特開 2024-31919 非晶質相改質装置及び単結晶材料の加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031919

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】非晶質相改質装置及び単結晶材料の加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/53 20140101AFI20240229BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20240229BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

B23K26/53

B23K26/082

H01L21/78 B

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023135333

(22)【出願日】2023-08-23

(31)【優先権主張番号】63/400,052

(32)【優先日】2022-08-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515087558

【氏名又は名称】環球晶圓股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．８ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅａｓｔ Ｒｏａｄ ２，Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｃｉｔｙ， Ｔａｉｗａｎ

(71)【出願人】

【識別番号】523320814

【氏名又は名称】米雷迪恩飛秒光源股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ｍＲａｄｉａｎ Ｆｅｍｔｏ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】李 建中

(72)【発明者】

【氏名】王 柏凱

(72)【発明者】

【氏名】王 上棋

(72)【発明者】

【氏名】蔡 佳▲チー▼

(72)【発明者】

【氏名】李 依晴

【テーマコード（参考）】

4E168

5F063

【Ｆターム（参考）】

4E168AE01

4E168CB01

4E168CB04

4E168CB07

4E168DA02

4E168DA37

4E168DA47

4E168EA15

4E168JA13

4E168KA06

5F063AA21

5F063CB07

5F063DD27

5F063DD31

5F063DD32

(57)【要約】      （修正有）

【課題】改質層の厚さを数十ミクロン以下に減少させる効果的なレーザー光適用方法、及び改質層を効果的に生成する単結晶材料加工方法を欠いている。
【解決手段】単結晶材料の加工方法は下記ステップを含む。単結晶材料を改質すべき物体として提供する。改質すべき物体の内部を加工するためにフェムト秒レーザビームを放射するため、非晶質相改質装置を用いる。加工は、改質すべき物体の内部に複数の加工線を形成するためフェムト秒レーザビームを用いることを含み、各加工線はジグザグパターン加工を含み、複数の加工線の間の加工線間隔は２００μｍ～６００μｍの範囲であり、改質すべき物体が加工された後、改質すべき物体中に改質層が形成される。改質すべき物体の改質層を含む部分をスライス又は分離する。
【選択図】図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

非晶質相改質層を形成するために用いられる非晶質相改質装置であって、
レーザービームを放射するために用いられるフェムト秒レーザー源と、
前記フェムト秒レーザー源により放射される前記レーザービームのスペックルサイズを調整するために用いられるスペックル調整器と、
前記スペックル調整器から受け取る前記レーザービームの角度を調整するために用いられ、１００Ｈｚ～１０，０００Ｈｚの運動周波数で小角走査を実行するビーム角スキャナと、
前記ビーム角スキャナを通過した前記レーザービームを受け取り、前記レーザービームを集束するために用いられる集束対物レンズと、
改質すべき物体を搭載するために用いられ、前記改質すべき物体が前記集束対物レンズを通過した前記レーザービームを受け取ることを可能にするモーションモジュールと
を含む、
非晶質相改質装置。

【請求項2】

前記フェムト秒レーザ源により放射される前記レーザービームの波長は８００ｎｍ～１６００ｎｍである、
請求項１に記載の非晶質相改質装置。

【請求項3】

前記フェムト秒レーザ源により放射される前記レーザービームの波長は１０２０ｎｍ～１０８０ｎｍである、
請求項２に記載の非晶質相改質装置。

【請求項4】

前記ビーム角スキャナは単一回転軸を有する、
請求項１に記載の非晶質相改質装置。

【請求項5】

前記小角は０．０１ラジアン～０．０５ラジアンである、
請求項１に記載の非晶質相改質装置。

【請求項6】

前記ビーム角スキャナは、レゾナントスキャナ、圧電材料駆動レンズ、又は音響光学変調器である、
請求項１に記載の非晶質相改質装置。

【請求項7】

前記フェムト秒レーザ源により放射される前記レーザービームのパルス繰り返し率は１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲であり、パルス幅は３００フェムト秒～２０００フェムト秒の範囲であり、パルスエネルギーは１マイクロジュール～３０マイクロジュールの範囲である、
請求項１に記載の非晶質相改質装置。

【請求項8】

前記フェムト秒レーザ源により放射される前記レーザービームのパルス繰り返し率は５００ｋＨｚ～１０００ｋＨｚの範囲であり、パルス幅は１０００フェムト秒～２０００フェムト秒の範囲である、
請求項７に記載の非晶質相改質装置。

