JP5950269B2 - Substrate processing method and substrate - Google Patents

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Description

本発明は、シリコン単結晶基板を加工する基板加工方法及びシリコン単結晶基板であって内部を加工された基板に関する。   The present invention relates to a substrate processing method for processing a silicon single crystal substrate, and a silicon single crystal substrate that is processed inside.

従来、シリコン(Si)ウェハに代表される半導体ウェハを製造する場合には、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断して、その周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウェハ形にスライスして半導体ウェハを製造するようにしている(例えば、特許文献1および2参照。)。   Conventionally, when manufacturing a semiconductor wafer represented by a silicon (Si) wafer, a cylindrical ingot solidified from a silicon melt melted in a quartz crucible is cut into blocks of an appropriate length, The peripheral edge is ground to a target diameter, and then the block ingot is sliced into a wafer shape with a wire saw to manufacture a semiconductor wafer (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

このようにして製造された半導体ウェハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られることにより、厚さが約750μmから100μm以下、例えば75μmや50μm程度に調整される。   The semiconductor wafer manufactured in this way is subjected to various processes such as circuit pattern formation in the previous process in order and used in the subsequent process. In this subsequent process, the back surface is back-grinded and thinned. Accordingly, the thickness is adjusted to about 750 μm to 100 μm or less, for example, about 75 μm or 50 μm.

従来における半導体ウェハは、以上のように製造され、インゴットがワイヤソーにより切断され、しかも、切断の際にワイヤソーの太さ以上の切り代が必要となるので、厚さ0.1mm以下の薄い半導体ウェハを製造することが非常に困難であり、製品率も向上しないという問題がある。   A conventional semiconductor wafer is manufactured as described above, and an ingot is cut with a wire saw, and a cutting allowance larger than the thickness of the wire saw is required for cutting, so a thin semiconductor wafer with a thickness of 0.1 mm or less It is very difficult to manufacture the product, and the product rate is not improved.

一方、集光レンズでレーザ光の集光点をインゴットの内部に合わせ、そのレーザ光でインゴットを相対的に走査することにより、インゴットの内部に多光子吸収による面状の改質層を形成し、この改質層を剥離面としてインゴットの一部を基板として剥離する基板製造方法および基板製造装置が開示されている(例えば、特許文献3および特許文献4参照。)。特許文献3では、同心円状または螺旋状にレーザ光を走査しており、また、特許文献4では、XYステージを利用して、XY方向にレーザ光を走査している。   On the other hand, the condensing point of the laser beam is aligned with the inside of the ingot with the condensing lens, and the ingot is relatively scanned with the laser beam to form a planar modified layer by multiphoton absorption inside the ingot. A substrate manufacturing method and a substrate manufacturing apparatus are disclosed in which a part of the ingot is peeled off using the modified layer as a peeling surface (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4). In Patent Document 3, laser light is scanned concentrically or spirally, and in Patent Document 4, laser light is scanned in the XY directions using an XY stage.

また、太陽電池を加工したりシリコンインゴットをスライスする際の仮固定用に、二液常温硬化型の接着剤が提供されている(例えば、特許文献5および特許文献6)。このような接着剤は、太陽電池やインゴットのスライスを仮固定して加工した後で容易に剥離して取り外せるように、比較的弱い接着力を有している。   Also, two-component room-temperature curing adhesives are provided for temporary fixing when processing solar cells or slicing silicon ingots (for example, Patent Document 5 and Patent Document 6). Such an adhesive has a relatively weak adhesive strength so that it can be easily peeled and removed after temporarily fixing and processing a slice of a solar cell or ingot.

さらに、インゴットに応力を加えながら内部面をレーザ光で加工し、接着剤で保持してインゴットから剥離することによりウェハを製造する方法が提案されている(例えば、特許文献7参照)。   Furthermore, a method has been proposed in which a wafer is manufactured by processing an inner surface with a laser beam while applying stress to the ingot, holding it with an adhesive, and peeling the wafer from the ingot (for example, see Patent Document 7).

一方、シリコン単結晶において、波長と透過率には一定の関係があることが知られている(例えば、非特許文献1参照。)
なお、この明細書中においては、別記する場合を除いてウェハのことを基板と称することにする。
On the other hand, it is known that there is a certain relationship between wavelength and transmittance in a silicon single crystal (see, for example, Non-Patent Document 1).
In this specification, a wafer is referred to as a substrate unless otherwise specified.

特開2008−200772号公報JP 2008-200772 A 特開2005−297156号公報JP 2005-297156 A 特開2005−277136号公報JP 2005-277136 A 特開2005−294325号公報JP 2005-294325 A 特開2010−248395号公報JP 2010-248395 A 特開2007−039532号公報JP 2007-039532 A 特開2006−024782号公報JP 2006-024782 A

E.D. Palik ed.: Handbook of Optical Constants of Solids, Academic Press, San Diego, (1985) 547E.D.Palik ed .: Handbook of Optical Constants of Solids, Academic Press, San Diego, (1985) 547

本発明は、薄いシリコン基板を製品率を確保して提供するような基板加工方法及び基板を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the board | substrate processing method and board | substrate which provide a thin silicon substrate, ensuring a product rate.

上述の課題を解決するために、本発明に係る単結晶シリコン基板を加工する基板加工方法は、基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、前記レーザ集光手段により、前記基板の表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に改質層を形成する工程とを有し、前記改質層は、前記基板の表面から所定の深さの範囲に多結晶シリコンの多結晶粒を有してなり、当該改質層は、前記基板の深さ方向に非対称な構造を有することを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, a substrate processing method for processing a single crystal silicon substrate according to the present invention includes a step of disposing a laser focusing unit on a substrate in a non-contact manner, and the laser focusing unit includes Irradiating the surface of the substrate with laser light, condensing the laser light inside the substrate, and relatively moving the laser condensing means and the substrate to form a modified layer inside the substrate; The modified layer has polycrystalline grains of polycrystalline silicon in a predetermined depth range from the surface of the substrate, and the modified layer is asymmetric in the depth direction of the substrate. It has a structure.

本発明に係る基板は、内部を加工されたシリコン単結晶基板であって、基板の表面から所定の深さの範囲に多結晶シリコンの多結晶粒を有してなる改質層を有し、当該改質層は、前記基板の深さ方向に非対称な構造を有することを特徴とする。   The substrate according to the present invention is a silicon single crystal substrate whose inside is processed, and has a modified layer having polycrystalline grains of polycrystalline silicon in a predetermined depth range from the surface of the substrate, The modified layer has an asymmetric structure in the depth direction of the substrate.

前記照射されるレーザ光は、前記基板の深さ500μmにおいて透過率10%以上の波長を有することが好ましい。   The irradiated laser beam preferably has a wavelength of 10% or more at a depth of 500 μm of the substrate.

前記照射されるレーザ光は、パルス幅50ns以上であることが好ましい。   The irradiated laser light preferably has a pulse width of 50 ns or more.

前記基板の表面は、鏡面仕上げであることが好ましい。 The surface of the substrate is preferably a mirror finish .

