特許 7734908 変質層形成装置、及び、半導体装置の製造方法

(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】2025-08-29

(45)【発行日】2025-09-08

(54)【発明の名称】変質層形成装置、及び、半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20250901BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20250901BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 611Z

B23K26/53

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021140510

(22)【出願日】2021-08-30

(65)【公開番号】P2023034335

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2024-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中林 正助

(72)【発明者】

【氏名】長屋 正武

(72)【発明者】

【氏名】大原 淳士

(72)【発明者】

【氏名】恩田 正一

(72)【発明者】

【氏名】笹岡 千秋

(72)【発明者】

【氏名】小島 淳

(72)【発明者】

【氏名】河口 大祐

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 隆二

(72)【発明者】

【氏名】油井 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】原 佳祐

【審査官】湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４７９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２６８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１５２３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

変質層形成装置を用いて半導体装置を製造する製造方法であって、
前記変質層形成装置が、
レーザ照射装置と、
撮影装置と、
を有し、
前記製造方法が、
前記レーザ照射装置によって化合物半導体基板の目標領域内にレーザを照射することによって、前記目標領域内の前記化合物半導体基板の内部に変質層を形成する工程と、
前記撮影装置によって前記目標領域内の前記化合物半導体基板の画像を撮影し、前記画像に基づいて前記目標領域の中で前記変質層が形成されていない変質層未形成領域を特定する工程と、
前記レーザ照射装置によって前記化合物半導体基板の前記変質層未形成領域内にレーザを照射することによって、前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する工程と、
前記変質層未形成領域を特定する前記工程の後であって前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する前記工程よりも前に、前記化合物半導体基板を洗浄する工程、
を有する、
製造方法。

【請求項2】

変質層形成装置を用いて半導体装置を製造する製造方法であって、
前記変質層形成装置が、
レーザ照射装置と、
撮影装置と、
を有し、
前記製造方法が、
前記レーザ照射装置によって化合物半導体基板の目標領域内にレーザを照射することによって、前記目標領域内の前記化合物半導体基板の内部に変質層を形成する工程と、
前記撮影装置によって前記目標領域内の前記化合物半導体基板の画像を撮影し、前記画像に基づいて前記目標領域の中で前記変質層が形成されていない変質層未形成領域を特定する工程と、
前記レーザ照射装置によって前記化合物半導体基板の前記変質層未形成領域内にレーザを照射することによって、前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する工程と、
前記変質層未形成領域を特定する前記工程の後であって前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する前記工程よりも前に、前記化合物半導体基板の表面を平坦化する工程、
を有する、
製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示の技術は、変質層形成装置、及び、半導体装置の製造方法に関する。

【0002】

特許文献１に開示の半導体装置の製造方法では、化合物半導体基板にレーザを照射することによって、化合物半導体基板の内部に変質層を形成する。変質層は、化合物半導体基板の表面に沿って伸びるように形成される。このように変質層を形成することで、化合物半導体基板を加工することができる。例えば、変質層に沿って化合物半導体基板を分割することで、より薄い化合物半導体基板を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１０２５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

化合物半導体基板の内部に変質層を形成するときに、目標領域全体に変質層を形成できない場合がある。例えば、レーザ照射装置の設備異常によって、目標領域の一部に変質層を形成できない場合がある。また、化合物半導体基板の表面に存在する異物や粗面部によってレーザが遮られることで、目標領域の一部に変質層を形成できない場合がある。目標領域全体に変質層を形成できないと、化合物半導体基板を適切に加工できない。例えば、変質層に沿って化合物半導体基板を分割する場合には、変質層が形成できない領域において、化合物半導体基板を適切に分割できないことがある。本明細書では、従来よりも確実に目標領域全体に変質層を形成する技術を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する変質層形成装置は、レーザ照射装置と、撮影装置と、制御装置と、を有する。前記制御装置が、第１変質層形成工程、変質層未形成領域特定工程、及び、第２変質層形成工程を実行する。前記制御装置は、前記第１変質層形成工程では、前記レーザ照射装置によって前記化合物半導体基板の目標領域内にレーザを照射することによって、前記目標領域内の前記化合物半導体基板の内部に変質層を形成する。前記制御装置は、前記変質層未形成領域特定工程では、前記撮影装置によって前記目標領域内の前記化合物半導体基板の画像を撮影し、前記画像に基づいて前記目標領域の中で前記変質層が形成されていない変質層未形成領域を特定する。前記制御装置は、前記第２変質層形成工程では、前記レーザ照射装置によって前記化合物半導体基板の前記変質層未形成領域内にレーザを照射することによって、前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する。

