TWI546852B - Laser processing method - Google Patents

Description

雷射加工方法

本發明係關於用來將具備SiC基板之板狀加工對象物沿著切斷預定線予以切斷之雷射加工方法。

近年，作為可製造具有優良的耐熱性、耐高電壓性、省電力性之功率元件的半導體材料，碳化矽(SiC；Silicon Carbide)被注目。但，由於SiC係具有僅次於鑽石的硬度之難加工材料，故，當藉由刀式切割，欲將具備SiC基板之板狀加工對象物切斷時，必須要進行低速度之加工、頻繁的刀片更換等。因此，提案有藉由對加工對象物照射雷射光，沿著切斷預定線，在SiC基板的內部形成改質區域，以該改質區域作為起點，沿著切斷預定線切斷加工對象物之雷射加工方法(參照例如專利文獻1)。

[專利文獻1]日本特表2007-514315號公報

本發明者們發現，在藉由上述這種雷射加工方法，切斷具備具有c面與形成斜角分量的角度的主面之六方晶系SiC基板之板狀加工對象物之情況，存在有下述課題。即，當沿著朝與主面及a面平行的方向延伸之第1切斷預定 線，在SiC基板的內部形成第1改質區域，而沿著朝與主面及m面平行的方向延伸之第2切斷預定線，在SiC基板的內部形成第2改質區域時，會有沿著第1切斷預定線之切斷精度較沿著第2切斷預定線之切斷精度劣化之虞。又，本發明者們發現，這是起因於自第2改質區域起，龜裂容易朝SiC基板的厚度方向伸展，相對於此，自第1改質區域起，龜裂不易朝SiC基板的厚度方向伸展。

因此，本發明之目的係在於提供將具備具有與c面呈斜角分量的角度之主面的六方晶系SiC基板之板狀加工對象物沿著切斷預定線，可精度良好地予以切斷之雷射加工方法。

本發明的一觀點之雷射加工方法，係將具備具有與c面呈斜角分量的角度之主面的六方晶系SiC基板之板狀加工對象物，分別沿著朝與主面及a面平行的方向延伸之第1切斷預定線以及朝與主面及m面平行的方向延伸之第2切斷預定線予以切斷之雷射加工方法，其特徵為具備有：第1製程，其係藉由使雷射光的聚光點對位於SiC基板的內部，沿著第1切斷預定線，對加工對象物照射雷射光，來沿著第1切斷預定線，將作為切斷起點的第1改質區域形成於SiC基板的內部；和第2製程，其係在進行了第1製程後，藉由將聚光點對位於SiC基板的內部，沿著沿著第2切斷預定線，對加 工對象物照射雷射光，來沿著第2切斷預定線，將作為切斷起點的第2改質區域形成於SiC基板的內部。

在此雷射加工方法，在形成用來使龜裂朝SiC基板的厚度方向伸展之條件為和緩的第2改質區域之前，形成用來使龜裂朝SiC基板的厚度方向的條件為嚴苛之第1改質區域。藉此，當第1改質區域的形成時，在第1切斷預定線與第2切斷預定線交叉之部分，能夠防止從第1改質區域朝SiC基板的厚度方向之龜裂的伸展被第2改質區域所阻礙之情況產生。因此，若依據此雷射加工方法，能沿著切斷預定線，將具備具有與c面呈斜角分量的角度的主面之六方晶系SiC基板之板狀加工對象物精度良好地予以切斷精度良好地予以切斷。再者，斜角係包含0°的情況。在此情況，主面係與c面呈平行。

本發明的一觀點之雷射加工方法，亦可進一步具備有：在第2製程後，以第1改質區域作為起點，沿著第1切斷預定線切斷加工對象物，以第2改質區域作為起點，沿著第2切斷預定線切斷加工對象物之第3製程。藉此，能夠獲得沿著切斷預定線被精度良好地切斷之加工對象物。再者，亦可在沿著第1切斷預定線進行切斷後，再實施沿著第2切斷預定線之切斷，亦可在沿著第2切斷預定線之切斷後，再實施沿著第1切斷預定線之切斷。

在本發明的一觀點之雷射加工方法，具有第1改質區域及第2改質區域係包含熔融處理區域之情況。

若依據本發明，沿著切斷預定線，能將具備具有與c面呈斜角分量的角度的主面之六方晶系SiC基板之板狀加工對象物精度良好地予以切斷。

以下，參照圖面，詳細地說明關於本發明的理想實施形態。再者，在各圖中，針對相圖或相當部分賦予相同圖號，並省略其重複說明。

在本發明的一實施形態的雷射加工方法，藉由沿著切斷預定線，對加工對象物照射雷射光，沿著切斷預定線，在加工對象物的內部形成改質區域。因此，首先，針對此改質區域的形成，參照圖1~圖6進行說明。

如圖1所示，雷射加工裝置100具備有：將雷射光L進行脈衝發振之雷射光源101；配置成將雷射光L的光軸(光路)的方向改變90°之分光鏡103；及用來將雷射光L予以聚光之聚光用透鏡105。又，雷射加工裝置100具備有：用來支承要照射以聚光用透鏡105所聚光的雷射光L之加工對象物1的支承台107；用來使支承台107移動之工作台111；控制雷射光源101，來調節雷射光L的輸出、脈衝寬度等之雷射光源控制部102；及控制工作台111的移動之工作台控制部115。

