KR20230054271A

KR20230054271A - 단결정 실리콘 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230054271A
Application number: KR1020220125946A
Authority: KR
Inventors: 하야토 이가
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2023-04-24
Also published as: US20230119333A1; CN115971643A; JP2023059323A; DE102022210877A1; TW202317823A

Abstract

(과제) 생산성이 높은 단결정 실리콘 기판의 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단) 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔을 이용하여 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물(잉곳, 베어 웨이퍼 또는 디바이스 웨이퍼 등)의 내부에 박리층을 형성한 후, 이 박리층을 기점으로 하여 피가공물로부터 기판을 분리한다. 이에 의해, 피가공물로부터 와이어 쏘를 이용하여 기판을 제조하는 경우와 비교하여, 단결정 실리콘 기판의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

단결정 실리콘 기판의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING SINGLE CRYSTAL SILICON SUBSTRATE}

본 발명은, 결정면{100}에 포함되는 특정의 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 칩은, 일반적으로, 원반 형상의 단결정 실리콘 기판(이하, 간단히 "기판" 이라고도 한다)을 사용하여 제조된다. 이 기판은, 예를 들어, 와이어 쏘를 사용하여 원기둥 형상의 단결정 실리콘으로 이루어지는 잉곳(이하, 간단히 "잉곳"이라고도 한다)으로부터 잘라내어진다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평9-262826호

잉곳으로부터 와이어 쏘를 이용하여 기판을 잘라낼 때의 절삭 여유는, 300㎛ 전후이며, 비교적 크다. 또한, 이와 같이 잘라내어진 기판의 표면에는 미세한 요철이 형성되고, 또한, 이 기판은 전체적으로 만곡된다(기판에 휨이 발생한다). 그 때문에, 이 기판에 있어서는, 그 표면에 대하여 래핑, 에칭 및/또는 폴리싱을 실시하여 표면을 평탄화할 필요가 있다.

이 경우, 최종적으로 기판으로서 이용되는 단결정 실리콘의 소재량은, 잉곳 전체의 소재량의 2/3 정도이다. 즉, 잉곳 전체의 소재량의 1/3 정도는, 잉곳으로부터의 기판의 잘라내기 및 기판의 평탄화 시에 폐기된다. 그 때문에, 이와 같이 와이어 쏘를 사용하여 기판을 제조하는 경우에는 생산성이 낮아진다.

이 점을 감안하여, 본 발명의 목적은, 생산성이 높은 단결정 실리콘 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 결정면{100}에 포함되는 특정의 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법으로서, 상기 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔을 집광시킴으로써 형성되는 집광점을 상기 피가공물의 내부에 위치시킨 상태에서, 상기 특정의 결정면에 평행하고, 또한, 결정 방위<100>에 포함되는 특정의 결정 방위에 대해 이루는 각이 5°이하인 제1 방향을 따라, 상기 집광점과 상기 피가공물을 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 피가공물의 내부의 상기 제1 방향을 따른 직선형의 영역에 박리층을 형성하는 박리층 형성 단계와, 상기 특정의 결정면에 평행하고, 또한, 상기 제1 방향과 직교하는 방향인 제2 방향을 따라, 상기 레이저 빔을 집광시킴으로써 상기 집광점이 형성되는 위치와 상기 피가공물을 상대적으로 이동시키는 인덱싱 이송 단계와, 상기 박리층 형성 단계와 상기 인덱싱 이송 단계를 반복 실시한 후, 상기 박리층을 기점으로 하여 상기 피가공물로부터 상기 기판을 분리하는 분리 단계를 포함하고, 상기 박리층 형성 단계에 있어서는, 상기 피가공물의 내측으로부터 외측을 향하여 상기 집광점이 이동하도록, 상기 집광점과 상기 피가공물을 상대적으로 이동시키는, 단결정 실리콘 기판의 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 있어서는, 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔을 이용하여 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물의 내부에 박리층을 형성한 후, 이 박리층을 기점으로 하여 피가공물로부터 기판을 분리한다. 이에 의해, 피가공물로부터 와이어 쏘를 이용하여 기판을 제조하는 경우와 비교하여, 단결정 실리콘 기판의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은, 잉곳의 일례를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는, 잉곳의 일례를 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 3은, 단결정 실리콘 기판의 제조 방법의 일례를 모식적으로 도시하는 흐름도이다.
도 4는, 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5(A)는, 잉곳을 유지하는 유지 테이블을 모식적으로 도시하는 상면도이고, 도 5(B)는, 제1 조사 개시 위치에 위치된 조사 헤드를 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 6(A)는, 제1 조사 개시 위치로부터 -X축 방향으로 이동하는 조사 헤드로부터 레이저 빔이 조사되는 잉곳의 X축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이고, 도 6(B)는, 제1 조사 개시 위치로부터 -X축 방향으로 이동하는 조사 헤드로부터 레이저 빔이 조사되는 잉곳의 Y축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7(A)는, 제1 조사 종료 위치에 위치된 조사 헤드를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이고, 도 7(B)는, 제1 조사 개시 위치로 복귀되는 조사 헤드를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다.
도 8(A)는, 제1 조사 개시 위치로부터 +X축 방향으로 이동하는 조사 헤드로부터 레이저 빔이 조사되는 잉곳의 X축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이고, 도 8(B)는, 제2 조사 종료 위치에 위치된 조사 헤드를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다.
도 9(A)는, 제2 조사 개시 위치에 위치된 조사 헤드를 모식적으로 도시하는 상면도이며, 도 9(B)는, 제2 조사 개시 위치로부터 -X축 방향으로 이동하는 조사 헤드로부터 레이저 빔이 조사되는 잉곳의 X축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다.
도 10(A)는, 제2 조사 개시 위치로부터 -X축 방향으로 이동하는 조사 헤드로부터 레이저 빔이 조사된 후의 잉곳의 Y축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 10(B)는, 제4 조사 종료 위치에 위치된 조사 헤드를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다.
도 11(A) 및 도 11(B) 각각은, 잉곳으로부터 기판을 분리하는 모습의 일례를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다.
도 12는, 각각이 상이한 결정 방위를 따른 직선형의 영역에 레이저 빔을 조사했을 때에 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물의 내부에 형성되는 박리층의 폭을 도시하는 그래프이다.
도 13(A) 및 도 13(B)의 각각은, 잉곳으로부터 기판을 분리하는 모습의 다른 예를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다.

첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1은, 잉곳의 일례를 모식적으로 도시하는 사시도이고, 도 2는, 잉곳의 일례를 모식적으로 도시하는 상면도이다. 또한, 도 1에 있어서는, 이 잉곳에 포함되는 평면에 있어서 노출되는 단결정 실리콘의 결정면도 도시되어 있다. 또한, 도 2에 있어서는, 이 잉곳을 구성하는 단결정 실리콘의 결정 방위도 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 잉곳(11)은, 결정면{100}에 포함되는 특정의 결정면(여기서는, 편의상, 결정면(100)이라 함)이 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출되는 원기둥 형상의 단결정 실리콘으로 이루어진다. 즉, 이 잉곳(11)은, 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각의 수선(결정축)이 결정 방위[100]을 따르는 원기둥 형상의 단결정 실리콘으로 이루어진다.

또한, 잉곳(11)은, 결정면(100)이 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출되도록 제조되어 있지만, 제조 시의 가공 오차 등에 기인하여, 결정면(100)으로부터 약간 기울어진 면이 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 있어서 노출되어 있어도 좋다. 구체적으로는, 잉곳(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에는, 결정면(100)에 대하여 이루는 각이 1° 이하인 면이 노출되어 있어도 좋다. 즉, 잉곳(11)의 결정축은, 결정 방위[100]에 대하여 이루는 각이 1° 이하의 방향을 따르고 있어도 좋다.

또한, 잉곳(11)의 측면(11c)에는 오리엔테이션 플랫(13)이 형성되어 있고, 이 오리엔테이션 플랫(13)에서 보아 결정 방위<110>에 포함되는 특정의 결정 방위(여기서는, 편의상, 결정 방위[011]이라고 한다)에 잉곳(11)의 중심(C)이 위치한다. 즉, 이 오리엔테이션 플랫(13)에 있어서는, 단결정 실리콘의 결정면(011)이 노출되어 있다.

도 3은, 피가공물이 되는 잉곳(11)으로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법의 일례를 모식적으로 도시하고 있는 흐름도이다. 단적으로는, 이 방법에 있어서는, 레이저 가공 장치를 이용하여 잉곳(11)의 내부의 전체 영역에 박리층을 형성한 후에, 이 박리층을 기점으로 하여 잉곳(11)으로부터 기판을 분리한다.

도 4는, 잉곳(11)의 내부에 박리층을 형성할 때에 이용되는 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 또한, 도 4에 도시하는 +X축 방향 및 -X축 방향은, 서로 평행한 방향이며, 본 명세서에 있어서는 양자를 총칭하여 X축 방향이라고 부른다. 또한, 도 4에 도시되는 +Y축 방향 및 -Y축 방향은, 서로 평행한 방향이며, 본 명세서에서는 양자를 총칭하여 Y축 방향이라고 칭한다.

또한, X축 방향 및 Y축 방향은, 수평면 상에 있어서 서로 직교하는 방향이다. 또한, 도 4에 도시되는 +Z축 방향 및 -Z축 방향은, 서로 평행한 방향이며, 본 명세서에서는 양자를 총칭하여 Z축 방향이라고 칭한다. 또한, Z축 방향은, X축 방향 및 Y축 방향의 각각에 직교하는 방향(연직 방향)이다. 또한, 도 4에 있어서는, 레이저 가공 장치의 구성 요소의 일부가 기능 블록으로 도시되어 있다.

도 4에 도시하는 레이저 가공 장치(2)는, 원반 형상의 유지 테이블(4)을 갖는다. 이 유지 테이블(4)은, 예를 들면, X축 방향 및 Y축 방향에 대하여 평행한 원형의 상면(유지면)을 갖는다. 또한, 유지 테이블(4)은, 이 유지면에 있어서 상면이 노출되는 원반 형상의 포러스판(도시하지 않음)을 갖는다.

또한, 이 포러스판은, 유지 테이블(4)의 내부에 설치된 유로 등을 통해 진공 펌프 등의 흡인원(도시하지 않음)과 연통하고 있다. 그리고, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블(4)의 유지면 근방의 공간에 부압이 생긴다. 이에 의해, 예를 들면, 유지면에 재치된 잉곳(11)을 유지 테이블(4)로 유지할 수 있다.

또한, 유지 테이블(4)의 상방에는, 레이저 빔 조사 유닛(6)이 설치되어 있다. 이 레이저 빔 조사 유닛(6)은, 레이저 발진기(8)를 갖는다. 이 레이저 발진기(8)는, 예를 들면, 레이저 매질로서 Nd:YAG 등을 갖고, 단결정 실리콘을 투과하는 파장(예를 들면, 1064nm)의 펄스 형상의 레이저 빔(LB)을 조사한다.

이 레이저 빔(LB)은, 그 출력이 감쇠기(10)에 있어서 조정된 후, 공간 광 변조기(12)에 공급된다. 그리고, 공간 광 변조기(12)에 있어서는, 레이저 빔(LB)이 분기된다. 예를 들면, 공간 광 변조기(12)는, 후술하는 조사 헤드(16)로부터 조사되는 레이저 빔(LB)이 Y축 방향을 따라서 등간격으로 배열되는 복수(예를 들면, 5개)의 집광점을 형성하도록 레이저 빔(LB)을 분기한다.

또한, 공간 광 변조기(12)에 있어서 분기된 레이저 빔(LB)은, 미러(14)에 의해 반사되어 조사 헤드(16)로 유도된다. 이 조사 헤드(16)에는, 레이저 빔(LB)을 집광하는 집광 렌즈(도시하지 않음) 등이 수용되어 있다. 그리고, 이 집광 렌즈로 집광된 레이저 빔(LB)은, 유지 테이블(4)의 유지면 측에 조사된다.

또한, 레이저 빔 조사 유닛(6)의 조사 헤드(16)는, 이동 기구(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 이 이동 기구는, 예를 들어, 볼 나사 등을 포함하여 구성되고, 조사 헤드(16)를 X축 방향, Y축 방향 및/또는 Z축 방향을 따라서 이동시킨다. 그리고, 레이저 가공 장치(2)에 있어서는, 이 이동 기구를 동작시킴으로써, 조사 헤드(16)로부터 조사되는 레이저 빔(LB)의 집광점의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 있어서의 위치(좌표)가 조정된다.

레이저 가공 장치(2)에 있어서 잉곳(11)의 내부의 전체 영역에 박리층을 형성할 때에는, 우선, 표면(11a)이 위를 향한 상태로 잉곳(11)이 유지 테이블(4)에 유지된다. 도 5(A)는, 잉곳(11)을 유지하는 유지 테이블(4)을 모식적으로 도시하는 상면도이다.

