JP7427189B2 - Laser processing method, semiconductor member manufacturing method, and laser processing device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing method, a semiconductor member manufacturing method, and a laser processing apparatus.
半導体インゴット等の半導体対象物にレーザ光を照射することにより、半導体対象物の内部に改質領域を形成し、改質領域から延びる亀裂を進展させることにより、半導体対象物から半導体ウェハ等の半導体部材を切り出す加工方法が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
By irradiating a semiconductor object such as a semiconductor ingot with a laser beam, a modified region is formed inside the semiconductor object, and a crack extending from the modified region is developed to separate the semiconductor object from the semiconductor object such as a semiconductor wafer. Processing methods for cutting out members are known (for example, see
上述した加工方法では、半導体対象物のレーザ光入射面に交差する方向からみて、半導体対象物と同形状の半導体部材を切り出している。これに対して、今後、例えば半導体ウェハから半導体チップを切り出す場合のように、元の半導体対象物よりも小さな単位(すなわち、半導体対象物と異なる形状)で半導体部材を切り出すことが要求され得る。 In the above-described processing method, a semiconductor member having the same shape as the semiconductor object is cut out when viewed from a direction intersecting the laser light incident surface of the semiconductor object. On the other hand, in the future, for example, when cutting out semiconductor chips from a semiconductor wafer, it may be required to cut out semiconductor members in units smaller than the original semiconductor object (that is, in a shape different from the semiconductor object).
本発明は、半導体対象物と異なる形状の半導体部材を半導体対象物から取得可能なレーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser processing method, a semiconductor member manufacturing method, and a laser processing apparatus that can obtain a semiconductor member having a shape different from that of a semiconductor object from a semiconductor object.
本発明に係るレーザ加工方法は、半導体対象物の内部において半導体対象物の第1表面に対向する仮想面と、第1表面に沿って延びるラインと、に沿って半導体対象物を切断するためのレーザ加工方法であって、第1表面から半導体対象物に第1レーザ光を入射させると共に、第1レーザ光の集光点を想面内に移動させることによって、仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する第1工程と、第1工程の後に、ラインに沿って半導体対象物に第2レーザ光を照射することにより、第1表面に交差する第1方向からみてラインに沿って線状に延びる改質領域を形成する第2工程と、を備え、第2工程においては、第1表面に沿った第2方向からみて、第1表面から仮想面に渡って改質領域を形成する。 A laser processing method according to the present invention includes cutting a semiconductor object along a virtual plane facing a first surface of the semiconductor object inside the semiconductor object and a line extending along the first surface. A laser processing method in which a first laser beam is incident on a semiconductor object from a first surface, and the condensing point of the first laser beam is moved within the imaginary plane so that the semiconductor object is lined up in a plane in a virtual plane. A first step of forming a plurality of modification spots; and after the first step, irradiating the semiconductor object with a second laser beam along the line to form a line as seen from the first direction intersecting the first surface. a second step of forming a modified region extending linearly along the first surface; form.
この方法では、第1工程において、第1レーザ光を半導体対象物の第1表面から半導体対象物に入射させ、第1レーザ光の集光点を、半導体対象物の第1表面に対向する仮想面内に移動させ、当該仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する。したがって、この改質スポットから延びて仮想面に渡る亀裂を境界として、半導体対象物の切断が可能である。特に、この方法では、第1工程の後に、第2工程において、半導体対象物の第1表面に沿ったラインに沿って第2レーザ光を照射することにより、当該ラインに沿って線状に改質領域を形成する。この改質領域は、半導体対象物の表面から仮想面に渡って形成される。したがって、第2工程の後には、仮想面に渡る亀裂を境界とした切断に加えて、改質領域を境界とした切断が可能となる。よって、この方法によれば、元の半導体対象物と異なる形状(より小さな単位)での半導体部材を取得可能である。 In this method, in the first step, the first laser beam is made incident on the semiconductor object from the first surface of the semiconductor object, and the convergence point of the first laser beam is set at a virtual point opposite to the first surface of the semiconductor object. It is moved within the plane to form a plurality of modified spots lined up in a planar manner within the virtual plane. It is therefore possible to cut the semiconductor object bounded by a crack extending from this modification spot and spanning the virtual plane. In particular, in this method, after the first step, in the second step, the second laser beam is irradiated along the line along the first surface of the semiconductor object, thereby linearly modifying the semiconductor object along the line. form a quality area. This modified region is formed over a virtual plane from the surface of the semiconductor object. Therefore, after the second step, in addition to cutting with the crack across the virtual plane as the boundary, it is possible to cut with the modified region as the boundary. Therefore, according to this method, it is possible to obtain a semiconductor member having a different shape (smaller unit) from the original semiconductor object.
本発明に係るレーザ加工方法においては、第1工程において、第1方向からみて半導体対象物の周縁を含み、改質スポットが形成されていない周縁領域を形成してもよい。この場合、周縁領域によって、改質スポットから延びる亀裂が半導体対象物の外縁に達することを抑制できる。 In the laser processing method according to the present invention, in the first step, a peripheral region including the peripheral edge of the semiconductor object when viewed from the first direction and in which no modification spot is formed may be formed. In this case, the peripheral region can prevent cracks extending from the modification spot from reaching the outer edge of the semiconductor object.
本発明に係るレーザ加工方法においては、第1工程において、第1レーザ光の集光点を、第1方向からみて半導体対象物の外部から周縁を通って半導体対象物の内部に至るように移動させることにより、周縁領域を形成してもよい。このように、第1レーザ光の集光点を、半導体対象物の外部から周縁を通って内部に移動させることにより、周縁での集光状態の悪化を利用して、改質スポットが形成されていない周縁領域を容易に形成できる。 In the laser processing method according to the present invention, in the first step, the focal point of the first laser beam is moved from the outside of the semiconductor object to the inside of the semiconductor object through the periphery as seen from the first direction. The peripheral region may be formed by In this way, by moving the condensing point of the first laser beam from the outside of the semiconductor object to the inside through the periphery, a modified spot is formed by taking advantage of the deterioration of the convergence state at the periphery. It is possible to easily form peripheral areas that are not covered.
本発明に係るレーザ加工方法においては、半導体対象物の材料は、ガリウムを含んでもよい。この場合、レーザ光の照射によって、複数の改質スポットからそれぞれ延びる複数の亀裂にガリウムが析出すると、当該ガリウムによってレーザ光が吸収され易い状態となる。そのため、より小さな出力により仮想面に渡る亀裂を形成することが可能となる。 In the laser processing method according to the present invention, the material of the semiconductor object may include gallium. In this case, when gallium is precipitated in a plurality of cracks extending from a plurality of modification spots by laser beam irradiation, the laser beam is easily absorbed by the gallium. Therefore, it is possible to form a crack across the virtual surface with a smaller output power.
本発明に係るレーザ加工方法においては、半導体対象物の材料は、窒化ガリウムを含んでもよい。この場合、レーザ光の照射によって窒化ガリウムが分解されると、亀裂内に窒素ガスが生じる。そのため、当該窒素ガスの圧力(内圧)を利用して、仮想面に渡る亀裂を容易に形成可能となる。 In the laser processing method according to the present invention, the material of the semiconductor object may include gallium nitride. In this case, when gallium nitride is decomposed by laser light irradiation, nitrogen gas is generated within the crack. Therefore, using the pressure (internal pressure) of the nitrogen gas, it is possible to easily form a crack across the virtual surface.
本発明に係る半導体部材製造方法は、上記のレーザ加工方法が備える第1工程及び第2工程と、第2工程の後に、改質スポットから延びて仮想面に渡る亀裂と、改質領域と、を境界として半導体対象物から半導体部材を取得する第3工程と、を備える。この製造方法は、上述したレーザ加工方法の第1工程及び第2工程を実施する。したがって、同様の理由から、元の半導体対象物と異なる形状(より小さな単位)での半導体部材を取得可能である。 A semiconductor member manufacturing method according to the present invention includes a first step and a second step included in the above-described laser processing method, and after the second step, a crack extending from a modified spot and spanning a virtual surface, and a modified region. and a third step of obtaining a semiconductor member from the semiconductor object using the boundary as the boundary. This manufacturing method implements the first and second steps of the laser processing method described above. Therefore, for the same reason, it is possible to obtain a semiconductor component in a different shape (smaller unit) than the original semiconductor object.