在此雷射加工裝置100，從雷射光源101所射出的雷射光L係藉由分光鏡103，將其光軸的方向改變90°，藉 由聚光用透鏡105聚光於載置在支承台107上之加工對象物1的內部。與此同時，使工作台111移動，讓加工對象物1對雷射光L，沿著切斷預定線5相對移動。藉此，將沿著切斷預定線5之改質區域形成在工對象物1。

如圖2所示，在加工對象物1，設定有用來切斷加工對象物1之切斷預定線5。切斷預定線5為呈直線狀延伸之虛擬線。當在加工對象物1的內部形成改質區域時，如圖3所示，在使聚光點P對位加工對象物1的內部之狀態下，讓雷射光L沿著切斷預定線5(即，沿著圖2的箭號A方向)相對地移動。藉此，如圖4~圖6所示，將改質區域7沿著切斷預定線5形成於加工對象物1的內部，使得沿著切斷預定線5所形成的改質區域7成為切斷起點區域8。

再者，聚光點P係指雷射光L聚光的部位。又，切斷預定線5不限於直線狀，亦可為曲線狀，又，不限於虛擬線，亦可為實際畫在加工對象物1的表面3之線。又，改質區域7，有為連續地形成之情況，亦有斷續地形成之情況。又，改質區域7可為列狀，亦可為點狀，也就是，改質區域7至少形成在加工對象物1的內部即可。又，會有以改質區域7作為起點來形成龜裂之情況，龜裂及改質區域7亦可露出於加工對象物1的外表面(表面、裏面、或外周面)。

順便一提，在此的雷射光L係透過加工對象物1，並且特別是在加工對象物1的內部的聚光點附近被吸收，藉 此，在加工對象物1形成改質區域7(即，內部吸收型雷射加工)。因此，因在加工對象物1的表面3，雷射光L幾乎未被吸收，所以不會有加工對象物1的表面3熔融之情況產生。一般，在從表面3進行熔融去除而形成孔、溝等的去除部之(表面吸收型雷射加工)情況，加工區域係自表面3側逐漸朝裏面側行進。

又，在本實施形態所形成的改質區域係指密度、折射率、機械性強度、其他的物理的特性等與周圍不同之狀態的區域。作為改質區域，例如有熔融處理區域、龜裂區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，亦有這些區域混合存在之區域。且，作為改質區域，具有在加工對象物的材料，與非改質區域的密度相比較，改質區域的密度會改變之區域、形成有格子缺陷的區域等(亦將這些區域總稱為高密度移轉區域)。

又，熔融處理區域、折射率變化區域、與非改質區域的密度相比較，改質區域的密度會改變之區域、形成有格子缺陷的區域，進一步會有在這些區域的內部、改質區域等與非改質區域之界面，內包有龜裂(裂痕、微龜裂)之情況。內包之龜裂，係會有形成於改質區域的全面之情況、僅形成於一部分或複數部分之情況。

又，在本實施形態，藉由沿著切斷預定線5形成複數個改質點(加工痕)，形成改質區域7。改質點係指以脈衝雷射光的1脈衝的射擊(即，1脈衝的雷射照射：雷射射擊)所形成的改質部分，藉由改質點聚集，而成為改質 區域7。作為改質點，可舉出龜裂點、熔融處理點或折射率變化點、或這些點中的至少一個混合存在者等。

針對此改質點，考量所要求的切斷精度、所要求的切斷面的平坦性、加工對象物的厚度、種類、結晶方位等，適宜地控制其大小、所產生的龜裂之長度等為佳。

其次，詳細地說明關於本發明的一實施形態的雷射加工方法。如圖7所示，加工對象物1為具備SiC基板12之圓形板狀(例如直徑3英吋、厚度350μm)的晶圓。如圖8所示，SiC基板12係具有六方晶系的結晶構造，其結晶軸CA係對SiC基板12的厚度方向傾斜角度θ(例如4°)。即，SiC基板12為具有角度θ的斜角之六方晶系SiC基板。如圖9所示，SiC基板12係具有與c面呈斜角分量的角度θ之表面(主面)12a及裏面(主面)12b。在SiC基板12，a面係對SiC基板12的厚度方向(圖中的兩點鎖線)傾斜著角度θ，m面係對SiC基板12的厚度方向未傾斜。

如圖7及圖9所示，在加工對象物1，朝與表面12a及a面呈平行的方向延伸之複數條切斷預定線(第1切斷預定線)5a和朝與表面12a及m面呈平行的方向延伸之複數條切斷預定線(第2切斷預定線)5m係被設定成格子狀(例如1mm×1mm)。在SiC基板12的表面12a，於每個藉由切斷預定線5a、5m所區劃之區域，形成有功能元件，在SiC基板12的裏面12b，於每個藉由切斷預定線5a、5m所區劃之區域，形成有金屬配線。功能元件及 金屬配線係在藉由沿著切斷預定線5a、5m切斷加工對象物1所獲得之各晶圓，構成功率元件。再者，在SiC基板12，於與切斷預定線5a呈平行的方向，形成有定向平面6a，而與切斷預定線5m呈平行的方向，形成有定向平面6m。

將以上的加工對象物1沿著切斷預定線5a、5m以下述的方式予以切斷。首先，如圖10所示，對加工對象物1黏貼擴展帶23，用以覆蓋SiC基板12的裏面12b的金屬配線。接著，如圖11(a)所示，將以20ns~100ns的脈衝寬度(更理想為50ns~60ns的脈衝寬度)進行了脈衝發振之雷射光L的聚光點P與SiC基板12的內部對位，以脈衝間距成為10μm~18μm(更理想為脈衝間距成為12μm~14μm)的方式，沿著切斷預定線5a對加工對象物1照射雷射光L。藉此，沿著切斷預定線5a，將作為切斷起點的改質區域(第1改質區域)7a形成於SiC基板12的內部。此改質區域7a係包含熔融處理區域。再者，脈衝間距係指「雷射光L的聚光點P對加工對象物1的移動速度」除以「脈衝雷射光L的重複頻率(repeating frequency)」之值。

