WO2016103977A1 - SiC材料の加工方法 - Google Patents

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Abstract

SiC材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域を形成した後、SiC材料を切断予定面に沿って切断するSiC材料の加工方法であって、所定方向へ延びる複数の線状の主変質領域(12)を第1ピッチP1で並べて形成し、当該所定方向へ延びる変質領域群(13)とし、変質領域群(13)を第1ピッチP1より長い第2ピッチP2で並べて複数形成することで、SiC材料の加工におけるレーザ光の照射時間を短縮しつつ、各ライン間で確実に割れを進展させる。

Description

SiC材料の加工方法
 本発明は、SiC材料の加工方法に関する。
 SiC材料の切断は、ワイヤーソー等を用いて機械的に切断することが一般的である。しかし、SiCは高い硬度を有するため、ワイヤーソー等を用いた加工では、低速度での加工となってしまいスループットが低下するという問題点がある。
 この問題点を解消するため、SiC材料の切断予定面に沿ってパルスレーザ光を照射することにより内部に改質領域を形成し、切断予定面に沿ってSiC材料を切断するSiC材料の切断方法が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の方法では、SiC材料の内部において切断予定面上に集光点を合わせた状態で、レーザ光を所定のラインに沿って相対的に移動させている。特許文献1では、レーザ光の一の照射点と該一の照射点に最も近い他の照射点とのピッチが1μm以上10μm未満の範囲であるときに、改質領域からのc面割れが好適に生じるとされている。
特開2013-49161号公報
 ところで、特許文献1に示されているようにライン状の変質領域を等間隔で形成した場合、各ラインの間隔が所定のピッチを超えると、各ラインの間で割れが進展しなくなる。各ラインの間で割れを確実に進展させるため、特許文献1に記載のように各ライン間のピッチを10μm以下とすることが考えられるが、これでは切断予定面へのレーザ光の照射に時間を要し歩留まりが低下してしまう。
 本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザ光の照射時間を短縮しつつ、各ライン間で確実に割れを進展させることのできるSiC材料の加工方法を提供することにある。
 前記目的を達成するため、本発明では、SiC材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域からなる変質パターンを形成した後、前記SiC材料を前記切断予定面に沿って切断するSiC材料の加工方法であって、前記変質パターンは、所定方向へ延び第1のピッチで並べられた複数の線状の主変質領域からなる変質領域群を有し、前記変質領域群は、前記第1のピッチより長い第2ピッチで複数並べられるSiC材料の加工方法が提供される。
 上記SiC材料の加工方法において、前記変質パターンは、前記所定方向と異なる方向へ延びる複数の線状の補助変質領域を有し、前記補助変質領域は、少なくとも隣接する2つの前記変質領域群を跨ぐように形成されてもよい。
 上記SiC材料の加工方法において、前記各補助変質領域は、前記変質領域群に対して略直交する方向へ延びてもよい。
 上記SiC材料の加工方法において、1つの前記変質領域群に含まれる主変質領域の数は、2以上10以下とすることができる。
 上記SiC材料の加工方法において、前記第1のピッチは、1.0μm以上50μm未満であり、前記第2のピッチは、50μm以上500μm以下とすることができる。
 また、本発明では、SiC材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域からなる変質パターンを形成した後、前記SiC材料を前記切断予定面に沿って切断するSiC材料の加工方法であって、前記変質パターンは、所定方向へ延びる複数の線状の主変質領域を有し、前記各主変質領域間のピッチは、少なくとも2種類以上であるSiC材料の加工方法が提供される。
 本発明のSiC材料の加工方法によれば、レーザ光の照射時間を短縮しつつ、各ライン間で確実に割れを進展させることができる。
図1は、本発明の一実施形態を示すSiC材料の概略斜視説明図である。 図2は、レーザ照射装置の概略説明図である。 図3は、変質領域の形成部分を示すSiC材料の一部平面図である。 図4は、変形例を示すものであって、変質領域の形成部分を示すSiC材料の一部平面図である。 図5は、変形例を示すものであって、変質領域の形成部分を示すSiC材料の一部平面図である。
 図1から図3は本発明の一実施形態を示すものであり、図1はSiC材料の概略斜視説明図である。
 図1に示すように、SiC材料1は、円筒状に形成され、所定の切断予定面100で切断されることにより、複数のSiC基板210に分割される。本実施形態においては、SiC材料1は6H型SiCからなり、直径を例えば3インチとすることができる。また、分割された各SiC基板210は、例えば半導体デバイスの基板として利用される。
