(57)【要約】【課題】生産性良く部材を分離して高品位な製品を製造できる部材分離装置及び部材分離方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る部材分離装置は、ステージと、照射部と、を備える。前記ステージには、加工部材が載せられる。前記加工部材は、第１部材と、第１部材と接する第２部材と、を含む。前記第１部材は、第１波長を含む波長領域の光に対して透過性を有する。前記第２部材は、前記第１部材と接する。前記第２部材の前記波長領域の光に対する吸収率は、前記第１部材の前記第１波長の光に対する吸収率よりも高い。前記照射は、前記第１波長の成分と、前記波長領域に含まれ前記第１波長とは異なる第２波長の成分と、を含むレーザ光を生成し、そのレーザ光を加工部材に照射する。【選択図】図１
2013066922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長を含む波長領域の光に対して透過性を有する第１部材と、前記第１部材と接し前記第１部材よりも前記波長領域の光に対する吸収率が高い第２部材と、を含む加工部材が載せられるステージと、
前記第１波長の成分と、前記波長領域に含まれ前記第１波長とは異なる第２波長の成分と、を含むレーザ光を生成し、前記レーザ光を前記加工部材に照射する照射部と、
を備えた部材分離装置。
【請求項２】
前記照射部は、
複数の縦モードで発振した複数の波長を有するレーザ光を放出する光源と、
前記光源から放出された前記レーザ光の波長を変換して、前記第１波長の成分と前記第２波長の成分とを生成する波長変換部と、
を含む請求項１記載の部材分離装置。
【請求項３】
前記照射部は、
光源と、
前記光源から放出されたレーザ光を変調してスペクトル幅を拡大する変調部と、
前記変調部で変調されスペクトル幅が拡大されたレーザ光の波長を変換して、前記第１波長の成分と前記第２波長の成分とを生成する波長変換部と、
を含む請求項１または２に記載の部材分離装置。
【請求項４】
前記光源は、その発振波長が２００ナノメートル以上２０００ナノメートル以下である前記レーザ光を放出するレーザ光源である請求項２または３に記載の部材分離装置。
【請求項５】
第１波長の成分と、前記第１波長とは異なる第２波長の成分と、を含むレーザ光を生成し、
前記レーザ光に対して透過性を有する第１部材と、前記第１部材と接し前記第１波長の光に対する吸収率が前記第２波長の光に対する吸収率よりも高い第２部材と、を含む加工部材に前記レーザ光を照射して前記第１部材を前記第２部材から分離する部材分離方法。
【請求項６】
前記レーザ光を生成する工程は、
複数の波長を有するマルチモードのレーザ光を生成し、
前記マルチモードのレーザ光の波長を変換して、前記第１波長の成分と前記第２波長の成分とを生成することを含む請求項５記載の部材分離方法。
【請求項７】
前記レーザ光を生成する工程は、
光源から放出されたレーザ光を変調してスペクトル幅を拡大し、
前記スペクトル幅が拡大されたレーザ光の波長を変換して前記第１波長の成分と前記第２波長の成分とを生成することを含む請求項５記載の部材分離方法。
【請求項８】
前記光源から放出されたレーザ光を変調して前記スペクトル幅を拡大することは、前記レーザ光の波長を時間により変化させることを含む請求項７記載の部材分離方法。
【請求項９】
前記レーザ光の波長帯は、前記レーザ光の利得バンド幅の２０％以上、前記利得バンド幅以下である請求項５〜９のいずれか１つに記載の部材分離方法。
【請求項１０】
第１波長の成分を有するレーザ光を生成し、
前記第１波長の光に対して透過性を有する第１部材と、前記第１部材と接し前記第１部材よりも前記第１波長の光に対する吸収率が高い第２部材と、を含む加工部材に、前記第１部材の前記第２部材とは反対側の面上に設けられ前記第１部材内での前記レーザ光の反射を抑制する光学膜を介して、前記レーザ光を照射して、前記第１部材を前記第２部材から分離する部材分離方法。
【請求項１１】
前記光学膜は、前記レーザ光の波長の１／２よりも小さいピッチの複数の凹凸を有する請求項１０記載の部材分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、部材分離装置及び部材分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体発光素子の製造において、サファイア基板の上にＧａＮ系結晶を成長させ、素子部を形成する。この後、サファイア基板と素子部との界面にレーザ光を照射して、両者を分離することが行われる。このようなレーザ照射による部材の分離において、さらなる生産性の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５２５０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、生産性良く部材を分離して高品位な製品を製造できる部材分離装置及び部材分離方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る部材分離装置は、ステージと、照射部と、を備える。