針對改質區域7a的形成，更詳細而言，以SiC基板12的表面12a作為雷射光射入面，使雷射光L的聚光點P位於SiC基板12的內部，沿著切斷預定線5a使聚光點P相對地移動。然後，將沿著切斷預定線5a之聚光點P的相對移動對1條切斷預定線5進行複數次(例如8次)。 此時，藉由在各次改變從表面12a到聚光點P的位置為止之距離，以排列於SiC基板12的厚度方向的方式，對1條切斷預定線5a形成複數列(第1列數、例如8列)的改質區域7a。在此，以與SiC基板12的作為雷射光射入面之表面12a第二接近的改質區域7a成為較與表面12a最接近的改質區域7a變小的方式，從SiC基板12的裏面12b側依序地(即，依距離雷射光射入面遠的順序)形成改質區域7a。再者，改質區域7a的大小係可藉由改變雷射光L的脈衝能量來進行調節。

藉此，從各改質區域7a所產生的龜裂會朝SiC基板12的厚度方向伸展而相互地連結。特別是從與SiC基板12的雷射光射入面之表面12a最接近的改質區域7a朝SiC基板12的厚度方向伸展之龜裂作成為到達表面12a。這些情事在將具有僅次於鑽石的硬度之由難加工材料所構成的SiC基板12沿著切斷預定線5a精度良好地予以切斷上，極為重要。

在沿著切斷預定線5a形成改質區域7a後，如圖11(b)所示，將以20ns~100ns的脈衝寬度(更理想為50ns~60ns的脈衝寬度)進行了脈衝發振之雷射光L的聚光點P與SiC基板12的內部對位，以脈衝間距成為10μm~18μm(更理想為脈衝間距成為12μm~14μm)的方式，沿著切斷預定線5m對加工對象物1照射雷射光L。藉此，沿著切斷預定線5m，將作為切斷起點的改質區域(第2改質區域)7m形成於SiC基板12的內部。此改 質區域7m係包含熔融處理區域。

針對改質區域7m的形成，更詳細而言，以SiC基板12的表面12a作為雷射光射入面，使雷射光L的聚光點P位於SiC基板12的內部，沿著切斷預定線5m使聚光點P相對地移動。然後，將沿著切斷預定線5m之聚光點P的相對的移動對1條切斷預定線5進行複數次(例如6次)。此時，藉由在各次改變從表面12a到聚光點P的位置為止之距離，以排列於SiC基板12的厚度方向的方式，對1條切斷預定線5m形成複數列(較第1列數少之第2列數(包含1列的情況)、例如6列)的改質區域7m。在此，以從與SiC基板12的雷射光射入面之表面12a最接近的改質區域7m成為較與第二接近表面12a之改質區域7m小的方式，從SiC基板12的裏面12b側依序地(即，依距離雷射光射入面遠的順序)形成改質區域7m。再者，改質區域7m的大小係可藉由改變雷射光L的脈衝能量來進行調節。

藉此，從各改質區域7m所產生之龜裂會朝SiC基板12的厚度方向伸展而相互地連結。特別是從與SiC基板12的雷射光射入面之表面12a最接近的改質區域7m朝SiC基板12的厚度方向伸展之龜裂作成為到達表面12a。這些情事在將具有僅次於鑽石的硬度之由難加工材料所構成的SiC基板12沿著切斷預定線5m精度良好地予以切斷上，極為重要。

在沿著切斷預定線5m形成改質區域7m後，如圖12 (a)所示，使擴展帶23擴張，在該狀態下，經由擴展帶23，對SiC基板12的裏面12b，沿著各切斷預定線5m推壓刀緣41。藉此，以改質區域7m作為起點而沿著切斷預定線5m，將加工對象物1切斷成桿狀。此時，由於擴展帶23處於被擴張之狀態，故，如圖12(b)所示，被切斷成桿狀之加工對象物1相互地分離著。

在沿著切斷預定線5m切斷加工對象物1後，如圖13(a)所示，接著在擴展帶23已被擴張之狀態下，經由擴展帶23，對SiC基板12的裏面12b，沿著各切斷預定線5a推壓刀緣41。藉此，以改質區域7a作為起點，沿著切斷預定線5a將加工對象物1切斷成晶片狀。此時，由於擴展帶23處於被擴張之狀態，故，如圖13(b)所示，已被切斷成晶片狀之加工對象物1成為相互分離。如以上所述，加工對象物1沿著切斷預定線5a、5m被切斷成晶片狀，而獲得多數個功率元件。

若依據以上的雷射加工方法，依據以下的理由，可將具備具有與c面呈斜角分量的角度之表面12a的六方晶系SiC基板12之板狀加工對象物1沿著切斷預定線5a、5m精度良好地予以切斷，其結果，能夠獲得沿著切斷預定線5a、5m被精度良好地切斷之加工對象物1(即，功率元件)。

首先，以脈衝間距成為10μm~18μm的方式，沿著切斷預定線5a、5m對加工對象物1照射雷射光L。當在這樣的條件下對加工對象物1照射雷射光L時，可使龜裂 容易從改質區域7a、7m朝SiC基板12的厚度方向伸展，而讓龜裂不易從改質區域7a、7m朝c面方向伸展。且，以脈衝間距成為12μm~14μm的方式，沿著切斷預定線5a、5m對加工對象物1照射雷射光L的話，則能夠進一步使龜裂從改質區域7a、7m朝SiC基板12的厚度方向伸展，而讓龜裂不易從改質區域7a、7m朝c面方向伸展。

