JP6752232B2 - 加工対象物切断方法 - Google Patents

Description

本発明の一側面は、加工対象物切断方法に関する。

特許文献１には、半導体チップ製造方法が記載されている。この方法では、ｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ型層）とｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ型層）とをサファイア基板上に積層して形成された半導体ウエハを複数の半導体チップに分割する。この方法では、まず、所望のチップ形状により素子分離溝を形成する。素子分離溝は、ｐ型層をエッチングすることにより形成される。続いて、サファイア基板の内部に改質領域を形成する。改質領域は、サファイア基板の内部に集光点を合せてレーザ光を照射することにより形成される。改質領域は、基板（ウエハ）の分断に利用される。その後、ブレーキング装置を用いて、基板（ウエハ）をチップ状に分割する。

特開２０１１−１８１９０９号公報

上記の基板（ウエハ）といった加工対象物の表面には、レーザ光を遮蔽する光遮蔽領域が設けられる場合がある。その場合には、当該表面をレーザ光の入射面とすると共に、入射面に交差する方向からみて光遮蔽領域を通過するようにレーザ光の集光点を移動させながら加工対象物にレーザ光を照射すると、光遮蔽領域に対応する位置において改質領域が欠落した部分が発生するおそれがある。改質領域が欠落した部分では、切断の精度が低下する。その結果、加工対象物の切断面に段差が生じる等、切断面が劣化するおそれがある。

本発明の一側面は、切断面の劣化を抑制可能な加工対象物切断方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る加工対象物切断方法は、レーザ光を遮蔽する光遮蔽領域を含む主面を有する加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するための加工対象物切断方法であって、レーザ光を加工対象物に集光するための集光レンズに対してレーザ光を入射させる第１の工程と、集光レンズによってレーザ光を加工対象物の内部に集光させながら、レーザ光の集光点を切断予定ラインに沿って相対移動させることにより、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域を形成する第２の工程と、を備え、光遮蔽領域は、主面に交差する方向からみて、切断予定ラインの一部に重複しており、第１の工程においては、レーザ光の強度プロファイルを円環状とした状態においてレーザ光を集光レンズに入射させ、第２の工程においては、主面をレーザ光の入射面とすると共に、主面に交差する方向からみて光遮蔽領域を通過するように切断予定ラインに沿って集光点を相対移動させる。

この方法においては、第１の工程において集光レンズにレーザ光を入射させる。その後、第２の工程において、集光レンズによりレーザ光を加工対象物の内部に集光させながら、その集光点を切断予定ラインに沿って相対移動させることにより、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域を形成する。ここで、加工対象物は、レーザ光を遮蔽する光遮蔽領域を含む主面を有する。そして、第２の工程においては、その主面をレーザ光の入射面とすると共に、光遮蔽領域を通過するように切断予定ラインに沿って集光点を相対移動させる。このため、従来の方法によれば、加工対象物の内部における光遮蔽領域に対応する位置において、改質領域が欠落した部分が生じるおそれがある。

これに対して、本発明者らは、円環状の強度プロファイルを有するレーザ光を集光して加工対象物に照射することにより、光遮蔽領域に対応する位置において改質領域が欠落した部分が発生することを抑制可能であることを見出した。そして、この方法にあっては、第１の工程において、強度プロファイルが円環状とされたレーザ光を集光レンズに入射させる。よって、この方法によれば、光遮蔽領域に対応する位置に改質領域が欠落した部分が発生することが抑制される。その結果、切断面に段差が生じる等の切断面の劣化を抑制可能である。

本発明の一側面に係る加工対象物切断方法においては、加工対象物は、窒化ガリウムを含む半導体レーザのための半導体層を有し、半導体層は、主面を含み、光遮蔽領域は、切断予定ラインに交差する方向に延びるように半導体層に設けられたストライプ状の高密度欠陥領域であり、切断予定ラインは、半導体層の劈開面に沿って設定されてもよい。ここで、劈開により半導体レーザの共振器を形成する場合には、劈開面の鏡面化が要求される。したがって、切断面（劈開面）の劣化の抑制が特に重要となる。これに対して、この方法によれば、半導体レーザのための半導体層の劈開面に沿って設定された切断予定ラインに沿って、上述したように欠落部分が発生しないように改質領域を形成可能である。このため、切断面（劈開面）の劣化を抑制し、切断面の鏡面化を実現可能である。

本発明の一側面に係る加工対象物切断方法においては、第１の工程において、所定の変調パターンを呈示した空間光変調器により強度プロファイルを円環状としてもよい。この場合、空間光変調器の所定の変調パターンを制御することにより、レーザ光の強度プロファイルの円環形状を動的に変化させることができる。よって、加工対象物の材料や要求される切断精度等に応じて、適切な改質領域の形成を行うことが可能となる。

