KR20230159270A

KR20230159270A - 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230159270A
Application number: KR1020230057391A
Authority: KR
Inventors: 하야토 이가
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2023-05-03
Publication date: 2023-11-21
Also published as: DE102023204180A1; US20230364716A1; CN117047323A; TW202344364A; JP2023168070A

Abstract

(과제) 잉곳 등의 피가공물로부터의 기판의 분리를 용이하게 함과 함께 상기 분리 시에 피가공물의 외주 영역에 큰 결락이 발생할 개연성을 저감할 수 있는 기판의 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단) 피가공물에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 각각에 개질부 및 크랙을 형성하는 본가공 단계에 앞서, 피가공물의 외주 영역에 개질부를 형성하는 예비 가공 단계를 실시한다. 이에 의해, 본가공 단계에 있어서, 피가공물의 외주 영역에 있어서의 크랙의 신전을 촉진할 수 있다. 그 결과, 분리 단계에 있어서의 피가공물로부터의 기판의 분리가 용이해짐과 함께 그 분리 시에 피가공물의 외주 영역에 큰 결락이 발생할 개연성을 저감할 수 있다.

Description

기판의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SUBSTRATE}

본 발명은, 제1 면과 제1 면의 반대 측의 제2 면을 갖는 피가공물로부터 기판을 제조하는 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 칩은, 일반적으로 단결정 실리콘 또는 단결정 탄화 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 원기둥 형상의 기판을 이용하여 제조된다. 이 기판은, 예를 들어, 와이어 쏘를 사용하여 원기둥 형상의 잉곳으로부터 잘라내어진다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

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

이 경우, 최종적으로 기판으로서 이용되는 반도체 재료의 양은, 잉곳의 총량의 2/3 정도이다. 즉, 잉곳의 총량의 1/3 정도는, 잉곳으로부터의 기판의 잘라내기 및 기판의 표면의 평탄화 시에 폐기된다. 그 때문에, 이와 같이 와이어 쏘를 사용하여 기판을 제조하는 경우에는 생산성이 낮아진다.

이 점을 감안하여, 반도체 재료를 투과하는 파장의 레이저 빔을 표면 측으로부터 잉곳에 조사하는 것에 의해 잉곳의 내부에 개질부와 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성한 후, 이 박리층을 기점으로 하여 잉곳으로부터 기판을 분리하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이 방법을 이용하여 잉곳으로부터 기판이 제조되는 경우에는, 잉곳으로부터 와이어 쏘를 사용하여 기판을 제조하는 경우와 비교하여, 기판의 생산성을 향상시킬 수 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평9-262826호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2022-25566호

잉곳에 대한 레이저 빔의 조사는, 일반적으로, 레이저 빔이 집광되는 집광점과 잉곳을 소정의 방향을 따라 상대적으로 이동시키면서 행해진다. 여기서, 잉곳의 외주 영역에 레이저 빔을 조사할 때에는, 잉곳을 향하여 조사된 레이저 빔의 일부(전자)가 잉곳의 표면을 통과하지만, 그 잔부(殘部)(후자)가 잉곳의 표면을 통과하지 않는 경우가 있다.

이 경우, 잉곳의 내부와 외부의 굴절률의 차이에 기인하여 전자가 집광되는 집광점과 후자가 집광되는 집광점이 어긋난다. 그리고, 잉곳의 내부에서 집광되는 레이저 빔의 파워는 전자의 비율이 증가함에 따라 증가한다. 즉, 잉곳의 외주를 기준으로 레이저 빔이 외측에서 내측으로 이동하면, 잉곳의 내부에서 집광되는 레이저 빔의 파워가 서서히 증가하게 된다.

그 때문에, 잉곳의 외주 영역에 대하여 레이저 빔을 조사하는 경우에는, 레이저 빔의 파워가 안정되지 않아, 개질부 및 크랙이 충분히 형성되지 않을 우려가 있다. 그리고, 잉곳의 외주 영역에 개질부 및 크랙이 충분히 형성되지 않으면, 잉곳으로부터 기판을 분리할 때 외주 영역의 분리가 곤란해질 우려가 있다.

또한, 가령 잉곳으로부터 기판을 분리할 수 있었다고 해도, 분리 시에 잉곳의 외주 영역에 큰 결락이 발생할 우려가 있다. 이 경우, 기판의 표면의 평탄화 시에 폐기되는 반도체 재료의 양이 많아져, 기판의 생산성이 저하된다.

이 점을 감안하여, 본 발명의 목적은, 잉곳 등의 피가공물로부터의 기판의 분리를 용이하게 함과 함께 당해 분리 시에 피가공물의 외주 영역에 큰 결락이 발생할 개연성을 저감할 수 있는 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 제1 면과 그 제1 면의 반대 측의 제2 면을 갖는 피가공물로부터 기판을 제조하는 기판의 제조 방법으로서, 상기 피가공물을 구성하는 재료를 투과하는 파장의 레이저 빔을 상기 제1 면 측으로부터 상기 피가공물에 조사하는 것에 의해 상기 피가공물의 내부에 개질부와 그 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성하는 박리층 형성 단계와, 상기 박리층 형성 단계를 실시한 후, 상기 박리층을 기점으로 하여 상기 피가공물로부터 상기 기판을 분리하는 분리 단계를 구비하고, 상기 박리층 형성 단계는, 상기 피가공물의 외주 영역에 상기 레이저 빔이 집광되는 집광점을 위치시킨 상태에서 상기 집광점과 상기 피가공물을 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 상기 외주 영역에 상기 개질부를 형성하는 예비 가공 단계와, 상기 예비 가공 단계를 실시한 후, 각각이 제1 방향을 따라 연장되고, 또한, 상기 피가공물에 포함되는 복수의 직선형의 영역 중 어느 하나에 상기 집광점을 위치시킨 상태에서 상기 집광점과 상기 피가공물을 상기 제1 방향을 따라 상대적으로 이동시키는 레이저 빔 조사 단계와, 상기 집광점이 형성되는 위치와 상기 피가공물을 상기 제1 방향에 직교함과 함께 상기 제1 면에 평행한 제2 방향을 따라 상대적으로 이동시키는 인덱싱 이송 단계를 반복하는 것에 의해, 상기 복수의 직선형의 영역의 각각에 상기 개질부 및 상기 크랙을 형성하는 본가공 단계를 포함하는, 기판의 제조 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 예비 가공 단계에 있어서는, 상기 집광점이 상기 제1 면으로부터 제1 깊이에 위치되고, 상기 레이저 빔 조사 단계에 있어서는, 상기 집광점이 상기 제1 면으로부터 제1 깊이와 상이한 제2 깊이에 위치된다.

