JP2024038855A - 基板加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶基板及び加工条件に応じた適切な加工方法で結晶基板を加工する。【解決手段】基板加工方法は、ステージに載置した結晶基板２１０の主表面２１０ａに向けてレーザ光Ｂを照射し、主表面２１０ａから所定深さにレーザ光Ｂを集光して主表面２１０ａの面方向に連続する結晶面方位の劈開面を含む改質層を形成する工程と、改質層に含まれる劈開面において結晶基板２１０から新たな結晶基板２１０を主表面２１０ａの面方向に剥離する工程とを含んでいる。【選択図】図８

Description

この発明は、加工対象単結晶基板の表面からレーザ光を照射して、加工対象単結晶基板の内部にレーザ光を集光し、加工対象単結晶基板に劈開面を形成する基板加工方法に関する。

従来、半導体基板の材料として各種の単結晶が使用されている。これらの単結晶の内でシリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ダイヤモンド（Ｃ）などは難削材と呼ばれ、従来の機械加工ではインゴットやブロックなどのバルクから基板として切り出すことが困難であった。このため、機械加工に代わる加工方法としてレーザ光を基板の主表面に向けて照射して、主表面から所定深さに集光して加工痕を形成することによって、剥離可能な改質層を形成する加工技術が研究されている。

また、シリコンや酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶基板上にダイヤモンド結晶を、シリコン、炭化ケイ素、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などの基板上に窒化ガリウムを、それぞれヘテロエピキャシタル成長させるためのベースとしてダイヤモンド基板や窒化ガリウム基板が利用されている。これらのベース基板の再利用や成長基板を薄いウエーハに加工する方法として上記のレーザ光による加工技術が研究されている。

特開２０１８－１８３８０１号公報

しかしながら、上記の単結晶材料はその固体構造や化学結合の種類が様々であり、その特性が異なるためレーザ光による加工技術によって剥離可能な改質層を形成するためには、加工する単結晶基板の材質、結晶構造、結合形態、結晶面方位、結晶成長のオフ角その他のパラメータを確認し、さらにレーザ光の特性、基板内部へのレーザ光の集光、レーザ光走査方法、形成する改質層の深さや厚さなどの加工条件も考慮する必要があった。

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、加工する結晶基板及び加工条件に応じて適切に結晶基板を加工する基板加工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、この出願に係る基板加工方法は、ステージに載置した結晶基板の主表面に向けてレーザ光を照射し、主表面から所定深さにレーザ光を集光して主表面の面方向に連続する結晶面方位の劈開面を含む改質層を形成する工程と、改質層に含まれる劈開面において結晶基板から新たな結晶基板を主表面の面方向に剥離する工程とを含んでいる。

改質層を形成する工程は、結晶基板の主表面から所定の深さにレーザ光を集光して結晶基板の結晶の転位によるずれを起点とする劈開を発生させるようにレーザ光を走査してもよい。

改質層を形成する工程において、レーザ光を走査する方向は、結晶基板に関するパラメータとして、結晶材料、結晶構造、結晶の種類、面方位、オフ角、劈開面、すべり面及びバーガース・ベクトル及び転位面の少なくとも一つを含んでもよい。

レーザ光を走査する方向は、結晶基板の面方向に対して２次元方向および３次元方向であってもよい。

この発明によると、結晶材料の劈開面で剥離して結晶基板を作製することができる基板加工方法を提供することができる。

基板加工装置の斜視図である。 閃亜鉛鉱型構造の結晶構造を示す斜視図である。 ダイヤモンド型構造の結晶構造を示す斜視図である。 ウルツ鉱型構造の結晶構造を示す斜視図である。 六方晶の窒化ガリウムの結晶構造を示す斜視図である。 結晶基板を構成する正四面体の基本構造とレーザ走査方向との関係を説明する模式図である。 結晶基板に対するレーザ光の走査方向を示す模式図である。 主表面と劈開面の面方位が同じである結晶基板への加工痕の形成を説明する図である。 主表面と劈開面の面方位が異なる結晶基板への加工痕の形成を説明する図である。 主表面と劈開面の面方位が異なる結晶基板への加工痕の形成を説明する図である。 岩塩型結晶の結晶構造を示す斜視図である。