本発明に係る半導体部材製造方法においては、半導体対象物は、半導体インゴットであり、半導体部材は、半導体ウェハであってもよい。この場合、半導体インゴットと異なる形状の半導体ウェハを取得可能である。 In the semiconductor member manufacturing method according to the present invention, the semiconductor object may be a semiconductor ingot, and the semiconductor member may be a semiconductor wafer. In this case, it is possible to obtain a semiconductor wafer having a shape different from that of the semiconductor ingot.
本発明に係る半導体製造方法においては、半導体対象物は、半導体ウェハであり、半導体部材は、半導体チップであってもよい。この場合、半導体ウェハと異なる形状の半導体チップを取得可能である。 In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, the semiconductor object may be a semiconductor wafer, and the semiconductor member may be a semiconductor chip. In this case, it is possible to obtain a semiconductor chip having a shape different from that of the semiconductor wafer.
本発明に係るレーザ加工装置は、半導体対象物の内部において半導体対象物の第1表面に対向する仮想面と、第1表面に沿って延びるラインと、に沿って半導体対象物を切断するためのレーザ加工装置であって、半導体対象物を支持するステージと、ステージに支持された半導体対象物にレーザ光を照射するためのレーザ照射ユニットと、ステージ及びレーザ照射ユニットの制御を行う制御部と、を備え、制御部は、第1表面から半導体対象物に第1レーザ光を入射させると共に、第1レーザ光の集光点を仮想面内に移動させることによって、仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する第1処理と、第1処理の後に、ラインに沿って半導体対象物に第2レーザ光を照射することにより、第1表面に交差する第1方向からみてラインに沿って線状に延びる改質領域を形成する第2処理と、を実行し、第2処理においては、第1表面に沿った第2方向からみて、第1表面から仮想面に渡って改質領域を形成する。 A laser processing apparatus according to the present invention is configured to cut a semiconductor object along a virtual plane facing a first surface of the semiconductor object inside the semiconductor object and a line extending along the first surface. The laser processing apparatus includes a stage that supports a semiconductor object, a laser irradiation unit that irradiates the semiconductor object supported by the stage with laser light, and a control section that controls the stage and the laser irradiation unit. The control unit causes the first laser beam to enter the semiconductor object from the first surface, and moves the condensing point of the first laser beam within the virtual plane so that the semiconductor objects are arranged in a plane in the virtual plane. A first process for forming a plurality of modification spots, and a second laser beam irradiated onto the semiconductor object along the line after the first process, thereby forming a line in the line as viewed from the first direction intersecting the first surface. a second process of forming a modified region extending linearly along the first surface, and in the second process, the modification is performed from the first surface to a virtual plane when viewed from a second direction along the first surface. Form a region.
この装置では、第1処理において、第1レーザ光を半導体対象物の第1表面から半導体対象物に入射させ、第1レーザ光の集光点を、半導体対象物の第1表面に対向する仮想面内に移動させ、当該仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する。したがって、この改質スポットから延びて仮想面に渡る亀裂を境界として、半導体対象物の切断が可能である。特に、この装置では、第1処理の後に、第2処理において、半導体対象物の第1表面に沿ったラインに沿って第2レーザ光を照射することにより、当該ラインに沿って線状に改質領域を形成する。この改質領域は、半導体対象物の第1表面から仮想面に渡って形成される。したがって、第2処理の後には、仮想面に渡る亀裂を境界とした切断に加えて改質領域を境界とした切断が可能となる。よって、この装置によれば、元の半導体対象物と異なる形状(より小さな単位)での半導体部材の取得が可能である。 In this apparatus, in the first process, the first laser beam is made incident on the semiconductor object from the first surface of the semiconductor object, and the convergence point of the first laser beam is set at a virtual point opposite to the first surface of the semiconductor object. It is moved within the plane to form a plurality of modified spots lined up in a planar manner within the virtual plane. It is therefore possible to cut the semiconductor object bounded by a crack extending from this modification spot and spanning the virtual plane. In particular, in this apparatus, after the first process, in the second process, the semiconductor object is linearly modified along the first surface by irradiating the second laser beam along the line. form a quality area. This modified region is formed over a virtual plane from the first surface of the semiconductor object. Therefore, after the second treatment, in addition to cutting with the crack across the virtual plane as the boundary, it is possible to cut with the modified region as the boundary. Therefore, according to this apparatus, it is possible to obtain a semiconductor member in a shape (smaller unit) different from that of the original semiconductor object.
本発明によれば、半導体対象物と異なる形状の半導体部材を半導体対象物から取得可能なレーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a laser processing method, a semiconductor member manufacturing method, and a laser processing apparatus that can obtain a semiconductor member having a shape different from that of a semiconductor object from a semiconductor object.
以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図には、X軸、Y軸、及び、Z軸によって規定される直交座標系を示す場合がある。
[レーザ加工装置の構成]
Hereinafter, one embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the description of each figure, the same or corresponding elements may be given the same reference numerals, and redundant description may be omitted. Further, each figure may show an orthogonal coordinate system defined by an X axis, a Y axis, and a Z axis.
[Laser processing equipment configuration]
図1に示されるように、レーザ加工装置1は、ステージ2と、光源3と、空間光変調器4と、集光レンズ5と、制御部6と、を備えている。レーザ加工装置1は、対象物11にレーザ光Lを照射することにより、対象物11に改質領域12を形成する装置である。以下、第1水平方向をX軸方向といい、第1水平方向に垂直な第2水平方向をY軸方向という。また、鉛直方向をZ軸方向という。
As shown in FIG. 1, the
ステージ2は、例えば対象物11に貼り付けられたフィルムを吸着することにより、対象物11を支持する。本実施形態では、ステージ2は、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに沿って移動可能である。また、ステージ2は、Z軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。
