特許 6804441 平面結晶性基板、特に半導体基板のレーザ加工方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6804441

(24)【登録日】2020年12月4日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】平面結晶性基板、特に半導体基板のレーザ加工方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20201214BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20201214BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20201214BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20201214BHJP

   B23K 26/062 20140101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/78 B

   B23K26/064 A

   B23K26/53

   B23K26/00 H

   B23K26/062

   H01L21/78 V

【請求項の数】16

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-522729(P2017-522729)

(86)(22)【出願日】2015年7月7日

(65)【公表番号】特表2017-521877(P2017-521877A)

(43)【公表日】2017年8月3日

(86)【国際出願番号】EP2015065476

(87)【国際公開番号】WO2016008768

(87)【国際公開日】20160121

【審査請求日】2018年7月6日

(31)【優先権主張番号】102014213775.6

(32)【優先日】2014年7月15日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】517015041

【氏名又は名称】イノラス ソリューションズ ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ベーメ リコ

(72)【発明者】

【氏名】ヴェーバー ダニエル

【審査官】 杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２８８５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３０６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５１５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８８７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１９１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１０３６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３３５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１１１３８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２５５１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７２６３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０６２

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工方法であって、
前記基板を加工するためのレーザのレーザビームを照射し、
前記レーザのビーム路に配置された光学配置において、前記光学配置に照射された前記レーザビームにより、前記光学配置のビーム出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点面を形成し、
前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置し、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
前記光学配置により前記レーザビーム焦点面が形成され、
円錐形プリズム又はアキシコンを、規定長さ、即ち前記ビーム方向において規定の膨張量を有する前記レーザビーム焦点面を形成するための非球形自由表面を備えた、前記光学配置の第１光学素子として用い、さらに、
前記第２方向における前記レーザビームの膨張を遮り、該レーザビームを前記第１方向における所望の方向に向かわせるダイアフラムを、前記非球形自由表面を備えた前記第１光学素子の前記ビーム出力側から所定距離ｚ１離間して配置する
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工方法であって、
前記基板を加工するためのレーザのレーザビームを照射し、
前記レーザのビーム路に配置された光学配置において、前記光学配置に照射された前記レーザビームにより、前記光学配置のビーム出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点面を形成し、
前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置し、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
前記光学配置により前記レーザビーム焦点面が形成され、
円錐形プリズム又はアキシコンを、規定長さ、即ち前記ビーム方向から見た規定膨張量を有する前記レーザビーム焦点面を形成するための非球形自由表面を備えた、前記光学配置の第１光学素子として用い、さらに、
前記レーザビームを前記第１方向にフォーカスする一方前記第２方向にはフォーカスさせない第２光学素子を、前記非球形自由表面を備えた前記第１光学素子の前記ビーム出力側から既定距離ｚ２離間して配置する
ことを特徴とする方法。

【請求項3】

基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工方法であって、
前記基板を加工するためのレーザのレーザビームを照射し、
前記レーザのビーム路に配置された光学配置において、前記光学配置に照射された前記レーザビームにより、前記光学配置のビーム出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点面を形成し、
前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置し、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
前記光学配置により前記レーザビーム焦点面が形成され、
前記第１方向から見て前記光学配置の光軸に対してそれぞれ反対側に位置する２つの半空間からビーム束を前記光軸に向けて平行に偏向させるダブルウェッジを、前記光学配置の第３光学素子として用い、さらに、
前記レーザビームを少なくとも前記第１方向にフォーカスさせる第４光学素子を、前記第３光学素子の前記ビーム出力側に配置する
ことを特徴とする方法。

【請求項4】

前記平面結晶性基板が、
・半導体基板、
・絶縁基板、
・少なくとも１つの結晶性又は準結晶性構造の炭素系材料を含む基板、
及び
・少なくとも１つの結晶性又は準結晶性構造の炭素系材料からなる基板、
のいずれかである、あるいは、
前記平面結晶性基板が、
・半導体基板、
・絶縁基板、
・少なくとも１つの結晶性又は準結晶性構造の炭素系材料を含む基板、
及び
・少なくとも１つの結晶性又は準結晶性構造の炭素系材料からなる基板、
のいずれかを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された方法。

【請求項5】

前記第１方向における前記レーザビーム焦点面の膨張量（幅ｂ）が、前記第２方向における前記レーザビーム焦点面の膨張量Ｄに比して少なくとも５倍大きい、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された方法。

【請求項6】

ビーム方向で見て、前記材料、即ち前記基板内部の、前記誘導吸収処理による前記膨張表面部位が、前記基板の表面と裏面の少なくともいずれか一方まで延びるように、前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置する、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載された方法。

【請求項7】

ビーム方向で見て、前記材料、即ち基板内部の、前記誘導吸収処理による前記膨張表面部位が、前記基板の表面と裏面の一方から、他方までは届かないものの、前記基板の内部に延びる、即ち前記基板の全層厚さｄ未満となるように、前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置する、
ことを特徴とする請求項６に記載された方法。

【請求項8】

前記基板の材料の除去及び溶解が発生することなく前記基板の構造内に前記亀裂形成が実現されるように前記誘導吸収処理を発生させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載された方法。

【請求項9】

前記レーザとしてパルスレーザを用いる
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載された方法。

【請求項10】

前記レーザのパルス幅τは、前記基板の材料との相互作用時間内で該材料の熱拡散が無視できるほど小さく設定され、
又は、
前記レーザのパルス繰返周波数が１０ｋＨｚから１，０００ｋＨｚの間であり、
又は、
前記レーザが単パルスレーザとして若しくはバーストパルスレーザであり、
又は、
前記レーザ出力側で測定した平均レーザ出力が、５ワットから１００ワットの間である、
ことを特徴とする請求項９に記載された方法。

【請求項11】

前記レーザビームが、前記基板の表面に対し、複数のパーツを得るために前記基板を分割するためのラインに沿って動かされ、よって、前記基板の内部において、前記誘導吸収処理による多数の膨張表面部位が該ラインに沿って生成される
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載された方法。

【請求項12】

前記基板内部における前記誘導吸収処理による前記多数の膨張表面部位の生成中及び／又は生成後において、隣接する前記誘導吸収処理による膨張表面部位間で、機械的な力が前記基板に加えられ、及び／又は熱応力が前記基板内に加えられ、具体的には前記基板が不均一に熱せされた後に再び冷やされることで、前記基板を前記複数のパーツに分割するための亀裂形成を実現することを特徴とする請求項１１に記載された方法。

【請求項13】

基板を加工するためのレーザのレーザビームを用いて、前記基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工装置であって、
照射された前記レーザビームにより、出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点表面が形成される、前記レーザのビーム路に配置された光学配置を有し、
前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とが相対配置可能又は相対配置され、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
前記ビーム方向と前記ビーム方向に直交する前記第１方向とにおいて膨張する一方、前記第２方向においては膨張しない前記レーザビーム焦点面を形成するための光学配置が、 前記光学配置が、規定長さ、即ちビーム方向において規定の膨張量を持つ前記レーザビーム焦点面を形成するための非球形自由表面を備えた第１光学素子としての円錐プリズム又はアキシコンと、
前記非球形自由表面を有する第１光学素子の出力側から所定距離ｚ１の位置に、前記第２方向における前記レーザビームの膨張を遮る、即ち前記第１方向における所望の方向に向かわせるダイアフラムと、
を備えることを特徴とする装置。

