収係数を示すグラフである。 クラックが形成された加工対象物の断面の走査型電子顕微鏡像を示す図である。 第１実施形態による加工対象物のバリエーションを示す図である。 第２実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法を示す工程図である。 第２実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法を示す工程図である。 第２実施形態による加工対象物のバリエーション（その１）を示す図である。 第２実施形態による加工対象物のバリエーション（その２）を示す図である。 第３実施形態による加工対象物の切断方法及び半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第３実施形態による加工対象物の切断方法及び半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第３実施形態による加工対象物のバリエーションを示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は以下で説明する実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による加工対象物の切断方法、基板の製造方法、及び、レーザ加工装置について図面を用いて説明する。
（レーザ加工装置）
まず、本実施形態によるレーザ加工装置について説明する。図１は、レーザ加工装置の一例を示す概略図である。図１において、各構成要素間の接続は実線で示されており、レーザ光Ａの光路は破線で示されている。
本実施形態によるレーザ加工装置２は、予め所定の界面５０が形成された加工対象物１６の当該界面５０又は当該界面５０の近傍にレーザビームを照射することにより、当該界面５０に沿うようにクラック５３（図４（ｂ）参照）を成長させるものである。クラック５３は、当該界面５０又は当該界面５０の近傍において、当該界面５０に沿うように形成される。クラック５３が形成された加工対象物１６は、当該クラック５３において分離することが可能である。加工対象物１６に予め形成される界面５０は、例えば、不純物濃度が互いに異なっている第１の部分４６と第２の部分４８との界面５０とする。なお、加工対象物１６に予め形成される界面５０は、不純物濃度が互いに異なっている第１の部分４６と第２の部分４８との界面に限定されるものではない。例えば、材料が互いに異なっている第１の部分７０と第２の部分７２との界面７８であってもよい（図１６（ａ）参照）。なお、本明細書中において、材料が異なっているとは、組成が異なっていることも含むものとする。
本実施形態によるレーザ加工装置２は、レーザ光Ａを発するレーザ光源１０と、本実施形態によるレーザ加工装置全体の制御を司る制御部１４とを有している。また、本実施形態によるレーザ加工装置２は、切断の対象となる加工対象物（被加工物、被処理物、物体、部材、物品、インゴット）１６が載置されるステージ１８を更に有している。
本実施形態によるレーザ加工装置２は、例えば、基板等の製品を製造する製造装置に備えられている。なお、ここでは、基板を製造する場合を例に説明するが、基板の製造に限定されるものではない。本実施形態によるレーザ加工装置２は、様々な加工対象物１６を切断することができ、これにより様々な物品を製造することが可能である。
制御部１４は、種々の演算、制御、判別等の処理を実行するＣＰＵ（図示せず）を有している。また、制御部１４は、ＣＰＵによって実行される様々な制御プログラム等を格納するＲＯＭ（図示せず）等を有している。また、制御部１４は、ＣＰＵが処理中のデータや入力データ等を一時的に格納するＲＡＭ（図示せず）等を有している。
制御部１４には、所定の指令やデータなどをユーザが入力するための入力操作部３８が接続されている。かかる入力操作部３８としては、例えばキーボードや各種スイッチ等が用いられる。
制御部１４には、種々の表示を行うための表示部４０が接続されている。表示部４０には、例えば、本実施形態によるレーザ加工装置２の動作状態、ステージ１８の状態、ＣＣＤカメラ４２により取得された画像等が表示される。表示部４０としては、例えば液晶ディスプレイ等が用いられる。
レーザ光源１０は、レーザ光（レーザビーム）Ａを発するものである。ここでは、レーザ光Ａとして、超短パルスレーザを用いる。超短パルスレーザ光としては、例えばフェムト秒レーザ光が用いられている。フェムト秒レーザ光とは、一般的には、パルス幅がフェムト秒（ｆｓ：１０−１５秒）オーダーのパルスレーザ光、即ち、パルス幅が１ｆｓ以上、１ｐｓ未満のパルスレーザ光のことである。レーザ光源１０からは、例えば、パルス幅がフェムト秒のオーダーのパルスレーザビームが出射される。本実施形態では、レーザ光源１０として、例えば、中心波長１．０５μｍ程度、パルス幅５００ｆｓ程度のレーザ発振器が用いられている。本実施形態において超短パルスレーザ光を用いるのは、超短パルスレーザ光は、熱溶融を起こすことなく精密微細加工を実現し得るためである。
なお、ここでは、レーザ光Ａのパルス幅を５００ｆｓ程度とする場合を例に説明したが、レーザ光Ａのパルス幅は５００ｆｓ程度に限定されるものではない。また、レーザ光Ａのパルス幅は、フェムト秒のオーダーに限定されるものではなく、ピコ秒のオーダーであってもよい。本願の明細書及び特許請求の範囲において、超短パルスレーザ光とは、パルス幅がフェムト秒であるレーザ光に限定されるものではなく、パルス幅が数十ピコ秒以下であるピコ秒レーザ光をも含むものとする。また、本願の明細書及び特許請求の範囲において、フェムト秒レーザ光とは、パルス幅がフェムト秒であるレーザ光に限定されるものではなく、パルス幅が数十ピコ秒以下であるピコ秒レーザ光をも含むものとする。
また、レーザ光源から発せられるレーザ光Ａの中心波長も、１．０５μｍ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
レーザ光Ａを発するレーザ光源１０の出力パワーは、例えば１Ｗ程度とする。なお、レーザ光Ａを発するレーザ光源１２の出力パワーは、１Ｗ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
レーザ光源１０は、制御部１４により制御される。レーザ光源１０から出射されるレーザ光Ａのパルス幅は、ユーザが入力操作部３８を介して適宜設定し得る。なお、ユーザにより入力された各種の設定情報等は、制御部１４に設けられた記憶部（図示せず）内に適宜記憶される。制御部１４は、加工対象物１６に形成された界面４０又は界面４０の近傍にレーザ光Ａが照射されるように、レーザ光源１０を制御する。レーザ光源１０から出射されるレーザ光Ａの照射は、ユーザが入力操作部３８を介して適宜設定し得る。制御部１４は、予め設定された繰り返し周波数でレーザ光源１０からレーザ光Ａのパルスを出射させる。
図２は、レーザ光源から発せられるレーザ光Ａの波形を概念的に示すタイムチャートである。図２に示すように、所定の繰り返し周期Ｔでレーザ光Ａのパルスが出射される。レーザ光Ａのパルスの繰り返し周波数は、例えば１００ｋＭＨｚ〜１ＭＨｚ程度とする。レーザ光Ａのパルスの繰り返し周波数は、ユーザが入力操作部３８を介して適宜設定し得る。なお、レーザ光Ａのパルスの繰り返し周波数は、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
レーザ光Ａを発するレーザ光源１０の後段には、レーザ光Ａのビーム径を調整するためのビームエキスパンダ１２が設けられている。ビームエキスパンダ１２の後段には、レーザ光Ａの偏光方向を制御する１／２波長板２０が設けられている。１／２波長板２０の後段には、レーザ光Ａの出力を調整する偏向ビームスプリッタ２２が設けられている。１／２波長板２０は、回転させることによりレーザ光Ａの偏向方向を変更することができる光学素子である。偏光ビームスプリッタ２２は、入射光の偏向成分を分岐することができる光学素子である。１／２波長板２０を回転することによりレーザ光Ａの偏光方向を変更すると、偏光ビームスプリッタ２２において分岐される偏向成分の割合が変化する。１／２波長板２０の回転角を適宜調整することにより、偏向ビームスプリッタ２２から出射されるレーザ光Ａのパワーを適宜調整することができる。１／２波長板２０と偏向ビームスプリッタ２２とが相俟って出力減衰器２４が構成されている。このように、レーザ光源１０から出射されるレーザ光Ａのレーザ強度は、出力減衰器２４により調整し得るようになっている。レーザ光Ａのレーザ強度は、ユーザが入力操作部３８を介して適宜設定し得る。
出力減衰器２４により調整されたレーザ光Ａのパルスエネルギー（レーザ強度）、即ち、加工対象物１６に照射されるレーザ光Ａのパルスエネルギーは、加工対象物１６にクラック５３を生じさせるのに必要なパルスエネルギーより高く設定することが好ましい。加工対象物１６に照射されるレーザ光Ａのパルスエネルギーが過度に小さい場合には、加工対象物１６に十分なクラック５３を成長し得ないためである。但し、レーザ光Ａを１回照射した段階で十分なクラック５３が加工対象物１６に生じなくてもよい。レーザ光Ａの照射を複数回行った段階で、加工対象物１６にクラック５３が生じるようにしてもよい。即ち、レーザ光Ａの照射を繰り返し行うことにより、加工対象物１６にクラック５３を成長させてもよい。ここでは、加工対象物１６に照射されるレーザ光Ａのパルスエネルギーを、例えば１〜１００μＪ／ｐｕｌｓｅ程度とする。なお、加工対象物１６に照射されるレーザ光Ａのパルスエネルギーは、１〜１００μＪ／ｐｕｌｓｅ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
なお、ここでは、１／２波長板２０と偏光ビームスプリッタ２２とにより構成される出力減衰器２４を用いてレーザ光Ａの強度を調整する場合を例に説明したが、レーザ光Ａの強度を調整する手段はこれに限定されるものではない。任意の調整手段を用いてレーザ光Ａの強度を適宜調整し得る。
出力減衰器２４の後段には、レーザ光Ａのビーム径を調整するためのビームエキスパンダ２６が設けられている。ビームエキスパンダ２６の後段には、ミラー３０が配されている。ミラー３０に導入されるレーザ光Ａは、ミラー３０により反射されて、レンズ（対物レンズ）３２に導入されるようになっている。レンズの開口数（ＮＡ）は、例えば０．５以上とすることが好ましい。レーザ光Ａの集光点（焦点、ビームウエスト）５５（図６参照）におけるビーム径は、例えば２μｍ程度とする。なお、レーザ光Ａの集光点５５におけるビーム径は、２μｍ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
