KR101969269B1 - 레이저 가공 방법 - Google Patents

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다케시 사카모토
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 표면(12a)을 가지는 육방정계 SiC 기판(12)을 구비하는 판상(板狀)의 가공 대상물(1)을 준비한다. 이어서, 펄스 발진된 레이저 광(L)의 집광점(P)을 SiC 기판(12)의 내부에 맞추어, 펄스 피치가 10㎛ ~ 18㎛가 되도록 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)에 조사한다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서, 절단의 기점이 되는 개질 영역(7a, 7m)을 SiC 기판(12)의 내부에 형성한다.

Description

레이저 가공 방법{LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은, SiC 기판을 구비하는 판상(板狀)의 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라서 절단하기 위한 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
SiC(실리콘 카바이드)는, 내열성, 대고전압성(對高電壓性), 전력 절약성이 뛰어난 파워 디바이스를 제조할 수 있는 반도체 재료로서 주목되고 있다. 그러나, SiC는, 다이아몬드에 버금가는 경도를 가지는 난가공 재료이기 때문에, SiC 기판을 구비하는 판상의 가공 대상물을 블레이드 다이싱(blade dicing)에 의해서 절단하려고 하면, 저속도에서의 가공이나 빈번한 블레이드의 교환이 필요하다. 이에, 가공 대상물에 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 SiC 기판의 내부에 개질 영역을 형성하고, 그 개질 영역을 기점(起点)으로 하여 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물을 절단하는 레이저 가공 방법이 제안되고 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본특허공표 2007－514315호 공보
그런데, 상술한 바와 같은 레이저 가공 방법에 의해서, c면과 오프각(off角)만큼의 각도를 이루는 주면(主面)을 가지는 육방정계(六方晶系) SiC 기판을 구비하는 판상(板狀)의 가공 대상물을 절단하는 경우, 다음과 같은 과제가 존재하는 것을 본 발명자들은 알아냈다. 즉, 개질 영역 형성시에 개질 영역으로부터 SiC 기판의 레이저 광 입사면에 균열을 도달시킬 수 있도록, 개질 영역으로부터 SiC 기판의 두께 방향으로 균열이 신장하기 쉽게 되도록 레이저 광을 가공 대상물에 조사하면, 개질 영역으로부터 c면 방향으로도 균열이 신장하기 쉽게 되어 버린다.
이에, 본 발명은, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 주면을 가지는 육방정계 SiC 기판을 구비하는 판상의 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 관점의 레이저 가공 방법은, c면과 오프각(off角) 만큼의 각도를 이루는 주면(主面)을 가지는 육방정계 SiC 기판을 구비하는 판상(板狀)의 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라서 절단하기 위한 레이저 가공 방법으로서, 펄스 발진(發振)된 레이저 광의 집광점(集光点)을 SiC 기판의 내부에 맞추어, 펄스 피치가 10㎛ ~ 18㎛가 되도록 절단 예정 라인을 따라서 레이저 광을 가공 대상물에 조사하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서, 절단의 기점(起点)이 되는 개질 영역을 SiC 기판의 내부에 형성한다.
이 레이저 가공 방법에서는, 펄스 피치(「가공 대상물에 대한 레이저 광의 집광점의 이동 속도」를「펄스 레이저 광의 반복 주파수」로 나눈 값)가 10㎛ ~ 18㎛가 되도록 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 레이저 광을 조사한다. 이와 같은 조건에서 가공 대상물에 레이저 광을 조사하면, 개질 영역으로부터 SiC 기판의 두께 방향으로 균열을 신장시키기 쉽게 하는 한편으로, 개질 영역으로부터 c면 방향으로 균열을 신장시키기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 이 레이저 가공 방법에 의하면, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 주면을 가지는 육방정계 SiC 기판을 구비하는 판상의 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라서 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능해진다. 또한, 오프각은 0°인 경우를 포함하는 것으로 한다. 이 경우, 주면은 c면에 평행이 된다.
본 발명의 일 관점의 레이저 가공 방법에서는, 레이저 광은, 펄스 피치가 12㎛ ~ 14㎛가 되도록 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 조사되어도 괜찮다. 이것에 의하면, 개질 영역으로부터 SiC 기판의 두께 방향으로 균열을 보다 한층 신장시키기 쉽게 하는 한편으로, 개질 영역으로부터 c면 방향으로 균열을 보다 한층 신장시키기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 일 관점의 레이저 가공 방법에서는, 레이저 광은, 20ns ~ 100ns의 펄스폭으로 펄스 발진되어도 좋고, 50ns ~ 60ns의 펄스폭으로 펄스 발진되어도 괜찮다. 이들에 의하면, 개질 영역으로부터 SiC 기판의 두께 방향으로 균열을 보다 확실히 신장시키기 쉽게 하는 한편으로, 개질 영역으로부터 c면 방향으로 균열을 보다 확실히 신장시키기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 일 관점의 레이저 가공 방법에서는, 개질 영역을 형성한 후에, 개질 영역을 기점으로 하여 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물을 절단해도 괜찮다. 이것에 의하면, 절단 예정 라인을 따라서 정밀도 좋게 절단된 가공 대상물을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 관점의 레이저 가공 방법에서는, 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 경우가 있다.
본 발명에 의하면, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 주면을 가지는 육방정계 SiC 기판을 구비하는 판상의 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
도 1은 개질 영역의 형성에 이용되는 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도 2는 레이저 가공 전의 가공 대상물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가공 대상물의 III－III선을 따른 단면도이다.
도 4는 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 5는 도 4의 가공 대상물의 V－V선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 가공 대상물의 VI－VI선을 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 8은 도 7의 가공 대상물의 결정 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 7의 가공 대상물의 일부 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법이 실시되어 있는 가공 대상물의 일부 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법이 실시되어 있는 가공 대상물의 일부 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법이 실시되어 있는 가공 대상물의 일부 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법이 실시되어 있는 가공 대상물의 일부 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법에 의해서 절단된 SiC 기판의 절단면의 사진을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법에 의해서 절단된 SiC 기판의 절단면의 사진을 나타내는 도면이다.
도 16는 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법에 의해서 절단된 SiC 기판의 평면 사진을 나타내는 도면이다.
도 17은 SiC 기판의 내부에 생기는 c면 갈라짐에 대해서 설명하기 위한 사시도면이다.
도 18은 c면 갈라짐이 생긴 SiC 기판의 절단면의 사진을 나타내는 도면이다.
도 19는 펄스폭과 ID 역치, HC 역치 및 가공 마진(margin)과의 관계를 나타내는 표이다.
도 20는 펄스 피치와 ID 역치, HC 역치 및 가공 마진과의 관계를 나타내는 표이다.