以下、基板加工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。本実施の形態は、基板加工装置のステージに結晶基板を載置してその主表面に向けてレーザ光を照射し、主表面から所定深さにレーザ光を集光して剥離可能な改質層を形成する基板加工方法である。具体的には、上記改質層において劈開を劈開面に沿って発生させ、この劈開面を結晶基板の面方向に連続的に形成するように改質層を制御することで剥離基板を創製することを想定している。ここで、結晶基板の面方向とは結晶基板の主表面が延びる方向をいうものとし、面方向に連続的に形成された層とは主表面に平行に延びるように形成された層をいうものとする。

図１は、本実施の形態の基板加工方法に使用する基板加工装置の構成を示す斜視図である。基板加工装置１００は、結晶基板２００を支持して駆動する基板支持装置１１０と、結晶基板２００の主表面２００ａに向かってレーザ光Ｂを照射する光学系１２０とを有している。基板支持装置１１０は、結晶基板２００を載置するステージ１１２と、ステージ１１２が水平面内のＸＹ方向及び垂直方向のＺ方向に駆動可能であり、Ｚ方向の軸の周りに回転駆動可能なように支持するステージ駆動装置１１１と、ステージ１１２に結晶基板２００を固定する固定具１１３とを有している。固定具１１３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。

光学系１２０は、レーザ光源１２１と、対物レンズ１２５及び収差調整部１２６を含むレーザ集光部１２７とを有し、レーザ光源１２１から放出されたレーザ光Ｂがレーザ集光部１２７を介して結晶基板２００の主表面２００ａに向かって照射されるようにしている。光学系１２０には、回折光学素子（ＤＯＥ）など他の光学素子がさらに含まれてもよい。

次の表１は、本実施の形態の基板加工方法における結晶基板２００に関するパラメータおよび加工条件のパラメータの例を示している。結晶基板２００に関するパラメータは、結晶基板２００の材料、サイズ、結晶方位などの個別の結晶基板２００に固有のパラメータを含んでいる。結晶基板２００に固有のパラメータには、結晶欠陥のＸＹＺ座標や表面異物のＸＹ座標なども含まれる。

次の表２は、結晶基板２００の材料の例を示している。表２には、単結晶シリコン、単結晶ダイヤモンド、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣ、単結晶窒化ガリウム、単結晶ヒ化ガリウム、単結晶リン化ガリウム、単結晶サファイア、単結晶酸化マグネシウムが例示されている。表２には、各材料の結晶構造及び劈開面も併せて記載されている。なお、結晶基板２００の材料は表２の材料に限らず、他の種類であってもよい。例えば、材料は多結晶シリコンなど多結晶であってもよいし、ガラスなどの非晶質な材料であってもよい。

表１に示すように、結晶基板２００に関するパラメータは、結晶基板２００の結晶構造、化学結合、面方位、オフ角、劈開面方位、すべり面方位、すべり方向、バーガース・ベクトル、転位面などの結晶基板２００の材料によって決まるパラメータも含んでいる。表２を参照すると、材料によって決まるパラメータとして結晶構造及び劈開面が示されている。

表１の結晶基板２００の材料のパラメータにあるすべり面方位及びすべり方向について説明する。結晶材料におけるすべり面は結晶面の上下の結晶が結晶材料により特定される方向であるすべり方向にずれることにより発生する。このずれは結晶材料に線欠陥である転位を導入することで生じ、結晶材料の塑性変形によってすべり面が形成される。このずれを表わすベクトルとしてバーガース・ベクトルが定義されている。すべり系はすべり面とすべり方向は対になって構成され、これらの面と方向の大部分は結晶材料の原子配列における最稠密面と最稠密方向に一致している。一方、劈開は脆性的な破壊であるとされ変形の起点付近から生じるとされている。本実施の形態では結晶基板２００の主表面２００ａから所定の深さにレーザ光Ｂを集光することで結晶材料に転位によるずれを起点とする劈開を発生させることをその加工メカニズムとしている。