또한, 바람직하게는, 상기 예비 가공 단계 시에 상기 집광점에 있어서 집광되는 상기 레이저 빔의 파워는, 상기 레이저 빔 조사 단계 시에 상기 집광점에 있어서 집광되는 상기 레이저 빔의 파워보다 작다.

또한, 바람직하게는, 상기 피가공물은, 결정면 {100}에 포함되는 특정한 결정면이 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지고, 상기 제1 방향은, 상기 특정한 결정면에 평행하고, 또한, 결정 방위 <100>에 포함되는 특정한 결정 방위에 대하여 이루는 각이 5° 이하가 된다.

본 발명에 있어서는, 피가공물에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 각각에 개질부 및 크랙을 형성하는 본가공 단계에 이전에, 피가공물의 외주 영역에 개질부를 형성하는 예비 가공 단계를 실시한다.

이에 의해, 본가공 단계에 있어서, 피가공물의 외주 영역에 있어서의 크랙의 신전을 촉진할 수 있다. 그 결과, 분리 단계에 있어서의 피가공물로부터의 기판의 분리가 용이해짐과 함께 당해 분리 시에 피가공물의 외주 영역에 큰 결락이 발생할 개연성을 저감할 수 있다.

도 1은, 잉곳의 일례를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는, 잉곳의 일례를 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 3은, 피가공물이 되는 잉곳으로부터 기판을 제조하는 기판의 제조 방법의 일례를 모식적으로 도시하는 플로우 차트이다.
도 4는, 도 3에 도시되는 박리층 형성 단계의 일례를 모식적으로 도시하는 플로우 차트이다.
도 5는, 잉곳의 내부에 박리층을 형성할 때에 사용되는 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6은, 레이저 가공 장치의 유지 테이블에 있어서 잉곳을 유지하는 모습을 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 7(A)는, 도 4에 도시되는 예비 가공 단계의 모습을 모식적으로 도시하는 사시도이고, 도 7(B)는, 도 4에 도시되는 예비 가공 단계에 있어서 잉곳의 내부에 형성되는 개질부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은, 도 4에 도시되는 예비 가공 단계 후의 잉곳을 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 9는, 도 4에 도시되는 본가공 단계의 일례를 모식적으로 도시하는 플로우 차트이다.
도 10(A)는, 도 9에 도시되는 레이저 빔 조사 단계의 모습을 모식적으로 도시하는 사시도이며, 도 10(B)는, 도 9에 도시되는 레이저 빔 조사 단계에 있어서 잉곳의 내부에 형성되는 개질부 및 크랙을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은, 도 3에 도시되는 박리층 형성 단계 후의 잉곳을 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 12(A) 및 도 12(B)의 각각은, 도 3에 도시되는 분리 단계의 일례의 모습을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다.
도 13은, 각각이 상이한 결정 방위에 따른 영역에 레이저 빔을 조사했을 때에 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물의 내부에 형성되는 박리층의 폭을 도시하는 그래프이다.
도 14(A) 및 도 14(B)의 각각은, 도 3에 도시되는 분리 단계의 다른 예의 모습을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다.

첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1은, 단결정 실리콘으로 이루어지는 원기둥 형상의 잉곳의 일례를 모식적으로 도시하는 사시도이며, 도 2는, 이 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 도시되는 잉곳(11)에 있어서는, 결정면 {100}에 포함되는 특정 결정면(여기서는, 편의 상, 결정면 (100)이라고 함)이 원형의 표면(제1 면)(11a) 및 원형의 이면(제2 면)(11b)의 각각에 노출된다. 즉, 이 잉곳(11)에 있어서는, 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각의 수선(결정축)이 결정 방위 [100]을 따른다.

또한, 잉곳(11)에 있어서는, 결정면 (100)이 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출되도록 제조되지만, 제조 시의 가공 오차 등에 기인하여, 결정면 (100)으로부터 약간 경사진 면이 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 있어서 노출되어도 좋다.

구체적으로는, 잉곳(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에는, 결정면 (100)에 대하여 이루는 각이 1° 이하인 면이 노출되어도 좋다. 즉, 잉곳(11)의 결정축은, 결정 방위 [100]에 대하여 이루는 각이 1° 이하인 방향을 따를 수도 있다.

