JP2004284101A - Processing method using beam and apparatus therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a processing method for facilitating the cutting of an article to be processed such as single crystal silicon or the like, and an apparatus therefor. <P>SOLUTION: This processing apparatus is equipped with a throat part 102 having a pair of taper parts which are separated from each other on the surface side of the article 100 to be processed such as single crystal silicon or the like to prescribe a gap and expanded so as to be inclined with respect to the normal line direction of the surface of the article 100 to be processed and constituted so that the beam 101 emitted toward the article 100 to be processed is amplified to irradiate the processing position of the article to be processed and the surface prescribed by the irradiation direction and position of the beam of the article to be processed is used as a cutting surface to cut the article to be processed into thin plates. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物の加工方法と装置に関し、特に、被加工物の薄板への切断に好適とされる加工方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
単結晶シリコン薄膜を合成石英等の基板に形成する加工技術として、スマートカット法が知られている(例えば特許文献1、2参照)。このスマートカット法(1996年フランスのSOITEC社が発表)は、水素脆化を利用し、ビームを用いてシリコンウェーハをカットするものである。ここで、スマートカット方法の概略を説明しておくと、ボンドウェーハを熱酸化することで、熱酸化膜を形成し、その後、イオンインプランテーション法により、水素イオンを添加し、ボンドウェーハ内には水素で終端された微小な空洞(「水素打ち込み層」ともいう)が形成され、ボンドウェーハと薄膜の支持基板となるベースウェーハとを室温で貼り合わせ、500℃程度の加熱処理を施すことで、水素打ち込み層では水素脆化が生じ、水素脆化による破断層が形成され、単結晶シリコン薄膜のみを残して容易にボンドウェーハが剥がれ、ベースウェーハの上に下地となる熱酸化膜と単結晶シリコン膜が形成される(単結晶シリコン膜の膜厚は、熱酸化膜の厚さと水素イオン注入の打ち込み深さによって決定される)。
【0003】
また、背景技術として、電子ビームを用いて溶接は公知であり、あるいは電子ビームによる半導体表面を加工する技術も知られている(半導体の表面加工については例えば特許文献3参照)。さらに、酸などを利用して化学的にエッチングを行う場合、ある結晶軸方向にのみエッチングが進むようにする指向性エッチングが知られている(例えば特許文献4参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−163363号公報(第2図)
【特許文献2】
米国特許第5374564号明細書
【特許文献3】
特開2000−173997号公報
【特許文献4】
特開2003−17353号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、劈開を利用した単結晶インゴットの切断を、高精度及び容易化する方法と装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する1つのアスペクトに係る本発明の方法は、ビーム源から被加工物に向けて照射されるビームを受けて増幅し前記被加工物の加工対象領域に照射するものである。
【0007】
本発明の他のアスペクトに係る装置は、ビームを供給するビーム供給源と、前記ビーム供給源と被加工物との間に配置され、前記ビーム供給源から前記被加工物に向けて照射されるビームを増幅して、前記被加工物に供給する手段を備えている。
【0008】
かかる構成の本発明によれば、被加工物のビーム照射方向と位置で規定される面を劈開(切断)面として前記被加工物が薄板に切断され、単結晶半導体基板の劈開を容易化する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。本発明の好適な実施の形態においては、ビーム源から、単結晶半導体基板、インゴット等の被加工物に向けて照射されるビームを受けて増幅し、増幅したビームを被加工物の加工対象領域に照射する。
【0010】
本発明の好適な実施の形態によれば、被加工物の表面側で、端部同士が互いに離間して所定のギャップを規定しており、それぞれが前記被加工物の表面の法線方向に対して傾いて前記ビーム源に向けて拡開された1対のテーパー部を有するスロート(テーパー付きスロート)が用意されており、前記1対のテーパー部表面は、前記ビームを反射させ、前記ビーム源からのビームが被加工物の加工対象位置付近に集められる。
【0011】
あるいは、テーパー付きスロートは、テーパーを1対有する構成に限定されるものでない。すなわち、被加工物の表面に当接し、前記被加工物の表面の法線方向に対して所定角傾いて前記ビーム源に向けて延在された1つのテーパー部を備えた構成であってもよい。この場合、テーパー部表面が前記ビームを反射させ、前記被加工物には、前記被加工物との当接部を端部としてビームが照射される。
【0012】
本実施形態において、被加工物の結晶構造の劈開面方向と、前記集められたビームとが平行となるように、前記被加工物が配置される。
【0013】
前記被加工物は単結晶シリコンよりなる場合、前記ビームは、酸素、水素、窒素のうちの少なくとも1つの元素のイオンよりなる。
【0014】
あるいは、前記ビームとして、被加工物上で集束される電子ビームであってもよい。
【0015】
あるいは、本実施形態においては、前記被加工物に前記ビームを照射した後、エッチングする工程を含むようにしてもよい。
【0016】
あるいは、本実施形態においては、ビームを電子ビームとし、加工対象領域において、照射される電子ビームを所定幅で往復させる(振動させる)ように制御してもよい。
【0017】