加工条件に関するパラメータは、結晶基板２００からスライスする結晶基板２００の厚さ、結晶基板２００の内部に形成する改質層の厚さなどを含んでいる。これらのパラメータは、表１の加工条件の欄に示している。

次の表３に示すように、光学系１２０に関するパラメータは、レーザ光Ｂの波長、パルス幅、輝度、繰り返し周波数、ビームプロファイルなどレーザ光Ｂに関するパラメータを含んでいる。これらのパラメータは、表３において光学系１２０のレーザ光Ｂの欄に示している。光学系１２０に関するパラメータは、開口数、倍率、焦点距離、作動距離、焦点深度、必要に応じてレーザ光Ｂを複数のビームに分岐するための回折光学素子などのレーザ集光部１２７に関するパラメータも含んでいる。回折光学素子のパラメータは、回折光学素子を使用してレーザ光Ｂを分岐するレーザ透過光の形状、数、配置に関するパラメータなどの集光条件を含んでもよい。これらのパラメータは、表３において光学系１２０のレーザ集光部１２７の欄に示している。ステージ１１２の駆動に関するパラメータは、駆動方向、駆動速度、回転速度などを含んでいる。ここで、回転速度はステージ１１２を回転駆動する場合に該当する。これらのパラメータは、表３においてステージ駆動の欄に示している。なお、ステージ１１２の駆動は相対的にレーザ光Ｂの走査と同等であるので、ステージ駆動はレーザ光Ｂの走査に読み替えてもよい。

このように、本実施の形態によると、加工する結晶基板２００及び加工条件に応じた適切な加工方法で結晶基板２００を加工することで結晶材料に転位によるずれを起点とする劈開を発生させ、その劈開面からなる加工層を主表面に平行に延びるように面方向に連続的に形成することができる。すなわち本実施の形態によると、加工する単結晶材料による結晶基板２００の材料、結晶構造、結合形態、結晶面方位、結晶成長のオフ角その他のパラメータに加え、さらにレーザ光Ｂの特性、結晶基板２００の内部へのレーザ光Ｂの集光、レーザ光Ｂの走査方法、形成する改質層の深さや厚さなどの加工条件のパラメータも考慮して、様々な固体構造や化学結合の種類を有する単結晶材料について、適切なレーザ光Ｂによる加工技術によって剥離可能な改質層を形成することができる。

なお、本実施の形態においては、結晶基板２００の主表面２００ａにレーザ光Ｂを照射することにより主表面２００ａから所定の深さに形成した加工痕によって剥離可能な改質層を形成することを想定していたが、さらに結晶基板２００の端部を適切に処理してもよい。例えば、結晶基板２００において外周の端部から所定の距離には加工痕を形成せずに、端部に沿った加工痕から端部に向かって劈開が自発的に発生して改質層を形成するようにしてもよい。このような結晶基板２００の端部を加工することもできる。

また、本実施の形態の基板加工装置１００を制御して加工された結晶基板２００について、基板加工の状態を評価してもよい。例えば、赤外線顕微鏡や光学顕微鏡などにより得られる画像のセンシング結果から、画像データを用いて、劈開方向、レーザ光Ｂの照射面側の外観（亀裂発生など）、結晶の乱れた深さなど結晶基板２００に形成した改質層を評価してもよい。

以下では、本実施の形態の結晶基板２００にレーザ光Ｂを照射して改質層を形成する例を説明する。実施例においては、結晶基板２００の材料、サイズ、結晶方位などのパラメータ、結晶基板２００の結晶構造、化学結合、面方位などのパラメータは結晶基板２００の材料に応じて特定される。