또한, 잉곳(11)의 측면(11c)에는 오리엔테이션 플랫(13)이 형성되어 있고, 이 오리엔테이션 플랫(13)에서 보아 결정 방위 <110>에 포함되는 특정한 결정 방위(여기서는, 편의상, 결정 방위 [011]이라고 함)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 기판의 제조 방법의 일례를 모식적으로 도시하는 플로우 차트이다. 이 방법에 있어서는, 먼저, 잉곳(11)의 내부에 개질부와 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성한다(박리층 형성 단계: S1).

도 4는, 박리층 형성 단계(S1)의 일례를 모식적으로 도시하는 플로우 차트이다. 이 박리층 형성 단계(S1)에 있어서는, 우선, 잉곳(11)의 외주 영역에 개질부를 형성한다(예비 가공 단계: S11). 그리고, 예비 가공 단계(S11)를 실시한 후, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 각각에 개질부 및 크랙을 형성한다(본가공 단계: S12).

또한, 박리층 형성 단계(S1)에 있어서는, 레이저 가공 장치를 사용하여 잉곳(11)의 내부에 박리층을 형성한다. 도 5는, 잉곳(11)의 내부에 박리층을 형성할 때에 사용되는 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.

또한, 도 5에 도시되는 X축 방향(제1 방향) 및 Y축 방향(제2 방향)은, 수평면 상에 있어서 서로 직교하는 방향이며, 또한, Z축 방향은, X축 방향 및 Y축 방향의 각각에 직교하는 방향(연직 방향)이다. 또한, 도 5에 있어서는, 레이저 가공 장치의 구성 요소의 일부가 기능 블록으로 도시되어 있다.

도 5에 도시되는 레이저 가공 장치(2)는, 원반 형상의 유지 테이블(4)을 갖는다. 이 유지 테이블(4)은, 예를 들어, 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 흡인원(도시하지 않음)과 연통하고 있다. 이 흡인원은, 예를 들어, 이젝터 등을 포함한다. 그리고, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블(4)의 유지면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이에 의해, 예를 들어, 유지면에 재치된 잉곳(11)을 유지 테이블(4)에 의해 유지할 수 있다.

또한, 유지 테이블(4)은, 회전 구동원(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 이 회전 구동원은, 예를 들면, 스핀들 및 모터 등을 포함한다. 그리고, 이 회전 구동원이 동작하면, 유지면의 중심을 통과하고, 또한, Z축 방향에 따른 직선을 회전축으로 하여 유지 테이블(4)이 회전한다.

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 들어, 레이저 매질로서 Nd:YAG 등을 갖고, 잉곳(11)을 구성하는 재료(단결정 실리콘)를 투과하는 파장의 펄스형의 레이저 빔(LB)을 조사한다.

이 레이저 빔(LB)은, 그 출력(파워)이 감쇠기(10)에 있어서 조정된 후, 분기 유닛(12)에 공급된다. 이 분기 유닛(12)은, 예를 들어, LCoS(Liquid Crystal on Silicon)라고 불리는 액정 위상 제어 소자를 포함하는 공간 광 변조기 및/또는 회절 광학 소자(DOE) 등을 갖는다.

그리고, 분기 유닛(12)은, 후술하는 조사 헤드(16)로부터 유지 테이블(4)의 유지면 측에 조사되는 레이저 빔(LB)이 Y축 방향을 따라 배열되는 복수의 집광점을 형성하도록 레이저 빔(LB)을 분기한다.

분기 유닛(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 렌즈에서 집광된 레이저 빔(LB)은, 조사 헤드(16)의 하면의 중앙 영역을 출사 영역으로 하여 유지 테이블(4)의 유지면 측에, 단적으로는, 바로 아래에 조사된다.

또한, 레이저 빔 조사 유닛(6)의 조사 헤드(16) 및 조사 헤드(16)에 레이저 빔(LB)을 유도하기 위한 광학계(예를 들어, 미러(14))는, 이동 기구(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 이 이동 기구는, 예를 들면, 볼 나사 등을 포함한다. 그리고, 이 이동 기구가 동작하면, X축 방향, Y축 방향 및/또는 Z축 방향을 따라서 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 이동한다.

그리고, 레이저 가공 장치(2)에 있어서는, 유지 테이블(4)을 회전시키는 회전 구동원 및/또는 레이저 빔(LB)의 출사 영역을 이동시키는 이동 기구를 동작시키는 것에 의해, 조사 헤드(16)로부터 유지 테이블(4)의 유지면 측에 조사되는 레이저 빔(LB)이 집광되는 집광점의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 있어서의 위치(좌표)를 조정할 수 있다.

레이저 가공 장치(2)에 있어서 박리층 형성 단계(S1)를 실시할 때에는, 먼저, 표면(11a)이 위를 향한 상태의 잉곳(11)을 유지 테이블(4)이 유지한다. 도 6은, 레이저 가공 장치(2)의 유지 테이블(4)에 있어서 잉곳(11)을 유지하는 모습을 모식적으로 도시하는 상면도이다.

이 잉곳(11)은, 예를 들어, 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.

즉, 잉곳(11)은, 예를 들어, 결정 방위 [010]이 X축 방향과 평행해지고, 또한, 결정 방위 [001]이 Y축 방향과 평행해지는 상태로 유지 테이블(4)에 유지된다. 이와 같이 잉곳(11)이 유지 테이블(4)에 유지되면, 도 4에 도시되는 예비 가공 단계(S11)가 실시된다.

도 7(A)는, 예비 가공 단계(S11)의 일례의 모습을 모식적으로 도시하는 사시도이고, 도 7(B)는, 예비 가공 단계(S11)에 있어서 잉곳(11)의 내부에 형성되는 개질부를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 이 예비 가공 단계(S11)는, 예를 들어, 이하의 순서로 실시된다.