前記改質層において、前記多結晶粒の寸法は、前記基板の深さ方向に非対称な分布を有することが好ましい。   In the modified layer, the dimensions of the polycrystalline grains preferably have an asymmetric distribution in the depth direction of the substrate.

前記改質層において、前記多結晶粒の寸法は、150μm以下であることが好ましい。   In the modified layer, the size of the polycrystalline grains is preferably 150 μm or less.

基板加工方法の一連の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a series of processes of a board | substrate processing method. 基板内部加工装置の斜視図である。It is a perspective view of a substrate internal processing apparatus. 基板を載置したステージの上面図である。It is a top view of the stage which mounted the board | substrate. 基板を載置したステージの断面図である。It is sectional drawing of the stage which mounted the board | substrate. 基板に対するレーザ光の照射を説明する図である。It is a figure explaining irradiation of the laser beam with respect to a board | substrate. シリコン単結晶における透過率の波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence of the transmittance | permeability in a silicon single crystal. 内部改質層の非対称な構造を説明する図である。It is a figure explaining the asymmetrical structure of an internal modification layer. 基板に形成された内部改質層を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the internal modification layer formed in the board | substrate. 内部改質層の赤外線顕微鏡像である。It is an infrared microscope image of an internal modified layer. 基板の片面に対する金属板の接着を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining adhesion | attachment of the metal plate with respect to the single side | surface of a board | substrate. 基板の両面に対する金属板の接着を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining adhesion | attachment of the metal plate with respect to both surfaces of a board | substrate. 割断装置を示す正面図である。It is a front view which shows a cleaving apparatus. 基板の割断面を示す写真である。It is a photograph which shows the cut surface of a board | substrate. 基板の割断面における粗さの度数分布を示す図である。It is a figure which shows the frequency distribution of the roughness in the cross section of a board | substrate. 金属板から基板を水中剥離することを説明する図である。It is a figure explaining peeling a board | substrate from a metal plate in water. 実施例1における基板の内部改質層の写真である。2 is a photograph of an internal modified layer of a substrate in Example 1. 実施例2における割段面の断面写真である。4 is a cross-sectional photograph of a split surface in Example 2. 比較例における基板の内部改質層の写真である。It is a photograph of the internal modification layer of the substrate in a comparative example.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の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、厚みと平面寸法との関係、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。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

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。   Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.

図1に示すように、本実施の形態の基板加工方法は、基板の内部加工の工程(S11)、金属板の前処理の工程(S12)、接着・硬化の工程(S13)、割断の工程(S14)、水中剥離の工程(S15)及び乾燥の工程(S16)を有する一連の工程から構成されている。以下では、これらの各工程について順に説明する。   As shown in FIG. 1, the substrate processing method of the present embodiment includes a substrate internal processing step (S11), a metal plate pretreatment step (S12), an adhesion / curing step (S13), and a cleaving step. It consists of a series of steps including (S14), an underwater peeling step (S15) and a drying step (S16). Below, these each process is demonstrated in order.

(基板の内部加工)
最初の工程S11においては、基板の内部加工を行う。この工程は、基板内部加工装置1によって実施される。本実施の形態では、基板内部加工装置1が加工する基板10には、シリコン単結晶の基板10を使用する。
(Internal processing of substrate)
In the first step S11, the substrate is internally processed. This step is performed by the substrate internal processing apparatus 1. In the present embodiment, a silicon single crystal substrate 10 is used as the substrate 10 processed by the substrate internal processing apparatus 1.

図2は、基板内部加工装置100の構成を示す斜視図である。基板内部加工装置1は、ステージ110と、ステージ110が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、ステージ110上に配置され、基板10を固定する基板固定具130とを有している。   FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the substrate internal processing apparatus 100. The substrate internal processing apparatus 1 includes a stage 110, a stage support unit 120 that supports the stage 110 so as to be movable in the XY directions, and a substrate fixture 130 that is disposed on the stage 110 and fixes the substrate 10. ing.

また、基板内部加工装置100は、レーザ光源160と、集光レンズ170と、収差調整板180とを有し、レーザ光源160から発したレーザ光190を集光レンズ160及び収差調整板180を介して基板10に照射する。   Further, the substrate internal processing apparatus 100 includes a laser light source 160, a condensing lens 170, and an aberration adjusting plate 180. The laser light 190 emitted from the laser light source 160 is passed through the condensing lens 160 and the aberration adjusting plate 180. Then, the substrate 10 is irradiated.

図3は、ステージ110上に置いた基板10を示す上面図である。図4は、ステージ110上に置いた基板10を示す断面図である。   FIG. 3 is a top view showing the substrate 10 placed on the stage 110. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the substrate 10 placed on the stage 110.

基板10は、ステージ110上において基板固定具130によって保持されている。基板固定具130は、その上に設けられた固定テーブル125によって基板10を固定している。固定テーブル125には、通常の粘着層、機械的なチャック、静電チャックなどが適用可能である。   The substrate 10 is held on the stage 110 by the substrate fixture 130. The substrate fixture 130 fixes the substrate 10 by a fixing table 125 provided thereon. A normal adhesive layer, mechanical chuck, electrostatic chuck or the like can be applied to the fixed table 125.

基板10に集光して照射されるレーザ光190の集光点Pは、基板10内部において、表面から所定の深さの領域に所定の形状の軌跡12を形成することで、表面に水平方向に2次元状の内部改質層14を形成することができる。   A condensing point P of the laser beam 190 that is condensed and irradiated on the substrate 10 forms a locus 12 having a predetermined shape in a region at a predetermined depth from the surface within the substrate 10. In addition, a two-dimensional internal reforming layer 14 can be formed.

図5は、基板10における内部改質層14の形成を説明する図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the formation of the internal modified layer 14 in the substrate 10.

図5(a)に示すように、集光レンズ170と基板10間には、レーザ光190の収差を調整するために、所定の屈折率を有する収差調整板180を配置しても良い。このような収差調整板180を配置することによって、基板10に入射するレーザ光190は、基板10の内部に形成される集光点Pの深さ方向および幅の大きさを有する。このことによっても、基板10の内部に形成される内部改質層14を所定の厚さtを有するように形成することができる。   As shown in FIG. 5A, an aberration adjusting plate 180 having a predetermined refractive index may be disposed between the condenser lens 170 and the substrate 10 in order to adjust the aberration of the laser light 190. By arranging such an aberration adjusting plate 180, the laser light 190 incident on the substrate 10 has the depth direction and the width of the focal point P formed inside the substrate 10. Also by this, the internal modified layer 14 formed inside the substrate 10 can be formed to have a predetermined thickness t.

図5(b)は、収差調整板170による収差を説明する図である。収差調整板180の屈折率又は厚さを大きくすることにより収差が増し、内軸成分190aの集光点P1と外軸成分190bの集光点P2の分離が顕著になる。このような性質を利用することで、内部改質層14の構造を制御することができる。   FIG. 5B is a diagram illustrating the aberration caused by the aberration adjusting plate 170. Increasing the refractive index or thickness of the aberration adjusting plate 180 increases the aberration, and the separation between the condensing point P1 of the inner shaft component 190a and the condensing point P2 of the outer shaft component 190b becomes significant. By utilizing such properties, the structure of the internal reforming layer 14 can be controlled.

