JP2020141009A - 基板材料およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの生産性の向上に寄与できる基板材料およびレーザ加工方法を提供する。【解決手段】基板材料１００は、第１改質層１１０ｃと、第１改質層よりも下層に設けられた第２改質層１１０ｂと、を少なくとも含み、第１改質層１１０ｃの上面側である第１上面側の面粗さと、第１改質層１１０ｃの下面側である第１下面側の面粗さは異なり、第２改質層１１０ｂの上面側である第２上面側の面粗さと、第２改質層１１０ｂの下面側である第２下面側の面粗さは異なる。【選択図】 図４

Description

本開示は、基板材料およびレーザ加工方法に関するものである。

従来、シリコン（Ｓｉ）等の脆性材料を基板材料とする基板（ウエハ）の製造は、次のように行われている。まず、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から引き上げながら凝固させた円柱形のインゴットを作製する。続いて、インゴットを適切な長さのブロックに切断し、目標の形状、および直径になるよう研削する。その後、ブロック状のインゴットをワイヤソーによりスライスしてウエハを製造する。

しかしながら、インゴットを適切な長さのブロックに切断する際に、ワイヤソーの径以上の切り代が必要となるので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い脆性ウエハを製造することが非常に困難であるとともに、良品率も向上しないという問題があった。

このような問題を解決するために、集光レンズによりレーザ光の集光点をインゴットの内に合わせ、レーザ光をインゴット内で走査させることにより、インゴット内に面状の改質層を形成し、この改質層を分離面として分離することによりウエハを製造するウエハの製造方法が知られている。このウエハの製造方法は、シリコンだけでなく、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等の脆性材料を基板材料とするウエハの製造にも用いられている。

特許文献１には従来のウエハの生成方法が開示されている。この生成方法は、レーザ光を六方晶単結晶インゴット（基板材料）内に照射させることにより、六方晶単結晶インゴット内に改質層と、この改質層から伸長するクラックを形成して分離起点を形成する方法である。

図６は特許文献１の図１１に基づいて作成した、従来のウエハの生成方法により六方晶単結晶インゴット（基板材料）内に複数層の改質層が生成された状態を示す図である。図６において、３００は六方晶単結晶インゴット、３０１は改質層、３０２ａと３０２ｂは改質層３０１から伸長したクラックを示している。

特開２０１６−１１１１４４号公報

しかしながら、前記従来の生成方法によって複数層の改質層が生成された基板材料をウエハに分離する際、複数層の改質層のうち、どの改質層から順番に分離していくのかが不明であった。そのため製造現場では、複数層の改質層のうち、どの改質層から基板を切り出したかの管理がし難かった。また、レーザ加工からウエハ分離、そしてウエハ研磨までの工程を自動化した自動化ラインでは歩留まり率が高くなっていた。

本開示は、上記課題に鑑み、ウエハの生産性の向上に寄与できる基板材料およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本開示の基板材料は、第１改質層と、前記第１改質層よりも下層に設けられた第２改質層と、を少なくとも含み、前記第１改質層の上面側である第１上面側の面粗さと、当該第１改質層の下面側である第１下面側の面粗さは異なり、前記第２改質層の上面側である第２上面側の面粗さと、当該第２改質層の下面側である第２下面側の面粗さは異なる。

