特許 7315677 結晶材料を切り分けるためのレーザ・アシスト法

(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】2023-07-18

(45)【発行日】2023-07-26

(54)【発明の名称】結晶材料を切り分けるためのレーザ・アシスト法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/53 20140101AFI20230719BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20230719BHJP

   C30B 33/00 20060101ALI20230719BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20230719BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20230719BHJP

【ＦＩ】

B23K26/53

C30B29/36 A

C30B33/00

H01L21/02 B

H01L21/304 611Z

【請求項の数】 45

(21)【出願番号】P 2021538067

(86)(22)【出願日】2019-12-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-14

(86)【国際出願番号】 IB2019061412

(87)【国際公開番号】W WO2020136624

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2022-12-26

(31)【優先権主張番号】62/786,333

(32)【優先日】2018-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/803,340

(32)【優先日】2019-02-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/274,064

(32)【優先日】2019-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/410,487

(32)【優先日】2019-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】592054856

【氏名又は名称】ウルフスピード インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＷＯＬＦＳＰＥＥＤ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ドノフリオ マシュー

(72)【発明者】

【氏名】エドモンド ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ゴラキア ハーシャド

(72)【発明者】

【氏名】メイヤー エリック

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４７９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８３８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８９８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０５９００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

Ｃ３０Ｂ ３３／００

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを有する表面下レーザ・ダメージを形成するために、基板の結晶材料の内部の第１の平均深さ位置に沿って集束されるレーザの放射を供給し、前記レーザと前記基板の間の横方向相対移動を実行させることであって、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する、前記基板の前記内部における少なくとも１群の複数のクラックの形成を促進するように構成されている、供給し実行させることと、
前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成後に、前記基板の頂面の少なくとも１つの画像を生成することと、
前記基板の前記内部におけるクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために、前記少なくとも１つの画像を分析することであって、前記分析することは、前記基板の前記内部における１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性を定量化し、前記頂部面積特性を少なくとも１つの所定の閾値面積特性と比較することを含む、分析することと、
前記分析することに応答して、以下のステップ（ｉ）または（ｉｉ）：
（ｉ）前記基板の第１の厚さ低減部分を形成する目的で、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助するための補助的な表面下レーザ・ダメージを形成し、前記第１の平均深さ位置に沿ったまたは近接した前記クラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するために、少なくとも前記クラックのない領域において前記基板の前記内部に集束される前記レーザの放射を供給しながら、前記レーザと前記基板の間で相対移動を実行させるステップ、
（ｉｉ）前記基板の少なくとも１つの追加の厚さ低減部分を形成する目的で、前記基板における第２の平均深さ位置および続く任意の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、表面下レーザ・ダメージを形成するための前記基板と関連付けられた命令セットを変更するステップ、の少なくとも一方を実行することと、を含む、結晶材料加工方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つの所定の閾値面積特性は第１の所定の閾値面積特性および第２の所定の閾値面積特性を含み、前記第２の所定の閾値面積特性は前記第１の所定の閾値面積特性よりも大きく、
前記頂部面積特性が前記第１の所定の閾値面積特性と少なくとも同じ大きさである場合にステップ（ｉ）を実行し、その後でステップ（ｉｉ）を実行することと、
前記頂部面積特性が前記第２の所定の閾値面積特性と少なくとも同じ大きさである場合にステップ（ｉ）を実行することと、を含む、請求項１に記載の結晶材料加工方法。

【請求項3】

前記分析することに応答してステップ（ｉ）および（ｉｉ）の両方を実行することを含む、請求項１に記載の結晶材料加工方法。

【請求項4】

ステップ（ｉｉ）に従って前記命令セットを前記変更することは、平均レーザ出力を０．１５から０．３５ワットまでの範囲内の値だけ上げることを含む、請求項３に記載の結晶材料加工方法。

【請求項5】

ステップ（ｉｉ）は、前記基板における前記第２の平均深さ位置および続く任意の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、（ａ）平均レーザ出力、（ｂ）前記基板の露出した表面に対するレーザ集束深さ、または（ｃ）レーザ・ダメージ形成行程の数のうちの、少なくとも１つを調節することを含む、請求項１に記載の結晶材料加工方法。

【請求項6】

ステップ（ｉ）は、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助し前記第１の平均深さ位置に沿ったまたは近接した前記クラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するための、前記補助的な表面下レーザ・ダメージを作り出すときに、（ａ）平均レーザ出力、または（ｂ）前記基板の露出した表面に対するレーザ集束深さ、のうちの少なくとも一方を調節することを含む、請求項１に記載の結晶材料加工方法。

【請求項7】

前記基板はプライマリ・フラットを有する略円形のエッジを備え、前記少なくとも１つの画像を前記生成することは、（ａ）前記基板の第１の横方向側に配置されておりかつ前記プライマリ・フラットに対して実質的に垂直に配置されている散乱光源によって生成される散乱光で前記頂面を照射することと、（ｂ）前記基板の反対側の第２の横方向側に配置されている撮像デバイスを用いて前記少なくとも１つの画像を取り込むことと、を含む、請求項１に記載の結晶材料加工方法。

【請求項8】

前記結晶材料は六方晶構造を備え、
前記少なくとも１つの画像を前記生成することは、（ａ）前記基板の第１の横方向側に配置されておりかつ前記六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内に配置されている散乱光源によって生成される散乱光で前記頂面を照射することと、（ｂ）前記第１の横方向側の反対側の前記基板の第２の横方向側に配置されている撮像デバイスを用いて前記少なくとも１つの画像を取り込むことと、を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の結晶材料加工方法。

【請求項9】

前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと前記第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンとを含み、
前記第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンは第１の複数の実質的に平行な線を含み、前記第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは第２の複数の実質的に平行な線を含み、
前記第２の複数の実質的に平行な線に含まれる線は前記第１の複数の実質的に平行な線に含まれる線同士の間に分散されており、
前記第２の複数の実質的に平行な線のうちの少なくともいくつかの線は、前記第１の複数の実質的に平行な線のうちのどの線とも交差しない、請求項１から６のいずれか一項に記載の結晶材料加工方法。

【請求項10】

前記第２の複数の実質的に平行な線の各線は、前記第１の複数の実質的に平行な線のうちの隣り合う線の異なる対の間に配置される、請求項９に記載の結晶材料加工方法。

【請求項11】

前記結晶材料は六方晶構造を備え、
前記第１の複数の実質的に平行な線の各線および前記第２の複数の実質的に平行な線の各線は、前記六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内にありかつ前記基板の表面と実質的に平行である、請求項９に記載の結晶材料加工方法。

【請求項12】

前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと前記第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンとを含み、
少なくとも１群の複数の実質的に平行な線は、第１の複数の実質的に平行な線と第２の複数の実質的に平行な線とを含み、
前記第１の複数の実質的に平行な線に含まれる線は前記第２の複数の実質的に平行な線に含まれる線と非平行であり、
前記第２の複数の実質的に平行な線に含まれる線の角度方向は、前記第１の複数の実質的に平行な線に含まれる線の角度方向から１０度以下だけ異なり、
前記第２の複数の実質的に平行な線のうちの少なくともいくつかの線は、前記第１の複数の実質的に平行な線のうちのどの線とも交差していない、請求項１から６のいずれか一項に記載の結晶材料加工方法。

【請求項13】

前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを更に含み、
前記少なくとも１群の複数の実質的に平行な線は第３の複数の実質的に平行な線を更に含み、
前記少なくとも１群の複数のクラックは第１、第２、および第３の複数のクラックを含み、
前記第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記基板の前記内部に、前記第１の複数の実質的に平行な線に含まれる線から横方向外向きに伝播する、前記第１の複数のクラックを形成し、
前記第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記基板の前記内部に、前記第２の複数の実質的に平行な線に含まれる線から横方向外向きに伝播する前記第２の複数のクラックを形成し、前記第２の複数のクラックは前記第１の複数のクラックと接続せず、
前記第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記基板の前記内部に、前記第３の複数の実質的に平行な線に含まれる線から横方向外向きに伝播する前記第３の複数のクラックを形成し、前記第３の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックは、前記第１の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックおよび前記第２の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックと接続する、請求項１２に記載の結晶材料加工方法。

【請求項14】

前記基板の表面の少なくとも一部にわたって前記結晶材料の不均一なドーピングを示す条件を検出することであって、前記不均一なドーピングは第１のドーピング領域および第２のドーピング領域を含む、検出することと、
前記結晶材料の不均一なドーピングを示す前記条件の検出に応答して、以下のステップ（Ａ）または（Ｂ）：
（Ａ）前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成中、前記第１のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第１の出力レベルのレーザ放射を提供し、前記第２のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第２の出力レベルのレーザ放射を提供するように、レーザ出力を修正するステップ、または
（Ｂ）前記第１のドーピング領域もしくは前記第２のドーピング領域の一方内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに、前記基板における表面下レーザ・ダメージの形成の平均深さを変更するステップ、のうちの少なくとも一方を実行することと、を更に含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の結晶材料加工方法。

【請求項15】

いずれも前記基板と比較して厚さが低減されているが前記基板と長さおよび幅が実質的に同じである、第１および第２の結晶材料部分が生じるように、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンに実質的に沿って前記結晶材料を破砕することを更に含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の結晶材料加工方法。

【請求項16】

前記基板は炭化ケイ素を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の結晶材料加工方法。

【請求項17】

前記基板は少なくとも１５０ｍｍの直径を有するインゴットを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の結晶材料加工方法。

【請求項18】

結晶材料の基板を加工するように構成されているレーザ加工ステーションであって、
前記基板の内部に表面下レーザ・ダメージ領域を形成するように構成されているレーザと、
前記レーザと前記基板の間で相対移動を実行させるように構成されている少なくとも１つの並進ステージと、
前記基板の頂面を照射するように構成されている散乱光源であって、前記基板の第１の横方向側に位置するように配置されている、散乱光源と、
前記基板の前記頂面の少なくとも１つの画像を生成するように構成されている撮像デバイスであって、前記第１の横方向側とは反対側の前記基板の第２の横方向側に位置するように構成されている、撮像デバイスと、
前記基板の前記内部におけるクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために前記少なくとも１つの画像を分析するように構成されているコンピューティング・デバイスであって、前記分析することは、前記基板の前記内部における前記１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性を定量化し、前記頂部面積特性を少なくとも１つの所定の閾値面積特性と比較することを含む、コンピューティング・デバイスと、を備える、レーザ加工ステーションを備える、材料加工装置。

【請求項19】

前記基板はプライマリ・フラットを有する略円形のエッジを備え、
前記散乱光源は、前記基板の前記第１の横方向側に前記プライマリ・フラットに対して実質的に垂直に位置するように配置されている、請求項１８に記載の材料加工装置。

【請求項20】

前記結晶材料は六方晶構造を備え、
前記散乱光源は、前記基板の前記第１の横方向側で、前記六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対して垂直な方向から±５度以内に位置するように配置されている、請求項１８に記載の材料加工装置。

【請求項21】

前記コンピューティング・デバイスは、前記コンピューティング・デバイスによって前記分析することに応答して、以下のステップ（ｉ）または（ｉｉ）：
（ｉ）前記基板の第１の厚さ低減部分を形成する目的で、前記基板における少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助するための補助的な表面下レーザ・ダメージを形成し、第１の平均深さ位置に沿ったもしくは近接した前記クラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するために、少なくとも前記クラックのない領域において前記基板の前記内部に集束される前記レーザの放射を供給しながら、前記レーザと前記基板の間で相対移動を実行させること、または
（ｉｉ）前記基板の少なくとも１つの追加の厚さ低減部分を形成する目的で、前記基板における第２の平均深さ位置および続く任意の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、表面下レーザ・ダメージを形成するための前記基板と関連付けられた命令セットを変更すること、の少なくとも一方を実行するように更に構成されている、請求項１８に記載の材料加工装置。

【請求項22】

前記コンピューティング・デバイスは、前記コンピューティング・デバイスによって前記分析することに応答して、前記ステップ（ｉ）及び（ｉｉ）の両方を実行するように構成されている、請求項２１に記載の材料加工装置。

【請求項23】

ステップ（ｉｉ）は、前記基板における前記第２の平均深さ位置および続く任意の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、（ａ）平均レーザ出力、（ｂ）基板の露出した表面に対するレーザ集束深さ、または（ｃ）レーザ・ダメージ形成行程の数のうちの、少なくとも１つを調節することを含む、請求項２１に記載の材料加工装置。

【請求項24】

前記ステップ（ｉｉ）に従って前記命令セットを変更することは、平均レーザ出力を０．１５から０．３５ワットまでの範囲内の値だけ上げることを含む、請求項２１に記載の材料加工装置。

【請求項25】

前記少なくとも１つの所定の閾値面積特性は第１の所定の閾値面積特性および第２の所定の閾値面積特性を含み、前記第２の所定の閾値面積特性は前記第１の所定の閾値面積特性よりも大きく、
前記コンピューティング・デバイスは、前記頂部面積特性が前記第１の所定の閾値面積特性と少なくとも同じ大きさである場合にステップ（ｉｉ）を実行するように前記材料加工装置を制御するように構成されており、
前記コンピューティング・デバイスは、前記頂部面積特性が前記第２の所定の閾値面積特性と少なくとも同じ大きさである場合にステップ（ｉ）を実行するように前記材料加工装置を制御するように構成されている、請求項２１に記載の材料加工装置。

【請求項26】

前記基板に表面下レーザ・ダメージを形成するための、前記基板と関連付けられた前記命令セットを記憶するように構成されているメモリを更に備え、前記メモリは前記コンピューティング・デバイスによってアクセス可能である、請求項２１に記載の材料加工装置。

【請求項27】

前記レーザ加工ステーションから前記基板を受けるように構成されている破砕ステーションを更に備える、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の材料加工装置。

【請求項28】

前記破砕ステーションは、いずれも前記基板と比較して厚さが低減されているが前記基板と長さおよび幅が実質的に同じである、第１および第２の結晶材料部分が生じるように、前記複数の表面下レーザ・ダメージ領域のうちの少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ領域に実質的に沿って前記結晶材料を破砕するように構成されている、請求項２７に記載の材料加工装置。

【請求項29】

前記基板の表面の少なくとも一部にわたって前記結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の存在を検出するように構成され、前記不均一なドーピングは第１のドーピング領域および第２のドーピング領域を含み、
前記結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の検出に応答して、前記コンピューティング・デバイスは、前記表面下レーザ・ダメージ領域の形成中、前記第１のドーピング領域に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第１の平均出力のレーザ放射を提供し、前記第２のドーピング領域に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第２の平均出力のレーザ放射を提供するように、レーザ出力を修正するように構成されている、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の材料加工装置。

【請求項30】

前記基板の表面の少なくとも一部にわたって前記結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の存在を検出するように構成され、前記不均一なドーピングは第１のドーピング領域および第２のドーピング領域を含み、
前記結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の検出に応答して、前記コンピューティング・デバイスは、前記第１のドーピング領域もしくは前記第２のドーピング領域の一方内に表面下レーザ・ダメージ領域を形成するときに、前記基板における表面下レーザ・ダメージの形成の平均深さを変更するように構成されている、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の材料加工装置。

【請求項31】

結晶材料の前記基板は、少なくとも１５０ｍｍの直径を有するインゴットを含む、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の材料加工装置。

【請求項32】

結晶材料の前記基板は、炭化ケイ素を含む、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の材料加工装置。

【請求項33】

少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを有する表面下レーザ・ダメージを形成するために、基板の結晶材料の内部の第１の平均深さ位置に沿って集束されるレーザの放射を供給し、前記レーザと前記基板の間の横方向相対移動を実行させることであって、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する、前記基板の前記内部における少なくとも１群の複数のクラックの形成を促進するように構成されている、供給し実行させることと、
前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成後に、前記基板の頂面の少なくとも１つの画像を生成することと、
前記基板の前記内部におけるクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために、前記少なくとも１つの画像を分析することと、
前記分析することに応答して、前記基板の第１の厚さ低減部分を形成する目的で、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助するための補助的な表面下レーザ・ダメージを形成し、前記第１の平均深さ位置に沿ったもしくは近接した前記クラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するために、少なくともクラックのない領域において、ただし前記基板の全体未満にわたって、前記基板の前記内部に集束される前記レーザの放射を供給しながら、前記レーザと前記基板との間で相対移動を実行させることと、を含む、結晶材料加工方法。

【請求項34】

前記分析することは、前記基板の前記内部における前記１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性を定量化し、前記頂部面積特性を少なくとも１つの所定の閾値面積特性と比較することを含む、請求項３３に記載の結晶材料加工方法。

【請求項35】

前記基板はプライマリ・フラットを有する略円形のエッジを備え、前記少なくとも１つの画像を生成することは、（ａ）前記基板の第１の横方向側に配置されておりかつ前記プライマリ・フラットに対して実質的に垂直に配置されている散乱光源によって生成される散乱光で前記頂面を照射することと、（ｂ）前記基板の反対側の第２の横方向側に配置されている撮像デバイスを用いて前記少なくとも１つの画像を取り込むことと、を含む、請求項３３又は３４のいずれか一方に記載の結晶材料加工方法。

【請求項36】

前記結晶材料は六方晶構造を備え、
前記少なくとも１つの画像を生成することは、（ａ）前記基板の第１の横方向側に配置されておりかつ前記六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内に配置されている散乱光源によって生成される散乱光で前記頂面を照射することと、（ｂ）前記第１の横方向側とは反対側の前記基板の第２の横方向側に配置されている撮像デバイスを用いて前記少なくとも１つの画像を取り込むことと、を含む、請求項３３又は３４のいずれか一方に記載の結晶材料加工方法。

【請求項37】

前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと前記第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンとを含み、
前記第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンは第１の複数の実質的に平行な線を含み、前記第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは第２の複数の実質的に平行な線を含み、
前記第２の複数の実質的に平行な線に含まれる線は前記第１の複数の実質的に平行な線に含まれる線同士の間に分散されており、
前記第２の複数の実質的に平行な線のうちの少なくともいくつかの線は、前記第１の複数の実質的に平行な線のうちのどの線とも交差していない、請求項３３又は３４のいずれか一方に記載の結晶材料加工方法。

【請求項38】

前記第２の複数の実質的に平行な線の各線は、前記第１の複数の実質的に平行な線のうちの隣り合う線の異なる対の間に配置される、請求項３７に記載の結晶材料加工方法。

【請求項39】

前記結晶材料は六方晶構造を備え、
前記第１の複数の実質的に平行な線の各線および前記第２の複数の実質的に平行な線の各線は、前記六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内にあり、かつ前記基板の表面と実質的に平行である、請求項３７に記載の結晶材料加工方法。

【請求項40】

前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと前記第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンとを含み、
少なくとも１群の複数の実質的に平行な線は、第１の複数の実質的に平行な線と第２の複数の実質的に平行な線とを含み、
前記第１の複数の実質的に平行な線に含まれる線は前記第２の複数の実質的に平行な線に含まれる線と非平行であり、
前記第２の複数の実質的に平行な線に含まれる線の角度方向は、前記第１の複数の実質的に平行な線に含まれる線の角度方向から１０度以下だけ異なり、
前記第２の複数の実質的に平行な線のうちの少なくともいくつかの線は、前記第１の複数の実質的に平行な線のうちのどの線とも交差していない、請求項３３又は３４のいずれか一方に記載の結晶材料加工方法。

【請求項41】

前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを更に含み、
前記少なくとも１群の複数の実質的に平行な線は第３の複数の実質的に平行な線を更に含み、
前記少なくとも１群の複数のクラックは第１、第２、および第３の複数のクラックを含み、
前記第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記基板の前記内部に、前記第１の複数の実質的に平行な線に含まれる線から横方向外向きに伝播する、前記第１の複数のクラックを形成し、
前記第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記基板の前記内部に、前記第２の複数の実質的に平行な線に含まれる線から横方向外向きに伝播する前記第２の複数のクラックを形成し、前記第２の複数のクラックは前記第１の複数のクラックと接続せず、
前記第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、前記基板の前記内部に、前記第３の複数の実質的に平行な線に含まれる線から横方向外向きに伝播する、前記第３の複数のクラックを形成し、前記第３の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックは、前記第１の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックと前記第２の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックと接続する、請求項４０に記載の結晶材料加工方法。

【請求項42】

前記基板の表面の少なくとも一部にわたって前記結晶材料の不均一なドーピングを示す条件を検出することであって、前記不均一なドーピングは第１のドーピング領域および第２のドーピング領域を含む、検出することと、
前記結晶材料の前記不均一なドーピングを示す条件の検出に応答して、以下のステップ（Ａ）または（Ｂ）：
（Ａ）前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成中、前記第１のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第１の出力レベルのレーザ放射を提供し、前記第２のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第２の出力レベルのレーザ放射を提供するように、レーザ出力を修正すること、または
（Ｂ）前記第１のドーピング領域もしくは前記第２のドーピング領域の一方内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに、前記基板における表面下レーザ・ダメージの形成の平均深さを変更すること、
のうちの少なくとも一方を実行することと、を更に含む、請求項３３又は３４のいずれか一方に記載の結晶材料加工方法。

【請求項43】

いずれも前記基板と比較して厚さが低減されているが前記基板と長さおよび幅が実質的に同じである、第１および第２の結晶材料部分が生じるように、前記少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンに実質的に沿って前記結晶材料を破砕することを更に含む、請求項３３又は３４のいずれか一方に記載の結晶材料加工方法。

【請求項44】

前記基板は炭化ケイ素を含む、請求項３３又は３４のいずれか一方に記載の結晶材料加工方法。

【請求項45】

前記基板は少なくとも１５０ｍｍの直径を有するインゴットを含む、請求項３３又は３４のいずれか一方に記載の結晶材料加工方法。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

［関連出願の記載］
本願は、２０１９年５月１３日に出願された米国特許出願第１６／４１０，４８７号、２０１９年２月８日に出願された米国仮特許出願第６２／８０３，３４０号、２０１９年２月１２日に出願された米国特許出願第１６／２７４，０６４号、および２０１８年１２月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／７８６，３３３号に対する優先権を主張し、上記出願の開示の全体がこれにより参照によって本明細書に組み込まれる。本願にはまた、２０１９年２月１２日に出願された米国特許出願第１６／２７４，０４５号の開示の全体が参照により組み込まれる。

【0002】

［技術分野］
本開示は結晶材料を加工するための方法に関し、より詳細には、ブールまたはウエハなどの基板から結晶材料の比較的薄い層を切り分けるまたは除去するための、レーザ・アシスト法に関する。

【0003】

［背景］
マイクロ電子、光電子、およびマイクロ加工の様々な用途において、様々な有用なシステムを製作するための開始構造として結晶材料の薄層が必要とされている。結晶材料の大径の結晶インゴットから薄層（例えば、ウエハ）を切り出すための従来の方法には、ワイヤ・ソーの使用が含まれている。ワイヤ・ソーイング技術は、シリコン、サファイア、および炭化ケイ素などの様々な結晶材料に適用されている。ワイヤ・ソー・ツールは、１つまたは多数のガイド・ローラの溝に通される極細の鋼線（典型的には直径０．２ｍｍ以下）を含む。２つのスライシング方法が存在する、すなわち、遊離砥粒スライシングと固定砥粒スライシングである。遊離砥粒スライシングは高速移動中の鋼線にスラリー（典型的には油中に砥粒を懸濁させたもの）を付着させることを含み、ワイヤと被加工物の間で砥粒が転動する結果インゴットが切断される。残念ながらスラリーの環境的影響は無視できない。そのような影響を低減するために、固定砥粒スライシング法としてダイヤモンド砥粒を固定したワイヤを使用する場合があるが、これには水溶性冷却液（スラリーではない）しか必要とされない。高効率の平行スライシングによって、単一のスライシング手順で多数のウエハを生産することが可能になる。図１は、ローラ４Ａ～４Ｃの間に延び、インゴット２をインゴット２の端面６と略平行な面を各々有する複数の薄い切片（例えば、ウエハ８Ａ～８Ｇ）へと同時にソーイングするように配置されている、平行なワイヤ区域３を含む、従来のワイヤ・ソー・ツール１を示す。ソーイング工程中、ローラ４Ａ～４Ｃによって支持されたワイヤ区域３を、インゴット２の下にあるホルダ７に向かって下向き方向５に押すことができる。端面６がインゴット２の結晶学上のｃ面と平行であり、ワイヤ区域３がインゴット２を端面６と平行にソーイングした場合、結果的に得られる各ウエハ８Ａ～８Ｇは、結晶学上のｃ面と平行な「オンアクシス（ｏｎ－ａｘｉｓ）」端面６’を有することになる。

【0004】

結晶学上のｃ面と平行ではない端面を有する、微斜面（オフカットまたは「オフアクシス（ｏｆｆ－ａｘｉｓ）」としても知られる）ウエハを作り出すこともまた可能である。他の材料（例えば、ＡｌＮおよび他の第ＩＩＩ族窒化物）の高品質な物理的気相輸送成長およびエピタキシャル成長のための成長基板として、４度のオフカットを有する（例えば、ＳｉＣの）微斜面ウエハが多くの場合採用される。微斜面ウエハの生産は、インゴットをｃ軸から離れる方向に成長させ（例えば、微斜面種材料の上に成長させ）このインゴットをインゴット側壁）に対して垂直にソーイングすることによって、または、インゴットをオンアクシス種材料から開始して成長させこのインゴットをインゴット側壁に対して垂直な方向から離れていく角度でソーイングすることによって、のいずれかで行うことができる。

【0005】

半導体材料のワイヤ・ソーイングには様々な限界が存在している。切断ごとの除去された材料の幅に基づくカーフ・ロスはソー切断において不可避のものであり、これは半導体材料のかなりの損失を表している。ワイヤ・ソー切断がウエハに加える応力は比較的高く、その結果ボウおよびワープ特性はゼロではなくなる。単一のブール（またはインゴット）の加工時間は非常に長く、またワイヤ破断などの事象によって加工時間が延びる、かつ望まれない材料損失につながる可能性がある。ウエハの切断表面上のチッピングおよびクラッキングによって、ウエハ強度が低下する可能性がある。ワイヤ・ソーイング工程の終了時には、得られたウエハからデブリを取り除かなければならない。

【0006】

高い摩耗耐性（ならびにダイヤモンドおよび窒化ホウ素と同程度の硬度）を有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）の場合、ワイヤ・ソーイングにはかなりの時間およびリソースが必要となる場合があり、このためかなりの製造コストが生じ得る。ＳｉＣ基板は、望ましいパワー・エレクトロニクス・デバイス、無線周波デバイス、および光電子デバイスの製作を可能にする。ＳｉＣはポリタイプと呼ばれる異なる多くの結晶構造で現れ、特定のポリタイプ（例えば、４Ｈ－ＳｉＣおよび６Ｈ－ＳＩＣ）は六方晶構造を有する。

【0007】

図２は、４Ｈ－ＳｉＣなどの六方晶用の座標系を示す斜視結晶面図であり、ｃ面（結晶成長の［０００１］（垂直）方向に対応する（０００１）面）はｍ面（（１－１００）面）およびａ面（（１１－２０）面）の両方に対して垂直であり、（１－１００）面は［１－１００］方向に対して垂直であり、（１１－２０）面は［１１－２０］方向に対して垂直である。図３は、ｃ面と非平行な微斜面９を示す、六方晶の第２の斜視結晶面図であり、（微斜面９と直交する）ベクトル１０が、［０００１］方向から離れる方に傾斜角βだけ傾斜しており、傾斜角βは［１１－２０］方向に向かって（僅かに）傾斜している。図４Ａは、ｃ面（（０００１）面）に対する微斜面ウエハ１１Ａの配向を示す斜視ウエハ配向図であり、（ウエハ面９Ａと直交する）ベクトル１０Ａは［０００１］方向から離れる方に傾斜角βだけ傾斜している。この傾斜角βは、（０００１）平面とウエハ面９Ａの投影１２Ａの間に跨る直交傾斜（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｉｌｔ）（または配向ずれの角度）βと等しい。図４Ｂは、微斜面ウエハ１１Ａを画成する元になったインゴット１４Ａ（例えば、（０００１）面と平行な端面６Ａを有するオンアクシス・インゴット）の一部に重ね合わせた、微斜面ウエハ１１Ａの簡略化した断面図である。図４Ｂは、微斜面ウエハ１１Ａのウエハ面９Ａのアライメントが（０００１）面から傾斜角βだけずれていることを示す。

【0008】

図５は、（例えば、（０００１）面（ｃ面）と平行で［０００１］方向に対して垂直な）上面２６を含み、（１１－２０）平面に対して垂直で［１１－２０］方向と平行な（長さＬ_Ｆを有する）プライマリ・フラット（ｐｒｉｍａｒｙ ｆｌａｔ）２８を含む、（直径Ｄを有する）略円形のエッジ２７を横方向の境界とする、例示のＳｉＣウエハ２５の上面平面図である。ＳｉＣウエハは、ｃ面からアライメントがずれている（例えば、ｃ面に対して斜角でオフアクシスの）外面を含み得る。

【0009】

ＳｉＣの作製および加工に関連する困難さに起因して、ＳｉＣデバイス・ウエハのコストは様々な他の半導体材料ウエハと比較して高い。ＳｉＣのワイヤ・ソーイングから生じる典型的なカーフ・ロスはウエハあたり約２５０ミクロン以上になる場合があり、ワイヤ・ソーイング工程から得られるウエハの厚さがおおよそ３５０ミクロンであり、これは、その後に最終用途に応じて約１００から１８０ミクロンの最終厚さまで（研削によって）薄化されることを考慮すると、全く無視できないものである。ウエハを約３５０ミクロンよりも薄くスライスすることは、ワイヤ・ソーイングおよびデバイス製作の問題を考慮するとこれまで現実的ではなかった。

【0010】

ワイヤ・ソーイングに関連する限界に対処する試みとして、バルク結晶から半導体材料の薄層を除去するための代替の技法が開発されてきた。より大きい結晶からの炭化ケイ素の層の除去を含む１つの技法が、Ｋｉｍら、「４Ｈ－ＳｉＣ ｗａｆｅｒ ｓｌｉｃｉｎｇ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒ ｄｏｕｂｌｅ ｐｕｌｓｅｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ２４５０頁、ｖｏｌ． ７、ｎｏ． ７（２０１７年）に記載されている。そのような技法は、レーザ・パルスを炭化ケイ素に衝突させて表面下ダメージを誘起し、続いてロック用治具に結晶を接着し引っ張り力を加えて表面下ダメージ・ゾーンに沿った破砕を生じさせることで、レーザ書き込みトラックを形成することを含む。レーザを使用して材料の特定のエリアを弱化し、続いてこれらのエリア間で破砕を行うことによって、レーザ走査時間が短くなる。