前記ステージには、加工部材が載せられる。前記加工部材は、第１部材と、第２部材と、を含む。前記第１部材は、第１波長を含む波長領域の光に対して透過性を有する。前記第２部材は、前記第１部材と接する。前記第２部材の前記波長領域の光に対する吸収率は、前記第１部材の前記第１波長の光に対する吸収率よりも高い。
前記照射部は、前記第１波長の成分と、前記波長領域に含まれ前記第１波長とは異なる第２波長の成分と、を含むレーザ光を出射し、前記レーザ光を加工部材に照射する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、部材分離装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、部材分離方法を示す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｂ）は、レーザ光の干渉を説明する模式図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｂ）は、マルチモードのレーザ光での干渉を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｂ）は、強弱比の計算結果を示す図である。
【図６】図６は、規格化した強弱比を示す図である。
【図７】図７は、規格化した強弱比を示す図である。
【図８】図８は、部材分離装置の構成を示す模式図である。
【図９】図９は、部材分離方法を示す模式的斜視図である。
【図１０】図１０は、部材分離方法を示す模式的斜視図である。
【図１１】図１１は、凹凸部を例示する模式的断面図である。
【図１２】図１２は、界面反射率とレーザ光の強弱比との関係を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｈ）は、レーザ光の波長について例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る部材分離装置の構成を例示する模式図である。
図２（ａ）〜（ｃ）は、部材分離方法の概要を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、実施形態に係る部材分離装置１１０は、ステージ２０と、照射部３０と、を備える。
【０００９】
ステージ２０には、加工部材１０が載せられる。ステージ２０は、加工部材１０を載せた状態で例えば固定する治具である。加工部材１０は、第１部材１１と、第１部材１１と接する第２部材１２と、を含む。第１部材１１は、第１波長の光を含む波長領域に対して透過性を有する。第２部材１２は、第１部材１１と接する。第２部材１２の前記波長領域の光に対する吸収率は、第１部材１１の前記波長領域の光に対する吸収率よりも高い。
【００１０】
照射部３０は、第１波長の成分と、第２波長の成分と、を含むレーザ光ＬＳＲ２を生成する。第１波長の成分とは、第１波長にピークを有するレーザ光の成分であり、第２波長の成分とは、第２波長にピークを有するレーザ光の成分である。照射部３０は、第１波長のピークと、第１波長とは異なる第２波長のピークと、を含むレーザ光ＬＳＲ２を生成する。
第２波長にピークを有するレーザ光の強度は、第１波長にピークを有するレーザ光の強度の例えば１／１０以上である。これらのピークはレーザ光である誘導放出光での強度のピークであって、自然放出光のピークは含まれない。
照射部３０は、生成したレーザ光ＬＳＲ２をステージ２０上の加工部材１０に照射する。
【００１１】
図２（ａ）〜（ｃ）に沿って、実施形態に係る部材分離方法を説明する。
実施形態に係る部材分離方法は、レーザ光ＬＳＲ２を生成し、レーザ光ＬＳＲ２を加工部材１０に照射し、第１部材１１を第２部材１２から分離する方法である。
実施形態において、分離とは、第１部材１１を第２部材１２から分離することのほか、第２部材１２を第１部材から分離することも含まれる。
図２（ａ）に表したように、分離を行う加工部材１０は、第１部材１１と、第２部材１２と、を含む。例えば、第１部材１１が成長用基板であり、第２部材１２は、第１部材１１の第１主面１１ａに結晶成長した積層構造体である。第１部材１１は、例えばサファイア基板である。また、第２部材１２は、例えばＧａＮの積層構造体を含む半導体発光素子である。
【００１２】
加工部材１０には、図示しない支持基板が含まれていてもよい。支持基板は、第２部材１２の第１部材１１とは反対側に設けられている。支持基板は、第１部材１１を第２部材１２から分離したのちに、第２部材１２を支える部材になる。支持基板は、電極としての機能を有しても良い。
【００１３】
図２（ｂ）に表したように、第１部材１１は、第１主面１１ａとは反対側の第２主面１１ｂを有する。レーザ光ＬＳＲ２は、第２主面１１ｂ側から加工部材１０に照射される。
第１部材１１は、第１波長の光に対して透過性を有する。第２部材１２の第１波長の光に対する吸収率は、第１部材１１の第１波長の光に対する吸収率よりも高い。