이 잉곳(11)은, 오리엔테이션 플랫(13)으로부터 잉곳(11)의 중심(C)을 향하는 방향(결정 방위[011])이 +X축 방향 및 +Y축 방향의 각각에 대하여 이루는 각이 45°가 되는 상태로 유지 테이블(4)에 유지된다. 예를 들면, 잉곳(11)은, 결정 방위[010]이 +X축 방향과 동일한 방향이 되고, 또한, 결정 방위[001]이 +Y축 방향과 동일한 방향이 되는 상태로 유지 테이블(4)에 유지된다.

계속해서, 잉곳(11)의 내부의 Y축 방향에서의 일단 측(-Y축 방향 측)의 X축 방향을 따른 직선형의 영역에 박리층을 형성하기 위해, 잉곳(11)에 대한 레이저 빔(LB)의 조사를 개시하는 위치(제1 조사 개시 위치)에 조사 헤드(16)를 이동시킨다. 이 제1 조사 개시 위치는, 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 잉곳(11)의 측면(11c)보다 내측에 집광점이 형성되는 위치(측면(11c)보다 중심(C)에 가까운 위치)이다.

도 5(B)는, 제1 조사 개시 위치에 위치된 조사 헤드(16)를 모식적으로 도시하는 상면도이다. 이 제1 조사 시작 위치에 위치된 조사 헤드(16)는, 예를 들면, 그 중심이 잉곳(11)의 측면(11c)보다 약간 내측에 위치한다. 또한, 잉곳(11)의 중심(C)은, 평면에서 봤을 때, 제1 조사 개시 위치에 위치된 조사 헤드(16)의 중심에서 보아 +Y축 방향(결정 방위[001])에 위치한다.

계속해서, 잉곳(11)의 내부의 +X축 방향(결정 방위[010])을 따른 직선형의 영역에 박리층을 형성한다(박리층 형성 단계: S1). 이 박리층 형성 단계(S1)에 있어서는, 우선, 집광점을 잉곳(11)의 내부에 위치시킨 상태로 X축 방향을 따라서(-X축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시키면서 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사한다.

또한, 이 레이저 빔(LB)은, 예를 들어, Y축 방향을 따라 등간격으로 배열되는 5개의 집광점을 형성하도록 분기된다. 도 6(A)는, 제1 조사 개시 위치로부터 -X축 방향으로 이동하는 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)의 X축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이며, 도 6(B)는, 제1 조사 개시 위치로부터 -X축 방향으로 이동하는 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)의 Y축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 단면도이다.

이 레이저 빔(LB)의 조사에 의해서, 복수의 집광점의 각각을 중심으로 하여, 잉곳(11)의 내부에 단결정 실리콘의 결정 구조가 흐트러진 개질 영역(15a)이 형성된다. 즉, Y축 방향을 따라서 배열되는 복수의 개질 영역(15a)이 형성된다.

이 때, 복수의 개질 영역(15a)의 각각으로부터는, 소정의 결정면을 따라 균열(15b)이 신전한다. 그 결과, 복수의 개질 영역(15a)과, 복수의 개질 영역(15a)의 각각으로부터 신전되는 균열(15b)을 포함하는 박리층(15)이 잉곳(11)의 내부에 형성된다.

여기서, 단결정 실리콘은, 일반적으로, 결정면{111}에 포함되는 특정의 결정면에서 가장 벽개(劈開)하기 쉽고, 결정면{110}에 포함되는 특정의 결정면에서 2번째로 벽개하기 쉽다. 이 때문에, 예를 들면 잉곳을 구성하는 단결정 실리콘의 결정 방위<110>에 포함되는 특정의 결정 방위(예를 들면, 결정 방위[011])를 따라 개질 영역이 형성되면, 이 개질 영역으로부터 결정면{111}에 포함되는 특정의 결정면을 따라 신전하는 균열이 많이 발생한다.

다른 한편으로, 단결정 실리콘의 결정 방위<100>에 포함되는 특정의 결정 방위를 따르는 직선형의 영역에, 평면에서 볼 때, 이 직선형의 영역이 연장되는 방향과 직교하는 방향을 따라서 배열되도록 복수의 개질 영역이 형성되면, 이 복수의 개질 영역의 각각으로부터 결정면{N10}(N은, 10 이하의 자연수) 중에서 당해 직선형의 영역이 연장되는 방향에 평행한 결정면을 따라서 신전하는 균열이 많이 발생한다.

예를 들어, 상술한 바와 같이, 결정 방위[010](+X축 방향)을 따른 직선형의 영역에, 결정 방위[001](+Y축 방향)을 따라서 배열되도록 복수의 개질 영역(15a)이 형성되면, 이 복수의 개질 영역(15a)의 각각으로부터 결정면{N10}(N은, 10 이하의 자연수) 중에서 결정 방위[010]에 평행한 결정면을 따라 신전되는 균열이 많아진다.

구체적으로는, 이와 같이 복수의 개질 영역(15a)이 형성되는 경우에는, 이하의 결정면에 있어서 균열이 신전하기 쉬워진다.　

그리고, 잉곳(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)에 노출되는 결정면(100)이 결정면{N10} 중 결정 방위[010]에 평행한 결정면에 대해 이루는 각은, 45°이하이다. 한편, 결정면(100)이 결정면{111}에 포함되는 특정의 결정면에 대하여 이루는 각은 54.7° 정도이다.

그 때문에, 잉곳(11)에 결정 방위[010]을 따라 레이저 빔(LB)이 조사되는 경우(전자의 경우)에는, 결정 방위[011]을 따라 레이저 빔(LB)이 조사되는 경우(후자의 경우)와 비교하여, 박리층(15)이 폭이 넓고 얇아지기 쉽다. 즉, 도 6(B)에 도시하는 박리층(15)의 폭(W)과 두께(T)의 비의 값(W/T)은, 전자의 경우가 후자의 경우보다 커진다.

또한, 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향한 레이저 빔(LB)의 조사를 종료시키는 위치(제1 조사 종료 위치)에 조사 헤드(16)가 도달할 때까지 X축 방향을 따라(-X축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시키면서 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사한다. 이 제1 조사 종료 위치는, 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 잉곳(11)의 측면(11c)보다 외측에 집광점이 형성되는 위치이다.

도 7(A)는, 제1 조사 종료 위치에 위치되는 조사 헤드(16)를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 이 제1 조사 종료 위치에 위치되는 조사 헤드(16)의 중심은, 평면에서 볼 때, 잉곳(11)의 측면(11c)보다 약간 외측에 위치한다. 또한, 제1 조사 종료 위치로부터 볼 때 +X축 방향에 제1 조사 개시 위치가 위치한다.