【0011】

パルス・レーザ・ビームを用いたＳｉＣインゴットへのレーザ表面下ダメージの形成、および続く超音波振動の適用による破砕の誘起を含む、追加の分離技法が、株式会社ディスコの米国特許第９，９２５，６１９号および同１０，１５５，３２３号に開示されている。バルク結晶から半導体材料の薄層を除去するための追加の技法が、Ｓｉｌｔｅｃｔｒａ ＧｍｂＨの米国特許出願公開第２０１８／０１２６４８４Ａ１号に開示されている。

【0012】

当技術分野では半導体材料にレーザ表面下ダメージを形成するためのツールが知られており、株式会社ディスコ（東京、日本）などの様々な供給者から市販されている。そのようなツールによって、結晶基板の内部にレーザ放射を集束することができ、基板に対するレーザの横方向移動が可能になる。典型的なレーザ・ダメージ・パターンは、結晶材料基板内のある深さで互いに対して横方向に離間されている平行線の形成を含む。レーザ・ダメージを付与するために集束深さ、レーザ出力、並進速度、等といったパラメータを調節することができるが、特定の因子の調節にはトレードオフが伴う。レーザ出力を上げるとより大きい表面下ダメージが付与される傾向があり、このことは（例えば、破砕を完了するために必要な応力を小さくすることによって）破砕の容易さを高め得るが、より大きい表面下ダメージによって、破砕によって露出した表面に沿った表面不規則性が大きくなり、この結果、そのような表面を次の加工のために（例えば、電子デバイスに組み込むために）十分に平滑にするためには、追加の加工が必要になる場合がある。表面下レーザ・ダメージ線間の横方向間隔を小さくすることによって破砕の容易さを高めることもできるが、レーザ・ダメージ線間の間隔が小さくなることによって基板とレーザの間の並進行程の数が増え、このことによりツールのスループットが低下する。更に、レーザ加工によって得られる結果は、特定の垂直深さにおける横方向もしくは半径方向の位置に応じて、および／または、インゴットの一部としての基板面のその元の成長位置に対する垂直位置に応じて、基板内でばらつきのある場合がある。

【0013】

ＳｉＣインゴットなどの厚い基板内でおよびまた同じ組成の異なるインゴット間で、材料特性および／または光学特性のばらつきがあるため、不要な材料損失を回避しながら、レーザ加工および続く破砕によって再現可能な均一な厚さのウエハを容易に製作することは、困難である。

【0014】

したがって、当技術分野では、従来の方法に関連する問題に対処するために、基板から結晶（例えば、半導体）材料の比較的薄い層を切り分けるまたは除去するための改善されたレーザ・アシスト法が、依然として模索されている。

【0015】

［発明の概要］
本開示は結晶材料基板を加工するための方法と材料加工装置とに関するものであり、様々な態様をとる。第１の深さ位置において追加のレーザ基板ダメージがいつ必要か、および／または、次の深さ位置に表面下レーザ・ダメージを形成するための命令セットをいつ変更すべきかを判定するための指標として、基板に表面下レーザ・ダメージを形成した後のクラックのない領域の撮像および分析が使用され、このことにより、基板ごとの、および単一の基板内の異なる深さ位置における、レーザ・ダメージ形成要件（例えば、レーザ出力、レーザ集束深さ、ダメージ形成行程（ｄａｍａｇｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐａｓｓ）の数）のばらつきに対処する。結晶材料加工方法は、表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する基板内部におけるクラックの形成を促進するために、結晶材料の第１の平均深さ位置にあるエリアに表面下レーザ・ダメージ部位を生成することと、基板頂面を撮像することと、基板内のクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために画像を分析することと、分析することに応答して（例えば、適切な条件の達成時に）、１つまたは複数の処置を行うことと、を含む。１つの考えられる処置には、基板（例えば、第１のウエハ）の第１の厚さ低減部分を形成する目的で、クラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するために、第１の平均深さ位置に補助的な表面下レーザ・ダメージを形成することが含まれる。考えられる別の処置には、第１の平均深さ位置に追加のダメージを必ずしも形成することなく、（基板の第２のおよび任意の厚さ低減部分を形成するために、第２のまたは次の平均深さ位置において）次の表面下レーザ・ダメージ形成を行わせるための命令セットを変更することが含まれる。レーザ・ダメージによって、厚さを小さくした複数の基板部分を生じさせるための基板の次の破砕が容易になる。材料加工装置は、レーザと、少なくとも１つの並進ステージと、基板の第１の横方向側に位置付けられるように配置されている散乱光源と、基板の反対側の第２の横方向側に位置付けられる撮像デバイスと、を有する、レーザ加工ステーションを含む。光源は、基板の頂面を通したクラックのない領域の可視性を高めるために、基板のプライマリ・フラットに対して実質的に垂直に、および／または、基板の六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内に、位置付けられ得る。

【0016】

一態様では、本開示は：少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを有する表面下レーザ・ダメージを形成するために、基板の結晶材料の内部の第１の平均深さ位置に沿って集束されるレーザの放射を供給し、レーザと基板の間の横方向相対移動を実行させることであって、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、実質的に少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する、基板の内部における少なくとも１群の複数のクラックの形成を促進するように構成されている、供給し実行させることと、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成後に、基板の頂面の少なくとも１つの画像を生成することと、基板の内部におけるクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために、少なくとも１つの画像を分析することと、分析することに応答して、以下のステップ（ｉ）または（ｉｉ）：（ｉ）基板の第１の厚さ低減部分を形成する目的で、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助するための補助的な表面下レーザ・ダメージを形成し、第１の平均深さ位置に沿ったもしくは近接したクラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するために、少なくともクラックのない領域において基板の内部に集束されるレーザの放射を供給しながら、レーザと基板の間で相対移動を実行させるステップ、または（ｉｉ）基板の少なくとも１つの追加の厚さ低減部分を形成する目的で、基板における第２の平均深さ位置および続く任意の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、表面下レーザ・ダメージを形成するための基板と関連付けられた命令セットを変更するステップ、の少なくとも一方を実行することと、を含む、結晶材料加工方法、に関する。

【0017】

特定の実施形態では、分析することは、基板の内部における１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性を定量化し、頂部面積特性を少なくとも１つの所定の閾値面積特性と比較することを含む。

【0018】

特定の実施形態では、少なくとも１つの所定の閾値面積特性は第１の所定の閾値面積特性および第２の所定の閾値面積特性を含み、第２の所定の閾値面積特性は第１の所定の閾値面積特性よりも大きく、方法は、頂部面積特性が第１の所定の閾値面積特性と少なくとも同じ大きさである場合にステップ（ｉｉ）を実行することと、頂部面積特性が第２の所定の閾値面積特性と少なくとも同じ大きさである場合にステップ（ｉ）を実行することと、を含む。

【0019】

特定の実施形態では、方法は、分析することに応答してステップ（ｉ）および（ｉｉ）の両方を実行することを含む。

【0020】

特定の実施形態では、ステップ（ｉｉ）は、基板における第２の平均深さ位置および続く任意の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、（ａ）平均レーザ出力、（ｂ）基板の露出した表面に対するレーザ集束深さ、または（ｃ）レーザ・ダメージ形成行程の数のうちの、少なくとも１つを調節することを含む。

【0021】

特定の実施形態では、ステップ（ｉｉ）に従って命令セットを変更することは、平均レーザ出力を０．１５から０．３５ワットまでの範囲内の値だけ上げることを含む。

【0022】

特定の実施形態では、ステップ（ｉ）は、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助し第１の平均深さ位置に沿ったまたは近接したクラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するための、補助的な表面下レーザ・ダメージを作り出すときに、（ａ）平均レーザ出力、または（ｂ）基板の露出した表面に対するレーザ集束深さ、のうちの少なくとも一方を調節することを含む。

【0023】

特定の実施形態では、基板はプライマリ・フラットを有する略円形のエッジを備え、少なくとも１つの画像を生成することは、（ａ）基板の第１の横方向側に配置されておりかつプライマリ・フラットに対して実質的に垂直に配置されている散乱光源によって生成される散乱光で頂面を照射することと、（ｂ）基板の反対側の第２の横方向側に配置されている撮像デバイスを用いて少なくとも１つの画像を取り込むことと、を含む。

【0024】

特定の実施形態では、結晶材料は六方晶構造を備え、少なくとも１つの画像を生成することは、（ａ）基板の第１の横方向側に配置されておりかつ六方晶構造の＜１１２－０＞方向に対する垂直方向から±５度以内に配置されている散乱光源によって生成される散乱光で頂面を照射することと、（ｂ）第１の横方向側の反対側の基板の第２の横方向側に配置されている撮像デバイスを用いて少なくとも１つの画像を取り込むことと、を含む。

【0025】

特定の実施形態では、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンとを含み、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンは第１の複数の実質的に平行な線を含み、第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは第２の複数の実質的に平行な線を含み、第２の複数の実質的に平行な線の線は第１の複数の実質的に平行な線の線同士の間に分散されており、第２の複数の実質的に平行な線のうちの少なくともいくつかの線は、第１の複数の実質的に平行な線のうちのどの線とも交差していない。

【0026】

特定の実施形態では、第２の複数の実質的に平行な線の各線は、第１の複数の実質的に平行な線のうちの隣り合う線の異なる対の間に配置される。

【0027】

特定の実施形態では、第１の複数の実質的に平行な線の各線および第２の複数の実質的に平行な線の各線は、結晶材料の六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内にありかつ基板の表面と実質的に平行である。

【0028】

特定の実施形態では、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンとを含み、少なくとも１群の複数の実質的に平行な線は、第１の複数の実質的に平行な線と第２の複数の実質的に平行な線とを含み、第１の複数の実質的に平行な線の線は第２の複数の実質的に平行な線の線と非平行であり、第２の複数の実質的に平行な線の線の角度方向は、第１の複数の実質的に平行な線の線の角度方向から１０度以下だけ異なり、第２の複数の実質的に平行な線のうちの少なくともいくつかの線は、第１の複数の実質的に平行な線のうちのどの線とも交差していない。

【0029】

特定の実施形態では、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後で形成される第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを更に含み、少なくとも１群の複数の実質的に平行な線は第３の複数の実質的に平行な線を更に含み、少なくとも１群の複数のクラックは第１、第２、および第３の複数のクラックを含み、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、基板の内部に、第１の複数の実質的に平行な線の線から横方向外向きに伝播する、第１の複数のクラックを形成し、第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、基板の内部に、第２の複数の実質的に平行な線の線から横方向外向きに伝播する第２の複数のクラックを形成し、第２の複数のクラックは第１の複数のクラックと接続せず、第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、基板の内部に、第３の複数の実質的に平行な線の線から横方向外向きに伝播する、第３の複数のクラックを形成し、第３の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックは、第１の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックとおよび第２の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックと接続する。

【0030】

特定の実施形態では、方法は、基板の表面の少なくとも一部にわたって結晶材料の不均一なドーピングを示す条件を検出することであって、不均一なドーピングは第１のドーピング領域および第２のドーピング領域を含む、検出することと、結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の検出に応答して、以下のステップ（Ａ）または（Ｂ）：（Ａ）少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成中、第１のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第１の出力レベルのレーザ放射を提供し、第２のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第２の出力レベルのレーザ放射を提供するように、レーザ出力を修正するステップ、または（Ｂ）第１のドーピング領域もしくは第２のドーピング領域の一方内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに、基板における表面下レーザ・ダメージの形成の平均深さを変更するステップ、のうちの少なくとも一方を実行することと、を更に含む。

【0031】

特定の実施形態では、方法は、いずれも基板と比較して厚さが低減されているが基板と長さおよび幅が実質的に同じである、第１および第２の結晶材料部分が生じるように、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンに実質的に沿って結晶材料を破砕することを更に含む。

【0032】

特定の実施形態では、基板は炭化ケイ素を含む。特定の実施形態では、基板は少なくとも１５０ｍｍの直径を有するインゴットを含む。

【0033】

別の態様では、本開示は、結晶材料の基板を加工するように構成されているレーザ加工ステーションを備える、材料加工装置に関し、レーザ加工ステーションは、基板の内部に表面下レーザ・ダメージ領域を形成するように構成されているレーザと、レーザと基板の間で相対移動を実行させるように構成されている少なくとも１つの並進ステージと、基板の頂面を照射するように構成されている散乱光源であって、散乱光源は基板の第１の横方向側に位置付けられるように配置されている、散乱光源と、基板の頂面の少なくとも１つの画像を生成するように構成されている撮像デバイスであって、第１の横方向側の反対側の基板の第２の横方向側に位置付けられるように構成されている、撮像デバイスと、を備える。

【0034】

特定の実施形態では、基板はプライマリ・フラットを有する略円形のエッジを備え、散乱光源は、基板の第１の横方向側にプライマリ・フラットに対して実質的に垂直に位置付けられるように配置されている。

【0035】

特定の実施形態では、結晶材料は六方晶構造を備え、散乱光源は、基板の第１の横方向側で、六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対して垂直な方向から±５度以内に位置付けられるように配置されている。

【0036】

特定の実施形態では、材料加工装置は、基板の内部におけるクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために少なくとも１つの画像を分析するように構成されているコンピューティング・デバイスを更に備える。

【0037】

特定の実施形態では、コンピューティング・デバイスは、コンピューティング・デバイスによって分析することに応答して、以下のステップ（ｉ）または（ｉｉ）：（ｉ）基板の第１の厚さ低減部分を形成する目的で、基板に補助的な表面下レーザ・ダメージを形成し、第１の平均深さ位置に沿ったもしくは近接したクラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するために、少なくともクラックのない領域において基板の内部に集束されるレーザの放射を供給しながら、レーザと基板の間で相対移動を実行させるステップ、または（ｉｉ）基板の第２のおよび続く任意の厚さ低減部分を形成する目的で、基板における第２の平均深さ位置および続く任意の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、表面下レーザ・ダメージを形成するための基板と関連付けられた命令セットを変更するステップ、の少なくとも一方を実行するように更に構成されている。

【0038】

特定の実施形態では、コンピューティング・デバイスによって行われる分析することは、基板の内部における１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性を定量化し、頂部面積特性を少なくとも１つの所定の閾値面積特性と比較することを含む。

【0039】

特定の実施形態では、少なくとも１つの所定の閾値面積特性は、第１の所定の閾値面積特性および第２の所定の閾値面積特性を含み、第２の所定の閾値面積特性は第１の所定の閾値面積特性よりも大きく、コンピューティング・デバイスは、頂部面積特性が第１の所定の閾値面積特性と少なくとも同じ大きさである場合にステップ（ｉｉ）を実行するように材料加工装置を制御するように構成されており、コンピューティング・デバイスは、頂部面積特性が第２の所定の閾値面積特性と少なくとも同じ大きさである場合にステップ（ｉ）を実行するように材料加工装置を制御するように構成されている。

【0040】

特定の実施形態では、材料加工装置は、基板に表面下レーザ・ダメージを形成するための基板と関連付けられた命令セットを記憶するように構成されているメモリを更に備え、メモリはコンピューティング・デバイスによってアクセス可能である。

【0041】

特定の実施形態では、材料加工装置は、レーザ加工ステーションから基板を受けるように構成されている破砕ステーションを更に備える。

【0042】

別の態様では、上記した態様ならびに／または本明細書に記載する様々な別個の態様および特徴の任意のものを、追加の利点が得られるように組み合わせてもよい。本明細書にそうではないと示されていない限りは、本明細書で開示する様々な特徴および要素の任意のものを、１つまたは複数の開示された他の特徴および要素と組み合わせてもよい。

【0043】

本開示の他の態様、特徴、および実施形態は、続く開示および付属の特許請求の範囲からより十分に明らかになるであろう。

【0044】

本明細書に組み込まれその一部を形成している添付の図面は、本開示のいくつかの態様を図示しており、本説明とともに本開示の原理を説明する役割を果たす。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】従来のワイヤ・ソー・ツールに受けられワイヤ・ソーイング工程を受けるインゴットの斜視図を提供する第１のフレームと、ワイヤ・ソーイング工程によって得られた複数のウエハの斜視図を提供する第２のフレームと、を含む図である。

【図2】４Ｈ－ＳｉＣなどの六方晶用の座標系を示す第１の斜視結晶面図である。

【図3】ｃ面と非平行な微斜面を示す、六方晶用の第２の斜視結晶面図である。

【図4A】微斜面ウエハのｃ面に対する配向を示す斜視ウエハ配向図である。

【図4B】インゴットの一部に重ね合わせた図４Ａの微斜面ウエハの簡略化した断面図である。

【図5】例示のＳｉＣウエハの上面平面図であり、重ね合わせた矢印は結晶方位の方向を示す。

【図6A】結晶材料のオンアクシス・インゴットの概略側方立面図である。

【図6B】４度回転させた図６Ａのインゴットの概略側方立面図であり、インゴットの端部を切断するための重ね合わせたパターンを伴う。

【図6C】ｃ方向に対して非垂直な端面を提供するように端部を除去した後の、インゴットの概略側方立面図である。

【図7】表面下ダメージを形成するために結晶材料の内部にレーザ放射を集束するように構成されている、可動レーザ・ツールの概略斜視図である。

【図8A】結晶材料内に表面下ダメージを形成するための、結晶材料に対する例示のレーザ・ツール移動経路を提供する図である。

【図8B】結晶材料の六方晶構造の［１１－２０］方向に対する表面下ダメージ線の配向を示す、重ね合わせた矢印を含む。

【図9】破砕後であるが平滑化前の、（ｃ軸に対して）オフアクシスまたは微斜面の４Ｈ－ＳｉＣ結晶の表面構造の概略斜視図であり、破砕した表面は台地部および段部を呈している。

【図10A-10D】レーザ放射をそれぞれ、ベア基板内に、担体によって支持された基板の表面を通して、担体および接着剤層を通して基板内へと、ならびに担体を通して基板内へと、集束させることによる、結晶材料の基板への表面下レーザ・ダメージの形成の概略断面図である。

【図11A】一実施形態に従って画成した分散させた第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む、結晶材料基板の上面平面図を提供する図であり、各ダメージ・パターンは、［１１－２０］方向に対して垂直な（およびプライマリ基板フラットに対して実質的に垂直な）複数の実質的に平行な線を含み、レーザ・ダメージ・パターンは組み合わされて複数の３線グループを形成しており、これらは各３線グループ中の隣り合う線の間の間隔を上回るグループ間間隔によって互いから分離されている。

【図11B】第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成後の、製作中の図１１Ａの結晶材料基板の概略上面平面図であり、第１の複数の実質的に平行な線から横方向外向きに伝播する、基板の内部の第１の複数のクラックが図示されている。

【図11C】第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後の第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成時の、図１１Ｂの結晶材料基板の上面平面図であり、第２の複数の実質的に平行な線から横方向外向きに伝播するが第１の複数のクラックには接触していない、基板の内部の第２の複数のクラックが図示されている。

【図11D】第１および第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンの後の第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成時の、図１１Ｃの結晶材料基板の上面平面図であり、第３の複数の実質的に平行な線から横方向外向きに伝播し第１の複数のクラックと第２の複数のクラックを接続している、基板の内部の第３の複数のクラックが図示されている。

【図12】図１１Ａに示す実施形態に類似した一実施形態に従って画成した分散させた第１から第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む、結晶材料基板の概略上面平面図であり、各ダメージ・パターンは、基板表面に沿った［１１－２０］方向に対する垂直方向に対して３度偏向した（かつプライマリ基板フラットに対して実質的に垂直な）複数の実質的に平行な線を含み、レーザ・ダメージ・パターンは組み合わされて複数の３線グループを形成しており、これらは各３線グループ中の隣り合う線の間の間隔を上回るグループ間間隔によって互いから分離されている。

【図13】分散させた第１から第４のレーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、全ての線が互いに平行であり、かつ基板表面に沿った［１１－２０］方向に対して垂直（かつプライマリ基板フラットに対して実質的に垂直）である。

【図14】一実施形態に従って画成した分散させた第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む、結晶材料基板の概略上面平面図であり、第１および第２の線のグループは各々互いに平行であり、かつ基板表面に沿った［１１－２０］方向に対して垂直（かつプライマリ基板フラットに対して実質的に垂直）であり、第３の線のグループは第１および第２の線のグループと非平行だが、第１および第２の線のグループの線とは基板内で交差しない。

【図15】一実施形態に従って画成した分散させた第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む、結晶材料基板の概略上面平面図であり、第１および第２の線のグループは各々互いに平行であり、かつ基板表面に沿った［１１－２０］方向に対して垂直な方向から３度偏向し（かつプライマリ基板フラットに対して実質的に垂直であり）、第３の線のグループはプライマリ基板フラットに対して垂直だが、第１および第２の線のグループの線とは基板内で交差しない。

【図16】一実施形態に従って画成した分散させた第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、全てのレーザ・ダメージ線が互いに平行であり、レーザ・ダメージ線のグループ間間隔は基板の少なくとも一部において均一ではない。

【図17】一実施形態に従って画成した分散させた第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、全てのレーザ・ダメージ線が互いに平行であり、レーザ・ダメージ線はグループ内間隔、グループ間間隔、およびグループ構成においてばらつきを呈する。

【図18】一実施形態に従って画成した連続的に形成された第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、レーザ・ダメージ線の第１および第２のグループは互いに平行だが、レーザ・ダメージ線の第３のグループはレーザ・ダメージ線の第１および第２のグループと非平行であり、これらと交差している。

【図19】連続的に形成された第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、レーザ・ダメージ線の各グループは平行線を含み、レーザ・ダメージ線の各グループはレーザ・ダメージ線の他の各グループと非平行である。

【図20A】レーザ・ダメージ領域が形成され得る重なり合わない第１、第２、および第３のエリアを示す、結晶材料基板の上面平面図である。

【図20B】第１のエリアから第３のエリア内に第１の複数の表面下レーザ・ダメージ領域を形成した後の、図２０Ａの結晶材料基板の上面平面図である。

【図20C】第１のエリアから第３のエリア内に第２の複数の表面下レーザ・ダメージ領域を形成した後の、図２０Ｂの結晶材料基板の上面平面図である。

【図20D】第１のエリアから第３のエリア内に第３の複数の表面下レーザ・ダメージ領域を形成した後の、図２０Ｃの結晶材料基板の上面平面図である。

【図21】１つまたは複数のレーザを用いて表面下レーザ・ダメージが形成され得る４つの基板を保持するように配置されている、レーザ加工装置のホルダの概略上面平面図である。

【図22A】基板の２つの部分において第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンに従う表面下レーザ・ダメージを同時に形成するように、分割したレーザ・ビームで加工中の、単一の基板の概略上面平面図である。

【図22B】両方の基板において第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンに従う表面下レーザ・ダメージを同時に形成するように、分割したレーザ・ビームで加工中の、２つの基板の概略上面平面図である。

【図23A】第１の深さを中心とした第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む、結晶材料基板の概略断面図である。

【図23B】第２の深さを中心とし第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと位置合わせされている第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成後の、図２３Ａの基板の概略断面図であり、第１および第２のダメージ・パターンの垂直方向の伸びが重なり合っている。

【図24A】本明細書に記載する方法に係る、熱可塑性接着剤で接合されたサファイア担体から分離した後の、ＳｉＣウエハの斜視した写真である。

【図24B】図２４ＡのＳｉＣウエハが分離されている、サファイア担体の斜視した写真である。

【図24C】図２４ＡのＳｉＣウエハ写真の、ウエハの中央ドーピング・リングと外側環状部分の間のコントラストを強調するために色調を部分的に反転させたバージョンである。

【図24D】ウエハの中央ドーピング・リングと外側環状部分の間の境界を示すように点線の長円で注記した、図２４Ｃの画像である。

【図25】種結晶上で成長させたＳｉＣインゴットの側方概略断面図であり、種結晶からインゴットの中心部分に沿ってその全厚さにわたって上向きに延在する、円筒形状のドーピング領域を示す。

【図26】図２５のＳｉＣインゴットからその図示された薄い断面部分に沿って得られた、ＳｉＣウエハの概略上面図である。

【図27】種結晶上で成長させたＳｉＣインゴットの側方概略断面図であり、種結晶からインゴットの中心部分に沿ってその全厚さにわたって上向きに延在する、円錐台形状のドーピング領域を示す。

【図28】微斜面（例えば、オフカット）種結晶上で成長させたＳｉＣインゴットの側方概略断面図であり、種結晶から種結晶の中心から外れた点において上向きにインゴットの全厚さにわたって上向きに延在する、円錐台形状のドーピング領域を示す。

【図29】表面下レーザ・ダメージの形成および続く分離を含む工程によってインゴットから分離されたＳｉＣウエハのＳｉ面の、斜視した写真であり、嵌め込み部分（右上）には、続く走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像に描写されているエッジを含む、ＳｉＣウエハの断片が描写されている。

【図30A】１５度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の４５倍拡大ＳＥＭ画像であり、重ね合わせた矢印は、［１－１００］および［１１－２０］結晶面の方向を示す。

【図30B】１５度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の１，３００倍拡大ＳＥＭ画像である。

【図30C】１５度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の３５０倍拡大ＳＥＭ画像である。

【図30D】２度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の１００倍拡大ＳＥＭ画像である。

【図30E】２度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の１，０００倍拡大ＳＥＭ画像である。

【図31A】図２９のＳｉＣウエハの小さい中心部分の共焦点レーザ走査顕微鏡画像であり、重ね合わせた十字線によって、レーザ走査によって形成された「トレンチ」の位置がマーキングされている。

【図31B】図３１ＡのＳｉＣウエハの一部の表面プロファイルのプロットである。

【図32A】図２９のＳｉＣウエハの（撮影時点の）頂部に近接したより大きい部分の共焦点レーザ走査顕微鏡画像であり、重ね合わせた十字線によって、レーザ走査によって形成された「トレンチ」の位置がマーキングされている。

【図32B】図３２ＡのＳｉＣウエハの頂部に近接した部分の表面プロファイルのプロットである。

【図33A】図２９のＳｉＣウエハの（撮影時点の）底部に近接したより大きい部分の共焦点レーザ走査顕微鏡画像であり、重ね合わせた十字線によって、レーザ走査によって形成された「トレンチ」の位置がマーキングされている。

【図33B】図３３ＡのＳｉＣウエハの底部に近接した部分の表面プロファイルのプロットである。

【図34A】表面に接着材料が結合されている丈夫な担体の側方概略断面図である。

【図34B】接着材料リップに近接した表面下レーザ・ダメージ領域を有する結晶材料基板に結合されている、図３４Ａの丈夫な担体および接着材料を含む組立体の概略断面図である。

【図34C】図３４Ｂの組立体の概略断面図であり、丈夫な担体の表面は水冷チャックの形態の冷却装置上に位置付けられている。

【図34D】表面下レーザ・ダメージ領域に沿った結晶材料の破砕後の、丈夫な担体と基板から除去した結晶材料の部分とを含む、（水冷チャックの上にある）接合された組立体から分離された結晶材料基板の大部分の概略断面図である。

【図34E】上側に面する表面に沿って残留レーザ・ダメージがある、水冷チャックから取り外した後の図３４Ｄの接合された組立体の概略断面図である。

【図34F】加熱した真空チャックによって支持された、結晶材料の一部の概略断面図であり、丈夫な担体および接着材料は、接着材料の熱軟化および解放の後で、結晶材料部分から離れる方へと横方向に並進されている。

【図35】剛性担体に接合された表面下レーザ・ダメージのある結晶材料の概略断面図であり、結晶材料および担体は超音波発生器の液槽内に配置されている。

【図36A-36C】担体の少なくとも一部に曲げモーメントを付与するために担体の一方のエッジに近接して機械的な力を適用することを含む、表面下レーザ・ダメージのある結晶材料を破砕するためのステップを説明する概略断面図である。

【図37A-37O】デバイス・ウエハ分割工程のステップを説明する概略断面図であり、これらに従って、結晶材料から厚いウエハを破砕し、厚いウエハ上で少なくとも１つのエピタキシャル層を成長させ、厚いウエハを破砕して担体と厚いウエハから分けられた薄いウエハとを各々含む第１および第２の接合された組立体を形成し、第１の接合された組立体は、動作可能な半導体ベースのデバイスの一部として少なくとも１つのエピタキシャル層を含む。

【図38】表面下レーザ・ダメージを作り出し、剛性担体を結晶（例えば、ＳｉＣ）材料のインゴットに接合し、その後に担体と結晶材料の一部とを含む接合された組立体をレーザで切り分け、その後に接合された組立体を更に加工し、デバイス・ウエハ上にエピタキシャル層を形成し、インゴットおよび剛性担体を工程の始めに戻すための各ステップを、概略的に説明するフローチャートである。

【図39】表面下レーザ・ダメージを示す図３８の結晶材料基板の一部の概略断面図であり、重ね合わせた点線によって、レーザ・ダメージおよび続く表面加工（例えば、研削および平面化）に起因し得る、予期されるカーフ・ロス材料領域が識別されている。

【図40】レーザ加工ステーションと、材料破砕ステーションと、並列に配置された複数の粗研削ステーションと、精密研削ステーションと、ＣＭＰステーションと、を含む、一実施形態に係る材料加工装置の概略図である。

【図41】図４０の実施形態と類似しているがエッジ研削ステーションが精密研削ステーションと粗研削ステーションの間に配置されている一実施形態に係る、材料加工装置の概略図である。

【図42】レーザ加工ステーションと、材料破砕ステーションと、並列に配置された複数の粗研削ステーションと、精密研削ステーションと、表面コーティング・ステーションと、エッジ研削ステーションと、コーティング除去ステーションと、ＣＭＰステーションと、を含む、一実施形態に係る材料加工装置の概略図である。

【図43A】一実施形態に係る、側壁に対して非垂直な端面を有するインゴットを保持するための第１の装置の概略側方断面図である。

【図43B】一実施形態に係る、側壁に対して非垂直な端面を有するインゴットを保持するための第２の装置の概略側方断面図である。

【図44】入来水平ビームをレンズで集束して、レンズの焦点距離に相当する下流位置において最小幅を有するビーム・ウエスト・パターンを有する出射ビームを形成する、従来のレーザ集束装置の概略側方断面図である。

【図45】結晶材料内でビーム・ウエストを呈する垂直に配向された集束レーザ・ビームの概略側方断面図であり、ビーム・ウエストに対して異なる垂直位置にある分解閾値点が図示されている。