도 21은 펄스폭 및 펄스 피치의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 22는 펄스폭 및 펄스 피치의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 23은 펄스폭 및 펄스 피치의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 24는 펄스 피치와 HC 역치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25는 펄스 피치와 ID 역치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 26은 펄스 피치와 가공 마진과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 27은 펄스폭 및 펄스 피치의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 28은 펄스폭 및 펄스 피치의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 29는 펄스폭 및 펄스 피치의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 30은 펄스 피치와 HC 역치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 31은 레이저 광 입사면 근방에서의 HC 품질의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 32는 레이저 광 입사면 근방에서의 HC 품질의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 33은 레이저 광 입사면 근방에서의 HC 품질의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 34는 본 발명의 다른 실시 형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법에서는, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 레이저 광을 조사하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성한다. 이에, 우선, 이 개질 영역의 형성에 대해서, 도 1 ~ 도 6을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)는, 레이저 광(L)을 펄스 발진(發振)하는 레이저 광원(101)과, 레이저 광(L)의 광축(광로)의 방향을 90°바꾸도록 배치된 다이크로익 미러(103)와, 레이저 광(L)을 집광하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또, 레이저 가공 장치(100)는, 집광용 렌즈(105)에서 집광된 레이저 광(L)이 조사되는 가공 대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 이동시키기 위한 스테이지(111)와, 레이저 광(L)의 출력이나 펄스폭 등을 조절하기 위해서 레이저 광원(101)을 제어하는 레이저 광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.
이 레이저 가공 장치(100)에서는, 레이저 광원(101)으로부터 출사된 레이저 광(L)은, 다이크로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90°바뀌며, 지지대(107) 상에 재치(載置)된 가공 대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 함께, 스테이지(111)가 이동시켜져, 가공 대상물(1)이 레이저 광(L)에 대해서 절단 예정 라인(5)을 따라서 상대 이동시켜진다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따른 개질 영역이 가공 대상물(1)에 형성되게 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)에는, 가공 대상물(1)을 절단하기 위한 절단 예정 라인(5)이 설정되어 있다. 절단 예정 라인(5)은, 직선상(直線狀)으로 연장된 가상선이다. 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춘 상태에서, 레이저 광(L)을 절단 예정 라인(5)을 따라서(즉, 도 2의 화살표 A 방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4 ~ 도 6에 나타내는 바와 같이, 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 형성되며, 절단 예정 라인(5)을 따라서 형성된 개질 영역(7)이 절단 기점 영역(8)이 된다.
또한, 집광점(P)은, 레이저 광(L)이 집광하는 개소이다. 또, 절단 예정 라인(5)은, 직선상(直線狀)에 한정하지 않고 곡선상(曲線狀)이라도 괜찮고, 가상선에 한정하지 않고 가공 대상물(1)의 표면(3)에 실제로 그은 선이라도 괜찮다. 또, 개질 영역(7)은, 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 또, 개질 영역(7)은 열상(列狀)으로도 점상(点狀)으로도 좋으며, 요점은, 개질 영역(7)은 적어도 가공 대상물(1)의 내부에 형성되어 있으면 좋다. 또, 개질 영역(7)을 기점으로 균열이 형성되는 경우가 있으며, 균열 및 개질 영역(7)은, 가공 대상물(1)의 외표면(표면, 이면, 혹은 외주면)에 노출하고 있어도 괜찮다.
덧붙여서 말하면, 여기서의 레이저 광(L)은, 가공 대상물(1)을 투과함과 아울러 가공 대상물(1)의 내부의 집광점 근방에서 특히 흡수되며, 이것에 의해, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저 가공). 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저 광(L)이 거의 흡수되지 않기 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융하지는 않는다. 일반적으로, 표면(3)으로부터 용융되어 제거되어 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성되는(표면 흡수형 레이저 가공) 경우, 가공 영역은 표면(3)측으로부터 서서히 이면측으로 진행한다.
그런데, 본 실시 형태에서 형성되는 개질 영역은, 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태가 된 영역을 말한다. 개질 영역으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역, 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있으며, 이들이 혼재한 영역도 있다. 게다가, 개질 영역으로서는, 가공 대상물의 재료에서 개질 영역의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이나, 격자 결함이 형성된 영역이 있다(이들을 총합하여 고밀도 전이 영역이라고도 한다).
또, 용융 처리 영역이나 굴절률 변화 영역, 개질 영역의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 격자 결함이 형성된 영역은, 그들 영역의 내부나 개질 영역과 비개질 영역과의 계면에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 더 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은 개질 영역의 전면(全面)에 이르는 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 절단 예정 라인(5)을 따라서 개질 스포트(가공 흔적)를 복수 형성하는 것에 의해서, 개질 영역(7)을 형성하고 있다. 개질 스포트는, 펄스 레이저 광의 1 펄스의 쇼트(shot, 즉 1 펄스의 레이저 조사：레이저 쇼트)로 형성되는 개질 부분이며, 개질 스포트가 모이는 것에 의해 개질 영역(7)이 된다. 개질 스포트로서는, 크랙 스포트, 용융 처리 스포트 혹은 굴절률 변화 스포트, 또는 이들의 적어도 1개가 혼재하는 것 등을 들 수 있다.
이 개질 스포트에 대해서는, 요구되는 절단 정밀도, 요구되는 절단면의 평탄성, 가공 대상물의 두께, 종류, 결정 방위 등을 고려하여, 그 크기나 발생하는 균열의 길이를 적절히 제어하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)은, SiC 기판(12)을 구비하는 원형 판상(예를 들면, 직경 3인치, 두께 350㎛)의 웨이퍼이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, SiC 기판(12)은, 육방정계의 결정 구조를 가지고 있으며, 그 결정축(CA)은, SiC 기판(12)의 두께 방향에 대해서 각도(θ, 예를 들면 4°) 경사져 있다. 즉, SiC 기판(12)은, 각도(θ)의 오프각을 가지는 육방정계 SiC 기판이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, SiC 기판(12)은, c면과 오프각 만큼의 각도(θ)를 이루는 표면(주면(主面), 12a) 및 이면(주면, 12b)을 가지고 있다. SiC 기판(12)에서는, a면은, SiC 기판(12)의 두께 방향(도면 중의 2점 쇄선(鎖線))에 대해서 각도(θ) 경사져 있으며, m면은, SiC 기판(12)의 두께 방향에 대해서 경사져 있지 않다.
도 7 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)에는, 표면(12a) 및 a면에 평행한 방향으로 연장하는 복수개의 절단 예정 라인(제1 절단 예정 라인, 5a)과, 표면(12a) 및 m면에 평행한 방향으로 연장하는 복수개의 절단 예정 라인(제2 절단 예정 라인, 5m)이 격자상(格子狀, 예를 들면 1mm × 1mm)으로 설정되어 있다. SiC 기판(12)의 표면(12a)에는, 절단 예정 라인(5a, 5m)에 의해서 획정된 영역마다 기능 소자가 형성되어 있으며, SiC 기판(12)의 이면(12b)에는, 절단 예정 라인(5a, 5m)에 의해서 획정된 영역마다 메탈 배선이 형성되어 있다. 기능 소자 및 메탈 배선은, 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 가공 대상물(1)이 절단됨으로써 얻어지는 개개의 칩에서 파워 디바이스를 구성한다. 또한, SiC 기판(12)에는, 절단 예정 라인(5a)과 평행한 방향으로 오리엔테이션 플랫(orientation flat, 6a)이 형성되어 있으며, 절단 예정 라인(5m)과 평행한 방향으로 오리엔테이션 플랫(6m)이 형성되어 있다.