レンズ３２の下方には、ステージ１８が位置している。ステージ１８上には、切断の対象となる加工対象物１６が載置される。ステージ１８には、ステージ１８を駆動するためのステージ駆動部３６が接続されている。制御部１４は、ステージ駆動部３６を介してステージ１８を駆動する。ステージ１８としては、例えばＸＹＺθ軸ステージを用いることができる。なお、ステージ１８は、ＸＹＺθ軸ステージや回転ステージに限定されるものではなく、ＸＹ軸ステージ、ＸＹＺ軸ステージ等を用いることも可能である。なお、ステージ１８上に配される加工対象物１６の周囲の雰囲気は、例えば大気（空気）とする。
ステージ１８の上方には、ＣＣＤカメラ４２が設けられている。ＣＣＤカメラ４２により取得される画像は、制御部１４に入力されるようになっている。制御部１４は、ＣＣＤカメラ４２により取得される画像を用いて、加工対象物１６の位置決め等を行う。
加工対象物１６に対するレーザ光Ａの走査を開始する前には、加工対象物１６の位置が所定の位置に設定される。制御部１４は、ステージ制御部３６を介してステージ１８を適宜制御し、レーザ光Ａの走査が可能な範囲内に加工対象物１６を位置させる。
レーザ光Ａの照射方向、即ち、加工対象物１６に入射されるレーザ光Ａの光軸（進行方向）は、加工対象物１６に予め形成された界面５０の面内方向に交差する方向、より具体的には、当該界面５０の法線方向とする。一方、レーザ光Ａの走査方向、即ち、レーザ光Ａの集光点５５が移動する方向は、加工対象物１６に予め形成された界面５０の面内方向とする。
加工対象物１６に対するレーザ光Ａの走査は、ステージ駆動部３６を介してステージ１８を移動させることにより行われる。ステージ制御部３６に対する制御は、例えば制御部１４により行われる。レーザ光Ａの走査速度は、ユーザが入力操作部３８を介して適宜設定し得る。レーザ光Ａの走査速度は、レーザ光Ａのパルスの繰り返し周波数が例えば１ＭＨｚ程度の場合には、例えば１ｍ／ｓ程度とする。なお、レーザ光Ａの走査速度は１ｍ／ｓ程度に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
集光点５５におけるレーザビームの断面形状６６ａは、例えば円形とする。なお、集光点５５におけるレーザビームの断面形状は円形に限定されるものではない。例えば、集光点５５におけるレーザビームの断面形状が楕円形であってもよい。
レーザ光Ａの集光点５５は、例えば、加工対象物１６に予め形成された界面５０とする。ステージ１８の上面の法線方向にステージ１８を上下させることにより、所望の部位にレーザ光Ａの集光点５５を設定することが可能である。
なお、レーザ光Ａの集光点５５は、加工対象物１６に予め形成された界面５０と一致していなくてもよい。例えば、加工対象物１６に予め形成された界面５０に対して若干上方又は若干下方にレーザ光Ａの集光点５５を位置させてもよい。加工対象物１６に予め形成された界面５０に対してレーザ光Ａの集光点５５が若干ずれていたとしても、界面５０に沿ってクラックを成長させることは可能である。
また、加工対象物１６に予め形成された界面５０に対して、レーザ光Ａの集光点５５を敢えて若干上方又は若干下方に設定した方が、クラック５３を生じさせやすい場合もある。図６（ａ）は、レーザ光Ａの集光点５５を界面５０に位置させた場合を示す断面図である。図６（ｂ）は、レーザ光Ａの集光点５５を界面５０に対して上方に位置させた場合を示す断面図である。図６（ｃ）は、レーザ光Ａの集光点５５を界面５０に対して下方に位置させた場合を示す断面図である。即ち、レーザ光Ａの集光点５５を深さ方向にずらすと、即ち、レーザ光Ａの集光点５５を界面５０の法線方向に界面５０からずらすと、界面５０におけるレーザ光Ａの断面積は集光点５５におけるレーザ光Ａの断面積より大きくなる。界面５０におけるレーザ光Ａの断面積を大きくすることは、既に行われた走査において生成されたクラック５３と、当該クラック５３の形成の後に走査されるレーザ光Ａとの距離を小さくすることに寄与する。既に形成されたクラック５３と、当該クラック５３の形成の後に走査されるレーザ光Ａとの距離が小さくなれば、当該レーザ光Ａの走査により生成されるクラック５３が既に形成されたクラック５３とつながりやすくなる。従って、レーザ光Ａの集光点５５を敢えて界面５０の上方又は下方に位置させることは、クラック５３を界面５０に沿うように効果的に形成することに寄与する。このような理由により、加工対象物１６に予め形成された界面５０に対して、レーザ光Ａの集光点５５を敢えて若干上方又は若干下方に設定した方が、クラック５３を生じさせやすい場合がある。
但し、レーザ光Ａの集光点５５を深さ方向に過度にずらすと、クラック５３を生じさせるような反応が界面５０近傍において生じ得ず、クラック５３の形成が困難となる。このため、レーザ光Ａの集光点５５を過度に深さ方向（レーザ光Ａの光軸方向）にずらすことは避けることが好ましい。このため、レーザ光Ａの集光点５５を、界面５０ではなく、界面５０の近傍に設定する場合には、クラック５３を生じさせることが可能な範囲内にレーザ光Ａの集光点５５を設定することが好ましい。従って、本明細書において、界面の近傍に集光点５５を位置させる際における「界面の近傍」とは、界面に沿ってクラックを生じさせることが可能な範囲内を意味する。クラック５３を確実に形成するためには、深さ方向におけるレーザ光Ａの集光点５５と界面５０との間の距離は、例えば３０μｍ以下とすることが好ましい。
また、界面５０におけるレーザ光Ａの断面形状を楕円形に設定することが好ましい。この際、レーザ光Ａの走査方向と楕円形の長軸方向とは交差させる。より好ましくは、レーザ光Ａの走査方向と楕円形の長軸方向とは直交させる。図７（ａ）は、界面５０におけるレーザ光Ａの断面形状６６ａを円形に設定した場合のレーザ光Ａの走査の軌跡の例を示す平面図である。図７（ｂ）は、界面５０におけるレーザ光Ａの断面形状６６ｂを楕円形に設定した場合のレーザ光Ａの走査の軌跡の例を示す平面図である。なお、図７においては、レーザ光Ａの軌跡が互いにオーバーラップしている場合を例に説明するが、レーザ光Ａの軌跡が互いにオーバーラップしていない場合も同様である。即ち、レーザ光Ａの断面形状を楕円形にすると、既に行われた走査において生成されたクラック５３と、当該クラック５３の形成の後に走査されるレーザ光Ａとの距離が小さくなる。既に形成されたクラック５３と、当該クラック５３の形成の後に走査されるレーザ光Ａとの距離が小さくなれば、当該レーザ光Ａの照射により生成されるクラック５３が既に形成されたクラック５３とつながりやすくなる。従って、レーザ光Ａの断面形状を楕円形に設定することは、クラック５３を界面５０に沿うように効果的に形成することに寄与する。このような理由により、界面５０におけるレーザ光Ａの断面形状を楕円形に設定することが好ましい。
レーザ光Ａの走査を行う箇所、即ち、レーザ照射予定箇所は、予め制御部１４にプログラムされていてもよいし、レーザ光Ａの走査を開始する際にユーザが入力操作部３８を介して設定するようにしてもよい。加工対象物１６に対するレーザ光Ａの走査を開始する際には、例えば、ユーザが入力操作部３８を介してレーザ光Ａの走査の開始の指示を行う。レーザ光Ａの走査の開始の指示が入力されると、制御部１４は、レーザ光源１０からレーザ光Ａを繰り返し出射させつつ、ステージ１８を移動させることによりレーザ光Ａを走査する。レーザ光Ａは、ステージ１８上において例えば直線状の軌跡を描くように走査される。直線状の軌跡を描くレーザ光Ａの走査を、平行に複数回行うことにより、レーザ照射予定範囲の全体にレーザ光Ａが照射される。レーザ光Ａの照射が完了すると、レーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面（軌跡、軌跡面）は、加工対象物１６に予め形成された界面５０に沿う。
レーザ照射予定範囲の全体へのレーザ光Ａの照射が完了すると、制御部１４は、レーザ光源１０からのレーザ光Ａの出射、及び、ステージ１８の移動によるレーザ光Ａの走査を終了させる。なお、ユーザが入力操作部３８を介してレーザ光Ａの走査の終了の指示を行うことにより、レーザ光Ａの走査を終了させるようにしてもよい。
このように、本実施形態によるレーザ加工装置は、加工対象物１６に予め形成された界面５０又は界面５０の近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射し得る。
（加工対象物の切断方法及び基板の製造方法）
次に、本実施形態による加工対象物の切断方法、及び、その切断方法を用いた基板の製造方法について説明する。図３乃至図５は、本実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法を示す工程図である。
本実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法を実施する際には、例えば、上述したレーザ加工装置２を用いることができるが、これに限定されるものではない。加工対象物１６に予め形成された界面５０又は当該界面５０近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射し得るレーザ加工装置を、本実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法に適宜用いることができる。
まず、図３に示すように、加工対象物１６をステージ１８上に載置する。図３（ａ）は、平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。切断の対象となる加工対象物１６の材料は、特に限定されるものではない。ただし、加工対象物１６の上方から超短パルスレーザ光Ａを照射し、加工対象物１６に予め形成された界面５０に沿うようにクラック５３を成長させるためには、超短パルスレーザ光Ａが加工対象物１６を透過し、界面５０又は界面５０の近傍に超短パルスレーザ光Ａが達することを要する。このため、加工対象物１６の材料として、超短パルスレーザ光Ａに対して透明な材料が用いられる。加工対象物１６の材料は、例えば半導体等が挙げられる。かかる半導体としては、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、Ｓｉ（シリコン）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）、ＧａＰ（リン化ガリウム）等が挙げられる。ここでは、加工対象物１６の材料として、例えばＳｉＣ等を用いる。
