KR20190104062A - 박리 기판 제조 방법 - Google Patents

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요헤이 야마다
히데키 스즈키
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신에츠 폴리머 가부시키가이샤
고쿠리츠다이가쿠호진 사이타마 다이가쿠
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Abstract

박리 기판 제조 방법은, 기판(10)의 표면으로부터 소정의 깊이로 레이저광을 집광하는 레이저 집광 단계, 및 레이저 집광기를 기판(10)에 대해 상대적으로 이동시켜 위치 결정하는 위치 결정 단계를 가지고 기판(10)에 가공층을 형성한다. 또한, 가공층이 형성된 기판(10)을 가공층에서 박리하여 박리 기판을 작성한다. 레이저 집광 단계는, 레이저광을 복수의 분기 레이저광으로 분기시키는 회절 광학 소자(170)를 이용하여 분기 레이저광 중 적어도 하나를 다른 분기 레이저광에 비해 강도가 다르게 분기시키는 레이저광 조정 단계를 포함하고, 복수의 분기 레이저광 중, 상대적으로 강도가 높은 분기 레이저광에 의해 가공층을 신장시켜 기판(10)을 가공함과 아울러, 상대적으로 강도가 낮은 분기 레이저광에 의해 가공층의 신장을 억제한다.

Description

박리 기판 제조 방법
본 발명은, 박리 기판 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 실리콘 카바이드, 사파이어, 질화 갈륨 등에의 레이저 가공에 의한 박리 기판 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 실리콘(Si) 웨이퍼로 대표되는 반도체 웨이퍼를 제조하는 경우에는, 석영 도가니 내에 용융된 실리콘 융액으로부터 응고된 원기둥형의 잉곳을 적절한 길이의 블록으로 절단하여, 그 주연부를 목표의 직경이 되도록 연삭하고, 그 후, 블록화된 잉곳을 와이어 소우에 의해 웨이퍼형으로 슬라이스하여 반도체 웨이퍼를 제조하도록 하고 있다. 또, 이 명세서 중에서는, 별기하는 경우를 제외하고 웨이퍼를 적절히 기판이라고 부른다.
이와 같이 하여 제조된 반도체 웨이퍼는, 이전 공정에서 회로 패턴의 형성 등 각종 처리가 순차 실시되어 후공정에 제공되고, 이 후공정에서 이면이 백그라인드 처리되어 박편화를 도모할 수 있다.
또한, 최근 경도가 크고 열전도율도 높은 실리콘 카바이드(SiC)가 주목받고 있지만, 결정 실리콘보다 경도가 큰 관계상, 잉곳을 와이어 소우에 의해 용이하게 슬라이스할 수 없고, 또한, 백그라인드에 의한 기판의 박층화도 용이하지 않다. 나아가 사파이어 기판이나 질화 갈륨 기판도 난가공재로서, 가공 기술이 요구되고 있다.
한편, 고개구수의 집광 렌즈에 유리판으로 이루어지는 수차 증강재를 조합하고, 펄스형상 레이저를 웨이퍼의 내부에 조사하여 가공층을 형성한 후, 이를 강성 기판에 붙이고, 가공층에서 박리함으로써 얇은 박리 기판을 얻는 기술이 개시되어 있다(하기 특허문헌 1을 참조).
특허문헌 1: 일본공개특허 2014-19120호 공보
그러나, 박리 기판을 작성하기 위해, SiC, 사파이어, 질화 갈륨의 웨이퍼 등의 결정 재료를 레이저에 의해 가공하여, 내부에 가공층을 형성하고자 하면, 가공에 의해 결정 방위를 따라 크랙이 발생하기 쉽고, 안정된 가공층의 형성이 곤란하였다.
본 발명은, 상술한 실정을 감안하여 제공되는 것으로, 결정 재료에서의 크랙의 발생을 억제하고, 안정적으로 가공층을 형성하여 박리할 수 있는 박리 기판 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 관한 박리 기판 제조 방법은, 결정 기판을 기판으로서 이용하여, 펄스 조사의 레이저 광원으로부터의 레이저광을 레이저 집광기에 의해 상기 기판의 표면을 향하여 조사하고, 상기 기판의 표면으로부터 기판 내부의 소정의 깊이로 레이저광을 집광하는 레이저 집광 단계, 및 상기 레이저 집광기를 상기 기판에 대해 상대적으로 이동시켜 위치 결정을 하는 위치 결정 단계를 가지고 상기 기판에 가공층을 형성하는 기판 가공 단계를 포함한다. 또한, 상기 기판 가공 단계에 의해 상기 가공층이 형성된 상기 기판을 상기 가공층에서 박리하여 박리 기판을 작성하는 기판 박리 단계를 포함한다. 그리고, 상기 레이저 집광 단계는, 상기 레이저 광원으로부터의 레이저광을 복수의 분기 레이저광으로 분기시키는 회절 광학 소자를 이용하여, 상기 복수의 분기 레이저광 중 적어도 하나를 다른 분기 레이저광에 비해 강도가 다르게 분기시키는 레이저광 조정 단계를 포함한다. 그리고, 상기 복수의 분기 레이저광 중, 상대적으로 강도가 높은 분기 레이저광에 의해 상기 가공층을 신장시켜 상기 기판을 가공함과 아울러, 상대적으로 강도가 낮은 분기 레이저광에 의해 상기 가공층의 신장을 억제한다.
상기 레이저광 조정 단계에서는, 상기 복수의 분기 레이저광을 상기 기판의 내부에서 일렬 또는 복수열 혹은 패턴 형상으로 배치시켜도 된다.
상기 레이저광 조정 단계에서는, 상기 복수의 분기 레이저광 중 단부측에 배치되는 적어도 하나의 분기 레이저광의 강도를 다른 분기 레이저광에 비해 낮게 해도 된다.
상기 레이저광 조정 단계에서는, 상기 상대적으로 강도가 높은 분기 레이저광의 강도를, 상기 상대적으로 강도가 낮은 분기 레이저광의 강도에 대해 1.1~5.0의 범위의 배율로 다르게 하는 것이 바람직하다.
상기 위치 결정 단계는, 상기 기판의 표면에 있어서, 상기 일렬 또는 복수열 혹은 패턴 형상의 방향에 대해 소정 각도를 이루는 주사 방향으로 상기 레이저 집광기를 소정 속도로 이동시켜도 된다.
상기 위치 결정 단계는, 상기 기판의 표면에 있어서, 상기 주사 방향으로 상기 레이저 집광기를 소정 속도로 이동시키는 동작을, 상기 주사 방향과는 직교하는 방향으로 상기 레이저 집광기를 소정 거리에 걸쳐 시프트시키는 동작을 사이에 두고 반복해도 된다.
에칭액으로서 용융 알칼리를 이용하여, 산소를 포함하는 가스 분위기에서, 상기 박리 기판에서의 상기 용융 알칼리의 계면 위치를 상기 박리 기판 상에서 이동시키면서 에칭하는 에칭 단계를 포함해도 된다.
상기 용융 알칼리로서 용융 수산화나트륨을 이용해도 된다.