【請求項9】

前記スペックル調整器を通過した後の前記レーザービームのスペックル品質（Ｍ^２）は１．０～１．４の範囲である、
請求項１に記載の非晶質相改質装置。

【請求項10】

前記ビーム角スキャナは１００Ｈｚ～８００Ｈｚの運動周波数で前記小角走査を実行する、
請求項１に記載の非晶質相改質装置。

【請求項11】

単結晶材料を改質すべき物体として提供することと、
前記改質すべき物体の内部の加工のため非晶質相改質装置により放射されるフェムト秒レーザビームを用いることと
を含み、
前記加工は、
前記改質すべき物体の内部に複数の加工線を形成するためフェムト秒レーザビームを用いることであって、各前記複数の加工線はジグザグパターン加工を含み、前記複数の加工線の間の加工線間隔は２００μｍ～６００μｍの範囲であり、前記改質すべき物体が加工された後、前記改質すべき物体の前記内部に改質層が形成されることと、
前記改質すべき物体の前記改質層を含む部分をスライス又は分離することと
を含む、
単結晶材料の加工方法。

【請求項12】

前記加工は、前記改質すべき物体の縁部に沿って加工するために前記フェムト秒レーザービームを用いることを更に含む、
請求項１１に記載の単結晶材料の加工方法。

【請求項13】

前記改質すべき物体の前記内部を加工するために前記フェムト秒レーザービームを用いることは、前記単結晶材料の結晶軸方向に対して垂直フラットカットモードで加工することにより実行される、
請求項１１に記載の単結晶材料の加工方法。

【請求項14】

各前記複数の加工線の加工回数は２回～１０回の範囲である、
請求項１１に記載の単結晶材料の加工方法。

【請求項15】

各前記複数の加工線の加工回数は２回～６回の範囲である、
請求項１４に記載の単結晶材料の加工方法。

【請求項16】

前記改質すべき物体の前記内部の前記加工は０．０２ミクロン～０．０８ミクロンの検流計振幅で実行される、
請求項１１に記載の単結晶材料の加工方法。

【請求項17】

前記改質すべき物体の前記内部を加工するため、各前記複数の加工線は毎秒５ｍｍ～毎秒２０ｍｍの加工速度で前記フェムト秒レーザービームを用いて加工される、
請求項１１に記載の単結晶材料の加工方法。

【請求項18】

前記改質すべき物体の前記内部を加工するため、各前記複数の加工線は３Ｗ～８．５Ｗの加工電力で前記フェムト秒レーザービームを用いて加工される、
請求項１１に記載の単結晶材料の加工方法。

【請求項19】

前記改質すべき物体の前記内部に前記複数の加工線を形成するため前記フェムト秒レーザービームを用いることは、非繋ぎ合せ方式により前記改質すべき物体の前記内部全体を加工することにより実行される、
請求項１１に記載の単結晶材料の加工方法。

【請求項20】

前記改質すべき物体の前記内部に前記複数の加工線を形成するため前記フェムト秒レーザービームを用いることは繋ぎ合せ方式により実行され、前記改質すべき物体の前記内部の第１部分を加工した後に前記改質すべき物体の前記内部の第２部分を加工することにより実行される、
請求項１１に記載の単結晶材料の加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は非晶質相改質装置に関するものであり、特に、非晶質相改質装置及びそれを用いた単結晶材料の加工方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

単結晶材料において、炭化ケイ素は、産業上の応用価値が高く、機械的に切断するのが比較的難しい注目すべき例である。炭化ケイ素単結晶ウェハはトランジスタを製造するために使用することができ、高温及び高電圧下で適切に使用可能であるため、電気自動車や電力変換といった分野において使用することができる。先行技術に関する限り、ウェハを取得するために炭化ケイ素インゴットを切断するには、ダイヤモンドワイヤが一般的に用いられる。しかし、この方法による切断線のカーフ損失は比較的大きく、１５０ミクロンから３００ミクロンの切断線のカーフ損失が一般的に見られる。

【0003】

加えて、従来の方法は、単結晶シリコン又はサファイアの内部を改質するためにパルスレーザーを使用することを試みており、レーザー光の波長は部分的に材料を貫通することができる。レーザー光による改質の後、改質された層は既に元の単結晶構造ではないことから、その結合強度は単結晶材料に比べて大きく低下する。このため、外力を加えた後に単結晶材料の一部をスライス又は分離することができる。しかし、従来のレーザー光は改質層に過度な厚さを持たせやすく、よって改質のためにレーザー光を用いる場合の切断線のカーフ損失を減少させる利点が失われる。

