JP2023028581A - 酸化マグネシウム基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主表面が｛１１１｝面である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板にレーザ光を照射して形成した改質層で基板を剥離できる、ＭｇＯ基板の製造方法を提供する。【解決手段】レーザ集光部をＭｇＯ基板の主表面に対向するように配置する工程と、レーザ集光部からＭｇＯ基板の主表面にレーザ光Ｂを照射してＭｇＯ基板の内部にレーザ光を集光しつつレーザ集光部とＭｇＯ基板とを相対的に２次元状に走査させることにより主表面から所定の深さに加工痕及びこの加工痕からレーザ光走査方向に沿って延びる改質層を形成する工程と、改質層からＭｇＯ単結晶の｛１００｝面に沿って広がるクラックを繋ぎ合わせ劈開面を形成する工程とを含んでいる。【選択図】図５

Description

この発明は、酸化マグネシウム基板の製造方法に関し、詳しくは、レーザ光を用いた加工により酸化マグネシウム基板を製造する酸化マグネシウム基板の製造方法に関する。

半導体分野、ディスプレイ分野、エネルギー分野などで、酸化マグネシウム（以下では、ＭｇＯともいう。）単結晶で形成されたＭｇＯ基板が使用されている。ＭｇＯ基板を製造するには、バルク状に結晶成長させて基板状に切断する他、薄膜状にエピタキシャル成長させることが知られている（特許文献１を参照）。

一方、ダイヤモンドは高周波・高出力電子デバイスに適した半導体と考えられ、その合成方法のひとつである気相合成法（ＣＶＤ法）ではＭｇＯ基板が下地基板として利用されている（特許文献２を参照）。このＣＶＤ法によるヘテロエピキャシタル成長では下地ＭｇＯ基板の結晶方位と同方位に成長した単結晶ダイヤモンドのバルク結晶が得られる。すなわち下地ＭｇＯ基板の結晶方位が［１００］で結晶方位［１００］ダイヤモンドのバルク結晶が、下地ＭｇＯ基板の結晶方位が［１１１］で結晶方位［１１１］ダイヤモンドのバルク結晶が得られる。

ダイヤモンドは、磁気センサにも利用されている。磁気センサでは、ダイヤモンド単結晶に高密度なＮＶセンタを形成し、ＮＶセンタの配向軸を揃えることが必要である。ＣＶＤ法により［１１１］方向に高密度なＮＶセンタを配向する技術が確立されてきているため、主表面を（１１１）面とする単結晶ダイヤモンドによる（１１１）バルク結晶の必要性が高まっている。

上記のダイヤモンド基板の製造において下地基板であるＭｇＯ基板は高価であり、例えば単結晶ダイヤモンドを気相合成した後に下地基板として必要な厚さを残しつつＭｇＯ基板を剥離して分離することで、ＭｇＯ基板は下地基板として再利用が可能となる。このため、ＭｇＯ基板の主表面から所定の深さにレーザ光を集光して照射し、２次元状に走査することにより結晶構造が改質された改質層を形成し、この改質層でＭｇＯ基板を剥離する技術が提供されている（特許文献３～５を参照）。

この技術は、ＭｇＯ単結晶が｛１００｝面に沿って劈開が進みやすいという性質を利用し、主表面を｛１００｝面とするＭｇＯ基板をこの面に沿って剥離するものである。ＮａＣｌ型イオン結晶であるＭｇＯ単結晶の劈開面は｛１００｝面であり、ＭｇＯ基板の剥離面と劈開面とが｛１００｝面で一致する場合において有用な技術である。

特開２００１－０８０９９６号公報 特開２０１５－５９０６９号公報 特開２０１８－１８３８０１号公報 特開２０１９－６９８７０号公報 特開２０１９－１６０９１５号公報

しかしながら、主表面を｛１１１｝面とするＭｇＯ基板では｛１１１｝面に沿った劈開が生じないため、前記技術を適用することは困難であった。また主表面を｛１１１｝面とするＭｇＯ基板の主表面から所定の深さにレーザ光を集光して照射すると｛１００｝面方向に加工痕が形成され主表面側に劈開が進展してしまい｛１１１｝面のＭｇＯ基板の剥離、すなわち新たなＭｇＯ基板を創製することは困難であった。