あるいは、本実施形態においては、ビーム源からのビームを、被加工物に対して、前記被加工物の劈開面と予め定められた所定の関係にある方向から、照射し、前記ビーム照射後、前記被加工物を劈開する構成としてもよい。この場合、前記ビームを前記被加工物の劈開面と垂直に照射するようにしてもよい。本実施形態において、ビーム源からのビームをそのまま被加工物に照射するか、あるいはビーム源からのビームを集め被加工物の加工対象領域の単位面積あたりに照射されるビーム量を増幅するか、のいずれか又は両者を用いてビームが照射するかのいずれかあるいは両方を用いてもよい。
【0018】
以下各種実施例に即して説明する。
【0019】
【実施例1】
本発明の一実施例におけるビームの絞り込みと線量の増大について説明する。単結晶シリコンインゴット(あるいはシリコンウェーハ)よりなる被加工物に水素イオン等のイオン・ビームを打ち込むが、十分に大きな格子欠陥を作るためには、テーパー上のスロートを配置し、そこにビームを導くようにする。かかる構成の本実施例によれば、被加工物に照射されるイオン・ビームの線量が大幅に増大し、被加工物の単結晶に導入される歪が大きくなる。
【0020】
図1を参照して、本実施例の原理を、説明する。図示されないビーム源からのビーム101は被加工物に向けて照射され、ビーム101は、ビーム増幅手段及びビームマスク手段として機能するスロート102に入射し、スロート102のテーパー部表面で反射する。このため、単結晶シリコンインゴット100と、スロート102が当接している端部の間のギャップ106での線量が増大する。すなわち、ビーム101が、図1に示すように、浅い角度で表面に入ると、テーパー部で反射し、このため、線量が増大する。
【0021】
ここで、テーパー部に入射した全てのビーム101が、反射してスロート102に導かれるとして、線量は、以下のように増大する。
【0022】
すなわち、
テーパー角=5度、
長さ=2mm、
ギャップ長=0.01mm
とすると、増幅率xは、
x=2*tan(5°)/0.01*2=35
となる。すなわち、ビーム線量は35倍ほどまで増幅される。
【0023】
ビームは、テーパー部を介して、ギャップ106に集束され、ギャップ106におけるビーム・フラックスが増大する。
【0024】
しかしながら、実際には、スロートに入射したビームは、完全反射とはならないことが多い。また、このような反射によって、ビームのエネルギーが減少するので、ビームは、単色ではなくて、幅広いスペクトルを持つことになる。
【0025】
照射されるビームのエネルギーが単色ではなく幅広いスペクトルを持つことは、インゴットの劈開にとっては有利である。それは、ビームが到達する位置がシリコンインゴット表面から、連続的に内部にまで及ぶからである。ビーム101は、劈開を生じる結晶面方向に打ち込まれる。
【0026】
なお、テーパー付きスロート102は、イオンビームを反射する部材よりなる。すなわち、アルミニウム等の金属、あるいは、シリコンなどの半導体、イオンビームを導くことができ、表面が、例えば鏡面仕上げ等できる材料が利用される。
【0027】
ほぼ円柱形状の単結晶シリコンインゴット100を、その断面中心を、中心にビーム101に対して、したがって、テーパー付きスロート102に対して相対的に回転させる手段を備えてもよい。
【0028】
【実施例2】
本発明の他の実施例における、ビームの絞り込みと線量の増大について説明する。上記した実施例では、テーパーの付いたスロート102を両サイドに設け、ビームの打ち込まれる部分は、線状とされている。スロート102は、片側だけでもよい。この場合、スロート102によってマスクされていず、シリコンが露出している表面には、ビームが照射される。単結晶シリコンインゴット100表面とスロート102端部が当接していることが重要である。ビーム101が反射したときに、反射ビームは入射角とほぼ同じ角で出ていくため、上記で述べたような大きな増倍効果は期待できない。しかしながら、シリコンの劈開の原因は、結晶中の応力集中であることから、ある面から急激に不純物(イオンインプランテーションによる)が増えれば、その面を境に応力が集中しているため、劈開し易くなると考えられるからである。この方法のメリットは、一側にスロートを設けるだけであるため、2つのスロートの間隔(ギャップ長)等の調整が不要とされている。
【0029】
劈開は、基本的には、ある結晶面で生じることであり、応力の集中する面は、極めて短い。具体的には、数十オングストローム(数nm)程度とされる。これをテーパーの位置で調整することは、マイクロメータ等の市販の機器では実現困難である。ビーム101は、劈開を生じる結晶面方向に、打ち込むことが必要とされる。すなわち、水素打ち込み層を切断面(切断面は水素イオンビームと垂直方向である)とする前述したスマートカット法と相違している。
【0030】
スロート102の角(法泉方向に対するテーパー角)が浅くても、ビームが何度も反射すると、入射角度は大きくなり、結晶面からずれる。このような場合、1対のスロート(図1参照)を用意するよりも、図2のように、一側のスロート構成の方が、好適である。この実施例においても、ほぼ円柱形状の単結晶シリコンインゴット100を、その断面中心を、中心にビーム101に対して、したがって、テーパー付きスロート102に対して相対的に回転させる手段を備えてもよい。
【0031】
【実施例3】
本発明の他の実施例におけるビームの絞り込みと線量の増大について説明する。図3に示すように、単結晶シリコンインゴット100の結晶を傾けて設置している。これはシリコンは、ダイヤモンドと同じ結晶構造をとり、劈開しやすい面は、原子間が一番長い110方向であり、この方向に、ビームを打ち込むために、単結晶シリコンインゴット100を傾けて取り付けてある。但し、劈開は、結晶軸方向であれば、原理的には生じる。単結晶シリコンインゴット100を、ビーム101の照射方向と直交する軸を中心軸として、回転させるようにしてもよい。
【0032】
前述したように、スマートカット法では、シリコンにエネルギーの揃った高エネルギーの水素イオン(H+)を打ち込むと、ある特定の深さの場所(水素打ち込み層)に、局所的に集中するので、その面からシリコンの面が剥がれ、カットするものである。
【0033】
従来のスマートカットでは、線量(ドーズ量)として例えば1E17cm−2程度が必要とされている。これは、劈開を利用した切断において、どの程度のイオン線量が必要になるかで一つの目安になる。線量を打ち込むためには、現在のイオン源からでは、数時間を必要とするため、スマートカットの適用は制限されている。このため、本発明では、スロートを用意して、ビーム線量を大きくし、時間の短縮を図っている。
【0034】
通常、イオンビームとして作りやすいのは、アルゴンなどの希ガスであるが、これは、シリコンと化学結合をしない。一方、水素、酸素、窒素はシリコンと結合して化合物をつくるのでシリコンの結合を切る。したがって、イオン種として、図4に示すように、酸素イオンのほか、水素イオン等が好適とされる。
【0035】
単結晶シリコンの劈開を行うには、結晶欠陥部に、衝撃や力を与える必要がある。シリコン酸化膜の熱膨張係数は、シリコンと比べて、C軸に垂直方向は5倍以上大きい。そこで、酸素イオンを打ち込んだ後、温度を急激に変化させると、打ち込んだ部分で、大きな応力が働くため、劈開が容易化される。以下に、熱膨張係数(単位:x10−6/K)のデータを示す。
【0036】
Si :2.5
SiO2 : 12.9(C軸垂直方向)、7.0(C軸方向)、石英ガラス(0.35)
Si3N4 : 3.2 − 3.7
【0037】
【実施例4】