本発明の一側面によれば、切断面の劣化を抑制可能な加工対象物切断方法を提供することができる。

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図２の加工対象物のII−II線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 本実施形態に係る加工対象物切断方法を用いて製造されたチップを示す斜視図である。 本実施形態に係る加工対象物切断方法の加工対象物を示す図である。 本実施形態に係る加工対象物切断方法の加工対象物を示す図である。 図１に示された光学系の構成を示す図である。 レーザ光の強度プロファイルを示す図である。 本実施形態に係る加工対象物切断方法の主要な工程を示す断面図である。 加工対象物の切断面を示す図である。 ビーム中心と光遮蔽領域とのオフセット量と透過率との関係を説明するための図である。 レーザ光の光軸上の強度と入射面からの距離との関係を示すグラフである。 円環状の強度プロファイルの変形例を示す図である。 円環状の強度プロファイルの別の変形例を示す図である。 円環状の強度プロファイルの別の変形例を示す図である。 円環状の強度プロファイルの別の変形例を示す図である。

以下、本発明の一側面の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る加工対象物切断方法は、切断予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物の少なくとも内部に切断の起点となる改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを加工対象物１に集光するための集光レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。

レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。また、後述するように、レーザ加工装置１００においては、レーザ光Ｌを、光学系１１３を介して集光レンズ１０５に入射する場合がある。

加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成される。切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。

集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。

ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。

改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高転位密度領域ともいう）。

溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ_３、及び、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ_３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。

本実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。

引き続いて、本実施形態に係る加工対象物切断方法について説明する。図７は、本実施形態に係る加工対象物切断方法を用いて製造されたチップを示す斜視図である。チップ１０は、例えば、窒化ガリウムを含む半導体レーザである。チップ１０は、劈開面である切断面（例えば窒化ガリウム結晶におけるｍ面）１０ａと、切断面１０ａに交差する別の切断面（例えば窒化ガリウム結晶におけるａ面）１０ｂと、を含む。チップ１０は、基板１１と、基板１１上に形成された半導体層１２と、基板１１及び半導体層１２上に形成された電極１３と、を有する。

基板１１は、例えば窒化ガリウムを含む半導体基板である。基板１１は、例えばＧａＮ基板である。半導体層１２は、例えばエピタキシャル成長により形成される半導体積層部である。半導体層１２は、例えば窒化ガリウムを含む。半導体層１２は、例えば半導体レーザのための発光層（活性層）１４を含む。発光層１４は、半導体層１２に埋め込まれている。発光層１４の端面１４ｓは、切断面１０ａに含まれている。端面１４ｓは、レーザ共振器を形成する鏡面となっている。電極１３は、半導体層１２に電圧を印可するために用いられる。

チップ１０は、一対のストライプコア１５を含む。ストライプコア１５は、チップ１０の切断面１０ａに交差する方向に延びるように半導体層１２に設けられている。ストライプコア１５は、例えば窒化ガリウムを含む。ストライプコア１５は、高密度欠陥領域である。ストライプコア１５は、例えば散乱等により、レーザ光Ｌを遮蔽する。

図８及び図９は、本実施形態に係る加工対象物切断方法の加工対象物を示す図である。図８は平面図であり、図９の（ａ）は図８の一部拡大図である。図９の（ｂ）は、図９の（ａ）のIX−IX線に沿っての断面図である。本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、図８及び図９に示されるように、まず、加工対象物１を用意する。加工対象物１は、チップ１０のための複数のチップ部２０を有する。チップ部２０は、加工対象物１のオリエンテーションフラット６に平行な方向（以下、「第１の方向」という場合がある）、及び、オリエンテーションフラット６に直交する方向（以下、「第２の方向」という場合がある）に沿って、二次元状に配列されている。

加工対象物１は、複数のチップ部２０にわたって設けられた基板１１のための基板２１を有する。また、加工対象物１は、複数のチップ部２０にわたって設けられた半導体層１２のための半導体層２２を有する。半導体層２２は、上述したように、例えば窒化ガリウムを含む半導体レーザのための半導体層である。半導体層２２は、基板２１上に設けられている。半導体層２２は、基板２１と反対側の表面である主面２２ｓを含む。