이상의 가공 대상물(1)을 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 다음과 같이 절단한다. 먼저, 도 10에 나타내는 바와 같이, SiC 기판(12)의 이면(12b)의 메탈 배선을 덮도록 가공 대상물(1)에 익스팬드 테이프(expand tape, 23)를 붙인다. 이어서, 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 20ns ~ 100ns의 펄스폭으로(보다 바람직하게는 50ns ~ 60ns의 펄스폭으로) 펄스 발진된 레이저 광(L)의 집광점(P)을 SiC 기판(12)의 내부에 맞추어, 펄스 피치가 10㎛ ~ 18㎛가 되도록(보다 바람직하게는 펄스 피치가 12㎛ ~ 14㎛가 되도록) 절단 예정 라인(5a)을 따라서 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)에 조사한다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5a)을 따라서, 절단의 기점이 되는 개질 영역(제1 개질 영역, 7a)을 SiC 기판(12)의 내부에 형성한다. 이 개질 영역(7a)은, 용융 처리 영역을 포함하는 것이 된다. 또한, 펄스 피치는,「가공 대상물(1)에 대한 레이저 광(L)의 집광점(P)의 이동 속도」를「펄스 레이저 광(L)의 반복 주파수」로 나눈 값이다.
개질 영역(7a)의 형성에 대해서 보다 상세하게는, SiC 기판(12)의 표면(12a)을 레이저 광 입사면으로 하여 SiC 기판(12)의 내부에 레이저 광(L)의 집광점(P)을 위치시키고, 절단 예정 라인(5a)을 따라서 집광점(P)을 상대적으로 이동시킨다. 그리고, 절단 예정 라인(5a)을 따른 집광점(P)의 상대적 이동을 1개의 절단 예정 라인(5)에 대해서 복수회(예를 들면 8회) 행한다. 이 때, 표면(12a)으로부터 집광점(P)의 위치까지의 거리를 각 회(回)에서 바꾸는 것에 의해, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 늘어서도록 1개의 절단 예정 라인(5a)에 대해서 복수열(제1 열수(列數), 예를 들면 8열)의 개질 영역(7a)을 형성한다. 여기에서는, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7a)이, 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7a) 보다도 작게 되도록, SiC 기판(12)의 이면(12b)측으로부터 순서대로(즉, 레이저 광 입사면으로부터 먼 순서대로) 개질 영역(7a)을 형성한다. 또한, 개질 영역(7a)의 크기는, 예를 들면 레이저 광(L)의 펄스 에너지를 변화시킴으로써 조절할 수 있다.
이것에 의해, 각 개질 영역(7a)으로부터 발생한 균열이, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 신장하여 서로 연결되도록 한다. 특히, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7a)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 신장한 균열이, 표면(12a)에 도달하도록 한다. 이러한 것은, 다이아몬드에 버금가는 경도를 가지는 난가공(難加工) 재료로 이루어지는 SiC 기판(12)을 절단 예정 라인(5a)을 따라서 정밀도 좋게 절단하는데 있어서 지극히 중요하다.
절단 예정 라인(5a)을 따라서 개질 영역(7a)을 형성한 후에, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 20ns ~ 100ns의 펄스폭으로(보다 바람직하게는 50ns ~ 60ns의 펄스폭으로) 펄스 발진된 레이저 광(L)의 집광점(P)을 SiC 기판(12)의 내부에 맞추어, 펄스 피치가 10㎛ ~ 18㎛가 되도록(보다 바람직하게는 펄스 피치가 12㎛ ~ 14㎛가 되도록) 절단 예정 라인(5m)을 따라서 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)에 조사한다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5m)을 따라서, 절단의 기점이 되는 개질 영역(제2 개질 영역, 7m)을 SiC 기판(12)의 내부에 형성한다. 이 개질 영역(7m)은, 용융 처리 영역을 포함하는 것이 된다.
개질 영역(7m)의 형성에 대해서 보다 상세하게는, SiC 기판(12)의 표면(12a)을 레이저 광 입사면으로 하여 SiC 기판(12)의 내부에 레이저 광(L)의 집광점(P)을 위치시키고, 절단 예정 라인(5m)을 따라서 집광점(P)을 상대적으로 이동시킨다. 그리고, 절단 예정 라인(5m)을 따른 집광점(P)의 상대적 이동을 1개의 절단 예정 라인(5)에 대해서 복수회(예를 들면 6회) 행한다. 이 때, 표면(12a)으로부터 집광점(P)의 위치까지의 거리를 각 회에서 바꾸는 것에 의해, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 늘어서도록 1개의 절단 예정 라인(5m)에 대해서 복수열(제1 열수 보다도 적은 제2 열수(1열의 경우를 포함함), 예를 들면 6열)의 개질 영역(7m)을 형성한다. 여기에서는, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7m)이, 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7m) 보다도 작게 되도록, SiC 기판(12)의 이면(12b)측으로부터 순서대로(즉, 레이저 광 입사면으로부터 먼 순서대로) 개질 영역(7m)을 형성한다. 또한, 개질 영역(7m)의 크기는, 예를 들면 레이저 광(L)의 펄스 에너지를 변화시킴으로써 조절할 수 있다.
이것에 의해, 각 개질 영역(7m)으로부터 발생한 균열이, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 신장하여 서로 연결되도록 한다. 특히, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7m)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 신장한 균열이, 표면(12a)에 도달하도록 한다. 이러한 것은, 다이아몬드에 버금가는 경도를 가지는 난가공 재료로 이루어지는 SiC 기판(12)을 절단 예정 라인(5m)을 따라서 정밀도 좋게 절단하는데 있어서 지극히 중요하다.
절단 예정 라인(5m)을 따라서 개질 영역(7m)을 형성한 후에, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 익스팬드 테이프(23)를 확장시키고, 그 상태에서, 익스팬드 테이프(23)를 통하여 SiC 기판(12)의 이면(12b)에, 각 절단 예정 라인(5m)을 따라서 나이프 엣지(41)를 누른다. 이것에 의해, 개질 영역(7m)을 기점으로 하여 절단 예정 라인(5m)을 따라서 가공 대상물(1)을 바상(bar狀)으로 절단한다. 이 때, 익스팬드 테이프(23)가 확장된 상태에 있기 때문에, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 바상으로 절단된 가공 대상물(1)이 서로 이간(離間)하게 된다.
절단 예정 라인(5m)을 따라서 가공 대상물(1)을 절단한 후에, 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 계속하여 익스팬드 테이프(23)가 확장된 상태에서, 익스팬드 테이프(23)를 통하여 SiC 기판(12)의 이면(12b)에, 각 절단 예정 라인(5a)을 따라서 나이프 엣지(41)를 누른다. 이것에 의해, 개질 영역(7a)을 기점으로 하여 절단 예정 라인(5a)을 따라서 가공 대상물(1)을 칩상(chip狀)으로 절단한다. 이 때, 익스팬드 테이프(23)가 확장시켜진 상태에 있기 때문에, 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 칩상으로 절단된 가공 대상물(1)이 서로 이간하게 된다. 이상과 같이, 가공 대상물(1)이 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 칩상으로 절단되어 다수의 파워 디바이스가 얻어진다.
이상의 레이저 가공 방법에 의하면, 다음과 같은 이유에 의해, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 표면(12a)을 가지는 육방정계 SiC 기판(12)을 구비하는 판상의 가공 대상물(1)을 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 정밀도 좋게 절단하여, 그 결과, 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 정밀도 좋게 절단된 가공 대상물(1, 즉, 파워 디바이스)을 얻는 것이 가능해진다.
