特許 7283886 スライス方法およびスライス装置

(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】

(24)【登録日】2023-05-22

(45)【発行日】2023-05-30

(54)【発明の名称】スライス方法およびスライス装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20230523BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20230523BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 611Z

B23K26/53

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018210458

(22)【出願日】2018-11-08

(65)【公開番号】P2019134155

(43)【公開日】2019-08-08

【審査請求日】2021-07-30

(31)【優先権主張番号】P 2018016347

(32)【優先日】2018-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム 産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北村 嘉朗

(72)【発明者】

【氏名】藤原 和樹

(72)【発明者】

【氏名】住本 勝児

(72)【発明者】

【氏名】大森 健志

【審査官】内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－３０３７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６９５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１９０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８３６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４３５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５８７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２６８０５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルスレーザ発振器からＺ方向に出射されたレーザ光をウエハ内部に集光させて照射することで改質部を生成し、レーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査して、前記ウエハ内部に複数の改質部が前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に連なった改質層を形成する改質層形成工程と、
熱源により、前記改質層を前記ウエハの融点未満かつ前記改質層の融点以上の温度で加熱することで、前記改質層を溶融し、液状層を形成する改質層溶融工程と、
前記液状層を境界として、前記ウエハを分離する分離工程と、を含み、
前記改質層は、前記複数の改質部のそれぞれが、前記Ｚ方向において異なる長さおよび位置のばらつきを有することにより凹凸形状を有し、
前記改質層を構成する前記改質部それぞれの、前記Ｚ方向における厚みは、前記ウエハの未改質層において、前記改質部の前記Ｚ方向の長さや位置の違いに対応して形成される凹凸形状の、前記Ｚ方向における最高位置と最低位置との高低差よりも大きい、
スライス方法。

【請求項2】

前記分離工程では、前記レーザ光の走査方向と平行な方向に前記ウエハを分離する、
請求項１に記載のスライス方法。

【請求項3】

前記レーザ光のパルス幅は、０．２ピコ秒以上かつ１００ピコ秒以下である、
請求項１または２に記載のスライス方法。

【請求項4】

前記レーザ光は、前記ウエハの透過率５０％以上の波長を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のスライス方法。

【請求項5】

Ｚ方向にパルスレーザ光を出射し、ウエハ内部に集光させて照射することで改質部を生成し、レーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査して、前記ウエハ内部に複数の改質部が前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に連なった改質層を形成するレーザ発振器と、
前記改質層を前記ウエハの融点未満かつ前記改質層の融点以上の温度で加熱することで、前記改質層を溶融し、液状層を形成する熱源と、
前記液状層を境界として、前記ウエハを分離する分離部と、を含み、
前記改質層は、前記複数の改質部のそれぞれが、前記Ｚ方向において異なる長さおよび位置のばらつきを有することにより凹凸形状を有し、
前記改質層を構成する前記改質部それぞれの、前記Ｚ方向における厚みは、前記ウエハの未改質層において、前記改質部の前記Ｚ方向の長さや位置の違いに対応して形成される凹凸形状の、前記Ｚ方向における最高位置と最低位置との高低差よりも大きい、
スライス装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スライス方法およびスライス装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばシリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイア、ダイヤモンドといった硬脆性材料から基板（ウエハ）を製造する方法の一つとして、レーザを用いて硬脆性材料の内部に改質層を形成し、その改質層を境界としてウエハ状に分離する方法がある。

【0003】

例えば特許文献１には、シリコンウエハのスライス工程において、集光レンズでレーザ光の集光点を被加工材の内部に合わせ、そのレーザ光で被加工材を相対的に走査することにより面状の加工領域を形成し、被加工材の内部で発生した熱による膨張・収縮を利用して、加工領域を境界として被加工材の一部を基板として分離する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－６０８６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した従来の方法では、被加工材として硬脆性材料を用いると、楔状の圧入材が圧入された部分の近傍にチッピングを生じさせたり、ウエハが反る方向にモーメントが作用するため、ウエハ自体が割れたりするおそれがある。