なお、加工対象物１６の材料は、半導体に限定されるものではない。超短パルスレーザ光Ａに対して透明な材料を、加工対象物１６の材料として広く用いることができる。超短パルスレーザ光Ａに対して透明な材料としては、例えば、ガラス、サファイア、ダイヤモンド、セラミックス、半導体等が挙げられる。従って、加工対象物１６の材料としてガラスを用いてもよい。かかるガラスとしては、例えば無アルカリガラス、青板ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等が挙げられる。
加工対象物１６に予め形成された界面５０は、例えば、不純物濃度が互いに異なる第１の部分４６と第２の部分４８との界面とする。第１の部分４６の不純物濃度は、比較的高濃度に設定されている。より具体的には、第１の部分４６における不純物濃度は、例えば１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３程度に設定されている。第１の部分４６の導電型は、例えばｎ＋型とする。一方、第２の部分４８の導電型は、例えばｉ型とする。ｉ型の半導体（intrinsic semiconductor）は、不純物を添加していない半導体のことである。第２の部分４８における不純物濃度は、例えば１×１０１４ｃｍ−３程度となっている。なお、第１の部分４６に添加されている不純物の導電型は、ｎ型に限定されるものではなく、例えばｐ型であってもよい。
第１の部分４６の不純物濃度と第２の部分４８の不純物濃度とは、十分に異なっていることが好ましい。第１の部分４６の不純物濃度と第２の部分４８の不純物濃度とが十分に異なっていない場合には、界面５０に沿ってクラック５３を成長させることが必ずしも容易ではないためである。第２の部分４８の不純物濃度に対する第１の部分４６の不純物濃度は、例えば５倍以上であることが好ましい。このように、不純物濃度が十分に異なっていれば、界面５０に沿って確実にクラック５３を成長させることができる。
なお、第２の部分４８の不純物濃度に対する第１の部分４６の不純物濃度は、５倍以上に限定されるものではない。第１の部分４６の不純物濃度と第２の部分４８の不純物濃度とがある程度異なっていれば、界面５０に沿うようにクラック５３を成長させることが可能である。ただし、確実にクラック５３を成長させる観点からは、第２の部分４８の不純物濃度に対する第１の部分４６の不純物濃度が、少なくとも５倍以上であることが好ましい。
不純物濃度が互いに異なる第１の部分４６と第２の部分４８との界面５０は、例えば以下のようにして得ることが可能である。例えば、昇華法によりＳｉＣのインゴットを成長する場合には、成長原料を加熱・蒸発させ、種基板（図示せず）上にＳｉＣを成長する。この際、成長原料中に添加する不純物の濃度を適宜設定すれば、種基板の主面に垂直な方向におけるインゴットの不純物濃度分布を適宜設定することができる。このようにしてインゴットを成長すれば、不純物濃度が互いに異なる第１の部分４６と第２の部分４８との界面５０を得ることができる。
加工対象物１６は、こうして得られたインゴットであってもよし、こうして得られたインゴットを予め所望の形状に切断したものであってもよい。また、加工対象物１６は、インゴットに限定されるものではなく、予め所定の界面５０が形成された加工対象物１６であればよい。
第１の部分４６と第２の部分４８とを交互に複数積層したインゴットをステージ上に１８に載置した場合には、第１の部分４６と第２の部分４８とが交互に複数積層された加工対象物１６がステージ１８上に位置することとなる。しかし、本実施形態では、１つの第１の部分４６と１つの第２の部分４８との間の界面５０に着目し、図示及び説明を簡略化することとする。
なお、加工対象物１６が、第１の部分４６上に第２の部分４８が存在している２層構造の加工対象物である場合には、図３（ｂ）に図示する通りの構成となる。
第１の部分４６の厚さと第２の部分４８の厚さは、所望の厚さの基板が得られるように適宜設定することができる。
次に、レーザ照射予定範囲に超短パルスレーザ光Ａを照射する。超短パルスレーザ光Ａの照射方向は、界面５０の面内方向に交差する方向とする。より具体的には、超短パルスレーザ光Ａの照射方向は、界面５０の法線方向とする。一方、超短パルスレーザ光Ａの走査方向は、界面５０の面内方向とする。レーザ照射予定範囲（レーザ照射範囲）は、例えば、第１の部分４６と第２の部分４８との界面５０の全体（全面）とする。レーザ照射予定範囲に対して超短パルスレーザ光Ａの走査を行う際には、当該レーザ照射予定範囲内において、直線状の軌跡を描く超短パルスレーザ光Ａの走査を、平行に複数回行うことにより、当該レーザ照射予定範囲内全体に超短パルスレーザ光Ａが照射する。より具体的には、図３（ａ）に示すように、第１の走査においては、第１の方向に超短パルスレーザ光Ａを走査し、当該第１の走査の次に行われる走査においては、第１の方向の反対の方向である第２の方向に超短パルスレーザ光Ａを走査する。第２の走査においては、第１の走査に対して走査経路がずらして設定される。第３の走査においては、第１の走査と同様に、第１の方向に超短パルスレーザ光Ａを走査する。第３の走査においては、第２の走査に対して走査経路がずらして設定される。この後、同様にして走査が繰り返し行われ、所望のレーザ照射予定範囲全体に対しての超短パルスレーザ光Ａの走査が行われる。超短パルスレーザ光Ａの走査ピッチは、例えば１μｍ〜５０μｍ程度とする。なお、超短パルスレーザ光Ａの走査ピッチは、１μｍ〜５０μｍ程度に限定されるものではない。１回の走査によって界面５０の面内方向に成長するクラック５３の寸法に応じて、走査ピッチを適宜設定すればよい。なお、図３（ｂ）における符号５２は、超短パルスレーザ光Ａが集光された箇所の軌跡、即ち、レーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面を示している。
図４（ａ）は、レーザ照射予定範囲全体に対して超短パルスレーザ光Ａの照射が完了した状態を示す断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）において丸印５１で囲まれた部分を拡大して示した断面図である。図４（ｂ）に示すように、界面５０に沿うようにクラック５３が形成される。このように、加工対象物１６に予め形成された所定の界面５０又はかかる界面５０の近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射すると、当該界面５０に沿うようにクラック５３を成長させることができる。
なお、このような界面５０が形成された加工対象物１６の当該界面５０又は当該界面５０の近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射すると、当該界面５０に沿うようにクラック５３を成長させることができる。
このような界面５０においてクラック５３が成長するメカニズムとしては、例えば以下のようなメカニズムが考えられる。
即ち、不純物濃度が比較的高い部分である第１の部分４６における超短パルスレーザ光Ａの多光子吸収係数と、不純物濃度が比較的低い部分である第２の部分４８における超短パルスレーザ光Ａの多光子吸収係数とは、互いに異なっている。多光子吸収係数とは、多光子吸収の起こりやすさを示すものである。図８は、多光子吸収係数を示すグラフである。図８（ａ）は、本実施形態による加工対象物の断面を示しており、図８（ｂ）は多光子吸収係数のグラフを示している。図８（ｂ）における横軸は、多光子吸収係数を示しており、図８（ｂ）における縦軸は、位置を示している。図８（ｂ）から分かるように、不純物濃度が比較的高い部分である第１の部分４６においては、多光子吸収係数が比較的高くなっている。一方、不純物濃度が比較的低い部分である第２の部分４８においては、多光子吸収係数が比較的低くなっている。多光子吸収係数が比較的高い部分である第１の部分４６においては、分解が生じやすく（多光子分解反応）、多光子吸収係数が比較的低い部分である第２の部分４８においては、分解が生じにくい。このため、例えば、多光子吸収係数が比較的高い部分である第１の部分４６において多光子分解反応が生じ、多光子吸収係数が比較的低い部分である第２の部分４８において多光子分解反応が生じない場合には、第１の部分４６のうちの界面５０近傍に、分解が生じた箇所が位置することとなる。分解が生じた箇所、即ち、改質が生じた箇所における結晶状態は、分解が生じていない箇所における結晶状態とは異なったものとなる。超短パルスレーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面（軌跡、軌跡面）は界面５０に沿うため、図示しない改質層（分解層）が界面５０に沿うように形成される。分解が生じた箇所においては、分解層が形成されるのみならず、空隙も生ずる。かかる空隙がつながると、クラック５３になると考えられる。界面５０はクラック５３の成長方向を規定するガイドの役割を果たし、界面５０に沿うようにクラック５３が成長することとなる。また、界面５０の一方の側の結晶状態と界面５０の他方の側の結晶状態とが異なったものになることも、界面５０に沿ってクラック５３を生じさせることに寄与すると考えられる。
また、界面５０においてクラック５３が成長するメカニズムとしては、以下のようなメカニズムも考えることができる。
即ち、超短パルスレーザ光Ａを照射すると、界面５０において超短パルスレーザ光Ａが反射され、超短パルスレーザ光Ａの一部が反対方向に折り返される。界面５０又は界面５０の近傍においては、超短パルスレーザ光Ａが折り返された分だけ、超短パルスレーザ光Ａの強度が強くなる。超短パルスレーザ光Ａの強度が強くなった箇所においては、超短パルスレーザ光Ａの強度が加工対象物１６の材料の分解の閾値（加工閾値）を超えるため、当該箇所において加工対象物１６の分解が生ずる。界面５０において超短パルスレーザ光Ａが反射されるため、界面５０近傍において分解が生ずることとなる。分解が生じた箇所における結晶状態は、分解が生じていない箇所における結晶状態とは異なったものとなる。超短パルスレーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面は界面５０に沿うため、界面５０に沿うように分解層が形成される。分解が生じた箇所においては、分解層が形成されるのみならず、空隙も生ずる。かかる空隙がつながると、クラック５３になると考えられる。界面５０はクラック５３の成長方向を規定するガイドの役割を果たし、界面５０に沿うようにクラック５３が成長することとなる。