また、本開示の基板材料は、前記第１上面側の面粗さ、前記第１下面側の面粗さ、前記第２上面側の面粗さ、および、前記第２下面側の面粗さは、算術平均粗さＲａである。

また、本開示の基板材料は、前記第１上面側の面粗さは、前記第１下面側の面粗さよりも小さく、前記第２上面側の面粗さは、前記第２下面側の面粗さよりも小さい。

また、本開示の基板材料は、前記第２上面側の面粗さは、前記第１上面側の面粗さよりも大きい。

また、本開示の基板材料は、前記第２下面側の面粗さは、前記第１下面側の面粗さよりも大きい。

また、本開示の基板材料は、前記第１下面側の面粗さは、前記第２上面側の面粗さよりも小さい。

また、本開示の基板材料は、前記基板材料は、レーザ光の照射による化学反応によりガスを発生する材料である。

また、本開示のレーザ加工方法は、レーザ光を照射して基板材料を加工するレーザ加工方法であって、前記基板材料の表面側から前記レーザ光を第１集光点で照射することにより、前記基板材料内に第１改質層を形成する第１工程と、前記基板材料の表面側から前記レーザ光を前記第１集光点と異なる第２集光点で照射することにより、前記基板材料内の前記第１改質層よりも前記基板材料の表面側に第２改質層を形成する第２工程と、を少なくとも含み、前記第１改質層は、上面側である第１上面側の面粗さと下面側である第１下面側の面粗さとが異なり、前記第２改質層は、上面側である第２上面側の面粗さと下面側である第２下面側の面粗さとが異なる。

本開示によれば、ウエハの生産性の向上に寄与することができる。

本開示の実施形態に係るレーザ加工装置の構成の一例を示す図である。 本開示の実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ光の走査方法１を示す図である。 本開示の実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ光の走査方法２を示す図である。 本開示の実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ光の走査方法３を示す図である。 本開示の実施形態に係るレーザ加工後の基板材料における改質層の形成状態を示す図である。 本開示の実施形態に係るレーザ加工後の基板材料の図３におけるＡ−Ａ´断面図である。 改質層の厚みが面粗さよりも大きい場合の例を示す図である。 改質層の厚みが面粗さよりも小さい場合の例を示す図である。 特許文献１の図１１に基づいて作成した、従来のウエハの生成方法により六方晶単結晶インゴット内に複数層の改質層が生成された状態を示す断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（レーザ加工装置の構成）
以下、本開示のレーザ加工装置について説明する。図１は、本開示の実施形態に係るレーザ加工装置の構成の一例を示す図である。

図１を参照して、本開示の実施形態に係るレーザ加工装置１は、レーザ発振器１１、位相変調部１２、ミラー１３、変位変動部１４、集光レンズ１５、固定治具１６、回転ステージ１７、Ｚステージ１８、ＸＹステージ１９、制御部２０、から構成されている。

また、図１に図示した１００は基板材料であり、脆性材料により形成されている。基板材料１００は、例えば、ＧａＮインゴットである。なお、ＧａＮインゴットは、予め表面が鏡面加工されていることが好ましい。

また、図１の１１０は改質層である。この改質層１１０は、基板材料１００内にレーザ光を集光照射した際に形成される層である。基板材料１００がＧａＮインゴットの場合、多光子吸収加工による反応（２ＧａＮ→２Ｇａ＋Ｎ_２）により改質層１１０が形成される。

レーザ発振器１１は、レーザ光を発振（出射）する装置である。加工対象の基板材料１００に対する透過率を考慮したレーザ波長を選択するにより、効率の良いレーザ加工が可能である。

レーザ発振器１１から発振されるレーザ光は、波長が１００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の範囲で、基板材料１００に対して３０％以上が透過すれば制限されるものではない。また、波長が短い方が集光時にスポット径を小さくすることができることから、熱影響を低減させることができる。

位相変調部１２は、通過あるいは反射するレーザ光を複数のビームに分岐したりビームの形状や波形を変更したりする。この位相変調部１２として、例えば回折格子が挙げられるが、これに限定されるものではない。

ミラー１３は、位相変調部１２を通過したレーザ光を反射させるものであり、レーザの波長に対して９０％以上の反射率を持つものである。

変位変動部１４は、集光レンズ１５を高速で変動させるための装置である。この変位変動部１４は周波数が高いため、高速切り替えが可能な電気光学変調器や音響光学素子を用いた装置であることが好ましい。音響光学素子を用いた装置の場合、レーザ加工に合わせて集光レンズ１５を変動させるといった方法がある。

集光レンズ１５は、ミラー１３で反射されたレーザ光を集光し、基板材料１００内に照射するためのものである。この集光レンズ１５は、レーザ光の波長に対して、開口数（ＮＡ）が、０．２以上０．９５以下であることが好ましく、さらに作動距離が大きいものであればなお好ましい。