【請求項14】

基板を加工するためのレーザのレーザビームを用いて、前記基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工装置であって、
照射された前記レーザビームにより、出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点表面が形成される、前記レーザのビーム路に配置された前記装置の光学配置を有し、
前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とが相対配置可能又は相対配置され、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
前記光学配置は、前記ビーム方向と前記ビーム方向に直交する前記第１方向とにおいて膨張する一方、前記第２方向においては膨張しない前記レーザビーム焦点面を形成するための光学配置であって、
規定長さ、即ちビーム方向において規定の膨張量を持つ前記レーザビーム焦点面を形成するための非球形自由表面を有する第１光学素子としての円錐プリズム又はアキシコンと、
前記非球形自由表面を有する第１光学素子の出力側から既定距離ｚ２の位置に、前記レーザビームを前記第１方向にフォーカスする一方前記第２方向にはフォーカスしない第２光学素子と、
を備えることを特徴とする装置。

【請求項15】

基板を加工するためのレーザのレーザビームを用いて、前記基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工装置であって、
照射された前記レーザビームにより、出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点表面が形成される、前記レーザのビーム路に配置された前記装置の光学配置を有し、
前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とが相対配置可能又は相対配置され、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
前記光学配置は、前記ビーム方向と前記ビーム方向に直交する前記第１方向とにおいて膨張する一方、前記第２方向においては膨張しない前記レーザビーム焦点面を形成するための光学配置であって、
前記第１方向から見て前記光学配置の光軸に対してそれぞれ反対側に位置する２つの半空間からビーム束を前記光軸に向けて平行に偏向させる第３光学素子としてのダブルウェッジと、さらに、
前記第３光学素子の前記ビーム出力側に設けられた、前記レーザビームを少なくとも前記第１方向にフォーカスする光学素子と、
を備えることを特徴とする装置。

【請求項16】

請求項１３から１５のいずれか１項に記載された装置の使用方法であって、
・半導体基板を分離し、
・絶縁基板を分離し、
・少なくとも１つの結晶性もしくは準結晶性構造の炭素系材料を含む基板を分離し、
又は
・少なくとも１つの結晶性もしくは準結晶性構造の炭素系材料からなる基板を分離する、
ことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、平面結晶性基板を複数のパーツに分割するためのレーザ加工方法、並びにその装置及びかかる方法や装置の用途に関する。より詳しくは、半導体ウェハ状の平面基板を複数のパーツに分割する（該ウェハを分離する）ことを目的とする。当該処理においては、通常、基板の材料を実質的に透過する周波数のパルスレーザが用いられる。

【背景技術】

【0002】

かかる材料をレーザにより分割する装置及び方法は従来から知られている。

【発明の概要】

【0003】

ドイツ特許出願公報第１０ ２０１１ ０００ ７６８号では、材料、波長、又は電力により大部分が吸収されるレーザを用い、又は、第１インタラクション（電荷キャリア製造時の加熱；誘導吸収）後に材料に高い吸収性能を持たせ、そして該材料を切断する。しかし、かかる方法は、多くの材料において欠点がある。例えば、粒子構造に起因する除去時の不純物の混入や、熱による切断面の微細な亀裂の発生、切断面の溶けの発生、又は材料の厚さに対する切断間隙の不統一（深さにより幅が異なる。例えば、くさび状の切り欠け）、などである。また、材料の蒸気化又は液化が必要なため、高いレーザ平均出力が必要となる。

【0004】

米国特許公報（ＵＳ６４７２２９５Ｂ１）は、材料のレーザ切削方法及び装置について示す。該方法は、レーザシステムからレーザパルスを生成し、該レーザパルスを材料に対して用いることにより、材料を切削する。レーザパルスは、略楕円状の点を生成し、約１００ナノ秒未満の時間的パルスを持ち、材料の除去に必要なエネルギのおよそ２〜２０倍のエネルギ密度を有する。

【0005】

米国特許出願公報（ＵＳ２０１３／３２７３８９Ａ１）は、光起電装置の層構造を備える方法を開示する。該層構造は、電極と光吸収材とを備え、例えば、電極に設けられた銅 - インジウム - ガリウムジセレニドといったカルコパイライト半導体材料の層と、透明電極とを備える。

【0006】

米国特許出願公報（ＵＳ２０１３／１１９０３１Ａ１）は、層材料に亀裂を生じさせることなく、基板上の材料層からの製造方法が開示されている。ここでは、パルスレーザが使われている。

【0007】

米国特許出願公報（ＵＳ２００２／０５０４８９Ａ１）は、レーザビーム機械加工方法では、レーザビームを透過させることのできる液体が用いられている。即ち、レーザビームは、該流体によって目標表面までガイドされる。

【0008】

さらに、焦点が材料の内側となるように、ある波長において広く透過性を持つ材料に対しレーザを用いる方法もある。なお、照射対象となる材料の内部焦点において内部ダメージが発生する程度に、該レーザの強度が十分に強いものである必要がある。

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記方法の場合、特定の深さ又は表面でクラックの発生が誘発されるという欠点があり、材料の全体厚さを切断するには、追加で機械的及び/又は熱的に亀裂伝播を誘起する必要がある。しかし、亀裂は統一性なく伝播されるため、通常切断面は非常に粗く、しばしば再加工が必要となる。さらに、同一の処理を異なる深さに対して複数回繰り返さなければならず、これによって処理速度が数倍も遅れることとなる。

【0010】

上記技術から、本発明の目的は、高速な処理速度で、平面形状の結晶性基板（特に、半導体材料からなる基板）を、粒子形成を生じさせることなく、切断面を溶かすことなく、切断面における亀裂形成を最小にし、目立つ切断間隙（即ち、材料のロス）を生じさせることなく、かつ切断面を可能な限り直線にするように加工（特に、完全に分割させる）する方法（及び対応する装置）を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的は、独立請求項１から３に係る方法及び独立請求項１５，１６，１７に係る装置により達成される。本方法又は装置の好適な実施例及び／又は展開例は、従属項により達成することができる。本発明に係る本質的な用途発明は請求項１８に記載されている。

【0012】

先ず、本発明の前提（本発明に係る、基板が各パーツに分割するメカニズム）について説明する。

【0013】

本発明に係る分割方法は、レーザパルス毎に、本発明の目的に適したレーザレンズ系（以下、光学配置とも呼ぶ）により、（焦点と対比させて）レーザビーム焦点面を生成する。該焦点面はレーザと基板材料との間のインタラクション領域を定義する。焦点面が分割されるべき材料内にある場合は、当該材料との相互作用が生じるようにレーザパラメータが選択され、当該焦点面に沿って本発明に係る亀裂領域が生成される（即ち、該焦点面に亘って亀裂領域が設けられる）。なお、レーザパラメータとして重要なのは、該レーザの波長とパルス幅（パルス時間）である。

【0014】

本発明に係るレーザビームと材料との相互作用として、以下のような性質が表れることが好ましい：
１） 材料を実質的に透過するようなレーザの波長を選択する（具体的には、例えば、材料深さ１ｍｍあたりの吸収率＜＜１０％；ランベルトーベール吸収係数γ＜＜１／ｃｍ）。
２） 相互作用時間内において、インタラクション領域からの実質的な熱の伝達（熱拡散）が生じないようなレーザパルス幅を選択する（具体的には、例えば、τ＜＜Ｆ／α。但し、Ｆ：レーザビーム焦点面の面積、τ：レーザパルス幅、α：材料の熱拡散定数）。
３） インタラクション領域、即ち焦点面において、材料の局所過熱、別言すれば、材料に印加される熱応力により亀裂形成を引き起こす誘導吸収処理（induced absorption）を実現するエネルギ強度のレーザパルスエネルギを選択する。
４） さらに、除去や溶解ではなく、固体構造における亀裂形成のみが影響を受けるようなパルス時間中の強度、パルスエネルギ、及びレーザビーム焦点面の膨張量又はサイズを選択する。かかる要件は、サブナノ秒オーダのパルスレーザ、具体的には、例えば１０から１００ｐｓのパルス幅を用いることで、半導体や透明結晶といった従来の材料において最も容易に満たすことができる。