여기서, 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역에 레이저 빔(LB)이 조사될 때에는, 레이저 빔(LB)의 집광점에 있어서의 파워가 안정되지 않는 경우가 있다. 이 경우, 잉곳(11)의 굴절률과 분위기의 굴절률의 차이에 기인하여, 잉곳(11)의 표면(11a)을 통과한 레이저 빔(LB)의 집광점의 위치와 잉곳(11)의 측면(11c)을 통과한 레이저 빔(LB)의 집광점의 위치가 어긋난다.

즉, 조사 헤드(16)로부터 조사되는 레이저 빔(LB)의 집광점이 하나의 점으로 정해지지 않는다. 그 때문에, 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역에서는, 개질 영역(15a)이 충분히 형성되지 않는 경우가 있다. 또한, 개질 영역(15a)이 형성되지 않는 경우에는, 그것으로부터 신전하는 균열(15b)도 형성되지 않는다. 그 결과, 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역에서는, 박리층(15)이 형성되지 않을 우려가 존재한다.

한편, 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역보다 내측에 균열(15b)이 형성되어 있는 경우에는, 이 균열(15b)의 형성에 따라 잉곳(11)에 생기는 응력을 개방하기 때문에 측면(11c)을 향해 균열(15b)이 신전하기 쉽다. 그 때문에, 이 영역에 대한 레이저 빔(LB)의 조사는, 이 영역보다 내측에 균열(15b)이 형성된 상태에서 행해지는 것이 바람직하다.

즉, 잉곳(11)에 대한 레이저 빔(LB)의 조사는, 잉곳(11)의 내측으로부터 외측을 향해 레이저 빔(LB)의 집광점을 이동시키면서 행해지는 것이 바람직하다. 이 경우, 잉곳(11)의 외측으로부터 내측을 향해 레이저 빔(LB)의 집광점을 이동시키면서 잉곳(11)에 대한 레이저 빔(LB)의 조사가 행해지는 경우와 비교하여, 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역에 박리층(15)을 형성하는 것이 용이해진다.

이어서, 조사 헤드(16)를 X축 방향을 따라(+X축 방향으로) 이동시켜 제1 조사 개시 위치로 복귀시킨다. 도 7(B)는, 제1 조사 개시 위치로 복귀되는 조사 헤드(16)를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 이 때, 상술한 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사하면서 조사 헤드(16)가 제1 조사 개시 위치로 복귀되어도 좋다. 이 경우, 이미 형성된 박리층(15)에 포함되는 개질 영역(15a) 및 균열(15b)의 각각의 밀도를 증가시킬 수 있다.

계속해서, X축 방향을 따라서(+X축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시키면서 상술한 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사한다. 도 8(A)는, 제1 조사 개시 위치로부터 +X축 방향으로 이동하는 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)의 X축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 이 레이저 빔(LB)의 조사에 의해, 잉곳(11)의 내부에 형성된 박리층(15)이 +X축 방향으로 연장되도록 새롭게 박리층(15)이 형성된다.

또한, +X축 방향으로 조사 헤드(16)를 이동시키면서 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)의 영역은, 이미 박리층(15)이 형성된 잉곳(11)의 영역의 일부와 중첩되어도 좋다. 구체적으로는, 조사 헤드(16)를 제1 조사 개시 위치로부터 약간 -X축 방향으로 어긋난 위치로 복귀시킨 후에, 당해 어긋난 위치로부터 +X축 방향으로 조사 헤드(16)를 이동시키면서, 상술한 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사하여도 좋다.

또한, 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향한 레이저 빔(LB)의 조사를 종료시키는 위치(제2 조사 종료 위치)에 조사 헤드(16)가 도달할 때까지 X축 방향을 따라(+X축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시키면서 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사한다. 이 제2 조사 종료 위치는, 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 잉곳(11)의 측면(11c)보다 외측에 집광점이 형성되는 위치이다.

도 8(B)는, 제2 조사 종료 위치에 위치된 조사 헤드(16)를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 이 제2 조사 종료 위치에 위치된 조사 헤드(16)의 중심은, 평면에서 볼 때, 잉곳(11)의 측면(11c)보다 약간 외측에 위치하고, 또한, 제1 조사 종료 위치로부터 볼 때 +X축 방향에 위치한다. 이상에 의해, 잉곳(11)의 내부의 +X축 방향(결정 방위[010])을 따르는 직선형의 영역에 박리층(15)이 형성된다.

계속해서, +Y축 방향(결정 방위[001])을 따라, 레이저 빔(LB)을 집광시킴으로써 집광점이 형성되는 위치와 잉곳(11)을 상대적으로 이동시킨다(인덱싱 이송 단계: S2). 이 인덱싱 이송 단계(S2)에 있어서는, 이미 박리층(15)이 형성된 직선형의 영역에 평행한 직선형의 영역에 박리층(15)을 형성하기 위해, 잉곳(11)에 대한 레이저 빔(LB)의 조사를 시작하는 위치(제2 조사 시작 위치)에 조사 헤드(16)를 이동시킨다.

도 9(A)는, 제2 조사 개시 위치에 위치된 조사 헤드(16)를 모식적으로 도시하는 상면도이다. 인덱싱 이송 단계(S2)에 있어서는, 예를 들면, 제1 조사 개시 위치로 복귀할 때까지 조사 헤드(16)를 X축 방향을 따라서(-X축 방향으로) 이동시킨 후, 제2 조사 개시 위치에 도달할 때까지 Y축 방향을 따라(+Y축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시킨다.

또한, 조사 헤드(16)를 제1 조사 개시 위치로 복귀시킬 때에는, 상술한 레이저 빔(LB)이 잉곳(11)에 조사되어도 좋다. 이 경우, 이미 형성된 박리층(15)에 포함되는 개질 영역(15a) 및 균열(15b)의 각각의 밀도를 증가시킬 수 있다.

또한, 조사 헤드(16)의 Y축 방향을 따른 이동 거리(인덱스)는, 예를 들면, 상기의 박리층(15)의 폭(W) 이상이 되도록 설정된다. 구체적으로는, 박리층(15)의 폭(W)이 250㎛∼280㎛에 포함되는 소정의 길이이면, 인덱스는 530㎛ 정도로 설정된다.

이어서, 상술한 박리층 형성 단계(S1)를 다시 실시한다. 구체적으로는, 우선, 집광점을 잉곳(11)의 내부에 위치시킨 상태에서, X축 방향을 따라서(-X축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시키면서, 상술한 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사한다.