図２は閃亜鉛鉱型構造の結晶構造を示す斜視図である。図２に示す閃亜鉛鉱型構造は、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）のようなＩＩＩ－Ｖ族化合物に見られる。図２において、白丸はガリウム（Ｇａ）のようなＩＩＩ族原子を示し、黒丸はヒ素（Ａｓ）や窒素（Ｎ）のようなＶ族原子を示し、白丸又は黒丸を結ぶ線は共有結合を示している。閃亜鉛鉱型構造は、一つの原子を取り囲む他の四つの原子を頂点として形成された正四面体を基本構造として構成されている。図２には、劈開面となる（０１１）面も示した。

図３はダイヤモンド型構造の結晶構造を示す斜視図である。図２に示したような閃亜鉛鉱型構造が同種の元素から構成されている場合には、図３に示すダイヤモンド型構造になる。ダイヤモンド型構造は、例えばＩＶ族元素に属する炭素、シリコンなどに見られる。図３において、白丸は炭素、シリコンなどの原子を示し、白丸を結ぶ線は共有結合を示している。ダイヤモンド型構造は、一つの原子を取り囲む他の四つの原子を頂点として形成された正四面体を基本構造として構成されている。図３には、劈開面となる（００１）面、結晶基板２００の主表面２００ａとされることがある（００１）面も示した。

図４は窒化ガリウムのウルツ鉱型構造を示す斜視図である。ＩＩＩ－Ｖ族化合物に属する窒化ガリウムは図２に示した閃亜鉛鉱型構造も取り得るが、常温定圧下では図４に示すようなウルツ鉱型構造が安定型である。図４において、白丸はガリウム（Ｇａ）原子を示し、黒丸は窒素（Ｎ）原子を示し、白丸又は黒丸を結ぶ線は共有結合を示している。

図５は窒化ガリウムの六方晶の結晶構造を示す斜視図である。ウルツ鉱型構造の窒化ガリウムの単位格子は、図５に示すような六方晶である。六方晶を示す図５においても、図４と同様に、白丸はガリウム原子を示し、黒丸は窒素原子を示している。図５に示す六方晶の窒化ガリウムの単位格子は、極性によって異なる劈開面を有している。ガリウム原子層と窒素原子層はｃ軸方向に交互に積層した構造でありガリウム原子と窒素原子の電気陰性度の違いによる分極が生じ、ｃ面は極性面、ｃ面と垂直に位置するａ面およびｍ面は無極性面、ｒ面は半極性面とされる。ここで劈開面はａ面｛１１－２０｝面とｍ面｛１－１００｝面となる。なお、特許出願書類に使用できる文字に制限があるため、ミラー指数の上線に代えて負号“－”を使用した。このような六方晶の窒化ガリウムは、ベース基板にｃ軸成長させることができる。六方晶において、底面及び頂面は｛０００１｝面となる。

図６は結晶基板２００を構成する正四面体の基本構造とレーザ走査方向との関係を示す模式図である。図２に示した閃亜鉛鉱型構造や図３に示したダイヤモンド型構造の結晶構造を有する単結晶や、このような単結晶から構成された結晶基板２００は、正四面体を基本構造として構成されている。主表面２００ａが（１００）、（１１１）などの面方位を有する結晶基板２００においては、基本構造の正四面体の一つの面は主表面に平行に配置される。この場合、レーザ照射による結晶材料の転位から劈開を形成することができるように、レーザ光Ｂは基本構造の正四面体の配置を考慮して特定の方向に走査することができる。図中には、結晶基板２００の主表面２００ａに対する基本構造の正四面体の配置と、基本構造の正四面体を基準として結晶基板２００の主表面２００ａに向かってレーザ光Ｂを走査する方向を例示している。