又，以20ns~100ns的脈衝寬度使雷射光L進行脈衝發振。藉此，能夠使龜裂從改質區域7a、7m朝SiC基板12的厚度方向容易確實地伸展，而讓龜裂確實地不易從改質區域7a、7m朝c面方向伸展。且，若以50ns~60ns的脈衝寬度使雷射光L進行脈衝發振的話，則可更確實且容易地使龜裂從改質區域7a、7m朝SiC基板12的厚度方向伸展，而讓龜裂更確實且不容易地從改質區域7a、7m朝c面方向伸展。

又，沿著切斷預定線5a，將與SiC基板12的作為雷射光射入面之表面12a第二接近的改質區域7a相對地形成較小。藉此，即使a面對SiC基板12的厚度方向傾斜，也能夠防止：從與第二接近表面12a之改質區域7a所產生的龜裂朝a面方向伸展而在自切斷預定線5a大幅地偏移的狀態下到達表面12a的情況產生。然後，沿著切斷預定線5a，使與SiC基板12的雷射光射入面之表面12a最接近的改質區域7a相對地形成較大。藉此，雖從改質區域7a，處於龜裂不易朝SiC基板12的厚度方向伸展之 狀態，但，能夠使龜裂從與表面12a最接近的改質區域7a確實地到達表面12a。又，沿著切斷預定線5m，使與SiC基板12的作為雷射光射入面之表面12a第二接近的改質區域7m相對地形成較大。藉此，從改質區域7m，處於龜裂容易朝SiC基板12的厚度方向伸展之狀態，與此相輔相成，能讓從與第二接近表面12a之改質區域7m所產生之龜裂到達表面12a或其附近。然後，沿著切斷預定線5m，將與SiC基板12的雷射光射入面之表面12a最接近的改質區域7m相對地形成較小。藉此，既可防止在表面12a產生損傷，又，能使龜裂從改質區域7m確實地到達表面12a。如以上所述，沿著切斷預定線5a，能夠讓龜裂從改質區域7a確實地到達表面12a，又，沿著切斷預定線5m，能使龜裂從改質區域7m確實地到達表面12a。這個效果係與後述的改質區域7a、7m的形成列、形成順序等無關連即可達到，當依據後述的改質區域7a、7m的形成列、形成順序時，更顯著。

又，比起沿著1條切斷預定線5m形成改質區域7m之情況，沿著1條切斷預定線5a，形成較多列數的改質區域7a。藉此，即使a面對SiC基板12的厚度方向傾斜，當各改質區域7a的形成時，既可防止龜裂從改質區域7a朝a面方向大幅地伸展，又，在所有的改質區域7a間，能夠作成為龜裂在SiC基板12的厚度方向容易連結之狀態。又，比起沿著1條切斷預定線5a形成改質區域7a之情況，沿著1條切斷預定線5m，形成較少列數的改質 區域7m。藉此，當各自的改質區域7m的形成時，能夠使龜裂從改質區域7m朝SiC基板12的厚度方向大幅地伸展。如以上所述，沿著切斷預定線5a，能夠使龜裂從改質區域7a朝SiC基板12的厚度方向伸展，又，沿著切斷預定線5m，能夠使龜裂從改質區域7m朝SiC基板12的厚度方向伸展。這個效果係與前述的改質區域7a、7m的形成尺寸、後述的改質區域7a、7m的形成順序無關連而能夠達到，當依據前述的改質區域7a、7m的形成尺寸、後述的改質區域7a、7m的形成順序時，則可更顯著地達到。

又，在形成用來使龜裂朝SiC基板12的厚度方向伸展之條件為和緩的改質區域7m之前，形成用來使龜裂朝SiC基板12的厚度方向伸展之條件為嚴苛之改質區域7a。藉此，當改質區域7a的形成時，在切斷預定線5a與切斷預定線5m交叉之部分，能夠防止龜裂自改質區域7a朝SiC基板12的厚度方向的伸展被改質區域7m所阻礙之情況產生。這個效果係與前述的改質區域7a、7m的形成尺寸、形成列等無關連即可達到。

且，以改質區域7m作為起點而沿著切斷預定線5m，切斷加工對象物1，之後，以改質區域7a作為起點，沿著切斷預定線5a切斷加工對象物1。藉此，藉由較少列數的改質區域7m的形成，沿著想定成較難切斷之切斷預定線5m，切斷加工對象物1，之後，再藉由較多列數的改質區域7a的形成，沿著想定成較容易切斷之切斷預 定線5a，切斷加工對象物1。因此，能夠將沿著切斷預定線5m切斷加工對象物1所需要的力與沿著切斷預定線5a切斷加工對象物1所需要的力予以均等化，可將沿著切斷預定線5m之切斷精度與沿著切斷預定線5a之切斷精度皆進一步提升。這個效果係與前述的改質區域7a、7m的形成尺寸、形成列等無關連即可達到。

圖14係顯示藉由上述的雷射加工方法，沿著切斷預定線5a被切斷之SiC基板12的切斷面的照片的圖。又，圖15係顯示藉由上述的雷射加工方法，沿著切斷預定線5m被切斷之SiC基板12的切斷面的照片的圖。且，圖16係顯示藉由上述的雷射加工方法，沿著切斷預定線5a、5m被切斷之SiC基板12的切斷面的平面照片的圖。在此，準備具有4°的斜角之厚度350μm的六方晶系SiC基板12。