도 9(B)는, 제2 조사 개시 위치로부터 -X축 방향으로 이동하는 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)의 X축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이며, 도 10(A)는, 제2 조사 개시 위치로부터 -X축 방향으로 이동하는 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)이 조사된 후의 잉곳(11)의 Y축 방향 및 Z축 방향에 평행한 단면 영역을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 이 경우, 이미 형성된 박리층(15)(박리층(15-1))과 평행하게 되고, 또한, Y축 방향에 있어서 박리층(15-1)으로부터 이격된 박리층(15)(박리층(15-2))이 잉곳(11)의 내부에 형성된다.

또한, 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향한 레이저 빔(LB)의 조사를 종료시키는 위치(제3 조사 종료 위치)에 조사 헤드(16)가 도달할 때까지 X축 방향을 따라서(X축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시키면서 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사한다. 이 제3 조사 종료 위치는, 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 잉곳(11)의 측면(11c)보다 약간 외측에 집광점이 형성되는 위치이다.

이어서, 조사 헤드(16)를 X축 방향을 따라(+X축 방향으로) 이동시켜 제2 조사 개시 위치로 복귀시킨다. 이 때, 상술한 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사하면서 조사 헤드(16)가 제2 조사 개시 위치로 복귀되어도 좋다. 이 경우, 이미 형성된 박리층(15)(박리층(15-2))에 포함되는 개질 영역(15a) 및 균열(15b)의 각각의 밀도를 증가시킬 수 있다.

계속해서, X축 방향을 따라서(+X축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시키면서 상술한 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사한다. 이 레이저 빔(LB)의 조사에 의해, 잉곳(11)의 내부에 형성된 박리층(15)(박리층(15-2))이 +X축 방향으로 연장되도록 새롭게 박리층(15)(박리층(15-2))이 형성된다.

또한, +X축 방향으로 조사 헤드(16)를 이동시키면서 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)의 영역은, 이미 박리층(15)(박리층(15-2))이 형성된 잉곳(11)의 영역의 일부와 중첩되어도 좋다. 구체적으로는, 조사 헤드(16)를 제2 조사 개시 위치로부터 약간 -X축 방향으로 어긋난 위치로 복귀시킨 후, 당해 어긋난 위치로부터 +X축 방향으로 조사 헤드(16)를 이동시키면서 상술한 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사해도 좋다.

또한, 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향한 레이저 빔(LB)의 조사를 종료시키는 위치(제4 조사 종료 위치)에 조사 헤드(16)가 도달할 때까지 X축 방향을 따라(+X축 방향으로) 조사 헤드(16)를 이동시키면서 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)에 조사한다. 이 제4 조사 종료 위치는, 조사 헤드(16)로부터 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 잉곳(11)의 측면(11c)보다 외측에 집광점이 형성되는 위치이다.

도 10(B)는, 제4 조사 종료 위치에 위치된 조사 헤드(16)를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 이 제4 조사 종료 위치에 위치된 조사 헤드(16)의 중심은, 평면에서 봤을 때, 잉곳(11)의 측면(11c)보다 약간 외측에 위치하고, 또한, 제3 조사 종료 위치에서 봤을 때 +X축 방향에 위치한다.

이상에 의해, 잉곳(11)의 내부의 X축 방향(결정 방위[010])을 따른 직선형의 영역에 박리층(15)(박리층(15-2))이 형성된다. 이 박리층(15-2)은, 최초로 형성된 박리층(15-1)보다 잉곳(11)의 중심(C)에 근접하고, 또한 그 X축 방향을 따른 길이가 박리층(15-1)의 X축 방향을 따른 길이보다 길다.

또한, 잉곳(11)의 내부의 Y축 방향에 있어서의 타단 측의 영역의 X축 방향을 따른 직선형의 영역에 박리층(15)이 형성될 때까지, 인덱싱 이송 단계(S2) 및 박리층 형성 단계(S1)를 반복 실시한다. 그리고, 잉곳(11)의 내부의 Y축 방향에 있어서의 일단 측(-Y축 방향 측)의 영역으로부터 타단 측(+Y축 방향 측)의 영역까지(전체 영역에) 박리층(15)이 형성되면(단계(S3): YES), 박리층(15)을 기점으로 하여 잉곳(11)으로부터 기판을 분리한다(분리 단계: S4).

도 11(A) 및 도 11(B) 각각은, 잉곳(11)으로부터 기판을 분리하는 모습의 일 예를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 이 분리 단계(S4)는, 예를 들면, 도 11(A) 및 도 11(B)에 도시하는 분리 장치(18)에 있어서 실시된다. 이 분리 장치(18)는, 박리층(15)이 형성되는 잉곳(11)을 유지하는 유지 테이블(20)을 구비한다.

이 유지 테이블(20)은, 원형의 상면(유지면)을 갖고, 이 유지면에 있어서는 포러스판(도시하지 않음)이 노출되어 있다. 또한, 이 포러스판은, 유지 테이블(20)의 내부에 설치된 유로 등을 통해 진공 펌프 등의 흡인원(도시하지 않음)과 연통하고 있다. 그리고, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블(20)의 유지면 근방의 공간에 부압이 생긴다.

또한, 유지 테이블(20)의 상방에는, 분리 유닛(22)이 설치되어 있다. 이 분리 유닛(22)은, 원기둥 형상의 지지 부재(24)를 갖는다. 이 지지 부재(24)의 상부에는, 예를 들면, 볼 나사식의 승강 기구(도시하지 않음) 및 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)이 연결되어 있다. 그리고, 이 승강 기구를 동작시킴으로써 분리 유닛(22)이 승강한다. 또한, 이 회전 구동원을 동작시킴으로써, 지지 부재(24)의 중심을 지나고, 또한, 유지 테이블(20)의 유지면에 수직인 방향을 따른 직선을 회전축으로 하여 지지 부재(24)가 회전한다.

또한, 지지 부재(24)의 하단부는, 원반 형상의 베이스(26)의 상부의 중앙에 고정되어 있다. 이 베이스(26)의 외주 영역의 하측에는, 베이스(26)의 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 복수의 가동 부재(28)가 설치되어 있다. 이 가동 부재(28)는, 베이스(26)의 하면으로부터 하방을 향해 연장되는 판 형상의 입설부(28a)를 갖는다.

이 입설부(28a)의 상단부는 베이스(26)에 내장된 에어 실린더 등의 액추에이터에 연결되어 있고, 이 액추에이터를 동작시키는 것에 의해서 가동 부재(28)가 베이스(26)의 직경 방향을 따라서 이동한다. 또한, 이 입설부(28a)의 하단부의 내측면에는, 베이스(26)의 중심을 향해 연장되고, 또한, 선단에 가까워질수록 두께가 얇아지는 판 형상의 쐐기부(28b)가 설치되어 있다.