図１の基板加工装置１００を参照すると、正四面体を基準として主表面２００ａに向かってレーザ光Ｂを走査する方向は、結晶基板２００の主表面２００ａに沿ってレーザ光源１２１を含む光学系１２０からレーザ光Ｂを走査する方向に対応している。レーザを走査する方向は、（１００）、（１１１）などの結晶基板２００の面方位について結晶材料の転位によるずれを起点とする劈開の発生と発生方向に基づいて、加工される結晶基板２００の種類についてのパラメータである。

図６（ａ）は、レーザ光Ｂを走査する方向の第１の態様を示している。図中の破線はレーザ光Ｂを走査するラインを示している。レーザ光Ｂは、ラインに沿って一定の間隔（ドットピッチ）で結晶基板２００に走査され、隣接するラインが互いに一定の間隔（ラインピッチ）になるように結晶基板２００の主表面２００ａの全体にわたって走査される。図中の太い矢印は、ラインを移動させる方向を示している。第１の態様においては、レーザ光Ｂを走査するラインの方向を主表面２００ａに平行な基本図形の正四面体の一つの面を構成する正三角形の辺の一つと直交する方向としている。このような方向に走査することにより、基本図形の四面体の中心に位置する原子から、正四面体の各面に向かって延びる特定の共有結合を切断して劈開を発生させることができる。

図６（ｂ）は、レーザ光Ｂを走査する方向の第２の態様を示している。第２の態様においても図中の破線はレーザ光Ｂを走査するラインを示し、レーザ光Ｂはラインに沿って一定の間隔（ドットピッチ）で結晶基板２００に走査され、隣接するラインが互いに一定の間隔（ラインピッチ）になるように結晶基板２００の主表面２００ａの全体にわたって走査される。図中の太い矢印は、ラインを移動させる方向を示している。第２の態様においては、レーザ光Ｂを走査するラインの方向を主表面に平行な基本図形の正四面体の一つの面を構成する正三角形の辺の一つと平行な方向としている。このような方向に走査することにより、基本図形の正四面体の中心に位置する原子から、四面体の各面に面に向かって延びる特定の共有結合を切断して劈開を発生させることができる。

図７は、結晶基板２００に対するレーザ光Ｂの走査方向を示す模式図である。レーザ光Ｂは、結晶基板２００の（１００）、（１１１）などの面方位にしたがい結晶に劈開を生じさせる適切な方向に走査される。レーザ光Ｂを走査する方向は、結晶基板２００の主表面２００ａにおいて、図６で説明したように、結晶基板２００を構成する基本構造の四面体の配置を考慮して定められる。結晶基板２００の主表面２００ａにおいて、レーザ光Ｂはラインに沿って一定の間隔（ドットピッチ）で結晶基板２００に走査され、隣接するラインが互いに一定の間隔（ラインピッチ）になるように結晶基板２００の主表面２００ａの全体にわたって走査される。これらの走査方向は加工する材料、結晶方位に対しレーザＢ光のパラメータ、ドットピッチ、ラインピッチなどのパラメータと組み合わせて設定され、発生する劈開により剥離可能な加工層を形成し劈開面で結晶基板２００を面方向に剥離して新たな基板を創製する加工条件が選択される。

図７（ａ）は、結晶基板２００の主表面２００ａを走査するレーザ光Ｂの第１の態様を示す模式図である。第１の態様において、レーザ光Ｂは、結晶基板２００の略矩形状の主表面２００ａに沿って図中で右側から左側へ向かう、又は左側から右側へ向かうような一方向に走査されてもよい。また、レーザ光Ｂは隣接するラインごとに右側から左側に向かう、及び左側から右側に向かうように走査方向を切り替えてもよい。レーザ光Ｂを走査するラインは、主表面２００ａに沿って図中の下側から上側に向けて移動するようにしてもよく、上側から下側に移動するようにしてもよい。