 ここで、各切断予定面100は6H型SiCのc軸に直交するc面とオフ角分の角度をなしている。したがって、各切断予定面100に沿ってSiC材料1を切断することにより、c面とオフ角分の角度を成す主面を有するSiC基板210を製造することができる。尚、オフ角は、例えば4°程度であり、0°の場合も含む。オフ角が0°の場合には、界面はc面と平行になる。
 図2は、レーザ照射装置の概略説明図である。
 図2に示すように、レーザ照射装置300は、レーザ光をパルス発振するレーザ発振器310と、発振されたレーザ光の方向を変えるミラー320と、レーザ光をフォーカシングする光学レンズ330と、レーザ光の照射対象であるSiC積層体1を支持するステージ340と、を備えている。尚、図2には特に細かい光学系は図示していないが、レーザ照射装置300は、焦点位置調整、ビーム形状調整、収差補正等が可能となっている。また、レーザ照射装置300は、レーザ光の経路を真空状態に維持するハウジング350を有している。本実施形態においては、このレーザ照射装置300を用い、6H型SiCのSiC材料1にレーザ光を照射して、レーザ光の内部に変質領域を形成し、SiC材料1を切断する。
 レーザ発振器310は、YAGレーザの第2次高調波等を用いることができる。レーザ発振器310で放出されたビームは、ミラー320で反射されて方向が変更される。ミラー320は、レーザ光の方向を変更するために複数設けられる。また、光学レンズ330は、ステージ340の上方に位置し、SiC材料1に入射されるレーザ光をフォーカシングする。
 ステージ340は、図示しない移動手段によりx方向及び/又はy方向に移動し、その上に載置されたSiC材料1を移動する。さらに、ステージ340をz方向を軸として回転可能としてもよい。すなわち、SiC材料1をレーザ光に対して相対的に移動することができ、これによりSiC材料1の所定深さにレーザ光による加工面を形成することができる。
 レーザ光は、SiC材料1内の集光点近傍にて特に吸収され、これによりSiC材料1に変質領域が形成される。本実施形態においては、SiC材料1の内部において各切断予定面100に集光点を合わせた状態で、レーザ光を所定のラインに沿って相対的に移動させることにより、各切断予定面100に複数の線状の変質領域からなる変質パターンが形成される。なお、レーザ光を相対移動させる方向は直線状に限定されず、例えば曲線状に移動させることも可能である。
 また、本実施形態においては、各切断予定面100に沿って、所定間隔でワンパルスショットを行うことにより線状の変質領域を形成している。ワンパルスショットが行われた部分には加工スポットが形成され、このような加工スポットとして、クラックスポット、溶融処理スポット、屈折率変化スポット又はこれらの少なくとも2つが混在するもの等が挙げられる。
 SiC材料1の切断にあたっては、まず、レーザ光の入射側に位置する軸方向一端側の切断予定面100にレーザ光の集光点を合わせ、当該切断予定面100にレーザ光を吸収させて変質パターンを形成する。このとき、SiC材料1中へのレーザ光の入射が妨げられないように、SiC材料1の入射側の表面を研磨しておくことが好ましい。
 図3は、変質領域の形成部分を示すSiC材料の一部平面図である。図3に示すように、レーザ光の集光点を直線的に移動させることで変質パターンをなす主変質領域12を形成する。主変質領域12は、パルスレーザ光であることから、そのワンパルスショットで形成される変質スポットの集合として形成されている。具体的には、隣接する変質スポットを互いの一部が重なるようにして連続的に形成することにより、線状の各変質領域12が形成される。各変質領域12の幅寸法は1.0μm未満であり、例えば0.2μmとすることができる。
 具体的に、図3に示すように、所定方向へ延びる複数の線状の主変質領域12を第1ピッチP1で並べて形成し、当該所定方向へ延びる変質領域群13とする。そして、変質領域群13を第1ピッチP1より長い第2ピッチP2で並べて複数形成する。このように主変質領域12を構成すると、等間隔で各主変質領域12を並べた場合よりも、少ない本数でc面割れを進展させることができる。第1ピッチP1及び第2ピッチP2の寸法は任意であるが、第1ピッチP1は例えば1μm以上50μm未満とすることができ、第2ピッチP2は例えば50μm以上500μm以下とすることができる。また、1つの変質領域群13に含まれる主変質領域12の数は任意であるが、例えば2以上10以下とすることができる。
 ここで、SiC材料1の加工に際しては、全ての主変質領域12を同時に形成しない限り、各主変質領域12を順次形成していくことになる。このとき、所定の主変質領域12の形成前に、他の主変質領域12の形成に起因して当該所定の主変質領域12の形成予定部分にc面割れが進展しないようにすることが望ましい。レーザ加工前にc面割れが進展してしまうと、切断予定面100の深さにレーザの焦点を合わせることが困難となり加工精度が低下する。