レーザ光ＬＳＲ２の中心波長は、第１波長に設定される。第２主面１１ｂ側から加工部材１０に向けて照射されたレーザ光ＬＳＲ２は、第１部材１１を透過して、第２部材１２の第１部材１１との境界面１２ａに到達する。
【００１４】
第２部材１２は、レーザ光ＬＳＲ２を吸収する。第２部材１２の第１部材１１との境界面１２ａは、レーザ光ＬＳＲ２の吸収によって加熱される。例えばＧａＮを含む第２部材１２では、ＧａＮ成分が、例えば、以下の式のごとく反応する。
ＧａＮ→Ｇａ＋（１／２）Ｎ２↑
その結果、境界面１２ａの近傍のＧａＮが溶融、改質及び分解の少なくともいずれかを起こす。図２（ｃ）に表したように、第１部材１１は、第２部材１２から分離される。
【００１５】
実施形態では、上記のようなレーザ光の照射による加工部材１０の分離を行うにあたり、第１波長のピークと、第１波長とは異なる第２波長のピークと、を含むレーザ光ＬＳＲ２を用いる。例えば、レーザ光ＬＳＲ２は、マルチモードのレーザ光を含む。マルチモードのレーザ光ＬＳＲ２は、複数の縦モードで発振したレーザ光を含む。
【００１６】
実施形態に係る部材分離装置１１０は、このようなレーザ光ＬＳＲ２を照射して加工部材１０の分離を行う装置である。
【００１７】
レーザ光ＬＳＲ２に含まれる、互いに波長の異なるレーザ光は、透過する第１部材１１の内部において異なる干渉パターンを形成する。複数の波長について形成されたそれぞれの干渉パターンが重なると、干渉パターンの強弱が弱まる。したがって、レーザ光ＬＳＲ２の干渉パターンに起因する加熱の斑が抑制され、確実に均一に第１部材１１を第２部材１２から分離できる。
【００１８】
実施形態に係る部材分離装置１１０において、照射部３０は、光源３１Ａを含む。光源３１Ａから放出されるレーザ光ＬＳＲ１の発振波長は、２００ナノメートル（ｎｍ）以上２０００ｎｍ以下である。
【００１９】
レーザ光ＬＳＲ１の発振波長が２００ｎｍ未満では、真空紫外線となり空気による吸収損失を無視できなくなる。また、レーザ光ＬＳＲ１の発振波長が２０００ｎｍを超えると、加熱効率の低下及び加工精度の低下を招く。これは、部材１１及び１２の接合界面における溶融の厚さは、第２部材１２におけるレーザ光の浸透距離程度となるが、波長が長いと浸透距離が伸び、また界面反射率も増大するためである。また、高倍波（例えば、１０倍波）を得ようとすると、波長変換効率が大幅に下がるため、敢えて２０００ｎｍを超える長波長光を使うメリットは少ないためである。
【００２０】
一例として、光源３１Ａから放出されるレーザ光ＬＳＲ１のピーク波長は、２００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲にあることが望ましい。例えば、２４６ｎｍの発振波長を持つＫｒＦエキシマレーザ、１０６４ｎｍの発振波長を持つＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ、及びＮｄ：ＹＶＯ４レーザが挙げられる。レーザ光ＬＳＲ１は、例えばマルチモードのレーザ光である。光源３１Ａは、マルチモードで発振し複数の波長を有するレーザ光ＬＳＲ１を放出する。マルチモードのレーザ光ＬＳＲ１には、複数の縦モードで発振したレーザ光が含まれる。
【００２１】
照射部３０は、光源３１Ａのほか、例えば、第１拡大部３２、第１コリメート部３３、縮小部３４、第２コリメート部３６及び第２拡大部３７を含んでいる。第１拡大部３２は、レーザ光ＬＳＲ１のビーム径を拡大する。
【００２２】
第１コリメート部３３は、ビーム径が拡大されたレーザ光ＬＳＲ１を例えば平行光にする。第１コリメート部３３は、例えば、減衰器３３１及び波長板３３２を含んでいる。縮小部３４は、第１コリメート部３３で平行光になったレーザ光ＬＳＲ１のビーム径を縮小する。
【００２３】
第２コリメート部３６は、ビーム径が縮小されたレーザ光ＬＳＲ１を例えば平行光にする。第２コリメート部３６には、必要に応じて波長変換素子３５が設けられている。波長変換素子３５は、光源３１Ａから放出されたレーザ光ＬＳＲ１の波長を変換して、第１波長の成分と第２波長の成分とを生成する。波長変換素子３５は、レーザ光ＬＳＲ１の中心波長を、第１波長に変換する。実施形態では、波長変換素子３５は、レーザ光ＬＳＲ１の中心波長を、例えば１／ｎ（ｎは２以上の整数）にする。
【００２４】
第２拡大部３７は、波長変換素子３５で波長変換されたレーザ光ＬＳＲ２のビーム径を拡大する。
【００２５】
照射部４０には、例えば、同軸光学部３８と、対物レンズ３９と、が設けられている。同軸光学部３８は、レーザ光ＬＳＲ２の光路と同軸で、レーザ光ＬＳＲ２の照射位置を観察する部分である。
【００２６】
対物レンズ３９は、レーザ光ＬＳＲ２の焦点をステージ２０上の加工部材１０に合わせる。加工部材１０には、複数のピーク波長を有するレーザ光ＬＳＲ２が照射される。レーザ光ＬＳＲ２の中心波長は第１波長であるため、レーザ光ＬＳＲ２は、加工部材１０の第１部材１１を透過し、第２部材１２で吸収される。また、複数のピーク波長を有するレーザ光ＬＳＲ２によって、第１部材１１内でのレーザ光ＬＳＲ２の干渉パターンの強弱が弱まる。したがって、レーザ光ＬＳＲ２による加工部材１０の加熱が均一化され、第１部材１１は、第２部材１２から確実に均一に分離される。