首先，如圖14所示，沿著切斷預定線5a，以排列於SiC基板12的厚度方向的方式，對1條切斷預定線5a形成8列的改質區域7a。然後，以與SiC基板12的作為雷射光射入面之表面12a第二接近的改質區域7a成為較與表面12a最接近的改質區域7a變小的方式，從SiC基板12的裏面12b側依序地形成改質區域7a。從圖14可得知，藉由與第二接近表面12a之改質區域7a的形成，從改質區域7a所產生之龜裂的伸展被停止。其結果，切斷面對切斷預定線5a的蛇行係如圖16所示，抑制在±4μm以下。

再者，從表面12a到聚光點P的位置為止的距離係從SiC基板12的裏面12b側的改質區域7a起依序為314.5μm、280.0μm、246.0μm、212.0μm、171.5μm、123.5μm、79.0μm、32.0μm。又，雷射光L的脈衝能量係從SiC基板12的裏面12b側的改質區域7a起依序為25μJ、25μJ、25μJ、25μJ、20μJ、15μJ、6μJ、6μJ。

又，如圖15所示，沿著切斷預定線5m，以排列於SiC基板12的厚度方向的方式，對1條切斷預定線5m形成6列的改質區域7m。然後，以從與SiC基板12的雷射光射入面之表面12a最接近的改質區域7m成為較與第二接近表面12a之改質區域7m小的方式，從SiC基板12的裏面12b側依序地形成改質區域7m。從圖15可得知，藉由與第二接近表面12a之改質區域7m的形成，從改質區域7m所產生之龜裂伸展至表面12a或其附近。其結果，切斷面對切斷預定線5m的蛇行係如圖16所示，抑制在±2μm以下。

再者，從表面12a到聚光點P的位置為止的距離係從SiC基板12的裏面12b側的改質區域7m起依序為315.5μm、264.5μm、213.5μm、155.0μm、95.5μm、34.5μm。又，雷射光L的脈衝能量係從SiC基板12的裏面12b側的改質區域7m起依序為25μJ、25μJ、20μJ、20μJ、15μJ、7μJ。

其次，說明關於從改質區域7a、7m到達SiC基板12的雷射光射入面之表面12a之龜裂(以下，稱為「半切( half cut)」)與從改質區域7a、7m朝c面方向伸展之龜裂(以下，稱為「c面裂痕」)之關係。在此，如圖17及圖18所示，以在欲使龜裂朝SiC基板12的厚度方向伸展之情況，比起改質區域7m，更不易產生半切且也更不易產生c面裂痕之改質區域7a作為對象進行說明。

圖19係顯示脈衝寬度與ID閾值、HC閾值及加工裕度之關係的表。在此，使脈衝寬度在1ns、10ns~120ns的範圍改變，對每個脈衝寬度，進行ID閾值、HC閾值及加工裕度的評價。又，圖20係顯示脈衝間距與ID閾值、HC閾值及加工裕度之關係的表。在此，使脈衝間距在6μm~22μm的範圍改變，針對每個脈衝間距，進行ID閾值、HC閾值及加工裕度的評價。

再者，ID閾值係指可使c面裂痕產生之雷射光L的脈衝能量的最小值，從ID閾值高者(即，不易產生c面裂痕者)依序評價為優、良、可、不可。又，HC閾值係指可使半切產生之雷射光L的脈衝能量的最小值，從HC閾值低者(即，容易產生半切者)依序評價為優、良、可、不可。且，加工裕度係指ID閾值與HC閾值之差，從加工裕度大者依序評價為優、良、可、不可。然後，總體係以ID閾值、HC閾值、加工裕度之優先順位進行衡量，評價為優、良、可、不可。

其結果可得知，如圖19所示，以20ns~100ns的脈衝寬度使雷射光L進行脈衝發振為佳，以50ns~60ns的脈衝寬度使雷射光L進行脈衝發振為更佳。藉此，既可抑 制c面裂痕的產生，又可促進半切的產生。再者，在脈衝寬度為10ns之情況的ID閾值、加工裕度及總體的各評價係為比起脈衝寬度為20ns之情況，為接近不可之可的狀態。

又，如圖20所示，可得知以脈衝間距成為10μm~18μm的方式，沿著切斷預定線5a、5m對SiC基板12照射雷射光L為佳，以脈衝間距成為11μm~15μm的方式，沿著切斷預定線5a、5m對SiC基板12照射雷射光L為更佳，且，以脈衝間距成為12μm~14μm的方式，沿著切斷預定線5a、5m對SiC基板12照射雷射光L為最佳。藉此，既可抑制c面裂痕的產生，又可促進半切的產生。再者，由於脈衝間距成為10μm時，ID閾值的評價為可，故，若更重視抑制c面裂痕的產生之情況，則脈衝間距較10μm大為更佳。

圖21~圖23係顯示以開口數0.8將雷射光L予以聚光的情況時之脈衝寬度及脈衝間距的加工裕度的實驗結果之表。這些實驗結果係成為圖19及圖20所示的評價之依據。獲得圖21~圖23的實驗結果時的實驗條件係如以下所示。。首先，以具有4°的斜角之厚度100μm的六方晶系SiC基板12作為對象，沿著朝與表面12a及a面呈平行的方向延伸之切斷預定線5a，使雷射光L的聚光點P移動。又，以開口數0.8將雷射光L予以聚光，使聚光點P對位於與SiC基板12的雷射光射入面之表面12a距離59μm的位置。

