JP6712746B2 - 内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法 - Google Patents
内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
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。
本実施形態で製造する内部加工層形成単結晶部材20は、パルス状のレーザ光Bをシリコンの単結晶部材10の被照射面20tから集光することで、この被照射面20tと離間しかつこの被照射面20tと平行に延在する加工層21と、その加工層21の両面側にそれぞれ隣接する非加工層22とを有する。
それぞれ集光したことによる複数の加工痕21s(図5参照)からなる。ここで、ビームスプリッタの機能を有する回折光学素子72で分割されてなる複数のレーザ光BDでは、各ビームのパワーが均一であるが、少なくとも、各ビームパワーの平均値に対してのばらつきが±0.5%以内であることが好ましい。
以下、本実施形態をより詳細に説明する。本実施形態では、図4に示すように、レーザ加工装置は、レーザ発振器71、回折光学素子72、凸レンズ(対物レンズ)74、集光器78を順次備え、また、XYステージ80を備えている。集光器78は複数のレンズが組み合わされた組レンズとなっており、集光性能が高くされている。
以下、本実施形態で内部加工層形成単結晶部材10を製造することについて説明する。本実施形態では、単結晶部材10をXYステージ上に載置し、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。そして、XYステージで単結晶部材10をX方向やY方向に移動させることで、レーザ集光手段(回折光学素子72、凸レンズ74、および、集光器78)と単結晶部材10とを、単結晶部材10の被照射面20tに平行に相対的に移動させながらレーザ光Bを照射することで、単結晶部材10の内部に集光したレーザ光Bによって加工層21を形成する。
研磨加工は例えばラッピング・ポリシング装置を利用して行うことができる。ラッピングでは研磨剤として粒径が1μmから数10μmの遊離砥粒を潤滑剤に混ぜたスラリーをラップ定盤と上記の加工層露出面との間に入れ加工する。このときの遊離砥粒としてはコロイダルシリカ、アルミナ、微粒ダイヤモンド、酸化セリウムなどが利用できる。ポリシング加工では粒径1μm以下の微細な研磨剤が使用され、研磨パッドを定盤に貼りつけて加工層露出面を研磨加工する。
従って、加工痕が形成された後に更に加工痕が形成されてレーザ光の散乱などが生じることは回避されており、加工痕21sのサイズが安定する。よって、非加工層22の剥離面(加工層21からの剥離面)の平坦性が向上する。なお、レーザ光の出力、回折光学素子72の構造などに応じてレーザ光の分岐本数を適宜変更することが好ましい。
本発明者は、以下の条件で実験を行い、得られた内部加工層形成単結晶部材の評価を行った。
1)厚さ: 625μm
2)大きさ : φ150mm
3)結晶方位 :(100)
レーザ発振器 : YAGパルスレーザ発振器
1)波長:1064nm
2)モード : シングルモード
3)パルス幅 : 120nm
ビームスプリッタ
1)分岐ビーム数 : 5
加工条件 1)加工ピッチ p: 2.0μm
k: 2.0μm
2)加工オフセット w: 7.0μm
3)分岐ビームパワー : 表1に示すパワー
1)分岐ビームの焦点を試料ウエハ表面となるように集光器の高さ位置を調整する。
2)次に、その位置から集光器高さを試料ウエハ方向に80μm加工させ、分岐ビーム焦点を試料ウエハ内部に移動する。
3)上記加工条件で、φ150mmウエハ内部の100mm×100mmの部分にレーザを照射した。
4)この試料を2個作成した。
5)1個の試料を使用して、レーザ照射部分の1辺をダイシングにより切り出し、加工層を露出させ、50箇所の加工層の位置の差を共焦点レーザ顕微鏡(機種名:OLS−4000 オリンパス(株)製)により測定したところ、3μm以下であった。
なお、加工層位置の測定結果を表2に示す。表2では、ウエハのレーザ照射面側の表面を基準にした測定結果を示している。