また、集光レンズ１５には、収差補正機能がある方が望ましい。収差補正機能は、レンズの球面収差による集光点Ｑのレーザ光の照射方向への伸びを抑制することが出来る機能である。よって、集光点Ｑでのレーザ光のエネルギー密度を高くできる。なお、収差補正方法については、補正環付の集光レンズ１５を用いる方法や、位相変調素子を用いる方法であっても良く、特に限定されるものではない。

基板材料１００に照射されるレーザ光は、例えば、波長１０６４ｎｍ以下、パルス幅１００ｐｓ以下、周波数２ＭＨｚ以下、ＮＡ０．９５以下であれば、基板材料１００に割れ等が生じることなく改質層を形成することができる。なお、基板材料１００に照射されるレーザ光は、多光子吸収の誘起による内部加工が可能であれば制限されるものではない。また、生産性を考えると基板材料１００に照射されるレーザ光の繰り返し周波数は高い方が良いため、１Ｈｚ以上５ＭＨｚ以下の範囲でバランスのよいものを適用することが好ましい。

固定治具１６は、基板材料１００を固定するための治具である。この固定治具１６としては、例えば、基板材料１００の側面を挟んで固定する機能を有するもの、基板材料１００を接着により固定する機能を有するもの、基板材料１００を真空吸着により固定する機能を有するもの等が考えられる。

回転ステージ１７は、固定治具１６の下に配置され、基板材料１００の全面を加工するために用いる駆動手段の一つであって、固定治具１６を正方向または逆方向に回転させるためのものである。回転速度は０．１ｒｐｍ以上５０００ｒｐｍ以下の範囲において可変可能である。

Ｚステージ１８は、回転ステージ１７の下に配置され、基板材料１００の全面を加工するために用いる駆動手段の一つであって、固定治具１６をＺ軸方向に移動させるためのものである。位置決め精度が１μｍであり、ストロークはＺ方向に１０ｍｍである。

ＸＹステージ１９は、Ｚステージ１８の下に配置され、基板材料１００の全面を加工するために用いる駆動手段の一つであって、固定治具１６をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させるためのものである。位置決め精度が１μｍであり、ストロークがＸ・Ｙ軸方向共に２００ｍｍである。また、走査速度は０．１ｍｍ／ｓｅｃ以上３ｍ／ｓｅｃ以下の範囲において可変可能である。

制御部２０は、レーザ加工装置１を制御するためのものである。制御部２０は、レーザ発振器１１のレーザ光の発振のＯＮ／ＯＦＦ制御、変位変動部１４による集光レンズ１５の変動制御を行う。また、制御部２０は、ＸＹステージ１９、Ｚステージ１８、回転ステージ１７の駆動制御を行う。この制御部２０により、レーザ発振器１１、変位変動部１４、ＸＹステージ１９、Ｚステージ１８、回転ステージ１７は同期制御される。

このような構成からなるレーザ加工装置１により、基板材料１００の表面側から裏面側に向けて集光されたレーザ光照射しながら走査することによって複数の改質層１１０を階層的に形成することができる。

（レーザ光の走査方法）
図２Ａは、本開示の実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ光の走査方法１を示す図である。また、図２Ｂは、本開示の実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ光の走査方法２を示す図である。また、図２Ｃは、本開示の実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ光の走査方法３を示す図である。

（レーザ光の走査方法１）
図２Ａは、ＸＹステージ１９を用いて、基板材料１００に対してレーザ光を直線的に走査するときの走査方法を示している。この図２Ａにおいて幅Ｄは、レーザ光が直線的に走査する場合の各走査ライン間のピッチを示している。また開始点Ｓは、レーザ光の照射開始位置を示し、終点Ｅは、レーザ光の照射終了位置を示している。

基板材料１００に照射されたレーザ光は、まず、ＸＹステージ１９による固定治具１６のＹ軸方向への移動に伴いＹ軸上に走査する。続いて、ＸＹステージ１９により、固定治具１６を前回の走査に対してＸ軸方向に幅Ｄだけ移動させる。