【図46A】レーザ出力対ＳｉＣインゴットから得られたウエハの連続的なウエハ識別のプロットであり、レーザ出力の増大をウエハ識別番号とともに示す。

【図46B】レーザ出力対ＳｉＣインゴットから得られたウエハの連続的なウエハ識別のプロットであり、レーザ出力の増大をウエハ識別番号とともに示す。

【図46C】レーザ出力対ＳｉＣインゴットから得られたウエハの連続的なウエハ識別のプロットであり、レーザ出力の増大をウエハ識別番号とともに示す。

【図47】抵抗率（Ｏｈｍ－ｃｍ）対ＳｉＣインゴットから作り出された５０個のウエハのスライス番号のプロットであり、重ね合わせた多項式フィットは抵抗率がスライス番号とともに低下することを示しており、スライス番号が大きいほど、インゴットを（例えば物理的気相輸送（ＰＶＴ）工程を介して）成長させる元となった種結晶に近いことを表す。

【図48】レーザ出力（ワット）対図４７のＳｉＣインゴットから作り出されたウエハの抵抗率のプロットであり、重ね合わせた多項式フィットは、抵抗率値が大きくなるほど達成に必要なレーザ出力が小さくなることを示している。

【図49A】レーザ加工ステーション内で基板に近接して配置される散乱光源および撮像デバイスの概略側方断面図である。

【図49B】レーザ加工ステーション内で基板に近接して配置される散乱光源および撮像デバイスの上面平面図である。

【図50A】表面下レーザ・ダメージのある結晶ＳｉＣ基板の頂面の画像であり、色の異なる領域と、基板内のクラックのない領域に対応する不規則な形状の暗色領域とを示す。

【図50B】図５０Ａの基板の頂面の色の異なる領域同士の間の境界に実質的に対応する点線領域内に、図５０Ａの不規則な形状の暗色領域を示す、基板表現の概略図である。

【図50C】個々の領域の周囲に矩形のボックスを追加した、図５０Ａ～図５０Ｂの不規則な形状の暗色領域の拡大図である。

【図51】レーザと、少なくとも１つの並進ステージと、基板の頂面を照射するように構成されている散乱光源と、基板の頂面の少なくとも１つの画像を生成するように構成されている撮像デバイスと、を含む、レーザ加工ステーションを含む、一実施形態に係る材料加工装置の概略図である。

【図52】第１の結晶材料加工方法のステップを説明するフローチャートであり、この方法は、表面下レーザ・ダメージのある基板の頂面の画像を生成することと、１つまたは複数のクラックのない領域を示す条件の存在を特定するために画像を分析することと、クラックのない領域の１つまたは複数の特性を第１および第２の閾値と比較することと、基板から基板部分（例えば、ウエハ）を作り出す信頼性を高めるために、比較に応答して処置（すなわち、（Ａ）補助的なレーザ・ダメージを形成するために、任意選択的に１つもしくは複数のレーザ・パラメータを調節して、実質的に同じ深さ位置で追加のレーザ行程を実行すること、ならびに／または（Ｂ）第２のおよび次の深さ位置で表面下レーザ・ダメージを形成するために、１つもしくは複数のレーザ・パラメータを調節すること）を行うことと、を含む。

【図53】第２の結晶材料加工方法のステップを説明するフローチャートであり、この方法は、表面下レーザ・ダメージのある基板の頂面の画像を生成することと、１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性を定量化するために画像を分析することと、頂部面積特性を第１および第２の閾値面積特性と比較することと、基板から基板部分（例えば、ウエハ）を作り出す信頼性を高めるために、比較に応答して処置（すなわち、同じ深さ位置で追加のレーザ行程を実行すること、および／または、次の深さ位置における表面下レーザ・ダメージ用の出力を調節すること）を行うことと、を含む。

【図54】本明細書で開示するシステムまたは方法の任意の構成要素に含めることのできるコンピュータ・システムの、一般化した表現の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

本開示は結晶材料基板を加工するための方法と材料加工装置とに関するものであり、様々な態様をとる。結晶材料加工方法は、表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する基板内部におけるクラックの形成を促進するために、結晶材料の第１の平均深さ位置にあるエリアに表面下レーザ・ダメージ部位を生成することと、基板頂面を撮像することと、基板内のクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために画像を分析することと、分析することに応答して（例えば、適切な条件の達成時に）、１つまたは複数の処置を行うことと、を含む。１つの考えられる処置には、基板（例えば、第１のウエハ）の第１の厚さ低減部分を形成する目的で、クラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するために、第１の平均深さ位置に補助的な表面下レーザ・ダメージを形成することが含まれる。考えられる別の処置には、第１の平均深さ位置に追加のダメージを必ずしも形成することなく、（基板の第２のおよび任意の厚さ低減部分を形成するために、第２のまたは次の平均深さ位置において）次のレーザ・ダメージ形成を実行させるための命令セットを変更することが含まれる。レーザ・ダメージによって、厚さを小さくした複数の基板部分を生じさせるための基板の次の破砕が容易になる。

【0047】

特定の実施形態では、分析することは、基板の内部における１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性を定量化し、頂部面積特性を少なくとも１つの所定の閾値面積特性と比較することを含む。特定の実施形態では、第１の閾値面積特性を超える場合には、次のレーザ・ダメージ形成ステップ（すなわち、第２のおよび次の厚さを低減した基板部分を形成するための、第２のまたは次の平均深さ位置での）において、平均レーザ出力を漸増的に大きくし、このとき必ずしも第１の平均深さ位置での追加のダメージの形成は伴わない。レーザ出力を上げる代わりにまたはこれに加えて、続く第２のレーザ・ダメージ形成ステップを実行するための命令セットにおいて、頂面に対するレーザ集束深さを変更してもよく、および／または、いくつかのレーザ・ダメージ形成行程を変更してもよい。より大きい第２の閾値面積特性を超える（クラックのない領域が破砕を妨げるほどに大きい可能性のあることを示唆している）場合には、基板の厚さ低減部分を形成する目的で、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助し第１の平均深さ位置に沿ったまたは近接したクラックのない領域における追加のクラックの形成を促進するために、補助的な表面下レーザ・ダメージが、第１の平均深さ位置に形成される。この補助的なダメージは、レーザ加工ステーションから基板が取り出される前に形成することができ、このことにより基板の余分な取り外しおよび再取り付けのステップが回避されて、レーザ加工ステーションのスループットが向上する。

【0048】

追加の態様では、本開示は、結晶材料の基板を加工するように構成されているレーザ加工ステーションを備える、材料加工装置に関し、レーザ加工ステーションは、基板の内部に表面下レーザ・ダメージ領域を形成するように構成されているレーザと、レーザと基板の間で相対移動を実行させるように構成されている少なくとも１つの並進ステージと、基板の頂面を照射するように構成されている散乱光源であって、散乱光源は、基板の第１の横方向側に位置付けられるように配置されている、散乱光源と、基板の頂面の少なくとも１つの画像を生成するように構成されている撮像デバイスと、を備え、撮像デバイスは、第１の横方向側の反対側の基板の第２の横方向側に位置付けられるように構成されている。そのような装置は、基板内部の表面下レーザ・ダメージに隣接するクラックのない領域をその表面において、基板の頂面上の暗色の（例えば、黒色またはほぼ黒色の）スポットとして可視にする。そのような装置はまた、表面下レーザ・ダメージ・エリア間のクラック発生の程度が異なる領域が基板の頂面において呈する色を、異ならせる。暗色スポットは通常、最初にファセットのエリア（ドーピング・リングに対応する）内に現れるので、特定の実施形態では、ファセットのエリアを区別できる。

【0049】

既に述べたように、ＳｉＣインゴットなどの厚い基板内でおよびまた同じ組成の異なるインゴット間で、材料特性および／または光学特性のばらつきがあるため、不要な材料損失を回避しながら、レーザ加工によって均一な厚さのウエハを容易にかつ再現可能に製作することは、困難である。出願人は、ウエハがＳｉＣインゴットから表面下レーザ・ダメージの形成および続く破砕によって連続的に形成されるとき、首尾のよい破砕を可能にするためには、深さ位置でダメージ形成が進むにつれてレーザ出力を上げる必要のあることを見出した。（繰り返しになるが、ＳｉＣインゴットから複数のウエハを形成するときに、種結晶から遠位にある初期のウエハは、低めの平均レーザ出力で作り出されたレーザ・ダメージの形成後に首尾よく切り分けできるが、切り分けられるウエハの成長位置が種結晶に近付くにつれて、次のウエハを切り分けるために使用されるレーザ・ダメージには、次第により高いレーザ出力レベルが必要になる）。この挙動は主としてバルク光吸収の変化によって促進されると考えられているが、結晶格子における他の変化によっても影響される場合がある。この問題に対する１つの理論上の解決法として考えられるのは、表面下ダメージを形成するときに、各連続的な深さ位置において単純に高いレーザ出力を使用することであるが、この場合、インゴットにおいて「早期に（ｅａｒｌｙ）」（例えば、種結晶から遠位の最初のいくつかの深さ位置で）ダメージが作り出されるときに、不要な材料損失が生じることになると考えられ、また更に、ダメージ深さおよび（ビーム集束光学系の焦点距離の結果としての）レーザ・ビーム・ウエストを基準とした分解の到達点の両方の変動性に起因して、ウエハごとの厚さの開きが顕著に大きくなると考えられる。ウエハ厚さを常時調節しようとするのは現実的でないばかりか、レーザ分離工程によって作り出された粗い表面がもたらす測定の不正確さに起因して、およびレーザ深さと必要なレーザ出力の間の関係に起因して、正確さも欠く。

【0050】

上記した方法および装置（具体的な実施形態が図４５から図５１と関連させて記載されている）の詳細な特徴を詳述する前に、結晶材料基板を加工するための装置および方法を紹介する。

【0051】

［専門用語および定義］
第１の、第２の、などの用語が、本明細書において様々な要素を記述するために使用される場合があるが、これらの要素は、それらの用語によって限定されるものではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶこともでき、同様に第２の要素を第１の要素と呼ぶこともできる。本明細書で使用する場合、用語「および／または」は、関連する列挙された事物のうちの１つ以上の、ありとあらゆる組合せを含む。

【0052】

ある要素、例えば層、領域、または基板が、別の要素の「上に」存在するまたは「上へと」延在すると言及される場合、その要素はその別の要素上に直接存在するもしくはその別の要素上へと直接延在するか、または介在要素が存在してもよいことが、理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素「上に直接」存在するまたは別の要素「上へと直接」延在すると言及される場合は、介在する要素は存在しない。この場合も、ある要素、例えば層、領域、または基板が、別の要素の「上に」存在するまたは「上に」延在すると言及される場合、その要素はその別の要素上に直接存在もしくは直接延在し得るか、または介在要素が存在してもよいことが、理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素「上に直接」存在するまたは別の要素「上に直接」延在すると言及される場合は、介在要素は存在しない。また、ある要素が別の要素に「接続されている」または「結合されている」と言及される場合、そのある要素はその別の要素に直接接続もしくは結合され得るか、または介在要素が存在してもよいことも、理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続されている」または「直接結合されている」と言及される場合は、介在要素は存在しない。

【0053】

本明細書では、図に示すようなある要素、層、または領域と別の要素、層、または領域との関係を説明するために、「下方の」または「上方の」または「上側の」または「下側の」または「水平方向の」または「垂直方向の」などの相対的な用語が使用され得る。これらの用語および上で考察した用語は、図に描写されている配向の他にもデバイスの様々な配向を包含するように意図されていることが理解されよう。

【0054】

本明細書で用いられる専門用語は、特定の実施形態について記載することだけを目的としており、本開示を限定するものとなることを意図していない。本明細書で使用する場合、単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上そうでないことが明確に示されていない限り、複数形も含むことを意図している。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で使用するとき、言及された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないことが、更に理解されよう。

【0055】

別様に定義されていない限り、本明細書で使用する全ての用語（技術および／または科学用語を含む）は、本開示が属する技術の当業者が一般に理解するものと同じ意味を有する。本明細書で使用する用語は、本明細書および関連技術の文脈におけるその意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈するべきであり、本明細書において明示的にそうであると定義しない限りは、理想化されたまたは過度に形式ばった意味に解釈されるものではないことが、更に理解されよう。

【0056】

本明細書で使用する場合、「基板」とは、基板と実質的に同じ横方向寸法（例えば、直径、または長さおよび幅）を有する少なくとも２つのより薄い部分に分割可能であり、（ｉ）１つまたは複数の半導体材料層のエピタキシャル成長をサポートするべく表面加工（例えば、ラッピングおよび研磨）するのに、および任意選択的に（ｉｉ）剛性担体から分離されたときに自立するのに、十分な厚さを有する、単結晶半導体材料などの結晶材料を指し、インゴットまたはウエハを任意選択的に含む。特定の実施形態では、基板は、略円筒形状を有し得る、かつ／または、以下の厚さのうちの少なくとも１つもしくは複数とほぼ同じ厚さを有し得る：３００μｍ、３５０μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、またはそれ以上。特定の実施形態では、基板は、２つのより薄いウエハへと分割可能なより厚いウエハを含み得る。特定の実施形態では、基板は、複数の電気的に動作するデバイスを有するデバイス・ウエハの一部としての（任意選択的に１つまたは複数の金属コンタクトと連携した）１つまたは複数のエピタキシャル層が上に配置された、より厚いウエハの一部であり得る。デバイス・ウエハは本開示の態様に従って、より薄いデバイス・ウエハと、（任意選択的に１つまたは複数の金属コンタクトと連携した）１つまたは複数のエピタキシャル層が続けて上に形成され得る、第２のより薄いウエハと、が得られるように分割され得る。特定の実施形態では、基板は１５０ｍｍ以上、または２００ｍｍ以上の直径を備え得る。特定の実施形態では、基板は、直径が１５０ｍｍ、２００ｍｍ、またはこれより大きく、厚さが１００から１０００ミクロンの範囲内、もしくは１００から８００ミクロンの範囲内、もしくは１００から６００ミクロンの範囲内、もしくは１５０から５００ミクロンの範囲内、もしくは１５０から４００ミクロンの範囲内、もしくは２００から５００ミクロンの範囲内、もしくは任意の他の厚さ範囲内にあるか、または本明細書で指定する任意の他の厚さ値を有する、４Ｈ－ＳｉＣを含み得る。

【0057】

用語「第１の平均深さ位置」、「第２の平均深さ位置」、および「次の平均深さ位置」は、本明細書で使用する場合、基板の厚さ低減部分を形成するための、基板の最初の頂面から測定した基板内の深さ位置（例えば、水平面）を指す。例えば、第１の平均深さ位置は、インゴットから第１のウエハを形成するための表面下レーザ・ダメージ位置に相当し得、第２の平均深さ位置は、インゴットから第２のウエハを形成するための表面下レーザ・ダメージ位置に相当し得、以下同様である。特定の実施形態では、基板から得られた各厚さ低減部分は、同じまたは実質的に同じ厚さを有する。用語「平均深さ位置」が深さ位置の代わりに使用されるが、これは、特定の実施形態において、基板（例えば、１枚のウエハ）の単一の厚さ低減部分の形成を目的としたレーザ・ダメージ・パターンを形成するための行程同士の間で、または更には単一の行程内で、レーザ集束深さに小さい差が生じる場合があるという事実が認識されているからであり、そのような小さい差は、１から１０ミクロン、または２から８ミクロン、または２から６ミクロンの範囲内にあるのが好ましい。これは、第１の平均深さ位置と第２の平均深さ位置の間の、典型的には少なくとも１００ミクロン（または少なくとも１５０ミクロン、２００ミクロン、３００ミクロン、４００ミクロン、５００ミクロン、またはそれ以上）の範囲内のはるかに大きい差とは、区別されるべきである。

【0058】

以下に記載する実施形態は、当業者が実施形態を実施するのを可能にするために必要な情報を表し、実施形態を実施する最良の形態を示す。以下の説明を添付の図面に照らして読めば、当業者は本開示の概念を理解し、これらの概念の本明細書で詳しく扱っていない用途を認識するであろう。これらの概念および用途は本開示および添付の特許請求の範囲の範囲内にあることが理解されるべきである。

【0059】

［材料］
本明細書で開示する方法は、様々な単結晶および多結晶の両方の様々な結晶材料の基板に適用することができる。特定の実施形態では、本明細書で開示する方法は、立方晶、六方晶、および他の結晶構造を利用することができ、オンアクシスおよびオフアクシスの結晶方位を有する結晶材料を対象とし得る。特定の実施形態では、本明細書で開示する方法を、半導体材料および／または広バンドギャップ材料に適用することができる。例示の材料としては、限定するものではないが、Ｓｉ、ＧａＡｓ、およびダイヤモンドが挙げられる。特定の実施形態では、そのような方法は、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳＩＣ、または第ＩＩＩ族窒化物材料（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、またはＡｌＩｎＧａＮ）などの、六方晶構造を有する単結晶半導体材料を利用し得る。本明細書で以下に記載する様々な例示的な実施形態では、一般的にＳｉＣについてまたは特定的に４Ｈ－ＳｉＣについて述べるが、任意の好適な結晶材料を使用できることが諒解されよう。様々なＳｉＣポリタイプの中で、４Ｈ－ＳｉＣポリタイプはその高い熱伝導率、広バンドギャップ、および等方性の電子移動度に起因して、特にパワー・エレクトロニクス・デバイスにとって魅力的である。バルクＳｉＣの成長は、オンアクシスで（すなわち、そのｃ面からの意図的な角度の偏向を有さず、非ドープまたは半絶縁性材料を形成するのに好適である）、または、オフアクシスで（典型的にはｃ軸などの成長軸から、典型的には０．５から１０度までの範囲（または２から６度などのその下位範囲もしくは別の下位範囲）内の非ゼロの角度で離れていくものであり、これはＮドープされたまたは高導電性の材料を形成するのに好適であり得る）、行うことができる。本明細書で開示する実施形態は、オンアクシスおよびオフアクシスの結晶材料、ならびに、ドープされたおよび意図せずドープされた結晶半導体材料に適用可能である。ドープ半導体材料（例えば、ＮドープされたＳｉＣ）はある程度の赤外線吸収を呈し、したがって表面下レーザ・ダメージを付与するために非ドープ材料よりも高いレーザ出力の使用を必要とする。特定の実施形態では、結晶材料には単結晶材料を含めてもよく、単結晶半導体材料を更に含めてもよい。本明細書で開示する特定の実施形態は、オンアクシス４Ｈ－ＳｉＣ、あるいは、１から１０度までのもしくは２から６度までの範囲内のまたは約４度のオフカットを有する微斜面（オフアクシス）４Ｈ－ＳｉＣを利用できる。

【0060】

本明細書の特定の実施形態では、ＳｉＣインゴット（ブールとしても知られる）などのドープまたは非ドープＳｉＣの基板を使用することができ、これらは物理的気相輸送（ＰＶＴ）または他の従来のインゴット製作方法によって成長させることができる。ドープＳｉＣが使用される場合、そのようなドーピングによってＳｉＣの特性はＮ型または半絶縁性となる。特定の実施形態では、Ｎ型ＳｉＣインゴットは窒素で意図的にドープされる。特定の実施形態では、Ｎ型ＳｉＣインゴットは、０．０１５から０．０２８Ｏｈｍ－ｃｍの範囲内の抵抗率値を含む。特定の実施形態では、ＳｉＣインゴットは垂直位置とともに変化する抵抗率値を有する場合があり、この場合異なる基板部分（例えば、ウエハ）は異なる抵抗率値を有するが、これはインゴット成長中のバルク・ドーピング・レベルのばらつきに起因し得る。特定の実施形態では、ＳｉＣインゴットは、インゴットの中心に近接したより高いドーピング領域からその横方向のエッジに近接したより低いドーピング・レベルへと、水平方向に変化するドーピング・レベルを有し得る。水平および垂直位置に対するインゴットのドーピングおよび抵抗率のばらつきのために、基板（例えば、インゴット）の様々な厚さ低減部分（例えば、ウエハ）を形成するためにおよび／または基板の単一の厚さ低減部分の形成中に、レーザ・ダメージ形成パラメータを調節する必要のある場合がある。特定の実施形態では、抵抗率はインゴットの露出した表面に近接して最も大きく、成長種に近接して最も低い。抵抗率の低下は、ドーピングの増加およびレーザ吸収の増加に対応している。

【0061】

図６Ａおよび図６Ｃは、本明細書で開示する方法とともに使用され得る、インゴットの形態のオンアクシス結晶基板およびオフアクシス結晶基板を概略的に示す。図６Ａは、ｃ方向（すなわち、４Ｈ－ＳｉＣなどの六方晶構造材料の［０００１］方向）に対して垂直な第１の端面１６と第２の端面１７とを有する、結晶材料のオンアクシス・インゴット１５の概略側方立面図である。図６Ｂは、４度回転させた図６Ａのインゴット１５の概略側方立面図であり、端面１６，１７に近接したインゴット１５の端部を切断および除去するための（点線で示す）重ね合わせたパターン１８を伴う。図６Ｃは、ｃ方向に対して非垂直な新しい端面１６Ａ、１７Ａを提供するように端部を除去した後の、図６Ｂのインゴット１５から形成されたオフアクシス・インゴット１５Ａの概略側方立面図である。表面下レーザ・ダメージを形成するために第１の深さのレーザ放射がインゴット１５の端面１６を通して供給される場合、端面１６には担体（図示せず）が結合され、インゴット１５は表面下レーザ・ダメージに沿って破砕され、その後オンアクシス・ウエハが形成され得る。逆に、表面下レーザ・ダメージを形成するために第１の深さのレーザ放射がオフアクシス・インゴット１５Ａの端面１６Ａを通して供給される場合、端面１６Ａには担体（図示せず）が結合され、インゴット１５Ａは表面下レーザ・ダメージに沿って破砕され、その後オフアクシス・ウエハが形成され得る。

【0062】

［表面下レーザ・ダメージ形成］
結晶材料基板を加工して表面下レーザ・ダメージの複数のパターンを形成することによって、厚さが低減された基板の第１および第２の結晶材料部分を生み出すための、基板の続く破砕が容易になる。特定の方法は、複数の表面下レーザ・ダメージ・パターンの複数の実質的に平行な線の連続的に形成された複数の群をそれぞれ分散させることを含み、第２の（例えば、次に形成される）複数の線の少なくともいくつかの線は、第１の複数の線の線と交差しない。特定の方法は、結晶材料の基板に別の複数の実質的に平行な線を各々含む最初のおよび次の表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成することを含み、最初のおよび次の複数の実質的に平行な線の線は互いと非平行であり、次の複数の実質的に平行な線の線の角度方向の最初の複数の実質的に平行な線の線の角度方向からの差は１０度以下であり、次の複数の実質的に平行な線のうちの少なくともいくつかの線は、最初の複数の実質的に平行な線の線のいずれともと交差しない。特定の方法は、基板の結晶材料の内部の最初の深さを実質的に中心とした最初の表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成と、基板内の（最初の深さとは異なる）次の深さを実質的に中心とした次の表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成と、を含み、次の表面下レーザ・ダメージ・パターンは最初の表面下レーザ・ダメージ・パターンと実質的に位置合わせされ、最初のおよび表面下のレーザ・ダメージ・パターンの少なくとも一部の垂直方向の伸びが重なり合う。

【0063】

結晶材料にわたって分配された、分散させた、または交互配置された表面下レーザ・ダメージ・パターンの連続的な形成は、穏当な材料損傷とこれに応じた低いカーフ・ロスとに関連したレーザ・ツールの高いスループットを可能にしながら、本明細書の方法を使用した続く材料破砕を促進するのに十分な応力を、結晶材料内に有益に維持するものと考えられている。レーザ・ダメージ線に沿った破砕を促進するためには、高いレーザ出力を使用し結晶材料のほぼ全体を走査するのが原理的に簡単であろう。そのような手法はバルク基板（例えば、インゴット）から結晶材料の薄層を確実に分離することができるが、高いレーザ出力によって材料ダメージが増大し、ダメージを除去するためにかなりの表面加工（例えば、研削および平面化）が必要になる傾向がある。レーザ・ダメージ線間の密な間隔は破砕の促進を助けることになるが、レーザ加工ツールのスループットを大きく下げるという犠牲を伴う。表面下レーザ・ダメージを形成するための従来の手法には、表面下レーザ・ダメージ線を結晶材料にわたって前進方向に形成し、次に材料とレーザの間で横方向の相対的インデクシングを行い、次に後退方向に表面下レーザ・ダメージ線を形成し、次に同じ横方向に横方向インデクシングを行い、以下同様とすることが含まれている。そのような手法は一般により高いレーザ出力または連続的に形成されたレーザ・ダメージ線間のより密な間隔を必要とするが、これはスループットを低減するまたはより程度の大きいダメージを付与する傾向を有するものであり、このことにより、レーザ・ダメージを除去するためにレーザ加工される表面から追加の材料を除去する必要があることに起因して、カーフ・ロスが増大する。この従来の手法は、（例えば、基板の複数の重なり合わないエリアにわたる第１の複数のレーザ・ダメージ領域の形成を含む）第１の分配された表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成およびそれに続く（例えば、基板の同じ複数の重なり合わないエリアにわたる第２の複数のレーザ・ダメージ領域の形成を含む）第２の分配された表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成を含まず、第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの間に交互配置または分散されている。

【0064】

様々な本明細書で開示する実施形態は、レーザ・ツールの高いスループットを可能にし低いカーフ・ロスを実現しながら、過度に高いレーザ出力を伴わずに基板からの結晶材料の薄層（例えば、ウエハ）の確実な分離を促進するという関心事に対処する。本明細書の特定の実施形態は、結晶材料基板に（例えば、基板の複数の重なり合わないエリアの各エリアにわたって）、最初の分配された表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成することと、次いで、同じ基板に（例えば、同じ複数の重なり合わないエリアの各エリアにわたって）、少なくとも１つの次の分配された表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成することと、を含み、少なくとも１つの次のレーザ・ダメージ・パターンの少なくとも一部（例えば、線）は、最初のレーザ・ダメージ・パターンのレーザ・ダメージ線間の間隙内に配置され、このことにより分散させたまたは交互配置された表面下レーザ・ダメージ・パターンを提供する。特定の実施形態では、少なくとも１つの次に形成されたレーザ・ダメージ・パターンの少なくともいくつかの（または全ての）レーザ・ダメージ線は、最初の表面下レーザ・ダメージ・パターンのレーザ・ダメージ線と交差しない。レーザ・ダメージ・パターンが交差しないことによって、局所化された応力の拡散が有益に回避され得ると考えられている。特定の実施形態では、第１および第２の分散させた表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成が、それらの間の局所化された表面下クラックの伝播を防止するような様式で行われるが、第３の（または次の）分散させた表面下レーザ・ダメージ・パターンの適用によって、局所化された表面下クラックが結晶材料基板の内部平面全体にわたって実質的に連続した様式で伝播および結合し、このことにより、本明細書で開示する技法を使用するレーザ・ダメージ領域に沿った続く破砕が促進される。本明細書に記載する方法に従う分散させた表面下レーザ・ダメージの形成は、除去すべき層あたりのより少ない数のレーザ・ダメージ線で、基板からの結晶材料の薄層の確実な分離を可能にし、（低いカーフ・ロスを可能にする）低レベルのレーザ・ダメージを実現しながら、レーザ・ツールのスループットの増加を有益に実現することが確認されている。

【0065】

様々な実施形態で、基板の結晶構造を基準として配向される線を含むレーザ表面下ダメージに言及する。特定の実施形態では、基板は六方晶構造を有する結晶材料を含み、レーザ・ダメージ線は、六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対して垂直に、またはこれに対する垂直方向から±５度以内に、かつ、基板の表面と平行または実質的に平行（例えば、そこから±５度、±３度、または±１度以内）に配向される。従来の４Ｈ－ＳｉＣウエハ上のプライマリ・フラットは、六方晶構造の＜１１－２０＞方向と平行に配向されるよう意図されているが、プライマリ・フラットは製造におけるばらつきに起因して、そのような方向と真に平行ではない場合がある。様々なＳｉＣウエハ製造者が、六方晶構造の＜１１－２０＞方向と平行な方向から±５度であるプライマリ・フラットの配向に関する、公開された仕様を提供している。したがって、表面下レーザ・ダメージの形成にとって適切なレーザの配向を決定するためには、ウエハ・フラットのアライメントよりもむしろＸ線回折（ＸＲＤ）データを使用するのが好ましい。

【0066】

当技術分野では結晶材料にレーザ表面下ダメージを形成するためのツールが知られており、株式会社ディスコ（東京、日本）などの様々な供給者から市販されている。そのようなツールによって、結晶材料基板の内部にレーザ放射を集束することができ、基板に対するレーザの横方向移動が可能になる。当技術分野における典型的なレーザ・ダメージ・パターンは、結晶基板内のある深さで互いに対して横方向に離間されている平行線の形成を含む。レーザ・ダメージを付与するために集束深さ、レーザ出力、並進速度、および表面下ダメージ線間隔などのパラメータを調節することができるが、特定の因子の調節にはトレードオフが伴う。レーザ出力を上げるとより大きい表面下ダメージが付与される傾向があり、このことは（例えば、破砕を完了するために必要な応力を小さくすることによって）破砕の容易さを向上させ得るが、より大きい表面下ダメージによって、破砕によって露出した表面に沿った表面不規則性が大きくなり、この結果、そのような表面を次の加工のために（例えば、電子デバイスに組み込むために）十分に平滑にするためには、追加の加工が必要になる場合があり、追加の加工は追加のカーフ・ロスをもたらす。表面下レーザ・ダメージ線間の横方向間隔を小さくすることによって破砕の容易さを向上させることもできるが、レーザ・ダメージ線間の間隔が小さくなることによって基板とレーザの間の並進行程の数が増え、このことによりツールのスループットが低下する。

【0067】

図７は、表面下ダメージ４０を形成するために結晶材料３０の内部にレーザ放射を集束するように構成されている、レーザ・ツール２９の一例の概略斜視図である。結晶材料３０は上側表面３２と反対側の下側表面３４とを含み、表面下ダメージ４０は、上側表面３２と下側表面３４の間の結晶材料３０の内部に形成される。レーザ放射３６はレンズ組立体３５を用いて集束されて集束ビーム３８となり、その焦点は結晶材料３０の内部にある。そのようなレーザ放射３６は、（典型的にはナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒の範囲内の）任意の好適な周波数およびビーム強度でパルス化することができ、レーザ放射３６を結晶材料３０の表面より下の標的深さで集束させることができるように、結晶材料３０のバンドギャップ未満の波長を有する。焦点においては、ビーム・サイズおよび短いパルス幅の結果、表面下ダメージを形成する非常に局所化された吸収をもたらすのに十分な高さのエネルギー密度が得られる。集束ビーム３８の焦点を結晶材料３０内の所望の深さに調節するために、レンズ組立体３５の１つまたは複数の特性を変更することができる。点線４４によって概略的に示すように、表面下ダメージ４０を所望の方向に伝播するために、レンズ組立体３５と結晶材料３０の間の横方向の相対的な動き（例えば、横方向の並進）を行わせることができる。そのような横方向の移動を、以下で記載するようなパターンを含む、様々なパターンで繰り返してもよい。