【0015】

次に、所望の分割表面が得られる幾何学的生産方法（基板表面に沿ったレーザビームと基板の相対的動作）について説明する。

【0016】

本発明に係る材料との相互作用では、レーザパルス毎に、（レーザビームの入射方向及び基板表面と垂直方向から見て）焦点面に亘って材料中に亀裂領域が発生する。材料の完全分割にあっては、レーザパルス毎に、所望の分割線沿いに当該亀裂領域が密集するように連続して配置され、当該亀裂領域が連結して材料に対する所望の亀裂表面／輪郭が形成される。このため、レーザは所定周波数で繰り返し照射される。

【0017】

材料に所望の分割面を生成するためには、基板平面と平行（及び可能であれば垂直）に移動可能な光学配置により、固定された材料に対してパルスレーザビームを当てる、又は、当該所望の分割線を形成ように、移動手段を用いて、固定された光学配置に対して材料そのものを動かすことができる。

【0018】

そして、基板を複数のパーツに分割（分割又は分離）する最後のステップを実行する。

【0019】

生成した亀裂表面／輪郭に沿った材料の分離は、材料の内在応力又は外的な力、例えば機械的（引張）若しくは熱的（非均一過熱／冷却）応力の影響を受ける。本発明によれば、材料が除去されることがないため、通常、一時的には材料中に連続した空隙は生じず、互いに連鎖した状態で、ブリッジにより連結された、細かく破壊された領域（マイクロクラック）のみが存在する。続いて印加される外力により（基板と平行に作用する）横割れが成長して上記ブリッジが分割され、連鎖状態が解消されることにより、分割面に沿って材料が分割される。

【0020】

次いで、本発明に係る方法及び本発明に係る装置の本質的特徴について、特許請求の範囲の記載を参照しながら説明する。

【0021】

請求項１から３は本発明に係る方法の本質的特徴を規定し、請求項１３，１４，１５は本発明に係る方法を実行するための装置の本質的な構成素子を規定する。

【0022】

なお、請求項に規定される、前記光学配置により発生するレーザビーム焦点面は、上記及び以下において、レーザビームの焦点面とも呼ぶ。本発明にあっては、基板平面から見た亀裂形成（基板面に直交する方向において基板面に向けて延びる焦点面での誘導吸収処理）によって基板を複数のパーツに分割又は分離する。したがって、当該亀裂形成は、基板又は基板平面と直交する基板内部にまで影響を及ぼす。上述した如く、一般的には、基板表面の線に沿って相当数のレーザビーム焦点面位置を導く必要があり、これにより基板の各部分がそれぞれ分割されることなる。また、かかる目的を達成するためには、レーザビーム若しくは光学配置に対して基板を基板平面と平行に移動させる、又は固定された基板に対して該光学配置を光学平面と平行に移動させることができる。

【0023】

また、本方法又は装置の少なくとも１つの従属項に記載される特徴を効果的に追加することもできる。また、複数の従属項の特徴を組み合わせることもできる。

【0024】

数学的に、表面（即ち、レーザビーム焦点面）なる文言は、２次元で無限に拡がる構造を意味するものとして理解されている。なお、上記２次元（その近似値）におけるレーザビーム焦点面の拡がりは、半値全幅により定義することができる。本発明において、上記２つの次元の直交方向におけるレーザビーム焦点面の拡がりは、上記２つの次元に比して非常に小さく、好適には、少なくとも１０倍、若しくは５０倍、１００倍、又は５００倍小さくても良い。なお、「表面部位に沿って」なる文言は、「当該部分の全表面に亘って」と同じ意味をなす。また、上記誘導吸収処理とは、結晶構造体に微細構造欠陥を形成する処理をいう。該微細構造欠陥は強度を弱めた表面部位を意味し、当該部分に沿って基板が複数に分割される。したがって、（一般的な意味を脱することなく）基板材料の膨張を介し、レーザビーム焦点面領域における局所的エネルギ吸収によって非結晶化が生じるものと推測することができる。即ち、膨張によって生じた圧力により、誘導吸収処理により膨張した表面部位に局所的な亀裂が発生する。

【0025】

さらに有利な特徴が従属項４により達成することができる。即ち、半導体基板は、特に４−６又は３−５半導体基板（好ましくは、ＧａＡｓ基板）、又は基本半導体基板（好ましくは、Ｓｉ基板）である。絶縁基板は、特に酸化物（好ましくは、Al₂O₃（サファイア）やSiO₂（石英））、フッ化物（好ましくは、CaF₂やMgF₂）、塩化化合物（好ましくは、NaCl）、又は窒化物（好ましくは、Si₃N₄やBN）である。基板は、結晶質又は準結晶質の基本順序を有する少なくとも１つの炭素系材料を含む、又は、これからなる基板が、特にカーボンナノチューブを構成する。

【0026】

また、さらに有利な特徴が請求項５に記載される。即ち、特定の空間方向におけるレーザビーム焦点面の拡がりは、当該レーザビームの最大強度の少なくとも半分の強度のレーザビームの拡がりにより定義することができる。レーザビーム焦点面の拡張（ここで長さｌと呼ぶ）がレーザビーム焦点面の第２方向における膨張量Ｄよりも少なくとも１０倍大きい。ビーム方向におけるレーザビーム焦点面の長さは、該レーザビーム焦点面の第２方向における膨張量Ｄよりも大きく、好ましくは少なくとも２０倍、より好ましくは少なくとも５０倍、さらに好ましくは少なくとも１００倍、特に好ましくは少なくとも５００倍である。レーザビーム焦点面の第１方向の幅は、該レーザビーム焦点面の第２方向における膨張量Ｄよりも大きく、好ましくは少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも５０倍、さらに好ましくは少なくとも１００倍である。

【0027】

また、請求項６に係る方法にあっては、基板内部において誘導吸収処理により膨張した表面部位は基板表面から基板の規定深さまで（あるいは、それを超えて）拡がる。したがって、誘導吸収処理による膨張部分は、一方の表面から他方の表面までの全基板深さを覆うこととなる。また、基板の内部のみで（即ち、基板表面を含むことなく）誘導吸収処理により横方向に膨張した部分を生成することも可能である。

【0028】

さらなる有利な特徴が、請求項７により達成される（後述する図３も参照のこと）。基板は、レーザ焦点面に対し、材料中（即ち、基板内部）の誘導吸収処理により膨張した表面部位が、ビーム方向から見て、対向して配置された基板表面の一方から他方まで（即ち、基板の層厚さｄ全体に亘って）延びるように相対配置される。材料中（即ち、基板内部）の誘導吸収処理により膨張した表面部位は、ビーム方向から見て、対向して配置された基板表面から、基板に向かって、層全体厚さｄの８０％〜９０％を超えて、好ましくは８５％〜９５％を超えて、より好ましくは９０％を超えて膨張する。ここで、誘導吸収処理により膨張した表面部位（即ち、基板平面に対して垂直方向の亀裂長さ等）は、基板内部の特定の深さから基板の背面側表面まで、又は基板の表側表面から基板内部の特定の深さまで延びる。そしていずれの場合も、平面基板の対向する２つの基板表面と垂直な層厚さｄが測定される。