우선, 펄스 피치가 10㎛ ~ 18㎛가 되도록 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 가공 대상물(1)에 레이저 광(L)을 조사한다. 이와 같은 조건에서 가공 대상물(1)에 레이저 광(L)을 조사하면, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 신장시키기 쉽게 하는 한편으로, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 c면 방향으로 균열을 신장시키기 어렵게 할 수 있다. 게다가, 펄스 피치가 12㎛ ~ 14㎛가 되도록 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 가공 대상물(1)에 레이저 광(L)을 조사하면, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 보다 한층 신장시키기 쉽게 하는 한편으로, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 c면 방향으로 균열을 보다 한층 신장시키기 어렵게 할 수 있다.
또, 20ns ~ 100ns의 펄스폭으로 레이저 광(L)을 펄스 발진시킨다. 이것에 의해, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 확실히 신장시키기 쉽게 하는 한편으로, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 c면 방향으로 균열을 확실히 신장시키기 어렵게 할 수 있다. 게다가, 50ns ~ 60ns의 펄스폭으로 레이저 광(L)을 펄스 발진시키면, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 보다 확실히 신장시키기 쉽게 하는 한편으로, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 c면 방향으로 균열을 보다 확실히 신장시키기 어렵게 할 수 있다.
또, 절단 예정 라인(5a)을 따라서, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7a)을 상대적으로 작게 형성한다. 이것에 의해, a면이 SiC 기판(12)의 두께 방향에 대해서 경사져 있어도, 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7a)으로부터 발생한 균열이, a면 방향으로 신장하여, 절단 예정 라인(5a)으로부터 크게 벗어난 상태로 표면(12a)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 절단 예정 라인(5a)을 따라서, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7a)을 상대적으로 크게 형성한다. 이것에 의해, 개질 영역(7a)으로부터는 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열이 신장하기 어려운 상태에 있지만, 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7a)으로부터 표면(12a)에 균열을 확실히 도달시킬 수 있다. 또, 절단 예정 라인(5m)을 따라서는, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7m)을 상대적으로 크게 형성한다. 이것에 의해, 개질 영역(7m)으로부터는 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열이 신장하기 쉬운 상태에 있음과 더불어, 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7m)으로부터 발생한 균열을 표면(12a) 혹은 그 근방에 도달시킬 수 있다. 그리고, 절단 예정 라인(5m)을 따라서는, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7m)을 상대적으로 작게 형성한다. 이것에 의해, 표면(12a)에 데미지(damage)가 생기는 것을 방지하면서, 개질 영역(7m)으로부터 표면(12a)으로 균열을 확실히 도달시킬 수 있다. 이상과 같이, 절단 예정 라인(5a)을 따라서는, 개질 영역(7a)으로부터 표면(12a)으로 균열을 확실히 도달시킬 수 있고, 또, 절단 예정 라인(5m)을 따라서는, 개질 영역(7m)으로부터 표면(12a)으로 균열을 확실히 도달시킬 수 있다. 이 효과는, 후술할 개질 영역(7a, 7m)의 형성 열수나 형성 순서와는 관계없이 나타나며, 후술할 개질 영역(7a, 7m)의 형성 열수나 형성 순서대로 따르면, 보다 현저하게 나타난다.
또, 1개의 절단 예정 라인(5a)을 따라서는, 1개의 절단 예정 라인(5m)을 따라서 개질 영역(7m)을 형성하는 경우 보다도 많은 열수의 개질 영역(7a)을 형성한다. 이것에 의해, a면이 SiC 기판(12)의 두께 방향에 대해서 경사져 있어도, 각 개질 영역(7a) 형성시에 개질 영역(7a)으로부터 a면 방향으로 균열이 크게 신장하는 것을 방지하면서, 모든 개질 영역(7a) 사이에서 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열이 연결되기 쉬운 상태로 할 수 있다. 또, 1개의 절단 예정 라인(5m)을 따라서는, 1개의 절단 예정 라인(5a)을 따라서 개질 영역(7a)을 형성하는 경우 보다도 적은 열수의 개질 영역(7m)을 형성한다. 이것에 의해, 각각의 개질 영역(7m) 형성시에 개질 영역(7m)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 크게 신장시킬 수 있다. 이상과 같이, 절단 예정 라인(5a)을 따라서는, 개질 영역(7a)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 신장시킬 수 있고, 또, 절단 예정 라인(5m)을 따라서는, 개질 영역(7m)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 신장시킬 수 있다. 이 효과는, 전술한 개질 영역(7a, 7m)의 형성 사이즈나 후술할 개질 영역(7a, 7m)의 형성 순서와는 관계없이 나타나며, 전술한 개질 영역(7a, 7m)의 형성 사이즈나 후술할 개질 영역(7a, 7m)의 형성 순서에 따르면, 보다 현저하게 나타난다.
또, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 신장시키기 위한 조건이 느슨한 개질 영역(7m)을 형성하기 전에, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 신장시키기 위한 조건이 엄격한 개질 영역(7a)을 형성한다. 이것에 의해, 개질 영역(7a)의 형성시에, 절단 예정 라인(5a)이 절단 예정 라인(5m)과 교차하는 부분에서, 개질 영역(7a)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로의 균열의 신장이 개질 영역(7m)에 의해서 저해되는 것을 방지할 수 있다. 이 효과는, 전술한 개질 영역(7a, 7m)의 형성 사이즈나 형성 열수와는 관계없이 나타난다.
게다가, 개질 영역(7m)을 기점으로 하여 절단 예정 라인(5m)을 따라서 가공 대상물(1)을 절단하고, 그 후에, 개질 영역(7a)을 기점으로 하여 절단 예정 라인(5a)을 따라서 가공 대상물(1)을 절단한다. 이것에 의해, 적은 열수의 개질 영역(7m)의 형성에 의해서 비교적 절단하기 어렵다고 생각되는 절단 예정 라인(5m)을 따라서 가공 대상물(1)을 절단하고, 그 후에, 많은 열수의 개질 영역(7a)의 형성에 의해서 비교적 절단하기 쉽다고 생각되는 절단 예정 라인(5a)을 따라서 가공 대상물(1)을 절단하게 된다. 이 때문에, 절단 예정 라인(5m)을 따라서 가공 대상물(1)을 절단하는데 필요로 하는 힘과 절단 예정 라인(5a)을 따라서 가공 대상물(1)을 절단하는데 필요로 하는 힘을 균일화 하고, 절단 예정 라인(5m)을 따른 절단 정밀도와 절단 예정 라인(5a)을 따른 절단 정밀도를 모두 보다 한층 향상시킬 수 있다. 이 효과는, 전술한 개질 영역(7a, 7m)의 형성 사이즈나 형성 열수와는 관계없이 나타난다.
도 14는, 상술한 레이저 가공 방법에 의해서 절단 예정 라인(5a)을 따라서 절단된 SiC 기판(12)의 절단면의 사진을 나타내는 도면이다. 또, 도 15는, 상술한 레이저 가공 방법에 의해서 절단 예정 라인(5m)을 따라서 절단된 SiC 기판(12)의 절단면의 사진을 나타내는 도면이다. 또한, 도 16은, 상술한 레이저 가공 방법에 의해서 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 절단된 SiC 기판(12)의 평면 사진을 나타내는 도면이다. 여기에서는, 4°의 오프각을 가지는 두께 350㎛인 육방정계 SiC 기판(12)을 준비했다.