용융 알칼리를 유동시키면서 에칭해도 된다.
상기 기판으로서 SiC 기판을 이용함으로써, 상기 박리 기판이 SiC로 이루어지도록 해도 된다.
본 발명에 의하면, 결정 재료에서의 크랙의 발생을 억제하고, 안정적으로 가공층을 형성하여 박리할 수 있는 박리 기판 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에서, (a)는 기판 가공 장치의 사시도, (b)는 스테이지 상에 놓여 레이저광으로 가공된 기판을 나타내는 평면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에서, (a)는 스테이지 상에 놓인 기판을 레이저광으로 가공해 가는 것을 설명하는 모식적인 측면 단면도, (b)는 기판에서의 가공층의 형성을 설명하는 측면 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에서, (a)는 기판에 조사한 3개의 분기 레이저광을 설명하는 모식적인 평면도, (b)는 기판에 조사한 3개의 분기 레이저광이 각각 초점을 맺는 것을 설명하는 모식적인 측면 단면도이다.
도 4는, 인접하는 가공 흔적의 간격 조정을 설명하는 모식적인 평면도이다.
도 5의 (a)~(c)는, 각각 본 발명의 일 실시형태에서, 기판을 순차 에칭해 가는 것을 설명하는 모식적인 정면도이다.
도 6은, 도 5의 (b)의 부분 확대 측면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시형태의 변형예에서, 복수의 분기 레이저광의 강도 분포의 예를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시형태의 변형예에서, 복수열 또는 패턴 형상으로 배치된 복수의 분기 레이저광의 일례를 설명하는 모식적인 평면도이다.
도 9는, 실시예 1에서, (a)는 레이저광에 의해 기판 내부에 형성된 가공 흔적을 나타내는 현미경에 의한 사진, (b)는 (a)의 부분 확대도이다.
도 10은, 실시예 2를 설명하는 사진이다.
도 11은, 실시예 2의 박리면에서의 표면 거칠기의 측정 결과를 나타내는 사진이다.
도 12는, 실시예 3을 설명하는 사진이다.
도 13은, 실시예 3의 박리면에서의 표면 거칠기의 측정 결과를 나타내는 사진이다.
도 14는, 실시예 4를 설명하는 사진이다.
도 15는, 실시예 4의 박리면에서의 표면 거칠기의 측정 결과를 나타내는 사진이다.
도 16은, 실시예 5를 설명하는 사진이다.
도 17은, 실시예 5의 박리면에서의 표면 거칠기의 측정 결과를 나타내는 사진이다.
도 18은, 실시예 6을 설명하는 사진이다.
도 19는, 실시예 6의 박리면에서의 표면 거칠기의 측정 결과를 나타내는 사진이다.
도 20은, 실험예 1에서, 에칭 후의 기판면의 거칠기를 나타내는 그래프이다.
도 21은, 실험예 1에서, 에칭 후의 기판면의 비침지부에서의 계면 부근을 나타내는 사진이다.
도 22는, 실험예 1에서, 에칭 후의 기판면의 침지부를 나타내는 사진이다.
도 23은, 실험예 1에서, 에칭 후의 비침지부를 AFM으로 촬상하여 얻어진 사시도이다.
도 24는, 실험예 2에서, 에칭 온도와 에칭률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25는, 실험예 2에서, (a)는 침지부에서의 에칭 시간과 거칠기의 관계를 나타내는 그래프, (b)는 비침지부의 계면 부근에서의 에칭 시간과 거칠기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 26은, 실험예 2에서, (a)는 질소 유량과 에칭률의 관계를 나타내는 그래프, (b)는 질소 유량과 거칠기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 27은, 실험예 2에서, (a)는 공기 유량과 에칭률의 관계를 나타내는 그래프, (b)는 공기 유량과 거칠기의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 이미 설명한 것과 동일 또는 유사한 구성요소에는 동일 또는 유사한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 적절히 생략한다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 예시로서, 본 발명의 실시형태는, 구성부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 하기의 것에 특정하는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는, 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경하여 실시할 수 있다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시형태에서, (a)는 기판 가공 장치(100)의 구성을 나타내는 사시도, (b)는 스테이지 상에 놓여 레이저광으로 가공된 기판을 나타내는 평면도이다. 본 발명의 일 실시형태(이하, 본 실시형태라고 함)에서 이용하는 기판 가공 장치(100)는, 스테이지(110)와, 스테이지(110)가 XY 방향으로 이동 가능하도록 지지하는 스테이지 지지부(120)와, 스테이지(110) 상에 배치되어 기판(10)을 고정하는 기판 고정구(130)를 가지고 있다. 이 기판(10)으로는, 잉곳을 절단한 결정 재료인 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼를 사용할 수 있다.
또한, 기판 가공 장치(100)는, 레이저 광원(150)과, 레이저 광원(150)으로부터 발한 레이저광(B)을 집광하여 기판(10)을 향하여 조사하는 레이저 집광부(160)(레이저 집광기)를 가지고 있다. 레이저 집광부(160)는, 회절 광학 소자(DOE)(170) 및 대물렌즈(180)를 가지고 있다.
회절 광학 소자(170)는, 입사된 레이저광(B)을 소정 개수의 분기 레이저광으로 분기시킨다. 분기 레이저광은, 대물렌즈(180)에서 집광되어, 레이저 집광부(160)의 초점 위치에서 일렬로 나열되도록 배치된다. 또, 도면 중에 회절 광학 소자(170)는 3개의 분기 레이저광을 생성하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 분기 레이저광은, 2개 이상의 복수의 분기 레이저광이면 된다.
회절 광학 소자(170)는, 복수의 분기 레이저광의 강도가 다르게 조정한다. 여기서, 복수의 분기 레이저광의 강도가 다르게 조정한다는 것은, 복수의 분기 레이저광 중 적어도 하나를 다른 분기 레이저광에 비해 강도가 다르게 분기시키는 것을 의미한다. 따라서, 3개의 분기 레이저광으로 분기하는 경우, 2개의 분기 레이저광의 강도가 동일하고, 나머지 하나의 분기 레이저광의 강도가 이 2개의 분기 레이저광에 비해 다른 경우에는 이에 해당한다. 또한, 인접하는 분기 레이저광의 강도가 서로 다른 경우도 이에 해당한다.
본 실시형태에서는, 복수의 분기 레이저광 중, 상대적으로 강도가 높은 분기 레이저광의 강도를, 상대적으로 강도가 낮은 분기 레이저광의 강도에 대해 1.1~5.0의 범위의 배율로 다르게 하도록 할 수 있다. 이 배율은, 1.2~3.0의 범위에 있는 것이 바람직하고, 1.5~2.5의 범위에 있는 것이 보다 바람직하며, 1.8~2.2의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
본 실시형태에서는, 회절 광학 소자(170)에 의해 분기된 복수의 분기 레이저광의 강도가 다르게 조정함으로써, 기판(10)의 내부에 가공 흔적을 형성할 때에 발생하는 크랙을 제어하도록 하고 있다. 즉, 복수의 분기 레이저광 중 상대적으로 강도가 높은 분기 레이저광에 의해, 레이저의 조사 방향에 대해 직각으로 크랙이 신장(진전)하는 박리 가능한 가공 상태를 형성하고 있다. 그리고, 상대적으로 강도가 낮은 분기 레이저광에 의해 크랙이 신장하지 않는 가공층을 형성하고, 강도가 높은 분기 레이저광에 의해 형성된 크랙이 결정 방위를 따라 의도에 반하여 신장(진전)하는 것을 방지하는 스토퍼적인 역할을 시키고 있다.