The
光源3は、例えばパルス発振方式によって、対象物11に対して透過性を有するレーザ光Lを出力する。空間光変調器4は、光源3から出力されたレーザ光Lを変調する。空間光変調器4は、例えば反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)の空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)である。集光レンズ5は、空間光変調器4によって変調されたレーザ光Lを集光する。本実施形態では、空間光変調器4及び集光レンズ5は、レーザ照射ユニットとして、Z軸方向に沿って移動可能である。
The
ステージ2に支持された対象物11の内部にレーザ光Lが集光されると、レーザ光Lの集光点Cに対応する部分においてレーザ光Lが特に吸収され、対象物11の内部に改質領域12が形成される。改質領域12は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域12としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。
When the laser beam L is focused inside the
一例として、ステージ2をX軸方向に沿って移動させ、対象物11に対して集光点CをX軸方向に沿って相対的に移動させると、複数の改質スポット13がX軸方向に沿って1列に並ぶように形成される。1つの改質スポット13は、1パルスのレーザ光Lの照射によって形成される。1列の改質領域12は、1列に並んだ複数の改質スポット13の集合である。隣り合う改質スポット13は、対象物11に対する集光点Cの相対的な移動速度及びレーザ光Lの繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。
As an example, when the
制御部6は、ステージ2、光源3、空間光変調器4及び集光レンズ5(すなわちレーザ照射ユニット)を制御する。制御部6は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部6では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア(プログラム)が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部6は、各種機能を実現する。
[レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一実施形態]
The control unit 6 controls the
[One embodiment of laser processing method and semiconductor member manufacturing method]
本実施形態に係るレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の対象物11は、図2及び図3に示されるように、窒化ガリウム(GaN)によって例えば矩形板状に形成されたGaNウェハ(半導体ウェハ、半導体対象物)20である。GaNウェハ20のサイズは、例えば50mm×50mm程度である(一例として、GaNウェハ20が円板状である場合には、φ2inch程度)。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
GaNウェハ20は、第1表面20aと、第1表面20aの反対側の第2表面20bと、を有している。ここでは、第1表面20aと第2表面20bとは、互に平行である。また、GaNウェハ20には、仮想面15及びラインA1,A2が設定される。仮想面15は、GaNウェハ20の内部においてGaNウェハ20の第1表面20a及び第2表面20bに対向する面である。ここでは、仮想面15は、第1表面20aに平行な面であり、例えば矩形状を呈している。ラインA1は、第1表面20aに沿った仮想的な線である。ラインA2は、第1表面20aに沿うと共にラインA1に交差(直交)する線である。
また、GaNウェハ20には、第1表面20aに交差(直交)する第1方向(ここではZ軸方向)からみて仮想面15を囲うように、後述する周縁領域16に対応する部分が設定されている。つまり、仮想面15は、Z軸方向からみてGaNウェハ20の外縁に至っていない。周縁領域16は、Z軸方向からみて例えば矩形環状である。周縁領域16の幅(ここでは、Z軸方向からみたときの仮想面15の外縁とGaNウェハ20の外縁との距離)は、例えば30μm以上である。
Further, a portion corresponding to a
本実施形態に係るレーザ加工方法、及び、半導体部材製造方法は、GaNウェハ20を、仮想面15及びラインA1,A2に沿って切断することにより、GaNウェハ20から複数のチップ(半導体チップ、半導体部材)30A及びチップ30Bを切り出すために実施される。チップ30Aに対応する部分は、GaNウェハ20のうちの、第1表面20aに沿った第2方向(ここではX軸方向又はY軸方向)からみて仮想面15を境界とし、Z軸方向からみてラインA1,A2を境界とする部分である。
The laser processing method and the semiconductor member manufacturing method according to the present embodiment cut the
チップ30Bに対応する部分は、GaNウェハ20のうちの、X軸方向又はY軸方向からみて仮想面15を境界とし、Z軸方向からみてラインA1,A2を越えて延在する部分であり、複数(ここでは4つ)のチップ30Aに対応する部分を含む。ここでは、1つのGaNウェハ20に対して4つのチップ30Aとなる部分、及び、1つのチップ30Bとなる部分が設定される。チップ30Aのサイズは、例えば25mm×25mm程度である。
The portion corresponding to the
このレーザ加工方法及び半導体部材製造方法では、まず、図4~図11に示されるように、仮想面15に沿って、例えば532nmの波長を有する第1レーザ光L1をGaNウェハ20に照射し、複数の改質スポットを形成する(第1工程)。
In this laser processing method and semiconductor member manufacturing method, first, as shown in FIGS. 4 to 11, a first laser beam L1 having a wavelength of, for example, 532 nm is irradiated onto the
この第1工程について詳細に説明する。なお、以下では、矢印は、第1レーザ光L1の集光点C1の軌跡を示している。また、後述する改質スポット13a,13b,13c,13dを包括して改質スポット13といい、後述する亀裂14a,14b,14c,14dを包括して亀裂14という場合がある。
This first step will be explained in detail. In addition, below, the arrow has shown the locus of the condensing point C1 of the 1st laser beam L1. Further, modified
この第1工程では、まず、対象物11としてのGaNウェハ20を、ステージ2に配置する。このとき、一例として第1表面20aがレーザ照射ユニット(集光レンズ5)側に向くようにする。続いて、レーザ加工装置1が、図4及び図5に示されるように、第1表面20aからGaNウェハ20の内部に第1レーザ光L1を入射させることにより、仮想面15に沿って(例えば、仮想面15の全体に沿って2次元に並ぶように)複数の改質スポット13aを形成する。
In this first step, first, a
このとき、レーザ加工装置1は、複数の改質スポット13aからそれぞれ延びる複数の亀裂14aが互いに繋がらないように、複数の改質スポット13aを形成する。また、レーザ加工装置1は、パルス発振された第1レーザ光L1の集光点C1を仮想面15に沿って移動させることにより、複数列の改質スポット13a(第1改質スポット)を形成する。なお、図4及び図5では、改質スポット13aが白抜き(ハッチングなし)で示されており、亀裂14aが延びる範囲が破線で示されている(他の図でも同様)。
At this time, the
本実施形態では、パルス発振された第1レーザ光L1が、Y軸方向に並ぶ複数(例えば6つ)の集光点C1に集光されるように、空間光変調器4によって変調される。そして、複数の集光点C1が、X軸方向に沿って仮想面15上を相対的に移動させられる。一例として、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離は8μmであり、第1レーザ光L1のパルスピッチ(すなわち、複数の集光点C1の相対的な移動速度を、第1レーザ光L1の繰り返し周波数で除した値)は10μmである。また、1つの集光点C1当たりの第1レーザ光L1のパルスエネルギー(以下、単に「第1レーザ光L1のパルスエネルギー」という)は、0.33μJである。この場合、Y軸方向において隣り合う改質スポット13aの中心間距離は8μmとなり、X軸方向において隣り合う改質スポット13aの中心間距離は10μmとなる。また、複数の改質スポット13aからそれぞれ延びる複数の亀裂14aは互いに繋がらない。
In this embodiment, the pulsed first laser beam L1 is modulated by the spatial
続いて、レーザ加工装置1が、図6及び図7に示されるように、第1表面20aからGaNウェハ20の内部に第1レーザ光L1を入射させることにより、仮想面15に沿って(例えば、仮想面15の全体に沿って2次元に並ぶように)複数の改質スポット13b(第2改質スポット)を形成する。このとき、レーザ加工装置1は、複数の改質スポット13a及び複数の亀裂14aに重ならないように、複数の改質スポット13bを形成する。また、レーザ加工装置1は、パルス発振された第1レーザ光L1の集光点C1を複数列の改質スポット13aの列間において仮想面15に沿って移動させることにより、複数列の改質スポット13bを形成する。この工程では、複数の改質スポット13bからそれぞれ延びる複数の亀裂14bが、複数の亀裂14aに繋がってもよい。なお、図6及び図7では、改質スポット13bがドットハッチングで示されており、亀裂14bが延びる範囲が破線で示されている(他の図でも同様)。
Next, as shown in FIGS. 6 and 7, the
本実施形態では、パルス発振された第1レーザ光L1が、Y軸方向に並ぶ複数(例えば6つ)の集光点C1に集光されるように、空間光変調器4によって変調される。そして、複数の集光点C1が、複数列の改質スポット13aの列間の中心において、X軸方向に沿って仮想面15上を相対的に移動させられる。一例として、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離は8μmであり、第1レーザ光L1のパルスピッチは10μmである。また、第1レーザ光L1のパルスエネルギーは、0.33μJである。この場合、Y軸方向において隣り合う改質スポット13bの中心間距離は8μmとなり、X軸方向において隣り合う改質スポット13bの中心間距離は10μmとなる。
In this embodiment, the pulsed first laser beam L1 is modulated by the spatial
続いて、レーザ加工装置1が、図8及び図9に示されるように、第1表面20aからGaNウェハ20の内部に第1レーザ光L1を入射させることにより、仮想面15に沿って(例えば、仮想面15の全体に沿って2次元に並ぶように)複数の改質スポット(第3改質スポット)13cを形成する。更に、レーザ加工装置1が、図10及び図11に示されるように、第1表面20aからGaNウェハ20の内部に第1レーザ光L1を入射させることにより、仮想面15に沿って(例えば、仮想面15の全体に沿って2次元に並ぶように)複数の改質スポット(第3改質スポット)13dを形成する。このとき、レーザ加工装置1は、複数の改質スポット13a,13bに重ならないように、複数の改質スポット13c,13dを形成する。