続いて、ＸＹステージ１９を前回の走査方向とは逆方向に移動させることにより、固定治具１６をＹ軸上を前回とは逆方向に移動させる。よって、レーザ光はＹ軸上を逆方向に走査する。以降、この動作をレーザ光が終点Ｅに到達するまで繰り返すことにより、基板材料１００の全面にレーザ加工を行う。このように基板材料１００に対してレーザ照射を行うことで、基板材料１００の内面には直線状の改質層１１０が形成される。

なお、レーザ加工の際、基板材料１００の外縁部に形成される改質層１１０からガスを抜くために、基板材料１００に対して連続した改質層１１０を形成する必要がある。このような場合、レーザ光の走査速度やレーザパワー、周波数に応じて変化するパルス間の間隔や、幅Ｄの変化により改質層１１０の形成量を変化させる。

（レーザ光の走査方法２）
図２Ｂは、回転ステージ１７とＸＹステージ１９を用いて、基板材料１００に対してレーザ光を円周上に走査するときの走査方法を示している。この図２Ｂにおいて開始点Ｓは、レーザ光の照射開始位置を示し、終点Ｅは、レーザ光の照射終了位置を示している。

基板材料１００に照射されたレーザ光は、回転ステージ１７による固定治具１６の回転移動と、ＸＹステージ１９による固定治具１６のＸ軸方向／Ｙ軸方向の移動に伴い、開始点Ｓから終点Ｅに向かって固定治具１６の回転方向に走査する。よって、レーザ光は基板材料１００の外縁から中心方向に向けて走査する。

このようにレーザ走査する場合、制御部２０は、今回の集光点Ｑにおける回転ステージ１７の回転速度を考慮したうえでＸＹステージ１９を移動させことにより、レーザ光の走査速度を制御するとともに、レーザ光の照射が等間隔になるように制御する。なお、レーザ光を終点Ｅから開始点Ｓに向けて、即ち、レーザ光を中心から外縁方向に向けて走査するようにしてもよい。このように基板材料１００に対してレーザを照射することで、基板材料１００内には回転位置に応じた改質層１１０が形成されていく。

（レーザ光の走査方法３）
図２Ｃは、円周上に並べられた複数の基板材料１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…の各々に対して回転ステージ１７とＸＹステージ１９を用いて、レーザ光を円周上に走査するときの走査方法を示している。なお、レーザ光の走査方法は図２Ｂと同様である。

回転ステージ１７による固定治具１６の回転移動により、固定治具１６の回転中心部では回転速度が無限大に近づく。そのため、図２Ｂの走査方法では、中心である終点Ｅ近傍では過度なレーザ光の照射が生じる可能性がある。そこで、図２Ｃのように複数枚の基板材料１００を配置することにより中心部近傍での照射を避けることで、過度なレーザ光の照射を防ぐことができる。

（レーザ加工後の基板材料における改質層の形成状態）
図３は、本開示の実施形態に係るレーザ加工後の基板材料における改質層の形成状態を示す図である。

図３におけるＮ１は改質層１１０ａから改質層１１０ｂの厚みを示している。Ｎ２は改質層１１０ｂから改質層１１０ｃの厚みを示している。Ｎ３は改質層１１０ｃから表面１０１の厚みを示している。また、Ｑ１は改質層１１０ａを生成するためのレーザ光の集光点の深さを示している。Ｑ２は改質層１１０ｂを生成するためのレーザ光の集光点の深さを示している。Ｑ３は改質層１１０ｃを形成するためのレーザ光の深さを示している。

図３を参照し、改質層１１０ａは、レーザ加工により基板材料１００の表面１０１から見て最も深い位置に形成される層である。この改質層１１０ａは、最初に形成される層である。

改質層１１０ｂは、レーザ加工により改質層１１０ａが形成された後に形成される層であって、改質層１１０ａの次に深い位置に形成される層である。

改質層１１０ｃは、レーザ加工により改質層１１０ｂが形成された後に形成される層であって、基板材料１００の表面１０１から見て最も浅い位置に形成される層である。

なお、本実施形態では、基板材料１００に形成される改質層１１０は３層としているが、層の数はこれに限られない。また、改質層１００の形成位置や形成量等についても制限されるものではない。