本発明の別の実施例では、図5に示すように、電子ビーム源からの電子ビーム(集束された電子ビーム)を利用している。電子ビームはイオンビームに比べて3桁から4桁(10〜10倍)高いエネルギー密度をとることができる。したがって、シリコン単結晶の110面方向に電子ビームを打ち込む。電子がエネルギーを失い、照射箇所が一部溶融などが生じると転位(dislocation)等が生じ、その結果、当該部分からの劈開が容易化される。更に、電子ビームを打ち込むと、打ち込み部分が高温になるため、熱膨張が生じる。これは、電子ビーム打ち込み箇所に、ナイフエッジを立てることに相当する。
【0038】
イオンビームの照射工程により格子欠陥を作ってから、ナイフエッジを立てたり、温度差を付けて熱膨張をさせて劈開する2つのプロセスが、一度のプロセスで済むことになる。これが電子ビームを用いた場合の大きな特徴である。
【0039】
また、イオンビームの場合には、比較的良く電流が取れる200keVから400keVまでのエネルギー範囲では、水素イオンがシリコン内に打ち込まれる深さは3μm程度であり、より重いイオンでは更に短くなる。
【0040】
一方、電子ビームはそれより3桁以上深く打ち込むことが出来る。従って、ナイフエッジが深部まで入ったことと同様であるため、劈開の条件が良くなる。
【0041】
【実施例5】
本発明の第5の実施例として、図6を参照して、指向性エッチングを用いる例を説明する。イオンビームを打ち込むと、打ち込み箇所とそれ以外の箇所ではエッチング速度が異なる。アルゴンイオンや水素イオンを打ち込んだ場合に、エッチング速度が異なっているため、より深い格子欠陥を作ることが出来る。本実施例では、イオンビームで格子欠陥を作った部分のエッチングを行う。すなわち、110面方向にエッチングを行うと、その後の工程で、ナイフエッジなどを立てて劈開する場合には劈開を容易化する。
【0042】
【実施例6】
本発明の第6の実施例について、図7を参照して説明する。この実施例は、電子ビームを高速に線上に時間的に振動させて打ち込むものである。電子ビームを打ち込む際に、シリコンインゴット100の一点のみに打ち込むのではなくて、ある幅を持って、高速にその間を往復させて、すなわち、時間的に振動させて打ち込む。
【0043】
一般に、劈開は、一点で外力を加えて起こすより、劈開する面にそって外力を与えた方がよい。しかしながら、電子ビーム照射において、電子ビームを1点に集束させる制御が一般的に行われており、このままでは、劈開面にそって線上にビームを打ち込むことができない。
【0044】
そこで電子ビームを劈開する面(110面)に沿って、往復させ(時間的に振動させ)ながら、打ち込む。この幅の間に、電子ビームが時間的に振動する周期が、シリコンインゴット100の中の音波が、その幅を移動する時間よりも短ければ、物理的には、同時にある幅を持った外力が与えられたことに相当する。
【0045】
なお、電子ビームのフォーカスが点ではなく、線上である場合、上記の制御は必要なくなるが、照射の幅を拡大する場合、当該幅に沿った往復制御は有効である。
【0046】
本発明の第7の実施例について、図8を参照して説明する。この実施例は、水素イオンをシリコンインゴット110面に垂直に打ち込むものである。水素イオンビーム101は、スマートカット法に利用される。所定のエネルギーで水素イオンを打ち込むと、水素イオンはある距離に集中的に堆積するので、そこでのシリコン原子間の共有結合が切れて、特に外力を与えなくても切断される。この際、エネルギーを変化させることによって、ビームが集積する位置が異なるため、切断するシリコンウェーハの厚さを変化させることができる。この実施例では、イオンビームを利用するが、線量として1017 cm−2以上の水素イオンを打ち込むことが必要とされる。これは、現在の水素イオン源を用いると、24時間乃至48時間程度必要とされる。このため、シリコンインゴットを切断するための一般的な方法としては用いられていず、特殊用途で利用されているだけである。
【0047】
一方、劈開を起こさせるために、外力を利用していることから、自然に切断する線量までも打ち込む必要は無い。
【0048】
したがって、本実施例では、より少ない線量を打ち込んで、イオンビームが集積した位置に、ナイフエッジなどによって外力を与え、劈開をさせてもよい。
【0049】
この際、ビーム源(図示されない)からのイオンビーム101をシリコンインゴット100に照射することに加え、前記第1の実施例と同様、イオンビームの線量を増すために、テーパー付きスロート102を用いてもよい。この場合、少なくともインゴット表面から0.1 − 1.0mm程度までビームを入れる必要がある。
【0050】
なお、上記実施例において、単結晶のインゴットが液体に含浸された状態で、劈開を生じさせるようにしてもよい。
【0051】
また上記実施例において、ビームを単結晶のインゴット表面の複数箇所に照射し、格子欠陥が生成された複数の箇所に衝撃を与えることで、複数箇所の劈開を一斉に生じさせるようにしてもよい。
【0052】
上記実施例において、単結晶のシリコンインゴットの長手方向の両端を保持する機構を具備し、単結晶のシリコンインゴットを劈開させるようにしてもよい。
【0053】
上記実施例では、単結晶のシリコンインゴットを例に説明したが、シリコンインゴットに限定されるものではなく、単結晶のガリウム砒素のインゴットであってもよい。
【0054】
また、単結晶のシリコンインゴットのウェーハへの切断に限定されず、SOI作成のための、絶縁基板上の単結晶シリコン等の切断に適用してもよいことは勿論である。
【0055】
また上記実施例において、単結晶のインゴットの温度を、ビーム打ち込み時の温度と較べ、高くしたり、低くすることで熱膨張による応力集中により、前記劈開を生じさせるようにしてもよい。
【0056】
また、上記実施例において、液体窒素等により、単結晶のインゴットを冷却し、単結晶のインゴットを低温とした上で、単結晶のインゴットに、集束された電子ビームを打ち込むようにしてもよい。
【0057】
以上、本発明を上記各実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成に限定されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単結晶半導体基板の切断の容易化、高精度化を図るとともに、製造コストを低減する、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための図である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための図である。
【図3】本発明の第3の実施例を説明するための図である。
【図4】本発明の第3の実施例におけるビーム種を説明するための図である。
【図5】本発明の第4の実施例を説明するための図である。
【図6】本発明の第5の実施例を説明するための図である。
【図7】本発明の第6の実施例を説明するための図である。
【図8】本発明の第7の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
100 単結晶シリコンインゴット(単結晶シリコン)
101 ビーム
102 スロート
103 電子ビーム源
104 エッチング液
105 容器
106 ギャップ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for processing a workpiece, and more particularly to a processing method and an apparatus suitable for cutting a workpiece into a thin plate.