Subsequently, as shown in FIGS. 8 and 9, the
また、レーザ加工装置1は、パルス発振された第1レーザ光L1の集光点C1を複数列の改質スポット13a,13bの列間において仮想面15に沿って移動させることにより、複数列の改質スポット13c,13dを形成する。この工程では、複数の改質スポット13c,13dからそれぞれ延びる複数の亀裂14c,14dが、複数の亀裂14a,14bに繋がってもよい。なお、図8及び図9では、改質スポット13cが実線ハッチングで示されており、亀裂14cが延びる範囲が破線で示されている(他の図でも同様)。また、図10及び図11では、改質スポット13dが実線ハッチング(改質スポット13cの実線ハッチングとは逆に傾斜する実線ハッチング)で示されており、亀裂14dが延びる範囲が破線で示されている。
Further, the
本実施形態では、パルス発振された第1レーザ光L1が、Y軸方向に並ぶ複数(例えば6つ)の集光点C1に集光されるように、空間光変調器4によって変調される。そして、複数の集光点C1が、複数列の改質スポット13a,13bの列間の中心において、X軸方向に沿って仮想面15上を相対的に移動させられる。一例として、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離は8μmであり、第1レーザ光L1のパルスピッチは5μmである。また、第1レーザ光L1のパルスエネルギーは、0.33μJである。この場合、Y軸方向において隣り合う改質スポット13cの中心間距離は8μmとなり、X軸方向において隣り合う改質スポット13cの中心間距離は5μmとなる。また、Y軸方向において隣り合う改質スポット13dの中心間距離は8μmとなり、X軸方向において隣り合う改質スポット13dの中心間距離は5μmとなる。
In this embodiment, the pulsed first laser beam L1 is modulated by the spatial
この第1工程では、以上のように、第1表面20aからGaNウェハ20に第1レーザ光L1を入射させると共に、第1レーザ光L1の集光点C1を、仮想面15内に移動させることによって、仮想面15内に面状に並ぶ複数の改質スポット13を形成する。
In this first step, as described above, the first laser beam L1 is made to enter the
以上の第1工程は、レーザ加工装置1の制御部6の制御のもとで行われる。すなわち、ここでは、制御部6は、第1表面20aからGaNウェハ20に第1レーザ光L1を入射させると共に、第1レーザ光L1の集光点C1を仮想面15内に移動させることによって、仮想面15内に面状に並ぶ複数の改質スポット13を形成する第1処理を実行する。
The above first step is performed under the control of the control section 6 of the
また、この第1工程では、改質スポット13が形成されていない(改質スポットから延びる亀裂は形成される場合がある)周縁領域16を形成する。そのために、本実施形態では、第1レーザ光L1をオンとしたまま、集光点C1をGaNウェハ20の外部からGaNウェハ20周縁(エッジ)を通ってGaNウェハ20の内部に至るように移動させることにより、GaNウェハ20の周縁(エッジ)において第1レーザ光L1の集光状態が変化する(集光が阻害される)ことを利用して、改質スポット13が形成されていない周縁領域16を形成する。ただし、GaNウェハ20の周縁を覆うようなマスクを用いる方法や、集光点C1がGaNウェハ20の周縁を通る際に第1レーザ光L1をオフとする方法により、改質スポット13が形成されていない周縁領域16を形成してもよい。
Furthermore, in this first step, a
本実施形態に係るレーザ加工方法、及び半導体部材製造方法では、引き続いて、図12及び図13に示されるように、上述したレーザ加工装置1が、ラインA1,A2に沿ってGaNウェハ20に第2レーザ光L2(例えば532nmの波長を有する)を照射することにより、Z軸方向からみてラインA1,A2に沿って線状に延びる改質領域M1,M2(加工痕)を形成する(第2工程)。第2工程について、より具体的に説明する。
In the laser processing method and semiconductor member manufacturing method according to the present embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the
第2工程では、まず、レーザ加工装置1が、第2レーザ光L2の集光点C2が、GaNウェハ20の内部に位置するようにステージ2等を制御する。そして、レーザ加工装置1が、Z軸方向からみて第2レーザ光L2の集光点C2がラインA1に沿って(ラインA1上を)相対移動するように、ステージ2及びレーザ照射ユニットを制御する。ここでは、一例として、ラインA1がX軸方向に沿うようにされており、レーザ照射ユニットが第2レーザ光L2をGaNウェハ20に照射している状態で、ステージ2がX軸方向に沿って移動させられることにより、集光点C2がラインA1に沿って移動させられる。
In the second step, first, the
この第2レーザ光L2のラインA2に沿った照射を、Z軸方向について第1表面20aからより離れた位置(すなわち、GaNウェハ20のより深い加工位置)から、Z軸方向について第1表面20aにより近い位置(すなわち、GaNウェハ20のより浅い加工位置)に至るまで繰り返し実施する。このとき、集光点C2が、Z軸方向について第1表面20a及び第2表面20bに位置する場合があってもよい。
The second laser beam L2 is irradiated along the line A2 from a position further away from the
ただし、集光点C2が、仮想面15よりも、第2レーザ光L2の入射面である第1表面20aと反対側(すなわち第2表面20b側)に位置しているときには、仮想面15に沿って既に形成されている改質スポット13及び亀裂14によって第2レーザ光L2の集光が妨げられる。このため、仮想面15よりも第2表面20b側には、改質領域M1が形成されない。すなわち、ここでは、X軸方向又はY軸方向からみて、第1表面20aから仮想面15に渡って改質領域M1が形成される。
However, when the condensing point C2 is located on the opposite side of the
続いて、第2工程では、第2レーザ光L2の集光点C2がGaNウェハ20の内部に位置させられた状態において、レーザ加工装置1が、Z軸方向からみて集光点C2がラインA2に沿って(ラインA2上を)相対移動するように、ステージ2及びレーザ照射ユニットを制御する。ここでは、一例として、ステージ2の回転によって、ラインA2がX軸方向に沿うようにGaNウェハ20の配置が変更されており、その状態において、レーザ照射ユニットが第2レーザ光L2をGaNウェハ20に照射しつつ、ステージ2がX軸方向に沿って移動させられることにより、集光点C2がラインA2に沿って移動させられる。
Subsequently, in the second step, in a state where the condensing point C2 of the second laser beam L2 is located inside the
この第2レーザ光L2のラインA2に沿った照射を、Z軸方向について第1表面20aからより離れた位置(すなわち、GaNウェハ20のより深い加工位置)から、Z軸方向について第1表面20aにより近い位置(すなわち、GaNウェハ20のより浅い加工位置)に至るまで繰り返し実施する。このとき、集光点C2が、Z軸方向について第1表面20a及び第2表面20bに位置する場合があってもよい。
The second laser beam L2 is irradiated along the line A2 from a position further away from the
ただし、集光点C2が、仮想面15よりも、第2レーザ光L2の入射面である第1表面20aと反対側(すなわち第2表面20b側)に位置しているときには、仮想面15に沿って既に形成されている改質スポット13及び亀裂14によって第2レーザ光L2の集光が妨げられる。このため、仮想面15よりも第2表面20b側には、改質領域M2が形成されない。すなわち、ここでは、X軸方向又はY軸方向からみて、第1表面20aから仮想面15に渡って改質領域M2が形成される。
However, when the condensing point C2 is located on the opposite side of the
以上の第2工程は、レーザ加工装置1の制御部6の制御のもとで行われる。すなわち、制御部6は、第1処理の後に、ラインA1,A2に沿ってGaNウェハ20に第2レーザ光L2を照射することにより、第1表面20aにZ軸方向からみてラインA1,A2に沿って線状に延びる改質領域M1,M2を形成する第2処理を実行する。特に、第2処理においては、第1表面20aに沿ったX軸方向又はY軸方向からみて、第1表面20aから仮想面15に渡って改質領域M1,M2を形成する。
The above second step is performed under the control of the control section 6 of the
なお、ここでの改質領域M1,M2は、複数の改質スポットに加えて、改質スポットから延びる亀裂を含む。したがって、改質領域M1,M2が、ある第1位置から別の第2位置に渡って形成されるといった場合には、第1位置と第2位置との間に改質スポットが連続的に形成される場合もあるし、第1位置と第2位置との間に亀裂と改質スポットとが交互に形成される場合もある。さらには、1つの改質スポットから延びる亀裂と、当該一の改質スポットの隣の別の改質スポットから延びる亀裂とが、互いに繋がっていない場合もあり得る。したがって、第1位置又は第2位置に存在するのは、改質スポットの場合もあるし、亀裂の場合もあるし、亀裂間の部分である場合もある。 Note that the modified regions M1 and M2 here include a plurality of modified spots as well as cracks extending from the modified spots. Therefore, when the modified regions M1 and M2 are formed from a certain first position to another second position, modified spots are continuously formed between the first position and the second position. In some cases, cracks and modified spots are formed alternately between the first and second positions. Furthermore, there may be cases where a crack extending from one modified spot and a crack extending from another modified spot next to the one modified spot are not connected to each other. Therefore, what is present at the first position or the second position may be a modified spot, a crack, or a portion between cracks.