【0029】

請求項７及び残り全ての請求項において、記載される範囲制限は、それぞれ上限及び下限値を示す。

【0030】

本発明にあっては、請求項８により、有利に誘導吸収処理を発生させることができる。これは、上記したレーザパラメータ、具体的には、続く実施例及び従属項９から１２においても規定するように、本発明に係る装置を構成する素子の光学配置及び当該配置に係る幾何学的パラメータを調整することで達成できる。原則、請求項９から１２に記載されるパラメータの組合せはいずれも可能である。なお、τ＜＜Ｆ／αとは、τが１％未満、好適には、Ｆ／αの１％未満（Ｆはレーザビーム焦点面の平面的拡がり）であることを意味する。例えば、パルス幅τを１０ｐｓ（又はそれ以下）、１０から１００ｐｓの間、又は１００ｐｓ以上とする。Ｓｉ基板の分離の場合、好適には、波長１．５から１．８μｍのＥｒ：ＹＡＧレーザが利用される。なお、通常、半導体基板に用いられるレーザの波長は、光子エネルギが該半導体のバンドギャップ未満となるように選択される。

【0031】

レーザビーム焦点面の長さｌは、０．２ｍｍ〜１０ｍｍである。レーザビーム焦点面の幅ｂは０．０２ｍｍ〜２．５ｍｍである。基板の層厚さｄ（対向配置された基板表面の直交方向の測定値）は、２μｍ〜３０００μｍである。レーザビーム焦点面長さｌと基板層厚さｄの比率Ｖ１＝ｌ／ｄは、１０〜０．５である。第２方向におけるレーザビーム焦点面の膨張量Ｄは１μｍ〜５０μｍである。

【0032】

具体的には以下が好ましい。レーザビーム焦点面の長さｌが０．５ｍｍ〜２ｍｍ、及び／又は、レーザビーム焦点面の幅ｂが０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ、及び／又は、レーザビーム焦点面の層厚さｄ（対向配置された基板表面の直交方向の測定値）が１００μｍ〜５００μｍ、及び／又は、レーザビーム焦点面長さｌと基板層厚さｄの比率Ｖ１＝ｌ／ｄが５〜２、及び／又は、第２方向におけるレーザビーム焦点面の膨張量Ｄが５μｍ〜２５μｍである。

【0033】

レーザのパルス幅τは、基板（１）の材料に対する相互作用時間内において、該材料内の熱拡散は無視できるほど小さいか、影響がなくなるように選択される。したがって、好ましくは、レーザビーム焦点面の表面膨張Ｆと基板の材料の熱拡散定数αとが、τ＜＜Ｆ／αに従って調整され、具体的には、τが１０ｎｓ未満、好ましくは１００ｐｓ未満となるように選択されることが望ましい。レーザのパルス繰返周波数は１００ｋＨｚとすることができる。平均レーザ出力は、１５ワット〜３０ワットの間である。特に、可視波長帯において透明な結晶体を基板とするとき、レーザとして、波長λが１０６４ｎｍのNd：YAGレーザ、又は波長λが１０３０ｎｍのY：YAGレーザを用いることができる。あるいは、赤外波長帯で透明となる半導体基板の場合、レーザーとして波長λが１．５μｍ〜２．１μｍのEr：YAGレーザを用いることができる。

【0034】

レーザの波長λは、基板の材料が当該波長において透明又は略透明になるように選択される。なお、略透明とは、基板材料中においてビーム方向に沿って生じるレーザビームの強度低下が、貫通深度１ミリメートル当たり１０％以下であることを意味する。

【0035】

基板を最終的に複数のパーツに分割又は分離するためにさらに必要となり得る方法処理については、従属項１１及び１２に記載される。

【0036】

レーザビームは、基板を複数の部分に分ける第１方向と平行な線に沿い、基板表面に対して移動することができ、この線に沿って、基板の内部において、誘導吸収処理により膨張した表面部位が多量に生成される。好ましくは、誘導吸収処理により膨張した表面部位のうち、直接隣接しているもの（即ち、連続して生成されたもの）同士の平均間隔Ａと、第１方向におけるレーザビーム焦点面の幅ｂとの割合Ｖ２＝Ａ／Ｂが、１．０〜１．３、好ましくは１．０〜１．１となる。

【0037】

上記した如く、（レーザを含む）光学配置に対して基板を移動させるか、基板に対して（レーザを含む）光学配置を移動させる。ここで、間隔Ａは、（ビーム方向ｚから見て、即ち基板に向けて）直接対向する位置にある２つの隣接した誘導吸収処理による表面部位の境界間の距離ではなく、２つの隣接した誘導吸収処理による表面部位におけるある境界とそれに対応する境界（例えば、所望の分割線に沿ったレーザ方向で見て、正面位置の境界）間の距離を意味する。これは、基板内部で発生した各誘導吸収処理が重なるのを避けつつ、可能な限り狭い間隔で、所望の分割線に沿って隣接する誘導吸収処理による表面部位を繋げることを目的とする（さもなければ、重なり合った領域において吸収強度が約２倍になり、結晶性構造の所望の分割線に沿った微細構造欠陥の差が大きくなり過ぎてしまうためである）。また、請求項１４に記載する亀裂形成は（本発明において必須となる誘導亀裂形成に対して）、横割れ、即ち基板の平面に沿った方向（基板が分割されるべき線に対応する方向）における横割れの形成を意味する。

【0038】

レーザビーム焦点面を生成、配置する光学配置の種々の実施例について記載する請求項１３〜１５に係る発明の装置による有利な発展例を以下に示す（後述する実施例及び図４から７も参照のこと）。

【0039】

請求項１３に記載する非球形自由表面を有する光学素子とダイアフラムとの間には、レーザビームをコリメートする光学素子が配置され、非球形自由表面を持つ光学素子から放射されるレーザ放射がダイアフラムに向けて平行に投射されるように当該光学素子を配向する。

【0040】

光学配置は、ダイアフラム又はレーザビームを第２方向でなく第１方向にフォーカスする光学素子のビーム出力側において、レーザビームを少なくとも第１方向にフォーカスする光学素子を備える。

【0041】

第１方向における所望の方向に配向されたダイアフラムは、第１方向に向けられたスリットダイアフラムであっても良い。レーザビームをコリメートする光学要素は、平凸コリメーションレンズとすることができる。非球形自由表面を有する光学素子の出力側に距離ｚ２を空けて設けられ、レーザビームを第２方向ではなく第１方向にフォーカスする光学素子は、第２方向に向けられた円柱レンズでも良い。該光学配置内において、ダイアフラム又はレーザビームを第２方向でなく第１方向にフォーカスする光学素子の出力側に設けられた光学素子は、コリメーションレンズ、好ましくは、レーザビームを第１及び第２方向にフォーカスする平凸コリメーションレンズとすることができる。ダブルエッジの出力側に配置されてレーザビームを少なくとも第１方向にフォーカスする光学素子は、コリメーションレンズ、好ましくは、レーザビームを第１及び第２方向にフォーカスする平凸コリメーションレンズとすることができる。