図７（ｂ）は、結晶基板２００の主表面２００ａを走査するレーザ光Ｂの第２の態様を示す模式図である。第２の態様は、図７（ａ）に示した第１の態様のレーザ光の走査方向を主表面２００ａ内で９０°回転させたものである。第２の態様においては、レーザ光は、略矩形状の結晶基板２００の主表面２００ａに沿って図中で下側から上側へ向かう、又は上側から下側へ向かうような一方向に走査されてもよい。また、レーザ光Ｂは隣接するラインごとに下側から上側に向かう、及び上側から下側に向かうように走査方向を切り替えてもよい。レーザ光Ｂを走査するラインは、主表面２００ａに沿って図中の右側から左側に向けて移動するようにしてもよく、左側から右側に移動するようにしてもよい。

図７（ｃ）は、結晶基板２００の主表面２００ａを走査するレーザ光Ｂの第３の態様を示す模式図である。第３の態様は、図７（ａ）に示した第１の態様のレーザ光Ｂの走査方向を主表面内で所定の角度にわたって回転させたものである。第３の態様においては、レーザ光Ｂは、結晶基板２００の主表面２００ａに沿って主表面を所定の方向に、又はこの所定の方向とは逆の方向に向かうような一方向に走査されてもよい。レーザ光Ｂは隣接するラインごとに所定方向に、及びこの所定の方向とは逆の方向に走査方向を切り替えてもよい。レーザ光Ｂを走査するラインは、主表面２００ａの全体を走査することができれば、いずれの方向に移動してもよい。

図８は、主表面２１０ａと劈開面との面方位が同じである結晶基板２１０への加工痕２１２の形成を説明する図である。図８（ａ）は加工痕２１２が形成された結晶基板２１０の上面図であり、図８（ｂ）は加工痕２１２が形成された結晶基板２１０の断面図である。主表面２１０ａと劈開面の面方位が同じである結晶基板２１０には、例えば、主表面２１０ａが（１１１）面の単結晶シリコンや単結晶ダイヤモンドの結晶基板２１０、主表面２１０ａが（１００）面の後述する岩塩型の結晶基板２１０がある。

図８（ｂ）に示すように、レーザ光Ｂは主表面２１０ａから結晶基板２１０の所定の深さに集光され加工痕２１２が形成される。加工痕２１２からは、主表面２１０ａと面方位が同じ劈開面に沿ってクラック２１４が延びている。図８（ａ）に示すように、レーザ光Ｂは主表面２１０ａの全体が走査されるように照射される。レーザ光Ｂは所定の繰り返し周波数によりパルス状に照射されているため、加工痕２１２はレーザ光Ｂを走査するラインに沿って所定間隔のドットピッチで形成される。図８（ａ）及び図８（ｂ）の細い矢印はラインに沿ったレーザ光Ｂの走査の方向を示し、図８（ａ）の太い矢印はレーザ光Ｂを走査するラインを移動する方向を示している。レーザ光Ｂは、隣接するラインと互いに所定間隔のラインピッチを有するように走査される。

図８（ｃ）に示すように、加工痕２１２の周囲には加工痕２１２から劈開が進んだクラック２１４が主表面２１０ａと面方位が同じ劈開面の方向に沿ってレーザ光Ｂの走査方向に延びている。各加工痕２１２から延びたクラック２１４が隣接する加工痕２１２から延びたクラック２１４と連結することで、結晶基板２１０の内部に主表面２１０ａと平行に延びる加工痕２１２及びクラック２１４が連結した改質層が形成される。

このような改質層によって、結晶基板２１０は主表面２１０ａから改質層までの結晶基板と、改質層から裏面までの残りの結晶基板とに分けられる。改質層は加工痕２１２及びクラック２１４が連結されて形成されているため、主表面２１０ａから改質層までの結晶基板と、改質層から裏面までの残りの結晶基板とを改質層において劈開により剥離することができる。主表面２１０ａから改質層までの結晶基板は、スライス加工と同様に元の結晶基板２１０から薄い結晶基板を切り出したものであるため、スライス基板と称される。スライス基板の厚さは、スライスする厚さと称される。改質層でスライス基板を剥離することで、結晶基板２１０から新たな結晶基板が得られる。