【0006】

本発明の目的は、被加工材の内部に改質層を形成した後、改質層を境界として被加工材分離する際に生じる不具合を抑制できるスライス方法およびスライス装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係るスライス方法は、レーザ発振器からＺ方向に出射されたレーザ光をウエハ内部に集光させながらＸ方向およびＹ方向に走査して、前記ウエハ内部に複数の改質部が前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に連なった改質層を形成する改質層形成工程と、熱源により、前記改質層を前記ウエハの融点未満かつ前記改質層の融点以上の温度で加熱することで、前記改質層を溶融し、液状層を形成する改質層溶融工程と、前記液状層を境界として、前記ウエハを分離する分離工程と、を含み、前記改質層は、前記複数の改質部のそれぞれが、前記Ｚ方向において異なる長さおよび位置のばらつきを有することにより凹凸形状を有し、前記改質層を構成する前記改質部それぞれの、前記Ｚ方向における厚みは、前記ウエハの未改質層において、前記改質部の前記Ｚ方向の長さや位置の違いに対応して形成される凹凸形状の、前記Ｚ方向における最高位置と最低位置との高低差よりも大きい。

【0008】

本発明の一態様に係るスライス装置は、Ｚ方向にレーザ光を出射し、ウエハ内部に集光させながらＸ方向およびＹ方向に走査して、前記ウエハ内部に複数の改質部が前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に連なった改質層を形成するレーザ発振器と、前記改質層を前記ウエハの融点未満かつ前記改質層の融点以上の温度で加熱することで、前記改質層を溶融し、液状層を形成する熱源と、前記液状層を境界として、前記ウエハを分離する分離部と、を含み、前記改質層は、前記複数の改質部のそれぞれが、前記Ｚ方向において異なる長さおよび位置のばらつきを有することにより凹凸形状を有し、前記改質層を構成する前記改質部それぞれの、前記Ｚ方向における厚みは、前記ウエハの未改質層において、前記改質部の前記Ｚ方向の長さや位置の違いに対応して形成される凹凸形状の、前記Ｚ方向における最高位置と最低位置との高低差よりも大きい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、被加工材の内部に改質層を形成した後、改質層を境界として被加工材を分離する際に生じる不具合を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の一例を示す模式図

【図2A】本発明の実施の形態に係る改質層形成動作時の被加工材の移動方向の一例を示す模式図

【図2B】本発明の実施の形態に係る改質層形成動作時の被加工材の移動方向の一例を示す模式図

【図2C】本発明の実施の形態に係るレーザ照射パルス間隔の一例を示す図

【図3A】本発明の実施の形態に係る改質層形成動作時の被加工材の断面を示す模式図

【図3B】本発明の実施の形態に係る改質層形成動作時の被加工材の断面を示す模式図

【図3C】本発明の実施の形態に係る改質層形成動作時の被加工材の断面を示す模式図

【図4A】本発明の実施の形態に係る改質層の形成後の被加工材の断面を示す模式図

【図4B】本発明の実施の形態に係る改質層の形成後の被加工材の断面を示す模式図

【図5】本発明の実施の形態に係る分離装置の模式図

【図6A】本発明の実施の形態に係る被加工材分離動作時の被加工材の断面を示す模式図

【図6B】本発明の実施の形態に係る被加工材分離動作時の被加工材の断面を示す模式図

【図7】本発明の実施の形態に係る改質層の厚みの例を示す模式図

【図8】本発明の実施の形態に係る複数の改質層が形成された被加工材の断面を示す模式図

【図9】本発明の実施の形態に係る改質層を形成した被加工材を示す斜視図

【図10A】本発明の実施の形態に係る被加工材の上部および下部が水平方向に回転した状態を真上から見た模式図

【図10B】本発明の実施の形態に係る被加工材のＸＺ平面における端面が回転する前の状態を示す模式図

【図10C】図１０Ｂに示した端面が回転した後の状態を示す模式図

【図11A】本発明の実施の形態に係る被加工材の上部および下部がＺ方向に傾いた状態を示す模式図

【図11B】本発明の実施の形態に係る被加工材のＹＺ平面における端面が傾く前の状態を示す模式図

【図11C】図１１Ｂに示した端面が傾いた後の状態を示す模式図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、共通する構成要素については同一符号を付し、それらの構成要素については適宜説明を省略する。