また、界面５０における多光子吸収係数の相違と界面５０における超短パルスレーザ光Ａの反射との相乗効果によって、クラック５３が成長することも考えられる。
このように、クラック５３が成長するメカニズムは必ずしも明らかではないが、本実施形態によれば、加工対象物１６に予め形成された所定の界面５０に沿うようにクラック５３を成長させることができる。
なお、このような界面を予め形成しておかずに、加工対象物に超短パルスレーザ光Ａを単に照射しただけでは、クラックの成長方向を規定するガイドの役割を果たすものが存在しないため、良好なクラックを成長し得ない。
クラック５３が形成された段階では、加工対象物１６がクラック５３において確実に分離されているとは限らない。加工対象物１６がクラック５３において確実に分離されていない場合には、例えば、以下のようにして加工対象物１６を分離する。ここでは、第１の部分４６と第２の部分４７との界面５０の面内方向に沿う方向の外力を、加工対象物１６に加える場合を例に説明する。
図４（ｃ）は、界面５０の面内方向に沿う方向の外力を、加工対象物１６に加える状態を示す断面図である。図４（ｃ）に示すように、上面に突起５７ａが形成された部材５６ａと、下面に突起５７ｂが形成された部材５６ｂとを有する治具５６を用意する。部材５６ａ、５６ｂの材料としては、例えばアルミニウム合金等を用いることができる。加工対象物１６の下面と部材５６ａの上面との間には、例えば表面保護フィルム５４ａが配される。また、加工対象物１６の上面と部材５６ｂの下面との間には、例えば表面保護フィルム５４ｂが配される。表面保護フィルム５４ａ、５４ｂの材料としては、例えばポリイミドを用いることができる。かかる表面保護フィルム５４ａ、５４ｂは、ポリイミドテープとも称される。突起５７ａの上面が界面５０よりも低く位置するように、突起５７ａの高さが設定されていることが好ましい。また、突起５７ｂの下面が界面５０より高く位置するように、突起５７ｂの高さが設定されていることが好ましい。部材５６ａの突起５７ａは加工対象物１６の一方の側（例えば紙面右側）に接し、部材５６ｂの突起５７ｂは加工対象物１６の他方の側（例えば紙面左側）に接する。そして、界面５０の面内方向に沿う方向の外力を、治具５６を用いて加工対象物１６に加える。図４（ｃ）における矢印は、加工対象物１６に加える外力の方向を示している。図４（ｃ）に示すように、突起５６ａと突起５６ｂとが互いに近づくような方向の外力が、加工対象物１６に加えられる。
図５（ａ）は、界面５０の面内方向に沿う方向の外力を加工対象物１６に加えた結果、加工対象物１６がクラック５３において分離された状態を示す断面図である。このように、界面５０の面内方向に沿う方向の外力を加工対象物１６に加えると、クラック５３において加工対象物１６が分離される。このように、本実施形態によれば、被加工物１６を簡便かつ正確にクラックにおいて分離することができる。
図５（ｂ）は、第１の部分４６と第２の部分５８とをそれぞれ治具５６から取り外した状態を示している。
次に、図５（ｃ）に示すように、第１の部分４６のうちの界面５０側の部分を研磨により除去する。また、第２の部分４８のうちの界面５０側の部分を研磨により除去する。こうして、分離された加工対象物１６の一方の側の部分である第１の部分４６により形成された第１の基板４６が得られる。また、分離された加工対象物１６の他方の側の部分である第２の部分４８により形成された第２の基板４８が得られる。こうして得られる第１の基板４６の厚さは、例えば３００μｍ程度とする。また、第２の基板４８の厚さも、例えば３００μｍ程度とする。なお、第１の基板４６や第２の基板４８の厚さは、３００μｍ程度に限定されるものではない。様々な厚さの第１の基板４６や第２の基板４８を形成することが可能である。
こうして、本実施形態による加工対象物の切断方法を用いて基板を製造することができる。本実施形態による加工対象物の切断方法は加工精度が極めて高いため、表面の凹凸が極めて小さい基板４６，４８が得られる。また、本実施形態による加工対象物の切断方法は加工精度が極めて高いため、加工対象物１６のうちの無駄になる部分を十分に少なくすることができ、低コスト化等に寄与することができる。
（評価結果）
次に、本実施形態による加工対象物の切断方法の評価結果について図９を用いて説明する。図９は、クラックが形成された加工対象物の断面の光学顕微鏡写真を示す図である。
加工対象物の切断方法の評価を行う際には、第１の部分４６として、ｎ＋型のＳｉＣを用いた。また、第２の部分４８として、ｉ型のＳｉＣを用いた。図９から分かるように、第１の部分４６と第２の部分４８との界面５０に沿うように、クラック５３が確実に形成されている。
このように、本実施形態によれば、加工対象物１６に予め形成された所定の界面５０に沿うように、クラック５３を確実に成長させることができる。
（加工対象物のバリエーション）
次に、本実施形態による加工対象物のバリエーションについて図８及び図１０を用いて説明する。
まず、本実施形態による加工対象物のバリエーション（その１）について図８を用いて説明する。本実施形態による加工対象物のバリエーション（その１）は、第１の部分４６には不純物が高濃度に添加されており、第２の部分４８には不純物が低濃度に添加されているものである。第１の部分４６の導電型は、例えばｎ＋型とする。第１の部分４６における不純物濃度は、例えば１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３程度とする。第２の部分４８の導電型は、例えばｎ−型とする。第２の部分４８における不純物濃度は、例えば１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３程度とする。
図８（ｂ）に示すように、第１の部分４６における多光子吸収係数が比較的高く、第２の部分４８における多光子吸収係数が比較的低い。第１の部分４６と第２の部分４８との間には、多光子吸収係数の差が存在している。
本実施形態による加工対象物のバリエーション（その１）では、界面５０の一方の側である第１の部分４６の不純物濃度と、界面５０の他方の側である第２の部分４８の不純物濃度とが、互いに異なっている。このため、第１の部分４６と第２の部分４８との界面５０にクラック５３を確実に形成することができる。
なお、ここでは、第１の部分４６の導電型をｎ＋型とし、第２の部分４８の導電型をｎ−型とする場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第１の部分４６の導電型をｐ＋型とし、第２の部分４８の導電型をｐ−型としてもよい。また、第１の部分４６の導電型をｎ＋型とし、第２の部分４８の導電型をｉ型としてもよい。また、第１の部分４６の導電型をｐ＋型とし、第２の部分４８の導電型をｉ型としてもよい。
本実施形態による加工対象物のバリエーション（その２）について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態による加工対象物のバリエーション（その２）を示す図である。図１０（ａ）は断面図を示しており、図１０（ｂ）は多光子吸収係数のグラフを示している。図１０（ｂ）における横軸は、多光子吸収係数を示しており、図１０（ｂ）における縦軸は、位置を示している。
本実施形態による加工対象物のバリエーション（その２）は、第１の部分４６には不純物が低濃度に添加されており、第２の部分４８には不純物が高濃度に添加されているものである。第１の部分４６の導電型は、例えばｎ−型とする。第１の部分４６における不純物濃度は、例えば１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３程度とする。第２の部分４８の導電型は、例えばｎ＋型とする。第２の部分４８における不純物濃度は、例えば１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３程度とする。
図１０（ｂ）に示すように、界面５０に対して一方の側である第１の部分４６における多光子吸収係数が比較的低く設定されており、界面５０に対して第２の部分４８における多光子吸収係数が比較的高い。第１の部分４６と第２の部分４８との間には多光子吸収係数の差が存在している。
本実施形態による加工対象物のバリエーション（その２）では、界面５０の一方の側である第１の部分４６の不純物濃度と、界面５０の他方の側である第２の部分４８の不純物濃度とが、互いに異なっている。このため、第１の部分４６と第２の部分４８との界面５０にクラック５３を確実に形成することができる。
なお、ここでは、第１の部分４６の導電型をｎ−型とし、第２の部分４８の導電型をｎ＋型とする場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第１の部分４６の導電型をｐ−型とし、第２の部分４８の導電型をｐ＋型としてもよい。また、第１の部分４６の導電型をｉ型とし、第２の部分４８の導電型をｎ＋型としてもよい。また、第１の部分４６の導電型をｉ型とし、第２の部分４８の導電型をｐ＋型としてもよい。
このように、本実施形態によれば、加工対象物１６の第１の部分と加工対象物１６の第２の部分との界面５０又は当該界面５０の近傍に集光点５５が位置するように超短パルスレーザ光Ａを照射する。第１の部分の不純物濃度と第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっている、又は、第１の部分の材料と第２の部分の材料とは互いに異なっている。このため、本実施形態によれば、当該界面５０に沿って高精度に形成されるクラック５３において加工対象物１６を切断することができる。また、本実施形態によれば、加工対象物１６が硬い場合であっても、迅速に切断することが可能である。従って、本実施形態によれば、迅速且つ高精度に所望の箇所で加工対象物を切断し得る切断方法、及び、その切断方法を用いた基板等の製造方法を提供することができる。
また、本実施形態によれば、加工精度が極めて高いため、表面の凹凸が極めて小さい基板４６，４８等の物品を得ることができる。また、本実施形態によれば、加工対象物１６のうちの無駄になる部分の厚さが極めて小さいため、低コスト化等に寄与することもできる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１及び図１２は、本実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法を示す工程図である。図１乃至図１０に示す第１実施形態による加工対象物の切断方法等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法は、第１の不純物濃度の第１の部分５８ａ〜５８ｅが、第１の不純物濃度とは異なる第２の不純物濃度の第２の部分６０ａ〜６０ｄを介して積層されているものである。