加工対象物１には、第１の方向に沿った複数の切断予定ライン５ａと、第２の方向に沿った複数の切断予定ライン５ｂと、が設定されている。切断予定ライン５ａと切断予定ライン５ｂとは、互いに交差（例えば直交）している。チップ１０は、切断予定ライン５ａ及び切断予定ライン５ｂに沿って加工対象物１が切断され、チップ部２０が切り出されることにより得られる。すなわち、互いに隣り合う一対の切断予定ライン５ａと、互いに隣り合う一対の切断予定ライン５ｂとよって囲まれる領域が、単一のチップ部２０を規定する。

切断予定ライン５ａは、それぞれ、基板２１及び半導体層２２の劈開面（例えば窒化ガリウム結晶のｍ面）に沿って設定されている。したがって、互いに隣り合う一対の切断予定ライン５ａは、第２の方向におけるチップ部２０の長さ（半導体レーザの共振器長）を規定する。切断予定ライン５ｂは、例えば、窒化ガリウム結晶のａ面に沿って設定される。互いに隣り合う一対の切断予定ライン５ｂは、第１の方向におけるチップ部２０の長さを規定する。

半導体層２２には、第２の方向に沿って延びる複数のストライプコア１５が設けられている。第１の方向に互いに隣り合うチップ部２０は、ストライプコア１５によって区画されている。ストライプコア１５は、例えば、基板２１及び半導体層２２の劈開面（例えば窒化ガリウム結晶のｍ面）に交差（例えば直交）する方向に沿って延在している。切断予定ライン５ｂは、このストライプコア１５に沿ってストライプコア１５内に設定されている。また、切断予定ライン５ａは、このストライプコア１５に交差（例えば直交）するように、複数のストライプコア１５を跨いで設定されている。

ストライプコア１５は、半導体層２２の主面２２ｓの一部を構成する。主面２２ｓのうちのストライプコア１５に対応する領域は、レーザ光Ｌを遮蔽する光遮蔽領域ＳＡである。したがって、光遮蔽領域ＳＡは、切断予定ライン５ａに交差（例えば直交）する方向に延びるように半導体層２２に設けられたストライプ状の高密度欠陥領域である。そして、光遮蔽領域ＳＡは、主面２２ｓに交差する方向からみて、切断予定ライン５ａの一部に重複している。また、切断予定ライン５ｂは、光遮蔽領域ＳＡ内に位置することになる。

なお、各チップ部２０は、電極１３及び発光層１４を含む。電極１３は、主面２２ｓ上に設けられている。発光層１４は、互いに隣り合うストライプコア１５の間において、半導体層２２に設けられている（埋め込まれている）。

続く工程では、加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、改質領域７を形成する。より具体的には、まず、図１及び図１０に示されるように、主面２２ｓ（表面３）が集光レンズ１０５側に位置するように、加工対象物１を支持台１０７に載置する。ここでは、集光レンズ１０５は、レーザ加工装置１００のレンズのうち最も主面２２ｓ側に配置される対物レンズである。したがって、集光レンズ１０５と主面２２ｓとの間には、他のレンズ等の光学素子が介在していない。

続いて、レーザ光Ｌを加工対象物１に集光するための集光レンズ１０５に対して、レーザ光Ｌを入射させる（第１の工程）。この第１の工程においては、レーザ光Ｌの強度プロファイルを円環状とした状態において、レーザ光Ｌを集光レンズ１０５に入射させる。ここでの強度プロファイルとは、レーザ光Ｌの光軸Ａｘに直交する面内でのレーザ光Ｌの強度分布である。第１の工程においては、集光レンズ１０５に入射するときのレーザ光Ｌの強度プロファイルを円環状とするために、光学系１１３を用いる。

光学系１１３は、レーザ光Ｌの光路上において、レーザ光源１０１（ここではダイクロイックミラー１０３）と集光レンズ１０５との間に設けられている。光学系１１３は、レーザ光Ｌの強度プロファイルを円環状にするための機能を有している。ここでは、一例として、光学系１１３は、一対のミラー１２１，１２３と、空間光変調器１２２と、を含む。ミラー１２１は、レーザ光源１０１（ダイクロイックミラー１０３）からのレーザ光Ｌを、空間光変調器１２２の変調面１２２ｓに向けて偏向する。ミラー１２３は、空間光変調器１２２の変調面１２２ｓからのレーザ光Ｌを、集光レンズ１０５に向けて偏向する。

空間光変調器１２２は、例えばＬＣＯＳ−ＳＬＭ（Liquid Crystal On Silicon Spatial Light Modulator）である。空間光変調器１２２は、液晶層等を含む変調面１２２ｓを有する。空間光変調器１２２は、例えば変調面１２２ｓに所定の変調パターンを呈示する。これにより、空間光変調器１２２は、変調面１２２ｓに入射した光を変調し、その強度プロファイルを変化させて出射する。したがって、この第１の工程においては、所定の変調パターンを呈示した空間光変調器１２２により、レーザ光Ｌの強度プロファイルを円環状とする。