구체적으로는, 우선, 잉곳(11)의 외주 영역의 바로 위에 레이저 빔(LB)의 출사 영역을 위치시킨다. 또한, 잉곳(11)의 외주 영역은, 그 측면(11c) 근방의 영역이다. 예를 들어, 잉곳(11)의 외주 영역은, 평면에서 보아, 잉곳(11)의 측면(11c)과, 이 측면(11c)으로부터 잉곳의 직경의 0.5%∼3.0%만큼 내측에 위치하는 원통 형상의 가상면의 사이에 위치하는 영역이다.

계속해서, 분기된 각 레이저 빔(LB)을 집광하는 것에 의해 형성되는 복수의 집광점이 잉곳(11)의 표면(11a)으로부터 제1 깊이(D1)에 대응하는 높이에 위치되도록 레이저 빔(LB)의 출사 영역을 승강시킨다.

계속해서, 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향해 레이저 빔(LB)을 조사한다. 이 레이저 빔(LB)은, 예를 들어, Y축 방향에 있어서 등간격으로 배열되는 복수(예를 들어, 5개)의 집광점을 형성하도록 분기되어 집광되어 있다. 이 때, 인접하는 한 쌍의 집광점의 간격은, 예를 들어, 5㎛ 이상 20㎛ 이하, 대표적으로는 10㎛가 되도록 설정된다.

또한, 복수의 집광점의 각각에 있어서 집광되는 레이저 빔(LB)의 파워, 즉, 감쇠기(10)에 있어서 조정된 레이저 빔(LB)의 파워를 분기수(예를 들어, 5)로 나누는 것에 의해 얻어지는 파워는, 비교적 작고, 예를 들어, 0.1W 이상 0.3W 이하, 대표적으로는 0.2W가 되도록 설정된다.

이에 의해, 복수의 집광점의 각각을 중심으로 하여, 단결정 실리콘의 결정 구조가 흐트러진 개질부(15a)가 잉곳(11)의 외주 영역에 형성된다. 또한, 이와 같이 개질부(15a)가 형성되면, 잉곳(11)의 체적이 팽창하여 잉곳(11)에 내부 응력이 생긴다.

그리고, 이 내부 응력이 커지면, 내부 응력을 완화시키도록 개질부(15a)로부터 크랙이 신전되는 경우가 있다. 다만, 예비 가공 단계(S11)에 있어서는, 개질부(15a)가 형성되지만 개질부(15a)로부터 크랙이 신전하지 않도록, 복수의 집광점의 각각에 있어서 집광되는 레이저 빔(LB)의 파워가 조정되는 것이 바람직하다.

계속해서, 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향해 레이저 빔(LB)을 조사시킨 채로 유지 테이블(4)을 일회전시킨다. 이에 의해, 잉곳(11)의 외주 영역에 원환 형상으로 연장되는 개질부(15a)(보다 구체적으로는, 동심원형으로 연장되는 복수(예를 들어, 5개)의 개질부(15a))가 형성된다.

또한, 예비 가공 단계(S11)에 있어서는, 평면에서 보아, 레이저 빔(LB)의 출사 영역의 중심을 잉곳(11)의 중심(C)에 근접 또는 이격시키고 나서, 상술한 동작을 다시 실시하여, 잉곳(11)의 외주 영역에 다른 개질부(15a)를 형성해도 좋다. 이에 의해, 잉곳(11)의 외주 영역의 광범위에 걸쳐 개질부(15a)를 형성할 수 있다.

도 8은, 상술한 동작을 3회 실시하는 예비 가공 단계(S11) 후의 잉곳(11)을 모식적으로 도시하는 상면도이다. 또한, 이와 같이 예비 가공 단계(S11)가 실시되면, 오리엔테이션 플랫(13) 근방의 영역에 형성되는 개질부(15a)의 폭(잉곳(11)의 직경 방향을 따른 길이)이 그 이외의 영역에 형성되는 개질부(15a)의 폭보다 좁아지는 경우가 있다.

이 점을 근거로 하여, 예비 가공 단계(S11)에 있어서는, 평면에서 봤을 때, 레이저 빔(LB)의 출사 영역의 중심을 잉곳(11)의 중심(C)에 근접시킨 상태로 오리엔테이션 플랫(13) 근방의 영역에 레이저 빔(LB)을 조사해도 된다. 이에 의해, 오리엔테이션 플랫(13) 근방의 영역과 그 이외의 영역에 동일한 정도의 폭을 갖는 개질부(15a)를 형성할 수 있다.

예비 가공 단계(S11)가 완료되면, 도 4에 도시되는 본가공 단계(S12)를 실시한다. 또한, 잉곳(11)을 소정의 방향으로 배치하기 위해서 필요하면, 본가공 단계(S12)에 앞서 유지 테이블(4)을 회전시켜도 된다. 예를 들어, 결정 방위 [010]이 X축 방향과 평행해지고, 또한, 결정 방위 [001]이 Y축 방향과 평행해지도록 잉곳(11)을 유지하는 유지 테이블(4)을 회전시켜도 좋다.

도 9는, 본가공 단계(S12)의 일례를 모식적으로 도시하는 플로우 차트이다. 이 본가공 단계(S12)에 있어서는, 우선, 각각이 결정 방위 [010]을 따라 연장되고, 또한, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역 중 어느 하나에 레이저 빔(LB)이 집광되는 집광점을 위치시킨 상태로, 집광점과 잉곳(11)을 결정 방위 [010]을 따라 상대적으로 이동시킨다(레이저 빔 조사 단계:S121).