【0068】

図８Ａおよび図８Ｂは、結晶材料内に表面下ダメージを形成するための、結晶材料に対する例示のレーザ・ツール移行経路を提供する。特定の実施形態では、（例えば、レンズ組立体を含む）レーザ・ツール部分が移動するように構成することができ、結晶材料は動かないが、他の実施形態では、レーザ・ツール部分を動かないように保持することができ、結晶材料がツール部分に対して移動される。図８Ａは、第１の結晶材料４５Ａ内に横方向に離間した平行線のパターンの表面下ダメージを形成するのに適した、反転するｙ方向の直線的な走査の動き４６を示す。図８Ｂは、結晶材料４５Ｂにわたって分配される平行な表面下レーザ・ダメージ線を形成するのに十分な、結晶材料４５Ｂの表面全体にわたる（およびそれを越える）（ｙ方向の反転ごとにｘ方向に僅かに進む）ｙ方向の直線的な走査の動き４８を示す。示されているように、レーザ・ダメージ線は、結晶材料４５Ｂの表面に沿った結晶材料４５Ｂの六方晶構造の［１１－２０］方向に対して垂直であり、結晶材料４５Ｂの表面と実質的に平行である。

【0069】

結晶材料の表面全体を、ｙ方向の反転があるごとにｘ方向の一方向に進めるようにしながら、ｙ方向に形成されるレーザ線で覆うことを、レーザ・ダメージ形成の単一行程と呼ぶ場合がある。特定の実施形態では、表面下ダメージを形成するための結晶材料のレーザ加工が２つの、３つの、４つの、５つの、６つの、７つの、もしくは８つの行程で、または任意の他の好適な数の行程で実行され得る。より低いレーザ出力で行程の数を増やすことによって、カーフ・ロスを低減することができる。材料損失対工程速度の望ましいバランスを達成するために、望ましい数のレーザ表面下ダメージ形成行程は、破砕ステップを実行する前の２つから５つの行程、または３つから４つの行程であることが見出されている。

【0070】

特定の実施形態では、隣り合うレーザ表面下ダメージ線間の横方向の間隔（単一の行程で形成されるか複数の行程で形成されるかを問わない）は、８０から４００ミクロンまで、または１００から３００ミクロンまで、または１２５から２５０ミクロンまでの範囲内であり得る。隣り合うレーザ表面下ダメージ線間の横方向の間隔は、レーザ加工時間、破砕の容易さ、および（ｃ面配向または配向ずれに応じた）効果的なレーザ・ダメージ深さに影響する。

【0071】

結晶材料に表面下レーザ・ダメージ線を形成する結果、材料の内部に、レーザ・ダメージ線から外向きに（例えば、横方向外向きに）伝播する小さいクラックが形成されることが確認されている。そのようなクラックは実質的にまたは主としてＣ面に沿って延在しているように見える。そのようなクラックの長さは、レーザ出力レベル（パルスごとのエネルギーをパルス周波数倍した積として計算できる）と関数的な関係にあるように見える。特定の距離だけ離間された隣り合うレーザ表面下ダメージ線では、そのようなレーザ表面下ダメージ線を形成する際にレーザ出力を上げることによって、レーザ表面下ダメージ線間でクラックが接続または結合する能力が高まる傾向のあることが確認されており、このことは容易な破砕を促進するのに望ましい。

【0072】

レーザ・ダメージ形成を受ける結晶材料がオフアクシス（すなわち非ｃ面）配向（例えば、０．５～１０度、１～５度の範囲内、または別の配向ずれ）を含む場合、そのような配向ずれは望ましいレーザ・ダメージ線間隔に影響し得る。

【0073】

ＳｉＣ基板は、ｃ面からアライメントがずれている（例えば、ｃ面に対して斜角でオフアクシスの）表面を含み得る。オフアクシス基板を微斜面基板と呼ぶ場合もある。そのような基板の破砕後、その破砕した状態の表面は、台地部と段部とを含み得る（これらはその後、研削および研磨などの表面加工によって平滑化され得る）。図９は、破砕後であるが平滑化前の、（ｃ軸基底面に対して角度Ａを有する）オフアクシス４Ｈ－ＳｉＣ結晶５０の表面構造の概略斜視図である。破砕した表面は、ｃ軸基底面５６を基準とした段部５２および台地部５４を呈する。４度オフアクシス表面の場合、段部は理論上は、２５０ミクロンの台地部幅に対して約１７ミクロンの高さを有する。表面下レーザ・ダメージを有する４Ｈ－ＳｉＣ結晶の場合、レーザ線間の２５０ミクロンの間隔が、２５０ミクロン幅の台地部を形成する。破砕後、段状の表面は、そこで１つまたは複数の層をエピタキシャル成長させるための準備として、平滑に研削され、平面化され、研磨される。

【0074】

結晶材料（例えば、ＳｉＣ）に表面下レーザ・ダメージが形成されていて、表面下レーザ・ダメージ線が基板フラットに対する垂直方向から離れる方に（すなわち、［１１－２０］方向に対して非垂直に）配向されている場合には、そのようなレーザ・ダメージ線は、オフアクシス半導体材料と同等の様式で、複数の段部および台地部を通って延在する。続く考察のために、［１１－２０］方向に対して非垂直なレーザ表面下ダメージ線を指すのに、用語「オフアクシス・レーザ表面下ダメージ線」を使用するものとする。

【0075】

隣り合う表面下レーザ・ダメージ線間の間隔を大きくし過ぎると、結晶材料の破砕が妨げられる。隣り合う表面下レーザ・ダメージ線間の間隔が小さ過ぎると段部の高さが小さくなる傾向があるが、垂直段部の数は増え、垂直段部の数が増えると通常、破砕を完了するためにより大きい分離力が必要になる。

【0076】

隣り合うレーザ・ダメージ線の間隔を過度に小さい距離まで狭めると収量の低減が生じ、実質的に加工時間およびコストが増大する。ＳｉＣ分解には最低レーザ・エネルギー閾値が要求される。この最低エネルギー・レベルで、約１００ミクロン離間された２つのレーザ線間に接続されたクラックが作り出される場合には、レーザ線間隔をこの閾値未満に狭めることによって得られる利益は、カーフ・ロスの低減の観点からはほとんどない。

【0077】

破砕によって露出した結晶材料の表面粗さは、ロボット・バキュームなどの続く取り扱いだけでなく、主要な消耗品費用である研削ホイールの損耗にも影響し得る。粗さは、表面下レーザ・ダメージ線の間隔とそのような表面下ダメージ線の半導体材料の結晶構造に対する配向の、両方の影響を受ける。表面下ダメージ線間の間隙を小さくすることによって、あり得る段部の高さが単純に小さくなる。オフアクシス・レーザ表面下ダメージ線を設けると、そうしない場合にレーザ・ダメージ領域に存在するであろう長い平行な段部が破壊される傾向が生じ、このことはまた、Ｃ面の傾斜または湾曲からの影響の少なくとも一部の緩和を助けることにもなる。レーザ線が基板のフラットに対して垂直な場合、Ｃ面に沿ったレーザ線と平行な劈開面は、フラットからウエハの反対側の湾曲した端部まで約１５０ｍｍ延在する。Ｃ面の傾斜または湾曲の僅かな偏向（これはＳｉＣ基板にとって一般的である）は、これにより破砕が伝播する際に面が跳ねる（ｆｏｒｃｅｓ ｐｌａｎｅ ｊｕｍｐｉｎｇ）ので、破砕される表面に大きな変動性をもたらす可能性がある。オフアクシス・レーザ表面下ダメージ線を提供することの欠点は、そのような表面下ダメージ線が一般に、隣り合うレーザ線間で接続されたクラックを形成するためにレーザ出力の増大を必要とすることである。このため、特定の実施形態では、（プライマリ・フラットに対して垂直な）オンアクシス表面下レーザ・ダメージ線とオフアクシス・レーザ表面下ダメージ線の組合せを形成することによって、隣り合うレーザ線間で接続されたクラックを形成するために過度にレーザ出力を大きくする必要なく、破砕した表面の過剰な変動性を回避する、良好なバランスを提供する。

【0078】

特定の実施形態では、本明細書で開示する方法を実施するために１０６４ｎｍの波長を有するレーザを使用することができ、発明者らは４Ｈ－ＳｉＣの加工の経験を得ている。特定の実施形態では広範囲のパルス周波数が使用され得るが、１２０ｋＨｚから１５０ｋＨｚのパルス周波数が首尾よく利用されている。レーザと加工される基板の間の９３６ｍｍ／ｓの並進ステージ速度が首尾よく利用されているが、特定の実施形態では、望ましいレーザ・パルスの重なり合いを維持するようにレーザ周波数を適切に調節して、より高いまたはより低い並進ステージ速度を使用してもよい。ドープＳｉＣ材料に表面下レーザ・ダメージを形成するための平均レーザ出力範囲は３Ｗから８Ｗまでの範囲内にあり、非ドープＳｉＣ材料では１Ｗから４Ｗである。レーザ・パルスのエネルギーは、出力を周波数で割ることによって計算できる。３ｎｓから４ｎｓのレーザ・パルス幅を使用できるが、他の実施形態では他のパルス幅を使用できる。特定の実施形態では、０．３から０．８の範囲内のレーザ・レンズの開口数（ＮＡ）が使用され得る。ＳｉＣの加工に向けられた実施形態では、空気（約１）からＳｉＣ（約２．６）への屈折率変化を考慮すると、加工されるべきＳｉＣ材料の内側で屈折角の大きな変化が生じ、望ましい結果を達成するためにはレーザのレンズのＮＡおよび収差の補正が重要になる。

【0079】

カーフ・ロスの主要な要因のうちの１つは、インゴット面上の主要な破砕領域の下にある、表面下レーザ・ダメージである。一般に、表面下レーザ・ダメージが増加するとカーフ・ロスが増加する。表面下レーザ・ダメージが増加する考えられる原因の１つは、結晶材料の光学特性を十分に補償できないことである。特定の実施形態では、光学パラメータ最適化は、基板への表面下レーザ・ダメージの形成の前に、定期的に（例えば、結晶材料基板（例えば、インゴット）がレーザ・ツールに供給されるたびに）実行され得る。そのような最適化では、結晶材料基板の上側表面上にレーザ・ビームの最良の集束点が形成される初期状態を達成する可変高さ調節を利用することができ、その後で、次の状態に応じた結晶材料における表面下レーザ・ダメージの形成の所望の深さに対応するように、レーザ・ツールの開口および／または補正環調節リングを調節することができる。

【0080】

特定の実施形態では、結晶材料基板は、基板の主表面（例えば、面）にわたって、位置に関して（例えば、横方向におよび／または直径に関して）様々であるドーピングを呈し得る。ドーパント濃度は通常、ＳｉＣ｛０００１｝ウエハの中心領域においてより高く、これはそのような領域の色がより暗いことによって観察可能である。このドーパント濃度の上昇は、ファセット成長中に起こる不純物取り込みが増加することに起因している。ＳｉＣ｛０００１｝インゴットの成長中、インゴットの中心付近に｛０００１｝ファセットが現れる。｛０００１｝ファセット上で高速のらせん状成長が生じるが、＜０００１＞方向に沿った結晶成長速度は比較的遅い。したがって、｛０００１｝ファセット領域に沿って不純物濃度が高くなる。ＳｉＣウエハの中央（すなわち、ファセット領域）におけるドーパント濃度は、この領域の外側のドーパント濃度よりも２０％から５０％高い場合がある。ＳｉＣ中のドーパント濃度の増加したドーピング・リング領域の形成が、図１４Ａ、図１４Ｃ、および図１４Ｄに示されている。そのような領域はより高いレーザ吸収率および僅かに変化した屈折率を有し、上記の現象はいずれも基板におけるレーザ放射の集束の深さに影響を与える。集束されたレーザ放射をドーピング・リング領域内に当てるときのレーザ出力を、集束されたレーザ放射をドーピング・リング領域の外側の材料内に当てるときに使用される出力と比較して高くすることによって、ドーピング・リング領域の様々な特性を補償することができる。特定の実施形態では、少なくとも１つの第１のドーピング領域および少なくとも１つの第２のドーピング領域の存在を判定するために、基板の表面の少なくとも一部にわたる結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の存在を検出することができる。（様々なドーピング状態を検出するための方法としては、限定するものではないが、干渉法、抵抗率測定、吸収率または反射率測定、および当業者に知られている他の技法が挙げられる）。その後、結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の検出に応答して、表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成中に、第１のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第１の平均出力のレーザ放射を提供するように、および、第２のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第２の平均出力のレーザ放射を提供するように、レーザ出力を変更することができ、第１および第２の平均出力レベルは互いに異なる。別法として、または追加として、第１のドーピング領域または第２のドーピング領域の一方内で、表面下レーザ・ダメージを形成するときの基板における（すなわち、基板の露出表面に対する）表面下レーザ・ダメージの形成の深さを変更することができる。特定の実施形態では、基板の単一の厚さ低減部分（例えば、１つのウエハ）を形成するための第１および第２のドーピング領域の間のレーザ集束深さの差は、１から１５ミクロン、または１から１０ミクロン、または２から８ミクロン、または４から６ミクロンの範囲内であり得る。

【0081】

特定の実施形態では、結晶材料基板は、特に意図的にドープされた材料の場合に、基板における（例えば、インゴット内の）垂直位置に対して異なるレーザ吸収レベルを呈し得る。レーザ吸収レベルはまた、基板によっても（例えば、インゴットによっても）異なり得る。そのような変化はドーピングの変化に起因し得ると考えられている。特定の実施形態では、成長種から遠位の基板領域に表面下レーザ・ダメージを形成するために、より低い平均レーザ出力（例えば、３Ｗ）を使用することができ、成長種から近位の基板領域に表面下レーザ・ダメージを形成するために、より高い平均レーザ出力（例えば、５．５Ｗ）を使用することができる。

【0082】

特定の実施形態では、レーザ表面下ダメージを結晶材料基板の表面に対する適正な深さに初期設定するために、半導体材料におけるレーザ焦点の深さの光学測定を（例えば、半導体材料／空気の屈折率変化を考慮して）実行することができ、レーザ・ダメージの設定（例えば、レーザ出力、レーザ焦点、および／またはレーザ・ダメージ形成行程の数）は、基板の表面全体を走査する前にそのような測定に応答して調節され得る。特定の実施形態では、インゴットあたり１回、またはインゴットの一部が破砕され除去された後で（すなわち、次の破砕で除去されることになる各基板層のための表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成前に）その都度１回、レーザ焦点の深さの光学測定が実行され得る。

【0083】

特定の実施形態では、本明細書で開示する半導体材料加工方法は、以下のアイテムおよび／またはステップのうちのいくつかまたは全てを含み得る。結晶材料基板（例えば、インゴット）の底面には第２の担体ウエハを取り付けることができる。その後、結晶材料基板の頂面を研削または研磨して、例えば、レーザ・エネルギーを伝達するための表面の準備として、約５ナノメートル未満の平均表面粗さＲ_ａを実現することができる。次いで、結晶材料基板内の１つまたは複数の所望の深さにレーザ・ダメージを付与することができ、レーザ・ダメージの跡の間隔および方向は、任意選択的に結晶材料基板の結晶方位に依存する。結晶材料基板の頂面には第１の担体を接合することができる。結晶材料基板から得られることになるウエハに、識別コードまたは第１の担体にリンクされた他の情報と関連付けることができる。別法として、分離前に、製作中および製作後のウエハの追跡を容易にするためのレーザ・マーキングを、（担体ではなく）ウエハに適用することができる。次いで表面下レーザ・ダメージ領域に沿って（本明細書で開示する１つまたは複数の方法を使用して）結晶材料基板を破砕して、第１の担体に固着された半導体材料基板の一部と、第２の担体に固着されている結晶材料基板の残りの部分とを得る。半導体材料基板の除去した部分および半導体材料基板の残りの部分はいずれも、残留表面下レーザ・ダメージを除去する必要に応じて、平滑に研削され洗浄される。半導体材料基板の除去した部分は、担体から分離され得る。その後、半導体材料基板の残りの部分を使用して工程を繰り返すことができる。

【0084】

ＳｉＣウエハのワイヤ・ソーイングは通常、ウエハあたり少なくとも約２５０ミクロンのカーフ・ロスを伴うが、本明細書で開示するＳｉＣに適用されるレーザ・アシストおよび担体アシストの分離方法は、ウエハあたり８０から１４０ミクロンまでの範囲内のカーフ・ロスを達成し得る。

【0085】

特定の実施形態では、基板を剛性担体に接合する前に、結晶材料基板にレーザ表面下ダメージが形成され得る。特定の実施形態では、表面下レーザ・ダメージ形成前に、所望の波長のレーザ放射を透過する剛性担体を、結晶材料基板に接合することができる。そのような実施形態では、レーザ放射は、剛性担体を通して結晶材料基板の内部へと任意選択的に伝達され得る。異なる担体－基板表面下レーザ形成構成を、図１０Ａ～図１０Ｄに示す。図１０Ａは、基板６２内に表面下レーザ・ダメージ６３を形成するべくベア基板６２の表面を通って集束されている、レーザ放射６１の概略図であり、基板６２には表面下レーザ・ダメージの形成後に剛性担体が付着され得る。図１０Ｂは、基板６２内に表面下レーザ・ダメージ６３を形成するべく基板６２の表面を通って集束されている、レーザ放射６１の概略図であり、基板６２は事前に接着材料６４を使用して剛性担体６６に接合されている。図１０Ｃは、剛性担体６６に事前に接合された基板６２内に表面下レーザ・ダメージ６３を形成するべく剛性担体６６および接着剤６４を通して集束されている、レーザ放射６１の概略図である。特定の実施形態では、剛性担体６６から遠位の基板６２の表面は、１つまたは複数のエピタキシャル層および／または金属化層を含むことができ、基板６２は表面下レーザ・ダメージ６３の形成前の動作可能な電気デバイスを具現化している。図１０Ｄは、剛性担体６６に（例えば、陽極接合または他の接着剤不使用の手段を介して）事前に接合された基板６２内に表面下レーザ・ダメージ６３を形成するべく、剛性担体６６を通して（介在する層を有さない）基板６２内へと集束されている、レーザ放射６１の概略図である。

【0086】

［分散させた表面下レーザ・ダメージ］
特定の実施形態では、複数の分散させたレーザ・ダメージ・パターンの連続的な形成によって、結晶材料に表面下レーザ・ダメージを形成することができ、各表面下レーザ・ダメージ・パターンは複数の実質的に平行な線を含む。特定の実施形態では、各表面下レーザ・ダメージ・パターンは、結晶材料の基板に関して、実質的に全長にわたって（例えば、基板フラットに対して垂直に）延在してもよく、実質的に全幅にわたって分配される離間された線を含んでもよい。特定の実施形態では、分散させたダメージ・パターンは、連続的に形成された第１のおよび第２の、または第１から第３の、または第１から第４の、表面下レーザ・ダメージを含んでもよく、各表面下レーザ・ダメージ・パターンは複数の平行線を含む。表面下レーザ・ダメージ領域に沿ったまたはこれと隣り合う結晶材料の破砕の容易さを高めるためには、複数の表面下レーザ・ダメージ・パターンを分散させた様式で連続的に形成すること（例えば、第１の表面下ダメージ・パターンを形成し、次いで第２の表面下ダメージ・パターンを形成し、次いで次の任意の表面下ダメージ・パターンを形成し、このとき各ダメージ・パターンの様々な線をその他のダメージ・パターンの中に分配させること）が同じ跡を分散させずに形成するよりも好ましいと考えられている。結晶材料において表面下レーザ・ダメージ・パターン分散させることで得られた破砕結果の改善の理由に関して、何らかの特定の理論に縛られることを望むものではないが、分散させた表面下レーザ・ダメージ・パターンの連続的な形成によって半導体材料内の内部応力の保存の程度が大きくなり、この結果、異なる表面下レーザ・ダメージ線から発するクラックの横方向の伝播が促進されるものと考えられている。

【0087】

特定の実施形態では、結晶材料における第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、結晶材料の内部の第１の複数の平行線および、第１の複数の実質的に平行な線の線から横方向外向きに（例えば、主としてまたは実質的にｃ面に沿って）伝播する第１の複数のクラックを含み、各線から発するクラックは、隣り合う各線から発するクラックとは接続されない。特定の実施形態では、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成後に、結晶材料に第２の複数の平行線を含む第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンが形成され、第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、結晶材料の内部に、第２の複数の実質的に平行な線の線から横方向外向きに伝播する第２の複数のクラックを含み、第２の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックは、第１の複数の線のうちの２つの隣り合う線から発するクラックと接続する（例えばこの結果、連続したクラックが形成される）。

【0088】

特定の実施形態では、結晶材料内に第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンが連続的に形成され、各表面下レーザ・ダメージ・パターンは複数の平行線を含み、各表面下レーザ・ダメージ・パターンの線は他の各表面下レーザ・ダメージ・パターンの線の間に分配されている。特定の実施形態では、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、結晶材料の内部に、第１の複数の実質的に平行な線の線から横方向外向きに伝播する第１の複数のクラックを備え、第２の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、結晶材料の内部に、第２の複数の実質的に平行な線の線から横方向外向きに伝播する第２の複数のクラックを備え、第２の複数のクラックは第１の複数のクラックと接続せず、第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、結晶材料の内部に、第３の複数の実質的に平行な線の線から横方向外向きに伝播する第３の複数のクラックを備える。そのような実施形態では、第３の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラックは、（ｉ）第１の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラック、および（ｉｉ）第２の複数のクラックのうちの少なくともいくつかのクラック、と接続する（例えばこの結果、連続したクラックが形成される）。特定の実施形態では、第１から第３の表面下レーザ・ダメージの後で第４の表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成することができ、第４の表面下レーザ・ダメージ・パターンは、第１、第２、または第３の線のうちの任意の２つ以上から発するクラックを更に接続する役割を果たす。特定の実施形態では、表面下レーザ・ダメージの３つの、４つの、５つの、またはそれ以上の分散させたパターンを提供し得る。

【0089】

特定の実施形態では、基板の１つまたは複数の部分は分散させた表面下レーザ・ダメージ・パターンを含んでもよく、一方、基板の他の部分は分散していないレーザ・ダメージ・パターンを含んでもよい。特定の実施形態では、分散パターンの異なる表面下レーザ・ダメージが、同じ基板上に提供され得る。例えば、単一の基板上の表面下レーザ・ダメージの分散パターンは、第１の領域内の５つのダメージ線、第２の領域内の４つのダメージ線、第３の領域内の３つのダメージ線、第４の領域内の２つのダメージ線、第５の領域内の１つのダメージ線（すなわち、分散していない）、第６の領域内のゼロのダメージ・パターン、または上記のうちの２つもしくは３つの任意の組合せを含むことができ、任意選択的に上記の領域の各々は実質的に同じ単位面積を有する。特定の実施形態では、基板の少なくとも１つの領域内に、分散させたダメージ線の規則的な（例えば、規則的に繰り返す）パターンが存在してもよく、基板の少なくとも１つの他の領域内に、分散させたダメージ線または分散していないダメージ線の不規則な（例えば、規則的な繰り返しのない）パターンが存在してもよい。

【0090】

図１１Ａは、一実施形態に従って画成した分散させた第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む、結晶材料基板７０の上面平面図を提供する。第１、第２、および第３の表面下ダメージ・パターンは、プライマリ基板フラット７８に対して垂直に（かつ［１１－２０］方向に対して垂直に）延在する、第１の複数の平行線７１、第２の複数の平行線７２、および第３の複数の平行線７３を、それぞれ個別に含む。３つのレーザ・ダメージ・パターンは組み合わされて複数の３線グループ７４を形成しており、これらは各３線グループ７４中の隣り合う線の間の間隔７６、７７を上回るグループ間間隔７５によって互いから分離されている。明確にするために、図１１Ａには、第１の複数の平行線７１、第２の複数の平行線７２、および第３の複数の平行線７３によって形成されたクラックは示されていない。特定の実施形態では、第１の複数の平行線７１は第１の行程において形成され、第２の複数の平行線７２は第２の行程において形成され、第３の複数の平行線７３は第３の行程において形成される。第３の行程は、第１の平行線７１および／または第２の平行線７２のいずれかから最初に発しているクラックを接続する役割を果たす。

【0091】

図１１Ａを引き続き参照すると、一実施形態では、第１の複数の平行線７１を５００ミクロンのピッチ（すなわち、線同士の間の間隔）で形成することができ、第２の複数の平行線７２を５００ミクロンのピッチで第１の複数の平行線７１に対して２５０ミクロンずらして形成することができる。その後、第３の複数の平行線７３を、５００ミクロンのピッチで第１の複数の平行線７１に対して１２５ミクロンずらして形成することができる。この構成は、他の各３線グループから２５０ミクロンの間隙で分離された複数の３線グループ７４を作り出し、このとき各３線グループ内の隣り合う線は、１２５ミクロンの間隙で互いから分離されている。

【0092】

発明者らは、図１１Ａと関連させて記載する３行程レーザ・ダメージ形成工程の順序が重要であることを見出した。第１、第３、および第２の複数の表面下レーザ・ダメージ線を連続的に形成するように行程の順序を変更する場合には、２５０ミクロンのグループ間間隔７５を横断するクラック発生を完成させるために、より高いレーザ出力が必要となる。このことは、元（第１、第２、第３の行程）の連続的な順序を用いるときに、第２の行程で１２５ミクロン間隔の線同士の間で生じるクラック発生に起因し得ると考えられており、この場合、第３の行程において形成されるクラックは、第２の１２５ミクロンの間隙７７を横断するように第２の表面下ダメージ線から発するクラックに単に接続するのに十分なサイズとなる。行程の順序が第１、第３、第２であるときには、グループ間間隔７５を横断するクラック発生はレーザ出力を高めない限り観察されないが、レーザ出力の増大は通常、カーフ・ロスを増大させる。したがって、行程の順序が第１、第２、第３である特定の実施形態によれば、第１および第２の行程において形成されるクラックが互いに接続されず、その後、第３の行程において形成されるクラックが、１２５ミクロンの間隙７６、７７および２５０ミクロンのグループ間間隔７５の両方を横断する接続されたクラックを作り出すのが、望ましい場合がある。

【0093】

特定の実施形態では、各３線グループ７４の境界を、基板７０のダメージ担持エリアを境界付けるものと見なしてもよく、各３線グループ７４のダメージ担持エリアは、他の各３線グループのダメージ担持エリアから（すなわち、グループ間間隔７５によって）離間されている。とりわけ、後で図１１Ｄに示すように、表面下レーザ・ダメージによって形成されたクラックは、隣り合う３線グループ７４間でグループ間間隔７５を横断するように伝播し得る。

【0094】

図１１Ｂ～図１１Ｄは、図１１Ａの結晶材料基板７０の製作を示す。図１１Ｂは、ピッチ（または線間間隔）７１Ｂを有し第１の表面下レーザ・ダメージ・パターン７１Ａを形成する、（基板７０のフラット７８に対して垂直な）第１の複数の表面下レーザ・ダメージ線７１の形成後の、基板７０を示す。クラック７１Ｃは、第１の複数の表面下レーザ・ダメージ線７１から横方向外向きに伝播するが、異なる表面下レーザ・ダメージ線７１から発するクラック同士は互いに接続されない。

【0095】

図１１Ｃは、ピッチ（または線間間隔）７２Ｂを有し第２の表面下レーザ・ダメージ・パターン７２Ａを形成する、（基板７０のフラット７８に対して垂直な）第２の複数の表面下レーザ・ダメージ線７２の形成後の、基板７０を示す。クラック７２Ｃは、第２の複数の表面下レーザ・ダメージ線７２から横方向外向きに伝播するが、異なる表面下レーザ・ダメージ線７１、７２から発するクラック同士は互いに接続されない。

【0096】

図１１Ｄは、ピッチ（または線間間隔）７３Ｂを有し第３の表面下レーザ・ダメージ・パターン７３Ａを形成する、（基板７０のフラット７８に対して垂直な）第３の複数の表面下レーザ・ダメージ線７３の形成後の、基板７０を示す。クラック７３Ｃは第３の複数の表面下レーザ・ダメージ線７３から横方向外向きに伝播し、そのようなクラック７３Ｃは、第１の表面下レーザ・ダメージ線７１および第２の表面下レーザ・ダメージ線７２によって形成されたクラック７１Ｃ、７２Ｃを接続するのに十分である。示されているように、第１、第２、および第３の複数の表面下ダメージ線間のクラックの接続はまた、クラックを更に伝播させグループ間間隔７５を横断するように接続させるのにも十分である。

【0097】

特定の実施形態では、第３の表面下ダメージ・パターンを形成する第３のレーザ行程は、各３線グループ７４内の線間の間隔７６、７７よりも広いグループ間間隔７５を横断して接続するようにクラックを延長するのを助けるために、最初の２つの行程よりも高いレーザ出力レベルで実行される。発明者らは、第３の行程中に（図１１Ｄに示されているような）１２５ｕｍ離間したレーザ表面下ダメージ線間だけでなく２５０ｕｍ離間して位置付けられたレーザ表面下ダメージ線間でもクラックを接続するのに十分な程度に、レーザ出力を高めることを見出した。このことによりツールのスループットのおおよそ２５％の増加が得られ、このときペナルティとしてのカーフ・ロスは小さい（例えば、１００ｕｍの代わりに約１１０ｕｍのカーフ・ロス）。