図１１は、レーザ光の強度プロファイルを示す図である。図１１の（ａ）は、変調されていない状態の通常のレーザ光Ｌの強度プロファイルＰｂを示す。図１１の（ｂ）は、空間光変調器１２２を用いて変調された状態のレーザ光Ｌの強度プロファイルＰａを示す。図１１に示されるように、光学系１１３は、空間光変調器１２２を用いて、中実円状の強度プロファイルを有するガウシアンビームを、円環状の強度プロファイルを有するビームに変換する。ここでは、強度が相対的に高い中心の円状の領域がカットされる。なお、いずれの強度プロファイルを有する場合も、集光点Ｐでは中実の円状とされる。なお、円環状（後述するように、環を規定する外縁と内縁とが共に真円（円形）である場合）の強度プロファイルの外径Ｄｏと内径Ｄｉとの比（内径Ｄｉ／外径Ｄｏ）は、所望する切断面の精度や加工対象物１の材料・構造等に応じて適宜設定することができるが、５０％以上８５％未満が好ましい。なお、８５％を超えると、改質スポットのサイズが切断予定ラインに対して一定とならず、不安定となる。一例として、対物レンズに入射する有効ビーム径が２．９０ｍｍの場合、最小の内径は１．５０ｍｍ、最大の内径は２．４０ｍｍとすることができる。

続く工程においては、図１２に示されるように、集光レンズ１０５によってレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光させながら、レーザ光Ｌの集光点Ｐを切断予定ライン５ａに沿って相対移動させることにより、切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１の内部に改質領域７を形成する（第２の工程）。より具体的には、この第２の工程においては、まず、加工対象物１の表面（半導体層２２の主面２２ｓ）をレーザ光Ｌの入射面として、レーザ光Ｌの集光点Ｐを基板２１の内部に合わせた状態とする。すなわち、レーザ光Ｌは、半導体層２２を介して基板２１の内部に集光される。

その状態において、レーザ光Ｌに対して加工対象物１を相対的に移動させることにより、切断予定ライン５ａに沿って（図中の矢印方向に）加工対象物１にレーザ光Ｌを照射（走査）する。このとき、レーザ光Ｌの集光点Ｐは、加工対象物１の一端から他端にわたって相対移動させられる。すなわち、この第２の工程においては、主面２２ｓに交差する方向からみて、複数の光遮蔽領域ＳＡを通過するように、切断予定ライン５ａに沿って集光点Ｐを相対移動させる。

これにより、例えばレーザ光Ｌのパルスピッチ（（レーザ光Ｌに対する加工対象物１の相対移動速度）／（レーザ光Ｌのパルス発振の周波数））に応じた間隔で、切断予定ライン５ａに沿って基板２１の内部に複数の改質スポット７ｓが形成される。改質領域７は、この改質スポット７ｓの集合として形成される。ここでは、後述するように、主面２２ｓに交差する方向からみて光遮蔽領域ＳＡの直下に位置する部分（光遮蔽領域ＳＡに対応する部分）についても、改質スポット７ｓが形成される。したがって、ここでは、光遮蔽領域ＳＡに対応する部分において改質領域７が欠落する（途切れる）ことがない。また、ここでは、レーザ光Ｌの強度プロファイルは、主面２２ｓに入射する際にも円環状が維持されている。

また、この第２の工程においては、レーザ光Ｌの照射条件を調節することにより、基板２１の内部のみならず、例えば基板２１における半導体層２２と反対側の表面（加工対象物１の裏面）に至るように亀裂を生じさせることができる。また、互いに隣り合う改質スポット７ｓからのびる亀裂が互いに繋がるようにすることができる。

そして、この第２の工程を、全ての切断予定ライン５ａに対して順次行うことにより、全ての切断予定ライン５ａに沿った改質領域７が、加工対象物１の内部に形成される。切断予定ライン５ａは、上述したように、基板２１及び半導体層２２の劈開面に沿って設定されている。したがって、この第２の工程においては、基板２１及び半導体層２２の劈開面に沿って改質領域７が形成される。