 切断予定面100に各主変質領域12を形成した後、SiC材料1の軸方向他端側を固定し、軸方向一端側に軸方向他端側から離間させる方向に力を加えることによりSiC材料1が切断される。剥離後は、剥離された基板210の表面及びSiC材料1の新たな表面を研磨等により平坦とすることが好ましい。特に、切断予定面100がc面と平行でない場合は、剥離面がギザギザとなるので、平坦とすることがより好ましい。
 この後、基板210が剥離されたSiC材料1における軸方向一端側の切断予定面100について、同様に主変質領域12を形成して切断する。このように、SiC材料1を全ての切断予定面100において軸方向他端側から順次切断していくことにより、複数のSiC基板210を得ることができる。
 以上のようなSiC材料1の加工方法によれば、各変質領域群13の第2ピッチP2を比較的長く形成したので、切断予定面100の加工時のレーザ光の照射時間を短縮することができる。
 また、c面割れが進展しやすくなったことにより、例えば、変質領域を形成するためのレーザのパワーを減じて、変質領域の1本あたりの加工ダメージを減らすことができる。これにより、SiC材料1中の深さ方向について、切断予定面100以外の領域に過度の加工ダメージが及ぶことはなく、切断予定面100付近に必要な最小限の加工ダメージに抑えることができ、レーザ加工の制御性が向上する。さらに、主変質領域群13を複数の主変質領域12から構成したことにより、SiC材料1にc面割れが生じる応力の臨界値に比較的近い値の応力を付与することができ、これによってもレーザ加工の制御性が向上する。
 尚、主変質領域12は、図3に示すような直線状の他、曲線状とすることもできる。例えば、主変質領域を渦巻き状に形成したり、所定間隔の同心円状とすることもできる。この場合は、径方向に隣接する主変質領域のピッチを比較的短い第1ピッチと比較的長い第2ピッチに変化させればよい。
 また、前記実施形態においては、各主変質領域13が第1ピッチP1及び第2ピッチP2で形成されたものを示したが、3種類以上のピッチで形成されていてもよい。要は、各主変質領域13のピッチは、少なくとも2種類以上であればよい。
 また、前記実施形態においては、同じ方向へ延びる複数の主変質領域12を形成するものを示したが、例えば図4に示すように、主変質領域12と異なる方向へ延びる複数の線状の補助変質領域22を形成してもよい。各補助変質領域22は、少なくとも隣接する2つの変質領域群13を跨ぐように形成することにより、各変質領域群13及び各補助変質領域22で包囲された領域の割れを効果的に進展させることができる。また、図4に示すように、各補助変質領域22を各主変質領域12と略直交する方向へ延びるよう形成することが好ましい。このときの各補助変質領域22の第3ピッチP3は、各主変質領域群13の第2ピッチP2よりも大きくすることができる。尚、各主変質領域が渦巻き状や同心円状のように周方向へ延びる場合は、補助変質領域を径方向へ延びるよう形成することが好ましい。
 さらに、図5に示すように、複数の線状の補助変質領域22を比較的短い第4ピッチP4で並べて形成して補助変質領域群23とし、複数の補助変質領域群23を第4ピッチP3より長い第3ピッチP3で形成することもできる。このときの各補助変質領域22の第3ピッチP3は、各主変質領域12の第1ピッチP1よりも大きくすることができ、各補助変質領域群23の第4ピッチP4は、各主変質領域群13の第2ピッチP2よりも大きくすることができる。また、1つの補助変質領域群23に含まれる補助変質領域22の数は任意であるが、例えば2以上10以下とすることができる。
 図4及び図5に示すように、主変質領域12に加えて補助変質領域22を形成する場合も、全ての主変質領域12及び補助変質領域22を同時に形成しない限り、各主変質領域12及び各補助変質領域22を順次形成していくことになる。このとき、所定の主変質領域12または所定の補助変質領域22の形成前に、他の主変質領域12または他の補助変質領域22の形成に起因して当該所定の主変質領域12または当該所定の補助変質領域22の形成予定部分にc面割れが進展しないようにすることが望ましい。
 また、前記実施形態においては、6H型のSiC材料1に本発明と適用したものを示したが、例えば、3C型、4H型等の他のポリタイプのSiC材料であっても本発明を適用可能である。さらに、材料の割れの進展方向が切断予定面とほぼ平行ならば、SiC以外の材料に本発明を適用することができる。これらの材料としては、例えば、GaN、AlN、ZnO等が挙げられる。また、前記実施形態においては、材料の割れの進展方向が切断予定面とほぼ平行な面方位がc面であるものを示したが、例えば、m面やa面であってもよいことは勿論である。
 以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
 以上のように、本発明のSiC材料の加工方法は、レーザ光の照射時間を短縮しつつ、各ライン間で確実に割れを進展させることができ産業上有用である。
 1  SiC材料
 11  未変質領域
 12  主変質領域
 13  変質領域群
 22  補助変質領域
 23  補助変質領域群
 100 切断予定面
 210 SiC基板
 300 レーザ照射装置
 310 レーザ発振器
 320 ミラー
 330 光学レンズ
 340 ステージ
 350 ハウジング