【0012】

本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置（改質層形成装置）１００の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るスライス装置１００の模式図である。

【0013】

レーザ加工装置１００は、固定テーブル２、駆動ステージ３、レーザ発振器４、ミラー６、およびレンズ７を有する。

【0014】

被加工材１は、例えば窒化ガリウム（硬脆性材料の一例。以下、ＧａＮともいう）で構成され、内部に、後述の改質層８が形成される加工対象の部材である。被加工材１としては、例えば、直径が２インチ、厚みが４００μｍであるものが好ましいが、直径および厚みは上記値に限定されるものではなく、４００μｍより厚いインゴット材を用いてもよいし、２インチより大きい直径のインゴット材を用いてもよい。

【0015】

固定テーブル２は、例えば真空吸着により被加工材１を固定する。なお、固定テーブル２としては、後述する駆動ステージ３の駆動による被加工材１の位置ズレが生じないものを用いる。

【0016】

駆動ステージ３は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向への駆動、およびθ方向に回転可能である。また、駆動ステージ３は、被加工材１に対するレーザ光５の相対位置を制御することができる。

【0017】

レーザ発振器４は、被加工材１に対して、例えば直径約４ｍｍの直線偏光であるレーザ光５を出射する。例えば、レーザ光５は、５０％以上の透過率を有する波長（例えば、波長５３２ｎｍ）であり、パルス幅が０．２ピコ秒以上かつ１００ピコ秒以下（例えば、１５ピコ秒）であり、最大出力５０Ｗのピコ秒レーザである。また、レーザ光５の最大繰返し周波数は１ＭＨｚである。

【0018】

また、レーザ発振器４は、駆動ステージ３との制御信号（図１に示す破線の両矢印）のやりとりにより、レーザ光５のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

【0019】

なお、透過率の測定には、例えば、積分球付き分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ７１００。図示略）を用いる。透過率とは、レーザ発振器４から出射された全光量に対する、被加工材１を透過した光の光量（光度計で受光された光量）の比である。

【0020】

ミラー６は、レーザ発振器４から出射されたレーザ光５を９０％以上反射させ、レンズ７へ送ることができる。ミラー６としては、例えば、波長５３２ｎｍのレーザ光５を高い反射率で反射する誘電多層膜ミラーを用いることができる。

【0021】

レンズ７は、レーザ光５を集光する際（レーザ光５が被加工材１を透過するとき）に生じる収差を加工深さに応じて最適な収差量に補正することが可能なレンズである。

【0022】

レンズ７を透過したレーザ光５ａの集光点Ａ（レーザ光５ａの先端部分）は、被加工材１の内部において、被加工材１の表面（図中の上面）から距離Ｂ離れた位置に調整されている。

【0023】

レンズ７としては、例えば、波長５３２ｎｍのレーザ光５を透過させる顕微鏡用の収差補正環付きであって、開口数（Numerical Aperture：ＮＡ）が０．７であり、焦点距離が４ｍｍのレンズを用いることができる。

【0024】

また、レンズ７のうち少なくともレーザ光５を入射させる面は、レーザ光５が被加工材１に対して少なくとも５０％以上の透過率を有するように、鏡面加工が施されている。

【0025】

改質層８は、集光点Ａの近傍において窒化ガリウムの改質成分で形成され、主にＧａＮが分解されて生成されたガリウム（Ｇａ）、ガリウムの二量体およびＧａ_ｘＮ_ｙクラスタにより形成される。改質層８を形成するにあたっては改質層８の厚みが２０μｍ以下となるように調整されるが、駆動ステージ３の精度および固定テーブル２（被加工材１）の面精度等により、改質層８は、凹凸を有した形状となる。

【0026】

次に、図１に示したレーザ加工装置１００の動作について、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃを用いて説明する。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、レーザ加工装置１００による改質層形成動作を説明する模式図である。