[0002]
[Prior art]
As a processing technique for forming a single-crystal silicon thin film on a substrate made of synthetic quartz or the like, a smart cut method is known (for example, see Patent Documents 1 and 2). The smart cut method (published by SOITEC, France, 1996) uses a hydrogen embrittlement to cut a silicon wafer using a beam. Here, to explain the outline of the smart cut method, a thermal oxide film is formed by thermally oxidizing the bond wafer, and then hydrogen ions are added by an ion implantation method, and the inside of the bond wafer is A microcavity terminated with hydrogen (also referred to as a “hydrogen implanted layer”) is formed, and the bond wafer and the base wafer serving as a thin film support substrate are bonded at room temperature and subjected to a heat treatment at about 500 ° C. Hydrogen embrittlement occurs in the hydrogen implanted layer, a fracture layer due to hydrogen embrittlement is formed, the bond wafer is easily peeled off, leaving only the single crystal silicon thin film, and the thermal oxide film and the single crystal silicon as bases on the base wafer A film is formed (the thickness of the single crystal silicon film is determined by the thickness of the thermal oxide film and the implantation depth of hydrogen ion implantation).
[0003]
Further, as background art, welding using an electron beam is known, or a technique of processing a semiconductor surface by an electron beam is also known (for example, see Patent Document 3 for processing of a semiconductor surface). Further, in the case where etching is performed chemically using an acid or the like, directional etching in which etching proceeds only in a certain crystal axis direction is known (for example, see Patent Document 4).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-163363 (FIG. 2)
[Patent Document 2]
US Patent No. 5,374,564 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-173997 [Patent Document 4]
JP-A-2003-17353
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for easily and precisely cutting a single crystal ingot using cleavage.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for receiving a beam irradiated from a beam source toward a workpiece, amplifying the beam, and irradiating the beam to a processing target area of the workpiece.
[0007]
An apparatus according to another aspect of the present invention includes a beam source that supplies a beam, and is disposed between the beam source and a workpiece, and is irradiated from the beam source toward the workpiece. Means are provided for amplifying and supplying the beam to the workpiece.
[0008]
According to the present invention having such a configuration, the workpiece is cut into a thin plate with the plane defined by the beam irradiation direction and the position of the workpiece as a cleavage (cutting) plane, thereby facilitating the cleavage of the single crystal semiconductor substrate. .
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described. In a preferred embodiment of the present invention, a beam irradiated from a beam source toward a workpiece such as a single crystal semiconductor substrate or an ingot is amplified and the amplified beam is processed in a processing target area of the workpiece. Irradiation.
[0010]
According to a preferred embodiment of the present invention, on the surface side of the workpiece, the ends are separated from each other to define a predetermined gap, and each is defined in a direction normal to the surface of the workpiece. A throat (tapered throat) having a pair of tapered portions inclined toward the beam source and inclined toward the beam source is provided, and the surface of the pair of tapered portions reflects the beam, and A beam from a source is collected near a target position on a workpiece.
[0011]
Alternatively, the tapered throat is not limited to a configuration having one pair of tapers. In other words, a configuration is also provided in which one tapered portion that abuts on the surface of the workpiece and is inclined toward the beam source at a predetermined angle with respect to the normal direction of the surface of the workpiece is provided. Good. In this case, the surface of the tapered portion reflects the beam, and the workpiece is irradiated with the beam with a contact portion with the workpiece as an end.
[0012]
In the present embodiment, the workpiece is arranged such that the direction of the cleavage plane of the crystal structure of the workpiece is parallel to the collected beam.
[0013]
When the workpiece is made of single crystal silicon, the beam is made of ions of at least one of oxygen, hydrogen, and nitrogen.
[0014]
Alternatively, the beam may be an electron beam focused on a workpiece.
[0015]
Alternatively, in this embodiment, a step of irradiating the workpiece with the beam and then etching may be included.
[0016]
Alternatively, in the present embodiment, the beam may be an electron beam, and control may be performed such that the irradiated electron beam is reciprocated (oscillated) at a predetermined width in the processing target region.
[0017]
Alternatively, in the present embodiment, a beam from a beam source is irradiated on a workpiece from a direction having a predetermined relationship with a cleavage plane of the workpiece, and after the beam irradiation, A configuration may be employed in which the workpiece is cleaved. In this case, the beam may be irradiated perpendicular to the cleavage plane of the workpiece. In this embodiment, the beam from the beam source is directly irradiated on the workpiece, or the beam from the beam source is collected and the beam amount irradiated per unit area of the processing target region of the workpiece is amplified, Either or both of them may be used.
[0018]
Hereinafter, description will be made in accordance with various embodiments.
[0019]
Embodiment 1
A description will be given of beam narrowing and dose increase in one embodiment of the present invention. An ion beam such as hydrogen ions is implanted into a workpiece made of a single crystal silicon ingot (or silicon wafer). To create a sufficiently large lattice defect, a throat on a taper is arranged and the beam is guided there. To do. According to the present embodiment having such a configuration, the dose of the ion beam applied to the workpiece is greatly increased, and the strain introduced into the single crystal of the workpiece is increased.
[0020]
The principle of the present embodiment will be described with reference to FIG. A beam 101 from a beam source (not shown) is irradiated toward a workpiece, and the beam 101 is incident on a throat 102 functioning as a beam amplifying unit and a beam mask unit, and is reflected on a tapered surface of the throat 102. Therefore, the dose in the gap 106 between the single crystal silicon ingot 100 and the end where the throat 102 is in contact increases. That is, as shown in FIG. 1, when the beam 101 enters the surface at a shallow angle, it is reflected at the taper, thereby increasing the dose.
[0021]
Here, assuming that all the beams 101 incident on the tapered portion are reflected and guided to the throat 102, the dose increases as follows.
[0022]
That is,
Taper angle = 5 degrees,
Length = 2mm,
Gap length = 0.01mm
Then, the amplification factor x becomes
x = 2 * tan (5 °) /0.01*2=35
It becomes. That is, the beam dose is amplified up to about 35 times.
[0023]
The beam is focused on the gap 106 via the taper, and the beam flux at the gap 106 increases.
[0024]
However, in practice, the beam incident on the throat often does not completely reflect. Also, because such reflections reduce the energy of the beam, the beam will have a broad spectrum rather than being monochromatic.
[0025]
It is advantageous for the cleavage of the ingot that the energy of the irradiated beam has a broad spectrum instead of a single color. This is because the position where the beam arrives extends continuously from the surface of the silicon ingot to the inside. The beam 101 is driven in the direction of the crystal plane that causes cleavage.
[0026]
Note that the tapered throat 102 is made of a member that reflects an ion beam. That is, a metal such as aluminum, a semiconductor such as silicon, or a material that can guide an ion beam and whose surface can be mirror-finished, for example, is used.
[0027]
Means may be provided for rotating the substantially cylindrical single-crystal silicon ingot 100 with respect to the beam 101 around the center of the cross section, and thus with respect to the tapered throat 102.