なお、周縁領域16には、改質領域M1,M2(少なくとも改質スポット)を形成しない(改質スポットから延びる亀裂は形成される場合がある)。すなわち、第2工程では、Z軸方向からみて仮想面15とラインA1,A2とが重なる部分でのみ改質領域M1,M2の形成を行う。そのための方法としては、GaNウェハ20の周縁(エッジ)を覆うようなマスクを用いる方法や、集光点C2がGaNウェハ20の周縁を通る際に第2レーザ光L2をオフとする方法を用いてもよい。或いは、第2レーザ光L2をオンとしたまま、集光点C2をGaNウェハ20の外部から周縁を通ってGaNウェハ20の内部に至るように移動させることにより、GaNウェハ20の周縁において第2レーザ光L2の集光状態が変化する(集光が阻害される)ことを利用して、改質領域M1,M2が形成されない周縁領域16を形成してもよい。
Note that the modified regions M1 and M2 (at least modified spots) are not formed in the peripheral region 16 (although cracks extending from the modified spots may be formed). That is, in the second step, the modified regions M1 and M2 are formed only in the portions where the
ここで、第1工程における第1レーザ光L1の照射と、第2工程における第2レーザ光L2の照射とでは、要求される改質領域及び亀裂の態様が異なることから、照射条件も異なる場合がある。すなわち、第1工程では、GaNウェハ20を横に(第1表面20aに平行な面(仮想面15)で)切断するために、改質領域及び亀裂を横方向(第1表面20aに平行な方向(X軸方向及びY軸方向))に延ばす必要がある。このため、第1工程では、点状の改質領域(溶融・高内圧領域)及び亀裂を形成すると共に、横方向に改質領域及び亀裂を整列させるように、第1レーザ光L1を照射する。
Here, the irradiation conditions for the irradiation with the first laser beam L1 in the first step and the irradiation with the second laser beam L2 in the second step are different because the required modified area and the form of cracks are different. There is. That is, in the first step, in order to cut the
そして、内圧の高まりによる応力分布によって、改質領域のそれぞれから延びる亀裂を横方向に伸展・連結させ、横亀裂を形成する。これにより、GaNウェハ20を横に切断可能とする。このとき、第1レーザ光L1のパルス幅は、第2レーザ光L2のパルス幅と比較して相対的に短くされ、第1レーザ光L1のパルスエネルギー及びパルスピッチは、第2レーザ光L2のパルスエネルギー及びパルスピッチと比較して相対的に小さくされ得る。一例として、第1レーザ光L1の出力は、1.5μJ~2μJ、パルスピッチは1μmであり、相対的に低出力で密の加工とする。
Then, due to the stress distribution caused by the increase in internal pressure, the cracks extending from each of the modified regions are laterally extended and connected, forming transverse cracks. This allows the
一方、第2工程では、GaNウェハ20を縦に(第1表面20aに直交する面で)切断するために、改質領域及び亀裂(改質層)を縦方向(第1表面20aに直交する方向(Z軸方向))に延ばす必要がある。このため、第2工程では、縦長の改質領域(溶融・高内圧領域)及び亀裂を形成すると共に、当該縦長の改質領域及び亀裂を縦方向に整列させるように、第2レーザ光L2を照射する。
On the other hand, in the second step, in order to cut the
そして、内圧の高まりによる応力分布によって隣接する亀裂を引張させて縦方向に伸展させる。これにより、GaNウェハ20を縦に切断可能とする。このとき、第2レーザ光L2のパルス幅は、第1レーザ光L1のパルス幅と比較して相対的に長くされ、第2レーザ光L2のパルスエネルギー及びパルスピッチは、第1レーザ光L1のパルスエネルギー及びパルスピッチと比較して相対的に大きくされ得る。一例として、第2レーザ光L2の出力は10μJ~20μJ、パルスピッチは10μmであり、相対的に高出力で疎の加工とする。この例では、第1レーザ光L1の出力及びパルスピッチが、第2レーザ光L2の出力及びパルスピッチの1/10程度とされる。
Then, the stress distribution caused by the increase in internal pressure causes adjacent cracks to be stretched and extended in the vertical direction. This allows the
本実施形態に係るレーザ加工方法、及び半導体部材製造方法では、引き続いて、ヒータ等を備える加熱装置が、GaNウェハ20を加熱し、複数の改質スポット13からそれぞれ延びる複数の亀裂14を互いに繋げることにより、図14に示されるように、仮想面15に渡る亀裂17(以下、単に「亀裂17」という)を形成する。なお、加熱以外の方法でGaNウェハ20に何らかの力を作用させることにより、複数の亀裂14を互いに繋げて亀裂17を形成してもよい。また、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成することにより、複数の亀裂14を互いに繋げて亀裂17を形成してもよい。
In the laser processing method and the semiconductor member manufacturing method according to the present embodiment, a heating device including a heater or the like heats the
ここで、GaNウェハ20においては、複数の改質スポット13からそれぞれ延びる複数の亀裂14内に窒素ガスが生じている。そのため、GaNウェハ20を加熱して窒素ガスを膨張させることにより、窒素ガスの圧力(内圧)を利用して亀裂17を形成することができる。しかも、周縁領域16によって、当該周縁領域16が囲む仮想面15の外部(例えば、GaNウェハ20の外縁(側面))への複数の亀裂14の進展が阻まれるため、複数の亀裂14内に生じた窒素ガスが仮想面15の外部に逃げるのを抑制することができる。つまり、周縁領域16は、改質スポット13を含まない非改質領域であって、当該周縁領域16が囲む仮想面15に亀裂17が形成される際に、当該周縁領域16が囲む仮想面15の外部への複数の亀裂14の進展を阻む領域である。そのために、周縁領域16の幅を30μm以上とすることが好ましい。
Here, in the
図15は、仮想面に渡る亀裂が形成された状態を示すGaNウェハの平面図(写真)である。仮想面15に渡る亀裂17には、第2レーザ光L2の照射でガリウム(析出物)が析出されている。これにより、図15に示されるように、亀裂17が他の部分よりも暗い(観察光の透過率が減少した)部分として観察される。ここでは、GaNウェハ20におけるチップ30Aのそれぞれに対応する部分に渡って、仮想面15に渡る亀裂17が形成されていることが理解される。
FIG. 15 is a plan view (photograph) of a GaN wafer showing a state in which a crack has been formed across a virtual plane. Gallium (precipitate) is deposited in the
なお、周縁領域16を形成する際に、GaNウェハ20の周縁での集光状態の変化を利用すれば、周縁領域16に対して、改質スポット13から延びる亀裂がわずかに含まれ得る。これにより、周縁領域16に対して、チップ30Aの外縁(GaNウェハ20の外縁)に亀裂17が至る部分16aが形成される。当該部分16aは、亀裂17内に生じた窒素ガスのガス抜きの機能を有する。これにより、GaNウェハ20において内圧の過剰な上昇が抑制され得る。
Note that when forming the
本実施形態に係るレーザ加工方法、及び半導体部材製造方法では、引き続いて、図13に示されるように、研削装置が、GaNウェハ20の周縁領域16に対応する部分を研削(研磨)することにより、図16に示されるように、亀裂17及び改質領域M1,M2のそれぞれを境界としてGaNウェハ20から複数のチップ30A,30Bを取得する(第3工程)。このように、GaNウェハ20は、仮想面15及びラインA1,A2に沿って切断される。なお、この工程では、研削以外の機械加工、レーザ加工等によって、GaNウェハ20の周縁領域16に対応する部分を除去してもよい。
In the laser processing method and the semiconductor member manufacturing method according to the present embodiment, as shown in FIG. As shown in FIG. 16, a plurality of
以上の工程のうち、ラインA1,A2に沿って改質領域M1,M2を形成する工程までが本実施形態に係るレーザ加工方法である。また、以上の工程のうち、亀裂17及び改質領域M1,M2を境界としてGaNウェハ20から複数のチップ30A,30Bを取得する工程までが、本実施形態の半導体部材製造方法である。
Among the above steps, the steps up to the steps of forming modified regions M1 and M2 along lines A1 and A2 are the laser processing method according to the present embodiment. Furthermore, among the above steps, the steps up to the step of obtaining a plurality of
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工方法では、第1工程において、第1レーザ光L1をGaNウェハ20の第1表面20aからGaNウェハ20に入射させ、第1レーザ光L1の集光点C1を、GaNウェハ20の第1表面20aに対向する仮想面15内に移動させ、当該仮想面15内に面状に並ぶ複数の改質スポット13を形成する。したがって、この改質スポット13から延びて仮想面15に渡る亀裂17を境界として、GaNウェハ20の切断が可能である。特に、この方法では、第1工程の後に、第2工程において、GaNウェハ20の第1表面20aに沿ったラインA1,A2に沿って第2レーザ光L2を照射することにより、当該ラインA1,A2に沿って線状に改質領域M1,M2を形成する。この改質領域M1,M2は、GaNウェハ20の第1表面20aから仮想面15に渡って形成される。したがって、第2工程の後には、仮想面15に渡る亀裂17を境界とした切断に加えて、改質領域M1,M2を境界とした切断が可能となる。よって、この方法によれば、元のGaNウェハ20と異なる形状(より小さな単位)でのチップ30Aを取得可能である。
As explained above, in the laser processing method according to the present embodiment, in the first step, the first laser beam L1 is made incident on the
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、第1工程において、Z軸方向からみてGaNウェハ20の周縁を含み、改質スポット13が形成されていない周縁領域16を形成する。このため、周縁領域16によって、改質スポット13から延びる亀裂14がGaNウェハ20の外縁に達することを抑制できる。