【0006】

この変質層形成装置では、第１変質層形成工程の後に変質層未形成領域特定工程が実行される。変質層未形成領域特定工程では、目標領域の中で変質層が形成されていない変質層未形成領域が特定される。したがって、第１変質層形成領域において何等かの異常によって目標領域の一部に変質層が形成されなかった場合には、変質層未形成領域特定工程で変質層未形成領域が特定される。変質層未形成領域特定工程の後に実行される第２変質層形成工程では、変質層未形成領域内にレーザが照射されることによって、変質層未形成領域内の化合物半導体基板の内部に変質層が形成される。このため、この変質層形成装置によれば、従来よりも確実に目標領域全体に変質層を形成することができる。

【0007】

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、変質層形成装置を用いて半導体装置を製造する。前記変質層形成装置が、レーザ照射装置と、撮影装置と、を有する。前記製造方法が、第１変質層形成工程、変質層未形成領域特定工程、及び、第２変質層形成工程を有する。前記第１変質層形成工程では、前記レーザ照射装置によって化合物半導体基板の目標領域内にレーザを照射することによって、前記目標領域内の前記化合物半導体基板の内部に変質層を形成する。前記変質層未形成領域特定工程では、前記撮影装置によって前記目標領域内の前記化合物半導体基板の画像を撮影し、前記画像に基づいて前記目標領域の中で前記変質層が形成されていない変質層未形成領域を特定する。前記第２変質層形成工程では、前記レーザ照射装置によって前記化合物半導体基板の前記変質層未形成領域内にレーザを照射することによって、前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する。

【0008】

この製造方法では、第１変質層形成領域において何等かの異常によって目標領域の一部に変質層が形成されなかった場合には、変質層未形成領域特定工程で変質層未形成領域が特定される。そして、第２変質層形成工程で、変質層未形成領域内に変質層が形成される。したがって、この製造方法によれば、従来よりも確実に目標領域全体に変質層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１の変質層形成装置の構成図。

【図2】ＧａＮ基板１２の平面図。

【図3】実施例１の半導体装置の製造方法を示すフローチャート。

【図4】カメラ５０で撮影されたＧａＮ基板１２の画像を示す図。

【図5】変質層未形成領域特定工程の説明図。

【図6】変質層未形成領域特定工程の説明図。

【図7】変質層未形成領域特定工程の説明図。

【図8】基板分割工程の説明図。

【図9】基板分割工程における剥離不良を示す図。

【図10】基板分割工程における剥離不良を示す図。

【図11】実施例２の変質層形成装置の構成図。

【図12】実施例３の変質層形成装置の構成図。

【図13】実施例４の変質層形成装置の構成図。

【図14】実施例４の半導体装置の製造方法を示すフローチャート。

【図15】実施例５の変質層形成装置の構成図。

【図16】実施例６の半導体装置の製造方法を示すフローチャート。

【図17】実施例７の半導体装置の製造方法を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書が開示する一例の変質層形成装置では、前記化合物半導体基板がガリウム化合物によって構成されていてもよい。

【0011】

本明細書が開示する一例の変質層形成装置は、基板分割装置をさらに有していてもよい。この場合、前記制御装置が、前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成した後に、前記基板分割装置によって前記化合物半導体基板を前記変質層に沿って分割する工程をさらに実行してもよい。

【0012】

この構成によれば、化合物半導体基板を分割して薄板化することができる。

【0013】

本明細書が開示する一例の変質層形成装置においては、前記変質層未形成領域を特定する前記工程では、前記化合物半導体基板の外観における第１特徴点を基準にして座標系を設定した状態で、前記変質層未形成領域の座標範囲を特定してもよい。この場合、前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する前記工程では、前記化合物半導体基板の外観における第２特徴点を基準にして座標系を設定した状態で、前記座標範囲内にレーザを照射してもよい。

【0014】

なお、第１特徴点及び第２特徴点は、化合物半導体基板の外形における特徴点（例えば、オリエンテーションフラット、ノッチ等）であってもよいし、化合物半導体基板の表面における特徴点（例えば、アライメントマーク等）であってもよい。また、第２特徴点は、第１特徴点と同じ特徴点であってもよいし、第１特徴点とは異なる特徴点であってもよい。

【0015】

この構成によれば、変質層未形成領域内に正確にレーザを照射することができる。

【0016】

本明細書が開示する一例の半導体装置の製造方法は、前記変質層未形成領域を特定する前記工程の後であって前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する前記工程よりも前に、前記化合物半導体基板を洗浄する工程をさらに有していてもよい。