【0004】

現在、改質層の厚さを数十ミクロン以下に減少させる効果的なレーザー光適用方法、及び改質層を効果的に生成する単結晶材料加工方法を欠いている。このため、上記課題を解決する単結晶材料の加工方法を緊急に必要としている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

切断線のカーフ損失を低減させるために改質層の厚さを数十ミクロン以下に減少させる効果的なレーザー光適用方法、及び改質層を効果的に生成する単結晶材料加工方法を欠いている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、改質層を効果的に生成することができ、改質層の厚さを減少させる、非晶質相改質装置及び単結晶材料の加工方法を提供する。

【0007】

本発明のいくつかの実施形態において、非晶質相改質装置は非晶質相改質層を形成するために用いることができる。非晶質相改質装置は、フェムト秒レーザ源と、スペックル調整器と、ビーム角スキャナと、集束対物レンズと、モーションモジュールとを含む。フェムト秒レーザ源は、レーザービームを放射するために用いられる。スペックル調整器は、フェムト秒レーザ源により放射されるレーザービームのスペックルサイズを調整するために用いられる。ビーム角スキャナは、スペックル調整器から受け取るレーザービームの角度を調整するために用いられ、ビーム角スキャナは１０Ｈｚ～１０，０００Ｈｚの運動周波数で小角走査を実行する。集束対物レンズは、ビーム角スキャナを通過したレーザービームを受け取り、レーザービームを集束するために用いられる。モーションモジュールは、改質すべき物体を搭載するために用いられ、改質すべき物体が集束対物レンズを通過したレーザービームを受け取ることを可能とする。

【0008】

本発明の１つの実施形態において、フェムト秒レーザ源により放射されるレーザービームの波長は８００ｎｍ～１６００ｎｍである。

【0009】

本発明の１つの実施形態において、フェムト秒レーザ源により放射されるレーザービームの波長は１０２０ｎｍ～１０８０ｎｍである。

【0010】

本発明の１つの実施形態において、ビーム角スキャナは単一回転軸を有する。

【0011】

本発明の１つの実施形態において、小角は０．０１ラジアン～０．０５ラジアンである。

【0012】

本発明の１つの実施形態において、ビーム角スキャナは、レゾナントスキャナ、圧電材料駆動レンズ、又は音響光学変調器である。

【0013】

本発明の１つの実施形態において、フェムト秒レーザ源により放射されるレーザービームのパルス繰り返し率は１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲であり、パルス幅は３００フェムト秒～２０００フェムト秒の範囲であり、パルスエネルギーは１マイクロジュール～３０マイクロジュールの範囲である。

【0014】

本発明の１つの実施形態において、フェムト秒レーザ源により放射されるレーザービームのパルス繰り返し率は５００ｋＨｚ～１０００ｋＨｚの範囲であり、パルス幅は１０００フェムト秒～２０００フェムト秒の範囲である。

【0015】

本発明の１つの実施形態において、スペックル調整器を通過した後のレーザービームのスペックル品質（Ｍ^２）は１．０～１．４の範囲である。

【0016】

本発明の１つの実施形態において、ビーム角スキャナは１００Ｈｚ～８００Ｈｚの運動周波数で小角走査を実行する。

【0017】

本発明の実施形態による単結晶材料の加工方法は下記ステップを含む。単結晶材料を改質すべき物体として提供する。改質すべき物体の内部を加工するためにフェムト秒レーザビームを放射するため、非晶質相改質装置を用いる。加工は、改質すべき物体の内部に複数の加工線を形成するためフェムト秒レーザビームを用いることを含み、各加工線はジグザグパターン加工を含み、複数の加工線の間の加工線間隔は２００μｍ～６００μｍの範囲であり、改質すべき物体が加工された後、改質すべき物体中に改質層が形成される。改質すべき物体の改質層を含む部分をスライス又は分離する。

【0018】

本発明の１つの実施形態において、加工は、改質すべき物体の縁部に沿って加工するためにフェムト秒レーザービームを用いることを含む。

【0019】

本発明の１つの実施形態において、改質すべき物体の内部を加工するためにフェムト秒レーザービームを用いることは、単結晶材料の結晶軸方向に対して垂直フラットカットモードで加工することにより実行される。

【0020】

本発明の１つの実施形態において、各複数の加工線の加工回数は２回～１０回の範囲である。

【0021】

本発明の１つの実施形態において、各複数の加工線の加工回数は２回～６回の範囲である。

【0022】

本発明の１つの実施形態において、改質すべき物体の内部の加工は、０．０２ミクロン～０．０８ミクロンの検流計振幅で実行される。

【0023】

本発明の１つの実施形態において、改質すべき物体の内部を加工するため、各複数の加工線は毎秒５ｍｍ～毎秒２０ｍｍの加工速度でフェムト秒レーザービームを用いて加工される。