도 10(A)는, 레이저 빔 조사 단계(S121)의 일례의 모습을 모식적으로 도시하는 사시도이고, 도 10(B)는, 레이저 빔 조사 단계(S121)에 있어서 잉곳(11)의 내부에 형성되는 개질부 및 크랙을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 이 레이저 빔 조사 단계(S121)는, 예를 들어, 이하의 순서로 실시된다.

구체적으로는, 우선, 평면에서 보아, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역 중 Y축 방향(결정 방위 [001])에 있어서의 일단에 위치하는 영역이, 레이저 빔(LB)의 출사 영역에서 보아, X축 방향(결정 방위 [010])에 위치하도록 레이저 빔(LB)의 출사 영역을 위치시킨다.

계속해서, 분기된 각 레이저 빔(LB)을 집광하는 것에 의해 형성되는 복수의 집광점이 잉곳(11)의 표면(11a)으로부터 제2 깊이(D2)에 대응하는 높이에 위치되도록 레이저 빔(LB)의 출사 영역을 승강시킨다.

또한, 제2 깊이(D2)는, 상기 제1 깊이(D1)와는 상이한 깊이이며, 예를 들어, 제1 깊이(D1)보다도 깊다. 예를 들어, 제1 깊이(D1)와 제2 깊이(D2)의 차는, 0㎛ 초과 120㎛ 이하이다.

계속해서, 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향해 레이저 빔(LB)을 조사하면서, 평면에서 볼 때, 잉곳(11)의 X축 방향(결정 방위 [010])에 있어서의 일단으로부터 타단까지를 통과하도록 레이저 빔(LB)의 출사 영역을 이동시킨다.

이와 같이 레이저 빔(LB)을 조사하면서 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 이동하면, 복수의 집광점이 잉곳(11)의 표면(11a)으로부터 제2 깊이에 위치된 상태로, X축 방향(결정 방위 [010])을 따라 복수의 집광점과 잉곳(11)이 상대적으로 이동한다.

또한, 레이저 빔(LB)은, Y축 방향(결정 방위 [001])에 있어서 등간격으로 배열되는 복수(예를 들어, 5개)의 집광점을 형성하도록 분기되어 집광되고 있다. 이 때, 인접하는 한 쌍의 집광점의 간격은, 예를 들어, 5㎛ 이상 20㎛ 이하, 대표적으로는 10㎛가 되도록 설정된다.

또한, 레이저 빔 조사 단계(S121)에 있어서는, 복수의 집광점의 각각에 있어서 집광되는 레이저 빔(LB)의 파워가 예비 가공 단계(S11)일 때보다 커지도록 설정된다. 예를 들어, 레이저 빔 조사 단계(S121) 시에 복수의 집광점의 각각에 있어서 집광되는 레이저 빔(LB)의 파워는, 0.3W 이상 0.6W 이하, 바람직하게는 0.35W 이상 0.5W 이하가 되도록 설정된다.

이에 의해, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역 중 Y축 방향(결정 방위 [001])에 있어서의 일단에 위치하는 영역에 있어서, 복수의 집광점의 각각을 중심으로 하여, 단결정 실리콘의 결정 구조가 흐트러진 개질부(15b)가 형성된다.

또한, 이 영역에 개질부(15b)가 형성되면, 잉곳(11)의 체적이 팽창하여 잉곳(11)에 내부 응력이 생긴다. 또한, 이 영역에 있어서는, 이 내부 응력을 완화시키도록 개질부(15b)로부터 크랙(15c)이 신전된다.

또한, 개질부(15b)로부터 신전하는 크랙(15c)은, 잉곳(11)의 외주 영역에 있어서 이미 형성된 개질부(15a)를 향함과 함께, 이 개질부(15a)를 횡단하도록 신전하기 쉽다.

그리고, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 전부에 대한 레이저 빔(LB)의 조사가 완료되어 있지 않은 상황에 있어서는(단계(S122): NO), 집광점이 형성되는 위치와 잉곳(11)을 Y축 방향(결정 방위 [001])을 따라 상대적으로 이동시킨다(인덱싱 이송 단계: S123).

구체적으로는, 이 인덱싱 이송 단계(S123)에 있어서는, 레이저 빔(LB)의 출사 영역을 Y축 방향(결정 방위 [001])을 따라, 예를 들어, 300㎛ 이상 750㎛ 이하, 대표적으로는 550㎛ 이동시킨다.

계속해서, 상술한 레이저 빔 조사 단계(S121)를 다시 실시한다. 또한, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 전부에 개질부(15b) 및 크랙(15c)이 형성될 때까지, 인덱싱 이송 단계(S123) 및 레이저 빔 조사 단계(S121)를 교대로 반복 실시한다.

그리고, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 전부에 개질부(15b) 및 크랙(15c)이 형성되면(단계(S122): YES), 도 4에 도시되는 본가공 단계(S12)가 완료된다. 도 11은, 이 본가공 단계(S12) 후의 잉곳(11), 즉, 도 3에 도시되는 박리층 형성 단계(S1) 후의 잉곳(11)을 모식적으로 도시하는 상면도이다.

이와 같이 박리층 형성 단계(S1)가 실시되면, 잉곳(11)의 외주 영역에 형성되어 있는 원환 형상의 개질부(15a)와, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 각각에 형성되어 있는 개질부(15b)와, 개질부(15a, 15b)로부터 신전하는 크랙(15c)(도 11에 있어서는 도시하지 않음)을 포함하는 박리층(15)이 잉곳(11)의 내부에 형성된다.