【0017】

この構成によれば、化合物半導体基板の表面に異物が付着していることによって変質層未形成領域が発生した場合に、洗浄によって異物を除去してから変質層未形成領域にレーザを照射することができる。したがって、変質層未形成領域内の化合物半導体基板の内部により確実に変質層を形成することができる。

【0018】

本明細書が開示する一例の半導体装置の製造方法は、前記変質層未形成領域を特定する前記工程の後であって前記変質層未形成領域内の前記化合物半導体基板の内部に前記変質層を形成する前記工程よりも前に、前記化合物半導体基板の表面を平坦化する工程をさらに有していてもよい。

【0019】

この構成によれば、化合物半導体基板の表面に粗面部（すなわち、表面粗さが粗い部分）が存在することによって変質層未形成領域が発生した場合に、平坦化工程によって粗面部を除去してから変質層未形成領域にレーザを照射することができる。したがって、変質層未形成領域内の化合物半導体基板の内部により確実に変質層を形成することができる。

【実施例1】

【0020】

図１に示す実施例１の変質層形成装置１０は、窒化ガリウム基板１２（以下、ＧａＮ基板１２という）に変質層１４を形成する。変質層形成装置１０は、基板搬送装置２０、ステージ３０、レーザ光源４０、及び、カメラ５０、制御装置６０を有している。

【0021】

基板搬送装置２０は、変質層形成装置１０に対するＧａＮ基板１２の搬入及び搬出を行う。基板搬送装置２０は、変質層形成装置１０に搬入したＧａＮ基板１２をステージ３０上に載置する。図２は、ＧａＮ基板１２を示している。図２に示すように、ＧａＮ基板１２は、オリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂを有している。基板搬送装置２０は、粗アライメント装置を内蔵している。粗アライメント装置は、ＧａＮ基板１２をステージ３０上に載置する前に、ＧａＮ基板１２の外観上の特徴点（例えば、オリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂ）を検出する。基板搬送装置２０は、検出された特徴点に基づいてＧａＮ基板１２の位置と角度（ＧａＮ基板１２の中心周りの角度）を調整した状態で、ＧａＮ基板１２をステージ３０上に載置する。

【0022】

ステージ３０は、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に移動可能とされている。ｘ方向はステージ３０の上面に平行な一方向である。ｙ方向はステージ３０の上面に平行かつｘ方向に直交する方向である。ｚ方向は、ステージ３０の上面に垂直な方向である。

【0023】

レーザ光源４０は、ステージ３０の上方に配置されている。レーザ光源４０は、レーザＬを照射する。また、ステージ３０の直上には、レーザＬの光学系としてハーフミラー４２と集光レンズ４４が設けられている。レーザ光源４０は、ハーフミラー４２の下面に向けてレーザＬを照射する。レーザＬは、ハーフミラー４２の下面で反射する。ハーフミラー４２で反射したレーザＬは、集光レンズ４４を通過してステージ３０上のＧａＮ基板１２に照射される。集光レンズ４４は、レーザＬの焦点がＧａＮ基板１２の内部に形成されるように、レーザＬを集光する。

【0024】

カメラ５０は、ステージ３０の上方に配置されている。また、ハーフミラー４２の直上には、カメラ５０の光学系としてミラー５２が配置されている。カメラ５０には、ハーフミラー４２を透過してミラー５２で反射した光が入射する。カメラ５０は、ミラー５２とハーフミラー４２を介して、ステージ３０上に載置されたＧａＮ基板１２の画像を撮影する。また、図示していないが、変質層形成装置１０が、カメラ５０の撮影時にＧａＮ基板１２の上面１２ｃに光を照射する照明装置を有していてもよい。

【0025】

制御装置６０は、基板搬送装置２０、ステージ３０、レーザ光源４０、及び、カメラ５０に電気的に接続されている。制御装置６０は、基板搬送装置２０、ステージ３０、レーザ光源４０、及び、カメラ５０を制御する。

【0026】

次に、実施例１の半導体装置の製造方法について説明する。図３は、実施例１の製造方法を示している。実施例１の製造方法は、基板搬入工程、精アライメント工程、変質層形成工程、変質層未形成領域特定工程、変質層再形成工程、及び、基板分割工程を有する。