まず、図１１（ａ）に示すように、加工対象物１６をステージ１８上に載置する。第１実施形態による加工対象物の切断方法と同様に、切断の対象となる加工対象物１６の材料は、特に限定されるものではないが、ここでは、加工対象物１６の材料として、例えばＳｉＣ等を用いる。
加工対象物１６に予め形成された界面６２ａ〜６２ｅは、例えば、不純物濃度が互いに異なる第１の部分５８ａ〜５８ｅと第２の部分６０ａ〜６０ｄとの界面とする。第１の部分５８ａ〜５８ｅの不純物濃度は、比較的低濃度に設定されている。より具体的には、第１の部分５８ａ〜５８ｅの導電型は、例えばｉ型とする。第１の部分５８ａ〜５８ｅにおける不純物濃度は、例えば１×１０１４ｃｍ−３程度とする。第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型は、例えばｎ＋型とする。第２の部分６０ａ〜６０ｄにおける不純物濃度は、例えば１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３程度とする。なお、第２の部分６０ａ〜６０ｄに添加されている不純物の導電型は、ｎ型に限定されるものではなく、例えばｐ型であってもよい。第１実施形態において上述したように、第１の部分４６の不純物濃度と第２の部分４８の不純物濃度とは、十分に異なっていることが好ましい。
不純物濃度が互いに異なる第１の部分５８ａ〜５８ｅと第２の部分６０ａ〜６０ｅとの界面６２ａ〜６２ｈは、例えば以下のようにして得ることが可能である。第１実施形態において上述したように、昇華法によりＳｉＣのインゴットを成長する場合には、成長原料を加熱・蒸発させ、種基板（図示せず）上にＳｉＣを成長する。この際、成長原料中に添加する不純物の濃度を適宜設定すれば、種基板の主面に垂直な方向におけるインゴットの不純物濃度分布を適宜設定することができる。このようにしてインゴットを成長すれば、不純物濃度が互いに異なる第１の部分５８ａ〜５８ｅと第２の部分６０ａ〜６０ｅとの界面６２ａ〜６２ｈを得ることができる。
第１実施形態において上述したように、加工対象物１６は、こうして得られたインゴットであってもよし、こうして得られたインゴットを予め所望の形状に切断したものであってもよい。また、加工対象物１６は、インゴットに限定されるものではなく、予め所定の界面５０が形成された加工対象物１６であればよい。
第１の部分５８ａ〜５８ｅや第２の部分６０ａ〜６０ｄの厚さを例えば数百μｍ〜数十μｍ程度とした場合には、インゴット中には多数の第１の部分５８ａ〜５８ｅが第２の部分６０ａ〜６０ｄを介して積層された状態となる。しかし、ここでは、説明を簡略化するため、５つの第１の部分５８ａ〜５８ｅと４つの第２の部分６０ａ〜６０ｄとを抜き出して図示することとする。
なお、加工対象物１６が、５つの第１の部分５８ａ〜５８ｅと４つの第２の部分６０ａ〜６０ｄにより形成されている場合には、図１１（ａ）に図示する通りの構成となる。
第１の部分５８ａ〜５８ｅの厚さは、所望の基板が得られるように適宜設定することができる。第２の部分６０ａ〜６０ｄは、後工程において除去されるため、第１の部分５８ａ〜５８ｅに対して十分に薄いことが好ましい。
次に、第１のレーザ照射予定範囲に超短パルスレーザ光Ａを照射する（図１２（ｂ）参照）。第１のレーザ照射予定範囲は、例えば、第１層目の第１の部分５８ａと第１層目の第２の部分６０ａとの界面６２ａ又は当該界面６２ａの近傍の全体（全面）とする。即ち、本実施形態では、下層側から順番に超短パルスレーザ光Ａを照射していく。下層側から順番に超短パルスレーザ光Ａを照射していくのは、以下のような理由によるものである。即ち、ある層に超短パルスレーザ光Ａを照射した場合には、その層に改質層が形成され、その層より下方に超短パルスレーザ光Ａが到達しにくくなる。このため、上層側から順番に超短パルスレーザ光Ａを照射していこうとした場合には、上層側に形成された改質層により超短パルスレーザ光Ａが妨げられ、下層側に超短パルスレーザ光Ａを照射し得ない。このような理由により、下層側から順番に超短パルスレーザ光Ａを照射していく。超短パルスレーザ光Ａの照射方向は、界面６２ａの面内方向に交差する方向とする。より具体的には、超短パルスレーザ光Ａの照射方向は、界面６２ａの法線方向とする。一方、超短パルスレーザ光Ａの走査方向は、界面６２ａの面内方向とする。超短パルスレーザ光Ａの走査については、第１実施形態において図３（ｂ）を用いて上述した超短パルスレーザ光Ａの走査と同様であるため、ここでは説明を省略することとする。このように、加工対象物１６に予め形成された所定の界面６２ａ又は当該界面６２ａの近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射すると、当該界面６２ａに沿うようにクラック５３を成長させることができる。
なお、ここでは、第１層目の第１の部分５８ａと第１層目の第２の部分６０ａとの界面６２ａに超短パルスレーザ光Ａを照射する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１層目の第２の部分６０ａと第２層目の第１の部分５８ｂとの界面６２ｂに超短パルスレーザ光Ａを照射するようにしてもよい。第１層目の第２の部分６０ａと第２層目の第１の部分５８ｂとの界面６２ｂ又は当該界面６２ｂの近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射した場合には、当該界面６２ｂに沿うようにクラック５３を成長させることができる。
超短パルスレーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面（軌跡、軌跡面）は界面６２ａに沿い、図示しない改質層が界面６２ａに沿うように形成される。また、界面６２ａ又は界面６２ａの近傍において、界面６２ａに沿うようにクラック５３（図４（ｂ）参照）が形成される。なお、図１１（ｂ）における符号６４ａは、超短パルスレーザ光Ａが集光された箇所の軌跡、即ち、レーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面を示している。
次に、第２のレーザ照射予定範囲に超短パルスレーザ光Ａを照射する。第２のレーザ照射予定範囲は、例えば、第２層目の第１の部分５８ｂと第２層目の第２の部分６０ｂとの界面６２ｃ又は当該界面６２ｃの近傍の全体（全面）とする。このように、加工対象物１６に予め形成された所定の界面６２ｃ又は当該界面６２ｃの近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射すると、当該界面６２ｃに沿うようにクラック５３を成長させることができる。
なお、ここでは、第２層目の第１の部分５８ｂと第２層目の第２の部分６０ｂとの界面６２ｃに超短パルスレーザ光Ａを照射する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第２層目の第２の部分６０ｂと第３層目の第１の部分５８ｃとの界面６２ｄに超短パルスレーザ光Ａを照射するようにしてもよい。第１層目の第２の部分６０ｂと第３層目の第１の部分５８ｃとの界面６２ｄ又は当該界面６２ｄの近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射した場合には、当該界面６２ｄに沿うようにクラック５３を成長させることができる。
超短パルスレーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面（軌跡、軌跡面）は界面６２ｃに沿い、図示しない改質層が界面６２ｃに沿うように形成される。また、界面６２ｃ又は界面６２ｃの近傍において、界面６２ｃに沿うようにクラック５３（図４（ｂ）参照）が形成される。なお、図１１（ｂ）における符号６４ｂは、超短パルスレーザ光Ａが集光された箇所の軌跡、即ち、レーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面を示している。
この後、上記と同様にして、更に超短パルスレーザ光Ａの照射が行われる。なお、第１の部分及び第２の部分が更に積層されている場合には、上記と同様にして超短パルスレーザ光Ａを更に照射すればよい。なお、図１１（ｂ）における符号６４ｃ、６４ｄは、超短パルスレーザ光Ａが集光された箇所の軌跡、即ち、レーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面を示している。
第２の部分６０ａ〜６０ｄは、後工程において除去されるものであり、第１の部分５８ａ〜５８ｅは、基板として用いられるものである。材料の無駄を低減する観点からは、改質層やクラックが第２の部分６０ａ〜６０ｄ内に形成されることが好ましい。第２の部分６０ａ〜６０ｄは多光子吸収係数が比較的高く、界面６２ａ、６２ｃ、６２ｅ、６２ｇにおいて超短パルスレーザ光Ａの反射も生ずるため、第２の部分６０ａ〜６０ｄ内に改質層やクラックが形成される可能性は高い。
第１実施形態において上述したように、クラック５３が形成された段階では、加工対象物１６がクラック５３において確実に分離されているとは限らない。加工対象物１６がクラック５３において確実に分離されていない場合には、例えば、第１実施形態と同様にして加工対象物１６を分離することができる。なお、治具５６については、本実施形態の加工対象物１６に適合するように、適宜工夫すればよい。
図１２（ａ）は、クラック５３において加工対象物１６を分離した状態を示す断面図である。
次に、各々の第１の部分５８ａ〜５８ｅの下面や上面を研磨する。こうして、図１２（ｂ）に示すように、第１層目の第１の部分５８ａにより形成された第１の基板５８ａが得られ、第２層目の第１の部分５８ｂにより形成された第２の基板５８ｂが得られ、第３層目の第１の部分５８ｃにより形成された第２の基板５８ｃが得られる。また、第４層目の第１の部分５８ｄにより形成された第４の基板５８ｄが得られ、第５層目の第１の部分５８ｅにより形成された第５の基板５８ｅが得られる。なお、第１の部分がｎ個（ｎは正の整数）ある場合には、ｎ個の基板が得られることとなる。
こうして、本実施形態による加工対象物の切断方法を用いて基板を製造することができる。
（加工対象物のバリエーション）
次に、本実施形態による加工対象物のバリエーションについて図１３及び図１４を用いて説明する。