Furthermore, in the laser processing method according to the present embodiment, in the first step, a
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、第1工程において、第1レーザ光L1の集光点C1を、Z方向からみてGaNウェハ20の外部から周縁を通ってGaNウェハ20の内部に至るように移動させることにより、周縁領域16を形成する。このように、第1レーザ光L1の集光点C1を、GaNウェハ20の外部から周縁を通って内部に移動させることにより、周縁での集光状態の変化(集光の阻害)を利用して、改質スポット13が形成されていない周縁領域16を容易に形成できる。
Further, in the laser processing method according to the present embodiment, in the first step, the condensing point C1 of the first laser beam L1 is moved from the outside of the
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、対象物11の材料は、ガリウムを含んでいる。このため、第1レーザ光L1の照射によって、複数の改質スポット13からそれぞれ延びる複数の亀裂14にガリウムが析出すると、当該ガリウムによって第1レーザ光L1が吸収され易い状態となる。そのため、より小さな出力により仮想面15に渡る亀裂17を形成することが可能となる。
Furthermore, in the laser processing method according to the present embodiment, the material of the
また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、対象物11の材料は、窒化ガリウムを含んでいる。このため、第1レーザ光L1の照射によって窒化ガリウムが分解されると、亀裂14内に窒素ガスが生じる。そのため、当該窒素ガスの圧力(内圧)を利用して、仮想面15に渡る亀裂17を容易に形成可能となる。
Furthermore, in the laser processing method according to the present embodiment, the material of the
なお、本実施形態に係る半導体部材製造方法は、上記のレーザ加工方法が備える第1工程及び第2工程と、第2工程の後に、改質スポット13から延びて仮想面15に渡る亀裂17と、改質領域M1,M2と、を境界としてGaNウェハ20からチップ30A,30Bを取得する第3工程と、を備える。したがって、同様の理由から、元のGaNウェハ20と異なる形状(より小さな単位)でのチップ30Aの取得が可能である。
Note that the semiconductor member manufacturing method according to the present embodiment includes the first step and the second step included in the above-described laser processing method, and a
さらに、本実施形態に係るレーザ加工装置1では、第1処理において、第1レーザ光L1をGaNウェハ20の第1表面20aからGaNウェハ20に入射させ、第1レーザ光L1の集光点C1を、GaNウェハ20の第1表面20aに対向する仮想面15内に移動させ、当該仮想面15内に面状に並ぶ複数の改質スポット13を形成する。したがって、この改質スポット13から延びて仮想面15に渡る亀裂17を境界として、GaNウェハ20の切断が可能である。特に、レーザ加工装置1では、第1処理の後に、第2処理において、GaNウェハ20の第1表面20aに沿ったラインA1,A2に沿って第2レーザ光L2を照射することにより、当該ラインA1,A2に沿って線状に改質領域M1,M2を形成する。この改質領域M1,M2は、GaNウェハ20の第1表面20aから仮想面15に渡って形成される。したがって、第2処理の後には、仮想面15に渡る亀裂17を境界とした切断に加えて改質領域M1,M2を境界とした切断が可能となる。よって、この装置によれば、元のGaNウェハ20と異なる形状(より小さな単位)でのGaNウェハ20の取得が可能である。
Furthermore, in the
ここで、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によってGaNウェハを形成した場合に、GaNウェハの剥離面に現れる凹凸が小さくなることを示す実験結果について説明する。なお、以下の説明では、対象物11としてGaNインゴットを用い、GaNインゴットの仮想面に沿った剥離によってGaNウェハを形成した場合について説明するが、GaNウェハ20の仮想面15に沿った剥離によってチップ30A,30Bを形成する場合も同様である。
Here, experimental results showing that when a GaN wafer is formed by the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of this embodiment, the unevenness appearing on the peeled surface of the GaN wafer becomes smaller will be described. In the following description, a GaN ingot is used as the
図17は、一例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成されたGaNウェハの剥離面の画像であり、図18の(a)及び(b)は、図17に示される剥離面の高さプロファイルである。この例では、532nmの波長を有する第1レーザ光L1をGaNインゴットの第1表面20aからGaNインゴットの内部に入射させ、1つの集光点C1を、X軸方向に沿って仮想面15上を相対的に移動させることにより、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。このとき、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を10μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを1μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを1μJとした。この場合、図18の(a)及び(b)に示されるように、GaNウェハの剥離面(亀裂17によって形成された面)に25μm程度の凹凸が現れた。
FIG. 17 is an image of the peeled surface of a GaN wafer formed by an example laser processing method and semiconductor member manufacturing method, and FIGS. 18(a) and (b) show the height of the peeled surface shown in FIG. 17. It is a profile. In this example, the first laser beam L1 having a wavelength of 532 nm is made to enter the inside of the GaN ingot from the
図19は、他の例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成されたGaNウェハの剥離面の画像であり、図20の(a)及び(b)は、図19に示される剥離面の高さプロファイルである。この例では、532nmの波長を有する第1レーザ光L1をGaNインゴットの第1表面20aからGaNインゴットの内部に入射させ、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の第1工程及び第2工程と同様に、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。
FIG. 19 is an image of the peeled surface of a GaN wafer formed by another example of a laser processing method and a semiconductor member manufacturing method, and FIGS. 20(a) and (b) are images of the peeled surface shown in FIG. 19. height profile. In this example, the first laser beam L1 having a wavelength of 532 nm is made to enter the inside of the GaN ingot from the
複数の改質スポット13aを形成する際には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を6μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを10μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.33μJとした。複数の改質スポット13bを形成する際には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を6μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを10μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.33μJとした。複数の改質スポット13cを形成する際には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を6μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.33μJとした。複数の改質スポット13dを形成する際には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を6μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.33μJとした。この場合、図20の(a)及び(b)に示されるように、GaNウェハの剥離面に5μm程度の凹凸が現れた。
When forming the plurality of
以上の実験結果から、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成されたGaNウェハでは、GaNウェハの剥離面に現れる凹凸が小さくなること、すなわち、仮想面15に沿って亀裂17が精度良く形成されることが分かった。なお、GaNウェハの剥離面に現れる凹凸が小さくなると、当該剥離面を平坦化するための研削量が少なくて済む。したがって、GaNウェハの剥離面に現れる凹凸が小さくなることは、材料の利用効率的にも生産効率的にも有利である。
From the above experimental results, it was found that in the GaN wafer formed by the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of the present embodiment, the unevenness appearing on the peeled surface of the GaN wafer is reduced, that is, the
次に、GaNウェハの剥離面に凹凸が現れる原理について説明する。 Next, the principle of appearance of irregularities on the peeled surface of the GaN wafer will be explained.