[0028]
Embodiment 2
A description will now be given of beam focusing and dose increase in another embodiment of the present invention. In the above-described embodiment, the throats 102 having the taper are provided on both sides, and the portion where the beam is driven is linear. The throat 102 may be on one side only. In this case, a beam is irradiated on a surface that is not masked by the throat 102 and has silicon exposed. It is important that the surface of the single crystal silicon ingot 100 is in contact with the end of the throat 102. When the beam 101 is reflected, the reflected beam exits at almost the same angle as the incident angle, so that the large multiplication effect as described above cannot be expected. However, the cause of silicon cleavage is the concentration of stress in the crystal. If impurities (by ion implantation) increase rapidly from a certain surface, the stress is concentrated at that surface. This is because it is considered easy. The advantage of this method is that only the throat is provided on one side, so that adjustment of the interval (gap length) between the two throats is not required.
[0029]
Cleavage basically occurs at a certain crystal plane, and the plane on which stress is concentrated is extremely short. Specifically, it is set to about several tens angstroms (several nm). Adjusting this at the position of the taper is difficult to achieve with commercially available equipment such as a micrometer. The beam 101 needs to be implanted in the crystal plane direction that causes cleavage. That is, this is different from the above-described smart cut method in which the hydrogen-implanted layer is a cut surface (the cut surface is perpendicular to the hydrogen ion beam).
[0030]
Even if the angle of the throat 102 (the taper angle with respect to the direction of the fountain) is shallow, if the beam is reflected many times, the incident angle becomes large and deviates from the crystal plane. In such a case, a throat configuration on one side as shown in FIG. 2 is more preferable than preparing a pair of throats (see FIG. 1). Also in this embodiment, there may be provided a means for rotating the substantially cylindrical single crystal silicon ingot 100 with respect to the beam 101 around the center of the cross section thereof, and thus with respect to the tapered throat 102. .
[0031]
Embodiment 3
A description will be given of beam focusing and dose increase in another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the crystal of the single crystal silicon ingot 100 is installed at an angle. This is because silicon has the same crystal structure as diamond, and the surface that is easy to cleave is in the 110 direction, which has the longest distance between atoms. In order to drive a beam in this direction, the single crystal silicon ingot 100 is tilted and attached. is there. However, cleavage occurs in principle in the crystal axis direction. The single crystal silicon ingot 100 may be rotated around an axis orthogonal to the irradiation direction of the beam 101 as a center axis.
[0032]
As described above, in the smart cut method, when high-energy hydrogen ions (H +) with uniform energy are implanted into silicon, they are locally concentrated at a certain depth (a hydrogen-implanted layer). The silicon surface is peeled off from the surface and cut.
[0033]
In the conventional smart cut, a dose (dose amount) of, for example, about 1E17 cm −2 is required. This is a measure of how much ion dose is required for cleavage using cleavage. The application of the smart cut is limited because it takes several hours from the current ion source to implant the dose. For this reason, in the present invention, a throat is prepared to increase the beam dose and shorten the time.
[0034]
Usually, a rare gas such as argon is easily formed as an ion beam, but does not chemically bond with silicon. On the other hand, hydrogen, oxygen, and nitrogen combine with silicon to form a compound, which breaks the bond with silicon. Therefore, as shown in FIG. 4, as the ion species, hydrogen ions and the like are preferable in addition to oxygen ions.
[0035]
In order to cleave single crystal silicon, it is necessary to apply an impact or a force to a crystal defect portion. The thermal expansion coefficient of the silicon oxide film is at least five times greater in the direction perpendicular to the C axis than silicon. Therefore, when the temperature is rapidly changed after implanting oxygen ions, a large stress acts on the implanted portion, so that cleavage is facilitated. Hereinafter, the thermal expansion coefficient (unit: x10 -6 / K) shows data.
[0036]
Si: 2.5
SiO2: 12.9 (C-axis vertical direction), 7.0 (C-axis direction), quartz glass (0.35)
Si3N4: 3.2-3.7
[0037]
Embodiment 4
Another embodiment of the present invention utilizes an electron beam (a focused electron beam) from an electron beam source, as shown in FIG. An electron beam can have an energy density three to four orders of magnitude higher (10 3 to 10 4 times) than an ion beam. Therefore, an electron beam is implanted in the direction of the 110 plane of the silicon single crystal. When the electrons lose energy and the irradiated part partially melts, dislocations and the like occur, and as a result, cleavage from the part is facilitated. Furthermore, when an electron beam is implanted, the implanted portion becomes hot, causing thermal expansion. This corresponds to setting up a knife edge at the position where the electron beam is implanted.
[0038]
Two processes of forming a lattice defect by an ion beam irradiation process and then cleaving by setting a knife edge or applying a temperature difference to cause thermal expansion are performed only once. This is a major feature when using an electron beam.
[0039]
In the case of an ion beam, in the energy range from 200 keV to 400 keV where a relatively good current can be obtained, the depth at which hydrogen ions are implanted into silicon is about 3 μm, and the depth is shorter for heavier ions.
[0040]
On the other hand, the electron beam can be driven three orders of magnitude deeper. Therefore, the condition for cleavage is improved because it is the same as when the knife edge has entered deep.
[0041]
Embodiment 5
As a fifth embodiment of the present invention, an example using directional etching will be described with reference to FIG. When the ion beam is implanted, the etching rate differs between the implanted location and the other location. When an argon ion or a hydrogen ion is implanted, a deeper lattice defect can be formed because the etching rate is different. In the present embodiment, the portion where the lattice defect has been formed is etched by the ion beam. That is, when etching is performed in the direction of the 110 plane, the cleavage is facilitated when cleavage is performed by setting up a knife edge or the like in a subsequent step.
[0042]
Embodiment 6
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, an electron beam is driven at a high speed by vibrating a line with time. When the electron beam is implanted, instead of being implanted only at one point of the silicon ingot 100, the electron beam is implanted with a certain width and reciprocating between them at high speed, that is, by vibrating with time.
[0043]
In general, it is better to apply an external force along the cleavage plane rather than to cause cleavage by applying an external force at one point. However, in the electron beam irradiation, control for focusing the electron beam to one point is generally performed, and the beam cannot be injected on the line along the cleavage plane as it is.
[0044]
Then, the electron beam is driven while being reciprocated (oscillated temporally) along the plane (110 plane) where the electron beam is cleaved. If the period in which the electron beam oscillates temporally during this width is shorter than the time during which the sound wave in the silicon ingot 100 moves through the width, physically, an external force having a certain width is physically generated at the same time. Equivalent to what was given.