【0027】

レーザ光５ａは、上述したように、被加工材１に対する５０％以上の透過率を有するため、集光点Ａの近傍に減衰の小さい状態で集光される。ここでは例として、集光点Ａと被加工材１の表面との間の距離Ｂを、被加工材１の厚み４００μｍの１／２、すなわち２００μｍに設定する。

【0028】

レンズ７の収差補正環は、被加工材１の厚みに応じて調整されるため、レーザ光５ａは、集光点Ａにおいて最も絞られた状態となる。上述したとおりレーザ光５はピコ秒レーザであるため、多光子吸収加工により、集光点Ａにおいて主に下記式（１）の反応が生じ、改質層８が形成される。
２ＧａＮ→２Ｇａ＋Ｎ_２・・・（１）

【0029】

材料分析結果によれば、改質層８においては、主にＧａが生成され、Ｇａ以外にもＧａ二量体、Ｇａ_ｘＮ_ｙクラスタが形成されることが分かっている。Ｇａは融点Ｔｍ＝２９．８℃の液体金属と呼ばれるものである。

【0030】

固定テーブル２に固定された被加工材１は、駆動ステージ３の駆動によりレーザ光５ａに対して相対的に移動する。これにより、面状の改質層８が形成される。

【0031】

図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、改質層形成動作における被加工材１の移動方向（レーザ光５ａの走査方向と言ってもよい）の一例を示している。矢印Ｅ１、Ｅ２はレーザパルスを照射しながら走査する方向を示しており、実際には図２Ｃに示すようになる。

【0032】

図２Ａの各矢印Ｅ１に示すように、被加工材１を、Ｘ軸方向においてライン間隔Ｄ１の分だけずらしながら、Ｙ軸方向において所定の向きへの移動と逆向きへの移動とを交互に繰り返すことにより、改質層８を形成してもよい。

【0033】

または、図２Ｂの各矢印Ｅ２に示すように、被加工材１を、Ｘ軸方向においてライン間隔Ｄ１の分だけずらしながら、Ｙ軸方向において同じ向きに移動させることを繰り返すことにより、改質層８を形成してもよい。

【0034】

また、Ｙ軸方向におけるレーザ照射パルス間隔Ｄ２は、図２Ｃに示した走査方向に隣あうレーザパルスの間隔を示し、レーザ発振器４の繰り返し周波数Ｆおよび駆動ステージ３の走査速度Ｖにより決まる。例えば、レーザ照射パルス間隔Ｄ２は、以下の式（２）で算出される値となる。
Ｄ２＝Ｖ／Ｆ・・・（２）

【0035】

例えば、繰り返し周波数が１０００ｋＨｚであり、走査速度が１０００ｍｍ／ｓである場合、１μｍごとに、集光点Ａ近傍に改質層８が形成される。ライン間隔Ｄ１およびレーザ照射パルス間隔Ｄ２はともに、レーザ光５の集光スポット径以下（例えば、１μｍ以下）であることが好ましいが、集光スポット径は光学系によって異なるため、集光スポット径以下に限定されない。

【0036】

図３Ａ～図３Ｃは、それぞれ、改質層形成動作時の被加工材１の断面を示している。

【0037】

図３Ａは、被加工材１の端部における改質層８の形成状態を示している。９ｘは、Ｘ方向のエネルギ密度プロファイルを示し、９ｚは、Ｚ（深さ）方向のエネルギ密度プロファイルを示す。

【0038】

Ｘ方向およびＺ方向のどちらに関しても、レーザ光５ａの集光点近傍において急激にエネルギ密度が上昇することにより、多光子吸収と呼ばれる現象が発生する。このため、集光点以外ではレーザ光５ａは透過するのに対し、エネルギ密度が高い集光点でのみレーザ光が吸収されることで、被加工材１の内部に改質部８ａが形成される。改質部８ａは、Ｙ軸方向にレーザ光５ａが走査され、線状に形成される。

【0039】

図３Ａに示した改質部８ａの形成の後、図３Ｂに示すように、Ｘ軸方向にライン間隔Ｄ１の分ずれた位置においてＹ軸方向にレーザ光５ａを複数回走査することで、連続した改質部８ｂが形成される。そして、最終的には、図３Ｃに示すように、被加工材１の全面にわたって面状の改質層８が形成される。