【００２７】
実施形態に係る部材分離装置１１０においては、ステージ２０に載せられた加工部材１０と、レーザ光ＬＳＲ２の照射位置と、の相対的な位置を制御する制御部５０が設けられている。例えば、この例では、ステージ２０が少なくとも２軸（加工部材１０を載せる面に沿った直交する２軸）に移動可能に設けられている。制御部５０は、ステージ２０の少なくとも２軸に沿った位置を制御する。なお、ステージ２０の少なくとも１軸に沿った位置が固定されており、制御部５０は、レーザ光ＬＳＲ２の照射位置を制御しても良い。また、制御部５０は、レーザ光ＬＳＲ２の照射時間を制御する機能を含んでいてもよい。例えば、制御部５０は、光源３１Ａを制御して、レーザ光ＬＳＲ２を間欠で照射する制御や、連続で照射する制御などを行ってもよい。
【００２８】
レーザ光の照射による加工部材１０の分離において、分離の不良が発生することがある。本願発明者は、この不良が、レーザ光の干渉による影響によって加工部材１０の加熱が不均一になることに起因することを見出した。
【００２９】
レーザ光を透過する第１部材１１の表面には有意の凹凸構造がある。さらに、第１部材１１の厚さが１００マイクロメートル（μｍ）以上であるため、第１部材１１内での多重反射による干渉効果は、散乱と厚さの効果によって抑制されると期待できる。
【００３０】
しかしながら、加工部材１０を分離する際に用いるレーザ光のスポット径は、例えば２０μｍ以上、５０μｍ以下程度であり、第１部材１１の表面の凹凸サイズに比べて十分大きい。第１部材１１の厚さが薄いと、第１部材１１内での干渉を抑制するほどの散乱は発生しにくい。また、レーザ光のスペクトル線幅は十分狭く、第１部材１１の厚さが例えば１００μｍ〜５００μｍ程度では、レーザ光の波長の僅かな違いによる干渉の抑制は殆ど期待できない。さらに、第１部材１１と第２部材１２との境界面１２ａは、レーザ光の波長帯においては吸収が大きいため反射率も高く、第１部材１１内での多重反射の影響が許容できない大きさになる場合がある。
【００３１】
その結果、第１部材１１の厚さの均一性が不十分である場合は、レーザ光の干渉によって、加熱の程度が面内で不均一になる。そして、その加熱の強弱比が、これらの部材を分離するための条件のウインドウの上限と下限との比よりも大きくなると、レーザの出力をいかに調整しても正常な剥離が困難になる。また、加熱の強弱比が、上記のウインドウの上限と下限の比よりも小さい場合であっても、無視できない程度の大きさである場合は、分離工程の歩留まりに大きな影響を与える。すなわち、確実に分離できる部分とできない部分とが発生する可能性があり、生産性を低下させる。
実施形態は、このような新たに見出された課題に基づき成されたものである。
【００３２】
図３は、レーザ光の干渉を説明する模式図である。
図３（ａ）は、加工部材の模式的断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の境界面１２ａでの光強度を表す模式図である。図３（ａ）に示す部分Ｈは、レーザ光によって加熱される部分である。図３（ｂ）に示す部分Ｐ１は光の強い部分、部分Ｐ２は光の弱い部分である。
以下の説明で使用する記号は、次のように定義される。
【００３３】
Ｌは、第１部材１１の厚さである。
ｎxは、媒質ｘの屈折率である。例えば、ｎ0は外部の屈折率、ｎ1は第１部材１１の屈折率、ｎ2は第２部材１２の屈折率である。
ｒxyは、媒質ｘと媒質ｙへ光が入射するときの電場振幅反射率である。ｒxyは、（ｎx−ｎy）／（ｎx＋ｎy）で表される。
Ｒxは、媒質ｘと媒質ｘ−１との界面における電力反射率である。Ｒxは、（ｒx,x-1）２または（ｒx-1,x）２で表される。
ｔxyは、媒質ｘから媒質ｙへ光が入射するときの電場振幅透過率である。ｔxyは、２ｎx／（ｎx＋ｎy）＝１＋ｒxyで表される。
λは、レーザ光の中心波長である。
Δλは、レーザ光のモード間隔である。
λwは、レーザ光のスペクトル分布がガウシアンであると仮定した場合の利得バンド幅である。
ｍは、レーザ光の縦モード番号である。中心波長はｍ＝０である。
Ｍは、レーザ光の縦モード範囲である。−Ｍ≧ｍ≧＋Ｍである。
【００３４】
ここで、第１部材１１におけるレーザ光の吸収は無視できるものとする。図３に表したように、第１部材１１の厚さＬは、場所により異なる値をとるので、レーザ光が第１部材１１での多重反射を経て最終的に反射してくる割合（Ｒtotla）を計算すれば、照射されるレーザ光の加熱に寄与する割合（加熱強度：Ｐheat）を、Ｐheat＝１−Ｒtotlaで表すことができる。Ｐheatは、次の数式１で表せる。
【００３５】
【数１】
2013066922.tif 000003
【００３６】
ここで、レーザ光の干渉による強弱の比の最大値をηとすると、ηは次の数式２で表せる。
【００３７】
【数２】
2013066922.tif 000004
【００３８】
加熱強度Ｐheatは、第１部材１１が、ΔＬ＝λ／４ｎだけ変化するごとに、最大値または最小値をとることになる。
【００３９】