먼저, 도 14에 나타내는 바와 같이, 절단 예정 라인(5a)을 따라서는, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 늘어서도록 1개의 절단 예정 라인(5a)에 대해서 8열의 개질 영역(7a)을 형성했다. 그리고, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7a)이, 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7a) 보다도 작게 되도록, SiC 기판(12)의 이면(12b)측으로부터 순서대로 개질 영역(7a)을 형성했다. 도 14로부터, 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7a)의 형성에 의해서, 개질 영역(7a)으로부터 발생한 균열의 신장이 멈추어지는 것을 알 수 있다. 그 결과, 절단 예정 라인(5a)에 대한 절단면의 사행(蛇行, 구불거림)은, 도 16에 나타내는 바와 같이, ±4㎛ 이하로 억제되었다.
또한, 표면(12a)으로부터 집광점(P)의 위치까지의 거리는, SiC 기판(12)의 이면(12b)측의 개질 영역(7a)으로부터 순서대로, 314.5㎛, 280.0㎛, 246.0㎛, 212.0㎛, 171.5㎛, 123.5㎛, 79.0㎛, 32.0㎛이다. 또, 레이저 광(L)의 펄스 에너지는, SiC 기판(12)의 이면(12b)측의 개질 영역(7a)으로부터 순서대로, 25μJ, 25μJ, 25μJ, 25μJ, 20μJ, 15μJ, 6μJ, 6μJ이다.
또, 도 15에 나타내는 바와 같이, 절단 예정 라인(5m)을 따라서는, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 늘어서도록 1개의 절단 예정 라인(5m)에 대해서 6열의 개질 영역(7m)을 형성했다. 그리고, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 가장 가까운 개질 영역(7m)이, 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7m) 보다도 작게 되도록, SiC 기판(12)의 이면(12b)측으로부터 순서대로 개질 영역(7m)을 형성했다. 도 15로부터, 표면(12a)에 2번째로 가까운 개질 영역(7m)의 형성에 의해서, 개질 영역(7m)으로부터 발생한 균열이 표면(12a) 혹은 그 근방까지 신장하고 있는 것을 알 수 있다. 그 결과, 절단 예정 라인(5m)에 대한 절단면의 사행은, 도 16에 나타내는 바와 같이, ±2㎛ 이하로 억제되었다.
또한, 표면(12a)으로부터 집광점(P)의 위치까지의 거리는, SiC 기판(12)의 이면(12b)측의 개질 영역(7m)으로부터 순서대로, 315.5㎛, 264.5㎛, 213.5㎛, 155.0㎛, 95.5㎛, 34.5㎛이다. 또, 레이저 광(L)의 펄스 에너지는, SiC 기판(12)의 이면(12b)측의 개질 영역(7m)으로부터 순서대로, 25μJ, 25μJ, 20μJ, 20μJ, 15μJ, 7μJ이다.
다음으로, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)에 도달하는 균열(이하,「하프 컷」이라고 함)과, 개질 영역(7a, 7m)으로부터 c면 방향으로 신장하는 균열(이하,「c면 갈라짐」이라고 함)과의 관계에 대해서 설명한다. 여기에서는, 도 17 및 도 18에 나타내는 바와 같이, SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열을 신장시키려고 한 경우에, 개질 영역(7m)에 비해, 하프 컷을 보다 발생시키기 어렵고 또한 c면 갈라짐을 보다 발생시키기 쉬운 개질 영역(7a)을 대상으로 하여 설명한다.
도 19는, 펄스폭과 ID 역치, HC 역치 및 가공 마진(margin)과의 관계를 나타내는 표이다. 여기에서는, 펄스폭을 1ns, 10ns ~ 120ns의 범위에서 변화시켜, 펄스폭 마다 ID 역치, HC 역치 및 가공 마진에 대해서 평가했다. 또, 도 20은, 펄스 피치와 ID 역치, HC 역치 및 가공 마진과의 관계를 나타내는 표이다. 여기에서는, 펄스 피치를 6㎛ ~ 22㎛의 범위에서 변화시켜, 펄스 피치마다 ID 역치, HC 역치 및 가공 마진에 대해서 평가했다.
또한, ID 역치는, c면 갈라짐을 발생시킬 수 있는 레이저 광(L)의 펄스 에너지의 최소값이며, ID 역치가 높은 것(즉, c면 갈라짐을 발생시키기 어려운 것)으로부터 순서대로, 우수, 양호, 가능, 불가능으로 평가했다. 또, HC 역치는, 하프 컷을 발생시킬 수 있는 레이저 광(L)의 펄스 에너지의 최소값이며, HC 역치가 낮은 것(즉, 하프 컷을 발생시키기 쉬운 것)으로부터 순서대로, 우수, 양호, 가능, 불가능으로 평가했다. 또한, 가공 마진은, ID 역치와 HC 역치와의 차이이며, 가공 마진이 큰 것으로부터 순서대로, 우수, 양호, 가능, 불가능으로 평가했다. 그리고, 총합(總合)은, ID 역치, HC 역치, 가공 마진이라고 하는 우선 순위에서 가중을 행하고, 우수, 양호, 가능, 불가능으로 평가했다.
그 결과, 도 19에 나타내는 바와 같이, 20ns ~ 100ns의 펄스폭으로 레이저 광(L)을 펄스 발진시키는 것이 바람직하고, 50ns ~ 60ns의 펄스폭으로 레이저 광(L)을 펄스 발진시키는 것이 보다 바람직한 것을 알았다. 이들에 의하면, c면 갈라짐의 발생을 억제하면서, 하프 컷의 발생을 촉진할 수 있다. 또한, 펄스폭이 10ns인 경우에서의 ID 역치, 가공 마진 및 총합의 각 평가는, 펄스폭이 20ns인 경우 보다도 불가능에 가까운 가능이었다.
또, 도 20에 나타내는 바와 같이, 펄스 피치가 10㎛ ~ 18㎛가 되도록 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 SiC 기판(12)에 레이저 광(L)을 조사하는 것이 바람직하고, 펄스 피치가 11㎛ ~ 15㎛가 되도록 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 SiC 기판(12)에 레이저 광(L)을 조사하는 것이 보다 바람직하며, 게다가, 펄스 피치가 12㎛ ~ 14㎛가 되도록 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 SiC 기판(12)에 레이저 광(L)을 조사하는 것이 보다 한층 바람직한 것을 알았다. 이들에 의하면, c면 갈라짐의 발생을 억제하면서, 하프 컷의 발생을 촉진할 수 있다. 또한, 펄스 피치가 10㎛ 일 때는 ID 역치의 평가가 가능이기 때문에, c면 갈라짐의 발생의 억제를 보다 중시하면, 펄스 피치는 10㎛ 보다도 큰 것이 보다 바람직하다.