【0027】

（基板搬入工程）
基板搬入工程では、制御装置６０は、基板搬送装置２０によってＧａＮ基板１２をステージ３０上に搬送する。ＧａＮ基板１２は、ＧａＮの単結晶によって構成されている。基板搬入工程では、基板搬送装置２０は、粗アライメント装置によってＧａＮ基板１２の位置及び角度を調整した状態で、ステージ３０上にＧａＮ基板１２を載置する。したがって、ステージ３０上には、比較的高い位置精度及び角度精度でＧａＮ基板１２が載置される。

【0028】

（精アライメント工程）
次に、制御装置６０は、精アライメント工程を実施する。精アライメント工程では、制御装置６０は、カメラ（例えば、カメラ５０または図示しない精アライメント用カメラ）によってステージ３０上のＧａＮ基板１２の画像を撮影し、ＧａＮ基板１２のオリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの位置を検出する。すると、制御装置６０は、オリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの位置に基づいて、原点Ｏの位置を算出する。例えば、制御装置６０は、図２に示すように、オリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの延長線の交点を原点Ｏとして算出する。制御装置６０は、原点Ｏの位置を記憶する。この後の各工程では、制御装置６０は、原点Ｏを基準としてｘ方向の位置を示す座標（以下、ｘ座標という）と、原点Ｏを基準としてｙ方向の位置を示す座標（以下、ｙ座標という）とによって構成されるｘｙ座標系に基づいて、ＧａＮ基板１２上における位置を制御する。また、精アライメント工程では、制御装置６０は、レーザＬの焦点がＧａＮ基板１２の内部の所定深さに形成されるように、ステージ３０のｚ方向の位置を調整する。

【0029】

（変質層形成工程）
次に、制御装置６０は、変質層形成工程を実施する。変質層形成工程では、制御装置６０は、レーザ光源４０を作動させる。レーザ光源４０から発されたレーザＬは、ハーフミラー４２で反射した後に集光レンズ４４を通過し、ステージ３０上のＧａＮ基板１２に照射される。集光レンズ４４は、ＧａＮ基板１２の内部（すなわち、ＧａＮ基板１２の厚みの範囲内）にレーザＬの焦点を形成する。レーザＬの焦点の位置では、ＧａＮ基板１２が加熱されて分解される。その結果、ＧａＮ基板１２の内部（より詳細には、レーザＬの焦点の位置）に、変質層１４が形成される。変質層１４は、元のＧａＮ単結晶とは異なる構造を有する層である。変質層１４は、例えば、ガリウムの析出層等によって構成されている。変質層１４の強度は、ＧａＮ単結晶の強度よりも低い。変質層形成工程では、制御装置６０は、ステージ３０をｘ方向及びｙ方向に移動させながらＧａＮ基板１２にレーザを照射する。これによって、制御装置６０は、ＧａＮ基板１２のｘ方向及びｙ方向の全域にレーザを照射する。したがって、ＧａＮ基板１２のｘ方向及びｙ方向の全域に変質層１４が形成される。このように、本実施例では、変質層１４を形成する目標領域は、ＧａＮ基板１２のｘ方向及びｙ方向の全域である。

【0030】

なお、変質層形成工程では、設備異常、ＧａＮ基板１２の上面１２ｃに付着した異物、ＧａＮ基板１２の上面１２ｃに存在する粗面部等の影響によって、ＧａＮ基板１２の一部の領域に変質層１４が形成されない場合がある。以下では、ＧａＮ基板１２を上側から見たときに変質層１４が形成されている領域を変質層形成領域１５といい、ＧａＮ基板１２を上側から見たときに変質層１４が形成されていない領域を変質層未形成領域１６という。