【0024】

本発明の１つの実施形態において、改質すべき物体の内部を加工するため、各複数の加工線は３Ｗ～８．５Ｗの加工電力でフェムト秒レーザービームを用いて加工される。

【0025】

本発明の１つの実施形態において、改質すべき物体の内部に複数の加工線を形成するためフェムト秒レーザービームを用いることは、非繋ぎ合せ方式により改質すべき物体の内部全体を加工することにより実行される。

【0026】

本発明の１つの実施形態において、改質すべき物体の内部に複数の加工線を形成するためフェムト秒レーザービームを用いることは、繋ぎ合せ方式により実行され、改質すべき物体の内部の第１部分を加工した後に改質すべき物体の内部の第２部分を加工することにより実行される。

【発明の効果】

【0027】

上記に基づき、本発明の実施形態の非晶質相改質装置及び単結晶材料の加工方法は、改質層の厚さを減少させつつ改質層を効果的に生成することができる。従って、改質層の厚さを機械切断による切断線のカーフ損失よりも小さくすることができ、改質層は外力を加えた後に容易に分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の１つの実施形態による非晶質相改質装置の概略図である。

【図2】本発明の１つの実施形態による動作の間の非晶質相改質装置の概略図である。

【図3】本発明の１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。

【図4A】本発明の１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。

【図4B】本発明の１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。

【図5】本発明の１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。

【図6】本発明の１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。

【図7A】本発明の１つの実施形態による改質層を形成した後の光学顕微鏡画像である。

【図7B】本発明の比較例における加工方法による改質層を形成していない光学顕微鏡画像である。

【図8A】本発明のもう１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。

【図8B】本発明のもう１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、本発明の１つの実施形態による非晶質相改質装置の概略図である。本発明の実施形態の非晶質相改質装置は、単結晶材料に非晶質相改質層を形成するために用いることができる。図１を参照し、非晶質相改質装置は、フェムト秒レーザー源１０と、スペックル調整器２０と、ビーム角スキャナ３０と、集束対物レンズ４０と、モーションモジュール５０とを含む。図１に示すように、フェムト秒レーザー源１０はレーザービームＬ１を放射するために用いることができる。本発明の実施形態において、フェムト秒レーザー源１０により放射されるレーザービームＬ１の波長は、改質すべき物体Ｓ１（改質すべき単結晶材料）を貫通可能な波長である。例えば、改質すべき物体Ｓ１が炭化ケイ素である場合、レーザービームＬ１の波長は８００ｎｍ～１６００ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態において、レーザービームＬ１の波長は１０２０ｎｍ～１０８０ｎｍの範囲である。加えて、本発明のいくつかの実施形態において、フェムト秒レーザー源１０は、ドープされたイッテルビウムといった適切なレーザー利得材料を有する透明ガラス又はクリスタルを用いて構成される。

【0030】

１つの例示的な実施形態において、フェムト秒レーザ源１０により放射されるレーザービームＬ１のパルス繰り返し率は１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲であり、パルス幅は３００フェムト秒～２０００フェムト秒であり、パルスエネルギーは１マイクロジュール～３０マイクロジュールである。特定の実施形態において、フェムト秒レーザ源１０により放射されるレーザービームＬ１のパルス繰り返し率は５００ｋＨｚ～１０００ｋＨｚの範囲であり、パルス幅は１０００フェムト秒～２０００フェムト秒である。加えて、本発明の実施形態のフェムト秒レーザー源１０は、外部電圧信号又は命令を受け取ることによりその出力電力を調整するための手段を含むべきである。。

【0031】

図１に示すように、スペックル調整器２０はフェムト秒レーザー源１０により放射されるレーザービームＬ１のスペックルサイズを調整するために用いられる。いくつかの実施形態において、スペックル調整器２０は、合焦後の極小焦点の機能を達成するためフェムト秒レーザー源１０のスペックルサイズを拡大するために用いられる。焦点での高エネルギー密度のため、焦点から短距離を移動した場合にエネルギー密度は急激に落ちる。このため、上記条件で改質が実行された場合、垂直方向における改質領域の分布が小さいという効果がある。本発明のいくつかの実施形態において、スペックル調整器２０を通過した後のレーザービームＬ１のスペックル品質（Ｍ^２）は１．０～１．４の範囲である。