【0098】

特定の実施形態では、全てのレーザ表面下ダメージ線は、プライマリ基板フラットに対して（および［１１－２０］方向に対して）、垂直方向から約１度から５度までの範囲内で非垂直であり得る。例えば、図１２は、基板フラット８８と、分散または互いの間に分散されて第１から第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成している、第１、第２、および第３の複数の実質的に平行な表面下レーザ・ダメージ線８１～８３と、を含む、結晶材料基板８０の概略上面平面図である。各複数の実質的に平行な表面下レーザ・ダメージ線８１～８３は、プライマリ基板フラットに対する（および［１１－２０］方向に対する）垂直方向に対して３度偏向しており、レーザ・ダメージ・パターンは組み合わされて複数の３線グループ８９を形成しており、これらは各３線グループ８９中の隣り合う線の間の間隔（または間隙）８６、８７を上回るグループ間間隔８５によって互いから分離されている。一実施形態では、第１の複数の平行線８１を５００ミクロンのピッチ（すなわち、線同士の間の間隔）で形成することができ、第２の複数の平行線８２を５００ミクロンのピッチで第１の複数の平行線８１に対して２５０ミクロンずらして形成することができる。その後、第３の複数の平行線８３を、５００ミクロンのピッチで第１の複数の平行線８１に対して１２５ミクロンずらして形成することができる。この構成は、他の各３線グループから２５０ミクロンの間隙で分離された複数の３線グループ８９を作り出し、このとき各３線グループ内の隣り合う線は、１２５ミクロンの間隙で互いから分離されている。示されているように、各グループの平行な表面下レーザ・ダメージ線８１～８３は互いに平行である。

【0099】

図１３は、基板フラット９８と、互いの間に分散または交互配置されて第１から第４の表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成する第１から第４の複数の実質的に平行な表面下レーザ・ダメージ線９１～９４と、を含む結晶材料基板９０の概略上面平面図であって、すべての線は互いに平行であり、かつ基板フラット９８に対して（および［１１－２０］方向に対して）垂直である。特定の実施形態では、第１から第４の複数の表面下レーザ・ダメージ線９１～９４は５００ｎｍのピッチを有する線を各々含んでもよく、第２の複数の線９２は第１の複数の線９１から２５０ミクロンずらされており、第３の複数の線は第１の複数の線９１から１２５ミクロンずらされており、第４の複数の線は第１の複数の線９１から３７５ミクロンずらされている。最終的には、第１から第４の複数の線９１～９４の各線の間に、１２５ミクロンの間隙が設けられることになる。第１の線９１から第４の線９４で、４線反復グループ９５が構成される。

【0100】

図１３に示す基板９０と類似の結晶材料基板を形成するための代替の方法は、各行程が５００ミクロンのピッチを有する線を形成する、４つのレーザ表面下ダメージ形成の行程を使用することを含む。第１の行程の後で、第２の行程によって形成される線は第１の行程の線から１２５ミクロンずらされ、次いで第３の行程の線は第１の行程の線から２５０ミクロンずらされ、次いで第４の行程の線は第１の行程の線から３７５ミクロンずらされる。

【0101】

図１４は、基板フラット１０８を含み、かつ第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成する分散させた第１から第３の複数の表面下レーザ・ダメージ線１０１から１０３を含む、結晶材料基板１００の概略上面平面図である。第１の複数の線１０１および第２の複数の線１０２は各々互いに平行であり、かつプライマリ基板フラット１０８に対して（および［１１－２０］方向に対して）垂直であり、このとき第３の複数の線１０３は第１の複数の線１０１および第２の複数の線１０２と（例えば、１から５度までの範囲内の角度差で）非平行であるが、基板１００内で第１の線１０１および第２の線１０２のいずれとも交差しない。特定の実施形態では、第１の複数の平行線１０１および第２の複数の平行線１０２が最初に形成され、次いでその後で第３の複数の平行線１０３が形成される。特定の実施形態では、第１の複数の平行線１０１および第２の複数の平行線１０２は各々５００ミクロンのピッチを有し、第２の複数の平行線１０２は第１の複数の平行線１０１に対して２５０ミクロンずらされている。第１の線１０１から第３の線１０３によって、複数線反復グループ１０４が構成される。

【0102】

図１４では表面下レーザ・ダメージ線は交差していないが、特定の実施形態では、（例えば、次のレーザ・ダメージ形成行程において形成される）１つまたは複数の表面下レーザ・ダメージ線は、（例えば、先立つまたは最初のレーザ・ダメージ形成行程において形成された）１つまたは複数の他の表面下ダメージ線と交差し得る。特定の実施形態では、交差する表面下レーザ・ダメージ線間の相対角度は、４から３０度、または５から２０度、または５から１５度、または５から１０度の範囲内であり得る。

【0103】

図１５は、基板フラット１１８を含み、かつ第１から第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成する分散させた第１から第３の複数の表面下レーザ・ダメージ線１１１～１１３を含む、結晶材料基板１１０の概略上面平面図である。第１の複数の線１１１および第２の複数の線１１２は各々互いに平行であり、かつプライマリ基板フラット１０８に対して（例えば、１から５度までの範囲内の角度差で）非垂直であり、一方、第３の複数の線１１３はプライマリ基板フラット１１８に対して垂直であるが、その少なくともいくつかの（または全ての）線は、基板１１０内の線１１１の第１のグループおよび線１１２の第２のグループの線と交差しない。特定の実施形態では、第１の複数の平行線１１１および第２の複数の平行線１１２は各々５１０ミクロンのピッチを有し、第２の複数の平行線１１２は第１の複数の平行線１１１に対して２５０ミクロンずらされている。第１の線１１１から第３の線１１３で、３線反復グループ１１４が構成される。

【0104】

図１６は、一実施形態に従って画成した分散させた第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、全てのレーザ・ダメージ線が互いに平行であり、レーザ・ダメージ線のグループ間間隔は基板の少なくとも一部において均一ではない。

【0105】

図１７は、一実施形態に従って画成した分散させた第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、全てのレーザ・ダメージ線が互いに平行であり、レーザ・ダメージ線はグループ内間隔、グループ間間隔、およびグループ構成においてばらつきを呈する。

【0106】

図１８は、一実施形態に従って画成した連続的に形成された第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、レーザ・ダメージ線の第１および第２のグループは互いに平行だが、レーザ・ダメージ線の第３のグループはレーザ・ダメージ線の第１および第２のグループと非平行であり、これらと交差している。

【0107】

図１９は、連続的に形成された第１、第２、および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンを含む結晶材料基板の概略上面平面図であり、レーザ・ダメージ線の各グループは平行線を含み、レーザ・ダメージ線の各グループはレーザ・ダメージ線の他の各グループと非平行である。図１１Ａから図１９は複数の表面下レーザ・ダメージ線の３つまたは４つの群を含む実施形態を示すが、任意の好適な数の表面下レーザ・ダメージ線のグループを提供できることが諒解されよう。例えば、特定の実施形態では、第３および／または第４の複数の表面下レーザ・ダメージ線がない状態で、第１および第２の複数の表面下レーザ・ダメージ線が分散されていてもよい。特定の実施形態では、第１および第２の行程において第１および第２の複数の表面下レーザ・ダメージ線をそれぞれ形成することができ、各複数のレーザ・ダメージ線は２５０ミクロンのピッチを有し、第２の複数のレーザ・ダメージ線は第１の複数のレーザ・ダメージ線に対して１２５ミクロンずらされている。

【0108】

特定の実施形態では、表面下レーザ・ダメージは、結晶材料の重なり合わない第１および第２のエリア内に表面下レーザ・ダメージ部位の第１のグループを形成し、続いて第１および第２のエリア内に表面下レーザ・ダメージ部位の第２のグループを形成することによって、結晶材料の複数の重なり合わないエリアの間で分配され、このとき、表面下レーザ・ダメージ部位の第２のグループの少なくともいくつかの（または全ての）部位は、重なり合わないエリア内に形成された表面下レーザ・ダメージ部位の第１のグループの部位と交差しない。その後で、表面下レーザ・ダメージ部位の１つまたは複数の追加のグループを形成し、結晶材料の同じ重なり合わない第１および第２のエリアの間に分配してもよい。第１および第２のエリアについて説明したが、任意の好適な数の重なり合わないエリア（例えば、３つの、４つの、５つの、６つの、またはそれ以上のエリア）を画成してもよいことが諒解されよう。特定の実施形態では、そのようなエリアは、重なり合いが全くないものであり得るだけではなく、非接触の関係で互いから離間（例えば、横方向に離間）されたものであってもよい。

【0109】

図２０Ａは、レーザ・ダメージ領域が形成され得る重なり合わない第１、第２、および第３のエリア１５０Ａ～１５０Ｃを示す、結晶材料基板１５０の上面平面図である。第１から第３のエリア１５０Ａ～１５０Ｃの間の境界を強調するために第１のエリア１５０Ａおよび第３のエリア１５０Ｃには説明の目的でシェーディングが付加されているが、実際の結晶材料基板１５０が通常は均一な色であることが諒解されよう。各エリア１５０Ａ～１５０Ｃは基板１５０のプライマリ・フラット１５０’の一部に接触している。図２０Ａ～図２０Ｄには３つのエリア１５０Ａ～１５０Ｃが示されているが、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上などの任意の好適な数のエリアが企図され、そのようなエリアは任意の好適な構造で、例えば、１次元アレイで、２次元アレイで、中心点から延在する複数の扇形（例えば、くさび形状の扇形）として、等で配置され得る。

【0110】

図２０Ｂは、第１のエリア１５０Ａから第３のエリア１５０Ｃ内に第１の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５１を形成した後の、図２０Ａの結晶材料基板１５０の上面平面図である。示されているように、レーザ・ダメージ領域１５１は、基板１５０のプライマリ・フラット１５０’に対して実質的に垂直な、実質的に平行な線として提供される。第１から第３のエリア１５０Ａ～１５０Ｃの各々内に、複数のレーザ・ダメージ領域１５１が設けられている。図２０Ｂには示されていないが、（図１１Ｂに示されているような）横方向に延びるクラックがレーザ・ダメージ領域１５１から発し得るが、これらは隣り合うレーザ・ダメージ領域１５１間を接続しないのが好ましい場合のあることが諒解されよう。特定の実施形態では、第１のエリア１５０Ａ内に、次いで第２のエリア１５０Ｂ内に、最後に第３のエリア１５０Ｃ内に、複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５１の表面下レーザ・ダメージ領域１５１を形成することができる。

【0111】

図２０Ｃは、第１のエリア１５０Ａから第３のエリア１５０Ｃ内に第２の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５２を形成した後の、図２０Ｂの結晶材料基板１５０の概略上面平面図である。示されているように、第２の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５２のレーザ・ダメージ領域１５２は、プライマリ・フラット１５０’に対して実質的に垂直な実質的に平行な線として提供され、第１から第３のエリア１５０Ａ～１５０Ｃの各々内に複数のレーザ・ダメージ領域１５２が設けられる。更に、第２の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５２の各レーザ・ダメージ領域１５２は、第１の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５１と実質的に平行である。図２０Ｃには示されていないが、各レーザ・ダメージ領域１５１、１５２から横方向に延びるクラックが発生し得るものの、そのようなクラックは隣り合うレーザ・ダメージ領域１５１、１５２の間を接続しないのが好ましいことが諒解されよう。特定の実施形態では、複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５２の表面下レーザ・ダメージ領域１５２を、第１の表面下レーザ・ダメージ領域１５１と同じ順序で形成することができる（例えば、表面下レーザ・ダメージ領域１５２を、第１のエリア１５０Ａ内に、次いで第２のエリア１５０Ｂ内に、最後に第３のエリア１５０Ｃ内に形成することができる）。このようにして、第２の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５２のレーザ・ダメージ領域１５２が、第１の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５１のレーザ・ダメージ領域１５１の間で分散される。

【0112】

図２０Ｄは、第１のエリア１５０Ａから第３のエリア１５０Ｃ内に第３の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５３を形成した後の、図２０Ｃの結晶材料基板の上面平面図である。示されているように、第３の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５３のレーザ・ダメージ領域１５３は、プライマリ・フラット１５０’に対して実質的に垂直な実質的に平行な線として提供され、第３の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５３の複数のレーザ・ダメージ領域１５３は、第１から第３のエリア１５０Ａ～１５０Ｃの各々内に設けられる。第３の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５３の各レーザ・ダメージ領域１５３は、第１の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５１および第２の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５２と実質的に平行であってもよい。第１から第３の表面下レーザ・ダメージ領域１５１～１５３によって提供される表面下レーザ・ダメージ・パターンによって複数の３線グループ１５４が形成され、これらは、各３線グループ１５４における隣り合うレーザ・ダメージ領域１５１～１５３間の間隔を上回るグループ間間隔１５４’によって、互いから離間されている。図２０Ｃには示されていないが、各レーザ・ダメージ領域１５１～１５３から横方向に延びるクラックが発生する場合があり、これらのクラックは（図１１Ｄに示されているように）全てのレーザ・ダメージ領域１５１～１５３間で横方向に延びて、この後の基板１５０の残りの部分からの基板１５０の上側部分の破砕を促進することが諒解されよう。特定の実施形態では、複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５２の表面下レーザ・ダメージ領域１５３を、第１の表面下レーザ・ダメージ領域１５１および第２の表面下レーザ・ダメージ領域１５２と同じ順序で形成することができる（例えば、表面下レーザ・ダメージ領域１５３を、第１のエリア１５０Ａ内に、次いで第２のエリア１５０Ｂ内に、最後に第３のエリア１５０Ｃ内に形成することができる）。このようにして、第３の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５３のレーザ・ダメージ領域１５３が、第１の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５１および第２の複数の表面下レーザ・ダメージ領域１５２のレーザ・ダメージ領域１５１、１５２の間で分散される。

【0113】

［並列加工および／またはレーザ・ビーム分割］
特定の実施形態では、ツールのスループットを向上させる目的で、複数の基板領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するために、１つの基板の複数の領域を同時に加工することができる、および／または、同時にもしくは実質的に同時にレーザ加工を行うための単一のツール内に、複数の基板を配置することができる。特定の実施形態では、１つのレーザの出力ビームを１つまたは複数のビーム・スプリッタを使用して複数のビームへと分割することができ、これらのビームの個々のビームを異なる基板または単一の基板の異なるエリアのいずれかに供給して、そこに本明細書で開示する方法を利用して表面下レーザ・ダメージを形成することができる。特定の実施形態では、複数のレーザを使用して複数の基板または単一の基板の複数のエリアにビームを同時に供給し、そこに本明細書で開示する方法を利用して表面下レーザ・ダメージを形成することができる。

【0114】

図２１は、１つまたは複数のレーザを用いて表面下レーザ・ダメージが形成され得る４つの基板１５５Ａ～１５５Ｄを保持するように配置されている、レーザ加工装置のホルダ１６３の概略上面平面図である。示されているように、各基板１５５Ａ～１５５Ｄにはそこに画成された表面下レーザ・ダメージ・パターンを含み、そのようなパターンは、第１、第２、および第３の複数の実質的に平行な線１５６～１５８を含む。３つのレーザ・ダメージ・パターンは組み合わされて複数の３線グループ１５９を形成しており、これらは各３線グループ１５９中の隣り合う線の間の間隔１６１、１６２を上回るグループ間間隔１６０によって互いから分離されている。特定の実施形態では、第１の基板１５５Ａおよび第３の基板１５５Ｃには第１のレーザまたは第１の分割したレーザ・ビーム部分によってレーザ・ダメージ・パターンを形成することができ、第２の基板１５５Ｂおよび第４の基板１５５Ｄには第２のレーザまたは第２の分割したレーザ・ビーム部分によってレーザ・ダメージ・パターンを形成することができる。特定の実施形態では、基板１５５Ａ～１５５Ｄを担持するホルダ１６３は（例えば、２つ（ｘ、ｙ）の横方向に）移動するように構成されており、一方、１つまたは複数のレーザおよび／またはその集束光学系は、横方向の移動を制限される（ただし垂直（ｚ方向）移動は行ってもよい）。

【0115】

図２２Ａは、基板１６４の複数のエリアにおいて第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンに従う表面下レーザ・ダメージ領域を同時に形成するように、複数の部分へと分割したレーザ・ビームで加工中の、単一の基板１６４の概略上面平面図である。示されているように、基板１６４は、（例えば、図２０Ａ～図２０Ｃに描かれているエリア１５０Ａ～１５０Ｃと類似の）複数のエリア１６４Ａ～１６４Ｃを含む。最初のレーザ・ダメージ形成ステップは、第１のエリア１６４Ａおよび第２のエリア１６４Ｂにレーザ・ダメージ領域１６５’を同時に形成するために、２つの分割したレーザ・ビーム部分を当てることを含む。基板１６４をレーザに対して横方向に（例えば、右向きの矢印とは反対の方向に）インデクシングすることができ、次のレーザ・ダメージ形成ステップは、第１のエリア１６４Ａおよび第２のエリア１６４Ｂにレーザ・ダメージ領域１６５’’を同時に形成するために、２つの分割したレーザ・ビーム部分を当てることを含む。第１のエリア１６４Ａおよび第２のエリア１６４Ｂに追加のレーザ・ダメージ領域１６５’’’、１６５’’’’を形成するために、ならびに、最終的に第１、第２、および第３のエリア１６４Ａ～１６４Ｃを覆って第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成するために、この工程が繰り返される。その後、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと一緒に分散させた第２および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンをそれぞれ形成するために、工程を繰り返してもよい。第１および第２の分割したレーザ・ビーム部分を使用して、基板１６４の全体にわたって分配される表面下レーザ・ダメージ・パターンを、単一の分割しないレーザ・ビームでパターンを形成できる場合の半分の時間で形成することができる。図２２Ｂは、両方の基板１６６Ａ、１６６Ｂに少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンに従う表面下レーザ・ダメージを同時に形成するように２つの部分へと分割したレーザ・ビームで加工中の、ホルダ１６８によって支持されている２つの基板１６６Ａ、１６６Ｂの概略上面平面図である。最初のレーザ・ダメージ形成ステップは、第１の基板１６６Ａおよび第２の基板１６６Ｂにレーザ・ダメージ領域１６７’を同時に形成するために、２つの分割したレーザ・ビーム部分を当てることを含む。基板１６６Ａ、１６６Ｂを担持するホルダを、レーザに対して横方向に（例えば、右向きの矢印とは反対の方向に）インデクシングすることができ、次のレーザ・ダメージ形成ステップは、第１の基板１６６Ａおよび第２の基板１６６Ｂにレーザ・ダメージ領域１６７’’を同時に形成するために、２つの分割したレーザ・ビーム部分を当てることを含む。第１の基板１６６Ａおよび第２の基板１６６Ｂに追加のレーザ・ダメージ領域１６７’’’、１６７’’’’を形成するために、ならびに、最終的に第１の基板１６４Ａおよび第２の基板１６６Ｂを覆ってそこに第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンを形成するために、この工程が繰り返される。その後、基板１６６Ａ、１６６Ｂに、第１の表面下レーザ・ダメージ・パターンと一緒に分散させた第２および第３の表面下レーザ・ダメージ・パターンをそれぞれ形成するために、工程を繰り返してもよい。

【0116】

［深さの異なる重なり合う表面下レーザ・ダメージの形成］
特定の実施形態では、結晶材料基板の内部に、第１の深さを中心とした最初の表面下レーザ・ダメージを形成することができ、基板の内部に第２の深さを中心とした追加の表面下レーザ・ダメージを形成することができ、このとき、追加の表面下レーザ・ダメージは最初の表面下レーザ・ダメージと実質的に位置合わせされ、追加の表面下レーザ・ダメージの少なくとも一部の垂直方向の伸びが最初のレーザ・ダメージの少なくとも一部の垂直方向の伸びと重なり合う。繰り返しになるが、垂直方向の伸びが重なり合う表面下レーザ・ダメージを提供するために、１つまたは複数の先立つ行程の上に、異なる深さのレーザ・ダメージを付与するように構成されている１つまたは複数の次の行程を追加することができる。特定の実施形態では、重なり合う表面下ダメージの追加は、１つまたは複数の先立つ表面下レーザ・ダメージ形成ステップが未完であるという、破砕前の（例えば光学的分析による）判定に応答して行われてもよい。特定の実施形態では、基板の単一の厚さ低減部分（例えば、１つのウエハ）を形成するための第１および第２のレーザ・ダメージ・パターンの間のレーザ集束深さの差は、１から１０ミクロン、または２から８ミクロン、または２から６ミクロンの範囲内であり得る。異なる深さにおける重なり合う表面下レーザ・ダメージの形成は、（限定するものではないが）複数の分散させた表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成を含む、本明細書の任意の他の方法ステップと連携させて行われ得る。

【0117】

図２３Ａは、基板１７７０の第１の表面１７１に対する第１の深さを中心とした第１の表面下レーザ・ダメージ・パターン１７３を含む、結晶材料基板１７０の概略断面図であり、表面下ダメージ・パターン１７３は集束させたレーザの放射１７９によって作り出されている。第１の表面下レーザ・ダメージ・パターン１７３は、第１の表面１７１と反対側の第２の表面１７２の間の基板１７０の内部に留まる、垂直方向の伸び１７４を有する。図２３Ｂは、第２の深さを中心とし第１の表面下レーザ・ダメージ・パターン１７３と位置合わせされている第２の表面下レーザ・ダメージ・パターン１７５の形成後の、図２３Ａの基板の概略断面図であり、第２のダメージ・パターン１７５の垂直方向の伸び１７６がダメージ重なり領域１７７において第１のダメージ・パターン１７３の垂直方向の伸び１７４と重なり合っている。特定の実施形態では、結晶材料１７０の次の破砕が、ダメージ重なり領域１７７に沿ってまたはこれを通って実行され得る。

【0118】

［深さの異なる重なり合わない表面下レーザ・ダメージの形成］
特定の実施形態では、他の（例えば、先に形成された）表面下レーザ・ダメージ線と位置合わせされずに、ならびに／または最初のおよび次のレーザ・ダメージの垂直方向の伸びの特徴が重なり合うことなく、基板の様々な深さに表面下レーザ・ダメージ線が形成され得る。特定の実施形態では、表面下レーザ・ダメージの分散させたパターンはレーザ線のグループを含むことができ、異なるグループは基板の表面に対して異なる深さで集束される。特定の実施形態では、基板の内部のレーザの放射の集束深さは、異なるレーザ線のグループ（例えば、第１および第２のグループ、第１から第３のグループ、第１から第４のグループ、等のうちの少なくとも２つの異なるグループ）間で、約２ミクロンから約５ミクロンまで（すなわち、約２μｍから約５μｍ）の範囲内の距離だけ異なる。

【0119】

［レーザ・ツール較正］
カーフ・ロスの主要な要因のうちの１つは、インゴット面上の主要な破砕領域の下にある、表面下レーザ・ダメージである。一般に、表面下レーザ・ダメージが増加するとカーフ・ロスが増加する。表面下レーザ・ダメージが増加する考えられる原因の１つは、結晶材料の光学特性を十分に補償できないことである。

【0120】

特定の実施形態では、レーザ較正は、結晶材料基板への表面下レーザ・ダメージの形成の前に、結晶材料基板（例えば、インゴット）がレーザ・ツールに供給されるたびに実行され得る。そのような較正では、結晶材料基板の上側表面上にレーザ・ビームの最良の集束点が形成される初期状態を達成する可変高さ調節を利用することができ、その後で、次の状態に応じた結晶材料における表面下レーザ・ダメージの形成の所望の深さに対応するように、レーザ・ツールの開口または補正環を調節することができる。

【0121】

［ドーピング領域（ドーピング・リングとしても知られる）を示すウエハ写真］
図２４Ａは、本明細書に記載する熱誘起の破砕方法を用いて担体（すなわち、図２４Ｂに示す熱可塑性接着剤で接合されたサファイア担体１８１）から分離した後の、ＳｉＣウエハ１８０の斜視した写真である。ウエハ１８０および担体１８１はいずれも１５０ｍｍの直径を有する。熱誘起の破砕後にウエハ破損は観察されなかった。図２４Ｃは、図２４ＡのＳｉＣウエハ写真の色調を、ＳｉＣウエハ１８０の中央ドーピング・リング１８２と外側環状部分１８３の間のコントラストを強調するために、部分的に反転させたバージョンである。図２４Ｄは、ＳｉＣウエハ１８０の中央ドーピング・リング１８２と外側環状部分１８３の間の境界を示すように点線の長円で注記した、図２４Ｃの画像を示す。ドーピング・リング１８２は、ＳｉＣウエハの外側環状部分１８３に対してドーピング濃度の高い領域を表す。ＳｉＣなどのドープ半導体材料はＩＲ波長の吸収率の向上を呈するので、ＳｉＣウエハに表面下レーザ・ダメージを形成しようとする際には、外側環状部分１８３と比較してドーピング・リング１８２においてレーザ出力を高めるのが有益な場合がある。特定の実施形態では、少なくとも１つの第１のドーピング領域および少なくとも１つの第２のドーピング領域（例えば、ドーピング・リング１８２および外側環状部分１８３）の存在を判定するために、例えば光学的手段によって光の反射率または吸収率の変化を検出することによって、基板の表面の少なくとも一部にわたる結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の存在を検出することができる。その後、結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の検出に応答して、表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成中に、第１のドーピング領域（例えば、ドーピング・リング１８２）内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第１の平均出力のレーザ放射を提供するように、および、第２のドーピング領域（例えば、外側環状部分１８３）内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第２の平均出力のレーザ放射を提供するように、レーザ出力を変更することができ、第１および第２の平均出力レベルは互いに異なる。

【0122】

［ドーピング・リングを呈するインゴットの概略図］
図２５は種結晶１８５上で成長させたＳｉＣインゴット１８４の側方概略断面図であって、（インゴット１８４の第１の表面または底面１８５’にある）種結晶１８５から上向きにインゴット１８４の中心部分に沿ってその全厚さにわたって延在する、略円筒形状のドーピング領域１８７を示しており、ドーピング領域１８７はインゴット１８４の第２の表面または頂面１８６’に存在している。ドーピング領域１８７の側方は、形状が略環状である非ドープ（例えば、低濃度ドープのまたは意図せずドープされた）領域１８６で包囲されている。第１の表面１８５’と第２の表面１８６’の間に取られたインゴット１８４の薄い断面部分１８９は、図２６に示すようなウエハ１８９Ａを画成し得る。ウエハ１８９Ａは、中央ドーピング領域１８７と、一部がプライマリ・フラット１８９’で境界付けられる、略環形状の非ドープ領域１８６と、を含む。特定の実施形態では、ウエハ１８９Ａは、インゴット１８４から、本明細書に記載するようなレーザ・アシストの切り分け方法を使用して作り出すことができる。

【0123】

図２６はドーピング領域１８７のサイズ（例えば、幅または直径）をインゴット１８４の厚さ全体を通して実質的に一定であるものとして示しているが、発明者らは、ドーピング領域のサイズがインゴットにおける垂直位置とともに変動し得る（例えば、典型的には幅または直径が、種結晶に近いほど大きく、種結晶から距離が離れるほど小さい）ことを確認している。ドーピング領域内のドーピングの大きさがインゴットにおける垂直位置とともに変動し得ることも確認されている。

【0124】

図２７は種結晶１８５Ａ上で成長させたＳｉＣインゴット１８４Ａの側方概略断面図であって、（インゴット１８４Ａの第１の表面または底面１８５Ａ’にある）種結晶１８５Ａから上向きにインゴット１８４Ａの中心部分に沿ってその全厚さにわたって延在する、円錐台形状のドーピング領域１８７Ａを示している。示されているように、ドーピング領域１８７Ａはインゴット１８４Ａの第２の面または頂面１８６Ａ’に存在するが、ドーピング領域１８７Ａの幅または直径は、第１の表面１８５Ａ’におけるよりも第２の表面１８６Ａ’においての方が小さい。ドーピング領域１８７Ａの側方は、形状が略環状である非ドープ（例えば、低濃度ドープのまたは意図せずドープされた）領域１８６Ａで包囲されている。特定の実施形態では、ドーピング領域１８７Ａは、種結晶１８５Ａに対する垂直位置とともに変化する幅およびドーピング・レベルを有し得る。

【0125】

発明者らはまた、ＳｉＣインゴットの成長のために微斜面（例えば、ｃ面と非平行な角度のオフカット）の種結晶が使用される場合、ドーピング領域の横方向の位置および形状が図２７に示す構成と比較して異なり得ることも確認している。例えば、微斜面種結晶が使用される場合には、ドーピング領域は円形というよりも長円形の形状となり得る、かつ／または、インゴットの中心に対して横方向にずらされ得る。

【0126】

図２８は、微斜面（例えば、オフカット）種結晶１８５Ｂ上で成長させたＳｉＣインゴット１８４Ｂの側方概略断面図であり、種結晶１８５Ｂから種結晶１８５Ｂの中心から外れた点において上向きにインゴット１８４Ｂの全厚さにわたって上向きに延在する、円錐台形状のドーピング領域１８７Ｂを示す。示されているように、ドーピング領域１８７Ｂはインゴット１８４Ｂの第２の面または頂面１８６Ｂ’に存在するが、ドーピング領域１８７Ｂの幅または直径は、第１の表面１８５Ｂ’におけるよりも第２の表面１８６Ｂ’においての方が小さい。ドーピング領域１８７Ｂは上から見たときに略長円形状を有し得る。ドーピング領域１８７Ｂの側方は、非ドープ（例えば、低濃度ドープのまたは意図せずドープされた）領域１８６Ｂで包囲されている。特定の実施形態では、ドーピング領域１８７Ｂは、種結晶１８５Ｂに対する垂直位置とともに変化する形状、幅、および／またはドーピング・レベルを有し得る。

【0127】

［ウエハ拡大写真］
図２９は、表面下レーザ・ダメージの形成および続く分離を含む工程によってインゴットから分離されたＳｉＣウエハのＳｉ面の、斜視した写真であり、嵌め込み部分（右上）には、続く走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像に描写されているエッジを含む、ＳｉＣウエハの意図的に分離された断片が描写されている。

【0128】

図３０Ａは、１５度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の４５倍拡大ＳＥＭ画像であり、重ね合わせた矢印は、［１－１００］および［１１－２０］結晶面の方向を示す。レーザ線は［１１－２０］方向に対して垂直であり、間が約２５０ミクロン離間されている。図３０Ｂは、１５度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の１，３００倍拡大ＳＥＭ画像である。図３０Ｃは、１５度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の３５０倍拡大ＳＥＭ画像である。図３０Ｃに示されているように、オフアクシス劈開面はレーザ間隔とある程度相関しているが、ウエハ表面にわたって一貫してはいない。このことは、劈開面に対するレーザ線位置のばらつきに少なくとも部分的に起因し得る。このウエハでは、多結晶の導入位置から破砕が開始された。

【0129】

図３０Ｄは、２度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の１００倍拡大ＳＥＭ画像である。図３０Ｅは、２度の傾斜角で撮影した、図２９のＳｉＣウエハ断片の一部の１，０００倍拡大ＳＥＭ画像である。図３０Ｄおよび図３０Ｅは、破砕領域に沿った表面特徴と比較すると、レーザ・ダメージがかなり浅いことを示している。特に図３０Ｅの中央部分において、結果的な破砕ダメージの変動性を見ることができる。