【0040】

このようにして形成された改質層８は、駆動ステージ３の駆動精度や固定テーブル２（被加工材１）の面精度の影響を受けるため、Ｚ方向に集光点がばらつきながら形成された形状となる。

【0041】

図３Ｃでは例として、改質層８を、楕円状の改質部８ａ、８ｂが連なった形状として図示しているが、実際に形成される改質層８では、レーザ光５ａの入射側が、レーザ光５ａの出射側よりも、平坦な形状となる。これは、レーザ光５ａの入射側の形状が、上下動が少ない集光点の位置によって決まる一方で、レーザ光５ａの出射側では、集光点で加工に用いられなかった漏れ光が加工閾値を超える範囲で改質が進むため、改質範囲を規定することが困難であるためである。

【0042】

図４Ａおよび図４Ｂは、改質層８が形成された被加工材１の断面を示す模式図である。図４Ａは、レーザ走査方向（主走査方向と言ってもよい。例えば、Ｙ軸方向）に対して垂直な副走査方向（例えば、Ｘ軸方向）の断面を示している。図４Ｂは、レーザ走査方向に平行なＹ軸方向の断面を示している。

【0043】

改質層８は、線状の改質部８ａ、８ｂ（図３Ａ、図３Ｂ参照）が連なって形成されるため、図４Ａに示すように、レーザ走査方向と垂直なＸ軸方向では、Ｚ方向のばらつきの有無や程度に関わらず、凹凸の大きい形状が得られる。また、図４Ｂに示すように、レーザ走査方向と平行なＹ軸方向では、駆動ステージ３の精度や固定テーブル２の面精度の影響が支配的な凹凸の小さい形状が得られる。

【0044】

次に、改質層８を形成した被加工材１を分離する分離装置２００（本発明のスライス装置の一例）について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る分離装置２００の模式図である。

【0045】

分離装置２００は、分離治具１１（分離部の一例）および加熱装置１２（加熱部の一例）を有する。

【0046】

粘着シート１０は、両面に粘着力を有する。この粘着力は、１２０℃（熱剥離温度Ｔｏ）以上に加熱された場合に失われる。粘着シート１０としては、例えば、ダイシングテープを用いることができる。

【0047】

分離治具１１は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に水平移動でき、θ方向（図１参照）に回転できる。また、分離治具１１は、温度測定機能を有し、測定した温度を後述の加熱装置１２にフィードバックすることができる。

【0048】

加熱装置１２は、被加工材１を加熱する接触式の熱源（例えば、ホットプレートなど）である。加熱装置１２は、分離治具１１に測定された温度に基づいて、改質層８の融点Ｔｎ以上、粘着シート１０の熱剥離温度Ｔｏ未満になるように、加熱温度を制御する。なお、改質層８の主成分はガリウム（Ｇａ）であることから、改質層８の融点Ｔｎ＝Ｇａの融点Ｔｍとみなしてよい。

【0049】

次に、図５に示した分離装置の動作について、図６Ａ、図６Ｂを用いて説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、分離装置による被加工材分離動作を説明する模式図である。

【0050】

改質層８は、加熱装置１２により融点Ｔｎ以上に加熱されると、溶融する。このときに、分離治具１１を用いて、改質層８が形成されたＸＹ面と略平行な方向へ荷重を作用させ、改質層８を境界として、被加工材１の上部ウエハ（以下、単に、上部という）１ａと被加工材１の下部ウエハ（以下、単に、下部という）１ｂとを、ＸＹ面と略平行な方向にずらす。これにより、被加工材１は、上部１ａと下部１ｂとに分離する。

【0051】

また、加熱装置１２により熱剥離温度Ｔｏ以上に加熱されることで、粘着シート１０の粘着力は失われる。これにより、分離後の上部１ａおよび下部１ｂは、分離治具１１から剥離することができる。