図6は、シリコン単結晶における光透過率の波長依存性を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing the wavelength dependence of light transmittance in a silicon single crystal.

図6に示す関係は、非特許文献1に記載されている。本実施の形態の基板内部加工装置100のレーザ光源160は、シリコン単結晶の基板10において、表面からの深さ500μmにおいて透過率10%以上の波長を有している。また、レーザ光のパルス幅は50ns以上である。   The relationship shown in FIG. 6 is described in Non-Patent Document 1. The laser light source 160 of the substrate internal processing apparatus 100 according to the present embodiment has a wavelength of 10% or more at a depth of 500 μm from the surface of the silicon single crystal substrate 10. The pulse width of the laser light is 50 ns or more.

(非対称な内部改質層)
本実施の形態においては、基板10に形成される内部改質層14は、基板10の深さ方向に非対称な構造を有している。
(Asymmetric internal reforming layer)
In the present embodiment, the internal modified layer 14 formed on the substrate 10 has an asymmetric structure in the depth direction of the substrate 10.

シリコン単結晶において、同一波長であっても基板厚みによって透過率が異なり、基材厚みが厚いほど、透過率が低下することが知られている。(例えば、非特許文献1参照。)
このことからも非対称な構造は、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、照射するレーザ光190の基板10に対する厚み方向における加工部のエネルギー密度の違いによって、内部改質層14よりも上層がより高エネルギーの加工条件となる。
In a silicon single crystal, it is known that the transmittance varies depending on the substrate thickness even at the same wavelength, and the transmittance decreases as the substrate thickness increases. (For example, see Non-Patent Document 1.)
Also from this, an asymmetric structure can be formed as follows, for example. In other words, the upper layer becomes a higher energy processing condition than the internal modified layer 14 due to the difference in energy density of the processed portion in the thickness direction of the irradiated laser beam 190 with respect to the substrate 10.

対して、内部改質層14の下層は上層よりも到達するためのエネルギー損失が大きく、結果としてより低エネルギー加工条件となる。これによって、基板10断面には非対称な構造が形成される。   On the other hand, the lower layer of the internal reforming layer 14 has a larger energy loss for reaching the upper layer, resulting in lower energy processing conditions. Thereby, an asymmetric structure is formed in the cross section of the substrate 10.

図7は、内部改質層14の非対称な構造を説明する図である。なお、図中の符号は、後述する図8と同様である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an asymmetric structure of the internal reforming layer 14. In addition, the code | symbol in a figure is the same as that of FIG. 8 mentioned later.

図7においては、基板10に、内部改質層14を構成する加工痕以外にクラックが入る程、高エネルギーなビーム照射を行ったサンプルの断面透過写真及びその断面Lにおけるラマン分光測定データを示している。ラマン分光測定は図中で加工痕以外のクラックAがないエリアを測定している。   FIG. 7 shows a cross-sectional transmission photograph of the sample irradiated with high-energy beam and Raman spectroscopic measurement data in the cross-section L so that cracks are formed in the substrate 10 other than the processing marks constituting the internal modified layer 14. ing. The Raman spectroscopic measurement measures an area where there is no crack A other than the processing mark in the drawing.

加工痕が基板10厚み方向の中央部に形成されたにも関わらず、圧縮応力ひずみが加工痕上部により強く印加されていることを示す。   This shows that the compressive stress strain is more strongly applied to the upper part of the processing mark even though the processing mark is formed in the central part in the thickness direction of the substrate 10.

内部改質層14は、基板10にレーザ光190を集光して照射することによって、シリコン単結晶が溶融した後で冷却されることにより結合状態が変化することにより形成された多結晶シリコンの多結晶粒を有するものである。   The internal modified layer 14 is made of polycrystalline silicon formed by condensing and irradiating the laser beam 190 on the substrate 10 to change the bonding state by being cooled after the silicon single crystal is melted. It has polycrystalline grains.

多結晶粒の寸法、すなわち粒径は、照射するレーザ光190に関するエネルギー密度、照射回数、照射方法等を制御することによって調整することができる。ただし、多結晶粒の寸法が割断した基板10の表面粗さに大きく影響することから、多結晶粒は150μm以下が好ましく、30μm以下がより好ましい。   The size of the polycrystalline grains, that is, the grain size can be adjusted by controlling the energy density, the number of times of irradiation, the irradiation method, and the like regarding the laser beam 190 to be irradiated. However, since the size of the polycrystalline grains greatly affects the surface roughness of the cleaved substrate 10, the polycrystalline grains are preferably 150 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

多結晶粒の寸法およびその数は、基板10の加工中または加工後に、赤外線顕微鏡を用いて非破壊検査により確認することができる。具体的には、赤外線顕微鏡でレーザ光190の照射方向から基板10を透過光で観察し、単結晶部分よりも透過率が低い領域を多結晶として、内部改質層14における透過率の低さでとその分布で多結晶粒の寸法と形成の程度を判断することができる。   The dimensions and the number of polycrystalline grains can be confirmed by nondestructive inspection using an infrared microscope during or after processing of the substrate 10. Specifically, the substrate 10 is observed with transmitted light from the irradiation direction of the laser light 190 with an infrared microscope, and the region having a lower transmittance than the single crystal portion is made polycrystalline, so that the transmittance of the internal modified layer 14 is low. The size and the degree of formation of the polycrystalline grains can be determined from the distribution.

内部改質層14は、後述する割断工程における歩留まり向上のため、基板10の端部に露出していることが好ましい。内部改質層14を露出させる方法は、結晶方位のへき開を利用しても、レーザ光190を利用してもよい。   The internal modified layer 14 is preferably exposed at the end of the substrate 10 in order to improve the yield in the cleaving process described later. As a method for exposing the internal modified layer 14, the cleavage of crystal orientation may be used, or the laser beam 190 may be used.

ここで、基板10にレーザ光190を照射して内部改質層14を形成する際には、基板10を冷却することにより所定の温度範囲に維持する。このような冷却方法は、自然冷却でも流体を吹き付けた冷却でもよい。また、冷却する方向は、基板10を固定する基板固定具130の下部からであっても、基板10の上部からであってもよい。   Here, when the internal modified layer 14 is formed by irradiating the substrate 10 with the laser beam 190, the substrate 10 is cooled and maintained in a predetermined temperature range. Such a cooling method may be natural cooling or cooling by spraying a fluid. The cooling direction may be from the lower part of the substrate fixture 130 for fixing the substrate 10 or from the upper part of the substrate 10.