【0031】

（変質層未形成領域特定工程）
次に、制御装置６０は、変質層未形成領域特定工程を実施する。変質層未形成領域特定工程では、制御装置６０は、カメラ５０によってＧａＮ基板１２の画像を撮影する。より詳細には、制御装置６０は、ＧａＮ基板１２の上面１２ｃ側からＧａＮ基板１２のｘ方向及びｙ方向の全域を撮影する。図４は、変質層未形成領域特定工程で撮影されたＧａＮ基板１２の画像の一例を示している。図４に示すように、カメラ５０によって撮影された画像では、変質層未形成領域１６は、変質層形成領域１５よりも白っぽい領域として現れる。制御装置６０は、撮影した画像に基づいて、変質層形成領域１５と、変質層未形成領域１６を特定する。図５～７は、変質層形成領域１５と変質層未形成領域１６の拡大画像である。図５は、カメラ５０によって撮影された画像である。図５において、グレーの領域が変質層形成領域１５であり、白い領域が変質層未形成領域１６である。制御装置６０は、カメラ５０によって撮影された画像の各画素の輝度値を、白とグレーの間の値を閾値として二値化した画像を算出する。例えば、制御装置６０は、図５の画像を二値化した画像として、図６の画像を算出する。次に、制御装置６０は、二値化した画像に対してノイズ除去処理を実施する。例えば、制御装置６０は、図５の画像に対してノイズ除去処理を実施することで、図６に示す画像（すなわち、白と黒の微小領域が除去され、白領域と黒領域の境界線が平滑化された画像）を算出する。制御装置６０は、ノイズ除去処理実施後の画像のうち、黒領域を変質層形成領域１５として特定し、白領域を変質層未形成領域１６として特定する。制御装置６０は、ノイズ除去処理実施後の画像に基づいて、変質層未形成領域１６の座標範囲１６ｒを算出する。変質層未形成領域１６の座標範囲１６ｒは、精アライメント工程で設定されたｘｙ座標系にて表される座標範囲である。制御装置６０は、算出した座標範囲１６ｒを記憶する。

【0032】

図３に示すように、制御装置６０は、変質層未形成領域特定工程の後に、変質層未形成領域１６が存在するか否かを判定する。変質層未形成領域特定工程において変質層未形成領域が特定された場合には、制御装置６０は、変質層再形成工程を実施する。他方、変質層未形成領域特定工程において変質層未形成領域が特定されなかった場合には、制御装置６０は、基板分割工程を実施する。

【0033】

（変質層再形成工程）
変質層未形成領域１６が存在する場合、制御装置６０は、変質層再形成工程を実施する。変質層再形成工程では、制御装置６０は、変質層未形成領域特定工程で特定した変質層未形成領域１６の座標範囲１６ｒ内にレーザＬを照射する。より詳細には、まず、制御装置６０は、レーザＬの照射位置（すなわち、焦点が形成される位置）が座標範囲１６ｒ内に位置するように、ステージ３０によってＧａＮ基板１２を移動させる。次に、制御装置６０は、レーザ光源４０を作動させることによって、座標範囲１６ｒ内（すなわち、変質層未形成領域１６内）にレーザＬを照射する。これによって、変質層未形成領域１６内に変質層１４が形成される。制御装置６０は、ステージ３０をｘ方向及びｙ方向に移動させながらＧａＮ基板１２にレーザを照射する。これによって、制御装置６０は、座標範囲１６ｒの全域に変質層１４を形成する。すなわち、制御装置６０は、変質層未形成領域１６の全域（すなわち、ｘ方向及びｙ方向の全域）に変質層１４を形成する。なお、変質層未形成領域１６が複数存在する場合には、制御装置６０は、変質層未形成領域１６のそれぞれの全域に変質層１４を形成する。

【0034】

制御装置６０は、変質層再形成工程の後に変質層未形成領域特定工程を再度実施する。制御装置６０は、変質層未形成領域１６が無くなるまで、変質層再形成工程と変質層未形成領域特定工程を繰り返し実行する。その結果、ＧａＮ基板１２のｘ方向及びｙ方向の全域に変質層１４が形成される。

【0035】

（基板分割工程）
変質層未形成領域１６が無くなると、制御装置６０は、基板搬送装置２０によってＧａＮ基板１２を変質層形成装置１０の外部へ搬出する。その後、基板分割工程が実施される。基板分割工程では、図８に示すように、ＧａＮ基板１２を変質層１４に沿って分割する。すなわち、基板分割工程では、ＧａＮ基板１２の上面１２ｃ側の部分１２ｅに対して、ＧａＮ基板１２の下面１２ｄ側の部分１２ｆから離れる方向に力を加える。上述したように、変質層１４の強度は、ＧａＮ単結晶の強度よりも低い。したがって、部分１２ｅに対して部分１２ｆから離れる方向に力を加えると、変質層１４に沿って部分１２ｅが部分１２ｆから剥離する。すなわち、ＧａＮ基板１２が変質層１４に沿って分割される。その後、部分１２ｅに対して、表面研磨、電極形成等の種々の加工を行うことで、半導体装置が製造される。この製造方法によれば、厚みが薄い半導体装置を製造できる。また、部分１２ｆに対して、分割面の平滑化を行い、平滑化後の分割面にＧａＮ層をエピタキシャル成長させると、部分１２ｆを元のＧａＮ基板１２の厚さに戻すことができる。その後、部分１２ｆをＧａＮ基板１２として再利用して、半導体装置の製造を行うことができる。