도 2에서, (a)는 스테이지 상에 놓인 기판을 레이저광으로 가공해 가는 것을 설명하는 모식적인 측면 단면도, (b)는 기판에서의 가공층의 형성을 설명하는 측면 단면도이다.
기판(10)은, 스테이지(110) 상에서 기판 고정구(130)에 의해 보유지지되어 있다. 기판 고정구(130)는, 그 위에 설치된 고정 테이블(125)에 의해 기판(10)을 고정하고 있다. 고정 테이블(125)에는, 통상의 점착층, 기계적인 척, 정전 척 등이 적용 가능하다.
기판(10)에 집광하여 조사되는 레이저광(B)은 기판(10)의 표면으로부터 소정의 깊이로 집광점(F)을 형성하고(레이저 집광 단계), 기판 표면으로부터 소정의 깊이 위치에 소정 형상의 가공 흔적(12)을 형성한다. 또, 본 실시형태에서는, 가공 흔적(12)은, 스테이지(110)의 이동, 즉 기판(10)의 이동에 따라 열 형상으로 나열된 것이다. 이 가공 흔적(12)은, 스테이지(110)에 보유지지된 기판(10)에 대해 레이저 집광부(160)가 상대적으로 이동하여 위치 결정됨(위치 결정 단계)으로써, 기판(10)의 내부에 소정의 패턴으로 형성된다.
예를 들어, 소정의 주사 방향으로 소정 속도로 집광점(F)을 이동하는 동작을, 주사 방향과는 소정 각도(θ)(도 4 참조)를 이루는 방향(예를 들어 90°(주사 방향에 직교하는 방향)나, 45°)으로 집광점(F)을 소정 거리(d)(도 1의 (b) 참조)에 걸쳐 시프트시키는 동작을 사이에 두고 반복함으로써, 직선 형상의 가공 흔적(12)을 2차원상(狀)으로 배치한 가공층(14)을 형성할 수 있다.
(기판 가공 단계)
기판 가공 장치(100)에 있어서, 레이저광(B)은, 레이저 집광부(160)의 회절 광학 소자(170) 및 대물렌즈(180)를 개재하여 기판(10)을 향하여 조사되고, 분기 빔은 기판(10) 내부의 집광점(F)에 각각 집광되어, 집광점(F)에 가공 흔적(12)이 형성된다.
레이저 집광부(160)는, 기판(10)의 소정 깊이의 범위(t)에서 분기 레이저광의 지름을 실질적으로 줄이도록 집광하여, 가공 흔적(12)이 연결된 가공층(14)의 형성에 필요한 에너지 밀도를 확보하도록 하고 있다. 도면 중에서는, 기판(10)의 표면측으로부터 입사한 분기 레이저광에 의해, 집광점(F)을 포함하는 소정 깊이의 범위(t)에 형성된 가공층(14)이 나타나 있다.
가공층(14)은, 각 분기 레이저광에 의해 형성된 가공 흔적(12)이 연결되어 이루어지는 것이다. 이와 같이 형성된 가공층(14)은, 인접하는 분기 레이저광이 소정 간격이기 때문에, 소정의 주기적 구조를 가지고 있다.
도 3에서, (a)는 기판(10)의 모식적인 평면도, (b)는 기판에 조사한 3개의 분기 레이저광이 각각 초점을 맺는 것을 설명하는 모식적인 측면 단면도이다. 기판(10)의 표면을 향하여 조사된 3개의 분기 레이저광(Ba, Bb, Bc)은, 기판(10)의 표면에서 일렬로 배치된 3개의 빔 스폿(Ra, Rb, Rc)을 형성하여 기판(10)에 입사하고, 기판(10)의 내부에서 3개의 집광점(Fa, Fb, Fc)을 형성한다. 이들 집광점(Fa, Fb, Fc)에 의해 각각 가공 흔적(12a, 12b, 12c)(도 4 참조)이 형성된다.
기판(10)은, SiC 등의 결정 기판이기 때문에, 집광점(Fa, Fb, Fc)을 형성할 때에 결정 방위를 따라 크랙이 발생하기 쉬운 성질이 있다. 이와 같이 3개의 분기 레이저광(Ba, Bb, Bc)으로 분기하는 경우에는, 예를 들어, 중앙의 분기 레이저광(Bb)의 강도를 양측(즉 양단부측)의 분기 레이저광(Ba, Bc)의 강도보다 크게 함(레이저광 조정 단계)으로써, 중앙의 집광점(Fb)에 의해 가공 흔적(12)을 형성할 때에 발생한 크랙이 양측의 집광점(Fa, Fc)의 방향으로 신장하더라도, 양측의 집광점(Fa, Fc)에 의해 형성된 가공 흔적(12)에 의해 크랙의 신장을 멈추도록 할 수 있다. 이 때, 분기 레이저광(Ba, Bc)의 강도는 집광점(Fa, Fc)으로부터 가공 흔적이 결정 방위로 신장(진전)하지 않는 정도의 강도로서, 기판의 박리에 필요한 가공 흔적이 얻어지는 최소 강도로 설정해 둔다.
3개의 분기 빔의 강도에 대해서는, 양측의 분기 레이저광(Ba, Bc)의 강도에 대한 중앙의 분기 레이저광(Bb)의 강도의 배율이, 1.1~5.0의 범위에 있는 배율로 다르게 할 수 있다. 이 배율은, 1.2~3의 범위에 있는 것이 바람직하고, 1.5~2.5의 범위에 있는 것이 보다 바람직하며, 1.8~2.2의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
도 4는, 기판(10)에 형성되는 인접하는 가공 흔적(12a~c)의 간격 조정을 설명하는 도면이다. 기판(10)의 표면에는, 광 집광부(16)로부터 공급된 3개의 분기 레이저광(Ba, Bb, Bc)에 의해, 일렬로 배치된 3개의 빔 스폿(Ra, Rb, Rc)이 형성되어 있다. 3개의 분기 레이저광은, 이들 빔 스폿(Ra, Rb, Rc)을 개재하여 기판(10) 내부의 집광점(Fa, Fb, Fc)에 집광되고, 집광점(Fa, Fb, Fc)에서 각각 가공 흔적이 형성된다.
3개의 빔 스폿(Ra~c)은, 소정의 주사 방향으로 소정 속도로 주사된다. 레이저 광원(150)으로부터는 펄스 레이저광이 공급되고, 펄스 조사에 의해 빔 스폿(Ra~c)이 주사 방향으로 소정 간격으로 형성된다. 이 주사 방향의 간격은, 임의로 설정이 가능하다.