【0052】

図６Ａは、上部１ａと下部１ｂとをＣ１方向（レーザ走査方向に垂直なＸ軸方向）にずらした場合を示している。上述したとおり、加熱装置１２の加熱により改質層８は溶融するが、改質層８周縁の未改質部（ＧａＮ部と言ってもよい）には、Ｃ１方向に対して垂直な方向（Ｚ方向）に凹凸部分が残存する。よって、図６Ａに示すように、上部１ａと下部１ｂとをＣ１方向にずらす場合、上部１ａの凹凸部分と下部１ｂの凹凸部分とが干渉する。したがって、上部１ａと下部１ｂとを十分にずらすことができず、被加工材１を上部１ａと下部１ａとに分離することができない。

【0053】

一方、図６Ｂは、上部１ａと下部１ｂとをＣ２方向（レーザ走査方向と平行なＹ軸方向）にずらした場合を示している。レーザ走査方向には凹凸部分が少なく、凹凸部分があったとしても、駆動ステージ３の精度や固定テーブル２の面精度に起因する緩やかな凹凸形状である。よって、図６Ｂに示すように、上部１ａと下部１ｂとをＣ２方向にずらす場合、上部１ａの凹凸部分と下部１ｂの凹凸部分との干渉は生じにくい。すたがって、被加工材１を上部１ａと下部１ｂとに分離することができる。

【0054】

また、図７に示すように、上部１ａの未改質層の表面粗さ（Ｚ方向の長さ）をＲｚａ、下部１ｂの未改質層の表面粗さ（Ｚ方向の長さ）をＲｚｂ、改質層８の厚み（Ｚ方向の長さ）をＦとした場合、Ｆ＞ＲｚａかつＦ＞Ｒｚｂを満たすように改質層８を形成する。さらには、表面粗さＲｚａ、Ｒｚｂに比べて、厚みＦが１０％以上大きい改質層８を形成することが好ましい。これにより、上述した凹凸部分による干渉の影響を低減することができ、より安定した分離を実現できる。

【0055】

例えば、厚みＦが約１０μｍであり、表面粗さＲｚａ、Ｒｚｂがそれぞれ約２０μｍ程度である場合、上部１ａと下部１ｂとを分離することは困難となる。よって、その場合、厚みＦが２０μｍよりも大きくなるように改質層８を形成することが好ましい。このような厚みＦを得るためには、集光点近傍でエネルギ密度が加工閾値を超える領域を広げる必要がある。よって、レーザ光５ａのパワーを大きくしたり、ＮＡ（開口数）が少し小さいレンズを用いたりすればよい。

【0056】

次に、分離時の傾きについて説明する。

【0057】

図９に改質層を形成した被加工材１の斜視図を示す。改質層厚みＦにおいて、ＸＺ平面において隣り合うレーザ走査間が接続されている部分の厚みをＧｘとし、ＹＺ平面において隣り合うレーザ走査間が接続されている部分の厚みをＧｙとする。また、Ｘ方向の被加工材１のサイズをＷ１、Ｙ方向の被加工材１のサイズをＷ２とする。

【0058】

図１０Ａは、被加工材１の上部１ａおよび下部１ｂが水平方向に回転した状態を真上から見た模式図である。図１０Ｂは、被加工材１のＸＺ平面における端面が回転する前の状態を示す模式図である。図１０Ｃは、図１０Ｂに示した端面が回転した後の状態を示す模式図である。

【0059】

図１０Ｃに示すように上部１ａに対して下部１ｂが距離Ｈずれることにより、図１０Ａに示すように上部１ａおよび下部１ｂが角度θ１回転する。これにより、図１０Ｃに示す衝突点１５が生じ、これ以上回転できない状態となる。角度θ１は、以下の式（３）で表すことができる。
θ１＝ｔａｎ^－１（Ｈ／Ｗ２）≒Ｈ／Ｗ２［ｒａｄ］・・・（３）

【0060】

図１１Ａは、上部１ａおよび下部１ｂがＺ方向に傾いた状態を示す模式図である。図１１Ｂは、被加工材１のＹＺ平面における端面が傾く前の状態を示す模式図である。図１１Ｃは、図１１Ｂに示した端面が傾いた後の状態を示す模式図である。