（複数の改質層の形成方法）
引き続き図３を参照し、基板材料１００内に複数の改質層を形成するための形成方法について説明する。

上述したように、本実施形態では、集光したレーザ光を基板材料１００の表面１０１から基板材料１００内に向けて照射しながら走査することにより複数の改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを階層的に形成する。

改質層１１０が形成されると、その改質層１１０より深い位置にはレーザ光はほとんど透過しなくなる。そこで、複数の改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを階層的に形成する場合、まず基板材料１００の表面１０１から最も深い位置にレーザ光の集光点を合わせて走査させることにより最下層のレーザ加工を行う。

また、一つの改質層１１０を形成する際、基板材料１００の全面に亘って改質層１１０を形成するほうが好ましい。ただし、改質層１１０が一部形成されていない箇所があった場合、後からその箇所にレーザ光が照射可能であれば後で改質層１１０を形成することもできる。

改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを形成する場合の工程について説明する。まず制御部２０は、基板材料１００の集光点データに基づいて集光レンズ１５を制御し、レーザ光を基板材料１００の表面１０１に対して略垂直に照射して集光点をＱ１に合わせる。続いて、上述したような走査方法を用いてレーザ光を走査させることにより略同一面内にレーザ加工を行う（工程１）。このレーザ加工によって、まず改質層１１０ａを形成する。

続いて制御部２０は、基板材料１００の集光点データに基づいて集光レンズ１５を制御し、レーザ光を基板材料１００の表面１０１に対して略垂直に照射して集光点をＱ２に合わせる。ここで集光点Ｑ２は、ウエハの厚みを十分確保できる厚みＮ１を考慮した値である。続いて、上述したような走査方法を用いてレーザ光を走査させることにより略同一面内にレーザ加工を行う（工程２）。このレーザ加工によって、次に改質層１１０ｂを形成する。

最後に制御部２０は、基板材料１００の集光点データに基づいて集光レンズ１５を制御し、レーザ光を基板材料１００の表面１０１に対して略垂直に照射して集光点をＱ３に合わせる。ここで集光点Ｑ３は、ウエハの厚みを十分確保できる厚みＮ２を考慮した値である。続いて、上述したような走査方法を用いてレーザ光を走査させることにより略同一面内にレーザ加工を行う（工程３）。このレーザ加工によって、最後に改質層１１０ｃを形成する。

なお、基板材料１００の表面１０１側からではなく、図示しない裏面側からレーザ光を照射するようにしてもよい。そのようにした場合、改質層１１０ｃ、１１０ｂ、１１０ａの順に形成していく。

このようなレーザ加工により改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが形成された基板材料１００は、後の分離工程において図示しない分離機によって、改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのそれぞれを分離面として分離される。分離機によって分離させることによって複数枚（ここでは３枚）の基板が作製される。

基板の分離方法としては、基板材料１００の両面を吸着・接着し、基板材料１００の厚み方向に力を加えて分離させる方法や、改質層１００の形成方向に対して力を加える方法などがあるが、これらの方法に限定されない。また、基板に分離することにより基板材料１００には残留改質層が残るため、分離面を洗浄、研磨してから、次の基板の分離を行うことが好ましい。

（改質層の断面）
図４は、本開示の実施形態に係るレーザ加工後の基板材料１００の図３におけるＡ−Ａ´断面図である。

この図４においてＴａは改質層１１０ａの厚み、Ｔｂは改質層１１０ｂの厚み、Ｔｃは改質層１１０ａの厚みを各々示している。そして、各改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの厚みの関係は、Ｔｃ＜Ｔｂ＜Ｔａ、となっている。

基板材料１００に形成された各々の改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃでは、下面側の面粗さよりも上面側の面粗さのほうが小さくなる。つまり、改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは全て、基板材料１００の表面１０１側である上面側に面粗さの小さい面が形成される。