この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、主表面が｛１１１｝面であるＭｇＯ基板であっても主表面から所定の深さにレーザ光を集光して照射し、２次元状の所定の方向に走査することにより結晶構造が改質された改質層を形成し、主表面が｛１１１｝面であるＭｇＯ基板を剥離するＭｇＯ基板の製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、この出願に係る酸化マグネシウム基板の製造方法は、レーザ光を集光するレーザ集光部を酸化マグネシウム単結晶の基板の主表面に対向するように配置する工程と、レーザ集光部から基板の主表面にレーザ光を照射して基板の内部にレーザ光を集光しつつレーザ集光部及び基板を相対的に所定方向に２次元状に走査させることにより主表面から所定の深さに加工痕及びこの加工痕からレーザ光走査方向に沿って改質層を形成する工程と、改質層から酸化マグネシウム単結晶の｛１００｝面に沿って広がるクラックを繋ぎ合わせて劈開面を形成する工程とを含んでいる。

改質層を形成する工程は、＜１１０＞方向から選ばれる少なくとも２方向に沿ってそれぞれ集光したレーザ光を走査してもよい。改質層を形成する工程は、＜１１１＞方向から選ばれる少なくとも２方向に沿ってそれぞれ集光したレーザ光を走査してもよい。改質層を形成する工程は、＜１００＞方向から選ばれる少なくとも２方向に沿ってそれぞれ集光したレーザ光を走査してもよい。改質層を形成する工程は、少なくとも２方向に沿って集光したレーザ光を走査することにより形成した加工痕を始点としてすべり方向に発生したすべりにより前記｛１００｝面に沿ってクラックを発生させてもよい。

改質層を形成する工程は、少なくとも２方向に沿って集光したレーザ光を走査する工程と、レーザ集光部及び基板を相対的にラインピッチ方向に所定の間隔にわたり移動させる工程とを含んでもよい。基板において、主表面から改質層に達する深さまでの部分と、改質層よりも深い部分とを剥離させる工程をさらに含んでもよい。

レーザ光は、高輝度レーザ光であってもよい。レーザ光は、パルス幅が数ｐｓから数十ｎｓの範囲にあってもよい。

この発明によると、主表面が｛１１１｝面であるＭｇＯ基板について、主表面から所定の深さにレーザ光を集光して照射し、２次元状に走査することにより結晶構造が改質された改質層を形成し、この改質層でＭｇＯ基板を剥離することができる。

加工装置の概略的な構成を示す斜視図である。 ＭｇＯ単結晶の結晶構造を示す図である。 ＭｇＯ単結晶に生じる劈開を説明する図である。 ＭｇＯ基板を示す上面図である。 ｛１００｝面によって形成された（１１１）面を説明する図である。 レーザ光によるＭｇＯ基板の走査を説明する上面図である。 ＭｇＯ基板に改質層を形成する加工を説明する断面図である。 ＭｇＯ基板に改質層を形成する加工の他の態様を説明する断面図である。 レーザ光によるＭｇＯ基板の走査の他の態様を説明する上面図である。 改質層が形成された実験例１のＭｇＯ基板の顕微鏡写真である。 図１０に示したＭｇＯ基板をさらに拡大した顕微鏡写真である。 改質層が形成された実験例２のＭｇＯ基板の顕微鏡写真である。 図１２に示したＭｇＯ基板の顕微鏡写真をさらに拡大した顕微鏡写真である。 実験例３のＭｇＯ基板を示す上面図である。 改質層が形成された実験例３のＭｇＯ基板の顕微鏡写真である。 改質層が形成された実験例４のＭｇＯ基板の顕微鏡写真である。 改質層が形成された実験例５のＭｇＯ基板の顕微鏡写真である。