一例として、第１部材１１にサファイア基板を用い、第２部材１２にＧａＮ系半導体の積層構造体（半導体結晶成長層）の場合を挙げる。
レーザ光の中心波長（λ）を２６６ナノメートル（ｎｍ）、第１部材１１の屈折率（ｎ１）を１．８、第１部材１１の厚さ（Ｌ）を２００ｍｍ、第１部材１１と第２部材１２との境界面１２ａでの反射率（以下、単に「界面反射率」という。）（Ｒ２）を２０％、とすると、ΔＬ＝３７ｎｍが得られる。この値は、一般的な基板サイズにおいて、基板の反りや研磨斑などによる厚さの不均一性から、回避するのは困難な誤差である。したがって、同一の第１部材１１（サファイア基板）には、レーザ光の最大の強弱比が存在すると考えられる。また、このときの最大の強弱比（η）は、１．６７である。
【００４０】
図４は、マルチモードのレーザ光での干渉の状態を模式図である。
図４（ａ）は、加工部材の模式的断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の境界面１２ａでの光強度を表す模式図である。
図４に表したように、マルチモードのレーザ光では、各波長λ１及びλ２についてのそれぞれの干渉は、図３に示す場合と同様である。
一方、各波長λ１及びλ２において、干渉の強弱の現れる位置が相違する。このように、各波長λ１及びλ２について、干渉の強弱の位置が相違することで、それぞれの干渉の強弱が打ち消し合うことになる。これにより、マルチモードのレーザ光（例えば、レーザ光ＬＳＲ２）では、干渉による第１部材１１と第２部材１２との境界面１２ａでの加熱の不均一性が抑制され、第１部材１１と第２部材１２とを確実に分離できるようになる。
【００４１】
次に、マルチモードでの加熱強度（Ｐheat）について説明する。
なお、ここでは、第１部材１１の表面での反射率（Ｒ１）を８．１６％とする。
マルチモードでの加熱強度（Ｐheat）は、次の数式３で表される。
【００４２】
【数３】
2013066922.tif 000005
【００４３】
図５は、マルチモードでの干渉による強弱比の計算結果を例示した図である。
図５では、界面反射率Ｒ２が２０％の場合を例示している。なお、図５（ｂ）は、（ａ）のη＝１．００〜１．１４を拡大した図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）において、横軸は第１部材１１の厚さＬ（μｍ）、縦軸は強弱比ηである。図５（ａ）及び図５（ｂ）では、レーザ光の縦モード範囲Ｍをパラメータとした強弱比ηを表している。
【００４４】
図６は、図５に示す強弱比ηを規格化したものを示す図である。
図６において、横軸は第１部材１１の厚さＬ（μｍ）、縦軸は規格化強弱比ηnormである。
図６に表した規格化強弱比ηnormは、第１部材１１の厚さＬに対する強弱比η（Ｌ）を、強弱比ηが最大になるη（０）で規格化したものである。
ここで、η（０）は、η（０）＝｛（１＋√（Ｒ１・Ｒ２））／（１−√（Ｒ１／Ｒ２））｝２で表される。
また、厚さＬに対する規格化強弱比はη（Ｌ）normは、η（Ｌ）norm＝（η（Ｌ）−１）／（η（０）−１）で表される。
すなわち、ηnorm＝１は、η＝｛（１＋√（Ｒ１・Ｒ２））／（１−√（Ｒ１／Ｒ２））｝２を意味し、ηnorm＝０は、η＝１を意味する。
【００４５】
図６では、一例として、光源としてＮｄ:ＹＶＯ４を使用し、中心波長１０６４ｎｍのレーザ光を４倍高調波に変換し、中心波長２６６ｎｍとして使用する場合を例示している。
図６では、レーザ光のモードスパンとして、利得バンド幅（λw＝０．２４ｎｍ）を利用した場合において、レーザ光の縦モード範囲Ｍをパラメータとした規格化強弱比η（Ｌ）normを表している。
なお、縦モード範囲Ｍ＝１のモード数は３であり、Ｍ＝３のモード数は７であり、Ｍ＝５のモード数は１１である。また、ｍ＝±１は、Ｍ＝１の中心波長を除いた２つのモード（モード数２）の場合を示している。
利得バンド幅は、レーザ光のピーク波長の強度に対して半分の強度になる波長域（半値幅）である。
【００４６】
図７は、他のモードスパンにおける規格化強弱比ηnormの例を表した図である。
図７では、図６と同様な規格化強弱比ηnormについて、レーザ光のモードスパンを、レーザ光の利得バンド幅の１／５にした場合を例示している。すなわち、図７における利得バンド幅λwは、０．２４ｎｍ×０．２＝０．０４８ｎｍである。
【００４７】
図６及び図７に表したように、モード数が少ない場合、第１部材１１の厚さＬに応じた強弱比ηは、周期的に最大値に戻る場合がある。この厚さＬの周期ＬTには、次の数式４に示す関係がある。
【００４８】
【数４】
2013066922.tif 000006
【００４９】
一方、強弱比ηが最大値の半分以上の値をとる厚さＬの範囲、すなわち、半値半幅ＬHWHMには、次の数式５の関係が認められる。ただし、αMは、縦モード範囲（Ｍ）、モードスパン（２ＭΔλ）及び利得バンド幅（λw）に依存する係数とする。一例として、Ｍ＝３で、２ＭΔλ＝λwの場合は、αM≒７．４である。Ｍ＝∞で、２ＭΔλ＝５λwの場合は、αM≒９．１である。
【００５０】
【数５】