【0130】

図３１Ａは、図２９のＳｉＣウエハの小さい中心部分の共焦点レーザ走査顕微鏡画像であり、重ね合わせた十字線によって、レーザ走査によって形成された「トレンチ」の位置がマーキングされている。図３１Ｂは、図３１ＡのＳｉＣウエハの一部の表面プロファイルのプロットである。図３１Ｂを参照すると、ＳｉＣ劈開面に対するレーザ線位置の変動性が観察できる。

【0131】

図３２Ａは、図２９のＳｉＣウエハの（撮影時点の）頂部に近接したより大きい部分の共焦点レーザ走査顕微鏡画像であり、重ね合わせた十字線によって、レーザ走査によって形成された「トレンチ」または線の位置がマーキングされている。図３２Ｂは、図３２ＡのＳｉＣウエハの頂部に近接した部分の表面プロファイルのプロットである。図３２Ｂでは、レーザ・ダメージに対応する線の第１の対（長円２００内の十字線として表されている）が、３０ミクロン超の深さによって分離されており、レーザ・ダメージに対応する線の第２の対（長円２０１内の十字線として表されている）が、２０ミクロン超の深さによって分離されている。図３２Ａおよび図３２Ｂにはレーザ線間の不規則な間隔が示されており、描かれた他のレーザ・ダメージ線と比較して、（長円２００内の）線の第１の対内の個々の線は互いに対してより近く、（長円２０１内の）線の第２の対内の個々の線は互いに対してより近い。

【0132】

図３３Ａは、図２９のＳｉＣウエハの（撮影時点の）底部に近接したより大きい部分の共焦点レーザ走査顕微鏡画像であり、重ね合わせた十字線によって、レーザ走査によって形成された「トレンチ」の位置がマーキングされている。図３３Ｂは、図３３ＡのＳｉＣウエハの底部に近接した部分の表面プロファイルのプロットである。図３３Ｂは、レーザ・ダメージ線の隣り合う対同士の間の横方向の距離ばらつきを示し、ある対は３３４ミクロンだけ分離されており、別の対は１９６ミクロンだけ分離されているが、深さの最大ばらつきは１３ミクロンである。

【0133】

［表面下レーザ・ダメージの形成後の基板の破砕］
本明細書で既に考察したように、結晶材料基板内には、基板から結晶材料の少なくとも１つの薄層（例えば、ウエハ）を除去するための破砕に向けて基板を準備するための、表面下レーザ・ダメージが形成され得る。特定の破砕技法の例（例えば、基板に結合されたＣＴＥ不整合の担体を冷却すること、基板に超音波を当てること、または基板に装着された担体に曲げモーメントを付与すること）が本明細書で以下に記載されているが、本明細書に記載する様々な表面下レーザ・ダメージ形成技法を、当業者に既に知られている破砕技法を含む任意の好適な破砕技法内で使用できることが諒解されよう。

【0134】

［担体／基板のＣＴＥ不整合のある剛性担体の冷却による破砕］
図３４Ａ～図３４Ｆは、結晶材料に結合された結晶材料よりも大きいＣＴＥを有する剛性担体を利用する、本開示の一実施形態に係る結晶材料を破砕するための担体アシスト法のステップを示す。図３４Ａは、剛性担体２０２の第１の表面２０３に結合された接着材料１９８の層を有する、および第１の表面２０３の反対側の第２の表面２０４を有する、剛性担体２０２の、側方概略断面図である。

【0135】

図３４Ｂは、中に表面下レーザ・ダメージ領域１９６を有する結晶材料基板１９０に結合されている、図３４Ａの剛性担体２０２および接着材料１９８を含む組立体１８８の概略断面図である。剛性担体２０２は、基板１９０よりも大きい直径または横方向の伸びを有する。基板１９０は、接着材料１９８に近接した第１の表面１９２を含み、かつ反対側の第２の表面１９４を含み、表面下レーザ・ダメージ１９６は第２の表面１９４よりも第１の表面１９２の近くにある。接着材料１９８は結晶基板１９０の第１の表面１９２と剛性担体２０２の第１の表面２０３との間に延在する。選択した接合方法（例えば、熱圧縮接着剤接合、圧縮ＵＶ接合、化学反応性接合、等）の要件に従って、接着材料１９８を硬化させることができる。特定の実施形態では、第２の担体（図示せず）を基板１９０の第２の表面１９４に接合してもよく、この場合第２の担体は基板１９０よりも広くなることはない、および／または、基板１９０とＣＴＥが一致しているが、これらは任意選択である。

【0136】

図３４Ｃは、剛性担体２０２の第２の表面２０４を、冷却液を受けるように構成されている冷却したチャック２０６の形態の冷却装置の支持表面２０８上に位置付けた後の、図３４Ｂの組立体の概略断面図である。剛性担体２０２と冷却したチャック２０６の間の接触によって、剛性担体２０２から冷却したチャック２０６へと熱が伝達される。冷却工程中、剛性担体２０２は、担体２０２のＣＴＥが基板１９０よりも大きいことに起因して、結晶材料基板１９０よりも大きく横方向に収縮することになり、この結果、担体２０２は基板１９０に対してせん断応力を及ぼす。剛性担体２０２を基板１９０に結合する接着剤層１９８の近くに表面下レーザ・ダメージ１９６が存在することに起因して、基板１９０に対してせん断応力を及ぼすことによって、表面下レーザ・ダメージ領域１９６に沿ってまたは近接して、結晶材料が破砕されることになる。

【0137】

特定の実施形態では、冷却したチャック２０６は、剛性担体２０２の直径よりも小さい直径を有する。冷却したチャック２０６には冷却液を供給することができるが、結晶材料基板１９０の熱誘起の破砕を首尾よく完了するために、剛性担体２０２が液体窒素温度（－１６０℃）に達する必要はない。－７０℃に維持される冷却したチャックを使用して、単結晶サファイア基板によって支持された単結晶ＳｉＣ材料の破砕に関する好ましい分離結果が得られている。そのような温度は、様々な冷却液、例えば二相ポンプ式気化冷却システムから受けられる液体メタノール（その凝固点－９７℃超では流動性が維持される）を使用して維持され得る。担体、接着剤、および基板を－２０℃に維持された冷凍庫内で冷却することによっても好ましい分離結果が得られたが、この場合、そのような温度は単相気化冷却システムを使用して維持され得る。液体窒素ではなく単相気化冷却システムまたは二相ポンプ式気化冷却システムを使用できることによって、運用コストが大きく低減される。

【0138】

図３４Ｄは、表面下レーザ・ダメージ領域に沿った結晶材料の破砕後の、剛性担体２０２と、接着材料１９８と、基板１９０Ａから除去した結晶材料の部分２１０とを含む、接合された組立体から分離された結晶材料基板１９０Ａの残りの部分の概略断面図である。結晶材料基板１９０Ａの残りの部分は、第２の表面１９４の反対側の、（残留レーザ・ダメージ１９６Ａを有する）新しい第１の表面１９３を境界としている。これに対応して、結晶材料の除去した部分２１０は、第１の表面１９２の反対側の、（残留レーザ・ダメージ１９６Ｂを有する）新しい第２の表面２１２を境界としている。その後、剛性担体２０２と接着材料１９８と結晶材料の除去した部分１６０とを含む接合された組立体２１５を、冷却したチャック２０６から回収することができる。

【0139】

図３４Ｅは、水冷チャック２０６から回収した後の、図３４Ｄの接合された組立体２１５の概略断面図である。除去した結晶材料の一部２１０を剛性担体２０２に取り付けた状態に維持することによって、除去した結晶材料の一部２１０の機械的支持が実現し、この結果、残留レーザ・ダメージ１９６Ｂを除去し、結晶材料２１０の望ましい厚さを（例えば、研削、ならびにその後の任意選択的な化学機械平坦化ステップおよび／または研磨ステップを介して）達成するための、新しい表面２１２に対する１つまたは複数の表面加工ステップ（例えば、研削、研磨、等）の実行が可能になって、有利である。特定の実施形態では、レーザ・ダメージ除去および薄層化は、連続的な研削／研磨工程、ならびに、新しい表面２１２を次の工程（例えば、表面注入、（例えば、ウエハ・フラットに沿った）レーザ・マーキング、エピタキシャル層の形成、金属化、等）に向けて準備するための、任意の好適な研磨および洗浄ステップを含み得る。

【0140】

図３４Ｆは、加熱した真空チャック２１６の上側表面２１８によって支持された、結晶材料の除去した部分２１０の概略断面図であり、剛性担体２０２および接着材料１９８は、接着材料１９８の高温軟化および解放の後で、結晶材料の除去した部分２１０から離れる方に横方向に並進されている。すなわち、加熱した真空チャック２１６は、剛性担体２０２の第２の表面２０４に外部せん断応力を適用したときに、加熱した真空チャック２１６によって所定位置に一時的に保持されている結晶材料の除去した部分２１０から離れる方へと横方向に剛性担体２０２を並進させることができるように、接着材料１９８を軟化および／または流動させるのに十分な温度まで、加熱することができる。その後、加熱した真空チャック２１６の動作を停止してもよく、結晶材料の除去した部分２１０は自立できる材料を具現化したものとなる。所望であれば、剛性担体２０２の第１の表面２０３から接着剤１９８の残渣を全て除去し洗浄することができ、剛性担体２０２を任意選択的に別の破砕工程のために再利用することができる。次いで除去した結晶材料を、１つまたは複数のエピタキシャル層および導電金属層を成長させてデバイス・ウエハを形成するための成長基板として使用することができ、デバイス・ウエハは個片化されて個別の半導体デバイスを形成する。

【0141】

［超音波エネルギーが誘起する破砕］
剛性担体に接合された結晶材料のレーザが誘起した表面下ダメージ・ゾーンに沿って破砕を生じさせるための別の方法は、接合された状態にある間に結晶材料に超音波エネルギーを適用することを含む。図３５は、介在する接着材料１９８Ａを使用して剛性担体２０２Ａに接合された表面下レーザ・ダメージ１９６Ａのある結晶材料１９０Ａを含む、組立体１８８Ａの概略断面図であり、組立体１８８Ａは超音波発生器装置２２０の液槽２２５内に配置されている。装置２２０は、超音波生成要素２２４と接触させて配置されている容器２２２を更に含み、容器２２２は液槽２２５を収容している。剛性担体２０２Ａの存在によって、特に分離前に残留応力が（例えば、ＣＴＥ不整合に起因して）剛性担体２０２Ａと結晶材料１９０Ａの間に留まる場合に、超音波エネルギーを受けたときの結晶材料１９０Ａの破損を低減または排除できる。そのような残留応力によって、結晶材料の破砕を開始するために必要な超音波エネルギーの量を低減させることができ、このことにより、材料破損の可能性が低減される。

【0142】

［機械的な力が誘起する破砕］
特定の実施形態では、剛性担体に接合された結晶材料の破砕は、（ｉ）担体の少なくとも１つのエッジに近接した、（例えば、任意選択的に１つまたは複数の箇所に局所化された）機械的な力の適用、によって促進され得る。そのような力は、担体の少なくともの一部に曲げモーメントを付与することができ、そのような曲げモーメントは破砕を開始するために表面下レーザ・ダメージ領域に伝達される。例示の実施形態を図３６Ａ～図３６Ｃに示す。

【0143】

図３６Ａ～図３６Ｃは、基板２３６が接合される担体２３８の一方のエッジに近接して機械的な力を適用することによって、表面下レーザ・ダメージ２３３のある結晶材料基板２３６を破砕するためのステップを説明する概略断面図である。接合された組立体は、剛性担体２３８、２３８’の間に接合された、表面下レーザ・ダメージ領域２３３を有する結晶材料基板２３６を含む。各剛性担体２３８、２３８’は、ツール２１９を挿入可能な凹部２３１を画定する局所的に大きくなった境界領域を提供する、基板２３６のフラット２３５と位置合わせされた横方向に突出するタブ部分２３９、２３９’を含む。図３６Ａは、ツール２１９を凹部１９１に挿入する前の状態を示す。図３６Ｂはツール２１９を凹部に挿入した後の状態を示し、このときツール２１６は上向きに傾斜しており、このことにより、剛性担体２３８、２３８’の間の分離を促進しようとする方向にこじり力が働き、このことにより、少なくとも１つの担体２３８に対して曲げモーメントＭが作用する。特定の実施形態では、基板２３６は六方晶構造を有する材料（例えば、４Ｈ－ＳｉＣ）を含み、曲げモーメントＭは、［１１－２０］方向に対する垂直方から±５度以内に（または等価なものとして、［１－１００］方向との平行方向から±５度以内に）配向される。図３６Ｃは、表面下レーザ・ダメージ領域２３３に沿った結晶基板２３６の最初の破砕後の状態を示し、この場合、結晶材料の上側部分２３６は上側担体２３８に接合されたままであり、結晶材料の下側部分２３６Ｂは下側担体２３８’に接合されたままであり、上側担体２３８は下側担体２３８’に対して上向きに傾斜している。そのような破砕によって、第２の接合された組立体２２９Ｂ（下側担体２３８’と結晶材料の下側部分２３６Ｂとを含む）から分離された、第１の接合された組立体２２９Ａ（上側担体２３８と結晶材料の上側部分２３６Ａとを含む）が得られる。特定の実施形態では、担体に接合されている表面下レーザ・ダメージのある結晶材料の破砕を促進するために、基板が接合されている剛性担体の両側のエッジに近接して、機械的な力を適用することができる。

【0144】

２つ以上の破砕技法を組み合わせること（例えば、ＣＴＥ不整合および超音波誘起の破砕、またはＣＴＥ不整合および機械的作用誘起の破砕、または超音波誘起および機械的作用誘起の破砕）が特に企図されることが留意される。特定の実施形態では、超音波エネルギーの適用前または適用中に、超音波槽の液体を冷却することができる。破砕を完了するために必要な機械的な力の量は、基板と担体の間のＣＴＥ差の影響を受ける場合がある。特定の実施形態では、ＣＴＥ差および機械的な力を組み合わせることができる。担体と基板の間のＣＴＥ差が小さいかまたは存在しない（すなわち、ＣＴＥが整合している）場合には、破砕を完了するためにより大きな機械的な力が必要となり得る。逆に、ＣＴＥ不整合が大きい場合には、破砕を完了するために必要な機械的な力を小さくできるか、または機械的な力が必要ない場合がある。

【0145】

［デバイス・ウエハ分割工程］
特定の実施形態では、結晶材料に動作可能な半導体ベースのデバイスの一部として少なくとも１つのエピタキシャル層（および任意選択的に少なくとも１つの金属層）を形成した後で、その結晶材料にレーザ・アシストおよび担体アシストの分離方法を適用することができる。そのようなデバイス・ウエハ分割工程は、デバイス形成後に基板材料を研削して除去する必要性を大きく低減することによって、結晶材料の歩止まりを高める（および廃棄を減らす）ことができるため、特に有利である。

【0146】

図３７Ａ～図３７Ｏは、デバイス・ウエハ分割工程のステップを説明する概略断面図であり、これらに従って、結晶材料から厚いウエハを破砕し、厚いウエハ上で少なくとも１つのエピタキシャル層を成長させ、厚いウエハを破砕して担体と厚いウエハから分けられた薄いウエハとを各々含む第１および第２の接合された組立体を形成し、第１の接合された組立体は、動作可能な半導体ベースのデバイスの一部として少なくとも１つのエピタキシャル層を含む。

【0147】

図３７Ａは、第１の表面２４１と第１の表面に対してある深さに配置された表面下レーザ・ダメージ２４３とを有する、結晶材料基板２４０を示す。図３７Ｂは、第１の表面２４１を覆うように接着材料２４４を追加した後の、図３７Ａの基板２４０を示す。図３７Ｃは、剛性担体２４６を接着材料２４４を使用して基板２４０に接合した後の、図３７Ｂに描かれているアイテムを示す。図３７Ｄは、基板２４０を（例えば、本明細書で開示する１つまたは複数の方法を使用して）表面下レーザ・ダメージ２４３に沿って破砕した後の、図３７Ｄのアイテムを示し、担体２４６と、接着材料２４４と、基板２４０から除去した結晶材料部分（例えば、厚いウエハ）２４２と、を含む、接合された組立体から分離された基板２４０の残りの部分が生じている。特定の実施形態では、厚いウエハ２４２は、おおよそ３５０から７５０ミクロンの範囲内の厚さを有し得る。厚いウエハ２４２の露出した表面２４３Ａおよび基板２４０の残りの部分の露出した表面２４３Ｂは表面不規則性を呈し得るが、これらは研削、ＣＭＰ、研磨、等などの表面加工ステップによって低減することができる。図３７Ｅは、担体２４６から接合解除し取り外した後の厚いウエハ２４２を示し、厚いウエハ２４２は垂直なエッジ・プロファイルを含む。ウエハの垂直なエッジはウエハの取り回し中に容易に破砕し、許容できないエッジのチップおよび粒子を生じさせる。破損のリスクを低減するために、ウエハ・エッジをエッジ研削して、面取りされたまたは丸められたエッジを有する非垂直なウエハ・エッジを作り出すことができる。図３７Ｆは、厚いウエハ２４２に丸められたエッジ・プロファイル２４７を付与するように構成されている（例えば、ダイヤモンド粒子を含浸させた）凹状の切削表面２４９Ａを有する回転式プロファイル研削ツール２４９に近接した回転台の、対向する上側把持部分２４８Ａと下側把持部分２４８Ｂの間に支持された、厚いウエハ２４２を示す。図３７Ｇは、エッジ研削（エッジ・プロファイリングとしても知られる）後の厚いウエハ２４２を示し、この厚いウエハは、第１のウエハ表面２５１と第２のウエハ表面２５２の間の境界を提供する、丸められたエッジ２４７を含む。

【0148】

図３７Ｈは、厚いウエハ２５１の第１の表面２５１上にまたはこれを覆って１つまたは複数のエピタキシャル層２５３を成長させた後の、図３７Ｇの厚いウエハ２４２を示す。接着剤とエピタキシに固有の高温との不適合性に起因して、図３７Ｄに示す担体は存在していない。図３７Ｉは、少なくとも１つの動作可能な半導体デバイスを形成するためにエピタキシャル層２５３の上に導電（例えば、金属）コンタクト２５４を形成した後の、構造図３７Ｈを示し、厚いウエハ２４２はまだ丸められたエッジ２４７を有している。従来、研削は、第２の表面２５２に対して、厚いウエハ２４２を結果的なデバイスにとって適切な厚さ（例えば、ショットキー・ダイオードまたはＭＯＳＦＥＴでは１００から２００ミクロン）にまで薄くするために、行われるものである。本明細書で開示する手法は、ウエハ研削の必要性を低減し、代わりに、厚いウエハの一部を除去し、これに表面仕上げを行って別の動作可能な半導体デバイスの製作に使用できるようにするために、レーザ・アシストおよび担体アシストの分離を利用する。

【0149】

発明者らは、厚いウエハ２４２上の丸められたエッジ２４７の存在がエッジ２４７に近接した表面下レーザ・ダメージの形成の制御を阻害しており、その理由が、丸められたプロファイルがレーザ焦点および深さの制御に悪影響を与えるからであることを見出した。この問題に対処するために、厚いウエハ２４２の丸められたエッジ２４７を、更なるレーザ加工の前に除去することができる。図３７Ｊは、丸められたエッジ２４７を研削して除去し、厚いウエハ２４２の第１の表面２５１と第２の表面２５２の間に延在する実質的に垂直なエッジ２５５を付与するために、エッジ・グラインダ２５６で研削されている、図３７Ｉの構造を示し、エピタキシャル層２５３およびコンタクト２５４が第１の表面２５１の上に配置されている。

【0150】

図３７Ｋは、第１の担体を受け接着するための準備として、厚いウエハ２４２の第１の表面２５１、エピタキシャル層２５３、およびコンタクト２５４を覆う一時的接着材料２５７を追加した後の、図３７Ｊの構造を示す。図３７Ｌは、一時的接着材料２５７を覆うように第１の担体２５８を追加した後の、および、厚いウエハ２４２の第２の表面２５２を通して集束されたレーザ放射を当てることによって厚いウエハ２４２内に表面下レーザ・ダメージ２５９を形成した後の、図３７Ｋの構造を示す。図３７Ｍは、面下レーザ・ダメージ２５９に近接させて第２の剛性担体２６０を厚いウエハ２４２の第２の表面２５２に接合した後の、図３７Ｌの構造を示す。分離を目的として、第２の剛性担体２６０は、厚いウエハ２４２の一部（すなわち、層）を除去するように意図されている前面担体としての役割を果たす。

【0151】

特定の実施形態では、自立できる厚いデバイス・ウエハにレーザ放射を適用することができ、第１および第２の担体は厚いウエハの前面および背面に実質的に同時に接合され得る。特定の実施形態では、接着材料を、担体またはウエハの前面および背面の一方または両方上に適用することができる。

【0152】

図３７Ｎは、本明細書で開示する少なくとも１つの破砕工程を適用して、表面下レーザ・ダメージ２５９に沿って厚いウエハ２４２を破砕し、第１の接合された二次組立体２６２Ａおよび第２の接合された二次組立体２６２Ｂを得た後の、図３７Ｍのアイテムを示す。第１の接合された二次組立体２６２Ａは、（図３７Ｍの厚いウエハ２４２から分離された）第１の薄いウエハ部分２４２Ａと、エピタキシャル層２５３と、コンタクト２５４と、一時的接着材料と、第１の担体２５８と、を含む。第２の接合された二次組立体２６２Ｂは、（図３７Ｍの厚いウエハ２４２から分離された）第２の薄いウエハ部分２４２Ｂと、第２の担体２６０と、を含む。薄いウエハ部分２４２Ａの露出した表面２５９Ａおよび薄いウエハ部分２４２Ｂの露出した表面２５９Ｂは、レーザ・ダメージおよび／または破砕に起因する表面不規則性を呈し得るが、これらは従来の表面加工ステップ（例えば、研削、ＣＭＰ、および／または研磨）によって低減することができる。図３７Ｏは、一時的接着剤２５７および第１の担体２５８を除去することによって第１の接合された下位組立体２６２Ａから得られた、動作可能な半導体デバイス２６４を示す。そのような図はまた、第２の薄いウエハ部分２４２Ｂを更なる処理（例えば、エピタキシャル成長）に向けて準備するべく第２の担体２６０を除去した後の、第２の薄いウエハ部分２４２Ｂを示す。

【0153】

［担体ウエハの再利用を含む例示の方法］
図３８は、本開示に係る方法のステップを概略的に説明するフローチャートである。左上から始めて、レーザ２６６は、厚い結晶材料基板２７０（例えば、ＳｉＣインゴット）の第１の表面２７２よりも下にレーザ放射を集束させて、表面下レーザ・ダメージ領域２６８を作り出すことができる。その後、担体ウエハ２２４を結晶材料基板２７０の第１の表面２７２に接合することができ、担体ウエハ２７４は、（基板２７０の第１の表面２７２から近位の）第１の表面２７６と、担体ウエハ２７４の第１の表面２７６の反対側の第２の表面２７８と、を含む。担体ウエハ２７８と結晶材料基板２７０の間のそのような接合は、接着剤接合または陽極接合などの、本明細書で開示するいずれかの方法によって実行され得る。結晶材料基板と担体の間の陽極接合に関連する詳細が米国特許出願公開第２０１６／０１８９９５４号に開示されており、かかる公開の内容はこれにより参照によってあらゆる目的のために本明細書に組み込まれている。その後、本明細書で開示する破砕工程（例えば、ＣＴＥ不整合の担体の冷却、超音波エネルギーの適用、および／または機械的な力の適用）が、表面下レーザ・ダメージ領域２１８に沿って結晶材料２７０の破砕に適用されて、担体ウエハ２７８に固着された結晶材料部分２８０を結晶材料基板２７０Ａの残りの部分から分離させる。残留レーザ・ダメージを有する結晶材料基板２７０Ａの残りの部分の新たに露出した表面２８２Ａは、平滑に研削され、洗浄され、工程の始め（図３８における左上）に戻される。また、除去した結晶材料２８０の新たに露出した表面２８４は、担体２７４に取り付けられたまま平滑に研削される。その後、担体ウエハ２７４を結晶材料２８０の除去した部分から分離することができ、結晶材料２８０に１つまたは複数の層のエピタキシャル成長を行ってエピタキシャル・デバイス２８０’を形成することができ、一方で担体ウエハ２７４は洗浄されて、結晶材料基板２７０の別の比較的薄い切片の除去を行わせるために、（図３８の左上の）工程の始めに戻される。

【0154】

図３９は、表面下レーザ・ダメージ２６８を示す図３８の結晶材料基板（例えば、ＳｉＣインゴット）２７０の一部の概略断面図であり、重ね合わせた点線によって、予期されるカーフ・ロス材料領域が識別されている。予期されるカーフ・ロス材料領域２９０は、レーザ・ダメージ２６８と、更に、基板２７０から分離されることになる結晶材料部分２８０（例えば、ＳｉＣウエハ）の下面２８８（例えば、Ｓｉ終端面）から機械的に（例えば、研削および研磨によって）除去されることになる材料２８４と、更に、基板２７０の残りの部分２７０Ａの上面２８２Ａ（例えば、Ｃ終端）面から機械的に（例えば、研削および研磨によって）除去されることになる材料２８６と、を含む。結晶材料部分２８０の下面２８８は、その上面２７２の反対側にある。特定の実施形態では、ＳｉＣが更なる加工にとって十分な基板上面２８２Ａおよびウエハ下面２８８を提供するように、カーフ・ロス材料領域全体が、８０～１２０ミクロンの範囲内の厚さを有し得る。

【0155】

［複数の研削ステーション／ステップを用いる材料加工］
特定の実施形態では、レーザ加工および破砕を受ける結晶材料を、表面下ダメージを除去するための複数の表面研削ステップ、および、面取りされたまたは丸められたエッジ・プロファイルを付与するためのエッジ研削で、更に加工することができ、この場合、追加の表面ダメージを付与する可能性を低くするように、および、結晶材料ウエハを化学機械平坦化に向けて準備するように、研削ステップの順序が選択される、および／または、保護表面コーティングが採用される。そのようなステップは、例えば、本明細書で開示する実施形態に係る材料加工装置を使用して実行することができ、この場合、例示の装置は、レーザ加工ステーションと、破砕ステーションと、破砕ステーションの下流に並列に配置された複数の粗研削ステーションと、粗研削ステーションの下流に配置された少なくとも１つの精密研削ステーションと、を含む。ワイヤ・ソーイングで切断したウエハを加工するときは、ワイヤ・ソーイングの表面ダメージを除去するために、表面の研削または研磨の前にエッジ研削を実行するのが一般的である。しかしながら、レーザ・ダメージを有する基板部分（例えば、ウエハ）のエッジ研削を破砕ダメージと組み合わせると、基板部分にクラックが発生する可能性が高まることが、発明者らによって見出されている。この現象の理由に関する何らかの特定の理論に縛られることを望むものではないが、少なくとも何らかの表面加工（研削および／または研磨）の前にエッジ研削が行われる場合、表面破砕の結果生じる露出した劈開面によって、表面はクラックを生じ易くなると考えられている。この理由により、エッジ研削の前に少なくともある程度の表面加工（例えば、研削および／または研磨）を実行するのが有益であることが見出されている。

【0156】

粗研削ステップ（すなわち、基板部分およびバルク基板の破砕した表面に沿ったレーザ・ダメージおよび破砕ダメージを除去するための）は、先行するレーザ加工および破砕のステップよりも完了するのに顕著に長い時間を、および次の精密研削のステップよりも顕著に長い時間を要する傾向にあることが見出されている。この理由のため、バルク結晶材料（例えば、インゴット）からの複数のウエハの製作におけるボトルネックを解消するために、複数の粗研削ステーションが並列に設けられる。特定の実施形態では、複数の粗研削ステーションの上流および下流に、基板部分の装填および取り出しを制御するためのロボット・ハンドラが配置され得る。特定の実施形態では、レーザ加工ステーションと破砕ステーションの間に担体接合ステーションを設けることができ、エッジ研削ステーションの（直接または間接のいずれかの）上流に担体除去ステーションを設けることができる。担体は望ましくは、特に薄い基板部分（例えば、ウエハ）について破損の可能性を低減するために、少なくともいくつかの表面研削ステップの間、基板部分に接合されたままとすることができるが、担体は、エッジ研削の前に（またはエッジ研削の前にウエハを保護コーティングでコーティングする前に）取り外されるのが好ましい。

【0157】

特定の実施形態では、担体接合ステーションは、一時的接合媒体で事前コーティングされた担体を使用し、担体を基板表面とアライメントしてそれに押し付け、その接合媒体を担体と基板の間の接合を行わせるための必要条件（例えば、熱および圧力）に曝すことができる。別法として、担体接合ステーションは、担体または基板を要求に応じてコーティングするために使用できる、コーティング・ステーションを含み得る。

【0158】

図４０は、レーザ加工ステーション３０２と、担体接合ステーション３０３と、材料破砕ステーション３０４と、並列に配置された複数の粗研削ステーション３０８Ａ、３０８Ｂと、精密研削ステーション３１２と、担体除去ステーション３１３と、ＣＭＰステーション３１４と、を含む、一実施形態に係る材料加工装置３００の概略図である。レーザ加工ステーション３０２は、少なくとも１つのレーザと、結晶材料（例えば、インゴット）に表面下レーザ・ダメージを形成するための少なくとも１つのレーザ・ビームを受けるように配置された少なくとも１つの基板のための、ホルダと、を含む。担体接合ステーション３０３は、（表面下レーザ・ダメージを有する）結晶材料を少なくとも１つの剛性担体に接合するように構成されている。破砕ステーション３０４は、担体接合ステーション３０３から（剛性担体に接合された基板を各々含む）１つまたは複数の組立体を受けるように、および、（担体に接合されたウエハと類似している場合のある）基板部分を除去するために、表面下レーザ・ダメージ領域に沿って少なくとも１つの基板を破砕するように、配置されている。破砕ステーション３０４の下流には、第１の粗研削ステーション３０８Ａおよび第２の粗研削ステーション３０８Ｂが並列に配置されており、破砕ステーション３０４から受け取った（接合された組立体の一部としての）基板部分を第１の粗研削ステーション３０８Ａまたは第２の粗研削ステーション３０８Ｂのいずれかに交互に送るための、第１のロボット・ハンドラ３０６が設けられている。第１の粗研削ステーション３０８Ａおよび第２の粗研削ステーション３０８Ｂの下流には、（接合された組立体の一部としての）粗研削された基板部分を精密研削ステーション３１２に送るための、第２のロボット・ハンドラ３１０が設けられている。精密研削ステーション３１２の下流には担体除去ステーション３１３が設けられており、これは担体から研削された基板部分を分離する役割を果たす。担体除去ステーション３１３の下流には、基板部分を洗浄およびエピタキシャル成長などの更なる処理に向けて準備するための、化学機械平坦化（ＣＭＰ）ステーション３１４が配置されている。ＣＭＰステーション３１４は精密研削後に残るダメージを除去するように機能するが、精密研削自体は粗研削後に残るダメージを除去するものである。特定の実施形態では、各粗研削ステーション３０８Ａ、３０８Ｂは、５０００グリット未満の研削表面を有する少なくとも１つの研削ホイールを備え、精密研削ステーション３１２は、少なくとも５０００グリットの研削表面を有する少なくとも１つの研削ホイールを備える。特定の実施形態では、各粗研削ステーション３０８Ａ、３０８Ｂは、結晶材料部分（例えば、ウエハ）から２０ミクロンから１００ミクロンの厚さの結晶材料を除去するように構成されており、精密研削ステーション３１２は、３から１５ミクロンの厚さの結晶材料を除去するように構成されている。特定の実施形態では、各粗研削ステーション３０８Ａ、３０８Ｂおよび／または精密研削ステーション３１２は複数の研削サブステーションを含むことができ、異なるサブステーションは異なるグリットの研削ホイールを備える。