このため、後の工程において、切断予定ライン５ａに沿って、改質領域７を起点として劈開により加工対象物１を切断可能である。この切断予定ライン５ａに沿った加工対象物１の切断は、改質領域７から延びる亀裂を開く方向に加工対象物１に力を付与することにより行うことができる。切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１を切断することにより、切断予定ライン５ａに沿って配列された複数のチップ１０（チップ部２０）を含む複数のバー状の加工対象物が得られる。その後、複数のバー状の加工対象物を切断予定ライン５ｂに沿って切断することにより、基板２１から基板１１が形成される共に半導体層２２から半導体層１２が形成され、それぞれのチップ１０が得られる。

なお、切断予定ライン５ｂは、全体にわたって光遮蔽領域ＳＡ内に位置する。したがって、切断予定ライン５ｂに沿った切断は、主面２２ｓからのレーザ光Ｌの入射により基板２１の内部に改質領域７を形成する方法ではなく、例えばレーザアブレーション等の方法を用いることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、第１の工程において集光レンズ１０５にレーザ光Ｌを入射させる。その後、第２の工程において、集光レンズ１０５によりレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光させながら、その集光点Ｐを切断予定ライン５ａに沿って相対移動させることにより、切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１の内部に改質領域７を形成する。ここで、加工対象物１は、レーザ光Ｌを遮蔽する光遮蔽領域ＳＡを含む主面２２ｓを有する。そして、第２の工程においては、その主面２２ｓをレーザ光Ｌの入射面とすると共に、光遮蔽領域ＳＡを通過するように切断予定ライン５ａに沿って集光点Ｐを相対移動させる。

このため、例えば図１３の（ｂ）に示されるように、従来の方法によれば、加工対象物１の内部における光遮蔽領域ＳＡに対応する位置において、改質領域７の欠落部分（途切れた部分）Ｍが生じるおそれがある。改質領域７の欠落部分Ｍにおいては、互いに隣り合う改質スポット７ｓから延びる亀裂が互いに連続しない。このため、改質領域７に沿って加工対象物１を切断（劈開）したときに、その切断面１０ａが蛇行する等して切断面１０ａに段差Ｇが生じる場合がある。なお、ここでの従来の方法とは、第１の工程において、図１４の（ａ）のようにレーザ光Ｌの強度プロファイルを円環状とせずに、図１４の（ｂ）のように円状の強度プロファイルのままの状態でレーザ光Ｌを集光レンズ１０５に入射させるものである。

これに対して、本発明者らは、円環状の強度プロファイルを有するレーザ光Ｌを集光して加工対象物１に照射することにより、光遮蔽領域ＳＡに対応する位置において改質領域７の欠落部分Ｍが発生することを抑制可能であることを見出した。そして、本実施形態に係る加工対象物切断方法にあっては、第１の工程において、強度プロファイルが円環状とされたレーザ光Ｌを集光レンズ１０５に入射させる。よって、この加工対象物切断方法によれば、図１３の（ａ）に示されるように、光遮蔽領域ＳＡに対応する位置に改質領域７の欠落部分Ｍが発生することが抑制される。その結果、切断面１０ａに段差Ｇが生じる等の切断面１０ａの劣化を抑制可能である。

ここで、上記のような効果が奏される一因に関する本発明者の知見について説明する。図１４の（ｃ）に示されるように、円環状の強度プロファイルを有するレーザ光Ｌと、中実円状の通常の（従来の）強度プロファイルを有するレーザ光Ｌｎとでは、光遮蔽領域ＳＡとの位置関係に応じて、加工対象物１に対する透過率が異なる。この点についてより詳細に説明する。まず、図１４の（ａ），（ｂ）に示されるように、レーザ光Ｌ，Ｌｎのビーム中心と、光遮蔽領域ＳＡの中心とのオフセット量をＬｏとする。ここでは、レーザ光Ｌ，Ｌｎのビーム中心と光遮蔽領域ＳＡの中心とが一致しているときに、オフセット量Ｌｏが０となる。

上述したように、レーザ光Ｌ，Ｌｎに対して加工対象物１を相対移動していくと、このオフセット量Ｌｏが負側から０を越えて正側に変位する。このとき、図１４の（ｃ）の一点鎖線のグラフに示されるように、通常の強度プロファイルを有するレーザ光Ｌｎの透過率は、オフセット量Ｌｏが０に近づくにつれて小さくなる。そして、レーザ光Ｌｎの透過率は、オフセット量Ｌｏが０のときに最小となり、例えば６５％程度のロスとなる。