ここで、面粗さとは、基板材料１００を断面側から見たときの改質層１００の端部の粗さのことである。この面粗さは「算術平均粗さ（Ｒａ）」と呼ばれる高さ方向のパラメータであり、粗さ計で測定した粗さ曲線の一部を基準長さで抜き出し、その区間の凹凸状態を平均値で表したものである。

また、改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの各々の上面側（面粗さが小さい側）の面粗さの関係は、改質層１１０ｃの上面側＜改質層１１０ｂの上面側＜改質層１１０ａの上面側、となっている。

また、改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの各々の下面側（面粗さが大きい側）の面粗さ関係は、改質層１１０ｃの下面側＜改質層１１０ｂの下面側＜改質層１１０ａの下面側、となっている。

また、改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ全ての面における面粗さの関係は、改質層１１０ｃの上面側＜改質層１１０ｃの下面側≦改質層１１０ｂの上面側＜改質層１１０ｂの下面側≦改質層１１０ａの上面側＜改質層１１０ａの下面側、となっている。

基板材料１００に形成された改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが上述のような関係性をもっていることによって基板の生産性を向上させることができる。その原理を以下に説明する。

改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが形成された基板材料１００から基板を作製していく際、改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃをそれぞれ分離面として基板材料１００を分離していくことにより基板を作製していく。ここでは、厚みが略Ｎ１である基板と、厚みが略Ｎ２である基板と、厚みが略Ｎ３である基板の３枚の基板が作製されることになる。

基板材料１００に対して、上述したようなレーザ加工を行うことにより形成された各改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを分離面として基板材料１００を分離すると、分離後の基板の上面または下面のどちらか一方（ここでは上面）には面粗さの小さい面が含まれていることになる。よって、面粗さが大きい面を両面に含む基板に比べて、面粗さが小さい面については研磨時間の削減することができるため、一枚の基板についての研磨時間を削減することができる。また研磨ロスの低減にも寄与する。

また、分離後の各基板１００に含まれる面粗さの小さい面が同じ面側（ここでは上面）に揃う。よって、研磨すべき面を人為的または機械的に確かめる工程が必要なくなるため、基板製造工程全体の時短化にも寄与する。

また、面粗さが大きい改質層１１０は基板材料１００における未加工部分との接触面積がより大きくなるため、面粗さが大きい改質層１１０を分離面として基板を分離するとき際に、面粗さが小さい改質層１１０よりも大きな力が必要となる。そのため、分離する順番としては、面粗さが小さい改質層１１０から分離したほうが分離工程の効率は高くなる。

そこで、上述したような改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを形成することにより、基板の分離の際に一番大きな力を必要としない、厚さがＴｃの改質層１１０ｃを最初の分離面として分離する。次に厚さがＴｂの改質層１１０ｂを分離面として分離する。最後に一番大きな力を必要する、厚さがＴａの改質層１１０ａを分離面として分離する。

このように基板を分離することにより、複数の分離面の分離順序が一義的に決まり、効率良く基板を分離することが可能となるため、基板の生産性が向上する。また、複数の分離面の分離順序が一義的に決まることから各基板がどの分離面から切り出されたかの管理も効率良く行うことが可能となる。

なお、形成された各改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの全てにおいて、面粗さＲａは１００μｍ以内であることが好ましい。面粗さＲａは改質層１００の一面（一辺）の凹凸状態の平均値であるため、Ｒａが小さいことには問題はないが、Ｒａが１００μｍを超えると、分離後の研磨時間が大きくなるとともに、研磨ロスも大きくなるため基板の生産性が悪化する。

なお、Ｒａは、基板材料１００の厚さ方向の断面における改質層１１０の１辺の凹凸の平均値を取っているため、局所的な粗さを把握することが難しい。そのため、「最大粗さ（Ｒｚ）」と呼ばれる高さ方向のパラメータで管理を行うことが望ましい。この「最大粗さ（Ｒｚ）」とは、粗さ計で測定した粗さ曲線の一部を基準長さで抜き出し、最も高い部分（最大山高さ：Ｒｐ）ともっとも深い部分（最大谷深さ：Ｒｖ）の和の値である。