2013066922.tif 000007
【００５１】
これらの数式による関係では、ＬTは、第１部材１１の厚さＬの上限を、ＬHWHMは、干渉の抑制効果の現れる第１部材１１の厚さＬの下限を表しているとみなすこともできる。したがって、ＬTは大きいほど、ＬHWHMは小さいほど、干渉の抑制効果に優れる。つまり、数式４及び数式５から分かるように、モード間隔（隣り合うモードの中心波長の間隔）は狭いほど、モードスパンは広いほど好ましい。
【００５２】
また、図６及び図７に表したように、実用的に用いられる第１部材１１の厚さＬ（例えば、１００μｍ以上、４００μｍ以下）においては、縦モード範囲Ｍ＝３以上であれば、モードスパンが、利得バンド幅（λw）の２０％以上、利得バンド幅（λw）以下において、干渉の抑制効果を十分に得ることができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る部材分離装置の構成を例示する模式図である。
図８に表したように、実施形態に係る部材分離装置１２０は、ステージ２０と、照射部３０と、を備える。部材分離装置１２０において、ステージ２０は、図１に表した部材分離装置１１０と同じである。
【００５４】
照射部３０は、第１波長及び第１波長とは異なる第２波長のレーザ光を含むレーザ光ＬＳＲ５を出射する。レーザ光ＬＳＲ５は、光源３１Ｂから放出されたレーザ光ＬＳＲ３の変調によってスペクトル幅が拡大されたものである。レーザ光ＬＳＲ５のスペクトル幅の中には、少なくとも第１波長の第１レーザ光ＬＳＲ５ａと、第２波長の第２レーザ光ＬＳＲ５ｂと、が含まれる。
変調されたレーザ光ＬＳＲ５には、１つ以上のスペクトル分布が含まれる。第１レーザ光ＬＳＲ５ａと、第２レーザ光ＬＳＲ５ｂと、は、１つのスペクトル分布に含まれることも、複数のスペクトル分布にそれぞれ含まれることもある。
【００５５】
照射部３０は、光源３１Ｂを含んでいる。光源３１Ｂは、シングルモードのレーザ光ＬＳＲ３を放出する。光源３１Ｂから放出されるレーザ光ＬＳＲ３の発振波長は、例えば光源３１Ａから放出されるレーザ光ＬＳＲ１と同様、２００ナノメートル（ｎｍ）以上２０００ｎｍ以下である。一例として、光源３１Ｂから放出されるレーザ光ＬＳＲ３のピーク波長は、２００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲にあることが望ましい。例えば、２４６ｎｍの発振波長を持つＫｒＦエキシマレーザ、１０６４ｎｍの発振波長を持つＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ、及びＮｄ：ＹＶＯ４レーザが挙げられる。
【００５６】
照射部３０は、光源３１Ｂのほか、例えば、第１拡大部３２、第１コリメート部３３、縮小部３４、第２コリメート部３６及び第２拡大部３７を含んでいる。第１拡大部３２は、レーザ光ＬＳＲ３のビーム径を拡大する。
【００５７】
第１コリメート部３３は、ビーム径が拡大されたレーザ光ＬＳＲ３を例えば平行光にする。第１コリメート部３３は、例えば減衰器３３１及び波長板３３２を含んでいる。また、第１コリメート部３３には、変調部３３３が設けられている。変調部３３３は、所定の電気信号に応じてレーザ光ＬＳＲ３を変調し、レーザ光ＬＳＲ３のスペクトル幅を拡げたレーザ光ＬＳＲ４を放出する。レーザ光ＬＳＲ４のスペクトル分布は、例えばレーザ光ＬＳＲ３と同じ中心波長であってレーザ光ＬＳＲ３よりもスペクトル幅が拡がった分布をもつ。なお、レーザ光ＬＳＲ４のスペクトル分布には、レーザ光ＬＳＲ３の中心波長を間にした両側にそれぞれ分布をもつ場合もある。
【００５８】
縮小部３４は、変調部３３３で変調されたレーザ光ＬＳＲ４のビーム径を縮小する。第２コリメート部３６は、ビーム径が縮小されたレーザ光ＬＳＲ４を例えば平行光にする。第２コリメート部３６には、必要に応じて波長変換素子３５が設けられている。波長変換素子３５は、変調部３３３で変調されたレーザ光ＬＳＲ４の波長を変換して、第１波長の成分と第２波長の成分とを含むレーザ光ＬＳＲ５を生成する。
【００５９】
第２拡大部３７は、波長変換素子３５で波長変換されたレーザ光ＬＳＲ５のビーム径を拡大する。
【００６０】
実施形態に係る部材分離装置１２０においては、ステージ２０に載せられた加工部材１０と、レーザ光ＬＳＲ５の照射位置と、の相対的な位置を制御する制御部５０が設けられていてもよい。
【００６１】
部材分離装置１２０では、レーザ光ＬＳＲ３を変調部３３３によって高速変調することにより、モード間隔が無限に小さいマルチモードのレーザ光を発振している状態と同等になる。
【００６２】
互いにピーク波長の異なるレーザ光は、同一の第１部材１１において異なる干渉パターンを持つ。したがって、複数のピーク波長のレーザ光による、それぞれの干渉パターンを重ね合わせることで、干渉パターンの強弱が弱められる。これにより、干渉パターンに起因する加工部材１０の加熱の不均一性が抑制される。
【００６３】