【0159】

図４０の実施形態に係る装置を、ウエハなどの結晶基板部分の丸められたまたは面取りされたエッジ・プロファイルを付与するための、エッジ研削に対応するように修正することができる。そのようなエッジ・プロファイルによって、ウエハ・エッジの破損のリスクが低減されることになる。基板部分が担体に接合されている場合はエッジ研削は行われなくてもよく、したがって、担体除去ステーションは、エッジ研削ステーションの（直接または間接のいずれかの）上流に配置され得る。

【0160】

図４１は、図４０の実施形態と類似しているがエッジ研削ステーション３３２が組み込まれている一実施形態に係る、材料加工装置３２０を示す。材料加工装置３２０は、レーザ加工ステーション３２２と、担体接合ステーション３２３と、材料破砕ステーション３２４と、第１のロボット・ハンドラ３２６と、並列に配置された複数の粗研削ステーション３２８Ａ、３２８Ｂと、第２のロボット・ハンドラ３２８と、担体除去ステーション３３１と、エッジ研削ステーション３３２と、精密研削ステーション３３４と、ＣＭＰステーション３３６と、を含む。例示のエッジ研削ステーション３３２を、（例えば、図３７Ｇに示すような）凹状のデューリング表面を有する回転式研削ツールに近接して配置されている回転台の、上側および下側把持部分の間でウエハを把持するように、配置してもよい。このようにウエハを把持することによって、ウエハ表面（例えば、ＳｉＣウエハのＳｉ終端表面）に望ましくないダメージが付与される場合がある。この理由により、図４１に示すエッジ研削ステーション３３２は、エッジ研削ステーション３３２によって付与されるあらゆる表面ダメージを精密研削ステーション３３４において除去できるように、精密研削ステーション３３４の上流に配置されている。精密研削ステーション３３４はウエハを小さい厚さだけ除去し、このことによりエッジ研削ステーション３３２が作り出した丸められたまたは面取りエッジ・プロファイルが変更される場合があるが、ウエハ・エッジの破砕を阻止するのに十分な程度の丸められたまたは面取りされたエッジ・プロファイルは残ることになる。

【0161】

図４１に係る装置３２０を使用して、表面ダメージを有する第１の表面を備える結晶材料ウエハを加工するための方法を実行することができ、このとき第１の表面はエッジを境界としている。方法は、表面ダメージの第１の部分を除去するために、第１の表面を少なくとも１つの第１の研削装置を用いて研削することと、少なくとも１つの第１の研削装置を用いた第１の表面の研削の後で、面取りされたまたは丸められたエッジ・プロファイルを形成するためにエッジをエッジ研削することと、エッジ研削後に、表面ダメージの第２の部分を第１の表面を化学機械平坦化による更なる加工に適したものにするのに十分な程度に除去するために、少なくとも１つの第２の研削装置を用いて第１の表面を研削することと、を含む。特定の実施形態では、第１の研削装置は粗研削ステーション３２８Ａ、３２８Ｂにおいて具現化することができ、エッジ研削はエッジ研削ステーション３３２によって実行することができ、第２の研削装置は精密研削ステーション３１２において具現化され得る。特定の実施形態では、少なくとも１つの第１の研削装置を用いた第１の表面の研削の後で、および、面取りされたまたは丸められたエッジ・プロファイルを形成するためにエッジをエッジ研削する前に、担体除去ステップを実行することができる。

【0162】

特定の実施形態では、エッジ研削中に追加の表面ダメージを付与する可能性を低くするように、および、結晶材料ウエハを化学機械平坦化に向けて準備するように、保護表面コーティングが採用され得る。そのような表面コーティングは、フォトレジストまたは任意の他の好適なコーティング材料を含むことができ、エッジ研削の前に適用することができ、エッジ研削後に除去することができる。

【0163】

図４２は、図４０の実施形態と類似しているが精密研削ステーション３５２とエッジ研削ステーション３５６の間に表面コーティング・ステーション３５４が組み込まれており、かつエッジ研削ステーション３５６とＣＭＰステーション３６０の間にコーティング除去ステーション３５８が組み込まれている、一実施形態に係る材料加工装置３４０の概略図である。材料加工装置３４０は、レーザ加工ステーション３４２と、材料破砕ステーション３４４と、第１のロボット・ハンドラ３４６と、並列に配置された複数の粗研削ステーション３４８Ａ、３４８Ｂと、精密研削ステーション３５２の上流にある第２のロボット・ハンドラ３４８と、を更に含む。コーティング・ステーション３５４は、スピン・コーティング、ディップ・コーティング、スプレー・コーティング、または類似のものなどの方法によって、保護コーティング（例えば、フォトレジスト）を適用するように構成され得る。保護コーティングは、エッジ研削ステーション３６５によって付与され得るあらゆるダメージを吸収するのに十分な、厚さおよび堅牢性を有するものであるべきである。ＳｉＣウエハの場合、Ｓｉ終端表面を保護コーティングでコーティングしてもよいが、その理由は、Ｓｉ終端表面が通常、エピタキシャル成長が行われる表面であるからである。コーティング除去ステーション３５８は、化学的、熱的、および／または機械的手段によって、コーティングを剥離するように構成され得る。

【0164】

図４２に係る装置３４０を使用して、表面ダメージを有する第１の表面を備える結晶材料ウエハを加工するための方法を実行することができ、このとき第１の表面はエッジを境界としている。方法は、表面ダメージの第１の部分を除去するために、第１の表面を少なくとも１つの第１の研削装置（例えば、粗研削ステーション３４８Ａ、３４８Ｂ）を用いて研削することと、その後で、表面ダメージの第２の部分を第１の表面を化学機械平坦化による更なる加工に適したものにするのに十分な程度に除去するために、少なくとも１つの第２の研削装置（例えば、精密研削ステーション３５２）を用いて第１の表面を研削することと、その後で、第１の表面上に（例えば、表面コーティング・ステーション３５４を使用して）保護コーティングを形成することと、その後で、面取りされたまたは丸められたエッジ・プロファイルを形成するために、エッジを（例えば、エッジ研削ステーション３５６を使用して）エッジ研削することと、その後で、第１の表面から（例えば、コーティング除去ステーションを使用して）保護コーティングを除去することと、を含む。第１の表面はその後（例えば、ＣＭＰステーション３６０による）化学機械平坦化によって加工することができ、このことにより、第１の表面（例えば、ウエハのＳｉ終端表面）の表面洗浄およびエピタキシャル成長などの次の処理に向けた準備が整う。

【0165】

特定の実施形態では、把持装置は、表面下ダメージを形成するためのレーザによる端面の加工を可能にするために、側壁に対して非垂直な端面を有するインゴットを保持するように構成され得る。特定の実施形態では、把持エフェクタは、上から見たとき円形の断面を有する傾斜した側壁に沿うように構成され得る。特定の実施形態では、把持エフェクタは、把持エフェクタが傾斜した側壁に沿うのを可能にするためのジョイントを含み得る。

【0166】

図４３Ａは、一実施形態に係る、側壁３７０に対して非垂直な端面３６６、３６８を有するインゴット３６４を保持するための第１の把持装置３６２の概略側方断面図である。上側端面３６６はレーザ・ビーム３７６を受けるように水平に配置されている。下側端面３６８には担体３７２が取り付けられ、チャック３７４（例えば、真空チャック）が担体３７２を保持していてもよい。インゴット３６４の側壁３７０を把持するために、非垂直面を有する把持エフェクタ３７８が設けられ、把持エフェクタ３７８は水平な作動ロッド３８０に対して非垂直な角度Ａ１、Ａ２で配置される。把持装置３６２を使用してインゴット３６４を示されているように（例えば、その底部の近くで）保持すると、上側端面３６６および側壁３７０の上側部分が本明細書で開示する方法を使用する加工に利用できるようになる。

【0167】

図４３Ｂは、一実施形態に係る、側壁３７０’に対して非垂直な端面３６６’、３６８’を有するインゴット３６４’を保持するための第２の把持装置３６２’の概略側方断面図である。上側端面３６６’はレーザ・ビーム３７６を受けるように水平に配置されており、一方、下側端面３６８’には担体３７２’が取り付けられ、担体３７２’がチャック３７４’によって保持されていてもよい。インゴット３６４’の側壁３７０’を把持するために、非垂直面を有する把持エフェクタ３７８’が設けられ、把持エフェクタ３７８’は水平な作動ロッド３８０’に対して非垂直な角度Ａ１、Ａ２で配置される。作動ロッド３８０’と把持エフェクタ３７８’の間には枢動ジョイント３８２’が設けられており、このことによって把持エフェクタ３７８’とインゴット３６４’の側壁３７０’の間の自動アライメントが容易になる。

【0168】

一例では、３５５ミクロンの厚さを有するＳｉＣウエハを生産するための開始材料として、１０ｍｍ超の厚さを有する直径１５０ｍｍの単結晶ＳｉＣ基板（インゴット）が使用される。表面下レーザ・ダメージを形成するために、ＳｉＣ基板のＣ終端上面を通してレーザ放射が当てられる。本明細書で開示する熱可塑性接着材料を使用してＳｉＣ基板の上面にサファイア担体が接合され、インゴットの残りの部分からＳｉＣの上側（ウエハ）部分を分離するために、熱誘起の破砕が実行される。分離されたウエハ部分のＳｉ終端面およびインゴット残りの部分のＣ終端面はいずれも、目に見える全てのレーザおよび破砕のダメージを除去するために、２０００グリット研削ホイール（例えば、金属、ガラス質、または樹脂結合型研削ホイール）を使用して粗研削される。その後、分離されたウエハ部分のＳｉ終端面およびインゴットの残りの部分のＣ終端面はいずれも、好ましくは４ｎｍ未満の平均粗さ（Ｒａ）、より好ましくは１～２ｎｍＲａの範囲内のより平滑な表面が得られるように、（例えば、ガラス質研削表面を使用して）７０００以上のグリット（例えば、３０，０００グリット以上まで）で精密研削される。インゴットの残りの部分には、次のレーザ加工へのどのような影響も回避するために、平滑な表面が要求される。ウエハはＣＭＰの準備ができているものとし、必要なＣＭＰ除去量を最小限にするのに十分な平滑さのものとするが、その理由は、ＣＭＰが一般によりコストの高い工程だからである。粗研削による全ての残留表面下ダメージおよびあらゆる残りのレーザ・ダメージ（裸眼で可視のものおよび不可視のものの両方）を除去するための、精密研削加工中の典型的な材料除去は、５から１０ミクロンの厚さ範囲内であり得る。その後、インゴットの残りの部分は更なる処理のためにレーザに戻され、ウエハはエッジ研削され、エピタキシャル成長に向けた準備を行うために化学機械平坦化（ＣＭＰ）を施される。精密研削されたＳｉ面に掻き傷を付けるリスクを全て回避するために、粗表面研削と精密表面研削の間でエッジ研削を行うことができる。ＣＭＰ中の材料除去は約２ミクロンの厚さ範囲内であり得る。基板（インゴット）から消費される全材料は４７５ミクロン未満であり得る。最終ウエハ厚さが３５５ミクロンである場合、カーフ・ロスは１２０ミクロン未満である。

【0169】

［レーザ出力および結晶のばらつきの影響を受けるウエハごとの厚さの変動性］
本明細書で既に指摘したように、破砕によって、種結晶から遠位の位置から開始して種結晶に次第に近付く断面位置でウエハが得られるように、結晶材料を切り分けるのに十分なレーザ・ダメージを形成するためには、レーザ出力レベルを次第に高くしていく必要があり得る。表面下ダメージを形成するときに各連続的な深さ位置において高いレーザ出力を使用すると、不要な材料損失が生じると考えられ、また更に、ダメージ深さおよびレーザ・ビーム・ウエストを基準とした分解の到達点の両方の変動性に起因して、ウエハごとの厚さの開きが顕著に大きくなると考えられる。そのような概念は図４４および図４５を参照して理解され得る。

【0170】

図４４は伝播方向の入来水平ビーム４００をレンズ４０４で集束して、レンズ４０４の焦点距離ｆに相当する下流位置４０６において最小幅Ｗ_ｆを有するビーム・ウエスト・パターンを有する出射ビーム４０２を形成する、従来のレーザ集束装置の概略側方断面図である。この位置４０６の下流で、ビーム幅がより広い領域４０８へと広がる。図４５は、（レンズの焦点距離（図示せず）に対応する位置４０６において最小幅を有する）ビーム・ウエスト・パターンを呈する、結晶材料内へと導くことのできる垂直に配向された集束レーザ・ビーム４０２の概略側方断面図であり、ビーム幅はその後より広い領域４０８へと広がる。集束レーザ・ビーム４０２が結晶材料（例えば、ＳｉＣインゴットなどの基板）内に導かれるとき、結晶材料は、レーザ出力、（基板内の深さ（および幅）位置によって変化し得るドーパントおよび／または結晶欠陥の存在または不在に影響され得る）結晶材料による放射の吸収の程度、および垂直位置に応じた集束の程度などの要因によって決まる、異なる閾値点（すなわち、深さ）で熱分解されることになる。３つの異なる分解閾値点４１０Ａ～４１０Ｃが図４５に示されている。

【0171】

本明細書に開示する方法および装置により、基板内のクラックのない領域を検出するために、表面下レーザ・ダメージのある結晶材料基板の頂面を撮像することと、基板内のクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために、１つまたは複数の画像を分析することと、分析することに応答して（例えば、適切な条件の達成時に）、１つまたは複数の処置を行うことと、によって、上記の問題に対処することが可能になる。そのような処置は、同じ深さ位置で追加のレーザ行程を実行すること、および／または、次の深さ位置に表面下レーザ・ダメージを作り出すための命令セットを変更することを含み得る。そのような方法および装置は、不要な材料損失を伴わずに、厚さの均一な基板部分の生産を促進する。

【0172】

図４６Ａ～図４６Ｃはそれぞれ、３つのＳｉＣインゴットから得られた、レーザ出力対ウエハの連続的なウエハ識別（すなわち、１から５５までの連続的なウエハ識別（ＩＤ）番号）のプロットを提供し、各場合において、ウエハＩＤ番号が大きくなるほど種結晶への近接度が大きくなる（すなわち、スライス１は種結晶から最も遠い）。図４６Ａは第１のＳｉＣインゴットに関する結果を示し、ここでは、第１のウエハ・グループ４１１Ａは約３．７５Ｗのレーザ出力レベルで表面下レーザ・ダメージを形成した後で破砕され、第２のウエハ・グループ４１２Ａは約４Ｗのレーザ出力レベルで表面下レーザ・ダメージを形成した後で破砕され、第３のウエハ・グループ４１３Ａは約４．２５Ｗのレーザ出力レベルで表面下レーザ・ダメージを形成した後で破砕され、第４のウエハ・グループ４１４Ａは約４．５Ｗのレーザ出力レベルで表面下レーザ・ダメージを形成した後で破砕され、第５のウエハ・グループ４１５Ａは約４．６Ｗのレーザ出力レベルで表面下レーザ・ダメージを形成した後で破砕された。図４６Ｂは第２のＳｉＣインゴットに関する結果を示し、ここでは、第１のウエハ・グループ４１１Ｂは３．２Ｗ未満のレーザ出力レベルで表面下レーザ・ダメージを形成した後で破砕され、第２のウエハ・グループ４１２Ｂは約３．４Ｗのレーザ出力レベルで表面下レーザ・ダメージを形成した後で破砕され、第３から第５のウエハ・グループ４１３Ｂ～４１５Ｂは、それぞれ直前よりも約０．２５Ｗ大きい、より高いレーザ出力レベルで表面下レーザ・ダメージを形成した後で破砕された。図４６Ｃは、単一のＳｉＣインゴットから（表面下レーザ・ダメージの形成および続く破砕によって）連続的に切り分けられる５５個のウエハを首尾よく形成するために、異なるウエハ・グループ４１１Ｃ～４２０Ｃの間で約４Ｗから約５．５Ｗまでの範囲のレーザ出力レベルであるウエハ・グループ４１１Ｃ～４２０Ｃに従う、１０個の異なるレーザ出力レベルが必要であったことを示す。図４６Ａ～図４６Ｃはしたがって、インゴットごとにおよび各インゴット内で、レーザ・アシストによる切り分けで実質的に同じ厚さの複数のウエハを形成するためのレーザ出力要件の、大きなばらつきを示している。

【0173】

図４７は、約５０（５０）個のＳｉＣインゴットから作り出された、インゴット１個あたり５０個のウエハについての抵抗率（Ｏｈｍ－ｃｍ）対スライス番号のプロットであり、重ね合わせた多項式フィットは、抵抗率がスライス番号とともに小さくなることを示している。各場合において、スライス番号が大きくなることは、インゴットをエピタキシャル成長させた種結晶への近接度が大きくなることを表し、スライス１は、種結晶から最も遠いインゴットの頂部を表している。抵抗率範囲はインゴットごとに異なるが、種結晶への近接度が大きくなるにつれて、各インゴットはその全体を通して抵抗率が一貫して小さくなる。図４７のｙ軸の抵抗率値範囲は、Ｎ型ＳｉＣと一致している。抵抗率の低下は、ドーピングの増加およびレーザ吸収の増加に対応している。

【0174】

図４８は、多項式フィットを重ね合わせた、約５０（５０）個のＳｉＣインゴットから作り出されたウエハの、レーザ出力（ワット）対抵抗率のプロットであり、レーザ出力は、本明細書に記載する方法による、（表面下レーザ・ダメージ形成後の破砕を伴う）レーザ－・アシストによる首尾のよい切り分けを行うのに必要な値を表している。図４８は、レーザ出力要件はインゴットによって大きく異なるが、首尾の良い切り分けを達成するのに必要なレーザ出力レベルはインゴットの抵抗率レベルが大きくなるにつれて小さくなることを示している。

【0175】

［散乱光源と撮像デバイスとを含む装置］
特定の実施形態では、材料加工装置は、結晶材料の基板を加工してそこに表面下レーザ・ダメージを形成するように構成されている、レーザ加工ステーションを含み、このレーザ加工ステーションは、結晶材料の内部におけるクラックのない領域の存在を示す条件の検出を可能にするように構成されている、照射デバイスおよび撮像デバイスを含む。クラックのない領域を、（インゴットから得られる第１のウエハなどの、基板の第１の厚さ低減部分を形成するために）第１の平均深さ位置における追加のレーザ基板ダメージがいつ必要になるか、および／または、（インゴットから得られる次のウエハなどの、基板の次の厚さ低減部分を形成するために）次の平均深さ位置にレーザ・ダメージを形成するための追加のレーザ出力がいつ必要になるか、を判定するための可視インジケータとして使用して、不要なカーフ・ロスを回避しながら、ウエハの厚さ分布に関して安定的で再現性の高いレーザ切り分け工程を提供することができる。この文脈では用語「平均深さ位置」が使用されるが、その理由は、基板の同じ厚さ低減部分を形成するための表面下レーザ・ダメージ形成行程間で、および／または、単一のレーザ・ダメージ形成行程内で（例えば、ドーピング・リングなどの高濃度ドーピング領域の存在に対処するために）、レーザ焦点深さ位置の僅かなばらつき（例えば、典型的には１０ミクロン以下）が用いられる場合があるからである。

【0176】

好ましくは、照射デバイスおよび撮像デバイスは、基板がレーザ加工チャックによって保持されている間に基板表面の撮像が可能となるように位置付けられる。かかる能力によって、破砕前に追加のレーザ加工が必要であり得るかを迅速に評価するために、基板を取り出してレーザ加工チャック内に設置し直す必要なく、基板を検査（例えば、自動化された様式で撮像および分析）することが可能になる。レーザ加工ステーション内にある間の基板のこのインサイチュ検査により、中断時間が回避されてレーザ加工ツールの利用度が高まり、このことによってレーザ切り分け工程のスループットが向上する。特定の実施形態では、レーザは、レーザが基板表面の照射または撮像を妨げることなく撮像を実行できるようために、レーザ加工チャックによって保持されている基板から離れる方に移動され得る。

【0177】

図４９Ａおよび図４９Ｂは、レーザ加工ステーション４２５内で結晶材料基板４３０に近接して配置される散乱光源４３８および撮像デバイス４４２の、それぞれ概略側方断面図および上面平面図を提供する。図４９Ａを参照すると、結晶材料基板４３０は、頂面４３３と、頂面４３３の下方で基板４３０の内部に配置される表面下レーザ・ダメージ４３４と、を含む。表面下レーザ・ダメージ４３４は、基板が六方晶構造を有する場合、＜１１－２０＞方向と平行な方向の不規則な鋸刃パターンに概ね似ている。基板４３０は中央軸線４３６を含む。散乱光源４３８は中央軸線４３６に対して第１の方向４３７Ａへと横方向に変位され、撮像デバイス４４２は中央軸線４３６に対して反対側の第２の方向４３７Ｂへと横方向に変位される。散乱光源４３８および撮像デバイス４４２はいずれも、基板４３０の頂面４３３に対して上向きに変位され得る。更に、散乱光源４３８を基板４３０の第１の横方向側４３１に配置してもよく、撮像デバイス４４２を基板４３０の反対側の第２の横方向側４３２に配置してもよい。特定の実施形態では、散乱光源４３８の発光表面と撮像デバイス４４２の受光表面の間に画定可能な角度（任意選択的に、散乱光源４３８から発出するビーム４４０と撮像デバイス４４２によって受けられる入射光線４４４の間の角度として表現可能である）は、約１００度から約１７０度の間の範囲内であり得る。特定の実施形態では、散乱光源４３８は、１つまたは複数の任意の好適な発光デバイス（例えば、発光ダイオード）を含むことができ、発光デバイスと散乱光源４３８から発出する光線４４０の間には拡散板が配置される。特定の実施形態では、撮像デバイス４４２は、任意選択的にアレイ状に配置される、１つまたは複数の電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサを含み得る。

【0178】

図４９Ｂは、図４９Ａに描かれているのと同じ要素の上面平面図を提供する。基板４３０は、＜１１－２０＞方向（図４９Ａに示す）と実質的に平行なプライマリ・フラット４３５（図４９Ｂに示す）を含み得る。発明者らは、表面下レーザ・ダメージの撮像を支援するためには、基板４３０に対する散乱光源４３８および撮像デバイス４４２の配向が重要であることを見出した。特定の実施形態では、光源は、基板４３０のプライマリ・フラット４３５に対して実質的に垂直に、および／または、基板４３０の六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内に位置付けることができ、これにより、基板４３０の頂面４３３を通したクラックのない領域の可視性が向上する。

【0179】

図５０Ａは、図４９Ａ～図４９Ｂに示す装置と類似の装置を用いて撮像された、表面下レーザ・ダメージがある結晶ＳｉＣ基板４５０の頂面の画像である。図５０Ａの基板４５０は、（元の画像における）色の異なる３つの領域４５１～４５３と、基板４５０内のクラックのない領域に対応する不規則な形状の暗色領域４５６と、を含む。元の画像では、一番外側の略環状領域４５１（プライマリ・フラット４５５を含む）は主として緑色であり、中間の略環状領域４５２は主として赤色であり、中央の略円形領域４５３は主として金色である。中央領域４５３内には、不規則な形状の黒色領域４５６が見えている。黒色領域４５６は、基板４５０の上側表面よりも下の表面下レーザ・ダメージに沿った、クラックのない領域の存在に対応している。異なる領域４５１～４５３の異なる色（緑、赤、および金）は、クラックによるダメージの程度に対応していると考えられている。特定の実施形態では、本明細書で開示する方法は、クラックによるダメージの程度の異なるエリアを識別するために画像の少なくとも１つの特性を分析することと、基板内の垂直（深さ）位置および／または水平位置とともに変化し得る基板特性の違いに対処する目的で、（基板の第１の厚さ低減部分、例えば第１のウエハを形成するために）同じ（例えば、第１の）平均深さ位置に補助的な表面下レーザ・ダメージを形成する、および／または、（基板の第２のおよび次の厚さ低減部分、例えば第２のおよび次のウエハを形成するために）異なる（例えば、第２のまたは次の）平均深さ位置に次の表面下レーザ・ダメージを形成するために、１つまたは複数のレーザ・ダメージ形成パラメータ（例えば、レーザ出力、レーザ集束深さ、レーザ・パルス継続時間、および／またはレーザ・ダメージ形成行程の数など）を調節することと、を含む。

【0180】

図４９～図４９Ｂは、基板の横方向の両側に沿って配置された散乱光源４３８および撮像デバイス４４２の使用を示しているが、特定の実施形態では、他の構成および／またはタイプの光源および撮像デバイスを使用してもよい。特定の実施形態では、光学顕微鏡、共焦点顕微鏡、走査型電子顕微鏡、および／または透過形電子顕微鏡など少なくとも１つの顕微鏡を用いて、基板と顕微鏡の間で相対的に並進させて、基板の頂面の１つまたは複数の部分（または全体）を走査してもよい。

【0181】

図５０Ｂは、図５０Ａの基板４５０の頂面の色の異なる領域４５１～４５３の間の境界に実質的に対応する点線領域４５１Ａ～４５３Ａ（その最も外側の領域４５３Ａはプライマリ・フラット４５５Ａを包含している）内に、図５０Ａの不規則な形状の暗色領域４５６を示す、基板表現４５０Ａの概略図である。特定の実施形態では、暗色領域４５６の１つまたは複数のエリア特性の分析を容易にするために、取り込んだ画像から暗色領域４５６を除く全領域を除去してもよい。

【0182】

図５０Ｃは図５０Ａ～図５０Ｂに示す不規則な形状の暗色領域４５６の拡大図であるが、連続した暗色領域が４５６Ａ～４５６Ｄとして個々に採番されており、個々の領域４５６Ａ～４５６Ｄの周囲には矩形のボックスが追加されている。各暗色領域４５６Ａ～４５６Ｄは、Ｌ１_１～Ｌ_４に対応する最大長さおよびＷ_１～Ｗ_４に対応する最大幅をそれぞれ有する。特定の実施形態では、基板から得られた画像の分析は、結晶材料の内部のクラックのない領域の存在を示す条件（例えば、特定の実施形態における暗色および／または黒色領域）の特定と、内部における１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性の定量化（または少なくとも１つの頂部面積特性）と、を含む。特定の実施形態では、定量化された頂部面積特性は、クラックのない全領域の合計頂部面積を含む。特定の実施形態では、定量化された頂部面積特性は、任意の連続したクラックのない領域を個別に識別すること、ならびに、各連続したクラックのない領域の頂部面積の定量化、および／または連続したクラックのない領域の最大長さおよび幅寸法の定量化、および／または連続したクラックのない領域の長さ／幅の縦横比の特定を含む。特定の実施形態では、長さおよび幅は、結晶方向および／または基板のプライマリ・フラットを基準として確立され得る（例えば、長さはプライマリ・フラットに対して垂直であり、幅はプライマリ・フラットと平行である）。発明者らは、所与の頂部面積である大きな連続したクラックのない領域が存在すると、同じ合計頂部面積である多数の不連続なクラックのない領域が存在する場合よりも、容易に破砕が阻止され得ることを見出した。更に、発明者らは、連続したクラックのない領域の配向および／または縦横比が破砕の阻止に影響し得ることを見出した。クラックのない領域を示す小さい局所化された黒色領域は、一般に破砕による分離を妨げないが、黒色領域の（特にプライマリ・フラットと略平行なおよび／またはレーザ・ダメージ線に対して略垂直な幅方向の）サイズが大きくなるにつれ、そのような領域で、同じ平均深さ位置に別のレーザ・ダメージ形成行程を追加するおよび／または次の平均深さ位置にレーザ・ダメージ領域を形成するときにレーザ出力を高める必要性が認識され得る。（例えば、プライマリ・フラットに対して垂直な方向の）長さが大きいクラックのない領域は、幅が大きいクラックのない領域よりも破砕を阻止するには問題のない場合がある。

【0183】

図５１は、レーザ４６５と、レーザ４６５と基板４６０の間の相対移動を促進するように構成された少なくとも１つの並進ステージ４６６（例えば、好ましくはｘ－ｙ－ｚ並進ステージ）と、基板４６０の頂面４６３を照射するように構成されている散乱光源４６８と、基板４６０の頂面４６３の少なくとも１つの画像を生成するように構成されている撮像デバイス４７２と、を含む、レーザ加工ステーション４５９を含む、一実施形態に係る材料加工装置４５８の概略図である。基板４６０は、レーザ・ツール・チャックを含み得る支持体４６４の上に配置されている。材料加工装置４５８内の様々なアイテムは、関連付けられたメモリ４７６を有する少なくとも１つのコンピューティング・デバイス４７４と、電気的に連絡している。コンピューティング・デバイス４７４は、散乱光源４６８、撮像デバイス４７２、レーザ４６５、および並進ステージ４６６の動作を制御し得る。メモリ４７６は、個々の基板ベースで使用および修正可能な基板特有の命令セット（例えば、製作レシピ）を更に記憶し得る。特定の実施形態では、コンピューティング・デバイス４７４およびメモリ４７６は、限定するものではないが、基板の内部におけるクラックのない領域の存在を示す条件を特定するために基板画像を分析することと、クラックのない領域の１つまたは複数の頂部面積特性の定量化と、頂部面積特性を１つまたは複数の所定の閾値面積特性と比較することと、を含む、本明細書で開示する方法の様々なステップを実行する際に使用され得る。特定の実施形態では、コンピューティング・デバイス４７４は、画像を分析し、（例えば、黒色または暗色スポットの存在以外の）色の異なる領域の存在を検出し、そのような分析に応答してレーザ・ファセットの汚染を補償するようレーザ４６５の動作を調節するために、更に使用され得る。特定の実施形態では、コンピューティング・デバイス４７４は、基板の異なる領域における異なるドーピング条件の存在を検出し、これに応じてレーザ出力送達を変更するために、更に使用され得る。特定の実施形態では、結晶材料の不均一なドーピングを示す条件の検出に応答して、表面下レーザ・ダメージ・パターンの形成中に、第１のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第１の平均出力レベルのレーザ放射を提供するように、および、第２のドーピング領域内に表面下レーザ・ダメージを形成するときに第２の平均出力レベルのレーザ放射を提供するように、レーザ出力を変更することができ、第１および第２の平均出力レベルは互いに異なる。