以下、ＭｇＯ基板の製造方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚み及び平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本実施の形態では、ＭｇＯ基板はＭｇＯ単結晶から構成され、特記する場合を除いて、上面が主表面の（１１１）面であることを想定している。この主表面は（１１１）面に限らず、｛１１１｝面であれば他の面であってもよい。また、本明細書においては、使用できる文字に制限があるため、便宜上、ミラー指数の表示において数字に附される上線は数字の前の負号「－」で代えることにする。

図１は、加工装置１００の概略的な構成を示す斜視図である。加工装置１００は、ＭｇＯ基板１０を載置するステージ１１０と、ステージ１１０が水平面内のＸＹ方向に移動可能なように支持するステージ支持部１２０と、ＭｇＯ基板１０を固定する固定具１３０とを有している。固定具１３０には、粘着層、機械的なチャック、静電チャック、真空チャックなどが適用可能である。

ステージ１１０上には、加工対象物としてＭｇＯ基板１０が、主表面１０ａの（１１１）面を上面として固定されている。加工対象物の形状はこれに限らず、主表面１０ａを（１１１）面とするものであれば、例えばＭｇＯ単結晶のインゴットやインゴットを一定の長さに切断したブロックであってもよい。

また、加工装置１００は、パルスレーザ光を発生するレーザ光源１６０と、対物レンズ１７０及び収差調整部１８０を含むレーザ集光部１９０とを有し、レーザ光源１６０から発したレーザ光Ｂがレーザ集光部１９０を介してＭｇＯ基板１０の主表面１０ａの（１１１）面に向けて照射されるようにする。

レーザ光源１６０は、高輝度レーザ光を発生するものである。高輝度レーザ光は、ピークパワー及びパワー密度で特定される。ここで、ピークパワーとはパルスエネルギーをパルス幅で除算した値であり、パワー密度とは単位時間当たりのエネルギーの単位面積当たりの値である。高輝度レーザ光は、ピークパワーが１０ｋＷ以上であり、ピークパワーから求められるパワー密度が１０００Ｗ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。またパワー密度を高めるためにパルス幅が短い方が効果的であり、１０ｎｓ以下が好ましく、１００ｐｓ以下であることがさらに好ましい。そして、１５ｐｓ以下であることがよりさらに好ましい。

高輝度レーザ光は、パルス幅が短いレーザ光を用いて低いレーザ出力でレーザ光Ｂを照射し加工基板にダメージを与えないレーザ光であることが好ましい。さらにパワー密度を高めるためにはパルス幅の短いレーザ光（例えばパルス幅が１０ｎｓ以下のレーザ光）が好ましい。このようにパルス幅の短いレーザ光を照射することで、高輝度レーザ光のパワー密度を格段に高めやすい。

図２は、ＭｇＯ単結晶の結晶構造を示す図である。図２（ａ）に示すように、ＭｇＯ単結晶の単位格子は、白丸で示すマグネシウムの陽イオン（Ｍｇ^２＋）と黒丸で示す酸素の陰イオン（Ｏ^２－）とが面心立方格子構造を形成しておりＮａＣｌ型イオン結晶とも呼ばれる。

図２（ｂ）は、ＭｇＯ単結晶の単位格子における（１１１）及び（１１－１）面を示している。陰イオン又は陽イオンの同じ極性のＭｇ^２＋又はＯ^２－イオンは、｛１１１｝面に沿って配列されている。このため、後述する理由により｛１１１｝面に沿った劈開は困難である。また、図中には、［１－１０］方向も示されている。［１－１０］方向は、単位格子において（１１１）面の輪郭が形成する三角形の一片が延びる方向を向いている。

図３は、ＭｇＯ単結晶に生じる劈開を説明する図である。図３（ａ）に示すように、“＋”で示すマグネシウムの陽イオン及び“－”で示す酸素の陰イオンが配列されてイオン結晶を構成している。図３（ａ）は、図２（ａ）に示したＭｇＯの面心立方格子の｛１００｝面の内の一つの面におけるマグネシウムイオン及び酸素イオンの配置を示している。この面内では、マグネシウムイオン及び酸素イオンは交互に配列されている。