具体的に、レーザ光源160としてJenLas製fiber ns 20を用い、出力0.57W、パルス幅200ns、繰り返し周波数50kHz、走査速度50mm/s、DF(焦点深度)100μm、Si収差補正付き赤外線用対物レンズ100倍(DF100μm)の条件で基板10を加工してサンプルを作製した。   Specifically, a fiber ns 20 manufactured by JenLas is used as the laser light source 160, an output of 0.57 W, a pulse width of 200 ns, a repetition frequency of 50 kHz, a scanning speed of 50 mm / s, a DF (depth of focus) of 100 μm, and an infrared objective lens with Si aberration correction. A sample was manufactured by processing the substrate 10 under the condition of 100 times (DF 100 μm).

図8は、基板10に形成された内部改質層14の断面透過写真及びその断面におけるラマン分光測定データを示す図である。   FIG. 8 is a view showing a cross-sectional transmission photograph of the internal modified layer 14 formed on the substrate 10 and Raman spectroscopic measurement data in the cross-section.

図8中の左側の透過写真においては、基板10の深さ方向の所定範囲において厚みtの内部改質層14が形成され、内部改質層14では多結晶粒の存在により光透過率が低下していることが見られる。   In the transmission photograph on the left side in FIG. 8, the internal modified layer 14 having a thickness t is formed in a predetermined range in the depth direction of the substrate 10, and the light transmittance decreases in the internal modified layer 14 due to the presence of polycrystalline grains. You can see that

図8中の右側は、基板10を断面Lにおける後方ラマン散乱を測定したものである。図中の測定点aは波数、測定点bは半値幅を示している。   The right side in FIG. 8 is obtained by measuring backward Raman scattering in the cross section L of the substrate 10. In the figure, the measurement point a indicates the wave number, and the measurement point b indicates the half width.

この測定結果によると、波数及び半値幅がともに内部改質層14近傍で極大となり、基板10内部の応力も内部改質層14近傍で極大になっていることを示唆している。   According to this measurement result, it is suggested that both the wave number and the half value width are maximized in the vicinity of the internal modified layer 14, and the stress in the substrate 10 is also maximized in the vicinity of the internal modified layer 14.

ここで、内部改質層14近傍領域とは、レーザ光190の照射により多結晶粒が形成された内部改質層14と単結晶層との境界領域を意味する。この内部改質層14近傍領域では、単結晶と、溶融した単結晶が急冷されてなる単結晶と結合状態を異にする多結晶が不連続に隣接するため、大きな応力が蓄積されている。このような内部改質層14近傍領域の寸法や性質は、レーザ加工条件によって制御することができる。   Here, the region near the inner modified layer 14 means a boundary region between the inner modified layer 14 and the single crystal layer in which polycrystalline grains are formed by irradiation with the laser beam 190. In the region near the internal reforming layer 14, a large amount of stress is accumulated because the single crystal and the single crystal formed by quenching the melted single crystal are discontinuously adjacent to each other. Such dimensions and properties of the region near the internal modified layer 14 can be controlled by laser processing conditions.

例えば、内部改質層14近傍領域における多結晶粒の凝集力を制御することができる。多結晶粒の凝集力を制御することにより、基板10を内部改質層14近傍領域において所定の力を加えることにより分割することができるようになる。   For example, it is possible to control the cohesive force of polycrystalline grains in the region near the inner modified layer 14. By controlling the agglomeration force of the polycrystalline grains, the substrate 10 can be divided by applying a predetermined force in the region near the inner modified layer 14.

図9は、内部改質層14における多結晶粒を示す断面写真である。図9中の(a)、(b)、(c)は、内部改質層14の上面から下面へ、すなわち基板10の表面から深さが大きくなる方向の異なる位置における、基板の表面に平行な断面の写真である。(d)は、さらに(a)の一部を拡大したものである。   FIG. 9 is a cross-sectional photograph showing polycrystalline grains in the internal modified layer 14. (A), (b), and (c) in FIG. 9 are parallel to the surface of the substrate from the upper surface to the lower surface of the internal modified layer 14, that is, at different positions in the direction of increasing depth from the surface of the substrate 10. It is a photograph of a simple cross section. (D) is an enlarged view of part of (a).

これらの断面写真によると、多結晶粒は、レーザ走査方向に沿って形成されるが、基板10における深さによって多結晶粒の寸法及び密度が異なり、内部改質層14は基板10の深さ方向に非対称な構造を有していることがわかる。   According to these cross-sectional photographs, the polycrystalline grains are formed along the laser scanning direction, but the size and density of the polycrystalline grains vary depending on the depth in the substrate 10, and the internal modified layer 14 has a depth of the substrate 10. It can be seen that the structure is asymmetric in the direction.

なお、これらの写真は、赤外線顕微鏡の焦点深度を順次変化させることによって撮影したものである。撮影には、オリンパス社製赤外線顕微鏡BX51−IRを用いて透過像を使用した。   These photographs were taken by sequentially changing the depth of focus of the infrared microscope. For the photographing, a transmission image was used using an Olympus infrared microscope BX51-IR.

(金属板前処理)
ステップS12においては、基板10を接着剤により接着して固定する金属板を前処理する。この金属板としては、所定の剛性を有し、基板10の接着と後工程に好適な所定の厚み、寸法を有するものを使用することができる。金属板は所定の平行度および平坦度が得られるならば、装置固定用の抜き穴等の機械加工を行っていても構わない。
(Metal plate pretreatment)
In step S12, a metal plate for bonding and fixing the substrate 10 with an adhesive is pretreated. As this metal plate, a metal plate having a predetermined rigidity and having a predetermined thickness and dimensions suitable for bonding of the substrate 10 and subsequent processes can be used. As long as predetermined parallelism and flatness are obtained, the metal plate may be machined such as a punch hole for fixing the device.

金属板は、後述するステップS15における水中での剥離工程を経るため、基板のコンタミネーションを抑制するために不動態であることが好ましく、水中剥離のタクトタイム短縮目的では形成する酸化皮膜層が薄い方が好ましい。   Since the metal plate undergoes an underwater peeling step in step S15 described later, it is preferable that the metal plate is passive in order to suppress substrate contamination, and a thin oxide film layer is formed for the purpose of reducing the takt time for underwater peeling. Is preferred.

このステップS12においては、水中剥離を容易にするために表面を脱脂処理するとともに、接着剤との接着力を確保するために、表面の酸化皮膜層を除去して活性な金属面を露出させる。   In step S12, the surface is degreased to facilitate underwater peeling, and the active oxide layer is exposed by removing the oxide film layer on the surface in order to ensure adhesion with the adhesive.

酸化皮膜層の除去には、機械的または化学的方法がある。化学的方法とは、具体的には薬品を用いた酸洗浄や脱脂処理などがある。機械的方法とは、具体的にはサンドブラスト、ショットブラストなどが挙げられるが、サンドペーパーで金属板表面を傷つける方法が最も簡便であり、その粒度は#80〜2000が好ましく、金属板の表面ダメージを考慮すると#150〜800がより好ましい。   There are mechanical and chemical methods for removing the oxide film layer. The chemical method specifically includes acid cleaning using chemicals and degreasing treatment. Specific examples of the mechanical method include sand blasting and shot blasting, but the method of damaging the surface of the metal plate with sand paper is the simplest, and the particle size is preferably # 80 to 2000, and the surface damage of the metal plate # 150 to 800 is more preferable.