또한, 3개의 빔 스폿(Ra~c)을 배치한 열의 방향을 조정함으로써, 빔 스폿(Ra~c)을 개재하여 형성되는 3개의 가공 흔적(12a~c)의 간격을 조정하는 것이 가능하다.
도 4의 (a)는, 3개의 빔 스폿(Ra~c)을 배치한 열의 방향이 주사 방향에 직교하도록 설정한 경우를 나타내고 있다. 이 때, 주사 방향에 직교하는 방향에 대해, 3개의 빔 스폿(Ra~c)의 인접하는 거리가 최대가 되고, 따라서 3개의 빔 스폿(Ra~c)을 개재하여 형성되는 가공 흔적(12a~c)의 간격(서로 인접하는 간격)도 최대가 된다.
도 4의 (b)에서는, 3개의 빔 스폿(Ra~c)을 배치한 열의 방향(D)과 주사 방향의 직교 방향이 소정 각도(θ)를 이루도록 설정한 경우를 나타내고 있다. 도 4의 (b)에서는, 일례로서 θ=45°의 각도를 이루는 경우로 그려져 있다. 소정 각도(θ)는 45°에 한정되지는 않으며, θ가 작아질수록, 주사 방향에 직교하는 방향에 대해 빔 스폿(Ra~c)의 인접하는 거리가 짧아지고, 따라서 빔 스폿(Ra~c)을 개재하여 형성되는 가공 흔적(12a~c)의 간격도 짧아진다. 또, 이 θ를 90°, 즉 소정 각도를 90°로 한 경우가 도 4의 (a)에 나타낸 상태가 된다.
본 실시형태에서는, 가공층(14)이 형성된 기판(10)을 가공층(14)에서 할단(割斷)하여, 기판(10)을 가공층(14)에서 박리함으로써, 박리 기판을 작성할 수 있다(기판 박리 단계). 가공층(14)에서는 가공 흔적이 연결되어 있기 때문에, 기판(10)은 가공층(14)을 따라 용이하게 할단하여 박리할 수 있다. 따라서, 결정 재료인 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼의 기판(10)에, 크랙의 발생을 억제하여 안정적으로 가공층(14)을 형성할 수 있다.
그리고 본 실시형태에서는, 이후, 가공층(14)으로부터 박리한 박리 기판(10p)(실리콘 카바이드 웨이퍼로부터 박리한 것)에 알칼리 에칭을 행하여 박리 기판(10p)의 기판면(10ps)을 경면화한다(에칭 단계).
도 5의 (a)~(c)는, 각각 본 발명의 일 실시형태(이하, 본 실시형태라고 함)에 관한 에칭 방법으로 기판을 순차 에칭해 가는 것을 설명하는 모식적인 정면도이다. 도 6은 도 5의 (b)의 부분 확대 측면도이다.
이 에칭에서는, 산소를 포함하는 가스 분위기에서, 박리 기판(10p)에서의 용융 알칼리의 계면 위치를 박리 기판 상에서 이동시켜 간다. 본 실시형태에서는, 용기(200)에 넣은 용융 알칼리(AL)에 박리 기판(10p)을 상방으로부터 일정 속도로 천천히 하강시킴으로써 침지해 간다(도 5의 (a)~(c) 참조). 이 결과, 박리 기판(10p)에서의 용융 알칼리(AL)의 계면 위치(G)(용융 알칼리(AL)의 액면 위치)가 기판 하단으로부터 상방으로 순차 이동해 간다. 여기서, 도 5, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 계면 위치(G)란 용융 알칼리(AL)의 액면 위치와 동일한 위치이다.
박리 기판(10p)의 비침지부(NIM)의 계면 부근(V)에서는, 에칭 반응시에 가스 분위기 중의 산소가 도입되어 산화가 촉진되면서, 양호한 에칭이 고속으로 행해진다. 따라서, 이와 같이 박리 기판(10p)에서의 용융 알칼리(AL)의 계면 위치(G)를 기판 상방으로 순차 이동시켜 감으로써, 고경도이며 난가공 재료인 SiC(실리콘 카바이드)로 이루어지는 박리 기판(10p)이어도, 기판면(10ps)에 양호한 경면을 광범위에 걸쳐 고속으로 형성할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 액면의 경계 영역에서는 용융 알칼리가 표면 장력에 의해 SiC면을 올라와, 얇은 용융 알칼리액의 막을 만든다. 그리고 이 막은 얇기 때문에, 공기 중의 산소를 SiC면에 공급하기 쉬워 산화를 활발하게 한다. 그리고 용융 알칼리가 그 산화막을 제거하는 등의 사이클을 활발하게 반복한다. 따라서, 효율적으로 경면화(등방성 에칭)가 촉진된다.
따라서, 즉 박리 기판(10p) 전부를 용융 알칼리(AL)에 담그는(기판 전체를 침지부로 하는) 것에 비해 훨씬 단시간에 이 양호한 경면을 박리 기판(10p)에 전면(全面)에 걸쳐 형성할 수 있다.
박리 기판(10p)의 하강 속도는, 용융 알칼리의 종류, 온도, 가스 분위기 중의 산소 농도 등에 따라, 양호한 에칭이 행해지도록 결정한다.
또, 에칭에서는, 등방성 에칭이 행해지도록 해도 된다. 이를 위해서는, 박리 기판(10p)의 산화 속도를 산화 피막의 용해 속도 이상으로 하여, 산화되지 않은 단계의 기판 재료(SiC)가 에칭되는 것을 회피함으로써, 기판 재료에 결함(결정 결함)이 발생해도 이 결함은 산화되고 나서, 즉 산화 피막이 되고 나서 에칭되도록 해도 된다. 이 결과, 박리 기판(10p)이 등방성 에칭되게 된다.
또한, 용융 알칼리(AL)에 박리 기판(10p)을 담그고, 용융 알칼리(AL)로부터 박리 기판(10p)을 일정 속도로 천천히 끌어올려 감으로써, 박리 기판(10p)에서의 용융 알칼리(AL)의 계면 위치(G)(용융 알칼리(AL)의 액면 위치)를 기판 하방으로 순차 이동시켜도, 박리 기판(10p)의 기판면(10ps)에 양호한 경면을 광범위에 걸쳐 고속으로 형성할 수 있다.
용융 알칼리로서는, 용융 수산화나트륨(NaOH), 용융 수산화칼륨(KOH) 등을 들 수 있지만, Si면을 에칭할 때에는, Si면을 효율적으로 제거(에칭 속도의 고속화)하여 경면화하는 관점에서, 용융 수산화나트륨(SHL)(도 5, 도 6 참조)이 바람직하다. 이 경우, 650℃이상으로 한 용융 수산화나트륨을 이용하면, 이러한 고속으로 양호한 에칭을 행하기 쉽다. 650℃보다 온도가 낮으면 에칭 속도(에칭률)가 낮아지기 쉽다.
또, Si면이 아니라 C면을 에칭할 때에는, C면을 효율적으로 제거(에칭 속도의 고속화)하여 경면화하는 관점에서, 용융 수산화칼륨을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 용융 알칼리(AL)를 유동시키면서 에칭을 행해도 된다. 이에 의해, 에칭에 의해 열화된 용융 알칼리가 기판면(10ps) 근처에서 체류하는 것을 방지할 수 있다.