【0032】

図１を参照し、ビーム角スキャナ３０は、スペックル調整器２０から受け取ったレーザービームＬ２の角度を調整するために用いられる。いくつかの実施形態において、ビーム角スキャナ３０は１０Ｈｚ～１０，０００Ｈｚの運動周波数で小角走査を実行する。即ち、小角は１秒に１００～１０００回、往復して走査されることができる。いくつかの実施形態において、ビーム角スキャナ３０は１００Ｈｚ～８００Ｈｚの運動周波数で小角走査を実行する。即ち、小角は１秒に１００～８００回、往復して走査されることができる。加えて、小角は０．０１ラジアン～０．０５ラジアンであり、＋／－０．００５ラジアン～＋／－０．０２５ラジアンで走査することに等しい。。

【0033】

本発明の実施形態において、ビーム角スキャナ３０は異なる方式で実装可能である。例えば、レゾナントスキャナ、圧電材料駆動レンズ、又は音響光学変調器をビーム角スキャナ３０はとして使用可能である。加えて、本発明の実施形態において、ビーム角スキャナ３０と従来のガルバノスキャナとの間の差異は、ビーム角スキャナ３０は単一軸回転のみを含む点にある。ただし、本発明はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態において、ビーム角スキャナ３０は２つ以上の回転軸を有してよい。

【0034】

図１を更に参照し、集束対物レンズ４０は、ビーム角スキャナ３０を通過したレーザービームＬ３を受け取るために用いられ、レーザービームＬ３を集束するために用いられる。加えて、モーションモジュール５０は改質すべき物体Ｓ１を搭載するために用いられ、改質すべき物体Ｓ１が集束対物レンズ４０を通過したレーザービームＬ４を受け取ることを可能とする。図２に示すように、本発明の１つの実施形態において、非晶質相改質装置が動作中のとき、ビーム角スキャナ３０の回転軸は＋Ｙ方向にあり、これは入射紙方向である。従って、ビーム角スキャナ３０が回転するとき、レーザービームＬ３はＸ軸方向において偏移する。レーザービームＬ３’のＸ方向の偏移は直接、合焦されたレーザービームＬ４’の偏移方向もＸ軸方向とする。このため、モーションモジュール５０の移動方向はビーム偏移方法Ｘ軸に垂直でなければならず、これはＹ軸方向に移動することを意味する。換言すれば、本発明の実施形態において、走査方向がモーションモジュール５０の移動方向に垂直であることは好ましい設定である。このような条件において、走査領域は固定された走査角で最大となり、レーザーの非晶質改質効果が最も効果的となることが可能である。

【0035】

図３～図６は、本発明の１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。図３を参照し、本発明のいくつかの実施形態による単結晶材料の加工方法において、単結晶材料を改質すべき物体Ｓ１として提供する。単結晶材料は、例えば炭化ケイ素製の単結晶材料である。いくつかの実施形態において、改質すべき物体Ｓ１は第１面１０２Ａと、第１面１０２Ａとは逆の第２面１０２Ｂとを有する。図３に示すように、改質すべき物体Ｓ１の内部は、図１に示した非晶質相改質装置から放射されるフェムト秒レーザービームＬ４を用いることにより第１面１０２Ａから加工される。

【0036】

図４Ａと図４Ｂに示すように、フェムト秒レーザービームＬ４は、改質すべき物体Ｓ１の内部に複数の加工線１０４Ａを形成するために用いられる。本発明の１つの実施形態において、加工線１０４Ａ間の加工線間隔は２００μｍ～６００μｍの範囲である。いくつかの実施形態において、加工は、改質すべき物体Ｓ１の縁部に加工線１０４Ｂを形成するため、縁部に沿って加工するためにフェムト秒レーザービームＬ４を用いることを更に含む。改質すべき物体Ｓ１を加工するための改質装置の使用の間に、改質すべき物体Ｓ１の面１０２Ａと１０２Ｂは改質されないことは留意するに値する。代わりに、改質されるのは改質すべき物体Ｓ１の内部である。例えば、図６に示すように、改質すべき物体Ｓ１の内部に位置する層１０６のみが改質され、面１０２Ａと１０２Ｂは改質されずに維持される。