계속해서, 이 박리층(15)을 기점으로 하여 잉곳(11)으로부터 기판을 분리한다(분리 단계: S2). 도 12(A) 및 도 12(B)의 각각은, 분리 단계(S2)의 일례의 모습을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 이 분리 단계(S2)는, 예를 들어, 도 12(A) 및 도 12(B)에 도시되는 분리 장치(18)에서 실시된다.

이 분리 장치(18)는, 박리층(15)이 형성된 잉곳(11)을 유지하는 유지 테이블(20)을 갖는다. 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 흡인력이 작용한다. 이에 의해, 예를 들어, 유지면에 재치된 잉곳(11)을 유지 테이블(20)에 의해 유지할 수 있다.

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 들어, 볼 나사식의 승강 기구(도시하지 않음) 및 모터 등의 회전 구동원이 연결되어 있다.

그리고, 이 승강 기구를 동작시키는 것에 의해 분리 유닛(22)이 승강한다. 또한, 이 회전 구동원을 동작시키는 것에 의해, 지지 부재(24)의 중심을 통과하고, 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. 그리고, 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 연재하고, 또한, 선단에 가까워질수록 두께가 얇아지는 판 형상의 쐐기부(28b)가 설치되어 있다.

분리 장치(18)에 있어서는, 예를 들어, 이하의 순서로 분리 단계(S2)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 둔다.

계속해서, 잉곳(11)이 유지 테이블(20)에 의해 유지되도록, 이 유지면에 있어서 노출되는 포러스판과 연통하는 흡인원을 동작시킨다. 계속해서, 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 박히도록 액추에이터를 동작시킨다(도 12(A) 참조).

계속해서, 잉곳(11)의 측면(11c)에 박혀진 쐐기부(28b)가 회전하도록 회전 구동원을 동작시킨다. 계속해서, 쐐기부(28b)를 상승시키도록 승강 기구를 동작시킨다(도 12(B) 참조).

이상과 같이 쐐기부(28b)를 잉곳(11)의 측면(11c)에 박아 넣음과 함께 회전시킨 후, 쐐기부(28b)를 상승시키는 것에 의해, 박리층(15)에 포함되는 크랙(15c)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 박아 넣은 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 박아 넣어도 좋다.

상술한 기판의 제조 방법에 있어서는, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 각각에 개질부(15b) 및 크랙(15c)을 형성하는 본가공 단계(S12)에 앞서, 잉곳(11)의 외주 영역에 개질부(15a)를 형성하는 예비 가공 단계(S11)를 실시한다.

이에 의해, 본가공 단계(S12)에 있어서, 잉곳(11)의 외주 영역에 있어서의 크랙(15c)의 신전을 촉진할 수 있다. 그 결과, 분리 단계(S2)에 있어서의 잉곳(11)으로부터의 기판(17)의 분리가 용이해지는 것과 함께, 당해 분리 시에 잉곳(11)의 외주 영역에 큰 결락이 생길 개연성을 저감할 수 있다.

또한, 상술한 기판의 제조 방법에 있어서는, 본가공 단계(S12)에 있어서, 결정 방위 [010]을 따라 연장되는 직선형의 영역에 분기된 레이저 빔(LB)의 복수의 집광점을 위치시킨 상태에서, 집광점과 잉곳(11)을 결정 방위 [010]을 따라 상대적으로 이동시키는 것에 의해 박리층(15)이 형성된다.

이 경우, 잉곳(11)으로부터 기판(17)을 제조할 때에 폐기되는 소재량을 더욱 저감하여, 기판(17)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 이하, 이 점에 대해서 상세하게 설명한다. 우선, 단결정 실리콘은, 일반적으로, 결정면 {111}에 포함되는 특정한 결정면에 있어서 가장 벽개(劈開)하기 쉽고, 결정면 {110}에 포함되는 특정한 결정면에 있어서 2번째로 벽개하기 쉽다.

그 때문에, 예를 들어, 잉곳(11)을 구성하는 단결정 실리콘의 결정 방위 <110>에 포함되는 특정한 결정 방위(예를 들어, 결정 방위 [011])를 따라 개질부가 형성되면, 이 개질부로부터 결정면 {111}에 포함되는 특정한 결정면을 따라 신전하는 크랙이 많이 발생한다.

한편, 단결정 실리콘의 결정 방위 <100>에 포함되는 특정한 결정 방위를 따른 영역에, 평면에서 보아, 이 영역이 연장되는 방향과 직교하는 방향을 따라 배열되도록 복수의 개질부가 형성되면, 이 복수의 개질부의 각각으로부터 결정면 {N10}(N은, 10 이하의 자연수) 중 당해 영역이 연장되는 방향에 평행한 결정면을 따라 신전하는 크랙이 많이 발생한다.

예를 들어, 상술한 기판의 제조 방법과 같이, 결정 방위 [010]을 따른 영역에, 결정 방위 [001]을 따라 배열되도록 복수의 개질부(15b)가 형성되면, 이 복수의 개질부(15b)의 각각으로부터 결정면 {N10} 중 결정 방위 [010]에 평행한 결정면을 따라 신전하는 크랙(15c)이 많아진다.

구체적으로는, 이와 같이 복수의 개질부(15b)가 형성되는 경우에는, 하기 (1) 및 (2)에 나타내는 결정면에 있어서 크랙(15c)이 신전되기 쉬워진다.