ここで、図４において、Ｒｚａは改質層１１０ａの最大面粗さ、Ｒｚｂは改質層１１０ｂの最大面粗さ、Ｒｚｃは改質層１１０ｃの最大面粗さを各々示している。

Ｒｚｃ＜Ｒｚｂ＜Ｒｚａの関係となるように改質層を形成することで、各改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにおいて接触面積に差を生じさせることができる。よって、上述したＲａを用いた方法と同様に基板の分離面の分離順序を決めることができるため、上述したＲａを用いた方法と同様の効果を奏する。

ここで、仮に改質層１１０の厚みが最大面粗さＲｚよりも大きい場合を考える。このような場合、改質層１１０の中で改質された部分のみが部分的に線上に形成される可能性がある。そのような場合、面粗さが規定範囲内であったとしても、先に線上に形成された部分を分離面として分離してしまう可能性がある。

図５Ａは改質層の厚みが面粗さよりも大きい場合の例を示す断面図である。また、図５Ｂは改質層の厚みが面粗さよりも小さい場合の例を示す断面図である。

まず、図５Ａを参照して、改質層の厚みが面粗さよりも大きい場合について説明する。この図５ＡにおけるＴは改質層１１０の厚みを示している。Ｒｚ＜Ｔとなる場合、面粗さＲｚが厚みＴよりも小さくなるため、改質された部分が線上に生じる可能性がある。

次に、図５Ｂを参照して、改質層の厚みが面粗さよりも小さい場合について説明する。Ｒｚ＞Ｔとなる場合、面粗さＲｚが厚みＴよりも大きくなるため、改質された部分が線上に生じることがない。上述したような改質層１１０ｃのように最も基板材料１００の表面１０１に近い場合、改質層１１０ｃはレーザ光の照射面から近い位置であるため、面粗さが最も小さい。そのため、厚みＴｃに制限されることなく分離することが可能である。しかしながら、厚みＴｃが大きいことは材料ロスに繋がるため、面粗さに依存するが改質層の厚みは小さい方が好ましい。

なお、改質層１１０は、最大面粗さは１μｍ以上１００μｍ以内であることが好ましい。１μｍより小さいと、ステージによる外部からの制御が難しくなるため、面粗さの制御が難しくなる。逆に１００μｍより大きくなると、材料ロスが多くなるため、研磨ロスや研磨時間が長くなるといった影響が大きくなり、生産性が悪化する。これらを考慮すると、最大面粗さは１００μｍ以内であればよいものの、１μｍを下回らない範囲で極力小さい方が好ましい。

なお、基板材料１００の厚みや直径は特に限定されるものではないが、厚み５０μｍ以上１０ｍｍ以下、直径１０インチ以下であればよい。基板材料１００は、今回はＧａＮを例に挙げて説明をしたが、基板材料１００内に改質層１１０を形成できる基板材料１００であればこれに限られない。

また、面粗さの差を生じさせる要因の一例として、基板材料１００の結晶状態が考えられる。材料によっては複屈折を持つものもある。材料の結晶状態によっては、レーザ光が通過することによって、レーザ光の一部が吸収されてしまうといった現象が生じる。また、レーザ光の波面の揺らぎや材料の部分的な屈折率変化等が生じることにより、レーザ集光位置のズレやエネルギー密度の低下が発生する可能性がある。そのため、レーザ光が基板材料１００の表面１０１から遠ざかるほど、改質層１１０の面内粗さが大きくなると考えられる。

また、面粗さを大きくする方法の一例として、例えばレーザ光を集光照射して形成した改質部１１０に対し、次の改質部１１０をＺステージ１８で上下させることにより、改質部に段差が生じることを利用して改質層１１０の面粗さを制御するといった方法がある。