[0045]
Note that when the focus of the electron beam is not on a point but on a line, the above control is not necessary. However, when the width of irradiation is increased, reciprocation control along the width is effective.
[0046]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, hydrogen ions are implanted perpendicularly to the silicon ingot 110 surface. The hydrogen ion beam 101 is used for a smart cut method. When hydrogen ions are implanted with a predetermined energy, the hydrogen ions are intensively deposited at a certain distance, so that the covalent bond between the silicon atoms is broken, and the hydrogen ions are cut without applying external force. At this time, by changing the energy, the positions where the beams are accumulated are different, so that the thickness of the silicon wafer to be cut can be changed. In this embodiment, an ion beam is used, but it is necessary to implant hydrogen ions at a dose of 10 17 cm −2 or more. This may take up to 24 to 48 hours using current hydrogen ion sources. For this reason, it is not used as a general method for cutting a silicon ingot, but is only used for a special purpose.
[0047]
On the other hand, since external force is used to cause cleavage, it is not necessary to drive even the dose for cutting naturally.
[0048]
Therefore, in this embodiment, a smaller dose may be implanted, and an external force may be applied to the position where the ion beam is accumulated by a knife edge or the like to cause cleavage.
[0049]
At this time, in addition to irradiating the silicon ingot 100 with an ion beam 101 from a beam source (not shown), a tapered throat 102 is used to increase the dose of the ion beam as in the first embodiment. Is also good. In this case, it is necessary to insert a beam to at least about 0.1 to 1.0 mm from the surface of the ingot.
[0050]
In the above embodiment, cleavage may be performed in a state where the single crystal ingot is impregnated with the liquid.
[0051]
Further, in the above embodiment, the beam may be applied to a plurality of locations on the surface of the ingot of the single crystal, and impact may be applied to the plurality of locations where the lattice defects are generated, so that cleavage at the plurality of locations may be caused at a time. .
[0052]
In the above embodiment, a mechanism for holding both ends of the single crystal silicon ingot in the longitudinal direction may be provided to cleave the single crystal silicon ingot.
[0053]
In the above embodiment, a single crystal silicon ingot has been described as an example. However, the present invention is not limited to the silicon ingot, and may be a single crystal gallium arsenide ingot.
[0054]
In addition, the present invention is not limited to cutting a single-crystal silicon ingot into wafers, but may be applied to cutting single-crystal silicon or the like on an insulating substrate for SOI formation.
[0055]
In the above embodiment, the cleavage may be caused by stress concentration due to thermal expansion by raising or lowering the temperature of the single crystal ingot as compared with the temperature at the time of beam implantation.
[0056]
Further, in the above embodiment, the single crystal ingot may be cooled with liquid nitrogen or the like to lower the temperature of the single crystal ingot, and then the focused electron beam may be injected into the single crystal ingot.
[0057]
As described above, the present invention has been described with reference to the above embodiments. However, the present invention is not limited to the configuration of the above embodiments, and various modifications that can be made by those skilled in the art within the scope of the present invention. , Of course.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is an effect that the cutting of the single crystal semiconductor substrate is facilitated, the accuracy is improved, and the manufacturing cost is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining beam types in a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 single crystal silicon ingot (single crystal silicon)
Reference Signs List 101 beam 102 throat 103 electron beam source 104 etching solution 105 container 106 gap

Claims (45)

ビーム源でビームを生成するステップと、
前記ビーム源から被加工物に向けて照射されるビームを受け、前記ビームを増幅して前記被加工物の加工対象領域に照射するステップと、
を含む、ことを特徴とする加工方法。
Generating a beam at the beam source;
Receiving a beam irradiated toward the workpiece from the beam source, amplifying the beam and irradiating a processing target area of the workpiece,
A processing method comprising:
前記ビーム源から被加工物に向けて照射されるビームを集め、前記被加工物の加工対象領域の単位面積あたりに照射されるビーム量を増幅する、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。2. The processing according to claim 1, further comprising collecting beams emitted from the beam source toward the workpiece, and amplifying an amount of the beam emitted per unit area of a processing target area of the workpiece. Method. 前記被加工物に照射される前記ビームの向きが、前記被加工物の切断方向とされる、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。2. The processing method according to claim 1, wherein the direction of the beam applied to the workpiece is a cutting direction of the workpiece. 前記ビームの向きと、前記被加工物表面上での前記ビームの照射位置の方向とで規定される面を切断面として、前記被加工物が切断されるステップを含む、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。A step of cutting the workpiece with a plane defined by a direction of the beam and a direction of an irradiation position of the beam on the surface of the workpiece as a cutting plane, Item 5. The processing method according to Item 1. 前記被加工物の表面側では、端部同士が互いに離間して所定のギャップを規定しており、それぞれが前記被加工物の表面の法線方向に対して傾いて前記ビーム源に向けて拡開されている1対のテーパー部を用意し、
前記1対のテーパー部表面は、入射したビームを反射させ、前記ビーム源からのビームが被加工物の加工対象領域に集められる、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。
On the surface side of the workpiece, the ends are separated from each other to define a predetermined gap, each of which is inclined toward the normal direction of the surface of the workpiece and expands toward the beam source. Prepare a pair of tapered parts that are open,
The processing method according to claim 1, wherein the pair of tapered surfaces reflect an incident beam, and the beam from the beam source is collected in a processing target area of the workpiece.
前記被加工物の表面に当接し、前記被加工物の表面の法線方向に対して所定角傾いて前記ビーム源に向けて延在された1つのテーパー部を用意し、
前記テーパー部表面は、入射したビームを反射させ、前記被加工物には、前記被加工物との当接部を端部としてビームが照射される、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。
Abut on the surface of the workpiece, prepare one tapered portion extending toward the beam source inclined at a predetermined angle with respect to the normal direction of the surface of the workpiece,
The processing according to claim 1, wherein the surface of the tapered portion reflects an incident beam, and the workpiece is irradiated with a beam with a contact portion with the workpiece as an end. Method.
前記被加工物と、前記被加工物に照射される前記ビームとが相対的に回動させるステップを含む、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。The processing method according to claim 1, further comprising a step of relatively rotating the workpiece and the beam applied to the workpiece. 前記被加工物が、単結晶半導体基板部材よりなり、
前記被加工物の結晶構造の劈開面方向と、前記被加工物に照射されるビームとが平行となる位置関係に、前記被加工物が配置される、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。
The workpiece comprises a single crystal semiconductor substrate member,
2. The workpiece according to claim 1, wherein the workpiece is arranged in a positional relationship in which a cleavage plane direction of a crystal structure of the workpiece is parallel to a beam irradiated on the workpiece. 3. Processing method.