도 21 ~ 도 23은, 레이저 광(L)을 개구수(開口數) 0.8로 집광한 경우에서의 펄스폭 및 펄스 피치의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다. 이들 실험 결과는, 도 19 및 도 20에 나타내는 평가의 근거가 되고 있다. 도 21 ~ 도 23의 실험 결과를 얻었을 때의 실험 조건은, 다음과 같다. 먼저, 4°의 오프각을 가지는 두께 100㎛의 육방정계 SiC 기판(12)을 대상으로 하고, 표면(12a) 및 a면에 평행한 방향으로 연장하는 절단 예정 라인(5a)을 따라서 레이저 광(L)의 집광점(P)을 이동시켰다. 또, 레이저 광(L)을 개구수 0.8로 집광하고, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)으로부터 거리 59㎛의 위치에 집광점(P)을 맞추었다.
이상의 실험 조건을 전제로 하여, 레이저 광(L)의 에너지(펄스 에너지) 및 파워와, 레이저 광(L)의 펄스 피치를 각각 변화시키고, 개질 영역(7a) 및 하프 컷 및 c면 갈라짐의 상태를 관찰했다. 도 21 ~ 도 23에서는, 각각, 레이저 광(L)의 펄스폭을 27ns, 40ns, 57ns로 하고, 레이저 광(L)의 펄스폭(반복 주파수)을 10kHz, 20kHz, 35kHz로 했다.
도 21 ~ 도 23의 실험 결과에서, ST는 하프 컷이 발생하지 않았던 것을 나타내고, HC는 하프 컷이 발생한 것을 나타낸다. 또, ID는 c면 갈라짐이 발생한 것을 나타내고, LV1 ~ LV3는 c면 갈라짐의 발생 규모를 나타낸다. 2개의 절단 예정 라인(5a)의 각각을 따라서 개질 영역(7a)을 형성한 경우에, 40mm의 영역(20mm × 2개의 영역)에 대해서, c면 갈라짐의 발생 영역이 150㎛ 미만이었을 때를 LV1로 하고, c면 갈라짐의 발생 영역이 450㎛ 미만이었을 때를 LV2로 하며, c면 갈라짐의 발생 영역이 450㎛ 이상이었을 때를 LV3로 했다. LV1에서는 절단 예정 라인(5a)에 수직인 방향으로의 c면 갈라짐의 신장이 10㎛ ~ 20㎛가 된 것에 반해, LV2, LV3에서는 절단 예정 라인(5a)에 수직인 방향으로의 c면 갈라짐의 신장이 최대로 100㎛정도가 되었다.
도 24는, 펄스 피치와 HC 역치와의 관계를 나타내는 그래프이다. 또, 도 25는, 펄스 피치와 ID 역치와의 관계를 나타내는 그래프이다. 게다가, 도 26은, 펄스 피치와 가공 마진과의 관계를 나타내는 그래프이다. 이들 그래프는, 도 21 ~ 도 23의 실험 결과에 근거하여 작성한 것이다. 도 24 및 도 25에 나타내는 바와 같이, 펄스폭이 커지면, HC 역치 및 ID 역치 양쪽 모두가 상승하지만, HC 역치의 열화(劣化, 상승)에 비해, ID 역치의 향상(상승)의 효과가 커졌다. 이것은, 도 26에 나타내는 바와 같이, 펄스폭이 커지면, 가공 마진이 커지는 것을 의미한다. 예를 들면, 펄스폭 27ns 및 펄스폭 57ns에 주목한 경우, 펄스 피치가 12㎛일 때에, HC 역치는, 15μJ로부터 17μJ로 2μJ 만큼 열화(상승)하고 있는데 반해, ID 역치는, 17μJ로부터 29μJ로 12μJ 만큼 향상(상승)하고 있다. 그리고, 펄스폭 40ns인 경우에는, 펄스폭 27ns인 경우에 비해, 펄스 피치 10㎛ ~ 16㎛의 범위에서 가공 마진의 대폭적인 향상이 인정되었다. 또, 펄스폭 57ns인 경우에는, 펄스폭 27ns인 경우에 비해, 펄스 피치 6㎛ ~ 20㎛의 범위에서 가공 마진의 대폭적인 향상이 인정되었다.
도 27 ~ 도 29는, 레이저 광(L)을 개구수(開口數) 0.6으로 집광한 경우에서의 펄스폭 및 펄스 피치의 가공 마진의 실험 결과를 나타내는 표이다. 이들 실험 결과는, 도 19 및 도 20에 나타내는 평가의 근거가 되고 있다. 도 27 ~ 도 29의 실험 결과를 얻었을 때의 실험 조건은, 다음과 같다. 우선, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 표면(12a)을 가지는 두께 350㎛인 육방정계 SiC 기판(12)을 대상으로 하고, 표면(12a) 및 a면에 평행한 방향으로 연장하는 절단 예정 라인(5a)을 따라서 레이저 광(L)의 집광점(P)을 이동시켰다. 또, 레이저 광(L)을 개구수 0.6으로 집광 하고, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)으로부터 거리 50㎛의 위치에 집광점(P)을 맞추었다.
이상의 실험 조건을 전제로 하여 레이저 광(L)의 에너지(펄스 에너지) 및 파워와, 레이저 광(L)의 펄스 피치를 각각 변화시켜, 개질 영역(7a) 및 하프 컷 및 c면 갈라짐의 상태를 관찰했다. 도 27 ~ 도 29에서는, 각각, 레이저 광(L)의 펄스폭을 27ns, 40ns, 57ns로 하고, 레이저 광(L)의 펄스폭(반복 주파수)을 10kHz, 20kHz, 35kHz로 했다.
도 27 ~ 도 29의 실험 결과에서, ST는 하프 컷이 발생하지 않았던 것을 나타내고, HC는 하프 컷이 발생한 것을 나타낸다. 또, ID는 c면 갈라짐이 발생한 것을 나타내고, LV1 ~ LV3는 c면 갈라짐의 발생 규모를 나타낸다. LV1 ~ LV3의 기준은, 상술한 도 21 ~ 도 23의 실험 결과의 경우와 동일하다. 또한, OD는, 레이저 광(L)의 에너지를 크게 했을 때에, 개질 영역(7a)도 크게 되며, 그것에 기인하여 커진 균열이 절단 예정 라인(5a)으로부터 크게 벗어나 SiC 기판(12)의 표면(12a)에 도달한 것을 나타낸다. 이 경우에는, c면 갈라짐에 대해서 평가하지 않았다. 단, 펄스폭 40ns 및 펄스폭 57ns에서는, 펄스 피치 12㎛ 이상에서 대규모 c면 갈라짐은 발생하지 않았다.
도 30은, 펄스 피치와 HC 역치와의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는, 도 27 ~ 도 29의 실험 결과에 근거하여 작성한 것이다. 도 30에 나타내는 바와 같이, 펄스폭 57ns인 경우에는, 펄스폭 40ns인 경우에 비해, HC 역치가 2μJ ~ 4μJ 정도 발생하기 어렵게 되었다. 상술한 개구수 0.8인 경우에 비해, 개구수 0.6인 경우에는, 레이저 광(L)의 집광점(P)에서 수차(收差)의 영향이 작게 되기 때문에, 펄스폭 57ns인 경우와 펄스폭 40ns인 경우에는, 동일한 정도의 HC 역치가 되었다. 이것 때문에, 수차 보정을 행하면, 펄스폭이 커져도(적어도 60ns 까지는) HC 역치는 열화하지 않는다고 말할 수 있다.