図３（ａ）に示すように外力が加えられ、図３（ｂ）のように｛１００｝面の内で前記一つの面に直交する｛１００｝面の内の他の面に沿って隣接する層が一つのイオンに相当する距離だけ変位したとする。この場合には、同極性のイオンが対向して互いに斥力を及ぼすため、この面に沿って劈開が発生する。これに対し、図２（ｂ）に示したように｛１１１｝面には同極性のイオンが配列されているため、｛１１１｝面の内の一つの面に直交する｛１１１｝面の内の他の面に沿って隣接する層が一つのイオンに相当する距離だけ変位したとしてもイオンの配列に変化はなく、劈開は発生しない。このような理由によって、ＭｇＯ単結晶においては、｛１００｝面が劈開面であり｛１１１｝面では劈開が生じない。

図４は、ＭｇＯ１０を示す上面図である。図１の加工装置で加工されるＭｇＯ基板１０は、略矩形で所定の厚さの板状の形状を有している。ＭｇＯ基板１０は上面を主表面１０ａの（１１１）面とし、略矩形の外周の一つの辺の両端には切り欠きが形成され、この辺に向かう方向が［１－１０］方向であることを示している。

図中には、ＭｇＯ基板１０に対する｛００１｝面を構成する（１００）面、（００１）面及び（００１）面の方位も示されている。（１００）面、（００１）面及び（００１）面は、（１１１）面を底面とする正三角錐を形成している。［１－１０］方向は、（００１）面及び（１１１）面がなす辺が延びる方向である。なお、以下の図面においても、参照のために（１００）面、（００１）面及び（００１）面の方位を適宜に記載するものとする。

図５は、｛１００｝面によって構成された（１１１）面を説明する図である。図５（ａ）は（１１１）面側すなわち（１１１）面を上から見て｛００１｝面を構成する（１００）面、（０１０）面及び（００１）面の向きを示している。（１００）面、（０１０）面及び（００１）面は、表面の（１１１）面から約５５度傾いて三方向に向いて（１１１）面を底面とする正三角錐の各斜面を形成している。

この正三角錐の各斜面が底面を越えるように延長し、各斜面がそれぞれひし形を形成するようにする。この図形は、（１１１）面への正射影の輪郭が正六角形を形成し、（１１１）面とは正三角錐の底面に相当する正三角形で交差する。したがって、この図形は（１１１）面に沿って延びているということができる。以下、このようなそれぞれひし形の形状を有する３つの斜面で形成された図形を便宜上から単位図形と称することにする。

図５（ｂ）に示すように、単位図形の一つを基準として、この単位図形の周囲に（１１１）面に沿って単位図形を連結することができる。この面は、厳密には｛１００｝面を構成する（１００）面、（０１０）面及び（００１）面の各斜面が接続して構成されているが、各単位図形が（１１１）面を含んでいるため、単位図形が敷き詰められてなる面は（１１１）面を形成するということができる。ここで、単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）面はＭｇＯ単結晶において劈開する｛１００｝面を構成するため、図５（ｃ）に示すように単位図形を連結するように｛１００｝面に沿ったクラックによる劈開面を適切に繋ぎ合わせることで（１１１）面に沿って｛１００｝面の劈開面が表面に存在するＭｇＯ基板を形成することができる。

図６は、ＭｇＯ基板へのレーザ光走査を説明する上面図である。図に示すように、（００１）面及び（１１１）面が交差する［－１１０］又は［１－１０］方向に沿った第１の走査方向、（１００）面及び（１１１）面が交差する［０－１１］又は［０１－１］方向に沿った第２の走査方向並びに（０１０）面及び（１１１）面が交差する［１０－１］又は［－１０１］方向に沿った第３の走査方向について、所定のラインピッチを有して主表面１０ａの（１１１）面の全面にわたって走査する。