(변형예)
또, 상기 실시형태에서는, 복수의 분기 레이저광의 예로서 3개의 분기 레이저광을 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 복수의 분기 레이저광은, 2개 이상의 분기 레이저광이며, 강도가 다른 것이면 된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 9개의 분기 레이저광이어도 된다. 복수의 분기 레이저광은 일렬로 배치되며, 도 7의 (a)에서는 양단의 분기 레이저광의 강도가 작고, 중앙의 분기 레이저광의 강도가 양단의 분기 레이저광의 강도보다 크다. 도 7의 (b)에서는 양단과 중앙의 분기 레이저광의 강도가 작다. 또, 박리에 영향을 주기 때문에, 가공층의 안정화를 위해서는, 복수의 분기 레이저광에 동일한 강도의 분기 레이저광이 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 복수의 분기 레이저광을 기판의 내부에서 일렬로 배치된 것을 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 복수의 분기 레이저광을 기판의 내부에서 복수열 혹은 패턴 형상으로 배치되어도 된다. 일렬, 복수열, 패턴 형상 어느 것이어도, 가공층을 균등하게 형성할 수 있고, 크랙의 발생을 억제하면서 안정적으로 가공층을 형성할 수 있다.
도 8은, 기판(10)에 조사된 분기 레이저광의 빔 스폿이 복수열 또는 패턴 형상으로 배치된 상태의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다. 분기 레이저광은, 도면 중에 일점쇄선으로 나타난 주사 방향에 직교하는 방향으로 제1열의 4개의 빔 스폿(R11, R12, R13, R14), 제2열의 4개의 빔 스폿(R21, R22, R23, R24), 제3열의 4개의 빔 스폿(R31, R32, R33, R34), 제4열의 4개의 빔 스폿(R41, R42, R43, R44)을 형성하고 있다.
이들 빔 스폿은, 제1열 내지 제4열의 합계 4열로 이루어지는 복수열의 배치를 형성하고 있다. 또한, 주사 방향으로 4열, 주사 방향에 직교하는 방향으로 4열의 합계 4×4의 16개의 빔 스폿에 의한 패턴도 형성하고 있다. 이들 빔 스폿 중, 중앙의 4개의 빔 스폿(R22, R23, R32, R33)은, 이들을 둘러싸는 다른 빔 스폿(R11, R12, R13, R14, R21, R24, R31, R34, R41, R42, R43, R44)보다 상대적인 강도가 크고, 예를 들어 1.1~5.0의 배율의 범위에 있어도 된다.
또, 빔 스폿이 형성하는 복수열은 2열 이상이면 되고, 빔 스폿의 패턴은 3개 이상의 빔 스폿이 형성하는 특정의 패턴이면 된다.
(실시예 및 실험예)
이하, 실시예(도 1~도 6을 이용하여 설명한 실시형태의 실시예) 및 실험예를 설명한다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 기판 가공 장치(100)의 레이저 광원(150)에 InnoLight Technology Corporation 제품 HALO GN 35k-100의 레이저 발진기를 이용하였다. 이 레이저 광원(150)은, 표 1에 나타내는 바와 같은 레이저광(B)을 공급할 수 있다.
Figure pct00001
회절 광학 소자(170)로는, 레이저광(B)으로부터 강도 1:2:1의 3개의 분기 레이저광(Ba~c)을 분기시키는 후루카와 기계금속공업 제품의 것을 이용하였다. 대물렌즈(180)로는, LCPLN 100×IR을 이용하였다.
기판(10)으로는, 표면이 경면 마무리된 결정 구조 4H의 SiC 기판을 이용하였다. 그리고, 가공 흔적(12)의 성질을 명백히 하기 위해, 표 2와 같은 조건으로 기판(10)을 가공하였다. 표 2에서, 회절 광학 소자의 각도란, 주사 방향에 직교하는 방향과 일렬로 배치된 3개의 빔 스폿(Ra, Rb, Rc)의 방향이 이루는 각도이다. 또한, 초점의 깊이란, 집광점(F)에 상당하는 초점의 기판(10)의 표면으로부터의 깊이이다.
Figure pct00002
도 9는, 이러한 가공에 의해 기판(10)에 형성된 가공 흔적(12a~c)을 나타내는 현미경 사진이다. 도 9의 (a)는, 투명한 SiC의 기판(10)의 상면으로부터 관찰한 것으로, 3개의 빔 스폿(Ra~c)을 개재하여 각각 형성된 3개의 가공 흔적(12a~c)이 나타나 있다. 여기서, 회절 광학 소자(170)는, 강도 1:2:1의 3개의 분기 레이저광(Ba, Bb, Bc)을 생성하기 위해, 중앙의 가공 흔적(12b)이 약간 굵고, 양측의 가공 흔적(12a, 12c)이 약간 가늘게 되어 있다.
도 9의 (b)에는, 가공 흔적(12)이 연장되는 방향에 대략 수직인 단면에 있어서, 기판(10)에 형성된 가공 흔적(12)을 관찰한 것으로, 3개의 가공 흔적(12a~c)이 나타나 있다. 여기서, 각 가공 흔적으로부터 가로방향으로 크랙이 신장(진전)되고, 중앙의 가공 흔적(12b)으로부터 신장(진전)된 크랙(Cp, Cq)은 각각 양측의 가공 흔적(12a, 12c)으로까지 신장(진전)되지만, 양측의 가공 흔적(12a, 12c)에서 각각 멈춰져 있는 것이 보였다. 따라서, 이들 3개의 가공 흔적(12a~c)은, 크랙(Cp, Cq)에 의해 연결됨과 아울러, 크랙(Cp, Cq)의 추가적인 신장(진전)은 억제되어 있는 것이 명백해졌다.
[실시예 2]
다음에, 기판(10)의 전면에 걸쳐 형성한 가공 흔적(12)에 의해 가공층(14)을 작성한 후, 기판(10)을 가공층(14)에서 할단함으로써 박리하여 박리 기판을 작성하고, 박리 기판에서의 박리면의 성질을 조사하였다. 실시예 2에서는, 표 3의 실시예 2의 란에 나타내는 조건으로 가공층(14)을 형성하였다. 표 3에 나타낸 조건을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하였다. 예를 들어, 기판(10)으로는 결정 구조 4H의 다결정의 SiC 기판을 이용하고, 회절 광학 소자(170)로는 3개의 분기 레이저광으로 분기시키는 것을 이용하였다. 또, 표 3에서는 후술하는 실시예 3~6의 조건도 아울러 나타내고 있다.
Figure pct00003
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는, 실시예 2에서 기판(10)에 형성된 스크라이브 전 및 스크라이브 후의 가공 흔적을 나타내는 현미경 사진이다. 도 10의 (c)는 레이저 현미경에 의한 기판(10)의 단면의 현미경 사진이며, 도 10의 (d)는 도 10의 (c)의 틀 내를 확대한 확대 현미경 사진이다.