다음으로, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)의 근방에서의 HC 품질의 가공 마진의 실험 결과에 대해서 설명한다. 도 31 ~ 도 33의 실험 결과를 얻었을 때의 실험 조건은, 다음과 같다. 우선, 4°인 오프각을 가지는 두께 100㎛인 육방정계 SiC 기판(12)을 대상으로 하고, 표면(12a) 및 a면에 평행한 방향으로 연장하는 절단 예정 라인(5a)을 따라서 레이저 광(L)의 집광점(P)을 이동시켰다. 또, 레이저 광(L)을 개구수 0.8로 집광했다.
우선, 도 31의 실험 결과에서는, 27ns, 40ns, 50ns, 57ns의 각각의 펄스폭으로 레이저 광(L)을 조사하고, 집광점 위치 40.6㎛에서 하프 컷이 발생하며, 또한 집광점 위치 40.6㎛에서 하프 컷이 발생하지 않은 에너지(펄스 에너지)를 이용하여, 집광점 위치를 25.3㎛ ~ 40.6㎛의 범위에서 변화시켜 하프 컷 상태를 관찰했다. 레이저 광(L)의 펄스 피치는 14㎛로 일정하게 했다. 또한, 집광점 위치는, 표면(12a)으로부터 집광점(P)의 위치까지의 거리이다. 그 결과, 펄스폭에 의한 하프 컷의 품질의 열화는 거의 없고, 펄스폭 27ns ~ 57ns에서 고품질의(절단 예정 라인에 대한 하프 컷의 사행(蛇行)이 작음) 하프 컷을 발생시켰다. 또, 가공 마진은, 펄스폭이 큰 만큼 커졌다. 펄스폭이 작으면, 일부의 하프 컷에서 분기나 갈라짐(OD)이 쉽게 발생되었다.
또, 도 32의 실험 결과에서는, 27ns, 40ns, 50ns, 57ns의 각각의 펄스폭으로 레이저 광(L)을 조사하고, 펄스 에너지를 7μJ ~ 12μJ의 범위에서 변화시켜 하프 컷 상태를 관찰했다. 레이저 광(L)의 펄스 피치는 14㎛로 일정하게 하고, 집광점 위치는 34.5㎛로 일정하게 했다. 그 결과, 펄스폭에 의한 HC 역치의 변화는 거의 없었다. 또, 동일한 펄스 에너지로 동일한 정도의 품질의 하프 컷을 발생시켰다.
또한, 도 33의 실험 결과에서는, 10㎛, 12㎛, 14㎛, 16㎛, 18㎛의 각각의 펄스 피치로 레이저 광(L)을 조사하고, 펄스 에너지를 7μJ ~ 12μJ의 범위에서 변화시켜 하프 컷 상태를 관찰했다. 레이저 광(L)의 펄스폭은 57ns로 일정하게 하고, 집광점 위치는 34.5㎛로 일정하게 했다. 그 결과, 펄스 피치에 의한 HC 역치의 변화는 거의 없었다. 또, 집광점 위치가 34.5㎛인 경우에는, 동일한 펄스 에너지로 동일한 정도의 품질의 하프 컷을 발생시켰다.
다음으로, c면 갈라짐을 억제하는 다른 레이저 가공 방법에 대해서 설명한다. 우선, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 표면(12a)을 가지는 육방정계 SiC 기판(12)을 구비하는 판상의 가공 대상물(1)을 준비하고, 절단 예정 라인(5a, 5m)을 설정한다. 이어서, 도 34의 (a)에 나타내는 바와 같이, 레이저 광(L)의 집광점(P)을 SiC 기판(12)의 내부에 맞추어, 절단 예정 라인(5a(5m))의 양측에 설정된 2개의 예비 라인(5p)의 각각을 따라서 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)에 조사한다. 이것에 의해, 각 예비 라인(5p)을 따라서 예비 개질 영역(7p)을 SiC 기판(12)의 내부에 형성한다. 이 예비 개질 영역(7p)은, 용융 처리 영역을 포함하는 것이 된다.
예비 라인(5p)은, 표면(12a)에 평행한 면 내(內)에서 절단 예정 라인(5a(5m))의 양측에 위치하고 또한 절단 예정 라인(5a(5m))에 평행한 방향으로 연장하는 라인이다. 또한, 절단 예정 라인(5a, 5m)에 의해서 획정된 영역마다 SiC 기판(12)의 표면(12a)에 기능 소자가 형성되어 있는 경우, 예비 라인(5p)은, SiC 기판(12)의 두께 방향으로부터 볼 때, 서로 이웃하는 기능 소자의 사이의 영역 내에 설정되는 것이 바람직하다.
각 예비 라인(5p)을 따라서 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)에 조사할 때에는, 절단의 기점이 되는 개질 영역(7a(7m))에 비해 예비 개질 영역(7p)으로부터 SiC 기판(12)에 균열이 발생하기 어렵게 되도록 한다. 예비 개질 영역(7p)은, 레이저 광(L)의 펄스 에너지, 펄스 피치, 펄스폭 등을 작게 함으로써, 절단의 기점이 되는 개질 영역(7a(7m))에 비해 SiC 기판(12)에 균열을 발생시키기 어려운 것으로 할 수 있다.
예비 라인(5p)을 따라서 예비 개질 영역(7p)을 형성한 후에, 레이저 광(L)의 집광점(P)을 SiC 기판(12)의 내부에 맞추어, 절단 예정 라인(5a(5m))을 따라서 레이저 광(L)을 가공 대상물(1)에 조사한다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5a(5m))을 따라서, 절단의 기점이 되는 개질 영역(7a(7m))을 SiC 기판(12)의 내부에 형성한다. 이 개질 영역(7a(7m))은, 용융 처리 영역을 포함하는 것이 된다. 절단 예정 라인(5a(5m))을 따라서 개질 영역(7a(7m))을 형성한 후에, 개질 영역(7a(7m))을 기점으로 하여 절단 예정 라인(5a(5m))을 따라서 가공 대상물(1)을 절단한다.
이상의 레이저 가공 방법에 의하면, 다음과 같은 이유에 의해, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 표면(12a)을 가지는 육방정계 SiC 기판(12)을 구비하는 판상의 가공 대상물(1)을 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 정밀도 좋게 절단하여, 그 결과, 절단 예정 라인(5a, 5m)을 따라서 정밀도 좋게 절단된 가공 대상물(1, 즉, 파워 디바이스)을 얻는 것이 가능해진다.