図１３は、本実施形態による加工対象物のバリエーション（その１）を示す図である。図１３（ａ）は断面図を示しており、図１３（ｂ）は多光子吸収係数のグラフを示している。図１３（ｂ）における横軸は、多光子吸収係数を示しており、図１３（ｂ）における縦軸は、位置を示している。
本実施形態による加工対象物のバリエーション（その１）は、第１の部分５８ａ〜５８ｅには不純物が低濃度に添加されており、第２の部分６０ａ〜６０ｄには不純物が高濃度に添加されているものである。第１の部分５８ａ〜５８ｅの導電型は、例えばｎ−型とする。第１の部分５０ａ〜５０ｅにおける不純物濃度は、例えば１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３程度とする。第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型は、例えばｎ＋型とする。第２の部分６０ａ〜６０ｄにおける不純物濃度は、例えば１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３程度とする。
図１３（ｂ）に示すように、第１の部分５８ａ〜５８ｅにおける多光子吸収係数が比較的低く、第２の部分６０ａ〜６０ｄにおける多光子吸収係数が比較的高い。第１の部分５８ａ〜５８ｅと第２の部分６０ａ〜６０ｄとの間には、多光子吸収係数の差が存在している。
本実施形態による加工対象物のバリエーション（その１）によれば、第１の部分５８ａ〜５８ｅの不純物濃度が比較的低く設定されており、第２の部分６０ａ〜６０ｄの不純物濃度が比較的高く設定されている。このため、第１の部分５８ａ〜５８ｅと第２の部分６０ａ〜６０ｄとの界面６２ａ〜６２ｈ又は当該界面６２ａ〜６２ｈの近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射すれば、当該界面６２ａ〜６２ｈに沿うようにクラック５３を確実に形成することができる。
なお、ここでは、第１の部分５８ａ〜５８ｅの導電型をｎ−型とし、第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型をｎ＋型とする場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第１の部分５８ａ〜５８ｅの導電型をｐ−型とし、第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型をｐ＋型としてもよい。また、第１の部分５８ａ〜５８ｄの導電型をｉ型とし、第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型をｎ＋型としてもよい。また、第１の部分５８ａ〜５８ｄの導電型をｉ型とし、第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型をｐ＋型としてもよい。
図１４は、本実施形態による加工対象物のバリエーション（その２）を示す図である。図１４（ａ）は断面図を示しており、図１４（ｂ）は多光子吸収係数のグラフを示している。図１４（ｂ）における横軸は、多光子吸収係数を示しており、図１４（ｂ）における縦軸は、位置を示している。
本実施形態による加工対象物のバリエーション（その２）は、第１の部分５８ａ〜５８ｅには不純物が高濃度に添加されており、第２の部分６０ａ〜６０ｄには不純物が低濃度に添加されているものである。第１の部分５８ａ〜５８ｅの導電型は、例えばｎ＋型とする。第１の部分５０ａ〜５０ｅにおける不純物濃度は、例えば１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３程度とする。第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型は、例えばｎ−型とする。第２の部分６０ａ〜６０ｄにおける不純物濃度は、例えば１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３程度とする。
図１４（ｂ）に示すように、第１の部分５８ａ〜５８ｅにおける多光子吸収係数が比較的高く、第２の部分６０ａ〜６０ｄにおける多光子吸収係数が比較的低い。第１の部分５８ａ〜５８ｅと第２の部分６０ａ〜６０ｄとの間には、多光子吸収係数の差が存在している。
本実施形態による加工対象物のバリエーション（その２）によれば、第１の部分５８ａ〜５８ｅの不純物濃度が比較的高く設定されており、第２の部分６０ａ〜６０ｄの不純物濃度が比較的低く設定されている。このため、第１の部分５８ａ〜５８ｅと第２の部分６０ａ〜６０ｄとの界面６２ａ〜６２ｈ又は当該界面６２ａ〜６２ｈの近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射すれば、当該界面６２ａ〜６２ｈに沿うようにクラック５３を確実に形成することができる。
なお、ここでは、第１の部分５８ａ〜５８ｅの導電型をｎ＋型とし、第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型をｎ−型とする場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第１の部分５８ａ〜５８ｅの導電型をｐ＋型とし、第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型をｐ−型としてもよい。また、第１の部分５８ａ〜５８ｄの導電型をｎ＋型とし、第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型をｉ型としてもよい。また、第１の部分５８ａ〜５８ｄの導電型をｐ＋型とし、第２の部分６０ａ〜６０ｄの導電型をｉ型としてもよい。
このように、第１の不純物濃度の第１の部分５８ａ〜５８ｅと第２の不純物濃度の第２の部分６０ａ〜６０ｄとが交互に積層された加工対象物１６を切断するようにしてもよい。本実施形態においても、加工対象物１６に予め所定の界面６２ａ〜６２ｈを形成しておき、当該界面６２ａ〜６２ｈ又は当該界面６２ａ〜６２ｈの近傍に集光点５５が位置するように超短パルスレーザ光Ａを照射する。このため、本実施形態においても、当該界面６２ａ〜６２ｈに沿って高精度に形成されるクラック５３において加工対象物１６を切断することができる。また、本実施形態においても、加工対象物１６を迅速に切断することができる。従って、本実施形態においても、迅速且つ高精度に所望の箇所で加工対象物を切断し得る切断方法、及び、その切断方法を用いた基板等の製造方法を提供することができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法について図１５及び図１６を用いて説明する。図１５及び図１６は、本実施形態による加工対象物の切断方法及び半導体装置の製造方法を示す工程図である。図１乃至図１４に示す第１又は第２実施形態による加工対象物の切断方法等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による加工対象物の切断方法及び基板の製造方法は、材料が互いに異なっている部分７０，７２の界面７８において切断を行うものである。
まず、図１５（ａ）に示すように、加工対象物１６をステージ１８上に載置する。切断の対象となる加工対象物１６は、特に限定されるものではないが、ここでは、基板７０上に積層膜７６が形成されたものを加工対象物１６とする。基板７０の材料は、例えばＳｉＣとする。積層膜７６の材料は、例えばＧａＮ系の材料とする。積層膜７６は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を形成するためのものである。積層膜７６は、例えば、ｎ型のＧａＮ層７２とｐ型のＧａＮ層７４との積層膜とする。基板７０上に形成された積層膜７６は、後工程において界面７８において基板７０から分離され、後述する他の基板７８に移されることとなる。なお、ｎ型のＧａＮ層７２及びＰ型のＧａＮ層７４は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法等により形成することが可能である。なお、加工対象物１６の基板７０は、ウェーハであってもよいし、ウェーハを予め所定のサイズに切断したものであってもよい。
次に、図１５（ｂ）に示すように、レーザ照射予定範囲に超短パルスレーザ光Ａを照射する。レーザ照射予定範囲は、例えば、基板７０と膜７２との界面７８又は当該界面７８の近傍とする。超短パルスレーザ光Ａの光軸は、界面５０の面内方向に交差する方向とする。より具体的には、超短パルスレーザ光Ａの照射方向は、界面５０の法線方向とする。一方、超短パルスレーザ光Ａの走査方向は、界面７８の面内方向とする。超短パルスレーザ光Ａの走査については、第１実施形態において上述した超短パルスレーザ光Ａの走査と同様であるため、ここでは説明を省略することとする。上述したように、基板７０の材料と膜７６の材料とは互いに異なっている。このため、加工対象物１６に予め形成された所定の界面７８又は当該界面７８の近傍に超短パルスレーザ光Ａを照射すると、当該界面７８に沿うようにクラック５３（図４（ｂ）参照）を成長させることができる。なお、図１５（ｂ）及び図１６（ａ）における符号８０は、超短パルスレーザ光Ａが集光された箇所の軌跡、即ち、レーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面を示している。
このような界面７８においてクラックが成長するメカニズムは必ずしも十分に明らかではないが、例えば以下のようなメカニズムが考えられる。
即ち、第１の材料により形成された第１の部分７２における超短パルスレーザ光Ａの多光子吸収係数と、第１の材料とは異なる第２の材料により形成された第２の部分７４における超短パルスレーザ光Ａの多光子吸収係数とは、互いに異なっている。多光子吸収係数が比較的高い部分においては、分解が生じやすく、多光子吸収係数が比較的低い部分においては、分解が生じにくい。このため、例えば、多光子吸収係数が比較的高い部分において多光子分解反応が生じ、多光子吸収係数が比較的低い部分において多光子分解反応が生じない場合には、多光子吸収が比較的高い部分のうちの界面近傍に、分解が生じた箇所が位置することとなる。分解が生じた箇所における結晶状態は、分解が生じていない箇所における結晶状態とは異なったものとなる。超短パルスレーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面は界面７８に沿うため、図示しない分解層が界面７８に沿うように形成される。分解が生じた箇所においては、分解層が形成されるのみならず、空隙も生ずる。かかる空隙がつながると、クラックになると考えられる。界面７８はクラックの成長方向を規定するガイドの役割を果たし、界面５０に沿うようにクラックが成長することとなる。また、界面７８の一方の側の材料と界面７８の他方の側の材料との間で結晶が不連続になっていることも、界面５０に沿ってクラック５３を生じさせることに寄与すると考えられる。