前記ビームがイオンビームよりなる、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。The processing method according to claim 1, wherein the beam is an ion beam. 前記被加工物が単結晶シリコンよりなり、
前記ビームが、酸素、水素、窒素のうちの少なくとも1つの元素のイオンよりなる、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。
The workpiece is made of single crystal silicon,
2. The processing method according to claim 1, wherein the beam comprises ions of at least one of oxygen, hydrogen, and nitrogen.
前記ビームが電子ビームよりなる、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。2. The processing method according to claim 1, wherein said beam comprises an electron beam. 前記被加工物が単結晶シリコンよりなり、
前記ビームが、集束された電子ビームよりなる、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。
The workpiece is made of single crystal silicon,
The method according to claim 1, wherein the beam comprises a focused electron beam.
前記被加工物に前記ビームを照射した後にエッチングするステップを含む、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。2. The processing method according to claim 1, further comprising a step of performing etching after irradiating the workpiece with the beam. 前記ビームが電子ビームよりなり、
前記加工対象領域において、照射される前記電子ビームを、所定幅で往復させるステップを含む、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。
The beam comprises an electron beam;
The processing method according to claim 1, further comprising reciprocating the irradiated electron beam at a predetermined width in the processing target area.
照射される前記ビームが前記被加工物の切断面と垂直とされる、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。The processing method according to claim 1, wherein the irradiated beam is perpendicular to a cut surface of the workpiece. ビーム源からのビームを、被加工物に対して、前記被加工物の劈開面と予め定められた所定の関係にある方向から、照射するステップと、
前記ビーム照射後、前記被加工物を劈開するステップと、
を含む、ことを特徴とする加工方法。
Irradiating a beam from a beam source to a workpiece from a direction having a predetermined relationship with a cleavage plane of the workpiece,
Cleaving the workpiece after the beam irradiation;
A processing method comprising:
前記ビームを前記被加工物の劈開面と、平行又は垂直に、照射することを特徴とする請求項16記載の加工方法。17. The processing method according to claim 16, wherein the beam is irradiated parallel or perpendicular to a cleavage plane of the workpiece. 前記ビーム源からのビームをそのまま前記被加工物に照射するか、前記ビーム源からのビームを集め前記被加工物の加工対象領域の単位面積あたりに照射されるビーム量を増幅するか、のいずれか又は両者を用いてビームが照射される、ことを特徴とする請求項16又は17記載の加工方法。Either irradiate the beam from the beam source as it is to the workpiece, or amplify the amount of beam irradiated per unit area of the processing target area of the workpiece by collecting the beams from the beam source. 18. The processing method according to claim 16, wherein a beam is irradiated by using one or both of them. 前記被加工物の温度を、ビーム打ち込み時の温度と較べ高くしたり、低くすることで、熱膨張による応力集中により、劈開を生じさせる、ことを特徴とする請求項1記載の加工方法。The processing method according to claim 1, wherein the temperature of the workpiece is set higher or lower than the temperature at the time of beam implantation to cause cleavage due to stress concentration due to thermal expansion. 前記被加工物を冷却した上で、前記電子ビームを照射する、ことを特徴とする請求項11記載の加工方法。12. The processing method according to claim 11, further comprising irradiating the electron beam after cooling the workpiece. ビームを供給するビーム供給源と、
前記ビーム供給源と、被加工物との間に配置され、前記ビーム供給源から前記被加工物に向けて照射されるビームを受け、前記ビームを増幅して前記被加工物の加工対象領域に供給する手段と、
を備えている、ことを特徴とする加工装置。
A beam source for providing a beam;
The beam supply source, disposed between the workpiece, receives a beam irradiated toward the workpiece from the beam supply source, amplifies the beam and in the processing target area of the workpiece Means for supplying;
A processing apparatus comprising:
前記ビーム源から被加工物に向けて照射されるビームを集める手段を備え、前記被加工物の加工対象領域の単位面積あたりに照射されるビーム量を増幅する、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。22. The apparatus according to claim 21, further comprising means for collecting a beam irradiated from the beam source toward the workpiece, and amplifying an amount of the beam emitted per unit area of a processing target area of the workpiece. The processing device described. 照射される前記ビームの向きが、前記被加工物の切断方向とされる、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。22. The processing apparatus according to claim 21, wherein the direction of the irradiated beam is a cutting direction of the workpiece. 前記被加工物は、照射される前記ビームの向きと、前記被加工物表面上での前記ビームの照射位置の方向とで規定される面を切断面として前記被加工物が切断される、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。The workpiece is cut with a plane defined by a direction of the beam to be irradiated and a direction of an irradiation position of the beam on the surface of the workpiece as a cutting plane, The processing apparatus according to claim 21, characterized in that: 前記被加工物の表面側では、端部同士が互いに離間して所定のギャップを規定しており、それぞれが前記被加工物の表面の法線方向に対して傾いて前記ビーム源に向けて拡開された1対のテーパー部を有するスロートを備え、
前記1対のテーパー部の表面は、前記ビームを反射する機能を具備する、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。
On the surface side of the workpiece, the ends are separated from each other to define a predetermined gap, each of which is inclined toward the normal direction of the surface of the workpiece and expands toward the beam source. A throat having a pair of open tapered portions;
22. The processing apparatus according to claim 21, wherein surfaces of the pair of tapered portions have a function of reflecting the beam.
前記被加工物の表面に当接し、前記被加工物の表面の法線方向に対して所定角傾いて前記ビーム源に向けて延在された1つのテーパー部を有するスロートを備え、
前記テーパー部の表面は、ビームを反射する機能を有し、
前記被加工物には、前記被加工物との当接部を端部としてビームが照射される、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。
A throat having one tapered portion that is in contact with the surface of the workpiece and that is inclined toward the beam source at a predetermined angle with respect to a normal direction of the surface of the workpiece,
The surface of the tapered portion has a function of reflecting a beam,
22. The processing apparatus according to claim 21, wherein the workpiece is irradiated with a beam with a contact portion with the workpiece as an end.
前記被加工物と、前記被加工物に照射される前記ビームとを相対的に回動させる手段を備えている、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。22. The processing apparatus according to claim 21, further comprising a unit configured to relatively rotate the workpiece and the beam applied to the workpiece. 前記被加工物が単結晶半導体基板部材よりなり、
前記被加工物の結晶構造の劈開面方向と前記ビームとが平行となるように、前記被加工物が配置される、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。
The workpiece comprises a single crystal semiconductor substrate member,
22. The processing apparatus according to claim 21, wherein the workpiece is arranged such that a cleavage plane direction of a crystal structure of the workpiece is parallel to the beam.