將以上的實驗條件作為前提，分別使雷射光L的能量(脈衝能量)及功率和雷射光L的脈衝間距改變，觀察改質區域7a以及半切及c面裂痕的狀態。在圖21~圖23中，分別將雷射光L的脈衝寬度作為27ns、40ns、57ns，而將雷射光L的脈衝寬度(重複頻率)作為10kHz、20kHz、35kHz。

在圖21~圖23的實驗結果，ST係顯示未產生半切，HC係顯示有產生半切。又，ID係顯示有產生c面裂痕，LV1~LV3係顯示c面裂痕的產生規模。在分別沿著2條切斷預定線5a，形成改質區域7a之情況，將對40mm的區域(20mm×2條區域)，c面裂痕的產生區域未滿150μm時設為LV1，將c面裂痕的產生區域未滿450μm時設為LV2，將c面裂痕的產生區域成為450μm以上時設為LV3。在LV1，朝與切斷預定線5a呈垂直的方向之c裂痕的伸展成為10μm~20μm，相對於此，在LV2，LV3，朝與切斷預定線5a呈垂直的方向之c裂痕的伸展成為最大之100μm左右。

圖24係顯示脈衝間距與HC閾值之關係的圖表。又，圖25係顯示脈衝間距與ID閾值之關係的圖表。且，圖26係顯示脈衝間距與加工裕度之關係的圖表。這些圖表係依據圖21~圖23的實驗結果所作成的。如圖24及圖25所示，當脈衝寬度變大時，HC閾值及ID閾值雙方均會上升，但，比起HC閾值的劣化(上昇)，ID閾值的提升(上升)效果變大。這是如圖26所示，意味著當脈衝 寬度變大時，加工裕度變大。例如，在著眼於脈衝寬度27ns及脈衝寬度57ns之情況，當脈衝間距為12μm時，HC閾值係從15μJ劣化(上升)2μJ而形成為17μJ，相度於此ID閾值從17μJ提升(上升)12μJ而形成為29μJ。然後，在脈衝寬度40ns的情況，比起脈衝寬度27ns的情況，確認到在脈衝間距10μm~16μm的範圍下加工裕度的大幅提升。又，在脈衝寬度57ns的情況，比起脈衝寬度27ns的情況，確認到在脈衝間距6μm~20μm的範圍下加工裕度的大幅提昇。

圖27~圖29係顯示以開口數0.6將雷射光L予以聚光之情況的脈衝寬度及脈衝間距的加工裕度的實驗結果之表。這些實驗結果係成為圖19及圖20所示的評價之依據。圖27~圖29的實驗結果時的實驗條件係如以下所示。首先，以具有與c面呈斜角分量的角度之表面12a的厚度350μm的六方晶系SiC基板12作為對象，沿著朝與表面12a及a面呈平行的方向延伸之切斷預定線5a，使雷射光L的聚光點P移動。又，以開口數0.6將雷射光L予以聚光，將聚光點P對位於與SiC基板12的雷射光射入面之表面12a相距50μm的位置。

將以上的實驗條件作為前提，分別使雷射光L的能量(脈衝能量)及功率和雷射光L的脈衝間距改變，觀察改質區域7a以及半切及c面裂痕的狀態。在圖27~圖29，分別將雷射光L的脈衝寬度作為27ns、40ns、57ns，而將雷射光L的脈衝寬度(重複頻率)作為10kHz、20kHz、 35kHz。

在圖27~圖29的實驗結果，ST係顯示未產生半切，HC係顯示有產生半切。又，ID係顯示有產生c面裂痕，LV1~LV3係顯示c面裂痕的產生規模。LV1~LV3的基準係與上述的圖21~圖23的實驗結果的情況相同。且，OD係顯示當增大雷射光L的能量時，改質區域7a也變大，因為此原因所產生的龜裂會從切斷預定線5a大幅地偏移，而到達SiC基板12的表面12a。在此情況，未針對c面裂痕進行評價。但，在脈衝寬度40ns及脈衝寬度57ns，脈衝間距為12μm以上時，未產生大規模的c面裂痕。

圖30係顯示脈衝間距與HC閾值之關係的圖表。此圖表係依據圖27~圖29的實驗結果所作成的。如圖30所示，在脈衝寬度57ns的情況，比起脈衝寬度40ns的情況，HC閾值為2μJ~4μJ左右不易產生。比起上述的開口數0.8的情況，在開口數0.6的情況，由於在雷射光L的聚光點P，收差的影響變小，故，在脈衝寬度57ns的情況與脈衝寬度40ns的情況，成為同程度的HC閾值。因此，若進行收差修正，即使脈衝寬度為變大(至少60ns為止)，HC閾值也不會劣化。

其次，說明關於在SiC基板12的雷射光射入面之表面12a附近的HC品質的加工裕度的實驗結果。圖31~圖33的實驗結果時的實驗條件係如以下所示。首先，以具有4°的斜角之厚度100μm的六方晶系SiC基板12作為 對象，沿著朝與表面12a及a面呈平行的方向延伸之切斷預定線5a，使雷射光L的聚光點P移動。又，以開口數0.8將雷射光L予以聚光。