例えば、図21に示されるように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13aを形成し、改質スポット13bがその一方の側の改質スポット13aから延びる亀裂14aに重なるように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13bを形成する。この場合には、複数の亀裂14aに析出したガリウムによって第1レーザ光L1が吸収され易い状態にあるため、集光点C1が仮想面15上に位置していても、改質スポット13aに対して第1レーザ光L1の入射側に改質スポット13bが形成され易くなる。
For example, as shown in FIG. 21, a plurality of modified
続いて、改質スポット13cがその一方の側の改質スポット13bから延びる亀裂14bに重なるように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13cを形成する。この場合にも、複数の亀裂14bに析出したガリウムによって第1レーザ光L1が吸収され易い状態にあるため、集光点C1が仮想面15上に位置していても、改質スポット13bに対して第1レーザ光L1の入射側に改質スポット13cが形成され易くなる。このように、この例では、複数の改質スポット13bが複数の改質スポット13aに対して第1レーザ光L1の入射側に形成され、更に、複数の改質スポット13cが複数の改質スポット13bに対して第1レーザ光L1の入射側に形成され易くなる。
Subsequently, a plurality of modified
それに対し、例えば、図22に示されるように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13aを形成し、改質スポット13bがその両側の改質スポット13aから延びる亀裂14aに重ならないように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13bを形成する。この場合には、複数の亀裂14aに析出したガリウムによって第1レーザ光L1が吸収され易い状態にあるものの、改質スポット13bが亀裂14aに重ならないため、改質スポット13bも、改質スポット13aと同様に仮想面15上に形成される。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 22, a plurality of modified
続いて、改質スポット13cがその両側の改質スポット13a,13bのそれぞれから延びる亀裂14a,14bに重なるように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13cを形成する。更に、改質スポット13dがその両側の改質スポット13a,13bのそれぞれから延びる亀裂14a,14bに重なるように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13dを形成する。これらの場合には、複数の亀裂14a,14bに析出したガリウムによって第1レーザ光L1が吸収され易い状態にあるため、集光点C1が仮想面15上に位置していても、改質スポット13a,13bに対して第1レーザ光L1の入射側に改質スポット13c,13dが形成され易くなる。このように、この例では、複数の改質スポット13c,13dが複数の改質スポット13a,13bに対して第2レーザ光L2の入射側に形成され易くなるだけである。
Subsequently, a plurality of modified
以上の原理から、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法においては、複数の改質スポット13a及び複数の改質スポット13aからそれぞれ延びる複数の亀裂14aに重ならないように、複数の改質スポット13bを形成することが、GaNウェハの剥離面に現れる凹凸を小さくする上で極めて重要であることが分かる。
Based on the above principle, in the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of the present embodiment, the plurality of modified
次に、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法においては、仮想面15に沿って亀裂17が精度良く進展することを示す実験結果について説明する。
Next, experimental results showing that the
図23の(a)及び(b)は、一例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の途中で形成された亀裂の画像であり、図23の(b)は、図23の(a)における矩形枠内の拡大画像である。この例では、532nmの波長を有する第1レーザ光L1をGaNインゴットの第1表面20aからGaNインゴットの内部に入射させ、Y軸方向に並ぶ6つの集光点C1を、X軸方向に沿って仮想面15上を相対的に移動させることにより、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。このとき、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を6μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを1μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを1.33μJとした。そして、レーザ加工を仮想面15の途中で停止させた。この場合、図23の(a)及び(b)に示されるように、加工領域から未加工領域に進展した亀裂が、未加工領域において仮想面15から大きく外れた。
23(a) and 23(b) are images of cracks formed during an example laser processing method and semiconductor member manufacturing method, and FIG. 23(b) is an image of a rectangle in FIG. 23(a). This is an enlarged image within the frame. In this example, the first laser beam L1 having a wavelength of 532 nm is made to enter the inside of the GaN ingot from the
図24の(a)及び(b)は、他の例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の途中で形成された亀裂の画像であり、図24の(b)は、図24の(a)における矩形枠内の拡大画像である。この例では、532nmの波長を有する第1レーザ光L1をGaNインゴットの第1表面20aからGaNインゴットの内部に入射させ、Y軸方向に並ぶ6つの集光点C1を、X軸方向に沿って仮想面15上を相対的に移動させることにより、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。具体的には、まず、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を6μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを10μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.33μJとして、第1加工領域及び第2加工領域に複数列の改質スポット13を形成した。
24(a) and 24(b) are images of cracks formed during another example of a laser processing method and a semiconductor member manufacturing method, and FIG. This is an enlarged image within a rectangular frame in . In this example, the first laser beam L1 having a wavelength of 532 nm is made to enter the inside of the GaN ingot from the
続いて、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を6μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを10μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.33μJとして、第1加工領域及び第2加工領域に、既に形成された複数列の改質スポット13の列間の中心にそれぞれの列が位置するように複数列の改質スポット13を形成した。続いて、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を6μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.33μJとして、第1加工領域のみに、既に形成された複数列の改質スポット13の列間の中心にそれぞれの列が位置するように複数列の改質スポット13を形成した。この場合、図24の(a)及び(b)に示されるように、第1加工領域から第2加工領域に進展した亀裂が、第2加工領域において仮想面15から大きく外れなかった。
Next, the first processing area and the In the second processing area, a plurality of rows of modified
以上の実験結果から、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法においては、仮想面15に沿って亀裂17が精度良く進展することが分かった。これは、第2加工領域に先に形成された複数の改質スポット13が、亀裂が進展する際にガイドになったためと想定される。
From the above experimental results, it was found that in the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of this embodiment, the
次に、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法においては、改質スポット13から第1レーザ光L1の入射側及びその反対側に延びる亀裂14の延び量が抑制されることを示す実験結果について説明する。
Next, in the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of the present embodiment, an experiment was conducted to show that the amount of extension of the crack 14 extending from the
図25は、比較例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像(側面視での画像)である。この比較例では、532nmの波長を有する第1レーザ光L1をGaNインゴットの第1表面20aからGaNインゴットの内部に入射させ、1つの集光点C1を、X軸方向に沿って仮想面15上を相対的に移動させることにより、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。具体的には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を2μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとして、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。この場合、図25に示されるように、改質スポット13から第1レーザ光L1の入射側及びその反対側に延びる亀裂14の延び量が100μm程度となった。
FIG. 25 is an image (side view image) of modified spots and cracks formed by the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of the comparative example. In this comparative example, the first laser beam L1 having a wavelength of 532 nm is made to enter the inside of the GaN ingot from the
図26は、第1実施例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像であり、図26の(a)は平面視での画像、図26の(b)は側面視での画像である。この第1実施例では、532nmの波長を有する第1レーザ光L1をGaNインゴットの第1表面20aからGaNインゴットの内部に入射させ、Y軸方向に並ぶ6つの集光点C1を、X軸方向に沿って仮想面15上を相対的に移動させることにより、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。具体的には、まず、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを10μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとして、仮想面15に沿って複数の改質スポット13aを形成した。
FIG. 26 is an image of modified spots and cracks formed by the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of the first embodiment, and FIG. 26(a) is an image in plan view, and FIG. 26(b) is an image in plan view. is a side view image. In this first example, the first laser beam L1 having a wavelength of 532 nm is made to enter the inside of the GaN ingot from the
続いて、Y軸方向に並ぶ6つの集光点C1を先の状態からY軸方向に+4μmずらした状態で、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを10μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとして、仮想面15に沿って複数の改質スポット13bを形成した。続いて、Y軸方向に並ぶ6つの集光点C1を先の状態からY軸方向に-4μmずらした状態で、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとして、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。
Next, with the six condensing points C1 lined up in the Y-axis direction shifted by +4 μm in the Y-axis direction from the previous state, the distance between adjacent condensing points C1 in the Y-axis direction was set to 8 μm, and the first laser beam L1 A plurality of
続いて、Y軸方向に並ぶ6つの集光点C1を先の状態からY軸方向に+4μmずらした状態で、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとして、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。これにより、1回目に形成した改質スポット13aと3回目に形成した改質スポット13とが互いに重なり、2回目に形成した改質スポット13bと4回目に形成した改質スポット13とが互いに重なっていると想定される。この場合、図26の(b)に示されるように、改質スポット13から第1レーザ光L1の入射側及びその反対側に延びる亀裂14の延び量が70μm程度となった。