また、界面７８においてクラックが成長するメカニズムとしては、以下のようなメカニズムも考えることができる。
即ち、超短パルスレーザ光Ａを照射すると、界面７８において超短パルスレーザ光Ａが反射され、超短パルスレーザ光Ａの一部が反対方向に折り返される。界面７８又は界面７８の近傍においては、超短パルスレーザ光Ａが折り返された分だけ、超短パルスレーザ光Ａの強度が強くなる。超短パルスレーザ光Ａの強度が強くなった箇所においては、超短パルスレーザ光Ａの強度が加工対象物１６の材料の分解の閾値を超えるため、当該箇所において加工対象物１６の分解が生ずる。界面７８において超短パルスレーザ光Ａが反射されるため、界面７８近傍において分解が生ずることとなる。分解が生じた箇所における結晶状態は、分解が生じていない箇所における結晶状態とは異なったものとなる。超短パルスレーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面は界面７８に沿うため、図示しない分解層が界面７８に沿うように形成される。分解が生じた箇所においては、分解層が形成されるのみならず、空隙も生ずる。かかる空隙がつながると、クラックになると考えられる。界面７８はクラックの成長方向を規定するガイドの役割を果たし、界面７８に沿うようにクラックが成長することとなる。
また、界面７８における多光子吸収係数の相違と界面７８における超短パルスレーザ光Ａの反射との相乗効果によって、クラックが成長することも考えられる。
なお、本実施形態による加工対象物の切断方法は、バンドギャップの狭い層にレーザ光Ａを線形吸収させ、当該バンドギャップの狭い層を溶解させる手法ではない。本実施形態において照射される超短パルスレーザ光Ａの波長は、加工対象物１６の各部のバンドギャップより小さいエネルギーの波長である。
図１６（ａ）は、レーザ照射予定範囲全体に対して超短パルスレーザ光Ａの照射が完了した状態を示す断面図である。超短パルスレーザ光Ａの集光点５５をつなげたときにできる面（軌跡、軌跡面）は界面７８に沿い、図示しない改質層が界面７８に沿うように形成される。また、界面７８又は界面７８の近傍において、界面７８に沿うようにクラック５３（図４（ｂ）参照）が形成される。
第１実施形態において上述したように、クラック５３が形成された段階では、加工対象物１６がクラック５３において確実に分離されているとは限らない。加工対象物１６がクラック５３において確実に分離されていない場合には、例えば、第１実施形態と同様にして加工対象物１６を分離することができる。なお、治具５６については、本実施形態の加工対象物１６に適合するように、適宜工夫すればよい。
図１６（ｂ）は、クラック５３において加工対象物１６を分離した状態を示す断面図である。ここでは、他の基板７８が積層膜７６に接合され、当該他の基板７８側に積層膜７６が移されている。基板７８は、導電性を有する基板とする。当該基板７８は、例えばＬＥＤ素子の正側の電極として機能し得る。
次に、必要に応じて積層膜７６の表面を研磨する。次に、図１６（ｃ）に示すように、積層膜７６上に導電膜８２を成膜する。導電膜８２は、例えばＬＥＤ素子の負側の電極として機能し得る。なお、この段階で、個片化が既に行われている場合には、更に個片化することは要しないが、個片化が未だ行われていない場合には、所望のサイズに個片化を行う。こうして、例えばＬＥＤ素子が製造される。なお、導電膜８２が透明な場合には、導電膜８２が全面に形成されていてもよいが、導電膜８２が透明でない場合には、発光した光を十分に取り出し得るように、一部のみに導電膜８２を形成することが好ましい。なお、ここでは、ＬＥＤ素子を製造する場合を例に説明したが、製造する対象はＬＥＤ素子に限定されるものではない。様々な半導体装置（電子デバイス）を製造する際に、本発明を適用することが可能である。
（加工対象物のバリエーション）
次に、本実施形態による加工対象物のバリエーションについて図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態による加工対象物のバリエーションを示す図である。
例えば、加工対象物１６の界面７８が、ＳｉＣにより形成された第１の部分７０とＡｌＮにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。ＳｉＣ基板７０上に形成されたＧａＮ系のＬＥＤ素子層をＳｉＣ基板７０から分離する場合には、このような構成となる場合がある。
また、加工対象物１６の界面７８が、ＧａＮにより形成された第１の部分７０とＡｌＧａＮにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。ＧａＮ基板７０上に形成されたＧａＮ系のＬＥＤ素子層をＧａＮ基板７０から分離する場合には、このような構成となる場合がある。
また、加工対象物１６の界面７８が、Ｇａ２Ｏ３により形成された第１の部分７０とＧａＮにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。Ｇａ２Ｏ３基板７０上に形成されたＧａＮ系のＬＥＤ素子層をＧａ２Ｏ３基板７０から分離する場合には、このような構成となる。なお、初期成長層として、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＮ等をＧａ２Ｏ３基板７０上に成長する場合もある。この場合には、加工対象物１６の界面７８は、Ｇａ２Ｏ３により形成された第１の部分７０とＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＮ等により形成された第２の部分７２との界面となる。
また、加工対象物１６の界面７８が、サファイアにより形成された第１の部分７０とＧａＮにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。サファイア基板７０上に形成されたＧａＮ系のＬＥＤ素子層をサファイア基板７０から分離する場合には、このような構成となる。なお、初期成長層として、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＮ等をサファイア基板７０上に成長する場合もある。この場合には、加工対象物１６の界面７８は、サファイアにより形成された第１の部分７０とＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＮ等により形成された第２の部分７２との界面となる。
また、加工対象物１６の界面７８が、ＳｉＣにより形成された第１の部分７０とＣ（炭素）により形成された第２の部分７２との界面であってもよい。ＳｉＣ基板７０上に形成されたＣ層７２をＳｉＣ基板７０から分離する場合には、このような構成となる。
また、加工対象物１６の界面７８が、Ｓｉにより形成された第１の部分７０とＧａＮにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。Ｓｉ基板７０上に形成されたＧａＮ層７２をＳｉ基板７０から分離する場合には、このような構成となる。なお、初期成長層として、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＮ等をＳｉ基板７０上に成長する場合もある。この場合には、加工対象物１６の界面７８は、Ｓｉにより形成された第１の部分７０とＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＮ等により形成された第２の部分７２との界面となる。
また、加工対象物１６の界面７８が、ガラスにより形成された第１の部分７０とＧａＮにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。ガラス基板７０上に形成されたＧａＮ層７２をガラス基板７０から分離する場合には、このような構成となる。なお、初期成長層として、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＮ等をガラス基板７０上に成長する場合もある。この場合には、加工対象物１６の界面７８は、ガラスにより形成された第１の部分７０とＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＮ等により形成された第２の部分７２との界面となる。
また、加工対象物１６の界面７８が、ガラスにより形成された第１の部分７０とＳｉＣにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。ガラス基板７０上に形成されたＳｉＣ層７２をガラス基板７０から分離する場合には、このような構成となる。
また、加工対象物１６の界面７８が、ガラスにより形成された第１の部分７０とＣにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。ガラス基板７０上に形成されたＣ層７２をガラス基板７０から分離する場合には、このような構成となる。
また、加工対象物１６の界面７８が、Ｃにより形成された第１の部分７０とＣにより形成された第２の部分７２との界面であってもよい。より具体的には、加工対象物１６の界面７８が、ダイヤモンド基板７０とグラファイト層７２との界面であってもよい。
なお、これらの層は、例えばＭＯＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法、ＭＢＥ法等により適宜形成し得る。
このように、材料が互いに異なっている部分７０，７２の界面７８において切断を行うようにしてもよい。本実施形態においても、加工対象物１６に予め所定の界面７８を形成しておき、当該界面７８又は当該界面７８の近傍に集光点５５が位置するように超短パルスレーザ光Ａを照射する。このため、本実施形態においても、当該界面７８に沿って高精度に形成されるクラック５３において加工対象物１６を切断することができる。従って、本実施形態においても、迅速且つ高精度に所望の箇所で加工対象物を切断し得る切断方法、及び、その切断方法を用いた基板等の製造方法を提供することができる。