【0036】

なお、ＧａＮ基板１２内に変質層未形成領域１６が残存している状態で基板分割工程を実施すると、図９に示すように変質層未形成領域１６内で部分１２ｅが部分１２ｆから剥離しなかったり、図１０に示すように変質層未形成領域１６内で変質層１４の深さとは異なる位置でＧａＮ基板１２が分割されるといった問題が生じる。これに対し、図８のようにＧａＮ基板１２の全域に変質層１４が形成されていると、部分１２ｅを部分１２ｆから適切に剥離することができる。

【実施例2】

【0037】

図１１は、実施例２の変質層形成装置を示している。実施例１ではカメラ５０の光学系とレーザ光源４０の光学系が一部で共通化されていたが、実施例２ではカメラ５０がレーザ光源４０の光学系から独立して設けられている。図１１に示すように、実施例２では、カメラ５０が集光レンズ４４の側方に配置されている。実施例２では、カメラ５０は、直接ＧａＮ基板１２の画像を撮影する。実施例２の変質層形成装置でも、実施例１と同様に、基板搬入工程、精アライメント工程、変質層形成工程、変質層未形成領域特定工程、及び、変質層再形成工程を実施することができる。

【実施例3】

【0038】

図１２は、実施例３の変質層形成装置を示している。実施例３では、カメラ５０が、レーザ光源４０の光学系から離れた位置に配置されている。また、実施例３では、ステージ３０が、集光レンズ４４の直下の位置と、カメラ５０の直下の位置の間で移動することができる。実施例３の変質層形成装置では、制御装置６０は、ステージ３０が集光レンズ４４の直下に配置されている状態で、実施例１と同様にして基板搬入工程、精アライメント工程、変質層形成工程を実施する。

【0039】

実施例３では、制御装置６０が、変質層未形成領域特定工程の開始時に、ステージ３０によってＧａＮ基板１２をカメラ５０の直下まで移動させる。その後、制御装置６０は、カメラ５０によってＧａＮ基板１２の画像を撮影し、変質層未形成領域１６の座標範囲１６ｒを特定する。

【0040】

実施例３では、制御装置６０が、変質層再形成工程の開始時に、ステージ３０によってＧａＮ基板１２を集光レンズ４４の直下まで移動させる。その後、制御装置６０は、実施例１と同様にして、変質層再形成工程を実施する。変質層再形成工程の後に、実施例１と同様にして、基板分割工程が実施される。

【0041】

なお、実施例３では、ステージ３０を移動するとき（すなわち、変質層未形成領域特定工程の開始時、及び、変質層再形成工程の開始時）に精アライメント工程を再度実施してもよい。この場合、変質層再形成工程では、変質層未形成領域特定工程と同じように原点Ｏ（すなわち、ｘｙ座標系）を設定することで、変質層未形成領域１６内に正確に変質層１４を形成することができる。

【実施例4】

【0042】

図１３は、実施例４の変質層形成装置を示している。実施例４の変質層形成装置では、レーザ加工用のステージ３０ａと撮影用のステージ３０ｂが独立して設けられている。ステージ３０ａの上部に、レーザ光源４０、ハーフミラー４２、集光レンズ４４等を有するレーザ光学系が配置されている。ステージ３０ｂ上に、カメラ５０が設けられている。ステージ３０ａ、３０ｂのそれぞれは、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に移動可能とされている。基板搬送装置２０は、変質層形成装置に対するＧａＮ基板１２の搬入及び搬出に加えて、ステージ３０ａとステージ３０ｂの間におけるＧａＮ基板１２の搬送を行う。

【0043】

図１４は、実施例４の製造方法を示している。実施例４では、制御装置６０は、基板搬入工程において、基板搬送装置２０によってＧａＮ基板１２をステージ３０ａ上に搬送する。次に、制御装置６０は、第１精アライメント工程を実施する。第１精アライメント工程は、実施例１の精アライメント工程と同様に実施される。すなわち、制御装置６０は、図示しないアライメント用カメラによってステージ３０ａ上のＧａＮ基板１２を撮影し、ＧａＮ基板１２のオリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの位置を検出する。さらに、制御装置６０は、オリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの位置に基づいて、原点Ｏの位置を算出する。次に、制御装置６０は、実施例１の変質層形成工程と同様にＧａＮ基板１２に変質層１４を形成する。すなわち、制御装置６０は、ステージ３０ａ上のＧａＮ基板１２にレーザＬを照射することによって、ＧａＮ基板１２のｘ方向及びｙ方向の全域に変質層１４を形成する。