(接着・硬化)
ステップS13においては、ステップS11で内部改質層14を形成した基板10とステップS12で前処理した金属板を用い、基板10を金属板に接着剤を用いて接着し、接着剤を硬化させる。このような接着剤としては、基板10の内部改質層14近傍領域を形成する多結晶粒の凝集力よりも強い接着剤であればよい。
(Adhesion / curing)
In step S13, the substrate 10 on which the internal modified layer 14 is formed in step S11 and the metal plate pretreated in step S12 are used, and the substrate 10 is bonded to the metal plate using an adhesive, and the adhesive is cured. Such an adhesive may be any adhesive that is stronger than the cohesive strength of the polycrystalline grains that form the region near the inner modified layer 14 of the substrate 10.

図10は、基板10の片面を金属板20に接着剤25を用いて固定する方法を説明する断面図である。図中では、接着剤25が塗布された金属板20上に基板10が載置され、その上にスペーサ31において支持された押し板33が載せられている。   FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for fixing one side of the substrate 10 to the metal plate 20 using an adhesive 25. In the figure, a substrate 10 is placed on a metal plate 20 to which an adhesive 25 is applied, and a push plate 33 supported by a spacer 31 is placed thereon.

本実施の形態では、金属イオンを反応開始剤として硬化するアクリル系二液モノマー成分からなる接着剤25を使用する。このような接着剤25は、未硬化モノマー及び硬化反応物が非水溶性であり、割断した基板10を水中剥離した際に汚染しない。   In the present embodiment, an adhesive 25 made of an acrylic two-component monomer component that cures using metal ions as a reaction initiator is used. In such an adhesive 25, the uncured monomer and the cured reaction product are insoluble in water, and do not contaminate when the cleaved substrate 10 is peeled off in water.

接着剤25の塗布厚みは硬化前で0.1〜1mmが好ましく、0.15〜0.35mmがより好ましい。接着剤25の塗布厚みが過度に大きい場合、完全硬化に長時間を必要とする上、基板10の割断時に接着剤25の凝集破壊が起こりやすくなる。また、塗布厚みが小さい場合、割断した基板10の水中剥離に長時間を必要とする。   The application thickness of the adhesive 25 is preferably 0.1 to 1 mm, and more preferably 0.15 to 0.35 mm before curing. When the coating thickness of the adhesive 25 is excessively large, a long time is required for complete curing, and cohesive failure of the adhesive 25 easily occurs when the substrate 10 is cleaved. When the coating thickness is small, it takes a long time to peel off the cleaved substrate 10 in water.

接着剤25の塗布厚みの制御は、接着する金属板20を任意の高さに固定する方法が取られるが、簡易的にはシムプレートのようなスペーサ31を用いて行うことができる。接着する金属板20間の平行度が1枚のみで得られない場合は、1枚以上の補助スペーサを使用して平行度を得るようにしてもよい。   The application thickness of the adhesive 25 is controlled by a method of fixing the metal plate 20 to be bonded to an arbitrary height, but can be simply performed using a spacer 31 such as a shim plate. When the parallelism between the metal plates 20 to be bonded cannot be obtained by only one sheet, the parallelism may be obtained by using one or more auxiliary spacers.

厳密に塗布厚みを制御したい場合は、片面硬化後にもう片面を接着するのが好ましい。この際、非接着面の基板10に接着剤25が硬化することを抑制するため、金属イオンを含まない樹脂フィルムをカバーレイヤーとして用いてもよい。   When it is desired to strictly control the coating thickness, it is preferable to bond the other surface after curing on one surface. At this time, a resin film not containing metal ions may be used as the cover layer in order to prevent the adhesive 25 from being cured on the substrate 10 having the non-adhesive surface.

基板10の片面ずつ接着する場合、接着剤25が基板10の上面であっても、下面であっても構わない。また、接着剤25は、必ずしも基板10の全面に塗布する必要はない。   When bonding one side of the substrate 10 at a time, the adhesive 25 may be the upper surface or the lower surface of the substrate 10. Further, the adhesive 25 is not necessarily applied to the entire surface of the substrate 10.

図11は、基板10の両面を金属板20に接着剤を用いて固定する方法を説明する断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method of fixing both surfaces of the substrate 10 to the metal plate 20 using an adhesive.

この場合、基板10の上面及び下面の両面が、第1の金属板20及び第2の金属板21に接着剤25によって同時に接着される。第1の金属板20及び第2の金属板21の間隔は、図示しないスペーサ31によって設定されている。   In this case, both the upper and lower surfaces of the substrate 10 are simultaneously bonded to the first metal plate 20 and the second metal plate 21 by the adhesive 25. The distance between the first metal plate 20 and the second metal plate 21 is set by a spacer 31 (not shown).

このようにして、基板10は両面を第1及び第2の金属板20、21によって挟んで接着してなる、一体の構造体40を構成するようになる。   In this way, the substrate 10 forms an integral structure 40 in which both surfaces are sandwiched and bonded by the first and second metal plates 20 and 21.

(割断)
ステップS14においては、ステップS13において金属板20、21に接着剤25によって接着した基板10を割断する。
(Cleavage)
In step S14, the substrate 10 bonded to the metal plates 20 and 21 with the adhesive 25 in step S13 is cleaved.

図12は、基板10を割断するための割断装置50を示す正面図である。この割断装置50において、架台52上に、基板10の両面に第1及び第2の金属板20、21が接着されてなる構造体40が載置される。   FIG. 12 is a front view showing a cleaving apparatus 50 for cleaving the substrate 10. In the cleaving apparatus 50, the structure 40 in which the first and second metal plates 20 and 21 are bonded to both surfaces of the substrate 10 is placed on the mount 52.

例えば、構造体40は、第2の金属板21に設けられた貫孔を利用して架台52に固定してよい。この状態において、第1の金属板20に割断冶具54によって下向きの押圧力を印加する。これによって、基板10は第1及び第2の金属板20、21に接着した上面及び下面の両面の方向に逆向きの力を受けることになる。割断冶具54の駆動源としては、油圧式や空気圧式およびハイブリッド式でもよい。   For example, the structure 40 may be fixed to the gantry 52 using a through hole provided in the second metal plate 21. In this state, a downward pressing force is applied to the first metal plate 20 by the cleaving jig 54. As a result, the substrate 10 receives a reverse force in the direction of both the upper and lower surfaces bonded to the first and second metal plates 20 and 21. The drive source of the cleaving jig 54 may be a hydraulic type, a pneumatic type, or a hybrid type.

割段冶具54に印加された力が所定の閾値を越えると、基板10は分割され、構造体40は上下2つに分離される。本実施の形態では、内部改質層14が基板10の深さ方向に非対称に形成されているため、基板10は内部改質層14近傍領域において割断される。   When the force applied to the split jig 54 exceeds a predetermined threshold value, the substrate 10 is divided and the structure 40 is separated into upper and lower parts. In the present embodiment, since the internal modified layer 14 is formed asymmetrically in the depth direction of the substrate 10, the substrate 10 is cleaved in the region near the internal modified layer 14.