前記ビームがイオンビームよりなる、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。The processing apparatus according to claim 21, wherein the beam is an ion beam. 前記被加工物が単結晶シリコンよりなり、
前記ビームが、酸素、水素、窒素のうちの少なくとも1つの元素のイオンよりなる、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。
The workpiece is made of single crystal silicon,
22. The processing apparatus according to claim 21, wherein the beam comprises ions of at least one element of oxygen, hydrogen, and nitrogen.
前記ビームが電子ビームよりなる、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。22. The processing apparatus according to claim 21, wherein the beam is an electron beam. 前記被加工物が単結晶シリコンよりなり、
前記ビームが、集束された電子ビームよりなる、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。
The workpiece is made of single crystal silicon,
22. The processing apparatus according to claim 21, wherein the beam comprises a focused electron beam.
前記ビームを照射した前記被加工物の前記加工対象部がエッチングされ、切断される、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。22. The processing apparatus according to claim 21, wherein the processing target portion of the workpiece irradiated with the beam is etched and cut. 前記ビームが電子ビームよりなり、
前記加工対象領域において、照射される前記電子ビームが所定幅で往復させるように構成されている、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。
The beam comprises an electron beam;
22. The processing apparatus according to claim 21, wherein the irradiated electron beam reciprocates at a predetermined width in the processing target area.
照射される前記ビームの向きが前記被加工物の切断面と垂直とされる、ことを特徴とする請求項21記載の加工装置。22. The processing apparatus according to claim 21, wherein a direction of the irradiated beam is perpendicular to a cut surface of the workpiece. 被加工物と、
加工用のビームを供給するビーム供給源と、
を備え、
前記ビーム供給源からのビームは、前記被加工物に対して、前記被加工物の劈開面と予め定められた所定の関係にある方向から照射される構成とされており、前記被加工物は、前記ビーム照射後劈開により切断されるものである、ことを特徴とする加工装置。
Workpiece,
A beam source for supplying a beam for processing;
With
The beam from the beam supply source is configured to irradiate the workpiece from a direction having a predetermined relationship with a cleavage plane of the workpiece, and the workpiece is A processing apparatus that is cut by cleavage after the beam irradiation.
前記ビームを前記被加工物の劈開面と、平行又は垂直に、照射することを特徴とする請求項36記載の加工装置。37. The processing apparatus according to claim 36, wherein the beam is irradiated parallel or perpendicular to a cleavage plane of the workpiece. 前記ビーム源からのビームをそのまま前記被加工物に照射するか、前記ビーム源からのビームを集め前記被加工物の加工対象領域の単位面積あたりに照射されるビーム量を増幅するか、のいずれか又は両者を用いてビームが照射される、ことを特徴とする請求項36又は37記載の加工装置。Either irradiate the beam from the beam source as it is to the workpiece, or amplify the amount of beam irradiated per unit area of the processing target area of the workpiece by collecting the beams from the beam source. 38. The processing apparatus according to claim 36, wherein a beam is irradiated using the or both of them. (a)単結晶のインゴットの表面に、結晶構造の劈開面に対応する結晶軸方向に沿ってビームを照射するにあたり、単結晶のインゴット表面にビーム源から、単結晶のインゴットに向けて照射されるビームを、増幅して、加工対象領域に照射するステップと、
(b)前記単結晶のインゴットの前記ビームが照射された箇所に劈開を生じさせ、劈開面を切断面とするウェーハに切断するステップと、
を含む、ことを特徴とする切断方法。
(A) In irradiating the surface of the single crystal ingot with a beam along the crystal axis direction corresponding to the cleavage plane of the crystal structure, the surface of the single crystal ingot is irradiated from the beam source toward the single crystal ingot. Amplifying and irradiating a beam to be processed to an area to be processed;
(B) cleaving a portion of the single crystal ingot irradiated with the beam, and cutting the wafer into a wafer having a cleavage plane as a cutting plane;
A cutting method, comprising:
前記ステップ(a)において、加工用のビームを、前記単結晶のインゴットの表面の結晶軸方向にあてることで、前記単結晶のインゴットの表面に結晶軸方向に沿った格子欠陥を生成する、ことを特徴とする請求項39記載の切断方法。In the step (a), applying a processing beam in the crystal axis direction of the surface of the single crystal ingot to generate lattice defects along the crystal axis direction on the surface of the single crystal ingot. 40. The cutting method according to claim 39, wherein: 前記加工用ビームが、イオン源からのイオンビームである、ことを特徴とする請求項39記載の切断方法。40. The cutting method according to claim 39, wherein the processing beam is an ion beam from an ion source. 前記ステップ(b)において、前記単結晶のインゴット表面の格子欠陥が生成された箇所に、ナイフエッジをたてて衝撃を与えることで、前記劈開を生じさせる、ことを特徴とする請求項39記載の切断方法。40. The method according to claim 39, wherein, in the step (b), the cleavage is caused by applying an impact by setting a knife edge on a portion of the single crystal ingot where a lattice defect is generated. Cutting method. 前記ステップ(a)において、加工用の電子ビームを、前記単結晶のインゴットの表面の結晶軸方向にあて、前記電子ビームの照射により、前記ステップ(b)における前記劈開を生じさせる、ことを特徴とする請求項39記載の切断方法。In the step (a), an electron beam for processing is directed in a crystal axis direction on a surface of the ingot of the single crystal, and the cleavage in the step (b) is caused by irradiation with the electron beam. The cutting method according to claim 39, wherein: 前記単結晶のインゴットの温度を、ビーム打ち込み時の温度と較べ、高くしたり、低くすることで熱膨張による応力集中により、前記劈開を生じさせる、ことを特徴とする請求項39記載の切断方法。40. The cutting method according to claim 39, wherein the cleavage is caused by stress concentration due to thermal expansion by raising or lowering the temperature of the ingot of the single crystal as compared with the temperature at the time of beam implantation. . 前記単結晶のインゴットを冷却し、前記単結晶のインゴットを低温化させて、前記電子ビームを照射する、ことを特徴とする請求項39記載の切断方法。40. The cutting method according to claim 39, wherein the single crystal ingot is cooled, the temperature of the single crystal ingot is lowered, and the electron beam is irradiated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012527747A (en) * 2009-05-25 2012-11-08 天津大学 Ultraprecision machining method of single crystal brittle materials by ion beam assist

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