首先，在圖31的實驗結果，以27ns，40ns，50ns，57ns的各自的脈衝寬度照射雷射光L，使用在聚光點位置40.6μm產生半切且在聚光點位置40.6μm未產生半切之能量(脈衝能量)，在25.3μm~40.6μm的範圍改變聚光點位置，觀察半切的狀態。雷射光L的脈衝間距作成為14μm之一定狀態。再者，聚光點位置係指從表面12a到聚光點P的位置為止之距離。其結果，幾乎未產生因脈衝寬度所造成之半切的品質的劣化，在脈衝寬度27ns~57ns產生高品質的(半切對切斷預定線的蛇行小)半切。又，加工裕度係脈衝寬度越大則變得越大。當脈衝寬度小時，在一部分的半切容易產生分枝、裂痕(OD)等。

又，在圖32的實驗結果，以27ns，40ns，50ns，57ns的各自的脈衝寬度照射雷射光L，使脈衝能量在7μJ~12μJ的範圍改變，觀察半切的狀態。雷射光L的脈衝間距係作成為一定的14μm，聚光點位置係作成為一定的34.5μm。其結果，幾乎未產生因脈衝寬度所造成之HC閾值的改變。又，以相同脈衝能量能夠產生相同程度之品質的半切。

且，在圖33的實驗結果，以10μm，12μm，14μm，16μm，18μm的各自的脈衝間距照射雷射光L，使脈衝能量在7μJ~12μJ的範圍改變，觀察半切的狀態。雷 射光L的脈衝寬度係作成為一定的57ns，聚光點位置係作成為一定的34.5μm。其結果，幾乎未產生因脈衝寬度所造成之HC閾值的改變。又，在聚光點位置34.5μm的情況，以相同脈衝能量能夠產生相同程度之品質的半切。

其次，說明關於抑制c面裂痕的其他雷射加工方法。首先，準備具備具有與c面呈斜角分量的角度之表面12a的六方晶系SiC基板12之板狀加工對象物1，並設定切斷預定線5a、5m。接著，如圖34(a)所示，使雷射光L的聚光點P與SiC基板12的內部對位，分別沿著設定於切斷預定線5a(5m)的兩側之2條預備線5p，對加工對象物1照射雷射光L。藉此，沿著各預備線5p，將預備改質區域7p形成於SiC基板12的內部。此預備改質區域7p係包含熔融處理區域。

預備線5p係在與表面12a平行的面內，位於切斷預定線5a(5m)的兩側且朝與切斷預定線5a(5m)平行的方向延伸之線。再者，於每個藉由切斷預定線5a、5m所區劃之區域，在SiC基板12的表面12a形成功能元件之情況，預備線5p係從SiC基板12的厚度方向觀看時，設定在相鄰的功能元件之間的區域內為佳。

在沿著各預備線5p，對加工對象物1照射雷射光L之際，比起作為切斷起點的改質區域7a(7m)，從預備改質區域7p朝SiC基板12不易產生龜裂。預備改質區域7p係可藉由縮小雷射光L的脈衝能量、脈衝間距、脈衝寬度等，比起作為切斷起點的改質區域7a(7m)，能夠 作成為不易在SiC基板12產生龜裂者。

在沿著預備線5p形成預備改質區域7p後，使雷射光L的聚光點P與SiC基板12的內部對位，再沿著切斷預定線5a(5m)對加工對象物1照射雷射光L。藉此，沿著切斷預定線5a(5m)，將作為切斷起點的改質區域7a(7m)形成於SiC基板12的內部。此改質區域7a(7m)係包含熔融處理區域。在沿著切斷預定線5a(5m)形成改質區域7a(7m)後，以改質區域7a(7m)作為起點，沿著切斷預定線5a(5m)切斷加工對象物1。

若依據以上的雷射加工方法，依據以下的理由，可將具備具有與c面呈斜角分量的角度之表面12a的六方晶系SiC基板12之板狀加工對象物1沿著切斷預定線5a、5m精度良好地予以切斷，其結果，能夠獲得沿著切斷預定線5a、5m被精度良好地切斷之加工對象物1(即，功率元件)。

即，在沿著切斷預定線5a(5m)，在SiC基板12的內部形成改質區域7a(7m)時，沿著各預備線5p，於SiC基板12的內部形成預備改質區域7p。然後，預備線5p係在與表面12a平行的面內，位於切斷預定線5a(5m)的兩側且朝與切斷預定線5a(5m)平行的方向延伸。因此，即使龜裂從改質區域7a(7m)朝c面方向伸展，比起如圖34(b)所示未形成預備改質區域7p之情況，如圖34(a)所示，該龜裂(c面裂痕)的伸展也會被預備改質區域7p所抑制。藉此，不需考量龜裂從改質區域 7a(7m)朝c面方向是否容易伸展，即可使龜裂從改質區域7a(7m)朝SiC基板12的厚度方向變得容易伸展地對加工對象物1照射雷射光。再者，由於預備改質區域7p不需要作為切斷的起點來發揮功能(即，不需要促進龜裂從預備改質區域7p朝SiC基板12的厚度方向伸展)，藉由龜裂不易產生於SiC基板12的雷射光L的照射來形成，因此，當形成預備改質區域7p時，容易抑制龜裂從預備改質區域7p朝c面方向伸展。因此，能夠將具備具有與c面呈斜角分量的角度的主面之六方晶系SiC基板12的板狀加工對象物沿著切斷預定線5a(5m)精度良好地予以切斷。

又，當形成改質區域7a(7m)時，在使雷射光L的聚光點P對位於自SiC基板12的雷射光射入面之表面12a起預定的距離之位置的情況時，預備改質區域7p的形成時，也使雷射光L的聚光點P對位於自表面12a起的相同距離之位置。藉此，能夠更確實地抑制龜裂從改質區域7a(7m)朝c面方向之伸展。