【0037】

図４Ａに示すように、いくつかの実施形態において、複数の加工線１０４Ａを形成するために改質すべき物体Ｓ１の内部を加工するためフェムト秒レーザービームＬ４を使用することは、単結晶材料の結晶軸方向に対して垂直フラットカットモードで加工することにより実行される。例えば、本実施形態において、複数の加工線１０４ＡはＸ軸方向に沿って延伸し、Ｙ軸方向に平行に配置される。図４Ｂに示すように、いくつかの実施形態において、複数の加工線１０４Ａを形成するために改質すべき物体Ｓ１の内部を加工するためフェムト秒レーザービームＬ４を使用することは、単結晶材料の結晶軸方向に対して平行フラットカットモードで加工することにより実行される。例えば、本実施形態において、複数の加工線１０４ＡはＹ軸方向に沿って延伸し、Ｘ軸方向に平行に配置される。他の実施形態において、加工方法は、フラットカット、ノッチといった任意の他のマークに対応する方向、又は結晶軸方向に対応する他のマークの方向に加工することができ、本発明はこれに限定されない。

【0038】

１つの例示的な実施形態において、各複数の加工線１０４Ａ／１０４Ｂの加工回数は２回～１０回の範囲である。いくつかの実施形態において、各複数の加工線１０４Ａ／１０４Ｂの加工回数は２回～６回の範囲である。複数の加工線１０４Ａ／１０４Ｂの加工回数が上述した範囲よりも少ない場合、加工回数が少なすぎて、改質すべき物体Ｓ１中に改質層を効果的に形成することができない。複数の加工線１０４Ａ／１０４Ｂの加工回数が上述した範囲よりも多い場合、加工時間が長すぎて経済的でなく、形成される改質層の厚さが過度に厚くなる可能性がある。

【0039】

図５に示すように、いくつかの実施形態において、各加工線１０４Ａ／１０４Ｂの加工は、ジグザグパターン加工を含む。例えば、図５を参照し、Ｐ１は加工経路の開始点であり、Ｐ２は第１経路の折り返し点であり、Ｐ３は第２経路の折り返し点であり、上記ジグザグパターン加工は経路終点Ｐ４に達するまで繰り返される。上述した実施形態において、Ｘ軸方向における開始点Ｐ１と折り返し点Ｐ２との間の距離はΔＸであり、これはビーム角スキャナ３０の走査角により決定される。換言すれば、距離ΔＸはｆ＊Δθに等しく、ｆは集束対物レンズ４０の焦点距離であり、Δθはビーム角スキャナ３０の走査角である。加えて、距離ΔＹはモーションモジュール５０の移動速度及びビーム角スキャナ３０の揺動周波数により決定される。換言すれば、距離ΔＹは下記式に等しい。

【数1】

ｖはモーションモジュール５０の直線移動速度であり、ｆｓｃａｎはビーム角スキャナ３０の揺動周波数である。いくつかの特定の実施形態において、距離ΔＸは５０ミクロン～１００ミクロンであり、理想的な改質層を得る効果を達成するには、距離ΔＸの距離ΔＹに対する比率（ΔＸ：ΔＹ）は１：０．５～１：１である。

【0040】

加えて、本発明の実施形態において、各加工線１０４Ａ／１０４Ｂの加工は、０．０２ミクロン～０．０８ミクロンの検流計振幅で改質すべき物体Ｓ１の内部を加工することにより実行される。改質すべき物体Ｓ１の内部を加工するため、各加工線１０４Ａ／１０４Ｂは毎秒５ｍｍ～毎秒２０ｍｍの加工速度でフェムト秒レーザービームを用いて加工される。加えて、改質すべき物体Ｓ１の内部を加工するため、各加工線１０４Ａ／１０４Ｂは３Ｗ～８．５Ｗの加工電力でフェムト秒レーザービームを用いて加工される。更に、改質すべき物体Ｓ１の内部を加工するため、各加工線１０４Ａ／１０４Ｂの加工の初回は３Ｗ～６Ｗの比較的低い加工電力でフェムト秒レーザービームを用いて実行される。本発明の実施形態における単結晶材料の加工方法が上記条件を満たすと、理想的な改質層を効果的に形成することができる。