6)残りの1試料からレーザ照射領域部分を、ダイシングにより切り出した。その切り出したウエハは、切り出した状態で応力を負荷させることなく加工層で2枚に分断、剥離することができた。
7)剥離したウエハ(単結晶部材部分)の表面粗さを非接触三次元測定装置(PF−60:三鷹光器(株)製)で測定した結果、表面粗さRa=2.7μmであった。
8)剥離したウエハ(単結晶部材部分)の剥離面を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、分岐ビームによる加工痕とクラックの伝播と推察される状態が見られた。
20 内部加工層形成単結晶部材
20t 被照射面
21 加工層
21c 変質部
21s 加工痕
22 非加工層(非加工部)
72 回折光学素子(回折光学素子、レーザ集光手段)
73 アパーチャ(レーザ集光手段)
74 凸レンズ(凸レンズ、レーザ集光手段)
78 集光器(集光器、レーザ集光手段)
82 集光レンズ群
B レーザ光
BD レーザ光
CF クラック
CS クラック
F オフセット方向
L 距離(中心間距離)
S 走査方向
p 加工ピッチ
w 加工オフセット
Claims (6)
- レーザ光を集光するレーザ集光手段を介してレーザ光をシリコンの単結晶部材の被照射面から照射しつつ、前記単結晶部材と前記レーザ集光手段とを相対的に移動させることで、前記単結晶部材内部に形成された加工層と、
前記加工層の両面側にそれぞれ隣接する非加工部と、
を備え、
前記加工層には、1本のレーザ光が分割されてなる複数のレーザ光の集光によって形成され、隣接する加工痕同士が互いに一部重なって繋がることで一方向に連なってなる変質部が、レーザ光の走査方向およびオフセット方向にそれぞれ複数個配列され、
かつ、レーザ光の走査方向に隣り合う変質部同士に跨るクラック、および、レーザ光のオフセット方向に隣り合う変質部同士に跨るクラックの両方が形成されているとともに、
クラックの前記被照射面からの深さ位置が略同一深さ位置であり、
前記加工層と前記非加工層との間に連続する境界が形成されていて前記境界の全面から剥離可能になっていることを特徴とする内部加工層形成単結晶部材。 - 前記複数のレーザ光は、ビームパワーが均一である請求項1に記載の内部加工層形成単結晶部材。
- レーザ光を集光するレーザ集光手段を介してレーザ光をシリコンの単結晶部材の被照射面から照射しつつ、前記単結晶部材と前記レーザ集光手段とを相対的に移動させることで、前記単結晶部材内部に加工層を形成して前記単結晶部材を内部加工層形成単結晶部材とする内部加工層形成単結晶部材の製造方法であって、
1本のレーザ光が入射すると、同一平面内を進み、かつ、隣り合うレーザ光同士のなす角度が均等となるような複数のレーザ光に分割して出射する、ビームスプリッタ手段を前記レーザ集光手段に設け、
該ビームスプリッタ手段で分割された複数のレーザ光を前記単結晶部材に照射してそれぞれ前記単結晶部材内部に集光することで、複数のレーザ光により、隣接する加工痕同士が互いに一部重なって繋がることで一方向に連なってなる変質部を配列するように形成していくとともに、前記変質部を、レーザ光の走査方向に隣り合う変質部同士に跨るクラック、および、レーザ光のオフセット方向に隣り合う変質部同士に跨るクラックの両方が生じるとともにクラックの前記被照射面からの深さ位置が略同一深さ位置となるように形成していくことで、
前記加工層と前記非加工層との間に連続する境界が形成されて前記境界の全面から剥離可能にしたことを特徴とする内部加工層形成単結晶部材の製造方法。 - 前記複数のレーザ光は、ビームパワーが均一である請求項3に記載の内部加工層形成単結晶部材の製造方法。
- オフセット方向に隣り合う一方の前記変質部の前記加工痕と他方の前記変質部の前記加工痕との距離のうち最も近い加工痕同士の中心間距離が、前記加工痕のオフセット方向の幅よりも長いことを特徴とする請求項3又は4に記載の内部加工層形成単結晶部材の製造方法。
- 前記ビームスプリッタ手段で分割された複数のレーザ光を集光する集光器を用いて前記単結晶部材内部に集光することを特徴とする請求項3から5のいずれか一項に記載の内部加工層形成単結晶部材の製造方法。
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