これに対して、図１４の（ｃ）の実線のグラフに示されるように、円環状の強度プロファイルを有するレーザ光Ｌの透過率は、オフセット量Ｌｏが０に近づくにつれて小さくなるものの、オフセット量Ｌｏが−１から１の間において平坦となる。このときの透過率は、通常のレーザ光Ｌの透過率よりも大きく、例えば４０％程度のロスにとどまる。このことは、図１５からも理解される。すなわち、図１５に示されるように、円環状のレーザ光Ｌの光軸上の強度は、通常のレーザ光Ｌｎの光軸上の強度に比べて、レーザ光の入射面からの距離（図中「ｚ」）が大きくなっても減衰しにくい。

すなわち、レーザ光Ｌは、レーザ光Ｌｎに比べて、光遮蔽領域ＳＡを通過する際のエネルギーの損失が少ない。このため、光遮蔽領域ＳＡの直下において、レーザ光Ｌの集光点Ｐでのエネルギーが、レーザ光Ｌｎに比べて大きくなる。この結果、レーザ光Ｌを用いた場合には、光遮蔽領域ＳＡの直下においても、十分に改質領域７が形成され、改質領域７の欠落部分Ｍが生じにくい。このことが、上記の効果が奏される一因と考えられる。なお、以上の考察のための実験の条件は、一例として次の通りである。

対物レンズのレーザ光Ｌの入射面におけるレーザ光Ｌの強度プロファイルの外径（ビーム外径）Ｄｏ：２．８８ｍｍ。
対物レンズのレーザ光Ｌの入射面におけるレーザ光Ｌの強度プロファイルの内径（ビーム内径）Ｄｉ：２．０ｍｍ。
対物レンズのレーザ光Ｌｎの入射面におけるレーザ光Ｌｎのビーム外径：２．８８ｍｍ。光遮蔽領域ＳＡの幅：１．０ｍｍ。

ただし、上記の考察のための実験は、加工対象物１における透過率及びビーム径を測定したものではなく、対物レンズ上での実験である。これは、加工対象物１での透過率の計測が困難であるためである。当該実験においては、対物レンズに入射するレーザ光Ｌのビーム径を５．０ｍｍとし、対物レンズの瞳径を２．８８ｍｍとした。対物レンズに入射するレーザ光Ｌのビーム外形Ｄоは対物レンズの瞳径で決まるので、この場合には上記の通り２．８８ｍｍであり、内径Ｄｉは２．０ｍｍである。一方、当該実験においては、光遮蔽領域ＳＡを対物レンズ上に形成した。このため、上記の光遮蔽領域ＳＡの幅は、対物レンズの入射面での幅に換算したものである。

このような条件下の実験は、次の理由から、加工対象物１での実際の状況での実験と等価である。すなわち、まず、ビーム外径Ｄｏとして、レーザ光Ｌのビーム径とレンズアパーチャとのうちの小さい方を採用する。また、加工対象物１におけるレーザ光Ｌの入射面に交差する方向について、集光点Ｐから十分に離れた位置では、幾何的な相似関係が成り立つと仮定する。そして、加工対象物１におけるレーザ光Ｌの入射面でのレーザ光Ｌのビーム外径及び内径をそれぞれＤｓｏ及びＤｓｉとし、それらの比率をγとする。このとき、次の関係が成り立つ。
γ＝Ｄｓｉ／Ｄｓｏ＝Ｄｉ／Ｄｏ・・・（１）

さらに、加工対象物１における実際の光遮蔽領域ＳＡの幅をＷｓとし、上記の通り対物レンズの入射面の位置に換算した光遮蔽領域ＳＡの幅をＷとすると、次の関係がさらに成り立つ。
γо＝Ｗｓ／Ｄｓｏ＝Ｗ／Ｄｏ・・・（２）
γｉ＝Ｗｓ／Ｄｓｉ＝Ｗ／Ｄｉ・・・（３）
γ＝γо／γｉ・・・（４）

つまり、レーザ光Ｌのビーム外径とビーム内径との比（γ）、レーザ光Ｌのビーム外径と光遮蔽領域ＳＡの幅との比（γо）、及び、レーザ光Ｌのビーム内径と光遮蔽領域ＳＡの幅との比（γｉ）は、当該実験と加工対象物１での実験の値との間で同等である。このことから、当該実験は、少なくとも上記の考察に際して、加工対象物１での実際の状況下の実験と等価であるといえる。

さらに、上記の効果が示される別の一因に関する本発明者の知見を説明する。本発明者によれば、円環状の強度プロファイルを有するレーザ光Ｌを最大限に集光したときの集光点は、通常の強度プロファイルを有するレーザ光Ｌｎの同様の集光点に比べて、レーザ光Ｌの光軸に沿って長細くなり、且つ、光軸に沿った断面積が大きくなることが確認されている。