【0042】

なお、本発明に係る装置は、光学配置及びこれと相対的に配置される基板とを含む。

【0043】

また、ダイアフラムに代えて、絞りを用いる、又はダイアフラムによって絞りを形成しても良い。また、ダイアフラムに代えて（所定のエッジ強度の）回析素子を用いたり、ダイアフラムを（所定のエッジ強度の）回析素子として形成したりしても良い（通常のダイアフラムに加え、回析ビーム形成器を組み合わせてアキシコンによるラインフォーカスを形成しても良い）。

【0044】

請求項１５において、２つのビーム束の偏向とは、全体として視たとき、２つのビーム束がそれぞれ平行に偏向されると共に、相互に向かい合うことを意味する。

【0045】

本発明に係る本質的な用途は請求項１６によって達成される。即ち、半導体基板、具体的には、４−６又は３−５半導体基板（好ましくは、ＧａＡｓ基板）、又は基本半導体基板（好ましくは、Ｓｉ基板）である。絶縁基板は、特に酸化物（好ましくは、Al₂O₃（サファイア）やSiO₂（石英））、フッ化物（好ましくは、CaF₂やMgF₂）、塩化化合物（好ましくは、NaCl）、又は窒化物（好ましくは、Si₃N₄やBN）からなる半導体基板の分離、あるいは、結晶質又は準結晶質の基本順序を有する少なくとも１つの炭素系材料を含む、又は、これからなる基板（具体的には、カーボンナノチューブ）の分離を達成できる。

【0046】

本発明は、先行技術における公知の方法や装置に比して、一連の優位性を有する。

【0047】

先ず、本発明による切断形成にあっては、粒子形成を生じさせず、切断面を溶かさず、切断面における亀裂形成を最小にし、目立つ切断間隙（即ち、基板材料のロス）を生じさせることなく、かつ切断面を直線にすることができる。

【0048】

本発明にあっては、非常に高いレーザ平均出力が必要となるが、比較的高い分割率を達成することができる。したがって、本発明によりレーザパルスごと（又はバーストパルスごと）にレーザビーム焦点面（拡がりを持たない非常に局所的な焦点ではない）が形成される。そのために、後述するレーザレンズ系が用いられる。また、焦点面によりレーザと基板との間のインタラクション領域が規定される。焦点面が、（深さ方向で視て）少なくとも部分的に分割される基板材料に入る場合、本発明に係る材料との相互作用によって全焦点面深さ及び全焦点面の平面に亘る亀裂領域を形成するようにレーザパラメータを選択しても良い。選択可能なレーザパラメータには、例えば、レーザ波長、レーザパルス幅、及びレーザパルスエネルギがある。

【0049】

機械的な亀裂及び破壊処理に関し、本発明に係る方法の有するさらに有利な点は、粒子形成が生じない（又は、少なくとも最小である）ことに加え、機械的な亀裂線に比して高いアスペクト比（レーザビーム焦点面の、第２方向の拡張に対する深さ方向への拡張の比）を得られることにある。機械的亀裂及び破壊処理中、広範囲にわたる制御不能な亀裂成長によって材料に破断線が形成されるが、本発明による分割は、基板の法線に対して非常に正確に調整可能な角度で行うことができる。また、本発明によれば、斜め方向の切断も容易に可能となる。

【0050】

さらに、厚い材料に対しても、加工速度の高速化が可能である。

【0051】

また、表面除去、表面上のばり形成、及び粒子形成が回避される（特に、基板の表面からその内部に向けて基板に対する焦点位置を調整することにより、本発明における膨張誘導吸収処理及び亀裂形成を確実に実行できる）。かかる場合、表面に対して第１の（所望の）ダメージが加えられると共に、基板深さへの誘導吸収処理により亀裂形成領域に沿った規定に応じてダメージが継続される。

【0052】

本発明にあっては、異なる材料、具体的には、サファイアウェハ、半導体ウェハ等も加工することができる。

【0053】

また、一方が透明でない、コーティング済み材料（例えばＴＣＯコーティング）や印刷済み基板であっても、本発明に係る加工、分割を行うことができる。

【0054】

本発明にあっては、実際に切断間隙を生じることなく切断処理をすることが可能である。即ち、材料へのダメージは、通常１〜１０μｍの膨張範囲でのみ生じる。具体的には、材料や表面に関して切断ロスが生じない。切断間隙ロスがある場合は、ウェハの利用可能面積が減少するため、上記効果は半導体ウェハの切断において特に有利に働く。焦点面切断処理に関する本発明の方法により表面歩留りを増加させることができる。

【0055】

本発明に係る方法は、特に製造処理のインライン作業において利用することができる。特に有利なのは、ロール・ツー・ロールの製造処理時である。

【0056】

本発明にあっては、バーストパルスを発生するレーザのような、パルスレーザをそれぞれ利用できる。また、継続ライン作業において当該レーザを使用することも原則可能である。

【0057】

以下の明細書の記載は、例示である：
１． サファイアウェハを全体的に又は部分的に分割することによるサファイアＬＥＤの分割。本発明に係る方法により、単一のステップで金属層が分割される。
２． テープを損傷させることなく半導体ウェハの分離が可能。そのために、焦点面は基板表面から（レーザとは逆側となる、基板の裏面側の）テープ膜部分までとし、焦点面の一部のみを基板材料の内側に配置する。例えば、材料の約１０％は分割しない。上記の通り、焦点面は当該膜の前までとなるように配置されるため、当該膜はそのまま残る。その後、半導体ウェハの残りの１０％に対しては、機械的な外力（例えばＣＯ２レーザによる熱応力）により連続的に分割されても良い。
３． コーティング済み材料、例えば、ブラッグ反射器（ＤＢＲ）や金属膜サファイアウェハの切断。活性金属や金属酸化物が既に塗布された加工済みシリコンウェハであっても、本発明によって切断することができる。

【0058】

以上を前提とし、いくつかの実施例を参照しながら本発明について説明する。

【図面の簡単な説明】

【0059】

【図1】本発明に係る、レーザビーム焦点面領域における誘導吸収処理に起因する、レーザ周波数にて透過の基板材料（シリコン基板）の加工処理が実行されるレーザビーム焦点面生成の原理を示す。

【図2】本発明における、基板に対するレーザビーム焦点面の配置について示す。

【図3】基板に対するレーザビーム焦点面の異なる配置による基板加工について示す。

【図4】本発明において用いられる第１の光学配置を示す。

【図5】本発明において用いられる第２の光学配置を示す。

【図6】本発明において用いられる第３の光学配置を示す。

【図7】本発明に係る、基板表面の機能領域１−１，１−２．．．間におけるチャネル１ｋに沿った基板の分割を示す。

【発明を実施するための形態】

【0060】

図１及び２は、本発明に係る加工の基本手順を示す。レーザ３から射出されたレーザビーム２ａ（図示しない）は、光学配置６（ここでは、レーザビーム２ａのビーム束を基板１に集中させる平凸コリメーションレンズ１１を図１ｃに示す。後述する図４から６に示す実施例も参照のこと。）に照射される。

