JP6004339B2 - 内部応力層形成単結晶部材および単結晶基板製造方法 - Google Patents
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Description
まず、第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態で、レーザ集光手段により空気中でレーザ光を集光したことを説明する模式的鳥瞰図であり、図2は、本実施形態で、レーザ集光手段により単結晶部材内部にレーザ光を集光したことを説明する模式的鳥瞰図である。図3は、本実施形態に係る内部応力層形成単結晶部材11および単結晶基板製造方法を説明する模式的断面構造である。図4は、レーザ光の照射により単結晶部材内部に多結晶部12pが形成されていることを示す模式的断面図である。図5Aは、内部応力層形成単結晶部材11の側壁に、レーザ光の集光によって形成された応力層13および改質層12を露出させたことを示す模式的斜視断面図である。
以下、応力層13および改質層12を形成することについて詳細に説明する。本実施形態では、単結晶部材10をXYステージ(図示せず)上に載置し、真空チャック、静電チャックなどでこの単結晶部材10を保持する。
この後、改質層12と単結晶層10uとの剥離を行う。本実施形態では、まず、内部応力層形成単結晶部材11の側壁に改質層12を露出させる。露出させるには、例えば、単結晶部10d、単結晶層10uの所定の結晶面に沿ってへき開する。この結果、図5Aに示すように、単結晶層10uと単結晶部10dとによって改質層12が挟まれた構造のものが得られる。なお、単結晶層10uの表面10tはレーザ光Bの被照射側の面である。
本発明者は、単結晶部材10として鏡面研磨した単結晶のシリコンウェハ10(厚み625μm)を準備した。そして、実施例1として、このシリコンウェハ10をXYステージに載置し、シリコンウェハ10のレーザ光の被照射側の表面10tからの0.34mmの距離に、第2レンズ18として第2平凸レンズ18を配置した。この第2平凸レンズ18は、曲率半径7.8mm、厚み3.8mm、屈折率1.58のレンズである。また、第1レンズ16としてNAが0.55の第1平凸レンズ16を配置した。
また、本発明者は、試験例1で用いたシリコンウェハ10と同様のシリコンウェハを用い、実施例1の実施条件で改質層12を形成してなる内部応力層形成単結晶部材11を製造した。そして、金属製基板28u、28dを用いて単結晶層10uを剥離し、単結晶基板10sを得た。この単結晶基板10sの剥離面10fをレーザ共焦点顕微鏡で観察したところ、図14に示す計測図が得られ、粒径50〜100μmの凹凸が剥離面10fに形成されていることが確認された。ここで、図14では、横軸が凹凸寸法(μm表示)であり、縦軸が表面粗さ(%表示)である。
本発明者は、改質層12を単結晶層10uから剥離させた後、改質層12の状態を、深さ方向位置を順次変えて赤外線顕微鏡による透過光観察により測定した。測定で得られた赤外線顕微鏡写真を図15〜図17に示す。図15は改質層12の単結晶層10u側の剥離面の多結晶粒の状態を示し、図16はそれよりもやや深い位置での多結晶粒の状態を示し、図17はさらに深い位置での多結晶粒の状態を示す。
本発明者は、単結晶のシリコンウェハにレーザ光を照射して上記の改質層12をシリコンウェハ内部に形成した。そして、この改質層12について、X線回折(XRD)による測定を行って結晶性評価を行った。測定で得られた図を図18に示す。図18から判るように、単結晶シリコンが多結晶化していることが確認された。従って、レーザ光の照射によって溶融、固化のプロセスが生じていることが判明した。
(実施例4)
本発明者は、単結晶部材10として両面を鏡面研磨した単結晶のシリコンウェハ10(厚み625μm)を準備した。そして、実施例4として、このシリコンウェハ10をXYステージに載置し、波長1064nmのパルスレーザ光を照射し、一辺が5mmの平面視正方形状の改質層12を形成した。そして、このシリコンウェハ(内部応力層形成単結晶部材)をへき開することで改質層12の断面を露出させ、この断面を走査型電子顕微鏡で観察した。改質層12の厚みTは30μmであった。
また、本発明者は、実施例4で用いたシリコンウェハと同様のシリコンウェハを用い、以下のようにして比較例の試験を行った。図20は、本比較例で、レーザ集光手段により空気中でレーザ光を集光したことを説明する模式的鳥瞰図である。比較例では、実施例4に比べ、レーザ集光手段として、集光レンズ15に代えて集光レンズ115が配置されている。本比較例で用いるこの集光レンズ115は、平凸レンズである第1レンズ116と、第1レンズ116とシリコンウェハ100表面との間に配置された収差増強用のガラス板118と、で構成される。この収差増強用のガラス板118をこのように配置することによって、被照射体であるシリコンウェハ100の表面にレーザスポットSPを形成するレーザ光Bは、シリコンウェハ表面100tで屈折されてレーザ光としてシリコンウェハ内部に進入し、シリコンウェハ内部に集光点を結ぶ際に、所定の深さ位置および幅を有する像を結ぶことになる。すなわち、シリコンウェハ内部に改質層112(加工領域)を所定の深さ位置に所定の厚みVで形成することができる。ここで収差増強用のガラス板118によって収差が増強されているので、この所定の厚みVは、実施例4の改質層12の厚みTよりも大きくなる。
次に、第2実施形態について説明する。図22は、本実施形態に係る単結晶基板製造方法および内部応力層形成単結晶部材を説明する上で用いる単結晶部材内部加工装置の模式的鳥瞰図である。
10u 単結晶層
10s 単結晶基板
10t 表面
13u 応力層
13d 応力層
11 内部応力層形成単結晶部材
11u 界面
12 改質層
12p 多結晶部
28u 金属製基板
29u 酸化層
B レーザ光
Claims (1)
- 単結晶部材の内部に、前記単結晶部材の被照射側の表面からレーザ光を集光することで、前記表面から離間しかつ前記表面と平行に延在する2次元状の改質層を形成しつつ、該改質層の界面付近に応力層を形成する工程と、
前記単結晶部材側壁に前記改質層を露出させる工程と、
露出させた前記改質層をエッチングすることで前記改質層にエッチング溝を形成する工程と、
表面に酸化層を有する金属製基板を、前記改質層によって分断されてなる単結晶層の表面に接着して、前記エッチング溝に楔状圧入材を圧入しつつ、前記金属製基板に力を加えて前記単結晶層を前記改質層から剥離することで単結晶基板を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする単結晶基板製造方法。
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