【0184】

［撮像、比較、およびレーザ処理／出力調節を含む方法］
図５２は第１の結晶材料加工方法のステップを説明するフローチャート４８０であり、この方法は一般に、表面下レーザ・ダメージのある基板の頂面の画像を生成することと、１つまたは複数のクラックのない領域を示す条件の存在を特定するために画像を分析することと、クラックのない領域の１つまたは複数の特性を第１および第２の閾値と比較することと、比較に応答して、処置（すなわち、（Ａ）補助的なレーザ・ダメージを形成するために、任意選択的に１つもしくは複数のレーザ・パラメータを調節して、実質的に同じ深さ位置で追加のレーザ行程を実行すること、ならびに／または（Ｂ）第２のおよび次の深さ位置で表面下レーザ・ダメージを形成するために、１つもしくは複数のレーザ・パラメータを調節すること）を行うことと、を含む。方法はブロック４８２で開始される。ブロック４８４に進むと、第１のステップは、結晶材料基板に、基板の頂面よりも下の第１の（または新しい）深さ位置に沿って、（任意選択的に本明細書で開示する少なくとも１群の複数の実質的に平行な線を含む）少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを有する表面下レーザ・ダメージを形成することを含み、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する、結晶材料の内部における少なくとも１群の複数のクラックの形成を促進するように構成されている。ブロック４８６に進むと、第２のステップは、基板の頂面の少なくとも１つの画像を生成することを含む。特定の実施形態では、画像生成ステップは、基板の第１の横方向側に配置されている（好ましくは基板のプライマリ・フラットに対して実質的に垂直に、および／または、六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内に配置されている）散乱光源によって頂面を照射することと、第１の横方向側の反対側の基板の第２の横方向側に配置されている撮像デバイスを用いて少なくとも１つの画像を取り込むことと、を含む。特定の実施形態では、本明細書で開示する１つまたは複数の代替のまたは追加の撮像方法が使用され得る。

【0185】

ブロック４８８に進むと、更なるステップは、結晶材料の内部のクラックのない領域の存在を示す条件（例えば、特定の実施形態における暗色および／または黒色領域）を特定するために少なくとも１つの画像を分析することを含む。任意選択的に、内部における１つまたは複数のクラックのない領域の少なくとも１つの頂部面積特性を定量化してもよく、定量化される頂部面積特性は、クラックのない全領域の合計頂部面積を任意選択的に含み得る。特定の実施形態では、定量化された頂部面積特性は、任意の連続したクラックのない領域を個別に識別すること、ならびに、各連続したクラックのない領域の頂部面積の定量化、および／または連続したクラックのない領域の最大長さおよび幅寸法の定量化、および／または連続したクラックのない領域の長さ／幅の縦横比の特定を含む。特定の実施形態では、長さおよび幅は、結晶方向および／または基板のプライマリ・フラットを基準として確立され得る（例えば、長さはプライマリ・フラットに対して垂直であり、幅はプライマリ・フラットと平行である）。発明者らは、所与の頂部面積である大きな連続したクラックのない領域が存在すると、同じ合計頂部面積である多数の不連続なクラックのない領域が存在する場合よりも、容易に破砕が阻止され得ることを見出した。更に、発明者らは、連続したクラックのない領域の配向および／または縦横比が破砕の阻止に影響し得ることを見出した。クラックのない領域を示す小さい局所化された黒色領域は、一般に破砕による分離を妨げないが、黒色領域の（特にプライマリ・フラットと略平行なおよび／またはレーザ・ダメージ線に対して略垂直な幅方向の）サイズが大きくなるにつれ、そのような領域で、同じ平均深さ位置に別のレーザ・ダメージ形成行程を追加するおよび／または次の平均深さ位置にレーザ・ダメージ領域を形成するときにレーザ出力を高める必要性が認識され得る。（例えば、プライマリ・フラットに対して垂直な方向の）長さが大きいクラックのない領域は、幅が大きいクラックのない領域よりも破砕を阻止するには問題のない場合がある。

【0186】

決定ブロック４９０に進むと、クラックのない領域の１つまたは複数の特性（任意選択的に少なくとも１つの定量化された頂部面積特性を含む）が、少なくとも１つの第１の所定の閾値と比較される。第１の閾値としては、以下のうちのいずれか１つまたは複数を挙げることができる（必ずしもこれらに限定されない）：連続したクラックのない領域の頂部面積閾値、クラックのない合計頂部面積の閾値、クラックのない最大幅の閾値、最大長さ／幅の縦横比の閾値、または類似のもの。クラックのない領域の少なくとも１つの特性が少なくとも１つの第１の所定の閾値を上回らない場合には、方法はブロック４９８に進み、これによれば、基板は、厚さが第１の平均深さ位置に概ね対応している基板の第１の厚さ低減部分（例えば、インゴットからの第１のウエハ）を作り出すために、破砕ステーションに移される。逆に、クラックのない領域の少なくとも１つの特性が少なくとも１つの第１の所定の閾値を上回る場合には、方法はブロック４９２に進み、これによれば、（例えば、基板の少なくとも１つの追加の厚さ低減部分、例えばインゴットからの第２のおよび次のウエハを形成するために）基板の第２の平均深さ位置および任意の次の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、表面下レーザ・ダメージを形成するための少なくとも１つのレーザ・パラメータを漸増的に調節することによって、基板と関連付けられた命令セット（例えば、製作レシピ）が修正される。調節可能なレーザ・パラメータとしては、レーザ出力、レーザ焦点深さ、レーザ行程の数、レーザ行程間隔、レーザ・パルス幅、等のうちの、いずれか１つまたは複数が挙げられる。レーザ出力の変更を含む特定の実施形態では、命令セットは、平均レーザ出力を０．１０から０．５０ワットまで、もしくは０．１５から０．３５ワットまで、もしくは０．２０から０．３０ワットまでの範囲内の値だけ、または約０．２５ワットの値だけ高めるように修正される。第２のおよび次の平均深さ位置に次のレーザ・ダメージを形成するために、１つまたは複数のレーザ・パラメータを調節した後で、先に確立された第１の平均深さ位置における追加のダメージの形成が必ずしも行われる訳ではない。破砕を促進するために第１の平均深さ位置における追加のレーザ・ダメージが必要であり得るかどうかの判定が、決定ブロック４９４において行われる。

【0187】

決定ブロック４９４は、クラックのない領域の１つまたは複数の特性（任意選択的に少なくとも１つの定量化された頂部面積特性を含む）を、少なくとも１つの第２の所定の閾値と比較するステップを含む。特定の実施形態では、第２の所定の閾値は第１の所定の閾値よりも大きい。第２の閾値としては、以下のうちのいずれか１つまたは複数を挙げることができる（必ずしもこれらに限定されない）：連続したクラックのない領域の頂部面積閾値、クラックのない合計頂部面積の閾値、クラックのない最大幅の閾値、最大長さ／幅の縦横比の閾値、または類似のもの。クラックのない領域の少なくとも１つの特性が少なくとも１つの第２の所定の閾値を上回らない場合には、方法はブロック４９８に進み、これによれば、第１の平均深さ位置に沿った基板の破砕をサポートするために追加のレーザ・ダメージが必要とは判断されないため、基板は破砕ステーションに移される。逆に、クラックのない領域の少なくとも１つの特性が少なくとも１つの第２の所定の閾値を上回る場合には、方法はブロック４９６に進み、これによれば、第１の平均深さ位置に沿って追加の表面下レーザ・ダメージが形成される。特定の実施形態では、このことは、第１の平均深さ位置においてまたは近接して少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助するための補助的な表面下レーザ・ダメージを形成し、補助された少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する結晶材料の内部の追加のクラックの形成を促進するために、少なくともクラックのない領域においてただし任意選択的には基板全体にわたって基板の内部に集束される、レーザの放射を供給しながら、レーザと基板の間で相対移動を実行させることを伴う。この補助的な表面下レーザ・ダメージの形成後、方法はブロック４９８に進み、これによれば、基板は破砕ステーションに移される。

【0188】

ブロック５００に進むと、特定の実施形態では、破砕ステーションにある基板に担体を接合して、接合された組立体を形成することができる。その後、ブロック５０２に従って、結晶材料は第１の深さ位置に沿って破砕されて、基板の残りの部分から（担体および基板の除去した部分を含む）接合された組立体が分離されるが、そのようなステップは、基板の新しい頂面を露出させる役割を果たす。その後、ブロック５０４に従って、ブロック４８４に従う別の表面下レーザ・ダメージ・ステップを実行できるようにするために、（任意選択的に、新たに露出した基板表面の研削および／または研磨などの表面処理の後で）基板をレーザ加工ステーションに戻すことができる。ブロック４９２に従って平均レーザ出力を高めるように基板と関連付けられた命令セットを修正した場合には、ブロック４８４に記載されるステップを実行して表面下ダメージを形成するために、修正された命令セットが使用されることになる。この修正された命令セットは好ましくはメモリに記憶され、（例えば、基板識別子と基板内に表面下レーザ・ダメージを形成するためのパラメータとを含むリレーショナルデータベースのレコードにおいて）特定の基板と関連付けられる。このようにして、表面下レーザ・ダメージを形成するための基板特有のレシピが維持され、これは動的に更新可能である。

【0189】

ブロック５０２において接合された組立体を基板から破砕した後で、担体に取り付けられた基板部分を改変するために、接合された組立体を（ブロック５０６に従って）１つまたは複数の表面加工ステーションに移すことができる。実行され得る表面加工ステップの例としては、ブロック５０８、５１０、５１２、および５１４にそれぞれ従う、粗研削、エッジ研削、精密研削、および洗浄を挙げることができる。この時点で、加工された基板部分はエピタキシャル成長のための準備が整い得る。

【0190】

図５３は第２の結晶材料加工方法のステップを説明するフローチャート５２０であり、この方法は一般に、表面下レーザ・ダメージのある基板の頂面の画像を生成することと、１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性を定量化するために画像を分析することと、頂部面積特性を第１および第２の閾値面積特性と比較することと、基板から基板部分（例えば、ウエハ）を作り出す信頼性を高めるために、比較に応答して処置（すなわち、同じ深さ位置で追加のレーザ行程を実行する、かつ／または、次の深さ位置における表面下レーザ・ダメージ用の出力を調節する）を行うことと、を含む。方法はブロック５２２で開始される。ブロック５２４に進むと、第１のステップは、結晶材料基板に、基板の頂面よりも下の（新しい）第１の深さ位置に沿って、（任意選択的に少なくとも１群の複数の実質的に平行な線を含む）少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを有する表面下レーザ・ダメージを形成することを含み、少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンは、実質的に少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する、結晶材料の内部における少なくとも１群の複数のクラックの形成を促進するように構成されている。ブロック５２６に進むと、第２のステップは、基板の頂面の少なくとも１つの画像を生成することを含む。特定の実施形態では、画像生成ステップは、基板の第１の横方向側に配置されている（好ましくは基板のプライマリ・フラットに対して実質的に垂直に、および／または、六方晶構造の＜１１－２０＞方向に対する垂直方向から±５度以内に配置されている）散乱光源によって頂面を照射することと、第１の横方向側の反対側の基板の第２の横方向側に配置されている撮像デバイスを用いて少なくとも１つの画像を取り込むことと、を含む。特定の実施形態では、本明細書で開示する１つまたは複数の代替のまたは追加の撮像方法が使用され得る。

【0191】

ブロック５２８に進むと、更なるステップは、結晶材料の内部のクラックのない領域の存在を示す条件（例えば、特定の実施形態における暗色および／または黒色領域）を特定するために少なくとも１つの画像を分析することと、内部における１つまたは複数のクラックのない領域の頂部面積特性（または少なくとも１つの頂部面積特性）を定量化することと、を含む。特定の実施形態では、定量化された頂部面積特性は、クラックのない全領域の合計頂部面積を含む。特定の実施形態では、定量化された頂部面積特性は、任意の連続したクラックのない領域を個別に識別すること、ならびに、各連続したクラックのない領域の頂部面積の定量化、および／または連続したクラックのない領域の最大長さおよび幅寸法の定量化、および／または連続したクラックのない領域の長さ／幅の縦横比の特定を含む。特定の実施形態では、長さおよび幅は、結晶方向および／または基板のプライマリ・フラットを基準として確立され得る（例えば、長さはプライマリ・フラットに対して垂直であり、幅はプライマリ・フラットと平行である）。

【0192】

決定ブロック５３０に進むと、少なくとも１つの定量化された頂部面積特性が、少なくとも１つの第１の所定の面積（または面積特性）閾値と比較される。第１の閾値は、以下のうちのいずれか１つまたは複数を含み得る：連続したクラックのない領域の頂部面積閾値、クラックのない合計頂部面積の閾値、クラックのない最大幅の閾値、最大長さ／幅の縦横比の閾値、または類似のもの。少なくとも１つの定量化された頂部面積特性が少なくとも１つの第１の所定の閾値面積特性を上回らない場合には、方法はブロック５３８に進み、これによれば、基板は破砕ステーションに移される。逆に、少なくとも１つの定量化された頂部面積特性が少なくとも１つの第１の所定の閾値面積特性を上回る場合には、方法はブロック５３２に進み、これによれば、基板の第２の平均深さ位置および任意の次の平均深さ位置に表面下レーザ・ダメージ・パターンを作り出すときに、表面下レーザ・ダメージを形成するための平均レーザ出力を漸増的に高めることによって、基板と関連付けられた命令セット（例えば、製作レシピ）が修正される。（調節可能なレーザ・パラメータは、追加または代替として、レーザ焦点深さ、レーザ行程の数、レーザ行程間隔、レーザ・パルス幅、等のうちのいずれか１つまたは複数を含み得る）。特定の実施形態では、命令セットは、平均レーザ出力を０．１０から０．５０ワットまで、もしくは０．１５から０．３５ワットまで、もしくは０．２０から０．３０ワットまでの範囲内の値だけ、または約０．２５ワットの値だけ高めるように修正される。第２のおよび次の平均深さ位置に次のレーザ・ダメージを形成するために、レーザ出力を漸増させた後で、先に確立された第１の平均深さ位置における追加のダメージの形成が必ずしも行われる訳ではない。破砕を促進するために追加のレーザ・ダメージが必要であり得るかどうかの判定が、決定ブロック５３４において行われる。

【0193】

決定ブロック５３４は、少なくとも１つの定量化された頂部面積特性を、少なくとも１つの第２の所定の閾値面積特性と比較するステップを含む。特定の実施形態では、第２の所定の閾値面積特性は、第１の所定の閾値面積特性よりも大きい。第２の閾値面積特性は、以下のうちのいずれか１つまたは複数を含み得る：連続したクラックのない領域の頂部面積閾値、クラックのない合計頂部面積の閾値、クラックのない最大幅の閾値、最大長さ／幅の縦横比の閾値、または類似のもの。少なくとも１つの定量化された頂部面積特性が少なくとも１つの第２の所定の閾値面積特性を上回らない場合には、方法はブロック５３８に進み、これによれば、第１の平均深さ位置に沿った基板の破砕をサポートするために追加のレーザ・ダメージが必要とは判断されないため、基板は破砕ステーションに移される。逆に、少なくとも１つの定量化された頂部面積特性が少なくとも１つの第２の所定の閾値面積特性を上回る場合には、方法はブロック５３６に進み、これによれば、第１の平均深さ位置に沿って補助的な表面下レーザ・ダメージが形成される。特定の実施形態では、このことは、第１の平均深さ位置においてまたは近接して少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンを補助するための補助的な表面下レーザ・ダメージを形成し、補助された少なくとも１つの表面下レーザ・ダメージ・パターンから外向きに伝播する結晶材料の内部の追加のクラックの形成を促進するために、基板の内部で集束されるレーザの放射を供給しながら、レーザと基板の間で相対移動を実行させることを伴う。この補助的な表面下レーザ・ダメージの形成後、方法はブロック５３８に進み、これによれば、基板は破砕ステーションに移される。

【0194】

ブロック５４０に進むと、特定の実施形態では、破砕ステーションにある基板に担体を接合して、接合された組立体を形成することができる。その後、ブロック５４２に従って、結晶材料は第１の深さ位置に沿って破砕されて、（担体および基板の除去した部分を含む）接合された組立体および基板の残りの部分が分離されるが、そのようなステップは、基板の新しい頂面を露出させる役割を果たす。その後、ブロック５４４に従って、ブロックに５２４従う別の表面下レーザ・ダメージ・ステップを実行できるようにするために、（任意選択的に、新たに露出した基板表面の研削および／または研磨などの表面処理の後で）基板をレーザ加工ステーションに戻すことができる。ブロック５３２に従って平均レーザ出力を高めるように基板と関連付けられた命令セットを修正した場合には、ブロック５２４に記載されるステップを実行して表面下ダメージを形成するために、修正された命令セットが使用されることになる。この修正された命令セットは好ましくはメモリに記憶され、基板識別子と基板内に表面下レーザ・ダメージを形成するためのパラメータとを含むリレーショナルデータベースのレコードにおいてなどで、特定の基板と関連付けられる。

【0195】

ブロック５４２において接合された組立体を基板から破砕した後で、担体に取り付けられた基板部分を改変するために、接合された組立体を（ブロック５４６に従って）１つまたは複数の表面加工ステーションに移すことができる。実行され得る表面加工ステップの例としては、ブロック５４８、５５０、５５２、および５５４にそれぞれ従う、粗研削、エッジ研削、精密研削、および洗浄を挙げることができる。この時点で、加工された基板部分はエピタキシャル成長のための準備が整い得る。

【0196】

［システムおよび方法とともに使用可能な代表的なコンピュータ・システム］
図５４は、本明細書で開示するシステムまたは方法の任意の構成要素に含めることのできるコンピュータ・システム６００（コンピューティング・デバイスにおいて任意選択的に具現化される）の、一般化した表現の概略図である。この関連において、コンピュータ・システム６００は、本明細書に記載するこれらのおよび／または任意の機能または処理を実行するための、コンピュータ可読媒体からの命令を実行するように適合される。この点に関して、図５４のコンピュータ・システム６００は、サポートされる通信サービスのスケーリングをサポートするように、プログラム可能なデジタル信号処理回路をプログラムし構成するように実行可能な、命令のセットを含み得る。コンピュータ・システム６００は、ＬＡＮ、イントラネット、エクストラネット、またはインターネット中の他のマシンに接続（例えば、ネットワーク化）され得る。単一のデバイスのみが示されているが、用語「デバイス」は、本明細書で検討する方法論のいずれか１つまたは複数を実行するための命令の１つのセット（または複数のセット）を個々にまたは連結されて実行する、デバイスの任意の集合を含むようにも解釈できるものとする。コンピュータ・システム６００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）などの電気基板カード、サーバ、パーソナル・コンピュータ、デスクトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、コンピューティング・パッド、モバイル・デバイス、または任意の他のデバイスなどに含まれる、１つまたは複数の回路であってもよく、例えば、サーバまたは使用者のコンピュータを表し得る。

【0197】

コンピュータ・システム６００は、この実施形態では、処理デバイスまたはプロセッサ６０２と、メイン・メモリ６０４（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）などのダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、等）と、スタティック・メモリ６０６（例えば、フラッシュ・メモリ、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、等）と、を含み、これらはデータ・バス６０８を介して互いと通信し得る。別法として、処理デバイス６０２は、メイン・メモリ６０４および／またはスタティック・メモリ６０６に、直接または何らかの他の接続手段を介して接続され得る。処理デバイス６０２は制御装置であってもよく、メイン・メモリ６０４またはスタティック・メモリ６０６は任意のタイプのメモリであってもよい。

【0198】

処理デバイス６０２は、マイクロプロセッサ、中央処理装置、または類似のものなどの、１つまたは複数の汎用処理デバイスを表す。より詳細には、処理デバイス６０２は、複合命令セット・コンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セット・コンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組合せを実装する他のプロセッサであり得る。処理デバイス６０２は、本明細書で検討する動作およびステップを実行するための命令における処理ロジックを実行するように構成されている。

【0199】

コンピュータ・システム６００は、ネットワーク・インターフェース・デバイス６１０を更に含み得る。コンピュータ・システム６００はまた、命令実行時にコンピュータ・システム６００に通信されるべき入力および選択を受けるように構成されている入力部６１２を含んでもよく、または含まなくてもよい。コンピュータ・システム６００はまた、限定するものではないが、ディスプレイ、ビデオ・ディスプレイ・ユニット（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または陰極線管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス（例えば、キーボード）、および／またはカーソル制御デバイス（例えば、マウス）を含む、出力部６１４を含んでもよく、または含まなくてもよい。

【0200】

コンピュータ・システム６００は、コンピュータ可読媒体６１８に記憶されている命令６１６を含むデータ記憶デバイスを含んでもよく、または含まなくてもよい。命令６１６はまた、コンピュータ・システム６００によるその実行中に、全部または一部がメイン・メモリ６０４内および／または処理デバイス６０２内に存在してもよく、メイン・メモリ６０４および処理デバイス６０２はコンピュータ可読媒体も構成している。命令６１６は、ネットワーク６２０を経由して、ネットワーク・インターフェース・デバイス６１０を介して更に送信または受信されてもよい。

【0201】

コンピュータ可読媒体６１８は、ある実施形態では単一の媒体であるものとして示されているが、用語「コンピュータ可読媒体」は、１つまたは複数の命令のセットを記憶する単一の媒体または複数の媒体（例えば、集中もしくは分散データベース、ならびに／または関連付けられたキャッシュおよびサーバ）を含むように解釈されるべきである。用語「コンピュータ可読媒体」は、処理デバイスによって実行される命令のセットの記憶、符合化、または搬送が可能であり、処理デバイスに本明細書に開示する実施形態の方法論のうちのいずれか１つまたは複数を実行させる、任意の媒体を含むようにも解釈されるものとする。用語「コンピュータ可読媒体」はしたがって、限定するものではないが、ソリッド・ステート・メモリ、光学媒体、および磁気媒体を含むように解釈されるものとする。

【0202】

本明細書に開示する実施形態は様々なステップを含む。本明細書に開示する実施形態のステップは、ハードウェア構成要素によって実施もしくは実行することができるか、または機械実行可能命令として具現化することができ、これらの命令は、これらの命令でプログラムされた汎用または専用プロセッサにステップを実行させるために使用され得る。別法として、これらのステップは、ハードウェアおよびソフトウェアの組合せによって実行することができる。

【0203】

本明細書に開示する実施形態は、コンピュータ・システム（または他の電子デバイス）を本明細書に開示する実施形態に係る工程を実行するようプログラムするために使用され得る命令を記憶している機械可読媒体（またはコンピュータ可読媒体）を含み得る、コンピュータ・プログラム製品またはソフトウェアとして提供され得る。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形態で情報を記憶または伝達するための、任意の機構を含む。例えば、機械可読媒体は、機械可読記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ランダム・アクセス・メモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュ・メモリ・デバイス、等）、および類似のものを含む。

【0204】

そうではないと明確に述べられていない限り、また上記の考察から明らかなように、説明の全体を通して、「分析する」、「処理する」、「演算する」、「決定する」、「表示する」などのような用語を利用する考察は、コンピュータ・システムのレジスタ内の物理（電子）量として表現されるデータおよびメモリを、コンピュータ・システムのメモリまたはレジスタまたは他のそのような情報記憶、伝送、もしくは表示デバイス内の物流量として同様に表現される他のデータへと操作および変換する、コンピュータ・システムまたは類似の電子演算デバイスの動作および処理に言及していることが諒解される。

【0205】

本明細書に提示するアルゴリズムおよびディスプレイは、どのような特定のコンピュータまたは他の装置とも本来的な関連を有さない。本明細書の教示に従って様々なシステムをプログラムと一緒に使用してもよく、または、要求される方法ステップの実行により特化された装置を構築するのが便利な場合もある。これらの様々なシステムに必要な構造は上記の説明に開示されている。更に、本明細書に記載する実施形態は、記載にあたってどのような特定のプログラミング言語も参考にしていない。本明細書に記載するような実施形態の教示を実装するために、様々なプログラム原語を使用できることが諒解されるであろう。

【0206】

本明細書に開示する実施形態に関連して記載されている様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムは、電子的ハードウェア、メモリもしくは別のコンピュータ可読媒体に記憶されておりプロセッサもしくは他の処理デバイスによって実行される命令、または両方の組合せとして実装され得ることを、当業者は更に諒解するであろう。本明細書に記載するシステムの構成要素は、例として、任意の回路、ハードウェア構成要素、集積回路（ＩＣ）、またはＩＣチップにおいて利用することができる。本明細書で開示するメモリは任意のタイプおよびサイズのメモリであってよく、所望する任意のタイプの情報を記憶するように構成され得る。この互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、上では全体的にそれらの機能性の観点から記載されている。そのような機能性がどのように実装されるかは、特定の用途、設計上の選択、および／またはシステム全体に課される設計制約に依存する。当業者は特定の各用途について、記載されている機能性を様々な方法で実装できるが、そのような実装の決定は、本明細書の実施形態の範囲からの逸脱をもたらすものとして解釈されるべきではない。

【0207】

本明細書に開示する実施形態に関連して記載した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ・ロジック、個別ハードウェア構成要素、または本明細書に記載する機能を実行するように設計されているそれらの任意の組合せを用いて、実装または実行され得る。また更に、制御装置はプロセッサであってもよい。プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替として、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、制御装置、マイクロコントローラ、または状態機械であってもよい。プロセッサはまた、コンピューティング・デバイスの組合せ（例えば、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携した１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成）としても実装され得る。

【0208】

本明細書に開示する実施形態は、ハードウェアにおいて、および、ハードウェアに記憶されており、例えば、ＲＡＭ、フラッシュ・メモリ、ＲＯＭ、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハード・ディスク、リムーバブル・ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、または任意の他の形態の当技術分野で知られているコンピュータ可読媒体内に存在し得る命令として、具現化され得る。記憶媒体はプロセッサに結合されて、記憶媒体に対して情報の読み取りおよび書き込みを行うことができるようになっている。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であってもよい。プロセッサおよび記憶媒体はＡＳＩＣ内に存在してもよい。ＡＳＩＣは遠隔ステーション内に存在してもよい。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、遠隔ステーション、基地ステーション、またはサーバ内に、個別の構成要素として存在してもよい。

【0209】

本明細書のどの実施形態に記載されている動作ステップも、例を提供し考察を行うために記載されていることもまた、留意される。記載されている動作は多数の例示した順序とは異なる順序で行うことができる。また更に、単一の動作ステップとして記載されている動作を、実際にはいくつかの異なるステップとして行うことができる。更に、実施形態で検討されている１つまたは複数の動作ステップを組み合わせることができる。当業者はまた、情報および信号を様々な技術および技法を使用して表現できることも理解するであろう。例えば、上記の説明の全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場、粒子、光学場、またはこれらの任意の組合せで表現することができる。

【0210】

そうではないと明示的に述べられていない限りは、本明細書に記載するどの方法も、そのステップを指定された順序で実行することを要求していると解釈されることを、決して意図していない。したがって、方法クレームにそのステップが従うべき順序が実際に明記されていないか、またはそれ以外で、それらのステップが特定の順序に限定されるものであると特許請求の範囲もしくは説明に明示的に述べられていない場合、いかなる特定の順序を推断することも決して意図されていない。

【0211】

本明細書においてそうではないと明示的に指示されていない限りは、本明細書で開示する任意の１つまたは複数の実施形態の任意のまたはより多くの特徴または特性を、他の実施形態の任意のまたはより多くの特徴または特性と組み合わせることができることが企図される。

【0212】

本開示の１つまたは複数の実施形態によって得られる可能性のある技術的利益としては、以下を挙げることができる：不要な材料損失を回避しつつ、結晶材料基板（例えば、インゴット）からレーザ加工および続く破砕によって厚さの均一なウエハを製造する場合の、再現可能性の向上、レーザ・アシストによる切り分け方法の実行時の、基板ごとのおよび単一の基板内の異なる深さ位置における、レーザ出力要件のばらつきへの対処、表面下レーザ・ダメージのある結晶材料基板内の、クラックのない領域の検出の向上、ワイヤ・ソーイングと比較した場合の、結晶材料カーフ・ロスの減少、ワイヤ・ソーイングと比較した場合の、加工時間の短縮ならびに結晶材料ウエハおよび結果的なデバイスのスループットの増大、従来のレーザ・ベースの方法と比較した場合の、レーザ加工時間の短縮、レーザ・ダメージ領域に沿って破砕を生じさせるために必要な力の低減、分離後にレーザ・ダメージを除去するための分離後表面平滑化の必要性の低減、ならびに／または、結晶材料のボウイングおよび破損の低減。

【0213】

当業者は本開示の好ましい実施形態への改善および修正を認識するであろう。そのような改善および修正は全て、本明細書および以下の特許請求の範囲で開示する概念の範囲内にあるものと見なされる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図20C】

【図20D】

【図21】

【図22A】

【図22B】

【図23A】

【図23B】

【図24A-24B】

【図24C】

【図24D】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30A】

【図30B】

【図30C】

【図30D】

【図30E】

【図31A】

【図31B】

【図32A】

【図32B】

【図33A】

【図33B】

【図34A】

【図34B】

【図34C】

【図34D】

【図34E】

【図34F】

【図35】

【図36A-36C】

【図37A】

【図37B】

【図37C】

【図37D】

【図37E】

【図37F】

【図37G】

【図37H】

【図37I】

【図37J】

【図37K】

【図37L】

【図37M】

【図37N】

【図37O】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43A】

【図43B】

【図44】

【図45】

【図46A】

【図46B】

【図46C】

【図47】

【図48】

【図49A】

【図49B】

【図50A】

【図50B】

【図50C】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】