図13は、割断された基板10の割断面を示す写真である。図14は、割断面における粗さ度数分布の一例を示す図である。   FIG. 13 is a photograph showing a cut section of the cut substrate 10. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the roughness frequency distribution in the fractured surface.

図14は、割断面における粗さの分布を示す図である。測定には、非接触三次元測定装置として三鷹光器社製NH−3NTを使用した。   FIG. 14 is a diagram showing the distribution of roughness in the fractured surface. For the measurement, NH-3NT manufactured by Mitaka Kogyo Co., Ltd. was used as a non-contact three-dimensional measuring apparatus.

本実施の形態では、割断面においては、粗さ度数は主に80〜100μmの範囲に分布している。このような粗さは、太陽電池に使用する基板10の表面における入射光の反射を抑制するために特に有用である。   In the present embodiment, the roughness frequency is mainly distributed in the range of 80 to 100 μm in the split section. Such roughness is particularly useful for suppressing reflection of incident light on the surface of the substrate 10 used in the solar cell.

(水中剥離)
ステップS15においては、ステップS14において割段された構造体40について、水中で基板10を金属板20、21から剥離する。
(Underwater peeling)
In step S15, the board | substrate 10 is peeled from the metal plates 20 and 21 in water about the structure 40 divided | segmented in step S14.

図15は、水中で金属板20から基板10を剥離する方法を説明する図である。本実施の形態では、水槽60に蓄えた80〜100℃の温水に、金属板20、21に接着剤25で接着された基板10を浸す。所定時間経過すると接着剤が水と所定の反応を生じ、接着剤25から接着力が失われるので、水中で基板10から接着剤25を剥離することにより、金属板20、21から基板10を分離することができる。   FIG. 15 is a diagram for explaining a method of peeling the substrate 10 from the metal plate 20 in water. In the present embodiment, the substrate 10 bonded to the metal plates 20 and 21 with the adhesive 25 is immersed in hot water of 80 to 100 ° C. stored in the water tank 60. After a predetermined time has elapsed, the adhesive reacts with water in a predetermined manner, and the adhesive force is lost from the adhesive 25. Therefore, the substrate 10 is separated from the metal plates 20, 21 by peeling the adhesive 25 from the substrate 10 in water. can do.

(乾燥)
ステップS16においては、ステップS15において接着剤25が剥離された基板10を乾燥する。
(Dry)
In step S16, the substrate 10 from which the adhesive 25 has been peeled in step S15 is dried.

基板10の乾燥は、室内環境で放置することによって行ってもよいし、清浄な水溶性揮発性溶剤で溶媒置換して乾燥を促進してもよいし、熱風を当てて乾燥してもよい。   The substrate 10 may be dried by leaving it in an indoor environment, may be replaced with a clean water-soluble volatile solvent to promote drying, or may be dried by applying hot air.

水溶性揮発性溶剤とは、20℃において蒸気圧2kPa以上の水酸基を有する有機溶剤であり、具体的には2−プロパノールやメチルアルコールなどが挙げられるが、環境に配慮するとエチルアルコールが好ましい。   The water-soluble volatile solvent is an organic solvent having a hydroxyl group having a vapor pressure of 2 kPa or higher at 20 ° C., and specific examples include 2-propanol and methyl alcohol. Ethyl alcohol is preferable in consideration of the environment.

(実施例1)
鏡面仕上げに研磨された15mm角、厚さ0.7mmの単結晶シリコンインゴットからなる基板10を、基板内部加工装置100のステージ110に設けられた基板固定具130に固定テーブル125を介して固定した。なお、ステージ110に固定する基板10は単数に限らず、複数であってもよい。
Example 1
A substrate 10 made of a single crystal silicon ingot having a 15 mm square and a thickness of 0.7 mm polished to a mirror finish was fixed to a substrate fixture 130 provided on the stage 110 of the substrate internal processing apparatus 100 via a fixing table 125. . Note that the substrate 10 fixed to the stage 110 is not limited to a single substrate 10 and may be a plurality.

そして、ステージ110を支持するステージ支持部120と、レーザ光源160、集光レンズ170及び収差調整板180とを防振性の台座に固定した。   And the stage support part 120 which supports the stage 110, the laser light source 160, the condensing lens 170, and the aberration adjustment board 180 were fixed to the anti-vibration base.

レーザ光源160は、波長1064nm、繰り返し発振周波数50kHz、(対物レンズ170後における)出力0.7W、パルス幅200n秒でパルスファイバーレーザ(1064nm)を照射する装置を使用した。集光レンズ170は、開口数(NA)が0.85で、1.2mmの焦点距離とした。また、収差調整板180としては、厚み0.15mm、屈折率が1.5のカバーガラスを用いた。ここで、後述する実施例2及び比較例とともに、レーザ照射条件を表1に示す。
The laser light source 160 used was a device that irradiates a pulsed fiber laser (1064 nm) at a wavelength of 1064 nm, a repetition oscillation frequency of 50 kHz, an output of 0.7 W (after the objective lens 170), and a pulse width of 200 ns. The condenser lens 170 had a numerical aperture (NA) of 0.85 and a focal length of 1.2 mm. As the aberration adjusting plate 180, a cover glass having a thickness of 0.15 mm and a refractive index of 1.5 was used. Here, Table 1 shows laser irradiation conditions together with Example 2 and Comparative Example described later.

ステージ110、レーザ光源160等の制御は、図示しない制御装置によって行い、ステージ110やステージ支持部120の位置、移動速度を制御するとともに、レーザ光源160のレーザ照射のON-OFFを制御する装置を使用した。   The stage 110, the laser light source 160, and the like are controlled by a control device (not shown) to control the position and moving speed of the stage 110 and the stage support 120, and an apparatus for controlling ON / OFF of laser irradiation of the laser light source 160. used.

次いで、ステージ110上の基板10の表面を平坦度±3μmとし、ステージ支持部120によりステージ110を所定方向に移動させてレーザ光源160の集光レンズ170の光軸を回転ステージ110に搭載された基板10の表面周縁部側に位置させた。   Next, the surface of the substrate 10 on the stage 110 is set to have a flatness of ± 3 μm, the stage 110 is moved in a predetermined direction by the stage support unit 120, and the optical axis of the condenser lens 170 of the laser light source 160 is mounted on the rotary stage 110. It was located on the surface peripheral edge side of the substrate 10.

こうして集光レンズ170の光軸を基板10の表面周縁部側に位置させたら、基板10の表面に集光点Pが位置するように集光レンズ170を下降させ、その後、基板10の内部に内部改質層14用の集光点Pを形成できるよう収差調整板180を下降させ、基板10の表面に集光レンズ170と収差調整板180とを接近させた。この際の距離は、集光点Pの深さが0.05〜0.2mmの範囲の場合には、集光点Pの深さの0.3〜0.4倍である。   When the optical axis of the condensing lens 170 is thus positioned on the surface peripheral edge side of the substrate 10, the condensing lens 170 is lowered so that the condensing point P is located on the surface of the substrate 10, and then inside the substrate 10. The aberration adjusting plate 180 was lowered so that the condensing point P for the internal modified layer 14 could be formed, and the condensing lens 170 and the aberration adjusting plate 180 were brought close to the surface of the substrate 10. The distance at this time is 0.3 to 0.4 times the depth of the condensing point P when the depth of the condensing point P is in the range of 0.05 to 0.2 mm.