図９及び図１０は、主表面２２０ａと劈開面との面方位が異なる結晶基板２２０への加工痕２２２の形成を説明する図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）はそれぞれ第１回のレーザ光Ｂの走査による加工痕２２２が形成された結晶基板２２０の上面図及び断面図であり、図１０（ａ）から図１０（ｃ）は第２回のレーザ光Ｂの走査による加工痕２２２が形成された結晶基板２２０の上面図及び断面図である。主表面２２０ａと劈開面の面方位が異なる結晶基板２２０には、例えば、主表面２２０ａが（００１）面の単結晶シリコンや単結晶ダイヤモンドの結晶基板２２０、主表面２２０ａが（１１１）面の後述する岩塩型の結晶基板２２０がある。

図９（ｂ）に示すように、第１回のレーザ光Ｂの走査においてレーザ光Ｂは主表面２２０ａから結晶基板２２０の所定の深さに集光され加工痕２２２が形成される。第１回のレーザ光Ｂの走査によって、加工痕２２２からは主表面２２０ａと面方位が異なる第１劈開面に沿ってレーザ光Ｂの走査方向にクラック２２４が延びている。図９（ａ）に示すように、レーザ光Ｂは主表面２２０ａの全体が走査されるように照射される。レーザ光Ｂは所定の繰り返し周波数によりパルス状に照射されているため、加工痕２２２はレーザ光Ｂを走査するラインに沿って所定間隔のドットピッチで形成される。図９（ａ）及び図９（ｂ）の細い矢印はラインに沿ったレーザ光Ｂの走査の方向を示し、図９（ａ）の太い矢印はレーザ光Ｂを走査するラインを移動する方向を示している。レーザ光Ｂは、隣接するラインと互いに所定間隔のラインピッチを有するように走査される。図１０（ａ）から図１０（ｃ）においても同様である。

図１０（ｂ）に示すように、第２回の走査においてもレーザ光Ｂは主表面２２０ａから結晶基板２２０の所定の深さに集光され加工痕２２２が形成される。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）中の細い矢印に示すように、第２回のレーザ光Ｂの走査は、第１回のレーザ光Ｂの走査と同じライン上を第１回のレーザ光Ｂの走査とは逆方向に走査することで行われる。図１０（ａ）中の太い矢印に示すように、レーザ光Ｂを走査するラインを移動する方向も第１回のレーザ光Ｂの走査とは逆の方向である。第２回のレーザ光Ｂの走査におけるラインに沿ったレーザ光Ｂの走査の間隔（ドッドピッチ）及びレーザ光Ｂを走査するラインを移動する方向への間隔（ラインピッチ）も、第１回のレーザ光Ｂの走査と同様である。

図１０（ｂ）に示すように、第２回のレーザ光Ｂの走査においてもレーザ光Ｂは主表面２２０ａから結晶基板２２０の所定の深さの加工痕２２２に集光される。第２回のレーザ光Ｂの走査によって、加工痕２２２からは、新たに主表面２２０ａとも前記第１劈開面とも面方位が異なる第２劈開面に沿ってレーザ光Ｂの走査方向にクラック２２４が延びている。ここで、第２回のレーザ光Ｂの走査は、第１回のレーザ光Ｂの走査とレーザ光Ｂの走査方向が逆であるため、第２回のレーザ光Ｂの走査では第１回のレーザ光Ｂの走査に対してレーザ光Ｂのプロファイルがラインに関して逆になっている。図１０（ｂ）に示すように、第１回のレーザ光Ｂの走査と第２回のレーザ光Ｂの走査と併せると、レーザ光Ｂの照射によって形成された加工痕２２２や加工痕２２２から第１劈開面及び第２劈開面に沿って延びるクラック２２４はラインに沿って加工痕２２２を起点として対称に形成される。