面心立方格子構造を有するＭｇＯ単結晶は、｛１１０｝面＜１１０＞方向のすべり系を有している。このため、＜１１０＞方向に含まれる第１から第３の走査方向である［－１１０］又は［１－１０］方向、［０－１１］又は［０１－１］及び［１０－１］又は［－１０１］方向に沿ってレーザ光を集光して照射して加工痕を形成すると、この加工痕から欠陥や転移の発生により｛１１０｝面及び＜１１０＞方向のすべりを起点として単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）面にクラックが形成される。図３で示したように、ＭｇＯ単結晶では（１００）面、（０１０）面及び（００１）面を含む｛１００｝面に沿って劈開が発生する。

図７は、ＭｇＯ基板１０に改質層を形成する加工を説明する断面図である。図７（ａ）に示すように、パルス状のレーザ光ＢによってＭｇＯ基板１０を所定の方向に走査し、レーザ光Ｂによる加工痕を所定間隔で形成する。レーザ光Ｂは、ＭｇＯ基板１０の主表面１０ａに対向するレーザ集光部１９０を介して主表面１０ａから所定の深さのＭｇＯ基板１０の内部に集光して照射される。前述のように、加工痕からのすべりを起点として、単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）面の少なくとも一つに沿ってクラックを発生させることができる。なお、このクラックはレーザ光Ｂの走査方向に｛１００｝面に沿って進展することが実験で確認されている。

続いて、図７（ｂ）に示すように、レーザ光ＢによってＭｇＯ基板１０を前記所定の方向とは逆の方向に走査し、レーザ光Ｂによる加工痕を所定間隔で形成する。この加工痕の位置は、図７（ａ）の最初の走査で形成した加工痕の位置と同じであってもよいし、最初の走査で形成した隣接する加工痕の中央など他の位置であってもよい。前述のように、加工痕からのすべりを起点として、単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）の内でクラックが発生していなかった面に沿ってクラックを発生させることができる。

このように、レーザ光Ｂによって２段階にわたって走査することによって、単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）に沿ってクラックを発生させることができる。加工痕から発生したクラックは相互に連結して（１１１）面に沿って広がり、クラックを含んで結晶の性質が変化した改質層が（１１１）面に沿って形成される。この改質層に沿ってＭｇＯ基板１０を剥離することができるようになる。

なお、図７（ｂ）に示した２回目の走査では、図７（ａ）に示した１回目の走査とは逆の方向に走査したが、これに限られない。２回目の走査でも、１回目の走査と同じ方向に走査してもよい。

図８は、ＭｇＯ基板１０に改質層を形成する加工の他の態様を説明する断面図である。図８（ａ）に示すように、パルス状のレーザ光ＢによってＭｇＯ基板１０を所定の方向に走査し、レーザ光Ｂによる加工痕を所定間隔で形成する。レーザ光Ｂは、ＭｇＯ基板１０の主表面１０ａに対向するレーザ集光部１９０を介して主表面１０ａから所定の深さのＭｇＯ基板１０の内部に集光して照射される。前述のように、加工痕からの｛１００｝面のすべりを起点として、単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）面の少なくとも一つに沿ってクラックを発生させることができる。

続いて、図８（ｂ）に示すように、ＭｇＯ基板１０において主表面１０ａに対向する背面から照射したレーザ光ＢによってＭｇＯ基板１０を前記所定の方向に走査し、レーザ光Ｂによる加工痕を所定間隔で形成する。この加工痕の位置は、図７（ａ）の最初の走査で形成した加工痕の位置と同じであってもよいし、最初の走査で形成した隣接する加工痕の中央など他の位置であってもよい。前述のように、加工痕からのすべりを起点として、単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）の内でクラックが発生していなかった面に沿ってクラックを発生させることができる。

なお、図１に示した加工装置１００では、ＭｇＯ基板１０のステージ１１０上に（１１１）面の主表面１０ａが上面として固定されている。ＭｇＯ基板１０において主表面１０ａに対向する背面にレーザ光Ｂを照射するためには、ステージ１１０に取り付けられたＭｇＯ基板１０を一旦取り外し、背面が上向きになるようにＭｇＯ基板１０を裏返しにしてステージ１１０に再度取り付ける必要がある。