즉, 절단 예정 라인(5a(5m))을 따라서 SiC 기판(12)의 내부에 개질 영역(7a(7m))을 형성할 때에는, 각 예비 라인(5p)을 따라서 SiC 기판(12)의 내부에 예비 개질 영역(7p)이 형성되어 있다. 그리고, 예비 라인(5p)은, 표면(12a)에 평행한 면 내에서 절단 예정 라인(5a(5m))의 양측에 위치하고 또한 절단 예정 라인(5a(5m))에 평행한 방향으로 연장하고 있다. 이 때문에, 개질 영역(7a(7m))으로부터 c면 방향으로 균열이 신장해도, 도 34의 (b)에 나타내는 바와 같이 예비 개질 영역(7p)을 형성하지 않은 경우에 비해, 도 34의 (a)에 나타내는 바와 같이, 그 균열(c면 갈라짐)의 신장이 예비 개질 영역(7p)에 의해서 억제되게 된다. 이것에 의해, 개질 영역(7a(7m))으로부터 c면 방향으로 균열이 신장하기 쉽게 되는지 아닌지를 고려하지 않고, 개질 영역(7a(7m))으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로 균열이 신장하기 쉽게 되도록 레이저 광을 가공 대상물(1)에 조사할 수 있다. 또한, 예비 개질 영역(7p)은, 절단의 기점으로서 기능시킬(즉, 예비 개질 영역(7p)으로부터 SiC 기판(12)의 두께 방향으로의 균열의 신장을 촉진시킬) 필요는 없기 때문에, SiC 기판(12)에 균열이 생기기 어렵게 되는 레이저 광(L)의 조사에 의해서 형성되므로, 예비 개질 영역(7p)의 형성시에 예비 개질 영역(7p)으로부터 c면 방향으로 균열이 신장하는 것은 용이하게 억제할 수 있다. 따라서, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 주면(主面)을 가지는 육방정계 SiC 기판(12)을 구비하는 판상의 가공 대상물을 절단 예정 라인(5a(5m))을 따라서 정밀도 좋게 절단하는 것이 가능해진다.
또, 개질 영역(7a(7m)) 형성시에, SiC 기판(12)의 레이저 광 입사면인 표면(12a)으로부터 소정의 거리에 레이저 광(L)의 집광점(P)을 맞추는 경우, 예비 개질 영역(7p) 형성시에도, 표면(12a)으로부터 동일한 거리에 레이저 광(L)의 집광점(P)을 맞추는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 개질 영역(7a(7m))으로부터 c면 방향으로의 균열의 신장을 보다 확실히 억제할 수 있다.
또한, 각 예비 라인(5p)을 따라서 SiC 기판(12)의 내부에 예비 개질 영역(7p)을 형성하는 것과 동시에, 그들 예비 라인(5p)의 사이에 설정된 절단 예정 라인(5a(5m))을 따라서 SiC 기판(12)의 내부에 개질 영역(7a(7m))을 형성해도, c면 갈라짐의 신장이 예비 개질 영역(7p)에 의해서 억제되게 된다. 이 경우에는, 절단 예정 라인(5a(5m))을 따른 개질 영역(7a(7m))의 형성에 대해서, 예비 라인(5p)을 따른 예비 개질 영역(7p)의 형성을 선행시키는 것이 바람직하다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, c면과 오프각 만큼의 각도를 이루는 주면을 가지는 육방정계 SiC 기판을 구비하는 판상의 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라서 정밀도 좋게 절단할 수 있다.
1 … 가공 대상물 5a, 5m … 절단 예정 라인
5p … 예비 라인 7a, 7m … 개질 영역
7p … 예비 개질 영역 12 … SiC 기판
12a … 표면(주면) 12b … 이면(주면)
L … 레이저 광 P … 집광점

Claims (12)

  1. c면과 오프각(off角) 만큼의 각도를 이루는 주면(主面)을 가지는 육방정계 SiC 기판을 구비하는 판상(板狀)의 가공 대상물을 절단 예정 라인을 따라서 절단하기 위한 레이저 가공 방법으로서,
    펄스 발진(發振)된 레이저 광의 집광점(集光点)을 상기 SiC 기판의 내부에 맞추어, 펄스 피치가 10㎛ ~ 18㎛가 되도록 상기 절단 예정 라인을 따라서 상기 레이저 광을 상기 가공 대상물에 조사하는 것에 의해, 상기 절단 예정 라인을 따라서, 절단의 기점(起点)이 되는 개질 영역을 상기 SiC 기판의 내부에 형성하는 레이저 가공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광은, 상기 펄스 피치가 12㎛ ~ 14㎛가 되도록 상기 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 조사되는 레이저 가공 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광은, 20ns ~ 100ns의 펄스폭으로 펄스 발진되는 레이저 가공 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 레이저 광은, 50ns ~ 60ns의 펄스폭으로 펄스 발진되는 레이저 가공 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 개질 영역을 형성한 후에, 상기 개질 영역을 기점으로 하여 상기 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물을 절단하는 레이저 가공 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 레이저 가공 방법.
  7. c면과 오프각(off角) 만큼의 각도를 이루는 주면(主面)을 가지는 육방정계 SiC 기판을 구비하는 판상(板狀)의 가공 대상물을, 상기 주면 및 a면에 평행한 방향으로 연장하는 복수의 제1 절단 예정 라인 그리고 상기 주면 및 m면에 평행한 방향으로 연장하는 복수의 제2 절단 예정 라인 각각을 따라서 절단하기 위한 레이저 가공 방법으로서,
    50ns ~ 100ns의 펄스폭으로 펄스 발진(發振)된 레이저 광의 집광점(集光点)을 상기 SiC 기판의 내부에 맞추어, 펄스 피치가 12㎛ ~ 18㎛가 되도록 상기 복수의 제1 절단 예정 라인 및 상기 복수의 제2 절단 예정 라인 각각을 따라서 상기 레이저 광을 상기 가공 대상물에 조사하는 것에 의해, 상기 복수의 제1 절단 예정 라인 및 상기 복수의 제2 절단 예정 라인 각각을 따라서, 절단의 기점(起点)이 되는 개질 영역을 상기 SiC 기판의 내부에 형성하는 레이저 가공 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 개질 영역을 형성한 후에, 상기 개질 영역을 기점으로 하여 상기 복수의 제1 절단 예정 라인 및 상기 복수의 제2 절단 예정 라인 각각을 따라서 상기 가공 대상물을 절단하는 레이저 가공 방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 레이저 가공 방법.
  10. c면과 오프각(off角) 만큼의 각도를 이루는 주면(主面)을 가지는 육방정계 SiC 기판을 구비하는 판상(板狀)의 가공 대상물을, 상기 주면 및 a면에 평행한 방향으로 연장하는 복수의 제1 절단 예정 라인 그리고 상기 주면 및 m면에 평행한 방향으로 연장하는 복수의 제2 절단 예정 라인 각각을 따라서 절단하기 위한 레이저 가공 방법으로서,
    레이저 광의 집광점(集光点)을 상기 SiC 기판의 내부에 맞추어, 펄스 피치가 14㎛ ~ 18㎛가 되도록 상기 복수의 제1 절단 예정 라인 및 상기 복수의 제2 절단 예정 라인 각각을 따라서 상기 레이저 광을 상기 가공 대상물에 조사하는 것에 의해, 상기 복수의 제1 절단 예정 라인 및 상기 복수의 제2 절단 예정 라인 각각을 따라서, 절단의 기점(起点)이 되는 개질 영역을 상기 SiC 기판의 내부에 형성하는 레이저 가공 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 개질 영역을 형성한 후에, 상기 개질 영역을 기점으로 하여 상기 복수의 제1 절단 예정 라인 및 상기 복수의 제2 절단 예정 라인 각각을 따라서 상기 가공 대상물을 절단하는 레이저 가공 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 개질 영역은 용융 처리 영역을 포함하는 레이저 가공 방법.
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