このことから、レーザ光Ｌの集光点においては、レーザ光Ｌｎの集光点に比べて、加工対象物１に入力するエネルギーを大きくすることができる。その結果、レーザ光Ｌを用いた場合には、光遮蔽領域ＳＡの直下においても、改質領域７を形成するのに十分なエネルギーを入力することができ、改質領域７の欠落部分Ｍが生じにくい。このことが、上記の効果が奏される別の一因と考えられる。

ここで、本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、加工対象物１は、窒化ガリウムを含む半導体レーザのための半導体層２２を有している。半導体層２２は、主面２２ｓを含む。また、光遮蔽領域ＳＡは、切断予定ライン５ａに交差する方向に延びるように半導体層２２に設けられたストライプ状の高密度欠陥領域である。そして、切断予定ライン５ａは、基板２１及び半導体層２２の劈開面に沿って設定されている。

劈開により半導体レーザの共振器を形成する場合には、劈開面の鏡面化が要求される。したがって、切断面（劈開面）の劣化の抑制が特に重要となる。これに対して、本実施形態に係る加工対象物切断方法によれば、半導体レーザのための半導体層２２及び基板２１の劈開面に沿って設定された切断予定ライン５ａに沿って、上述したように欠落部分Ｍが発生しないように改質領域７を形成可能である。このため、切断面（劈開面）の劣化を抑制し、切断面の鏡面化を確実に実現可能である。

さらに、本実施形態に係る加工対象物切断方法においては、第１の工程において、所定の変調パターンを呈示した空間光変調器１２２により、レーザ光Ｌの強度プロファイルを円環状とする。このため、空間光変調器１２２の所定の変調パターンを制御することにより、レーザ光Ｌの強度プロファイルの円環形状を動的に変化させることができる。よって、加工対象物１の材料や要求される切断精度等に応じて、適切な改質領域７の形成を行うことが可能となる。

以上の実施形態は、本発明の一側面に係る加工対象物切断方法の一実施形態いついて説明したものである。したがって、本発明の一側面に係る加工対象物切断方法は、上記の形態に限定されない。本発明の一側面に係る加工対象物切断方法は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上記の形態を任意に変更することができる。

例えば、本発明の一側面に係る加工対象物切断方法における加工対象物は、上記の加工対象物１に限定されない。すなわち、加工対象物は、窒化ガリウムを含む半導体レーザのための半導体層２２（半導体層１２）備えるものでなく、例えばＴＥＧ等であってもよい。また、光遮蔽領域ＳＡとしては、高密度欠陥領域に限らず、配線等であってもよい。すなわち、加工対象物は、レーザ光の入射面に対して任意の遮蔽領域が設けられた任意のものとすることができる。

また、光学系１１３は、レーザ光Ｌの強度プロファイルを円環状にするための機能を有するものであればよく、空間光変調器１２２を利用するものに限定されない。例えば、光学系１１３は、アキシコンレンズペアを利用するものであってもよい。或いは、光学系１１３は、集光レンズ１０５に対して設けられ、レーザ光Ｌのビームスポットの中心部分を円形状に遮蔽するマスク部材を利用するものであってもよい。この場合、マスク部材は、集光レンズ１０５のレーザ光Ｌの入射面上に直接的に設けられてもよいし、当該入射面から離間して保持されていてもよい。

なお、本実施形態に係る加工対象物切断方法は、以上のように入射面に光遮蔽領域を有する加工対象物のみにかぎらず、光遮蔽領域を有していない加工対象物に対しても有効であることが確認されている。すなわち、光遮蔽領域を有していない加工対象物であっても、通常の強度プロファイルを有するレーザ光を集光して照射した場合には、突発的に改質領域の欠落部分が生じる場合がある。これに対して、本実施形態に係る加工対象物切断方法によれば、そのような突発的な改質領域の欠落部分の発生を低減させ、切断面の劣化を抑制可能である。

さらに、上記実施形態においては、レーザ光Ｌの強度プロファイルＰａを円環状とした。そして、円環状の強度プロファイルＰａの１つとして、図１１に示されるように、環を規定する外縁と内縁とが共に真円である場合について例示した。しかしながら、強度プロファイルＰａは、あくまで円環状であればよく、外縁と内縁とが共に真円である場合に限定されない。円環状の強度プロファイルＰａの別例について説明する。

図１６は、円環状の強度プロファイルの変形例を示す図である。図１６の（ａ）は、上述したように、強度プロファイルＰａの外縁Ｃｏと内縁Ｃｉとが共に真円である場合を示す。これに対して、図１６の（ｂ）〜（ｄ）は、外縁Ｃｏが真円であると共に、内縁Ｃｉが楕円である例を示す。特に、図１６の（ｂ）と図１６の（ｃ）とでは、内縁Ｃｉの楕円の長軸が互いに交差（直交）するように配置されている。また、図１６の（ｄ）では、内縁Ｃｉの楕円の長軸が傾斜している。