도 10의 (c) 및 도 10의 (d)에 의해, 기판(10)의 표면에 평행한 방향이며, 도면 중 가로방향으로 가공 흔적(12)이 연결된 가공층(14)이 형성되어 있는 것이 보인다. 도 10의 (e)는, 인장 시험기를 이용하여 가공층(14)에서 할단된 박리 기판의 박리면을 나타내는 사진이다. 이 실시예 2에서는, 박리 기판의 표면 전체에 대해, 90%의 부분에서 박리면이 형성되었다.
이어서, 박리 기판에서의 박리면의 표면 거칠기를 측정하였다. 레이저 집광부(160)를 향하는 레이저 조사측에 있는 상면에서는, Ra(μm)에 대해 도 11의 (a), Rz(μm)에 대해 도 11의 (b)와 같은 형상이 되고, 표 4에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이 표 4에서는, 표면 거칠기의 3점 측정값과 이들의 평균값이 나타나 있다. 이하에서도 마찬가지이다.
또, 표 4에서 「주사 방향」의 거칠기란 레이저광을 주사하는 방향에서의 거칠기, 「오프셋 방향」의 거칠기란 주사 방향에 대해 90°의 방향에서 분기 빔 사이에 형성되는 거칠기를 나타낸다. 후술하는 표 5~표 7에서도 마찬가지이다.
또한, 스테이지(110)에 놓이는 측에 있는 하면에서는, Ra(μm)에 대해 도 11의 (c), Rz(μm)에 대해 도 11의 (d)와 같은 형상이 되고, 표 5에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
Figure pct00004
Figure pct00005
[실시예 3]
도 12의 (a) 및 (b)는, 각각 실시예 3에서 기판(10)에 형성된 스크라이브 전 및 스크라이브 후의 가공 흔적을 나타내는 현미경 사진이다. 도 12의 (c)는 레이저 현미경에 의한 기판(10)의 단면의 현미경 사진이며, 도 12의 (d)는 도 12의 (c)의 틀 내를 확대한 확대 현미경 사진이다.
실시예 3에서는, 표 3의 실시예 3의 란에 나타내는 조건으로 가공층(14)을 형성하였다. 표 3에서 나타낸 조건을 제외하고, 실시예 2와 동일한 조건으로 행하였다. 이 실시예 3에서는, 박리 기판의 표면의 50%에 박리면이 형성되었다.
박리 기판의 박리면의 표면 거칠기에 대해서는, 레이저 조사측의 상면에서는 Ra(μm)에 대해 도 13의 (a), Rz(μm)에 대해 도 13의 (b)와 같은 형상이 되고, 표 6에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 스테이지측의 하면에서는, Ra(μm)에 대해 도 13의 (c), Rz(μm)에 대해 도 13의 (d)와 같은 형상이 되고, 표 7에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
Figure pct00006
Figure pct00007
[실시예 4]
도 14의 (a) 및 (b)는, 각각 실시예 4에서 기판(10)에 형성된 스크라이브 전 및 스크라이브 후의 가공 흔적을 나타내는 현미경 사진이다. 도 14의 (c)는 레이저 현미경에 의한 기판(10)의 단면의 현미경 사진이며, 도 14의 (d)는 도 14의 (c)의 틀 내를 확대한 확대 현미경 사진이다.
실시예 4에서는, 표 3의 실시예 4의 란에 나타내는 조건으로 가공층(14)을 형성하였다. 표 3에서 나타낸 조건을 제외하고, 실시예 2와 동일한 조건으로 행하였다. 이 실시예 4에서는, 박리 기판의 표면의 30%에 박리면이 형성되었다.
박리 기판에서의 박리면의 표면 거칠기에 대해서는, 레이저 조사측의 상면에서는 Ra(μm)에 대해 도 15의 (a), Rz(μm)에 대해 도 15의 (b)와 같은 형상이 되고, 표 8에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 스테이지측의 하면에서는, Ra(μm)에 대해 도 15의 (c), Rz(μm)에 대해 도 15의 (d)와 같은 형상이 되고, 표 9에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
Figure pct00008
Figure pct00009
[실시예 5]
도 16의 (a) 및 (b)는, 각각 실시예 5에서 기판(10)에 형성된 스크라이브 전 및 스크라이브 후의 가공 흔적을 나타내는 현미경 사진이다. 도 16의 (c)는 레이저 현미경에 의한 기판(10)의 단면의 현미경 사진이며, 도 16의 (d)는 도 16의 (c)의 틀 내를 확대한 확대 현미경 사진이다.
실시예 5에서는, 표 3의 실시예 6의 란에 나타내는 조건으로 가공층(14)을 형성하였다. 표 3에서 나타낸 조건을 제외하고, 실시예 2와 동일한 조건으로 행하였다. 이 실시예 5에서는, 박리 기판의 표면의 98%에 박리면이 형성되었다.
박리 기판에서의 박리면의 표면 거칠기에 대해서는, 레이저 조사측의 상면에서는 Ra(μm)에 대해 도 17의 (a), Rz(μm)에 대해 도 17의 (b)와 같은 형상이 되고, 표 10에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 스테이지측의 하면에서는, Ra(μm)에 대해 도 17의 (c), Rz(μm)에 대해 도 17의 (d)와 같은 형상이 되고, 표 11에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
Figure pct00010
Figure pct00011
[실시예 6]
도 18의 (a) 및 (b)는, 각각 실시예 6에서 기판(10)에 형성된 스크라이브 전 및 스크라이브 후의 가공 흔적을 나타내는 현미경 사진이다. 도 18의 (c)는 레이저 현미경에 의한 기판(10)의 단면의 현미경 사진이며, 도 18의 (d)는 도 18의 (c)의 틀 내를 확대한 확대 현미경 사진이다.
실시예 6에서는, 표 3의 실시예 6의 란에 나타내는 조건으로 가공층(14)을 형성하였다. 표 3에서 나타낸 조건을 제외하고, 실시예 2와 동일한 조건으로 행하였다. 이 실시예 6에서는, 박리 기판의 표면의 10%에 박리면이 형성되었다.
박리 기판에서의 박리면의 표면 거칠기에 대해서는, 레이저 조사측의 상면에서는 Ra(μm)에 대해 도 19의 (a), Rz(μm)에 대해 도 19의 (b)와 같은 형상이 되고, 표 12에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 스테이지측의 하면에서는, Ra(μm)에 대해 도 19의 (c), Rz(μm)에 대해 도 19의 (d)와 같은 형상이 되고, 표 13에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
Figure pct00012
Figure pct00013
이상의 실시예 2~6에 의해, 3개의 분기 레이저광으로 분할하는 회절 광학 소자(170)를 이용하여 결정 구조 4H의 SiC에 의한 기판(10)에 가공층(14)을 형성하고, 가공층(14)에서 할단함으로써 박리함으로써, 박리 기판을 용이하게 작성할 수 있는 것이 명백해졌다. 또한, 표면 거칠기의 측정에 의해, 박리 기판에는 매끄러운 박리면이 형성되어 있는 것이 인정되었다.