ここで、部材分離装置１２０においては、光源３１Ｂから放出するレーザ光ＬＳＲ３の中心波長を長波長として、レーザ光ＬＳＲ３を高次高調波（Ｎ次高調波）に変換して用いることが望ましい。Ｎ次高調波を用いる場合、Ｎ次高調波への変換前に変調を施すことにより、変調を行う際には１／Ｎの変調速度（変調周波数）で済むためである。
【００６４】
なお、部材分離装置１２０では、シングルモードのレーザ光ＬＳＲ３を変調する例を説明したが、マルチモードのレーザ光を変調してもよい。すなわち、第１の実施形態と、第２の実施形態と、を組み合わせ、光源３１Ｂの代わりに光源３１Ａを用い、マルチモードのレーザ光を変調部３３３で変調するようにしてもよい。
【００６５】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る部材分離方法を説明する模式的斜視図である。
図１０は、第３の実施形態に係る部材分離方法を説明する模式的斜視図である。
図１０では、図９に示すＡ部におけるレーザ光の透過及び反射の状態を例示している。
すなわち、第３の実施形態に係る部材分離方法は、第１波長にピークを有するレーザ光を生成し、レーザ光を加工部材１０に照射し、第１部材１１と、第２部材１２と、を分離する方法である。
レーザ光を照射する工程では、加工部材１０の第１部材１１の第２主面１１ｂに光学膜１５を設けておき、この光学膜１５を介してレーザ光を照射する。
【００６６】
光学膜１５は、例えば、第１部材１１の内部でのレーザ光ＬＳＲの反射を抑制する反射抑制膜である。なお、光学膜１５は、レーザ光ＬＳＲの反射を抑制する層であればどのようなものでもよい。例えば、光学膜１５は、複数の凹凸（凸部または凹部）を有するものであってもよい。
【００６７】
図１１は、凹凸部を例示する模式的断面図である。
図１１では、図１０に示すＢ部を拡大した断面図を模式的に示している。
図１１に表したように、光学膜１５には、連続した凸部１５１及び凹部１５２を有する凹凸部１５０が設けられている。例えば、隣り合う２つの凹凸（凸部１５１または凹部１５２）のピッチＰＴは、レーザ光ＬＳＲのピーク波長（第１波長）よりも小さい。例えば、ピッチＰＴは、レーザ光ＬＳＲのピーク波長（第１波長）の１／２よりも小さい。このような凹凸部１５０を有する光学膜１５によって、レーザ光ＬＳＲの反射率を抑制することができる。
なお、凹凸部１５０は、第１部材１１の第２主面１１ｂに、第１部材１１と一体に設けられていてもよい。
【００６８】
図１２は、界面反射率と、レーザ光の強弱比と、の関係の計算例を示す図である。
図１２において、横軸は界面反射率（Ｒ２）、縦軸は強弱比ηである。図１２は、光学膜１５の反射率（Ｒ１）をパラメータとして、数２を用いて界面反射率（Ｒ２）に対する強弱比ηを計算した。
界面反射率（Ｒ２）の範囲は、０％〜９９％である。光学膜１５の反射率（Ｒ１）の範囲は、２０％、１０％、５％、２％、１％、０．５％及び０．１％である。
なお、参考として、サファイアの表面の反射率（８．１６％）をパラメータとした計算結果も示されている。
【００６９】
図１２に表したように、サファイアの表面の反射率（８．１６％）における強弱比ηは、界面反射率（Ｒ２）の影響を大きく受けている。例えば、界面反射率（Ｒ２）が２０％のとき、強弱比ηは約１．６７である。また、界面反射率（Ｒ２）が３６％を越えたあたりから、強弱比ηは２以上になる。
【００７０】
ここで、仮に、反射率（Ｒ１）が０．１％の光学膜１５を形成した場合、界面反射率（Ｒ２）が２０％のとき、強弱比ηは約１．０７に抑制される。また、界面反射率（Ｒ２）が９０％のとき、強弱比ηは約１．１３に抑制される。
【００７１】
例えば、光学膜１５として、第１部材１１のレーザ光ＬＳＲに対する屈折率（ｎ０）と、第１部材１１よりもレーザ光ＬＳＲの入射側の媒質（例えば、空気）のレーザ光ＬＳＲに対する屈折率（ｎ１）と、の中間の屈折率を有する誘電体（例えば、酸化シリコン）を、例えば４５ｎｍ程度の厚さでスパッタ成膜等により形成した場合、反射率（Ｒ１）が１％程度になる。これにより、界面反射率（Ｒ２）が２０％のとき、強弱比ηを１．２１程度まで抑制することができる。
【００７２】
このように、第１部材１１に光学膜１５を設けることで、第１部材１１内でのレーザ光ＬＳＲの干渉の強弱を抑制することができ、干渉パターンに起因する加工部材１０の加熱斑が抑制される。これにより、レーザ光ＬＳＲの照射によって、第１部材１１と第２部材１２とを確実に分離できるようになる。
【００７３】
なお、このようなレーザ光ＬＳＲの干渉を抑制する光学膜１５は、加工部材１０の第１部材１１に設けられる。したがって、第１部材１１に光学膜１５が設けられた加工部材１０には、実施形態に係る部材分離方法が適用され得る。
【００７４】
図１３（ａ）〜（ｈ）は、上記説明した各実施形態で適用されるレーザ光の波長について例示する模式図である。
図１３（ａ）には、第１部材１１及び第２部材１２についての波長λに対する光の透過率ＴＲが表されている。
図１３（ｂ）〜（ｈ）には、波長λに対するレーザ光の強度ＰＷが表されている。
【００７５】
図１３（ａ）に表したように、第１波長λ１を含む波長領域ＷＲにおいて、第１部材１１の光の透過率ＴＲ１は、第２部材１２の光の透過率ＴＲ２よりも高い。すなわち、波長領域ＷＲにおいて、第２部材１２の光の吸収率は、第１部材１１の光の吸収率よりも高い。