【0041】

図６に示すように、本発明の実施形態において、レーザービームＬ４を用いることによる改質すべき物体Ｓ１の加工の後、改質層１０６が改質すべき物体Ｓ１の内側（例えば内部）に形成される。例えば、加工線１０４Ａ間に連続した亀裂ＣＸ１が存在するか否かを判断するため、改質層１０６が適切に形成されたか否かを判断するため、光学顕微鏡を用いる。いくつかの実施形態において、形成された改質層１０６の厚さは４０ミクロン～８０ミクロンの範囲内に制御される。図７Ａは、本発明の１つの実施形態による改質層を形成した後の光学顕微鏡画像である。図７Ｂは、本発明の比較例における加工方法による改質層を形成していない光学顕微鏡画像である。図７Ａに示すように、加工線１０４Ａ間の連続した亀裂ＣＸ１が光学顕微鏡で明確に見られる場合、改質層１０６が正常に形成されたと判断することができる。逆に、図７Ｂに示すように、明らかな連続した亀裂ＣＸ１が光学顕微鏡で見られない場合、改質すべき物体Ｓ１は正常に改質されていないことを意味する。本発明の実施形態の加工方法を用いて改質層１０６が正常に形成された後、改質すべき物体Ｓ１中の改質層１０６を有する部分をスライス又は分離することができる。例えば、改質すべき物体Ｓ１が炭化ケイ素インゴットである場合、炭化ケイ素ウェハを分離して取得するため、改質層１０６に沿って外力を容易に加えることができる。

【0042】

図８Ａと図８Ｂは、本発明のもう１つの実施形態による単結晶材料の加工方法の概略図である。前述した実施形態において、改質すべき物体Ｓ１の加工は第１面１０２Ａから内部全体を加工することにより実行される。換言すれば、非繋ぎ合せ方式により改質すべき物体Ｓ１の内部に複数の加工線１０４Ａ／１０４Ｂを形成するため、フェムト秒レーザービームが用いられる。ただし、本発明はこれに限定されない。図８Ａと図８Ｂを参照し、本発明の実施形態において、繋ぎ合せ方式により改質すべき物体Ｓ１の内部に複数の加工線１０４Ａ／１０４Ｂを形成するため、フェムト秒レーザービームが用いられ、改質すべき物体Ｓ１の内部の第１部分を加工した後に、改質すべき物体Ｓ１の内部の第２部分（又は他の部分）を加工する。

【0043】

例えば、本発明の実施形態における改質すべき物体Ｓ１は、そこに含まれる複数の部分Ｘ１を有してよく、加工は改質すべき物体Ｓ１の部分Ｘ１のうちの１つにおける複数の加工線１０４Ａの形成を完了し、次いで改質すべき物体Ｓ１のもう１つの部分Ｘ１における複数の加工線１０４Ａを形成するため加工を継続することにより実行される。従って、改質すべき物体Ｓ１の複数の部分Ｘ１の加工が完了した後に、改質すべき物体Ｓ１の内部の加工は繋ぎ合わせにより達成可能であり、改質層１０６が形成される。加えて、図８Ａと図８Ｂに示すように、複数の加工線１０４Ａを形成するための加工方法は、単結晶材料の結晶軸方向に対して垂直フラットカットモードで加工する（図８Ａ）又は単結晶材料の結晶軸方向に対して平行フラットカットモードで加工する（図８Ｂ）ことにより実行される。他の実施形態において、加工方法は、フラットカット、ノッチといった任意の他のマークに対応する方向、又は結晶軸方向に対応する他のマークの方向に加工することができ、本発明はこれに限定されない。
実施例

【0044】

本発明の単結晶材料の加工方法が改質層を効果的に形成可能であり、同時に改質層の厚さを減少させ、改質層の厚さが機械切断によるカーフ損失よりも小さくすることができることを証明するため、更なる説明のために下記実施例を提供する。
第１実施例：

【0045】

第１実施例において、加工のために図３～図６に示した非繋ぎ合わせ方式及び垂直フラットカットモードを実行し、実施例１～実施例７（ＥＸ１～ＥＸ７）及び比較例１～比較例７（ＣＸ１～ＣＸ７）の検流計振幅、加工線間隔、線加工速度、加工回数、加工電力。及び総加工時間の加工条件は表１に記したとおりである。加えて、改質層が正常に形成されたか否かの評価を光学顕微鏡で亀裂が見られたか否かにより判定し、評価結果を表１に列記した。