여기서, 실시예 2~6에서는, 가공 속도, 레이저광의 강도에 대한 명확한 의존성은 보이지 않았다. 이는, 분기 빔에 의해 가공층의 신장을 억제함으로써 가공 조건의 영향을 받기 어려워지는 것이 추찰된다.
또한, 실시예 1~6에서는, 결정 구조 4H의 SiC의 기판(10)을 이용하였지만, 이에 한정되지는 않으며, 결정 구조 6H의 SiC의 기판에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, SiC의 기판에 한정되지는 않으며, 사파이어의 기판 등에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
또한, 실시예 2~6에서는, 기판(10)의 표면에 평행하게 가공층(14)을 1층만 형성하였지만, 레이저 집광부(160)에 의해 집광점(F)의 깊이를 적절히 설정함으로써, 2층 이상의 가공층(14)을 형성하고, 이들 가공층(14)에서 기판(10)을 할단하여 박리하도록 할 수도 있다.
또, 실시예 2~6에서, 박리 기판을 작성 후, 용융 알칼리에서 이 박리 기판을 에칭하는 경우에는, 전처리로서, 기판면에 다이아몬드 연마 등을 행함으로써 기판면의 표면 거칠기를 조정한 후에 에칭하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 경면화된 양호한 에칭면을 얻기 쉬워진다.
<실험예 1(습식 에칭에 의한 고속 경면화 현상의 확인)>
본 실험예에서는, NaOH(용융 수산화나트륨)에 SiC 웨이퍼를 반분 정도로 침지함으로써, NaOH 용액에 침지되어 있는 침지부(IM)와, NaOH 용액에 침지되지 않은 비침지부(NIM)가 발생하는 상태로 에칭하였다.
(실험 조건 및 실험 방법)
본 발명자는, Ni(니켈)제의 도가니에 고형의 NaOH를 약 5g 넣고, 전기로에서 가열하여 750℃의 용융 상태로 하며, Ni선으로 고정한 SiC 웨이퍼(SiC 기판)를 용융한 NaOH 용액에 반분 정도로 침지하고, 20분간의 에칭을 행하였다. 사용한 웨이퍼는 오프각 4°, 가로세로 10mm의 4H-SiC 웨이퍼이다. 전(前)가공으로서는 다이아몬드 휠(SD#1000)에 의해 연삭을 실시하였다. 에치 그레이트의 평가는 에칭 전후의 두께의 차분으로부터 구하였다. 거칠기 측정에는 촉침식 거칠기 측정기(Taylor Hobson사 제품 PGI840)를 이용하였다.
(에칭면의 외관과 형상)
도 20에 에칭 후의 SiC 웨이퍼 표면의 형상을 나타낸다. 도 20을 얻기 위한 계측에서는, 기판면에서 직선에 따른 표면의 높이를 계측하였다.
도 20으로부터는, 침지부(IM)보다 비침지부(NIM)가 에칭으로 제거되어 있는 것을 알 수 있다. 특히 비침지부(NIM)에서는, 계면 위치(G)로부터 1mm 떨어진 영역에서는 침지부(IM)보다 60μm나 많이 제거되어 있었다.
(에칭 표면의 상세 관찰)
또한, 침지부(IM)와 비침지부(NIM)(계면 부근(V)도 포함함)를 레이저 현미경상에 의해 관찰하여 촬상하였다. 촬상 결과를 각각 도 21, 도 22에 나타낸다.
침지부(IM)에서는 에치 피트의 발생이 관찰되었지만(도 22 참조), 비침지부(NIM)에서는 에치 피트가 없는 평활면인 것이 확인되었다(도 21 참조).
나아가 AFM으로 비침지부(NIM)를 1μm×1μm로 계측한 결과를 도 23에 나타낸다. 이 계측의 결과, 거칠기가 0.54nmRa, 8.7nmRz의 경면인 것이 확인되었다.
<실험예 2(에칭의 기초 특성의 조사)>
본 실험예에서는, 에칭의 특성이 온도, 가스 분위기에서 어떻게 영향을 받는지를 조사하는 실험을 행하였다.
(온도가 도달면 거칠기와 에칭률에 미치는 영향)
실험예 1의 실험 방법을 기본으로 하여, 실험 시간을 20~120분, 온도를 600~750℃로 하여 에칭 실험을 행하였다. 본 실험예에서는, 침지부(IM)와 비침지부(NIM)의 계면 부근(V)에 대해, 에칭 온도와 에칭률의 관계를 조사하였다. 실험 결과를 도 24에 나타낸다.
침지부(IM), 계면 부근(V) 모두 고온도일수록 에칭률은 커지는 경향이 있고, 커지는 비율은 둘 다 동일한 정도인 것을 알 수 있었다. 그리고, 계면 부근(V)에서의 에칭률은, 침지부(IM)보다 2~3배 정도 높게 되어 있다. 특히 750℃에서는 289μm/h로 높은 값이 되었다.
또한, 도 25의 (a)에 침지부(IM)의 에칭면의 거칠기를 나타내고, 도 25의 (b)에 비침지부(NIM)의 계면 부근(V)의 에칭면의 거칠기를 나타낸다. 침지부(IM)에서는 한 번 거칠기가 증대하고, 그 후는 감소하는 경향이 보였다. 에칭면의 관찰 결과로부터 고찰하면, 에칭 초기에 다이아몬드 연삭에 의한 잠상(潛傷)이 나타나고, 그 후 천천히 매끄러워지기 때문이라고 추찰된다.
또한, 침지부(IM)에서는 에칭률이 낮고, 120분간의 실험으로는 침지부(IM)의 거칠기를 줄이는 데는 불충분한 시간이었다고 생각된다. 단, 에치 피트가 증가해 가는 경향이 보이기 때문에 경면화에의 적용은 어려운 것으로 생각되었다.
한편, 비침지부(NIM)에서는 700℃ 이상이 되면 도달면 거칠기 1.4nmRa에 도달하는 것을 알 수 있었다. 그리고, 에칭면의 관찰 결과로부터는 어느 조건에서도 에치 피트의 발생은 보이지 않았다. 이 에치 피트에 대해서는, 에칭률이 23μm/h로 낮은 처리 조건인 600℃ 120분의 에칭 처리 후의 관찰 결과로부터도 발생은 보이지 않았다.
(분위기가 거칠기와 에칭률에 미치는 영향)
실험예 1의 실험 조건을 기본으로 하여, 실험 시간을 30분간으로 하고, 가스 분위기를 대기의 경우와 질소(산소를 배제하여 비활성으로 하기 위한 가스)의 경우에서 각각 실험을 행하여, 그 영향을 조사하였다.
(질소 분위기의 영향)
전기로 내에 질소를 흘려보내면서 에칭을 행하였다. 침지부(IM)와 비침지부(NIM)의 계면 부근(V)에 대해, 질소 유량과 에칭률의 관계를 도 26의 (a)에, 질소 유량과 거칠기의 관계를 도 26의 (b)에 각각 나타낸다. 또, 도 26의 (a)에서 질소 유량 0L/min은, 질소를 흘려보내지 않으므로, 전기로 안이 대기 분위기 그대로인 것을 의미한다.