次いで、集光点Pの線速度が10mm/秒となるよう制御しつつ、集光点Pによって形成される軌跡が1μmピッチの格子状の軌跡12を形成するようステージ110が移動するようにステージ支持部120の駆動を制御した。   Next, the stage 110 is moved so that the trajectory formed by the condensing point P forms a grid-like trajectory 12 with a pitch of 1 μm while controlling the linear velocity of the condensing point P to be 10 mm / second. The drive of the support part 120 was controlled.

ここで、ステージ110の駆動を抑制して集光点Pの線速度を3mm/秒に調整し、基板10の表面周縁部側の近傍においてはレーザ光190のピッチ間隔を0.5μmピッチに狭めることにより、基板10の表面周縁部即の近傍にレーザ光190を重点的に照射して、基板10表面を剥離する際の剥離開始領域を形成し、内部改質層14を形成した後、レーザ光190の照射を停止した。   Here, the driving of the stage 110 is suppressed to adjust the linear velocity of the condensing point P to 3 mm / second, and the pitch interval of the laser light 190 is narrowed to 0.5 μm pitch in the vicinity of the surface peripheral portion side of the substrate 10. Thus, the laser beam 190 is intensively irradiated in the immediate vicinity of the peripheral edge of the surface of the substrate 10 to form a separation start region when the surface of the substrate 10 is separated, and after forming the internal modified layer 14, the laser Irradiation of light 190 was stopped.

上記作業の際、ステージ支持部120によりステージ110を所定方向に10mm秒で往復移動させた。また、レーザ光190の照射停止後、基板10の外観を観察したが、表面は鏡面仕上げのままであり、外観に変化は見られなかった。 During the above operation, the stage 110 was reciprocated in a predetermined direction in 10 mm seconds by the stage support section 120. In addition, after the irradiation of the laser beam 190 was stopped, the appearance of the substrate 10 was observed, but the surface remained a mirror finish , and no change was seen in the appearance.

内部改質層14を形成したら、ステージ110から基板10を取り外し、基板10の両面に金属板20、21を接着剤により接着し、この接着剤25を硬化させた。   After the internal modified layer 14 was formed, the substrate 10 was removed from the stage 110, the metal plates 20 and 21 were adhered to both surfaces of the substrate 10 with an adhesive, and the adhesive 25 was cured.

本実施の形態で用いる接着剤25としては、基板10の内部改質層14近傍領域を形成する多結晶粒の凝集力よりも強いものであればよい。例えば、電気化学工業(株)から太陽電池・半導体シリコンインゴットスライス用の仮固定用接着剤として提供されている2液常温硬化型仮固定用接着剤である、製品名:SOLARLOC、型番:HIK−700M20を使用することができる。このような接着剤25については、特許文献5及び特許文献6に開示されている。   As the adhesive 25 used in the present embodiment, any adhesive may be used as long as it is stronger than the cohesive force of the polycrystalline grains forming the region near the inner modified layer 14 of the substrate 10. For example, a product name: SOLARLOC, model number: HIK-, which is a two-component room temperature curing type temporary fixing adhesive provided by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. as a temporary fixing adhesive for solar cells and semiconductor silicon ingot slices. 700M20 can be used. Such an adhesive 25 is disclosed in Patent Document 5 and Patent Document 6.

基板10に金属板20、21を接着するに当たっては、金属板20、21に対して、サンドペーパー#400で接着する金属板(SUS304)表面を傷つけ、エタノールで拭きとり、自然乾燥させるという前処理を施した。この後、付属の定量混合ミキサーガンを用いて表面をエタノールで拭いて清浄にした基板10または金属板20、21に接着剤25を塗布した。   When bonding the metal plates 20 and 21 to the substrate 10, the metal plates 20 and 21 are pretreated by scratching the surface of the metal plate (SUS304) to be bonded with sandpaper # 400, wiping with ethanol, and naturally drying. Was given. Thereafter, the adhesive 25 was applied to the substrate 10 or the metal plates 20 and 21 which were cleaned by wiping the surface with ethanol using the attached quantitative mixing mixer gun.

そして、接着剤25の塗布厚みが200μmとなるようスペーサ31を2箇所以上に挟み、これらの上にPETフィルム(東レ製ルミラーT60)を載せ、更にPETフィルム上から金属板20を載せた。   Then, the spacers 31 were sandwiched at two or more locations so that the coating thickness of the adhesive 25 was 200 μm, a PET film (Toray Lumirror T60) was placed thereon, and a metal plate 20 was placed on the PET film.

さらに、1〜2時間室温にて静置後、基板10の裏面に対しても同様に金属板21を接着した。この際、PETフィルムは使用していない(使用する工程がない)。続いて、12時間以上室温にて静置して、接着剤25を完全硬化させた。   Furthermore, after leaving still at room temperature for 1-2 hours, the metal plate 21 was similarly adhere | attached also on the back surface of the board | substrate 10. FIG. At this time, no PET film is used (there is no process to use). Then, it left still at room temperature for 12 hours or more, and the adhesive agent 25 was hardened completely.

このような一連の工程によって、基板10の両面に金属板20、21を接着剤25で接着してなる構造体40が形成される。   Through such a series of steps, the structure 40 is formed by bonding the metal plates 20 and 21 to both surfaces of the substrate 10 with the adhesive 25.

次に、構造体40を割断装置50に装着し、割断冶具54にて構造体40に所定の押圧力を加えたところ、構造体40に含まれる基板10を内部改質層14近傍領域にて割断することができた。   Next, when the structure 40 is mounted on the cleaving device 50 and a predetermined pressing force is applied to the structure 40 with the cleaving jig 54, the substrate 10 included in the structure 40 is placed in the vicinity of the internal reforming layer 14. I was able to split it.

図16は、割断することができた内部改質層14の構造を示す写真である。この写真は、赤外線顕微鏡により撮影したものである。   FIG. 16 is a photograph showing the structure of the internal modified layer 14 that could be cleaved. This photograph was taken with an infrared microscope.

(実施例2)
実施例1においては対物レンズ後におけるレーザ光190の出力が0.7Wであったが、実施例2では0.5Wとする。他の条件は同一である。
(Example 2)
In Example 1, the output of the laser beam 190 after the objective lens was 0.7 W, but in Example 2, it is set to 0.5 W. Other conditions are the same.

この場合、実施例1と同様に、内部改質層14を形成した基板10を割断装置50にて割断することができた。   In this case, similarly to Example 1, the substrate 10 on which the internal modified layer 14 was formed could be cleaved by the cleaving apparatus 50.