再者，即使沿著各預備線5p，在SiC基板12的內部形成預備改質區域7p的同時，沿著設定在這些預備線5p之間的切斷預定線5a(5m)，在SiC基板12的內部形成改質區域7a(7m)，c面裂痕的伸展也會被預備改質區域7p所抑制。在此情況，對沿著切斷預定線5a(5m)之改質區域7a(7m)的形成，使沿著預備線5p之預備改質區域7p的形成先進行為佳。

[產業上的利用可能性]

若依據本發明，沿著切斷預定線，能將具備具有與c面呈斜角分量的角度的主面之六方晶系SiC基板之板狀加工對象物精度良好地予以切斷。

1‧‧‧加工對象物

5a、5m‧‧‧切斷預定線

5p‧‧‧預備線

7a、7m‧‧‧改質區域

7p‧‧‧預備改質區域

12‧‧‧SiC基板

12a‧‧‧表面(主面)

12b‧‧‧裏面(主面)

L‧‧‧雷射光

P‧‧‧聚光點

圖1係用於形成改質區域之雷射加工裝置的構成圖。

圖2係進行雷射加工前的加工對象物的平面圖。

圖3係沿著圖2的加工對象物的III-III線之斷面圖。

圖4係進行雷射加工後的加工對象物的平面圖。

圖5係沿著圖4的加工對象物的V-V線之斷面圖。

圖6係沿著圖4的加工對象物的VI-VI線之斷面圖。

圖7係成為本發明的一實施形態的雷射加工方法的對象之加工對象物的平面圖。

圖8係顯示圖7的加工對象物的結晶構造之圖。

圖9係圖7的加工對象物的一部分斷面圖。

圖10係實施了本發明的一實施形態的雷射加工方法之加工對象物的一部分斷面圖。

圖11係實施了本發明的一實施形態的雷射加工方法之加工對象物的一部分斷面圖。

圖12係實施了本發明的一實施形態的雷射加工方法之加工對象物的一部分斷面圖。

圖13係實施了本發明的一實施形態的雷射加工方法之加工對象物的一部分斷面圖。

圖14係顯示藉由本發明的一實施形態的雷射加工方法所切斷的SiC基板的切斷面的照片之圖。

圖15係顯示藉由本發明的一實施形態的雷射加工方法所切斷的SiC基板的切斷面的照片之圖。

圖16係顯示藉由本發明的一實施形態的雷射加工方法所切斷的SiC基板的平面照片之圖。

圖17係用來針對在SiC基板的內部所產生的c面裂痕進行說明之斜視圖。

圖18係顯示產生c面裂痕的SiC基板的切斷面的照片之圖。

圖19係顯示脈衝寬度與ID閾值、HC閾值及加工裕度之關係的表。

圖20係顯示脈衝間距與ID閾值、HC閾值及加工裕度之關係的表。

圖21係顯示脈衝寬度及脈衝間距的加工裕度的實驗結果之表。

圖22係顯示脈衝寬度及脈衝間距的加工裕度的實驗結果之表。

圖23係顯示脈衝寬度及脈衝間距的加工裕度的實驗結果之表。

圖24係顯示脈衝間距與HC閾值之關係的圖表。

圖25係顯示脈衝間距與ID閾值之關係的圖表。

圖26係顯示脈衝間距與加工裕度之關係的圖表。

圖27係顯示脈衝寬度及脈衝間距的加工裕度的實驗結果之表。

圖28係顯示脈衝寬度及脈衝間距的加工裕度的實驗結果之表。

圖29係顯示脈衝寬度及脈衝間距的加工裕度的實驗結果之表。

圖30係顯示脈衝間距與HC閾值之關係的圖表。

圖31係顯示在雷射光射入面附近之HC品質的加工裕度的實驗結果之表。

圖32係顯示在雷射光射入面附近之HC品質的加工裕度的實驗結果之表。

圖33係顯示在雷射光射入面附近之HC品質的加工裕度的實驗結果之表。

圖34係用來說明本發明的其他實施形態的雷射加工方法之平面圖。

1‧‧‧加工對象物

5a、5m‧‧‧切斷預定線

7a、7m‧‧‧改質區域

12‧‧‧SiC基板

12a‧‧‧表面(主面)

12b‧‧‧裏面(主面)

23‧‧‧擴展帶

L‧‧‧雷射光

P‧‧‧聚光點

Claims (2)

1. 一種雷射加工方法，係用來將具備具有與c面呈斜角分量的角度之主面的六方晶系SiC基板之板狀加工對象物，分別沿著朝與前述主面及a面平行的方向延伸之第1切斷預定線以及朝與前述主面及m面平行的方向延伸之第2切斷預定線予以切斷之雷射加工方法，其特徵為具備有：第1製程，其係藉由使雷射光的聚光點對位於前述SiC基板的內部，沿著前述第1切斷預定線，對前述加工對象物照射前述雷射光，來沿著前述第1切斷預定線，將作為切斷起點的第1改質區域形成於前述SiC基板的內部；和第2製程，其係在前述第1製程後，藉由使前述聚光點對位於前述SiC基板的內部，沿著前述第2切斷預定線，對前述加工對象物照射前述雷射光，來沿著前述第2切斷預定線，將作為切斷起點的第2改質區域形成於前述SiC基板的內部；在進行前述第2製程後，以前述第1改質區域作為起點，沿著前述第1切斷預定線切斷前述加工對象物，以前述第2改質區域作為起點，沿著前述第2切斷預定線切斷前述加工對象物之第3製程。
2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中，前述第1改質區域及前述第2改質區域係包含熔融處理區域。