Claims (6)

  1.  SiC材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域からなる変質パターンを形成した後、前記SiC材料を前記切断予定面に沿って切断するSiC材料の加工方法であって、
     前記変質パターンは、所定方向へ延び第1のピッチで並べられた複数の線状の主変質領域からなる変質領域群を有し、
     前記変質領域群は、前記第1のピッチより長い第2ピッチで複数並べられるSiC材料の加工方法。
  2.  前記変質パターンは、前記所定方向と異なる方向へ延びる複数の線状の補助変質領域を有し、
     前記補助変質領域は、少なくとも隣接する2つの前記変質領域群を跨ぐように形成される請求項1に記載のSiC材料の加工方法。
  3.  前記各補助変質領域は、前記変質領域群に対して略直交する方向へ延びる請求項2に記載のSiC材料の加工方法。
  4.  1つの前記変質領域群に含まれる主変質領域の数は、2以上10以下である請求項1から3のいずれか1項に記載のSiC材料の加工方法。
  5.  前記第1のピッチは、1.0μm以上50μm未満であり、
     前記第2のピッチは、50μm以上500μm以下である請求項1から4のいずれか1項に記載のSiC材料の加工方法。
  6.  SiC材料の切断予定面に対しレーザ光を吸収させて複数の線状の変質領域からなる変質パターンを形成した後、前記SiC材料を前記切断予定面に沿って切断するSiC材料の加工方法であって、
     前記変質パターンは、所定方向へ延びる複数の線状の主変質領域を有し、
     前記各主変質領域間のピッチは、少なくとも2種類以上であるSiC材料の加工方法。
PCT/JP2015/082171 2014-12-26 2015-11-16 SiC材料の加工方法 WO2016103977A1 (ja)

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