에칭률은, 침지부(IM), 계면 부근(V) 모두 질소 유량 10L/min에서 크게 저감되어 있고, 그 이상의 유량에서는 더 이상의 변화가 그다지 보이지 않았다.
한편, 거칠기에 대해서는, 침지부(IM), 계면 부근(V) 모두 질소 유량이 늘어날수록 증대하는 경향이 있었다. 따라서, 에칭시에는 우선 연삭에 의한 잠상이 노출되고, 그 후 소실됨으로써 경면이 된다고 추찰된다. 에칭면의 관찰 결과로부터는, 침지부(IM), 계면 부근(V) 모두 잠상이 관찰되고 있고, 거칠기의 증대 경향은 에칭률의 저하에 의한 경면 프로세스의 둔화가 원인이라고 생각된다.
(대기의 영향)
다음에, 대기의 영향을 조사하기 위한 에칭을 행하였다. 침지부(IM)와 비침지부(NIM)의 계면 부근(V)에 대해, 공기 유량과 에칭률의 관계를 도 27의 (a)에, 공기 유량과 거칠기의 관계를 도 27의 (b)에 각각 나타낸다. 침지부(IM), 계면 부근(V) 모두 공기 유량에 관계없이 에칭률은 거의 변화하지 않았다. 그러나, 동일한 에칭 시간에도 침지부(IM)에서는 공기 유량이 증가할수록 잠상이 제거되어 가는 것을 알 수 있었다. 또한, 공기 유량이 20L/min에서는 계면 부근(V)에 막형상의 요철이 생기고, 거칠기가 현저하게 증대하였다.
이상의 실험 결과, 추찰에 의해, 에칭에는 공기가 작용하고 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 비침지부(NIM)에서는 알칼리 증기 혹은 표면 장력에 의한 용융 알칼리액의 박막이 SiC와 반응할 때에 대기의 산소를 도입하여 산화를 촉진시키는 것을 생각할 수 있다.
<실험예 1, 2의 정리>
이상 설명한 바와 같이, 실험예 1, 2에 의해, NaOH 용액을 이용한 SiC 기판의 습식 에칭으로 비침지부에서의 SiC 웨이퍼면의 고능률적인 경면화 현상을 알아내었다. 그 기초 특성의 조사를 위한 실험으로부터, 750℃, 20분간의 에칭으로 도달면 거칠기 1.4nmRa가 되고, 750℃, 45분간에 에칭률이 최대 304μm/h가 되는 것을 알 수 있었다. 나아가 에칭 분위기에서는, 공기가 작용하고 있는 것을 알 수 있었다.
본 출원은, 2017년 2월 16일에 출원된 일본특허출원 제2017-027121호에 기초한 우선권을 주장하고 있고, 이들 출원의 모든 내용이 참조에 의해 본 명세서에 도입된다.
본 발명에 의해, 박리 기판을 효율적으로 얇게 형성할 수 있기 때문에, 반도체 분야, 디스플레이 분야, 에너지 분야 등의 폭넓은 분야에서 이용 가능하며, 예를 들어 단결정 기판으로서, Si 기판(실리콘 기판)이면 태양 전지에 응용 가능하고, 또한, GaN계 반도체 디바이스 등의 사파이어 기판 등이면, 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등에 응용 가능하며, SiC 등이면 SiC계 파워 디바이스 등에 응용 가능하고, 투명 일렉트로닉스 분야, 조명 분야, 하이브리드/전기 자동차 분야 등 폭넓은 분야에서 적용 가능하다.
10 기판(결정 기판, SiC 기판)
10p 박리 기판
14 가공층
150 레이저 광원
160 레이저 집광부(레이저 집광기)
170 회절 광학 소자
AL 용융 알칼리
B 레이저광
Ba~c 분기 레이저광
SHL 용융 수산화나트륨
θ 소정 각도

Claims (10)

  1. 결정 기판을 기판으로서 이용하여, 펄스 조사의 레이저 광원으로부터의 레이저광을 레이저 집광기에 의해 상기 기판의 표면을 향하여 조사하고, 상기 기판의 표면으로부터 기판 내부의 소정의 깊이로 레이저광을 집광하는 레이저 집광 단계, 및 상기 레이저 집광기를 상기 기판에 대해 상대적으로 이동시켜 위치 결정을 하는 위치 결정 단계를 가지고 상기 기판에 가공층을 형성하는 기판 가공 단계와,
    상기 기판 가공 단계에 의해 상기 가공층이 형성된 상기 기판을 상기 가공층에서 박리하여 박리 기판을 작성하는 기판 박리 단계를 포함하고,
    상기 레이저 집광 단계는, 상기 레이저 광원으로부터의 레이저광을 복수의 분기 레이저광으로 분기시키는 회절 광학 소자를 이용하여, 상기 복수의 분기 레이저광 중 적어도 하나를 다른 분기 레이저광에 비해 강도가 다르게 분기시키는 레이저광 조정 단계를 포함하며,
    상기 복수의 분기 레이저광 중, 상대적으로 강도가 높은 분기 레이저광에 의해 상기 가공층을 신장시켜 상기 기판을 가공함과 아울러, 상대적으로 강도가 낮은 분기 레이저광에 의해 상기 가공층의 신장을 억제하는 박리 기판 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저광 조정 단계에서는, 상기 복수의 분기 레이저광을 상기 기판의 내부에서 일렬 또는 복수열 혹은 패턴 형상으로 배치시키는 박리 기판 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저광 조정 단계에서는, 상기 복수의 분기 레이저광 중 단부측에 배치되는 적어도 하나의 분기 레이저광의 강도를 다른 분기 레이저광에 비해 낮게 하는 박리 기판 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 레이저광 조정 단계에서는, 상기 상대적으로 강도가 높은 분기 레이저광의 강도를, 상기 상대적으로 강도가 낮은 분기 레이저광의 강도에 대해 1.1~5.0의 범위의 배율로 다르게 하는 박리 기판 제조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 위치 결정 단계는, 상기 기판의 표면에 있어서, 상기 일렬 또는 복수열 혹은 패턴 형상의 방향에 대해 소정 각도를 이루는 주사 방향으로 상기 레이저 집광기를 소정 속도로 이동시키는 박리 기판 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 위치 결정 단계는, 상기 기판의 표면에 있어서, 상기 주사 방향으로 상기 레이저 집광기를 소정 속도로 이동시키는 동작을, 상기 주사 방향과는 직교하는 방향으로 상기 레이저 집광기를 소정 거리에 걸쳐 시프트시키는 동작을 사이에 두고 반복하는 박리 기판 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    에칭액으로서 용융 알칼리를 이용하여, 산소를 포함하는 가스 분위기에서, 상기 박리 기판에서의 상기 용융 알칼리의 계면 위치를 상기 박리 기판 상에서 이동시키면서 에칭하는 에칭 단계를 포함하는 박리 기판 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 용융 알칼리로서 용융 수산화나트륨을 이용하는 박리 기판 제조 방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 용융 알칼리를 유동시키면서 에칭하는 박리 기판 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판으로서 SiC 기판을 이용함으로써, 상기 박리 기판이 SiC로 이루어지는 박리 기판 제조 방법.
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