図９は、レーザ光によるＭｇＯ基板の走査の他の態様を説明する上面図である。図に示すように、（００１）面及び（１１１）面が交差する［－１１０］又は［１－１０］方向に直交する［１１－２］又は［－１－１２］方向の第１の走査方向、（１００）面及び（１１１）面が交差する［０－１１］又は［０１－１］方向に直交する［２－１－１］又は［－２１１］方向の第２の走査方向並びに（０１０）面及び（１１１）面が交差する［１０－１］又は［－１０１］方向に直交する［－１２－１］又は［１－２１］方向の第３の走査方向について、所定のラインピッチを有して主表面１０ａの（１１１）面の全面にわたって走査する。

ＭｇＯ単結晶は、｛１１０｝面＜１１０＞方向のすべり系を有している。このため、＜１１０＞方向に含まれる［－１１０］又は［１－１０］方向、［０－１１］又は［０１－１］及び［１０－１］又は［－１０１］方向にそれぞれ直交する第１から第３の走査方向に沿ってレーザ光を集光して照射して加工痕を形成すると、この加工痕からの｛１１０｝面のすべりを起点として単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）面に劈開によるクラックを形成することができる。図３で示したように、ＭｇＯ単結晶では（１００）面、（０１０）面及び（００１）面を含む｛１００｝面に沿って劈開が発生する。

このように、レーザ光Ｂを上記の結晶方向に走査することによって、単位図形の｛１００｝面を構成する（１００）面、（０１０）面及び（００１）に沿ってクラックを発生させることができる。加工痕から発生したクラックは｛１００｝面の劈開面として相互に連結して（１１１）面に沿って広がり、この連結した｛１００｝面の劈開面に沿ってＭｇＯ基板１０を剥離することができるようになる。

以上のように、本実施の形態によると、主表面が（１１１）面であるＭｇＯ基板１０についても、ＭｇＯ単結晶において劈開が容易に生じる｛１００｝面を構成する（１００）面、（０１０）面及び（００１）のような｛１００｝面で形成された単位図形を（１１１）面に沿って配置して連結することにより、（１１１）面に沿ってクラックが延びる改質層を形成することができる。したがって、このような改質層からこのＭｇＯ基板１０を剥離することができる。

例えばダイヤモンド単結晶の下地基板として使用されるＭｇＯ基板については、例えば厚さ２００μｍのＭｇＯの下地基板から厚さ１８０μｍのＭｇＯ基板を得て再利用すればダイヤモンド基板製造プロセスにおいて大幅なコストダウンを達成でき、ダイヤモンド基板のコスト低減に大きく貢献することが期待できる。

（実験例１）
実験例１として、加工装置１００は表１で示すような条件を使用した。なお、対物レンズ補正環は、図１の加工装置１００における収差調整部１８０に相当している。

加工対象物のＭｇＯ基板１０には、表２に示すものを使用した。

図１０は、改質層が形成された実験例１のＭｇＯ基板１０の顕微鏡写真である。実験例１では、図６に示したような［－１１０］又は［１－１０］方向、［０－１１］又は［０１－１］方向及び［１０－１］又は［－１０１］方向に沿ってＭｇＯ基板１０を走査した。図７に示したように、レーザ光ＢによるＭｇＯ基板１０への走査は２段階で行った。レーザ光Ｂによる走査は、ＭｇＯ基板１０の主表面１０ａの全面には行わず、それぞれの走査方向のラインピッチ方向について所定範囲でのみ行った。図１０には、上記方向にレーザ光Ｂを走査した改質層が観察される。

図１１は、図１０に示したＭｇＯ基板１０をさらに拡大した顕微鏡写真である。各顕微鏡写真は、［－１１０］又は［１－１０］方向、［０－１１］又は［０１－１］方向及び［１０－１］又は［－１０１］方向のレーザ光Ｂの走査に沿って延びる改質層の一部をそれぞれ拡大したものである。走査方向に沿って延びる改質層は、ラインピッチ方向に一定の幅に広がりを有して形成されていることが観察される。