【0061】

図１１Ａに示すように上部１ａに対して下部１ｂが図１１Ｃに示す角度θ２傾くことにより、図１１Ｃに示す衝突点１６が生じ、これ以上傾くことができない状態となる。角度θ２は、以下の式（４）で表すことができる。
θ２＝ｔａｎ^－１（Ｇｙ／Ｗ２）≒Ｇｙ／Ｗ２［ｒａｄ］・・・（４）

【0062】

例えば、厚みＧｘ＝Ｇｙ＝５μｍ、Ｈ＝１０μｍ、Ｗ１＝Ｗ２＝５０ｍｍである場合、 θ１＝Ｈ／Ｗ２＝１０／（５０×１０００）＝０．２ｍｒａｄ
θ２＝Ｇｙ／Ｗ２＝５／（５０×１０００）＝０．１ｍｒａｄ
となる。

【0063】

つまり、図１０Ｂに示す状態と図１０Ｃに示す状態との間の状態、または、図１１Ｂに示す状態と図１１Ｃに示す状態との間の状態であれば、上部１ａと下部１ｂの相対位置を変更することは可能であり、ウエハを分離することができる。よって、この状態を略平行と定義することができる。

【0064】

上記説明では、改質層８が１つである場合を例に挙げて説明したが、改質層８は複数あってもよい。以下、この場合について、図８を用いて説明する。図８は、複数の改質層８が形成された被加工材１の断面を示す模式図である。

【0065】

図８において、押さえ部１３は、被加工材１をスライスした後のウエハ１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇのどの高さにも合わせることができ、Ｃ方向の分離荷重に負けない強度を有する。

【0066】

図８では、例として、ウエハ１ｃを分離するために、押さえ部１３をウエハ１ｄの高さに調整した場合を示している。Ｃ方向に荷重を作用させる際に、ウエハ１より下方のウエハ１ｄ～１ｇのズレを抑制することにより、Ｃ方向への荷重がウエハ１ｃとウエハ１ｄとの間の改質層の分離に作用するため、ウエハ１ｃのみを分離することができる。

【0067】

ウエハ１ｃを分離した後、ウエハ１ｄの表面を研磨する。その後、再度粘着シート１０により、残りの被加工材１を固定し、押さえ部１３の位置をウエハ１ｅの高さに変更する。これにより、ウエハ１ｄを分離することができる。

【0068】

なお、ウエハ１ｅ～１ｇに対しても上述した動作を繰り返すことにより、ウエハ１ｅ～１ｇを分離することができる。分離後のウエハ１ｃ～１ｇは、後工程で研磨され、改質層８が除去される。これにより、ＧａＮウエハとして用いることができるようになる。

【0069】

以上説明したように、本実施の形態は、レーザ光５ａの集光により形成された被加工材１の改質層８を、被加工材１の融点未満かつ改質層８の融点以上の温度で加熱することにより、改質層８を溶融させ、溶融した改質層８を境界として、被加工材１を分離することを特徴とする。

【0070】

これにより、本実施の形態では、被加工材の内部に改質層を形成した後、改質層を境界として被加工材を分離する際に生じる不具合（例えば、チッピング、クラック、割れなど）を抑制できる。したがって、分離時の歩留りを向上させることができる。また、後工程において研磨量を低減できるので、材料ロスの低減も期待できる。

【0071】

なお、本発明は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。以下、各変形例について説明する。

【0072】

［変形例１］
実施の形態では、Ｙ軸方向の直線走査を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、Ｘ軸方向の直線走査、θ軸回りの回転走査、θ軸の回転中心から偏芯させた位置に被加工材１を設置した円弧走査などを用いてもよい。なお、Ｘ軸走査を用いる場合、上記実施の形態と同様に被加工材１の分離が可能であるが、回転走査または円弧走査を用いる場合では、被加工材１を分離させる際に、回転方向または円弧方向に分離荷重を作用させる必要がある。