図１７は、円環状の強度プロファイルの別の変形例を示す図である。図１７に示される例では、強度プロファイルＰａの外縁Ｃｏが楕円とされている。特に、図１７の（ａ）では、内縁Ｃｉが真円とされている。また、図１７の（ｂ）〜（ｄ）では、外縁Ｃｏと内縁Ｃｉとが共に楕円とされている。図１７の（ｂ）と図１７の（ｃ）とでは、内縁Ｃｉの楕円の長軸が互いに交差（直交）するように配置されている。また、図１７の（ｄ）では、内縁Ｃｉの楕円の長軸が傾斜している。

図１８は、円環状の強度プロファイルの別の変形例を示す図である。図１８に示される例では、強度プロファイルＰａの外縁Ｃｏが楕円とされている。特に、図１８の例では、外縁Ｃｏの楕円が傾斜している。図１８の（ａ）では、内縁Ｃｉが真円とされている。また、図１８の（ｂ）〜（ｄ）では、外縁Ｃｏと内縁Ｃｉとが共に楕円とされている。図１８の（ｂ）と図１８の（ｃ）とでは、内縁Ｃｉの楕円の長軸が互いに交差（直交）するように配置されている。また、図１８の（ｄ）では、内縁Ｃｉの楕円の長軸が傾斜している。

図１９は、円環状の強度プロファイルの別の変形例を示す図である。図１９の（ａ）の例では、外縁Ｃｏと内縁Ｃｉとが共に楕円とされており、且つ、それぞれの中心（軸）が一致していない。図１９の（ｂ）の例では、外縁Ｃｏが真円であり、且つ、内縁Ｃｉが楕円とされている。特に、図１９の（ｂ）の例では、内縁Ｃｉの楕円の長軸が、外縁Ｃｏの真円の直径よりも大きくされている。さらに、図１９の（ｃ）の例では、単一の外縁Ｃｏに対して、複数（ここでは２つ）の楕円の内縁Ｃｉが含まれている。

以上のように、レーザ光Ｌの円環状の強度プロファイルＰａは、真円及び楕円を含む円状の外縁及び内縁によって、環又は部分的な環を含む環状に形成されていればよい。いずれの場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

切断面の劣化を抑制可能な加工対象物切断方法を提供することができる。

１…加工対象物、５ａ…切断予定ライン、７…改質領域、２２…半導体層、２２ｓ…主面、１０５…集光レンズ、１２２…空間光変調器、Ｌ…レーザ光、ＳＡ…光遮蔽領域、Ｐ…集光点。

Claims (4)

1. レーザ光を遮蔽する光遮蔽領域を含む主面を有する加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するための加工対象物切断方法であって、
   前記レーザ光を前記加工対象物に集光するための集光レンズに対して前記レーザ光を入射させる第１の工程と、
   前記集光レンズによって前記レーザ光を前記加工対象物の内部に集光させながら、前記レーザ光の集光点を前記切断予定ラインに沿って相対移動させることにより、前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に改質領域を形成する第２の工程と、
   を備え、
   前記光遮蔽領域は、前記主面に交差する方向からみて、前記切断予定ラインの一部に重複しており、
   前記第１の工程においては、前記レーザ光の強度プロファイルを円環状とした状態において前記レーザ光を前記集光レンズに入射させ、
   前記第２の工程においては、前記主面を前記レーザ光の入射面とすると共に、前記主面に交差する方向からみて前記光遮蔽領域を通過するように前記切断予定ラインに沿って前記集光点を相対移動させる、
   加工対象物切断方法。
2. 前記加工対象物は、窒化ガリウムを含む半導体レーザのための半導体層を有し、
   前記半導体層は、前記主面を含み、
   前記光遮蔽領域は、前記切断予定ラインに交差する方向に延びるように前記半導体層に設けられたストライプ状の高密度欠陥領域であり、
   前記切断予定ラインは、前記半導体層の劈開面に沿って設定される、
   請求項１に記載の加工対象物切断方法。
3. 前記第１の工程においては、所定の変調パターンを呈示した空間光変調器により前記強度プロファイルを円環状とする、
   請求項１又は２に記載の加工対象物切断方法。
4. 前記強度プロファイルの外径と内径との比は、５０％以上８５％未満である、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の加工対象物切断方法。