【0044】

次に、制御装置６０は、第１基板搬送工程を実施する。第１基板搬送工程では、制御装置６０は、基板搬送装置２０によって、ＧａＮ基板１２をステージ３０ａ上からステージ３０ｂ上へ搬送する。基板搬送装置２０は、粗アライメントを実施した後に、ステージ３０ｂ上にＧａＮ基板１２を載置する。次に、制御装置６０は、ステージ３０ｂ上において、第２精アライメント工程を実施する。第２精アライメント工程は、実施例１の精アライメント工程と同様に実施される。すなわち、制御装置６０は、カメラ５０または図示しないアライメント用カメラによってステージ３０ｂ上のＧａＮ基板１２を撮影し、ＧａＮ基板１２のオリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの位置を検出する。さらに、制御装置６０は、オリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの位置に基づいて、原点Ｏの位置を算出する。すなわち、制御装置６０は、ｘｙ座標系を設定する。

【0045】

次に、制御装置６０は、実施例１と同様にして、変質層未形成領域特定工程を実施する。すなわち、制御装置６０は、カメラ５０によってＧａＮ基板１２の画像を撮影し、撮影した画像に基づいて変質層形成領域１５と変質層未形成領域１６を特定する。変質層未形成領域１６の座標範囲１６ｒは、第２精アライメント工程で設定されたｘｙ座標系にて表される座標範囲である。制御装置６０は、算出した座標範囲１６ｒを記憶する。

【0046】

変質層未形成領域１６が存在する場合、制御装置６０は、第２基板搬送工程を実施する。第２基板搬送工程では、制御装置６０は、基板搬送装置２０によって、ＧａＮ基板１２をステージ３０ｂ上からステージ３０ａ上へ搬送する。基板搬送装置２０は、粗アライメントを実施した後に、ステージ３０ａ上にＧａＮ基板１２を載置する。次に、制御装置６０は、ステージ３０ａ上において、第３精アライメント工程を実施する。第３精アライメント工程は、実施例１の精アライメント工程と同様に実施される。すなわち、制御装置６０は、図示しないアライメント用カメラによってステージ３０ａ上のＧａＮ基板１２を撮影し、ＧａＮ基板１２のオリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの位置を検出する。さらに、制御装置６０は、オリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂの位置に基づいて、原点Ｏの位置を算出する。第３精アライメント工程では、第２精アライメント工程と同一の位置に原点Ｏが設定される。すなわち、第３精アライメント工程では、第２精アライメント工程と同一のｘｙ座標系が設定される。

【0047】

次に、制御装置６０は、実施例１の変質層再形成工程と同様にして、変質層未形成領域１６内に変質層１４を形成する。すなわち、制御装置６０は、ＧａＮ基板１２にレーザＬを照射することによって、変質層未形成領域特定工程で特定した座標範囲１６ｒ内の全域に変質層１４を形成する。

【0048】

制御装置６０は、変質層未形成領域１６が無くなるまで、変質層未形成領域特定工程と変質層再形成工程を繰り返し実行する。変質層未形成領域１６が無くなると、制御装置６０は、ＧａＮ基板１２を変質層形成装置から搬出する。その後、実施例１と同様にして、基板分割工程が実施され、分割後のＧａＮ基板１２を利用して半導体装置が製造される。

【0049】

なお、第２精アライメント工程と第３精アライメント工程ではオリエンテーションフラット１２ａ、１２ｂを基準としてｘｙ座標系を設定した。しかしながら、第２精アライメント工程と第３精アライメント工程において、ＧａＮ基板１２の異なる特徴点に基づいて、共通のｘｙ座標系を設定してもよい。

【実施例5】

【0050】

図１５は、実施例５の変質層形成装置を示している。実施例５の変質層形成装置は、実施例１の変質層形成装置に基板分割装置７０を付加したものである。基板分割装置７０を付加した点を除いて、実施例５の変質層形成装置は、実施例１の変質層形成装置と等しい。

【0051】

実施例５の変質層形成装置では、制御装置６０は、実施例１と同様にして、基板搬入工程、精アライメント工程、変質層形成工程、変質層未形成領域特定工程、変質層再形成工程を実施する。基板分割工程では、制御装置６０は、基板分割装置７０によってＧａＮ基板１２を分割する。基板分割装置７０は、ＧａＮ基板１２の上面１２ｃを吸着または接着等によって支持する第１支持部と、ＧａＮ基板１２の下面１２ｄを吸着または接着等によって支持する第２支持部を有している。制御装置６０は、第１支持部を第２支持部から離れる方向に移動させることによって、図８に示すようにＧａＮ基板１２を分割する。このように、実施例５の変質層形成装置は、基板分割工程までを実施することができる。