【0061】

図１ａは、（基板平面上の平面視又は入射方向ｚに直交するｘ−ｙ平面視において）後述する、本発明に係る光学配置の素子８，７，１３による、本発明の光形成を行わなかった場合を示す。かかる場合、照射されたレーザビーム２ａはビーム出力側から見て、ビーム方向（長さ方向ｌ又は入射方向ｚ）に沿って規定の膨張領域において拡がるレーザビームの焦線が生成される。これを符号２ｂで示す。レーザビーム焦線２ｂ（基板のｘ−ｙ平面における直径は、例えばビーム断面の最大強度の半値全幅によって定義することができる）は、ビーム方向ｚに直交する方向から見て、光強度の減少した領域で囲まれている又は該領域がレーザビーム焦線２ｂの中心から外側に放射状に拡がっている。なお、当該光強度の減少した領域を、以下ハロー領域と呼ぶ。該ハロー領域、即ちビーム方向ｚと直交する係方向の拡がりを符号ａで示し、例えばレーザビーム２ａの強度が、レーザビーム焦線２ｂの最大強度（又は該焦線の中心における強度）の１００分の１（又は、例えば１０００分の１）まで落ちた領域として定義できる。しかし、図７を参照しながら詳細に説明するように、ハロー領域の外縁部分においてもなお存在する中心強度により、分離される基板の機能表面領域において、意図せぬダメージや破損を生じることがある。したがって、本発明にあっては、上記したダメージや破損を防ぐことのできるビーム断面又はハロー形状を形成することを目的の１つとする。

【0062】

かかる目的を達成するための光形成は、図１ｂ及び１ｃに示される、本発明に必須な素子８，７，１３により実現できる（図４から６も参照のこと）。本発明にあっては、１次元の焦線２ｂではなく、表面領域に拡がるレーザビーム焦点面２ｆが生成される。該レーザビーム焦点面は、ｚ方向及びｚ方向と直交する第１方向ｙから見て拡がるが、第１方向ｙ及びビーム方向ｚの双方と直交する第２方向ｘから見た場合には拡がらない（ｘ、ｙ、ｚ＝デカルト座標系）。該レーザビーム２ａのレーザビーム焦点面２ｆと加工される平面基板１とは、光学配置６後のビーム路において少なくとも部分的に重なるよう配置される。ここで、符号１ａは光学配置６又はレーザ３に向けられた平面状基板の表面を示し、符号１ｂは基板１の裏面を指し、通常表面と離間し、かつ平行になるように設けられる。また、基板の厚さ（表面１ａ、１ｂと直交する長さ）を、符号ｄで示す（図２参照）。

【0063】

後述する本発明における光形成により、前記した、基板平面ｘ−ｙの断面視において円形のハロー領域（図１ａ）が第２方向ｘに大幅に縮小される（関連して、その直交方向かつビーム方向ｚと直交する方向、即ち第１方向ｙに膨張する）。よって、ハロー領域中心で回転対象な焦線ではなく、平らにつぶれた焦点面が生成される。図１に示す、ｘ方向へのハロー領域の膨張量をａｘ、ｙ方向へのハロー領域の膨張量をａｙと示す。有利なことに、ａｘはａｙに比して１０倍、好ましくは５０倍、より好ましくは１００倍小さい。

【0064】

図２ａに示すように、基板１は、ビームの長軸方向と直交する方向で、かつ、ビーム方向ｚから見て、光学配置６により空間に形成される焦点面２ｆと直交する方向（即ち、紙面と直交する方向）であって、ビーム方向ｚからみて、焦点面２ｆが基板表面１ａの正面から基板表面１ｂの正面まで、かつ該基板の内部となるように配置される。よって、（レーザビーム２を、長さｌ幅ｂで表される領域（即ち表面ｌ・ｂ）に集中させることによりレーザビーム焦点面２ｆにおけるレーザ強度が適したものになっていれば）空間方向ｚ及びｙの双方に膨張したレーザビーム焦点面２ｆは、焦点面２ｆと基板１とが重なり合う領域（即ち、基板材料の、焦点面２ｆによって覆われる部分）において、ビームの長軸方向ｚ及び幅方向に膨張した表面部位２ｃを形成する。当該表面部位２ｃを介して誘導吸収処理が発生し、よって、基板材料に、上記部分２ｃに沿った亀裂形成が誘導される。かかる亀裂形成は局所的にのみ発生するのではなく、誘導吸収処理のされた膨張部分２ｃの全体に発生する。ここでは、当該部分２ｃの長さ（即ち、ｚ方向においてレーザビーム焦点面２ｆと基板１とが重なる長さ）を符号Ｌと示す。また、当該部分２ｃの幅は、上記焦点面２ｆの幅ｂに対応する。誘導吸収処理による当該部分（又は基板１の材料において亀裂形成の対象となる領域）の、面膨張に直交する方向（即ち、ｘ方向）における平均膨張量を符号Ｄで示す。なお、当該平均膨張量Ｄは、ｘ方向におけるレーザビーム焦点面２ｆの平均膨張量と対応する。

【0065】

図２ａに示す如く、レーザビーム２ａの波長λを透過する基板材料は、本発明における誘導吸収処理によって焦点面２ｆの領域で加熱される。図２ｂは、加熱された材料が最終的に膨張し、これにより生じた応力によって微細な亀裂が形成される様子を示す。なお、該応力は表面１ａにおいて最大となる。

【0066】

続いて、焦点面２ｆを形成する具体的な光学配置６について説明する。全ての配置は、上述した内容に基づくものであり、同一又は対応する機能を有する素子又は特徴に対しては同一の符号を付している。したがって、上記と異なる部分について説明する。

【0067】

最終的に分割される分割面は、本発明において、高い品質（耐破壊性、精度、粗さ、再加工の要否）を備えることから、光学配置（レーザレンズ系とも呼ぶ）を参照しながら後述するように、個々の（より正確には、レーザパルス毎に生成される）焦点面が基板表面の分割ライン５（図７参照）に沿って配置される。なお、粗さとは具体的に、焦点面のｘ方向における膨張量Ｄから求めることができる。また、レーザ３の波長λ（基板１の材料との交点）において、例えば約０．５μｍ〜２μｍの小さな膨張量Ｄを達成するには、通常、レーザレンズ系６の開口数として特定の要求値を設定する必要がある。かかる要求値については、後述するレーザレンズ系６で明らかにする。

【0068】

図３は、後述する全ての光学配置６を示し、基板１に対する該光学配置６の適切な配置及び／又は傾きや光学配置６のパラメータを適宜選択することによりレーザビーム焦点面２ｆを種々配置できる。図３の一番上に示す例では、焦点面２ｆの長さｌが、基板厚さｄに比して長くなるよう調整されている（この例にあっては、ｄの２倍）。これにより、ビーム方向ｚから見て、基板が焦点面２ｆの中心に配置されると、基板厚さ３全面にわたって誘導吸収処理による膨張部２ｃが生成される。

【0069】

また、図３ｂの二番目に示す例にあっては、焦点面２ｆの長さｌが基板ｄの延長分とほぼ同じ長さとされる。基板１は表面２ｆとの関係で位置決めされ、具体的には、基板正面の線、即ち基板外側から表面２ｆが開始されるため、誘導吸収対象部位２ｃの膨張部の長さＬ（ここでは、基板表面から特定の基板深さまで延びるが、裏面１ｂまではいかない。）が焦点面２ｆの長さｌよりも短くなる。図３ｂの三番目の例では、ビーム方向ｚから見て、基板１が部分的に焦点面２ｆの開始位置よりも前に配置されており、焦点面の長さｌは、ｌ＞Ｌ（Ｌ＝基板１における誘導吸収対象部位２ｃの膨張量）となる。したがって、この例にあっては、焦点面が基板の内部から始まり、基板の裏面１ｂを超えて基板外側まで延びる。さらに、図３ｂの四番目の例は、焦点面長さｌが基板厚さｄよりも短い場合を示し、基板が焦点面の中心位置にくるように配置される。具体的には、焦点面は基板内部において表面１ａ付近から基板内部の裏面付近までの長さを有する（ｌ＝０．７５ｄ）。