詳しくは、図１１（ａ）では（０１０）面、図１１（ｂ）では（１００）面、図１１（ｃ）では（００１）面にそれぞれ劈開が発生している。このようにレーザ光Ｂの各走査方向に対して３つの｛１００｝面の劈開が得られる。すなわち実験例１によれば上記の６方向または６方向の各逆方向を除く３方向に表１の実験条件によりレーザ光Ｂを照射することで（００１）面、（０１０）面及び（１００）面の劈開が生じる。

（実験例２）
実験例２は、前述の実験例１の表１に示した条件を使用して実験例１の表２に示した加工対象物と同様のＭｇＯ基板１０を使用した。図１２は、改質層が形成された実験例２のＭｇＯ基板１０の顕微鏡写真である。実験例２では、図９に示したような［１１－２］又は［－１－１２］方向、［２－１－１］又は［－２１１］方向及び［－１２－１］又は［１－２１］方向に沿ってＭｇＯ基板１０を走査した。図７に示したように、レーザ光ＢによるＭｇＯ基板１０への走査は２段階で行った。レーザ光Ｂによる走査は、ＭｇＯ基板１０の主表面１０ａの全面には行わず、それぞれの走査方向のラインピッチ方向について所定範囲でのみ行った。図１２には、レーザ光Ｂを上記方向にＭｇＯ基板１０を走査した改質層が観察される。

図１３は、図１２に示したＭｇＯ基板１０をさらに拡大した顕微鏡写真である。図１３（ａ）は［１－２１］又は［－１２－１］方向に沿って延びる改質層の一部を拡大したものであり、図１４（ａ）は図１３（ａ）をそれぞれさらに拡大したものである。図１３（ｂ）は［２－１－１］又は［－２１１］方向に沿って延びる改質層の一部を拡大したものであり、図１４（ｂ）は図１３（ｂ）をさらに拡大したものである。図１３（ｃ）は［２－１－１］又は［－２１１］方向に沿って延びる改質層の一部を拡大したものである。

各レーザ光Ｂの走査方向において走査方向に対して約６０°の角度でクラックが発生しており、これは＜１１０＞方向にすべりが生じているためと考えられる。このクラックを起点として｛１００｝面の劈開が生じていることが観察される。上記の各走査方向に対する｛１００｝面の劈開は各走査方向でそれぞれ（１００）、（００１）、（０１０）面に生じているため、単位図形の（１００）面、（０１０）面及び（００１）の劈開をつなぎ合わせるためには上記走査方向のうち少なくとも２方向に対してレーザ光Ｂを操作すればよいと考えられる。

（実験例３）
図１４は、実験例３のＭｇＯ基板１１０を示す上面図である。実験例３のＭｇＯ基板１１０は、図４に示したような本実施の酸化マグネシウムＭｇＯ基板１０と同様に略矩形で所定の厚さの板状の形状を有するが、略矩形の外周のうち両端に切り欠きが形成された一つの辺に向かう方向を［０１０］方向として、上面の主表面１１０ａが（００１）面であることが相違している。なお、酸化マグネシウムＭｇＯ単結晶の結晶構造において、（００１）面は（１００）面を含む｛１００｝面と同等である。

図中には、主表面が（００１）であるＭｇＯ基板１１０を主表面１１ａから見た場合の結晶面も示されている。４つの｛１１０｝面である（－１０１）、（０１１）、（１０１）及び（０－１１）が示されており、結晶方位＜１００＞の[０１０]、[０－１０]、[１００]及び[－１００]の４方向も示されている。実験例３では[－１００]方向にＭｇＯ基板１１０の主表面１１０ａにレーザ光Ｂの焦点を合わせて走査した。

図１５は、（００１）面の主表面１１０ａに対し[－１００]方向にレーザ光Ｂを走査した状態を示す顕微鏡写真である。走査方向に向かい加工痕から＜１００＞方向にレーザ走査方向に向かって加工痕から＜１１０＞方向へクラックが発生し｛１１０｝面ですべりが生じていることがわかる。このすべりを起点として（００１）面の劈開を生じるものと考えられる。