분리 장치(18)에 있어서는, 예를 들면, 이하의 순서로 분리 단계(S4)가 실시된다. 구체적으로는, 우선, 박리층(15)이 형성된 잉곳(11)의 이면(11b)의 중심과 유지 테이블(20)의 유지면의 중심을 일치시키도록, 잉곳(11)을 유지 테이블(20)에 재치한다.

계속해서, 잉곳(11)이 유지 테이블(20)에 의해 유지되도록, 이 유지면에 있어서 노출되는 포러스판과 연통하는 흡인원을 동작시킨다. 이어서, 복수의 가동 부재(28)의 각각을 베이스(26)의 직경 방향 외측에 위치시키도록 액추에이터를 동작시킨다.

계속해서, 복수의 가동 부재(28)의 각각의 쐐기부(28b)의 선단을 잉곳(11)의 내부에 형성된 박리층(15)에 대응하는 높이에 위치시키도록 승강 기구를 동작시킨다. 계속해서, 쐐기부(28b)가 잉곳(11)의 측면(11c)에 삽입되도록 액추에이터를 동작시킨다(도 11(A) 참조). 계속해서, 잉곳(11)의 측면(11c)에 삽입된 쐐기부(28b)가 회전하도록 회전 구동원을 동작시킨다.

이어서, 쐐기부(28b)를 상승시키도록 승강 기구를 동작시킨다(도 11(B) 참조). 이상과 같이 쐐기부(28b)를 잉곳(11)의 측면(11c)에 삽입함과 함께 회전시킨 후, 쐐기부(28b)를 상승시킴으로써, 박리층(15)에 포함되는 균열(15b)이 더욱 신전된다. 그 결과, 잉곳(11)의 표면(11a) 측과 이면(11b) 측이 분리된다. 즉, 박리층(15)을 기점으로 하여, 잉곳(11)으로부터 기판(17)이 제조된다.

한편, 쐐기부(28b)를 잉곳(11)의 측면(11c)에 삽입한 시점에서 잉곳(11)의 표면(11a) 측과 이면(11b) 측이 분리되는 경우에는, 쐐기부(28b)를 회전시키지 않아도 좋다. 또한, 액추에이터와 회전 구동원을 동시에 동작시켜, 잉곳(11)의 측면(11c)에 회전하는 쐐기부(28b)를 삽입해도 좋다.

상술한 기판(17)의 제조 방법에 있어서는, 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔(LB)을 이용하여 잉곳(11)의 내부에 박리층(15)을 형성한 후, 이 박리층(15)을 기점으로 하여 잉곳(11)으로부터 기판(17)을 분리한다. 이에 의해, 잉곳(11)으로부터 와이어 쏘를 이용하여 기판(17)을 제조하는 경우와 비교하여, 잉곳(11)으로부터 기판(17)을 제조할 때에 폐기되는 소재량을 저감하여, 기판(17)의 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 방법에서는, 결정 방위[010](+X축 방향)을 따른 직선형의 영역에, 결정 방위[001](+Y축 방향)을 따라서 배열되도록 복수의 개질 영역(15a)을 형성한다. 이 경우, 복수의 개질 영역(15a)의 각각으로부터 결정면{N10}(N은, 10 이하의 자연수) 중 결정 방위[010]에 평행한 결정면을 따라 신전되는 균열이 많아진다.

이에 의해, 상술한 방법에 있어서는, 잉곳(11)에 결정 방위[011]을 따라 레이저 빔(LB)이 조사되는 경우와 비교하여, 박리층(15)을 폭이 넓고 얇게 할 수 있다. 그 결과, 잉곳(11)으로부터 기판(17)을 제조할 때에 폐기되는 소재량을 더욱 저감하여, 기판(17)의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 방법에 있어서는, 잉곳(11)의 내측으로부터 외측을 향해 레이저 빔(LB)의 집광점을 이동시킴으로써, 잉곳(11)의 내부에 박리층(15)을 형성한다. 이에 의해, 상술한 방법에 있어서는, 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역에 있어서도 박리층(15)을 충분히 형성할 수 있다. 그 결과, 분리 단계에 있어서의 잉곳(11)으로부터의 기판(17)의 분리가 용이해진다.

또한, 상술한 단결정 실리콘 기판의 제조 방법은 본 발명의 일 양태이며, 본 발명은 상술한 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 있어서 기판을 제조하기 위해 이용되는 잉곳은, 도 1 및 도 2 등에 도시되는 잉곳(11)에 한정되지 않는다.

구체적으로, 본 발명에서는, 측면에 노치가 형성된 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 좋다. 또는, 본 발명에 있어서는, 측면에 오리엔테이션 플랫 및 노치의 모두가 형성되어 있지 않은 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서 이용되는 레이저 가공 장치의 구조는, 상술한 레이저 가공 장치(2)의 구조에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명은, 유지 테이블(4)을 X축 방향, Y축 방향 및/또는 Z축 방향의 각각을 따라 이동시키는 이동 기구가 설치되어 있는 레이저 가공 장치를 이용하여 실시되어도 좋다.

즉, 본 발명에 있어서는, 잉곳(11)을 유지하는 유지 테이블(4)과 레이저 빔(LB)을 조사하는 레이저 빔 조사 유닛(6)의 조사 헤드(16)가 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향의 각각을 따라 상대적으로 이동할 수 있으면 되고, 그것을 위한 구조에 한정은 없다.

또한, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)에 있어서는, 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)의 내부의 직선형의 영역은, 결정 방위[010]을 따른 직선형의 영역에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 있어서는, 결정 방위[001]을 따른 직선형의 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다.

또한, 이와 같이 잉곳(11)에 레이저 빔(LB)이 조사되는 경우에는, 이하의 결정면에 있어서 균열이 신전되기 쉬워진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 평면에서 보았을 때, 결정 방위[010] 또는 결정 방위[001]로부터 약간 기울어진 방향을 따른 직선형의 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다. 이 점에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다.

도 12는, 각각이 상이한 결정 방위를 따른 직선형의 영역에 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물의 내부에 형성되는 박리층의 폭(도 6(B)에 도시하는 폭(W))을 도시하는 그래프이다. 또한, 이 그래프의 가로축은, 평면에서 보았을 때, 결정 방위[011]에 직교하는 직선형의 영역(기준 영역)이 연장되는 방향과, 측정 대상이 되는 직선형의 영역(측정 영역)이 연장되는 방향이 이루는 각의 각도를 나타내고 있다.