【0070】

本発明によれば、少なくとも基板の表面１ａ，１ｂのいずれかが焦点面によって覆われるように焦点面の配置を決めることができる。これにより、誘導吸収部位２ｃを少なくとも一方の表面から開始させることができる。このようにすることで除去や表面上のバリの発生や粒子形成が避けられ、より理想的な切断を実現できるようになる。

【0071】

図４及び５に示す光学配置は以下の基本的考え方に基づくものである。第１に、焦点面２ｆを形成するため、レンズ系（素子９）は非球形自由表面を有し、該自由表面は規定長さｌの焦点面を実現されるように形成される。そのため、光学配置６の光学素子９として非球面を使用することができる。図４及び５の例にあっては、いわゆる円錐型プリズム（アキシコンとも言う）を用いる。アキシコンは、特別な、円錐の地上レンズであって、光軸に沿った線上に点光源を形成する（又は、ビームを環状ビームに変換する）。かかるアキシコンの製造手法は公知であり、円錐角は、例えば１０度とされる。アキシコン９は、コーン先端が入射方向（ｚ方向）に向けられると共にビーム中心と一致している。該レンズ系の後には、第２方向ｘのレーザ照射２ａによるビーム束の膨張を抑制するレンズ系（素子７又は８）が挿入され、ｘ方向のビーム束が実現される。

【0072】

図４は本発明に係る装置の第１実施例を示す。図４では、レーザビーム焦点面２ｆがｙ−ｚ平面に拡がって形成されている光学配置６を有する（光学配置６又は装置の光軸６ｚ、入射方向をｚ方向）。符号２ａで示すレーザビームによるレーザ３のビーム路（図示しない）には、まず非球形自由表面を有する光学素子が配置される。該非球形自由表面は、入射方向から見てｚ方向に拡がるレーザビーム焦線を形成するために形成されるものである。当該光学素子は、円錐角５°のアキシコン９であって、ビーム方向に直交する方向でレーザビーム２ａと中心が一致するように配置される。即ち、アキシコン９の先端は入射方向に向けられる。ビーム方向において、アキシコン９から距離ｚ１´だけ離間した場所には、コリメート光学素子（この例にあっては、平面がビーム方向ｚを向いた平凸コリメータレンズ１２）が配置され、レーザ入射光がコリメート、即ち平行光となる。この例にあっては、アキシコン９から平凸コリメータレンズ１２までの距離ｚ１´は、アキシコン９により形成されたレーザビーム束が、レンズ１２の外側領域に環状にぶつかるよう約３００ｍｍに設定される。このように、装置の光軸６ｚから半径方向に離間したレンズ１２により、光軸６ｚと平行に延びる環状のビーム束２ｒが生成される。

【0073】

レンズ１２の出力側には、ｚ１＞ｚ１´（ここでは、ｚ１＝１．３×ｚ１´）となる距離ｚ１の位置に１次元ギャップダイアフラム８が設けられる。該ギャップダイアフラム８は、優先方向（スリット方向）が第１方向ｙを向くように設けられる。即ち、該ギャップダイアフラム（以下、代替スリットダイアフラム８とも呼ぶ）は、第２方向ｘから見て、二つのスリット縁の間を光軸６ｚが延びるように配置される。また、スリット幅は、レンズ１２の外側に延びる該環状ビーム束２ｒの内径に合わせて設定される。即ち、光軸６ｚを通りｘ方向に延びる線に沿って見た図４ａに示すように、当該環状ビーム束２ｒの成分が、入射されるレーザの波長を透過しないスリットダイアフラム８のスリット縁の部材によって遮られる。この１次元スリットダイアフラム８により、ビーム束２ｒの特定の光成分が、遮られることなく、スリットダイアフラム８の出力側に届く（図４ｂ参照）。なお、図４ｂは、光軸６ｚを通りｙ方向に延びる線に沿って見た図である。

【0074】

ダイアフラム８の出力側には、距離を置いて、フォーカスレンズとしての平凸コリメータレンズ１１が光軸６ｚと中心が一致するように配置される。該フォーカスレンズは、環状ビーム束２ｒのうちダイアフラム８によって遮られなかった光成分の全てを、平面基板１に向けてｙ方向及びｘ方向にフォーカスする。なお、該基板１はレンズ１１の出力側に、光軸６ｚ（即ちｘ−ｙ平面）と垂直に配置される。（平面側が基板１方向を向く）レンズ１１は、環状ビーム束２ｒのうちダイアフラム８によって遮られなかった光を、レンズ１１から規定の距離で、二次元レーザビーム焦点面２ｆ上に、（アキシコン９による）ｚ方向における所定の膨張率で、かつ（ダイアフラム８による）ｙ方向における所定の膨張率でフォーカスする（図１ｂに示す光形成を参照）。ここで、レンズ１１における有効焦点幅は、（基板１が配置される）レーザビーム焦点面２ｆが例えばレンズ１１から距離２０ｍｍの位置に生成されるよう、２５ｍｍとする。

【0075】

光軸６ｚ上に配置される回転対象な素子９，１２，１１及びダイアフラム８を備えた光学配置６の光学特性（特に、素子９，１２，８，１１の幾何学的形状と、主ビーム軸６ｚに沿ったこれらの素子の相対位置）は、レーザビーム焦点面２ｆのｚ方向における膨張量ｌが基板のｚ方向厚さの２倍となるように設定される。基板が焦点面２ｆに対して中心に配置される場合（図３の１番上の例を参照）、誘導吸収処理による膨張表面部位２ｃの形成の影響は、全基板厚さに及ぶ。なお、ｚ方向における焦点面２ｆの膨張量ｌは、アキシコン９上におけるビーム径により調整できる。また、焦点面２ｆ全体の開口数は、レンズ１２からアキシコン９までの距離ｚ１´とアキシコン９の円錐角により調整できる。これにより、全レーザエネルギーを焦点面２ｆ上に集中させることができる。

【0076】

なお、図４（及び後述する図５，６）に示す平凸レンズ１１，１２に代えて、メニスカスレンズやそれ以外の高度に補正された焦点レンズ（非球面マルチレンズ）を用いても良い。

【0077】

図５は、本発明に係る装置の別の実施例を示す。図５に示す例は、基本的には図４に示したものと変わらない。以下、相違点（光学配置６は、光軸６ｚ周りに回転対称な光学素子９，１１と、円柱レンズ７とを備える）について説明する。

【0078】

ビーム路２ａ上、アキシコン９の出力側には、図４のレンズ１２に代えて平凸の焦点円柱レンズ７が、光軸６ｚに沿って距離ｚ２の位置に設けられる。なお、アキシコンからレンズ７までの距離ｚ２は、図４の距離ｚ１´の場合と同様に設定される。円柱レンズ７の平面側は、ｘｙ平面上であって、アキシコン９から離間する方向に設けられる。優先方向、即ち、円柱レンズ７の円柱軸方向はｘ方向と平行であって、光軸６ｚと中心位置が一致するように円柱レンズ７が設けられる。距離ｚ２とレンズ７の膨張は、アキシコン９により生成されて円柱レンズ７の入力側で環状に変形されるビーム束が、円柱レンズ７の外縁部分を通過するように設定される。したがって、素子９、７の形状及び位置は光軸６ｚを通りｘ方向に延びる線に沿って見た図において、レンズ７に入射される環状ビーム束の光成分が偏向しないように効果的に設定される（図５ａ参照）。一方、光軸６ｚを通りｙ方向に延びる線に沿って見た図において、レンズ７に入射される当該ビーム束の光成分は、円柱レンズ７によってコリメート（即ち、平行に）される（図５ｂ参照）。