図１０（ｃ）においては、ラインに沿って加工痕２２２を起点として対称にクラック２２４が形成され、ライン上において各加工痕２２２から延びたクラック２２４が互いに連結している。各加工痕２２２から延びた主表面２２０ａと平行ではないクラック２２４すなわち第１劈開面及び第２劈開面が互いに連結することで、結晶基板２２０の内部に主表面２２０ａに平行な改質層が形成される。互いに隣接する加工痕２２２から延びたクラック２２４の連結は、表３に示したような光学系１２０に関するパラメータなどを適切に設定することにより実現される。

このような改質層によって、結晶基板２２０は主表面２２０ａから改質層までの結晶基板２２０と、改質層から裏面までの残りの結晶基板２２０とに分けられる。この連結した改質層により結晶基板２２０の全体に劈開を進めることにより、主表面２２０ａから改質層までの結晶基板と、改質層から裏面までの残りの結晶基板とを剥離することができる。主表面２２０ａから改質層までの結晶基板は、スライス加工と同様に元の結晶基板２２０から薄い基板結晶を切り出したものであるため、スライス基板と称される。スライス基板の厚さは、スライスする厚さと称される。改質層でスライス層を剥離することで、結晶基板２２０から新たな結晶基板が得られる。

本実施の形態においては、加工する結晶基板２００の材質、結晶構造、結合形態、結晶面方位、結晶成長のオフ角その他のパラメータを確認し、さらにレーザ光の特性、基板内部へのレーザ光の集光、レーザ光走査方法、形成する改質層の深さや厚さなどの加工条件も考慮して、加工する結晶基板２００に適する加工方法が実施される。このため、結晶基板２００を所望の条件でスライス加工することができる。

図１０は、岩塩（ＮａＣｌ）型の結晶構造を示す斜視図である。実施例２では結晶基板２００の材料として単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）、単結晶ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）及び単結晶リン化ガリウム（ＧａＰ）を例にとって説明するが、これら単結晶窒化ガリウム、単結晶ヒ化ガリウム又は単結晶リン化ガリウム塩化はナトリウム型の単位格子を有している。図１０中の白丸はガリウム（Ｇａ）原子を示し、黒丸は窒素（Ｎ）、ヒ素（Ａｓ）又はリン（Ｐ）原子を示し、白丸又は黒丸を結ぶ線は共有結合を示している。

単結晶窒化ガリウム、単結晶ヒ化ガリウム又は単結晶リン化ガリウムからなる結晶基板２００についても、実施例１と同様に結晶材料に基づくパラメータを基にレーザ光Ｂを照射することにより結晶基板２００の内部に壁開を発生させる改質層を形成することができる。この改質層によって結晶基板２００を劈開することにより、実施例１と同様に結晶基板２００よりも薄い結晶基板を得ることができる。

Claims (4)

1. ステージに載置した結晶基板の主表面に向けてレーザ光を照射し、主表面から所定深さにレーザ光を集光して前記主表面の面方向に連続する結晶面方位の劈開面を含む改質層を形成する工程と、
   前記改質層に含まれる劈開面において前記結晶基板から新たな結晶基板を前記主表面の面方向に剥離する工程と
   を含む基板加工方法。
2. 前記改質層を形成する工程は、前記結晶基板の主表面から所定の深さにレーザ光を集光して前記結晶基板の結晶の転位によるずれを起点とする劈開を発生させるようにレーザ光を走査する請求項１に記載の基板加工方法。
3. 前記改質層を形成する工程において、レーザ光を走査する方向は、前記結晶基板に関するパラメータとして、結晶材料、結晶構造、結晶の種類、面方位、オフ角、劈開面、すべり面及びバーガース・ベクトル及び転位面の少なくとも一つを含む請求項１又は２に記載の基板加工方法。
4. 前記レーザ光を走査する方向は、前記結晶基板の面方向に対して２次元方向および３次元方向である請求項３に記載の基板加工方法。

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