즉, 이 그래프의 가로축의 값이 45°로 되는 경우, 결정 방위[001]을 따른 직선형의 영역이 측정 대상으로 된다. 마찬가지로, 이 그래프의 가로축의 값이 135°로 되는 경우, 결정 방위[010]을 따른 직선형의 영역이 측정 대상으로 된다. 또한, 이 그래프의 세로축은, 측정 영역에 레이저 빔(LB)을 조사함으로써 측정 영역에 형성되는 박리층의 폭을, 기준 영역에 레이저 빔(LB)을 조사함으로써 기준 영역에 형성되는 박리층의 폭으로 나누었을 때의 값을 나타내고 있다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 박리층의 폭은 기준 영역이 연장되는 방향과 측정 영역이 연장되는 방향이 이루는 각의 각도가 40°∼50° 또는 130°∼140°일 때에 넓어진다. 즉, 박리층의 폭은, 결정 방위[001] 또는 결정 방위[010]뿐만 아니라, 이들 결정 방위에 대하여 이루는 각이 5° 이하인 방향을 따른 직선형의 영역에 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 넓어진다.

그 때문에, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)에 있어서는, 평면에서 보아, 결정 방위[001] 또는 결정 방위[010]으로부터 5° 이하 기울어진 방향을 따른 직선형의 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다.

즉, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)에 있어서는, 결정면{100}에 포함되는 특정의 결정면 중 잉곳(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출되는 결정면(여기서는, 결정면(100))과 평행하며, 또한 결정 방위<100>에 포함되는 특정의 결정 방위(여기서는, 결정 방위[001] 또는 결정 방위[010])에 대하여 이루는 각이 5° 이하인 방향(제1 방향)을 따른 직선형의 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다.

또한, 이와 같이 박리층 형성 단계(S1)가 실시되는 경우에는, 인덱싱 이송 단계(S2)는, 결정면{100}에 포함되는 특정의 결정면 중 잉곳(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출되는 결정면(여기서는, 결정면(100))과 평행하며, 또한, 제1 방향과 직교하는 방향(제2 방향)을 따라서, 레이저 빔(LB)을 집광시킴으로써 집광점이 형성되는 위치와 잉곳(11)을 상대적으로 이동시킴으로써 실시된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 잉곳(11)의 내부의 Y축 방향에 있어서의 일단 측(-Y축 방향 측)의 영역으로부터 타단 측(+Y축 방향 측)의 영역까지(전체 영역에) 박리층(15)이 형성된(단계(S3): YES) 후에, 재차, 박리층 형성 단계(S1)와 인덱싱 이송 단계(S2)를 반복 실시해도 좋다. 즉, 이미 박리층(15)이 형성되어 있는 잉곳(11)의 내부의 Y축 방향에 있어서의 일단 측의 영역에서부터 타단 측의 영역까지에 대하여, 박리층(15)을 형성하는 것과 같은 레이저 빔(LB)의 조사를 다시 실시해도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서는, 박리층 형성 단계(S1) 후, 또한, 인덱싱 이송 단계(S2) 전에, 재차, 박리층 형성 단계(S1)를 실시해도 좋다. 즉, 이미 박리층(15)이 형성되어 있는 잉곳(11)의 내부의 직선형의 영역에 대하여, 박리층(15)을 형성하는 것과 같은 레이저 빔(LB)의 조사를 다시 실시해도 좋다.

이와 같이 이미 박리층(15)이 형성되어 있는 영역에 대하여 다시 박리층 형성 단계(S1)가 실시되는 경우, 이미 형성된 박리층(15)에 포함되는 개질 영역(15a) 및 균열(15b)의 각각의 밀도가 증가한다. 이에 의해, 분리 단계(S4)에 있어서의 잉곳(11)으로부터의 기판(17)의 분리가 용이해진다.

또한, 이 경우에는, 박리층(15)에 포함되는 균열(15b)이 더욱 신전하여 박리층(15)의 폭(도 6(B)에 도시하는 폭(W))이 넓어진다. 그 때문에, 이 경우에는, 인덱싱 이송 단계(S2)에 있어서의 레이저 빔 조사 유닛(6)의 조사 헤드(16)의 이동 거리(인덱스)를 길게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 박리층 형성 단계(S2)에 있어서 잉곳(11)의 내부의 전체 영역에 박리층(15)을 형성하는 것은 불가결한 특징은 아니다. 예를 들면, 분리 장치(18)를 이용하여 분리 단계(S4)를 실시함으로써, 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역에 균열(15b)을 신전시키는 것이 가능한 경우에는, 박리층 형성 단계(S2)에 있어서 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역의 일부 또는 전부에 박리층(15)이 형성되지 않아도 좋다.

또한, 본 발명의 분리 단계(S4)는, 도 11(A) 및 도 11(B)에 도시하는 분리 장치(18) 이외의 장치를 이용하여 실시되어도 좋다. 예를 들면, 본 발명의 분리 단계(S4)에서는, 잉곳(11)의 표면(11a) 측을 흡인함으로써, 잉곳(11)으로부터 기판(17)이 분리되어도 좋다.

도 13(A) 및 도 13(B)의 각각은, 이와 같이 잉곳(11)으로부터 기판(17)을 분리하는 모습의 일례를 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 도 13(A) 및 도 13(B)에 도시된 분리 장치(30)는, 박리층(15)이 형성된 잉곳(11)을 유지하는 유지 테이블(32)을 갖는다.

이 유지 테이블(32)은, 원형의 상면(유지면)을 갖고, 이 유지면에 있어서는 포러스판(도시하지 않음)이 노출되어 있다. 또한, 이 포러스판은, 유지 테이블(32)의 내부에 설치된 유로 등을 통해 진공 펌프 등의 흡인원(도시하지 않음)과 연통하고 있다. 그 때문에, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블(32)의 유지면 근방의 공간에 부압이 발생한다.

또한, 유지 테이블(32)의 상방에는, 분리 유닛(34)이 설치되어 있다. 이 분리 유닛(34)은, 원기둥 형상의 지지 부재(36)를 갖는다. 이 지지 부재(36)의 상부에는, 예를 들면, 볼 나사식의 승강 기구(도시하지 않음)가 연결되어 있고, 이 승강 기구를 동작시킴으로써 분리 유닛(34)이 승강한다.

또한, 지지 부재(36)의 하단부에는, 원반 형상의 흡인판(38)의 상부의 중앙에 고정되어 있다. 이 흡인판(38)의 하면에는 복수의 흡인구가 형성되어 있고, 복수의 흡인구의 각각은 흡인판(38)의 내부에 설치된 유로 등을 통해 진공 펌프 등의 흡인원(도시하지 않음)에 연통되어 있다. 그 때문에, 이 흡인원이 동작하면, 흡인판(38)의 하면 근방의 공간에 부압이 발생한다.