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、超短パルスレーザ光Ａを照射する工程において、加工対象物１６に対して加熱（熱処理）を行ってもよい。超短パルスレーザ光Ａを照射している際に加工対象物１６を加熱すれば、より効率的にクラック５３を形成することができる。
また、超短パルスレーザ光Ａを照射する工程の後、加工対象物１６を分離する工程の前に、加工対象物１６に対して加熱を行ってもよい。超短パルスレーザ光Ａの照射した後に加熱を行えば、超短パルスレーザ光Ａの照射により生じたクラック５３を更に成長させることができる。
また、超短パルスレーザ光Ａを分離する工程において、加工対象物１６に対して加熱を行うようにしてもよい。
また、加工対象物１６を分離する工程において、加工対象物１６を薬液に浸漬するようにしてもよい。かかる薬液としては、例えば、改質層（分解層）を選択的にエッチング除去し得る薬液を用いる。超短パルスレーザ光Ａの照射によりクラック５３が形成された加工対象物１６を、このような薬液に浸漬すれば、加工対象物１６をクラック５３において分離することができる。
また、加工対象物１６を分離する工程において、加工対象物１６に対してＵＶオゾン処理を行うようにしてもよい。超短パルスレーザ光Ａの照射によりクラック５３が形成された加工対象物１６に対してＵＶオゾン処理を行えば、加工対象物１６をクラック５３において分離することが可能である。
また、上記実施形態では、ステージ１８を移動させることにより超短パルスレーザ光Ａを走査する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ガルバノミラー（図示せず）とＦθ（Ｆ−Ｔｈｅｔａ）レンズ（図示せず）とを用いて、加工対象物１６に超短パルスレーザ光Ａを走査するようにしてもよい。また、シリンドリカルレンズを用いて超短パルスレーザ光Ａを線状に成形し、線状に成形された超短パルスレーザ光Ａを用いて加工対象物１６に照射するようにしてもよい。また、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）を用いてレーザビームを複数本に分岐し、複数本に分岐されたレーザビームを同時に加工対象物１６に照射するようにしてもよい。また、照射スポットの径が比較的大きい超短パルスレーザ光Ａを用い、走査を行うことなく、超短パルスレーザ光Ａを照射してもよい。
また、上記実施形態では、超短パルスレーザ光Ａを直線状に走査する場合を例に説明したが、超短パルスレーザ光Ａの走査は直線状に限定されるものではない。例えば円形状に超短パルスレーザ光Ａを走査してもよいし、螺旋状（渦巻き状）に超短パルスレーザ光Ａを走査してもよい。この場合には、ステージ１８として、回転ステージを用いればよい。
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
加工対象物の第１の部分と前記加工対象物の第２の部分との界面又は前記界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射することにより、前記界面に沿うようにクラックを形成するクラック形成工程と、
前記クラックにおいて前記加工対象物を分離する分離工程とを有し、
前記第１の部分の不純物濃度と前記第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっている、又は、前記第１の部分の材料と前記第２の部分の材料とは互いに異なっている、基板の製造方法。
（付記２）
前記加工対象物に入射される前記超短パルスレーザ光の光軸は、前記界面の面内方向に交差する方向であり、
前記超短パルスレーザ光が集光された箇所の軌跡は、前記界面に沿う、付記１記載の基板の製造方法。
（付記３）
前記クラック形成工程では、前記超短パルスレーザ光の照射を繰り返し行う、付記１又は２記載の基板の製造方法。
（付記４）
前記加工対象物には、複数の前記界面が前記界面の法線方向に互いに離間して形成されており、
前記クラック形成工程では、前記複数の界面の各々に前記超短パルスレーザ光を照射し、前記複数の界面の各々に沿うように前記クラックをそれぞれ形成する、付記１乃至３のいずれかに記載の基板の製造方法。
（付記５）
前記界面における前記超短パルスレーザ光の断面は楕円形であり、
前記超短パルスレーザ光の走査方向と前記楕円形の長軸とが交差する、付記１乃至４のいずれかに記載の基板の製造方法。
（付記６）
前記クラック形成工程では、前記集光点を前記界面の法線方向に前記界面からずらして位置させる、請求項１乃至５のいずれかに記載の基板の製造方法。
（付記７）
前記クラック形成工程では、前記加工対象物に対して加熱を行う、付記１乃至６のいずれかに記載の基板の製造方法。
（付記８）
前記クラック形成工程の後、前記分離工程の前に、前記加工対象物に対して加熱を行う加熱工程を更に有する、付記１乃至７のいずれかに記載の基板の製造方法。
（付記９）
前記分離工程では、前記加工対象物に対して加熱を行う、付記１乃至８のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
（付記１０）
前記分離工程では、前記加工対象物を薬液に浸漬する、付記１乃至８のいずれかに記載の基板の製造方法。
（付記１１）
前記加工対象物を分離する工程では、前記加工対象物に対してＵＶオゾン処理を行う、付記１乃至８のいずれかに記載の基板の製造方法。
（付記１２）
前記分離工程では、前記界面の面内方向に沿う方向の外力を前記加工対象物に加えることにより、前記加工対象物を分離する、付記１乃至８のいずれかに記載の基板の製造方法。
（付記１３）
加工対象物の第１の部分と前記加工対象物の第２の部分との界面又は前記界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射することにより、前記界面に沿うようにクラックを形成するクラック形成工程と、
前記クラックにおいて前記加工対象物を分離する分離工程とを有し、
前記第１の部分の不純物濃度と前記第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっている、又は、前記第１の部分の材料と前記第２の部分の材料とは互いに異なっている、加工対象物の切断方法。
（付記１４）
超短パルスレーザ光を発する光源と、
加工対象物の第１の部分と前記加工対象物の第２の部分との界面又は前記界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射することにより、前記界面に沿うようにクラックを形成する制御部とを有し、
前記第１の部分の不純物濃度と前記第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっている、又は、前記第１の部分の材料と前記第２の部分の材料とは互いに異なっている、レーザ加工装置。
１０…レーザ光源
１４…制御部
１６…加工対象物
４６…第１の部分
４８…第２の部分
５０…界面
５２…レーザ光が集光された箇所の軌跡
５３…クラック
５５…集光点
５８ａ〜５８ｅ…第１の部分
６０ａ〜６０ｄ…第２の部分
６２…レーザ光が集光された箇所の軌跡
６６ａ、６６ｂ…レーザ光の断面形状
７０…第１の部分
７２…第２の部分
８０…レーザ光が集光された箇所の軌跡
Ａ…超短パルスレーザ光

Claims (8)

  1. 加工対象物の第１の部分と前記加工対象物の第２の部分との界面又は前記界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射することにより、前記界面に沿うようにクラックを形成するクラック形成工程と、
    前記クラックにおいて前記加工対象物を分離する分離工程と、を有する基板の製造方法において、
    前記加工対象物は、ＳｉＣであり、前記第１の部分の不純物濃度と前記第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっており、前記第２の部分の多光子吸収係数は、前記第１の部分の多光子吸収係数よりも低く、
    前記超短パルスレーザ光は、フェムト秒レーザ光であり、前記集光点は、前記界面に対して下方に位置させる、
    基板の製造方法。
  2. 前記第２の部分の不純物濃度に対する前記第１の部分の不純物濃度は、５倍以上である、請求項１に記載の基板の製造方法。
  3. 前記加工対象物に入射される前記超短パルスレーザ光の光軸は、前記界面の面内方向に交差する方向であり、
    前記超短パルスレーザ光が集光された箇所の軌跡は、前記界面に沿う、請求項１または２に記載の基板の製造方法。
  4. 前記クラック形成工程では、前記超短パルスレーザ光の照射を繰り返し行う、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
  5. 前記加工対象物には、複数の前記界面が前記界面の法線方向に互いに離間して形成されており、
    前記クラック形成工程では、前記複数の界面の各々に前記超短パルスレーザ光を照射し、前記複数の界面の各々に沿うように前記クラックをそれぞれ形成する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
  6. 前記界面における前記超短パルスレーザ光の断面は楕円形であり、
    前記超短パルスレーザ光の走査方向と前記楕円形の長軸とが交差する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
  7. 前記分離工程では、前記界面の面内方向に沿う方向の外力を前記加工対象物に加えることにより、前記加工対象物を分離する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
  8. 加工対象物の第１の部分と前記加工対象物の第２の部分との界面又は前記界面の近傍に集光点が位置するように超短パルスレーザ光を照射することにより、前記界面に沿うようにクラックを形成するクラック形成工程と、
    前記クラックにおいて前記加工対象物を分離する分離工程と、を有する加工対象物の切断方法において、
    前記加工対象物は、ＳｉＣであり、前記第１の部分の不純物濃度と前記第２の部分の不純物濃度とは互いに異なっており、前記第２の部分の多光子吸収係数は、前記第１の部分の多光子吸収係数よりも低く、
    前記超短パルスレーザ光は、フェムト秒レーザ光であり、前記集光点は、前記界面に対して下方に位置させる、
    加工対象物の切断方法。
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