Next, with the six condensing points C1 lined up in the Y-axis direction shifted by +4 μm in the Y-axis direction from the previous state, the distance between adjacent condensing points C1 in the Y-axis direction was set to 8 μm, and the first laser beam L1 A plurality of
図27の(a)及び(b)は、第2実施例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像であり、図27の(a)は平面視での画像、図27の(b)は側面視での画像である。この第2実施例では、532nmの波長を有する第1レーザ光L1をGaNインゴットの第1表面20aからGaNインゴットの内部に入射させ、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の第1工程及び第2工程と同様に、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成した。複数の改質スポット13aを形成する際には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを10μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとした。
FIGS. 27(a) and 27(b) are images of modified spots and cracks formed by the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of the second example, and FIG. 27(a) is a plan view. The image shown in FIG. 27(b) is a side view. In this second example, the first laser beam L1 having a wavelength of 532 nm is made to enter the inside of the GaN ingot from the
複数の改質スポット13bを形成する際には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを10μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとした。複数の改質スポット13cを形成する際には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとした。複数の改質スポット13dを形成する際には、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.3μJとした。この場合、図27の(b)に示されるように、改質スポット13から第1レーザ光L1の入射側及びその反対側に延びる亀裂14の延び量が50μm程度となった。
When forming the plurality of
図27の(c)及び(d)は、第3実施例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像であり、図27の(c)は平面視での画像、図27の(d)は側面視での画像である。この第3実施例では、図27の(a)及び(b)に示される状態にある仮想面15(すなわち、複数列の改質スポット13が既に形成された仮想面15)に沿って、更に、複数の改質スポット13を形成した。
FIGS. 27(c) and 27(d) are images of modified spots and cracks formed by the laser processing method and semiconductor member manufacturing method of the third embodiment, and FIG. 27(c) is a plan view. The image shown in FIG. 27(d) is a side view. In this third embodiment, along the
具体的には、まず、Y軸方向において隣り合う集光点C1間の距離を8μm、第1レーザ光L1のパルスピッチを5μm、第1レーザ光L1のパルスエネルギーを0.1μJとして、既に形成された複数列の改質スポット13の列間の中心にそれぞれの列が位置するように複数列の改質スポット13を形成した。この場合、図27の(d)に示されるように、改質スポット13から第1レーザ光L1の入射側及びその反対側に延びる亀裂14の延び量が60μm程度となった。
Specifically, first, the distance between adjacent focal points C1 in the Y-axis direction is 8 μm, the pulse pitch of the first laser beam L1 is 5 μm, and the pulse energy of the first laser beam L1 is 0.1 μJ. A plurality of rows of modified
以上の実験結果から、仮想面15に沿って既に形成された複数の改質スポット13a及び複数の亀裂14aに重ならないように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13bを形成すれば(第1実施例、第2実施例及び第3実施例)、改質スポット13から第1レーザ光L1の入射側及びその反対側に延びる亀裂14の延び量が抑制されることが分かった。なお、仮想面15に沿って更に複数の改質スポット13を形成する場合には、仮想面15に沿って既に形成された複数の改質スポット13a,13bに重ならないように、仮想面15に沿って複数の改質スポット13を形成すれば(第2実施例及び第3実施例)、仮想面15に渡る亀裂を形成し易くなる。
From the above experimental results, if a plurality of modified
以上の実施形態は、本開示の一側面に係るレーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置の一形態を説明したものである。したがって、上述したレーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置は、任意に変形され得る。以下、変形例について説明する。 The above embodiment describes one form of a laser processing method, a semiconductor member manufacturing method, and a laser processing apparatus according to one aspect of the present disclosure. Therefore, the laser processing method, semiconductor member manufacturing method, and laser processing apparatus described above may be modified as desired. Modifications will be described below.
上記実施形態においては、対象物11として、GaNウェハ20を例示した。しかしながら、対象物11は、例えばGaNインゴット(半導体インゴット)やその他の任意の半導体対象物とされ得る。対象物11がGaNインゴットである場合には、例えば、半導体部材としてGaNウェハを取得できる。この場合、GaNインゴットと異なる形状のGaNウェハを取得できる。
In the embodiment described above, the
また、上記実施形態においては、改質領域M1,M2を形成する基準(切断の基準)として、ラインA1と、当該ラインA1に交差するラインA2とを設定するようにした。しかしながら、要求される半導体部材(チップ30A,30B)の形状や取得数に応じて、ラインA1,A2を任意の形状や相対関係で設定し得るし、一対のラインA1,A2に限らず、単一のラインや3つ以上のラインを設定してもよい。
Moreover, in the embodiment described above, the line A1 and the line A2 intersecting the line A1 are set as standards for forming the modified regions M1 and M2 (cutting standards). However, depending on the shape and number of semiconductor components (
1…レーザ加工装置、2…ステージ、4…空間光変調器(レーザ照射ユニット)、5…集光レンズ(レーザ照射ユニット)、6…制御部、11…対象物(半導体対象物)、13…改質スポット、15…仮想面、16…周縁領域、17…亀裂、20…GaNウェハ(半導体ウェハ、半導体対象物)、20a…第1表面、20b…第2表面、30A,30B…チップ(半導体チップ、半導体部材)、A1,A2…ライン、C,C1,C2…集光点、L…レーザ光、L1…第1レーザ光、L2…第2レーザ光、M1,M2…改質領域。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1表面から前記半導体対象物に第1レーザ光を入射させると共に、前記第1レーザ光の集光点を前記仮想面内に移動させることによって、前記仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記ラインに沿って前記半導体対象物に第2レーザ光を照射することにより、前記第1表面に交差する第1方向からみて前記ラインに沿って線状に延びる改質領域を形成する第2工程と、
を備え、
前記第2工程においては、前記第1表面に沿った第2方向からみて、前記第1表面から前記仮想面に渡って前記改質領域を形成し、
前記半導体対象物の材料は、窒化ガリウムを含み、
前記改質スポットから延びる亀裂内に生じた窒素ガスの内圧を利用して前記仮想面に渡る亀裂を形成し、
前記第1工程においては、前記第1方向からみて前記半導体対象物の周縁を含み、前記改質スポットが形成されていない周縁領域を形成する、
レーザ加工方法。 A laser processing method for cutting the semiconductor object along a virtual plane facing a first surface of the semiconductor object inside the semiconductor object and a line extending along the first surface. ,
A first laser beam is made incident on the semiconductor object from the first surface, and a condensing point of the first laser beam is moved within the virtual plane, thereby forming a plurality of planes arranged in a planar manner within the virtual plane. A first step of forming a modification spot;
After the first step, by irradiating the semiconductor object with a second laser beam along the line, the semiconductor object undergoes modification that extends linearly along the line when viewed from a first direction intersecting the first surface. a second step of forming a region;
Equipped with
In the second step, the modified region is formed from the first surface to the virtual surface when viewed from a second direction along the first surface,
the semiconductor object material includes gallium nitride;
forming a crack across the virtual surface using the internal pressure of nitrogen gas generated within the crack extending from the modification spot;
In the first step, a peripheral region including a peripheral edge of the semiconductor object when viewed from the first direction and in which the modification spot is not formed is formed;
Laser processing method.
請求項1に記載のレーザ加工方法。 In the first step, the condensing point of the first laser beam is moved from the outside of the semiconductor object through the periphery to the inside of the semiconductor object when viewed from the first direction. , forming the peripheral region;
The laser processing method according to claim 1 .
前記第2工程の後に、前記改質スポットから延びて前記仮想面に渡る亀裂と、前記改質領域と、を境界として前記半導体対象物から半導体部材を取得する第3工程と、
を備える半導体部材製造方法。 The first step and the second step included in the laser processing method according to claim 1 or 2 ,
After the second step, a third step of obtaining a semiconductor member from the semiconductor object with boundaries between a crack extending from the modification spot and spanning the virtual surface and the modification region;
A semiconductor member manufacturing method comprising:
前記半導体部材は、半導体ウェハである、
請求項3に記載の半導体部材製造方法。 The semiconductor object is a semiconductor ingot,
the semiconductor member is a semiconductor wafer;
The semiconductor member manufacturing method according to claim 3 .
前記半導体部材は、半導体チップである、
請求項3に記載の半導体部材製造方法。 The semiconductor object is a semiconductor wafer,
the semiconductor member is a semiconductor chip;
The semiconductor member manufacturing method according to claim 3 .
Priority Applications (3)
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