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

그 때문에, 상술한 기판의 제조 방법에 있어서는, 단결정 실리콘의 결정 방위 [011]을 따른 영역에, 평면에서 보아, 이 영역이 연장되는 방향과 직교하는 방향을 따라 배열되도록 복수의 개질부가 형성되는 경우와 비교하여, 박리층(15)이 광폭이면서 얇아지기 쉽다. 그 결과, 상술한 기판의 제조 방법에 있어서는, 잉곳(11)으로부터 기판(17)을 제조할 때에 폐기되는 소재량을 저감하여, 기판(17)의 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 내용은 본 발명의 일 양태이며, 본 발명은 상술한 내용에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 있어서 이용되는 레이저 가공 장치의 구조는, 상술한 레이저 가공 장치(2)의 구조에 한정되지 않는다.

예를 들어, 본 발명은, 유지 테이블(4)을 X축 방향, Y축 방향 및/또는 Z축 방향의 각각을 따라 이동시키는 이동 기구가 설치되어 있는 레이저 가공 장치를 사용하여 실시되어도 좋다.

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

또한, 본 발명의 예비 가공 단계(S11)에 있어서는, 잉곳(11)의 외주 영역에 원환 이외의 형상이 되도록 연장되는 개질부(15a)가 형성되어도 좋다. 예를 들어, 본 발명의 예비 가공 단계(S11)에 있어서는, 나선형 또는 직선적으로 연장되는 개질부(15a)가 잉곳(11)의 외주 영역에 형성되어도 좋다.

또한, 나선형으로 연장되는 개질부(15a)를 잉곳(11)의 외주 영역에 형성할 때에는, 예를 들어, 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향해 레이저 빔(LB)을 조사시킨 채로, 유지 테이블(4)을 회전시킴과 함께, 평면에서 보아, 레이저 빔(LB)의 출사 영역의 중심을 잉곳(11)의 중심(C)에 근접 또는 이격시키면 된다.

또한, 직선형으로 연장되는 개질부(15a)를 잉곳(11)의 외주 영역에 형성할 때에는, 예를 들어, 상술한 본가공 단계(S12)와 마찬가지로 레이저 빔(LB)의 출사 영역을 이동시키면서, 간헐적으로 조사 헤드(16)로부터 잉곳(11)을 향해 레이저 빔(LB)을 조사하면 된다.

즉, 이 경우, 조사 헤드(16)로부터의 레이저 빔(LB)의 조사는, 잉곳(11)의 외주 영역의 바로 위에 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 위치하는 타이밍에 실시되고, 이 외주 영역에 둘러싸이는 영역(중앙 영역)의 바로 위에 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 위치하는 타이밍에 정지된다.

또한, 본 발명의 본가공 단계(S12)에 있어서는, 잉곳(11)의 외주 영역에 대해 레이저 빔(LB)을 조사하지 않고, 잉곳(11)의 중앙 영역에만 레이저 빔(LB)을 조사해도 좋다.

이 경우, 조사 헤드(16)로부터의 레이저 빔(LB)의 조사는, 잉곳(11)의 중앙 영역의 바로 위에 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 위치하는 타이밍에 실시되고, 그 외주 영역의 바로 위에 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 위치하는 타이밍에 정지된다.

또는, 본 발명의 본가공 단계(S12)에 있어서는, 잉곳(11)의 외주 영역의 일부에 대하여 레이저 빔(LB)을 조사하지 않고, 잉곳(11)의 외주 영역의 잔부 및 잉곳(11)의 중앙 영역에만 레이저 빔(LB)을 조사해도 좋다.

이 경우, 조사 헤드(16)로부터의 레이저 빔(LB)의 조사는, 예를 들어, 잉곳(11)의 중앙 영역의 바로 위를 향하도록 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 잉곳(11)의 외주 영역의 바로 위를 이동 중에 개시되고, 잉곳(11)의 외측을 향하도록 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 잉곳(11)의 외주 영역의 바로 위를 이동 중에 정지된다.

또한, 본가공 단계(S12)에 있어서는, 잉곳(11)의 중앙 영역뿐만 아니라, 잉곳(11)의 외주 영역의 적어도 일부에 대하여 레이저 빔(LB)을 조사하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 본가공 단계(S12)에 있어서 형성되는 크랙(15c)이 예비 가공 단계(S11)에 있어서 형성되는 개질부(15a)를 횡단하도록 신전하기 쉬워진다.

또한, 본 발명의 본가공 단계(S12)에 있어서는, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 각각에 대하여 레이저 빔(LB)이 조사된 후에, 재차, 상기 복수의 직선형의 영역의 각각에 대하여 레이저 빔(LB)을 조사해도 좋다. 또는, 본 발명의 본가공 단계(S12)에 있어서는, 레이저 빔 조사 단계(S121) 후, 또한, 인덱싱 이송 단계(S123)의 이전에, 다시, 레이저 빔 조사 단계(S121)를 실시해도 된다.

즉, 본 발명의 본가공 단계(S12)에 있어서는, 이미 개질부(15b) 및 크랙(15c)이 형성되어 있는 영역에 대해서, 개질부(15b) 및 크랙(15c)을 형성하기 위한 레이저 빔(LB)의 조사를 다시 실시해도 좋다. 이것에 의해, 각 영역에 있어서의 개질부(15b)의 밀도를 증가시키고, 또한/또는, 각 영역에 형성된 크랙(15c)을 추가로 신전시킬 수 있다.

또한, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역의 각각에 대하여 레이저 빔(LB)이 복수 회 조사되는 경우에는, 각 회의 레이저 빔(LB)의 조사 조건은 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 예를 들어, 각 영역에 대하여 2회째에 레이저 빔(LB)을 조사할 때에는, 초회(初回)보다 집광점에 있어서 집광되는 레이저 빔(LB)의 파워가 커지도록 조정된다.