분리 장치(30)에 있어서는, 예를 들어 이하의 순서로 분리 단계(S4)가 실시된다. 구체적으로는, 우선, 박리층(15)이 형성된 잉곳(11)의 이면(11b)의 중심과 유지 테이블(32)의 유지면의 중심을 일치시키도록, 잉곳(11)을 유지 테이블(32)에 재치한다.

계속해서, 잉곳(11)이 유지 테이블(32)에 의해 유지되도록, 이 유지면에 있어서 노출되는 포러스판과 연통하는 흡인원을 동작시킨다. 계속해서, 흡인판(38)의 하면을 잉곳(11)의 표면(11a)에 접촉시키도록, 승강 기구를 동작시켜 분리 유닛(34)을 하강시킨다.

계속해서, 잉곳(11)의 표면(11a) 측이 흡인판(38)에 형성되어 있는 복수의 흡인구를 통해 흡인되도록, 복수의 흡인구와 연통하는 흡인원을 동작시킨다(도 13(A) 참조). 계속해서, 흡인판(38)을 유지 테이블(32)로부터 이격시키도록, 승강 기구를 동작시켜 분리 유닛(34)을 상승시킨다(도 13(B) 참조).

이 때, 표면(11a) 측이 흡인판(38)에 형성되어 있는 복수의 흡인구를 통해 흡인되고 있는 잉곳(11)의 표면(11a) 측에 상향의 힘이 작용한다. 그 결과, 박리층(15)에 포함되는 균열(15b)이 더욱 신전하여, 잉곳(11)의 표면(11a) 측과 이면(11b) 측이 분리된다. 즉, 박리층(15)을 기점으로 하여 잉곳(11)으로부터 기판(17)이 제조된다.

또한, 본 발명의 분리 단계(S4)에 있어서는, 잉곳(11)의 표면(11a) 측과 이면(11b) 측의 분리에 앞서, 이 잉곳(11)의 표면(11a) 측에 초음파를 부여해도 좋다. 이 경우, 박리층(15)에 포함되는 균열(15b)이 더욱 신전되기 때문에, 잉곳(11)의 표면(11a) 측과 이면(11b) 측의 분리가 용이해진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 박리층 형성 단계(S1)에 앞서, 잉곳(11)의 표면(11a)이 연삭 또는 연마에 의해서 평탄화되어도 좋다(평탄화 단계). 예를 들어, 이 평탄화는, 잉곳(11)으로부터 복수 매의 기판을 제조할 때에 실시되어도 좋다. 구체적으로, 잉곳(11)이 박리층(15)에서 분리되어 기판(17)이 제조되면, 새롭게 노출되는 잉곳(11)의 표면에는, 박리층(15)에 포함되는 개질 영역(15a) 및 균열(15b)의 분포를 반영한 요철이 형성된다.

그 때문에, 이 잉곳(11)으로부터 새로운 기판을 제조하는 경우에는, 박리층 형성 단계(S1)에 앞서, 잉곳(11)의 표면을 평탄화하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 박리층 형성 단계(S1)에 있어서 잉곳(11)에 조사되는 레이저 빔(LB)의 잉곳(11)의 표면에 있어서의 난반사를 억제할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 있어서는, 잉곳(11)으로부터 분리된 기판(17)의 박리층(15) 측의 면이 연삭 또는 연마에 의해 평탄화되어도 좋다.

또한, 본 발명에서는, 결정면{100}에 포함되는 특정의 결정면이 표면 및 이면 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어진 베어 웨이퍼를 피가공물로 하여 기판을 제조해도 좋다.

또한, 이 베어 웨이퍼는, 예를 들면, 제조되는 기판의 2배∼5배의 두께를 갖는다. 또한, 이 베어 웨이퍼는, 예를 들면, 상술한 방법과 동일한 방법에 의해 잉곳(11)으로부터 분리됨으로써 제조된다. 이 경우, 기판은 상술한 방법을 2회 반복함으로써 제조된다고 표현할 수도 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 이 베어 웨이퍼의 일면에 반도체 디바이스를 형성함으로써 제조되는 디바이스 웨이퍼를 피가공물로 하여 기판을 제조해도 좋다. 그 밖에, 상술한 실시 형태에 관한 구조 및 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한 적절히 변경하여 실시할 수 있다.

2: 레이저 가공 장치
4: 유지 테이블
6: 레이저 빔 조사 유닛
8: 레이저 발진기
10: 감쇠기
11: 잉곳(11a: 표면, 11b: 이면, 11c: 측면)
12: 공간 광 변조기
13: 오리엔테이션 플랫
14: 미러
15: 박리층(15a: 개질 영역, 15b: 균열)
15-1,15-2: 박리층
16: 조사 헤드
17: 기판
18: 분리 장치
20: 유지 테이블
22: 분리 유닛
24: 지지 부재
26: 베이스
28: 가동 부재(28a: 입설부, 28b: 쐐기부)
30: 분리 장치
32: 유지 테이블
34: 분리 유닛
36: 지지 부재
38: 흡입판

Claims

결정면{100}에 포함되는 특정의 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법으로서,
상기 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔을 집광시킴으로써 형성되는 집광점을 상기 피가공물의 내부에 위치시킨 상태에서, 상기 특정의 결정면에 평행하고, 또한, 결정 방위<100>에 포함되는 특정의 결정 방위에 대해 이루는 각이 5°이하인 제1 방향을 따라, 상기 집광점과 상기 피가공물을 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 피가공물의 내부의 상기 제1 방향을 따른 직선형의 영역에 박리층을 형성하는 박리층 형성 단계와,
상기 특정의 결정면에 평행하고, 또한, 상기 제1 방향과 직교하는 방향인 제2 방향을 따라, 상기 레이저 빔을 집광시킴으로써 상기 집광점이 형성되는 위치와 상기 피가공물을 상대적으로 이동시키는 인덱싱 이송 단계와,
상기 박리층 형성 단계와 상기 인덱싱 이송 단계를 반복 실시한 후, 상기 박리층을 기점으로 하여 상기 피가공물로부터 상기 기판을 분리하는 분리 단계를 포함하고,
상기 박리층 형성 단계에 있어서는, 상기 피가공물의 내측으로부터 외측을 향하여 상기 집광점이 이동하도록, 상기 집광점과 상기 피가공물을 상대적으로 이동시키는, 단결정 실리콘 기판의 제조 방법.