【0073】

［変形例２］
実施の形態では、加熱装置１２として、接触式の熱源を用いる場合を例に挙げて説明した、加熱装置１２は非接触式の熱源であってもよい。例えば、非接触式の熱源として、被加工材１に対して８０％以上の透過率を有し、改質層８が５０％以上の吸収性を示す光を発する光源（例えば、ＩＲヒータ、ハロゲンランプなど）を用いてもよい。この場合も、実施の形態と同様に、改質部に析出したＧａを加熱しながらの分離が可能となる。

【0074】

［変形例３］
実施の形態では、加熱装置１２の加熱温度が、改質層８の融点Ｔｎ以上、かつ、粘着シート１０の熱剥離温度Ｔｏ未満である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、粘着シート１０を用いない場合（例えば、支持基板上に固定して剥離させない場合や、真空吸着などにより固定する場合など）には、加熱温度を、改質層８の融点Ｔｎ以上、かつ、被加工材１（ＧａＮ基板）の融点未満に設定すればよい。

【0075】

［変形例４］
実施の形態では、被加工材１として、直径が２インチであり、厚みが４００μｍであり、材質が窒化ガリウムである材料を用いる場合を例に挙げて説明したが、直径、厚み、および材質は、これに限定されない。被加工材１の材質は、例えば、シリコン基板、サファイア基板、サファイア基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させた基板、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）／ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させた基板、ダイヤモンドなどであってもよい。すなわち、レーザ光が透過し、改質層を形成可能な材料であれば適用可能である。ただし、改質層の融点が低い材質（例えば、ＧａＮ）が好適である。

【0076】

［変形例５］
実施の形態では、レーザ発振器４から発振されるレーザ光５の波長が５３２ｎｍである場合を例に挙げて説明したが、レーザ光５の波長は、これに限定されず、被加工材１に対して透過率を有する波長であればよい。ただし、短い波長の方が、被加工材１内部の集光点Ａの厚み方向および水平方向の寸法が小さくなり、加工性が向上するため、好適である。

【0077】

［変形例６］
実施の形態では、レーザ光５のパルス幅が０．２ピコ秒以上かつ１００ピコ秒以下であり、レーザ光５の最大繰返し周波数が１ＭＨｚである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、レーザ光５のパルス幅は、１フェムト秒（ｆｓ）以上かつ１ナノ秒（ｎｓ）以下の範囲であって、多光子吸収による内部加工が可能となるものであればよい。レーザ光５の繰り返し周波数は、被加工材１とレーザ光５との相互作用に起因する加工性と、生産性との関係から、レーザ発振器４が発振可能な１０ＭＨｚ以下の範囲から選択されればよい。

【0078】

［変形例７］
実施の形態では、レンズ７の開口数が０．７である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、０．４以上かつ０．９５以下であればよい。ただし、集光点Ａの径を小さくするために、レンズ７の開口数は大きい方が好ましい。レンズ７としては、集光点Ａのエネルギ密度を高くできるため、収差補正機能付レンズを用いることが望ましいが、これに限定されず、例えば位相変調素子やレンズなどにより、予め収差補正を加えてもよい。

【0079】

［変形例８］
また、実施の形態で説明した改質層形成動作および被加工材分離動作は、例えばミラー、回折光学素子または位相変調素子を用いて、レーザ光５を被加工材１の複数部分に同時に照射し、被加工材１を加工する場合にも適用できる。その場合、加工時間を短縮できるので、より生産性が向上する。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明は、レーザを用いて硬脆性材料の内部に改質層を形成し、その改質層を境界としてウエハ状に分離する技術全般に適用できる。

【符号の説明】

【0081】

１ 被加工材
１ａ 被加工材１の上部ウエハ
１ｂ 被加工材１の下部ウエハ
１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ ウエハ
２ 固定テーブル
３ 駆動ステージ
４ レーザ発振器
５、５ａ レーザ光
６ ミラー
７ レンズ
８ 改質層
８ａ、８ｂ 改質部
１０ 粘着シート
１１ 分離治具
１２ 加熱装置
１３ 押さえ部
１５、１６ 衝突点
１００ レーザ加工装置
２００ 分離装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】