図17は、基板10の割段面の断面構造を示す写真である。この写真は、キーエンス製デジタルマイクロスコープVHX−500により撮影した。   FIG. 17 is a photograph showing a cross-sectional structure of the split surface of the substrate 10. This photograph was taken with a Keyence digital microscope VHX-500.

(比較例)
実施例1においてはパルス幅は100nsであったが、この比較例ではパルス幅を200nsとする。他の条件は同一である。
(Comparative example)
In Example 1, the pulse width is 100 ns, but in this comparative example, the pulse width is 200 ns. Other conditions are the same.

この場合、実施例1と同様に、内部改質層14を形成した基板10を割断装置50にて割断を試みたが、割断に失敗した。   In this case, as in Example 1, the substrate 10 on which the internal modified layer 14 was formed was cleaved by the cleaving apparatus 50, but cleaving failed.

図18は、割断することができなかった内部改質層14の構造を示す写真である。この写真は、赤外線顕微鏡により撮影した。   FIG. 18 is a photograph showing the structure of the internal modified layer 14 that could not be cleaved. This photograph was taken with an infrared microscope.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are illustrative and do not limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、上記の実施の形態においてはシリコン単結晶基板について例示したが、例えばシリコンカーバイド(SiC)等にも同様に適用することができる。   For example, in the above-described embodiment, the silicon single crystal substrate is exemplified. However, the present invention can be similarly applied to, for example, silicon carbide (SiC).

本発明の基板加工方法により基板を効率良く薄く形成することができることから、薄く切り出された基板は、Si基板であれば、太陽電池に応用可能であり、また、GaN系半導体デバイスなどのサファイア基板などであれば、発光ダイオード、レーザダイオードなどに応用可能であり、SiCなどであれば、SiC系パワーデバイスなどに応用可能であり、透明エレクトロニクス分野、照明分野、ハイブリッド/電気自動車分野など幅広い分野において適用可能である。   Since the substrate can be efficiently thinned by the substrate processing method of the present invention, the thinly cut substrate can be applied to a solar cell as long as it is a Si substrate, and a sapphire substrate such as a GaN-based semiconductor device. Can be applied to light-emitting diodes, laser diodes, etc., and SiC can be applied to SiC-based power devices, etc., in a wide range of fields such as transparent electronics, lighting, and hybrid / electric vehicles. Applicable.

10 基板
14 内部改質層
20、21 金属板
25 接着剤
50 割断装置
52 架台
54 割断冶具
100 基板内部加工装置
110 ステージ
120 ステージ支持部
160 レーザ光源
170 集光レンズ
180 収差調整板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 14 Internal modification layers 20 and 21 Metal plate 25 Adhesive 50 Cleaving device 52 Base 54 Cleaving jig 100 Substrate internal processing device 110 Stage 120 Stage support 160 Laser light source 170 Condensing lens 180 Aberration adjustment plate

Claims (10)

単結晶シリコン基板を加工する基板加工方法であって、
基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、
前記レーザ集光手段により、前記基板の表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に改質層を形成する工程とを有し、
前記改質層は、前記基板の表面から所定の深さの範囲に多結晶シリコンの多結晶粒を有してなり、当該改質層は、前記基板の深さ方向に非対称な構造を有し、前記基板内部の前記改質層の上部近傍において内部応力が極大を有し、
前記上部近傍における前記多結晶粒の凝集力を制御し、前記基板に所定の力を加えることにより前記上部近傍で分割することができるようにしたものであることを特徴とする基板加工方法。
A substrate processing method for processing a single crystal silicon substrate,
Arranging the laser focusing means on the substrate in a non-contact manner;
Irradiating the surface of the substrate with laser light by the laser condensing means, and condensing the laser light inside the substrate;
A step of relatively moving the laser focusing unit and the substrate to form a modified layer inside the substrate;
The modified layer has polycrystalline grains of polycrystalline silicon in a predetermined depth range from the surface of the substrate, and the modified layer has an asymmetric structure in the depth direction of the substrate. , internal stress have a maximum in the vicinity of an upper portion of the said substrate inside the modified layer,
A substrate processing method characterized by controlling the agglomeration force of the polycrystalline grains in the vicinity of the upper part and dividing the vicinity of the upper part by applying a predetermined force to the substrate.
前記照射されるレーザ光は、前記基板の深さ500μmにおいて透過率10%以上の波長を有することを特徴とする請求項1記載の基板加工方法。   The substrate processing method according to claim 1, wherein the irradiated laser light has a wavelength of a transmittance of 10% or more at a depth of 500 μm of the substrate. 前記照射されるレーザ光は、パルス幅50ns以上であることを特徴とする請求項1記載の基板加工方法。   The substrate processing method according to claim 1, wherein the irradiated laser light has a pulse width of 50 ns or more. 前記基板の表面は、鏡面仕上げであることを特徴とする請求項1記載の基板加工方法。 2. The substrate processing method according to claim 1, wherein the surface of the substrate is mirror- finished . 前記改質層において、前記多結晶粒の寸法は、前記基板の深さ方向に非対称な分布を有することを特徴とする請求項1記載の基板加工方法。   The substrate processing method according to claim 1, wherein in the modified layer, the dimensions of the polycrystalline grains have an asymmetric distribution in the depth direction of the substrate. 前記改質層において、前記多結晶粒の寸法は、150μm以下であることを特徴とする請求項1記載の基板加工方法。   The substrate processing method according to claim 1, wherein the polycrystalline layer has a dimension of 150 μm or less in the modified layer. 内部を加工されたシリコン単結晶基板であって、
基板の表面から所定の深さの範囲に多結晶シリコンの多結晶粒を有してなる改質層を有し、当該改質層は、前記基板の深さ方向に非対称な構造を有し、前記基板内部の前記改質層の上部近傍において内部応力が極大を有し、
前記上部近傍における前記多結晶粒の凝集力を制御し、前記上部近傍において前記基板に所定の力を加えることにより分割することができるようにしたものであることを特徴とする基板。
A silicon single crystal substrate processed inside,
A modified layer having polycrystalline silicon polycrystalline grains in a predetermined depth range from the surface of the substrate, the modified layer having an asymmetric structure in the depth direction of the substrate; internal stress have a maximum in the vicinity of an upper portion of the said substrate inside the modified layer,
A substrate characterized by controlling the agglomeration force of the polycrystalline grains in the vicinity of the upper portion so that it can be divided by applying a predetermined force to the substrate in the vicinity of the upper portion .
前記基板の表面は、鏡面仕上げであることを特徴とする請求項7記載の基板。 The substrate according to claim 7, wherein the surface of the substrate has a mirror finish . 前記改質層において、前記多結晶粒の寸法は、前記基板の深さ方向に非対称な分布を有することを特徴とする請求項7記載の基板。   8. The substrate according to claim 7, wherein in the modified layer, the size of the polycrystalline grains has an asymmetric distribution in the depth direction of the substrate. 前記改質層において、前記多結晶粒の寸法は、150μm以下であることを特徴とする請求項7記載の基板。   The substrate according to claim 7, wherein in the modified layer, the size of the polycrystalline grains is 150 μm or less.
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