（実験例４）
実験例４では、加工装置１００を表３に示す条件で使用し、加工対象物として表４に示すようＭｇＯ基板１１０を使用した。

加工対象物のＭｇＯ基板１１０には、表４に示すものを使用した。

図１６は、このようなＭｇＯ基板１１０の内部にレーザ光Ｂを走査した結果を示す図である。図１６（ａ）は、ＭｇＯ基板１１０の顕微鏡写真である。図１６（ｂ）は、加工ラインと垂直方向に剥離が進行していくことを示す図である。（００１）面の内部に対し[１００]方向にレーザ光Ｂを走査し、[０－１０]方向に加工ラインを形成していくことで「０－１０」方向に（００１）面に劈開が進展していることを示している。この進展した劈開面を境にＭｇＯ基板１１０を剥離、分離することであらたな基板を創製することが可能となる。なお、実験例４では主表面１１０ａが（００１）面であるＭｇＯ基板１１０を使用したが主表面１１０ａが｛１００｝であるＭｇＯ基板１１０については同様な結果が得られる。

（実験例５）
実験例５は、表５に示した条件を使用して実験例４の表４に示した加工対象物と同様のＭｇＯ基板１１０を使用した。

図１７は、このようなＭｇＯ基板１１０の内部にレーザ光Ｂを走査した結果を示す顕微鏡写真である。実験例５ではレーザ出力と発振周波数を調整し実験例４よりもパルスエネルギー、ドットピッチおよびラインピッチを大きくしている。このことにより実験例５ではレーザ照射痕を中心に（００１）面方向の劈開が生じ、これらが連結して存在している。劈開面をつなぎ合わせることによりＭｇＯ基板１１０の剥離、分離が可能となり新たなＭｇＯ基板１１０を創製することができる。なお、実験例５では主表面１１０ａが（００１）面であるＭｇＯ基板１１０を使用したが主表面１１０ａが｛１００｝であるＭｇＯ基板１１０については同様な結果が得られる。

１０ ＭｇＯ基板
１０ａ 主表面
１００ 加工装置
１６０ レーザ光源
１９０ レーザ集光部

Claims (9)

1. レーザ光を集光するレーザ集光部を酸化マグネシウム単結晶の基板の主表面に対向するように配置する工程と、
   前記レーザ集光部から前記基板の主表面にレーザ光を照射して前記基板の内部にレーザ光を集光しつつ前記レーザ集光部及び前記基板を相対的に所定方向に２次元状に走査させることにより前記主表面から所定の深さに加工痕及びこの加工痕からレーザ光走査方向に沿って改質層を形成する工程と、前記改質層から酸化マグネシウム単結晶の｛１００｝面に沿って広がるクラックを繋ぎ合わせて劈開面を形成する工程と
   を含む酸化マグネシウム基板の製造方法。
2. 前記改質層を形成する工程は、＜１１０＞方向から選ばれる少なくとも２方向に沿ってそれぞれ前記集光したレーザ光を走査する請求項１に記載の方法。
3. 前記改質層を形成する工程は、＜１１１＞方向から選ばれる少なくとも２方向に沿ってそれぞれ前記集光したレーザ光を走査する請求項１に記載の方法。
4. 前記改質層を形成する工程は、＜１００＞方向から選ばれる少なくとも２方向に沿ってそれぞれ前記集光したレーザ光を走査する請求項１に記載の方法。
5. 前記改質層を形成する工程は、少なくとも２方向に沿って前記集光したレーザ光を走査することにより形成した加工痕を始点としてすべり方向に発生したすべりにより前記｛１００｝面に沿ってクラックを発生させる請求項２から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記改質層を形成する工程は、前記少なくとも２方向に沿って集光したレーザ光を走査する工程と、前記レーザ集光部及び前記基板を相対的にラインピッチ方向に所定の間隔にわたり移動させる工程とを含む請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記基板において、前記主表面から前記改質層に達する深さまでの部分と、前記改質層よりも深い部分とを剥離させる工程をさらに含む請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記レーザ光は、高輝度レーザ光である請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記レーザ光は、パルス幅が数ｐｓから数十ｎｓの範囲にある請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

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