【0079】

図４の実施例同様、ビーム路上、円柱レンズ７後方から規定距離ｚ２´には、焦点用平凸コリメータレンズ１１が光軸６ｚと中心が一致するように配置される。したがって、距離ｚ２´は、光軸６ｚを通りｘ方向に延びる線に沿って見た図において、光成分２ｘが偏向することなくレンズ１１を通過する。一方、光軸６ｚを通りｙ方向に延びる線に沿って見た図において、光成分２ｙは、レンズ１１によって完全に遮断、偏向され、該光成分は、レンズ１１の出力側に配置された基板１上にフォーカスされる。

【0080】

また、回転対称のアキシコン９と円柱レンズ７との組み合わせと、後述する平凸コリメータレンズ１１とにより、図１ｂの光形成が達成される。ｙ方向及びｚ方向における光焦点面２ｆの膨張は、以下により調整することができる：
・焦点レンズ１１に対するワーク片１の設置距離
・焦点レンズ１１の焦点距離の変化
・アキシコン９への照射。

【0081】

膨張焦点面２ｆを生成するための本発明に係る装置のさらなる例を図６に示す。

【0082】

レーザ３（図示しない）のビーム路２ａにおいて、まず優先方向（ここではｘ方向）に設けられた非回転対称の光学素子１３が配置される。該素子は、出力側が平面素子であって、入力された光を偏向するものであって、中心が光軸６ｚと一致するように配置される。したがって、平面側が基板１を向く。平面側の反対に設けられた偏向側（レーザ３側）の面は、先の尖った屋根状のダブルウェッジとして構成され、その中心骨格部がｘ方向に沿って延びて光軸６ｚを通る。なお、簡略化のために、素子１３を以下ダブルウェッジとも呼ぶ。

【0083】

図６ａに示すように、光軸６ｚを通りｙ方向に延びる線に沿って見た場合、ビーム束２ａの光成分はダブルウェッジ１３を通過するが、偏向されることはない。その直交方向、即ち光軸６ｚを通りｘ方向に延びる線に沿って見た場合、光軸６ｚの両側に位置する当該ビーム束の一部は、それぞれ互いの方向に向けてダブルウェッジ構造によって偏向されて平行に進む。その全体図を図６ｂに示す。図示するように、ビーム束２ａのうち、光軸６ｚを通るｘ−ｚ平面の上側半分の空間ｙ１に存在する光成分ｓ１がダブルウェッジ１３に照射され、平行光に偏向された後、反対側の空間ｙ２（光軸６ｚを通るｘ−ｚ平面の下側半分の空間）に向かうのに対し、ビーム束２ａのうち、ウェッジ１３の当該平面より下側部分に入射される光成分ｓ２は、該空間ｙ２外へ向けた平行光として偏向され、空間ｙ１に向かう。

【0084】

ビーム方向においてウェッジ１３から所定距離離れた位置（二つの光成分ｓ１とｓ２の交点よりも後方）には、図５の実施例と同様、円柱レンズ７が配置される。ｘ方向で見た場合、該円柱レンズによって光成分ｓ１及びｓ２が偏向することはない。一方、ｙ方向で見た場合、光成分ｓ１及びｓ２は光軸６ｚに向けて偏向されて、コリメートされる（両光成分ｓ１及びｓ２はレンズ７の出力側において軸６ｚと平行に延びる）。

【0085】

（図４、５に示す実施例同様、）ビーム方向において、平凸コリメータレンズ１１は円柱レンズ７の後方、具体的には、ダブルウェッジ１３の出力側で規定距離ｚ３離れた位置に配置される。該レンズは前述した実施例と同様に構成され、軸６ｚ上に中心が配置される。距離ｚ３は、レンズ７により平行に進む２つのビーム束ｓ１とｓ２が、入射方向（ｚ方向）において互いに離れるように逸れた後、ｙ方向において、コリメータレンズ１１の外縁部分に入射するような距離に設定される。したがって、レンズ１１は、二つのビーム束ｓ１とｓ２を、他の実施例において説明した如く、加工対象となる基板１が配置されたｙ−ｚ平面で膨張したレーザビーム焦点面２ｆ上にフォーカスする。また、素子１１，７，１３を備える光学配置６において、図１ｂに示した光形成を実現することができる。

【0086】

図７は、基板平面（ｘ−ｙ平面）視において、機能的構造１−１，１−２，１−３，１−４を備えた半導体基板１の本発明に係る加工処理を示す。象限として配置される機能的構造１−１・・・は、分離処理におけるレーザ照射の対象となってはならない（即ち、図１ａ、１ｂに示すレーザビームのハロー領域Ｈであって、符号ａｘ、ａｙで示す領域は、分離処理時に上記した機能的領域を覆ってはならない）。したがって、レーザ照射は、各機能領域間に延びる溝状構造１ｋであって、機能が一切なく、レーザ照射が可能な構造部分に対してのみ実行される。

【0087】

図７に示すように、当該処理は図１ｂによって生成され、チャネル１ｋの幅に適合されたレーザビーム焦点面２ｆ上で実行される。基板１上におけるレーザビーム２ａの進行方向は、チャネルの長軸方向（ここでは、ｙ方向に延びる、縦に延びるチャネル１ｋ）と完全に平行となるように設定される。同時に、レーザビーム焦点面２ｆが基板平面（ｘ−ｙ平面）と直交方向であって進行方向と平行に形成される。よって、図４に示す例（例えば図４から７の実施例に示していないガルバノメータスキャナから当業者に公知な偏向レンズ系）にあっては、レーザビーム２ａの進行は、ライン５（基板の分割されるべき線に沿った所望の分割線に対応したライン）に沿って実行され、誘導吸収処理による多数の膨張表面部位２ｃ（２ｃ−１，２ｃ−２，・・・）が生成される。誘導吸収処理による各部位２ｃ−１，・・・は、基板材料において分割ライン５に沿ったパルスレーザの単レーザパルスにより生成された欠陥領域を示す。

【0088】

個々の欠陥領域２ｃ−１，・・・はチャネル１ｋの中心に生成され、レーザビーム焦点面２ｆがそれぞれ機能的構造１−１，・・・の縁と平行に生成されるため、光学パラメータを適宜選択することによって、確実に、焦点面２ｆを囲むハロー領域Ｈのｘ方向がｙ方向よりも実質的に小さい寸法を有するように設定することができる。したがって、ハロー領域Ｈのｘ方向への膨張量が、チャネル１ｋのチャネル幅よりも小さくなるように設計される。

【0089】

レーザパルスの繰返率は、レーザの進行速度と整合するように設定され、誘導吸収処理（連続レーザパルス）により隣接する膨張表面部位２ｃの平均距離Ａは、進行方向又はｙ方向において、レーザビーム焦点面２ｆの幅ｂに比してわずかに（例えば、１．１倍だけ）大きくなる。したがって、集中して重ね合わせることなく、チャネル軸１ｋ又は所望分割ライン５に沿って一列に並べられた多数の欠陥構造２ｃの生成が達成され、よってチャネル１ｋに沿った基板１の分割を効果的に実現できる。また、二つの隣接する欠陥構造２ｃ間に残った、空隙として検出可能な基板残留物は、分割ライン５の両側に生成された基板破片を分離するために機械的な力及び／又は熱応力を加えることによって容易に除去できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】