【実施例6】

【0052】

上述したように、変質層形成工程では、ＧａＮ基板１２の上面に付着した異物によってレーザＬが遮られることで、変質層未形成領域１６が発生する場合がある。図１６に示すように、実施例６の製造方法では、異物を除去するために、変質層未形成領域特定工程の後であって変質層再形成工程の前に洗浄工程を実施する。実施例６の製造方法は、実施例１～５のいずれの変質層形成装置でも実施することができる。

【0053】

実施例６の製造方法では、変質層未形成領域特定工程で変質層未形成領域１６が特定された場合に、制御装置６０は、基板搬送装置２０によってＧａＮ基板１２を変質層形成装置の外部に取り出す。その後、ＧａＮ基板１２の表面を洗浄する洗浄工程が実施される。洗浄工程において、ＧａＮ基板１２の表面から異物が除去される。洗浄工程の実施後に、基板搬送装置２０によってＧａＮ基板１２を変質層形成装置内に搬入し、変質層再形成工程を実施する。ＧａＮ基板１２の表面から異物が除去されているので、変質層再形成工程で変質層未形成領域１６内に適切に変質層１４を形成することができる。

【実施例7】

【0054】

上述したように、変質層形成工程では、ＧａＮ基板１２の上面に表面粗さが粗い粗面部によってレーザＬが散乱されることで、変質層未形成領域１６が発生する場合がある。図１７に示すように、実施例７の製造方法では、粗面部を除去するために、変質層未形成領域特定工程の後であって変質層再形成工程の前に平坦化工程を実施する。実施例７の製造方法は、実施例１～５のいずれの変質層形成装置でも実施することができる。

【0055】

実施例７の製造方法では、変質層未形成領域特定工程で変質層未形成領域１６が特定された場合に、制御装置６０は、基板搬送装置２０によってＧａＮ基板１２を変質層形成装置の外部に取り出す。その後、ＧａＮ基板１２の表面を研磨、エッチング等によって平坦化する平坦化工程が実施される。平坦化工程において、ＧａＮ基板１２の表面から粗面部が除去される。平坦化工程の実施後に、基板搬送装置２０によってＧａＮ基板１２を変質層形成装置内に搬入し、変質層再形成工程を実施する。ＧａＮ基板１２の表面から粗面部が除去されているので、変質層再形成工程で変質層未形成領域１６内に適切に変質層１４を形成することができる。

【0056】

なお、変質層未形成領域特定工程で変質層未形成領域１６が特定された場合に、実施例６の洗浄工程と実施例７の平坦化工程の両方を実施してもよい。

【0057】

なお、上述した実施例では、変質層形成工程の後に変質層未形成領域特定工程を実施した。しかしながら、変質層形成工程を実施しながら変質層未形成領域特定工程を実施してもよい。すなわち、変質層形成工程を実施しながら、レーザ照射後の領域の画像を撮影して変質層未形成領域を特定してもよい。

【0058】

また、上述した実施例では、ＧａＮ基板１２のｘ方向及びｙ方向の全域が変質層１４を形成する目標領域であった。しかしながら、ＧａＮ基板１２のｘ方向及びｙ方向の一部のみが変質層１４を形成する目標領域であってもよい。

【0059】

また、上述した実施例では、加工対象がＧａＮ基板であった。ＧａＮ基板は光透過性を有するので、カメラ５０で撮影した画像によって変質層形成領域１５と変質層未形成領域１６を区別し易い。しかしながら、加工対象がＧａＮ基板以外の化合物半導体基板であってもよい。加工対象の化合物半導体基板は、光透過性を有さなくてもよい。化合物半導体基板が光透過性を有さない場合でも、変質層形成領域１５と変質層未形成領域１６の間に外観上の差異が現れる場合があるので、カメラ５０で撮影した画像によって変質層形成領域１５と変質層未形成領域１６を区別することは可能である。

【0060】

実施例のレーザ光源４０は、レーザ照射装置の一例である。実施例のカメラ５０は、撮影装置の一例である。

【0061】

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0062】

１０：変質層形成装置、１２：窒化ガリウム基板、１４：変質層、１５：変質層形成領域、１６：変質層未形成領域、３０：ステージ、４０：レーザ光源、５０：カメラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】