【0046】

【表1】

【0047】

表１の実施例１（ＥＸ１）～実施例７（ＥＸ７）に示すように、検流計振幅、加工線間隔、線加工速度、加工回数、及び加工電力が加工の間に本発明の範囲内にある場合、複数の加工線間に亀裂が正常に形成され、よって改質層が正常に形成されている（評価ＯＫ）。これに比べ、比較例１（ＣＸ１）～比較例３（ＣＸ３）を参照し、加工速度が速すぎ（毎秒７ｍｍを超える）、高電力が用いられた（３．９Ｗを超える）場合、複数の加工線間に連続した亀裂が形成されず、よって改質層を正常に形成できていない（評価ＮＧ）。比較例２（ＣＸ２）を参照し、加工電力が高すぎ（４．１Ｗ）、加工速度が比較的遅い（毎秒５ｍｍ）場合、複数の加工線間に連続した亀裂が形成されず、よって改質層を正常に形成できていない。比較的４（ＣＸ４）を参照し、検流計振幅が小さすぎる場合、複数の加工線間に連続した亀裂が形成されず、よって改質層を正常に形成できていない。比較例５（ＣＸ５）を参照し、検流計振幅が大きすぎる場合、加工密度が低すぎ、亀裂が延伸することが難しくなり、よって改質層を正常に形成できていない。比較例６（ＣＸ６）を参照し、加工線間隔が広すぎる場合、亀裂が形成されたとしても、加工線間の間隔が広すぎるため亀裂が延伸することが難しくなり、よって改質層を正常に形成できていない。比較例７（ＣＸ７）を参照し、加工回数が少なすぎる（１回）場合、複数の加工線間に連続した亀裂は形成されず、よって改質層を正常に形成できていない。
第２実施例：

【0048】

第２実施例において、加工のために図８Ａに示した繋ぎ合わせ方式及び垂直フラットカットモードを実行し、実施例８～実施例１１（ＥＸ８～ＥＸ１１）及び比較例８～比較例１２（ＣＸ８～ＣＸ１２）の検流計振幅、加工線間隔、線加工速度、加工回数、加工電力。及び総加工時間の加工条件は表２に記したとおりである。加えて、改質層が正常に形成されたか否かの評価を光学顕微鏡で亀裂が見られたか否かにより判定し、評価結果を表２に列記した。

【0049】

【表2】

【0050】

表２の実施例８（ＥＸ８）～実施例１１（ＥＸ１１）に示すように、検流計振幅、加工線間隔、線加工速度、加工回数、及び加工電力が加工の間に本発明の範囲内にある場合、加工のために繋ぎ合わせ方式が用いられたとしても、複数の加工線間に亀裂が正常に形成され、よって改質層が正常に形成されている。これと比較し、比較例８（ＣＸ８）を参照し、検流計振幅が小さすぎる場合、複数の加工線間に連続した亀裂は形成されず、よって改質層を正常に形成できていない。比較例９（ＣＸ９）を参照し、検流計振幅が大きすぎる場合、加工密度が低すぎ、亀裂が延伸することが難しくなり、よって改質層を正常に形成できていない。比較例１０（ＣＸ１０）を参照し、加工線間隔が広すぎる場合、亀裂が形成されたとしても、加工線間の間隔が広すぎるため亀裂が延伸することが難しくなり、よって改質層を正常に形成できていない。比較例１１（ＣＸ１１）を参照し、加工回数が少なすぎる（１回）場合、複数の加工線間に連続した亀裂は形成されず、よって改質層を正常に形成できていない。比較例１２（ＣＸ１２）を参照し、加工電力が高すぎ（８．３Ｗ）て、垂直な損傷が形成され、水平でない亀裂をもたらして連続した亀裂が延伸することを難しくし、よって改質層を正常に形成できていない。比較例１３（ＣＸ１３）を参照し、初回の電力が低すぎる（３Ｗ）場合、複数の加工線間に連続した亀裂は形成されず、よって改質層を正常に形成できていない。

【0051】

上記によると、本発明の実施形態における非晶質相改質装置及び単結晶材料の加工方法は、フェムト秒レーザービームを用いて改質層を正常に形成することができ、改質層の厚さが減少する（４０～８０ミクロンの範囲に制御される）。このように、改質層の厚さを機械切断による切断線の損失よりも小さくすることができ、外力を加えた後に改質層を容易に分離することができる。

【産業上の利用可能性】

【0052】

非晶質相改質装置及び単結晶材料の加工方法は、炭化ケイ素といった単結晶材料に改質層を効果的に生成するために用いることができ、そのような改質層は容易にスライス又は分離することができる。

【符号の説明】

【0053】

１０：フェムト秒レーザー源
２０：スペックル調整器
３０：ビーム角スキャナ
４０：集束対物レンズ
５０：モーションモジュール
１０２Ａ：第１面
１０４Ａ、１０４Ｂ：加工線
１０６：改質層
ＣＸ１：亀裂
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ３’、Ｌ４、Ｌ４’：レーザービーム
Ｐ１：開始点
Ｐ２、Ｐ３：折り返し点
Ｐ４：経路終点
Ｓ１：改質すべき物体
Ｘ１：改質すべき物体の部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【外国語明細書】