さらに、加工速度が速い場合、Ｚステージ１８の動作速度では動作制御が追いつかない場合が想定されるため、変位変動部１４により集光レンズ１５を高速で変動させることで、高速での加工位置の制御を行う。また、変位変動部１４は高速で切り替えることが可能である電気光学変調器や音響光学素子を用いた装置であることが好ましいが、その際、改質層１１０が繋がるように変位位置を変動させることが好ましい。このような方法を用いることにより、例えば、ある改質層１１０の面粗さを大きくして、その改質層１１０において分離し難くすることで、他の改質層１１０を分離し易くするといった方法もある。

本実施形態では、各改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの厚みの関係は、Ｔｃ＜Ｔｂ＜Ｔａの関係になるようにレーザ加工していたがこれに限られない。例えば、Ｔｃ＜Ｔa＜Ｔｂの関係や、Ｔｂ＜Ｔａ＜Ｔｃの関係となるようにレーザ加工をするようにしてもよい。

また、本実施形態では、改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの各々の上面側のほうが下面側よりも面粗さが小さくなるようにしているが、これに限られない。例えば、改質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの各々の下面側のほうが上面側よりも面粗さが小さくなるようにしてもよい。

また、例えば、改質層１１０ａは上面側のほうが下面側よりも面粗さが小さくなるようにレーザ加工するが、改質層１１０ｂは下面側のほうが上面側よりも面粗さが小さくなるようにレーザ加工するようにしてもよい。

本開示によれば、上面側の面粗さと下面側の面粗さとが異なる第１改質層と、上面側の面粗さと下面側の面粗さとが異なる第２改質層と少なくとも含む基板材料、および、上面側の面粗さと下面側の面粗さとが異なる第１改質層と、上面側の面粗さと下面側の面粗さとが異なる第２改質層と含む基板材料に加工するレーザ加工方法を提供することができる。したがって、ウエハの生産性の向上に寄与することができる。

１ レーザ加工装置
１１ レーザ発振器
１２ 位相変調部
１３ ミラー
１４ 変位変動部
１５ 集光レンズ
１６ 固定治具
１７ 回転ステージ
１８ Ｚステージ
１９ ＸＹステージ
２０ 制御部
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 基板材料
１０１ 表面
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ 改質層

Claims (8)

1. 第１改質層と、
   前記第１改質層よりも下層に設けられた第２改質層と、を少なくとも含み、
   前記第１改質層の上面側である第１上面側の面粗さと、当該第１改質層の下面側である第１下面側の面粗さは異なり、
   前記第２改質層の上面側である第２上面側の面粗さと、当該第２改質層の下面側である第２下面側の面粗さは異なる、
   基板材料。
2. 前記第１上面側の面粗さ、前記第１下面側の面粗さ、前記第２上面側の面粗さ、および、前記第２下面側の面粗さは、算術平均粗さＲａである、
   請求項１に記載の基板材料。
3. 前記第１上面側の面粗さは、前記第１下面側の面粗さよりも小さく、
   前記第２上面側の面粗さは、前記第２下面側の面粗さよりも小さい、
   請求項１または２に記載の基板材料。
4. 前記第２上面側の面粗さは、前記第１上面側の面粗さよりも大きい、
   請求項１または２に記載の基板材料。
5. 前記第２下面側の面粗さは、前記第１下面側の面粗さよりも大きい、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板材料。
6. 前記第１下面側の面粗さは、前記第２上面側の面粗さよりも小さい、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板材料。
7. 前記基板材料は、レーザ光の照射による化学反応によりガスを発生する材料である、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板材料。
8. レーザ光を照射して基板材料を加工するレーザ加工方法であって、
   前記基板材料の表面側から前記レーザ光を第１集光点で照射することにより、前記基板材料内に第１改質層を形成する第１工程と、
   前記基板材料の表面側から前記レーザ光を前記第１集光点と異なる第２集光点で照射することにより、前記基板材料内の前記第１改質層よりも前記基板材料の表面側に第２改質層を形成する第２工程と、を少なくとも含み、
   前記第１改質層は、
   上面側である第１上面側の面粗さと下面側である第１下面側の面粗さとが異なり、
   前記第２改質層は、
   上面側である第２上面側の面粗さと下面側である第２下面側の面粗さとが異なる、
   レーザ加工方法。

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