【００７６】
図１３（ｂ）〜（ｃ）には、参考例に係るレーザ光の波長が表されている。
図１３（ｂ）は、加工部材１０に照射する光として、第１波長λ１にピークを有するシングルモードのレーザ光ＬＳＲを用いる例である。
図１３（ｃ）は、第１波長λ１とは異なる波長にピークを有するシングルモードのレーザ光ＬＳＲ’を波長変換して、第１波長λ１にピークを有するレーザ光ＬＳＲを生成し、これを加工部材１０に照射する例である。
図１３（ｂ）〜（ｃ）に表したレーザ光ＬＳＲを用いる例では、図３に表したように、レーザ光ＬＳＲの干渉による光強度の強弱が境界面１２ａで現れることになる。
【００７７】
図１３（ｄ）〜（ｅ）には、第１実施形態に対応したレーザ光の波長が表されている。
図１３（ｄ）は、第１波長λ１及び第２波長λ２にピークを有するマルチモードのレーザ光ＬＳＲ２を加工部材１０に照射する例である。レーザ光ＬＳＲ２は、波長領域ＷＲに含まれる。この例では、波長変換を用いていないことから、光源３１Ａから放出されるレーザ光ＬＳＲ１の波長と、加工部材１０に照射されるレーザ光ＬＳＲ２とは同じである。
【００７８】
図１３（ｅ）は、光源３１Ａから放出したレーザ光ＬＳＲ１を波長変換して、第１波長λ１及び第２波長λ２にピークを有するレーザ光ＬＳＲ２を生成し、このレーザ光ＬＳＲ２を加工部材１０に照射する例である。レーザ光ＬＳＲ２は、波長帯域ＷＲに含まれる。
【００７９】
図１３（ｄ）〜（ｅ）に表したレーザ光ＬＳＲ２を用いる例では、図４に表したように、レーザ光ＬＳＲ２に含まれる第１波長λ１及び第２波長λ２のレーザ光による境界面１２ａでの干渉の強弱の打ち消し合いによって、加熱の不均一性が抑制される。これにより、第１部材１１と第２部材１２とを確実に分離できるようになる。
【００８０】
図１３（ｆ）〜（ｈ）には、第２実施形態に対応したレーザ光の波長が表されている。
図１３（ｆ）は、光源３１Ｂから放出したシングルモードのレーザ光ＬＳＲ３を変調して、スペクト幅を拡大したレーザ光ＬＳＲ４を生成し、波長変換によって第１波長λ１及び第２波長λ２を含むレーザ光ＬＳＲ５を生成し、このレーザ光ＬＳＲ５を加工部材１０に照射する例である。レーザ光ＬＳＲ５は、波長帯域ＷＲに含まれる。
【００８１】
図１３（ｇ）は、光源３１Ｂから放出したシングルモードのレーザ光ＬＳＲ３を変調してスペクト幅を拡大し、２つの分布のレーザ光ＬＳＲ４を生成し、波長変換によって第１波長λ１及び第２波長λ２を含むレーザ光ＬＳＲ５を生成し、このレーザ光ＬＳＲ５を加工部材１０に照射する例である。レーザ光ＬＳＲ５は、波長帯域ＷＲに含まれる。第１波長λ１及び第２波長λ２は、レーザ光ＬＳＲ５のそれぞれの分布に含まれる。
【００８２】
図１３（ｈ）は、光源３１Ｂから放出したマルチモードのレーザ光ＬＳＲ３を変調して、スペクト幅を拡大したレーザ光ＬＳＲ４を生成し、波長変換によって第１波長λ１及び第２波長λ２を含むレーザ光ＬＳＲ５を生成し、このレーザ光ＬＳＲ５を加工部材１０に照射する例である。レーザ光ＬＳＲ５は、波長帯域ＷＲに含まれる。
【００８３】
図１３（ｆ）〜（ｈ）に表したレーザ光ＬＳＲ５を用いる例では、図４に表したレーザ光ＬＳＲ２と同様に、レーザ光ＬＳＲ５に含まれる第１波長λ１及び第２波長λ２のレーザ光による境界面１２ａでの干渉の強弱の打ち消し合いによって、加熱の不均一性が抑制される。これにより、第１部材１１と第２部材１２とを確実に分離できるようになる。
【００８４】
以上説明したように、実施形態によれば、生産性良く部材を分離して高品位な製品を製造できる部材分離装置及び部材分離方法が提供できる。
【００８５】
なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【００８６】
例えば、第１部材１１はサファイア以外であっても適用可能である。また、第２部材１２は半導体積層体以外であっても適用可能である。
【００８７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８８】
１０…加工部材、１１…第１部材、１１ａ…第１主面、１１ｂ…第２主面、１２…第２部材、１２ａ…境界面、１５…光学膜、２０…ステージ、３０…照射部、３１Ａ，３１Ｂ…光源、３２…第１拡大部、３３…第１コリメート部、３４…縮小部、３５…波長変換素子、３６…第２コリメート部、３７…第２拡大部、３８…同軸光学部、３９…対物レンズ、５０…制御部、１５０…凹凸部、１５１…凸部、１５２…凹部、λ１，λ２…各波長、１１０、１２０…部材分離装置、３３１…減衰器、３３２…波長板、３３３…変調部、Ｌ…厚さ、ＬＳＲ，ＬＳＲ１〜ＬＳＲ５、ＬＳＲ５ａ、ＬＳＲ５ｂ…レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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【図４】
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