또한, 본 발명의 레이저 빔 조사 단계(S121)에 있어서 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)에 포함되는 복수의 직선형의 영역은, 결정 방위 [010]에 따른 영역에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 있어서는, 결정 방위 [001]에 따른 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 된다.

또한, 이와 같이 잉곳(11)에 레이저 빔(LB)이 조사되는 경우에는, 하기 (3) 및 (4)에 나타내는 결정면에 있어서 크랙(15c)이 신전되기 쉬워진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 평면에서 보았을 때, 결정 방위 [010] 또는 결정 방위 [001]로부터 약간 경사진 방향을 따른 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 된다. 이 점에 대해서, 도 13을 참조하여 설명한다.

도 13은, 각각이 상이한 결정 방위를 따른 영역에 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물의 내부에 형성되는 박리층의 폭을 도시하는 그래프이다. 또한, 이 그래프의 가로축은, 평면으로 보아, 결정 방위 [011]에 직교하는 영역(기준 영역)이 연장되는 방향과, 측정 대상으로 되는 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 영역이 측정 대상으로 된다. 마찬가지로, 이 그래프의 가로축의 값이 135°로 되는 경우, 결정 방위 [010]을 따른 영역이 측정 대상으로 된다.

또한, 이 그래프의 세로축은, 측정 영역에 레이저 빔(LB)을 조사하는 것에 의해 측정 영역에 형성되는 박리층의 폭을, 기준 영역에 레이저 빔(LB)을 조사하는 것에 의해 기준 영역에 형성되는 박리층의 폭으로 나누었을 때의 값을 나타내고 있다.

도 13에 도시되는 바와 같이, 박리층의 폭은, 기준 영역이 연장되는 방향과 측정 영역이 연장되는 방향이 이루는 각의 각도가 40°이상 50°이하 또는 130°이상 140°이하일 때 넓어진다. 즉, 박리층의 폭은, 결정 방위 [001] 또는 결정 방위 [010]뿐만 아니라, 이들 결정 방위에 대하여 이루는 각이 5° 이하인 방향을 따른 영역에 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 넓어진다.

그 때문에, 본 발명의 레이저 빔 조사 단계(S121)에 있어서는, 평면에서 보았을 때, 결정 방위 [001] 또는 결정 방위 [010]으로부터 5° 이하 경사진 방향을 따른 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다.

즉, 본 발명의 레이저 빔 조사 단계(S121)에 있어서는, 결정면 {100}에 포함되는 특정 결정면 중 잉곳(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출되는 결정면(여기서는, 결정면 (100))과 평행하고, 또한, 결정 방위 <100>에 포함되는 특정 결정 방위(여기서는, 결정 방위 [001] 또는 결정 방위 [010])에 대하여 이루는 각이 5° 이하인 방향(제1 방향)을 따른 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 된다.

또한, 본 발명의 레이저 빔 조사 단계(S121)에 있어서는, 레이저 빔(LB)이 집광되는 집광점을 제1 깊이보다 얕은 깊이에 위치시킨 상태에서, 집광점과 잉곳(11)을 상대적으로 이동시켜도 좋다.

또한, 본 발명의 분리 단계(S2)는, 도 12(A) 및 도 12(B)에 도시되는 분리 장치(18) 이외의 장치를 이용하여 실시되어도 좋다. 예를 들어, 본 발명의 분리 단계(S2)에 있어서는, 잉곳(11)의 표면(11a) 측을 흡인하는 것에 의해, 잉곳(11)으로부터 기판(17)이 분리되어도 좋다.

도 14(A) 및 도 14(B)의 각각은, 이와 같이 실시되는 분리 단계(S2)의 모습을 모식적으로 도시하는 일부 단면 측면도이다. 도 14(A) 및 도 14(B)에 도시되는 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 가지며, 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 흡인력이 작용한다. 이에 의해, 예를 들어, 유지면에 재치된 잉곳(11)을 유지 테이블(32)에 의해 유지할 수 있다.

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 들어, 볼 나사식의 승강 기구(도시하지 않음)가 연결되어 있고, 이 승강 기구를 동작시키는 것에 의해 분리 유닛(34)이 승강한다.

또한, 지지 부재(36)의 하단부는, 원반 형상의 흡인판(38)의 상부의 중앙에 고정되어 있다. 그리고, 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 연통하고 있다.

그 때문에, 이 흡인원이 동작하면, 흡인판(38)의 하면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이에 의해, 예를 들어, 흡인판(38)의 하면에 표면(11a)이 접근하는 잉곳(11)을 상방으로 끌어당기도록 흡인할 수 있다.

분리 장치(30)에 있어서는, 예를 들어, 이하의 순서로 분리 단계(S2)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 14(A) 참조). 계속해서, 흡인판(38)을 유지 테이블(32)로부터 이격시키도록, 승강 기구를 동작시켜 분리 유닛(34)을 상승시킨다(도 14(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 크랙(15c)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(S2)에 있어서는, 잉곳(11)의 표면(11a) 측과 이면(11b) 측의 분리에 앞서, 이 잉곳(11)의 표면(11a) 측에 초음파를 부여하여도 좋다. 이 경우, 박리층(15)에 포함되는 크랙(15c)이 더욱 신전하기 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 의해 평탄화되어도 좋다(평탄화 단계). 예를 들어, 이 평탄화는, 잉곳(11)으로부터 복수 매의 기판을 제조할 때에 실시되어도 된다.

구체적으로는, 잉곳(11)이 박리층(15)에서 분리되어 기판(17)이 제조되면, 새롭게 노출되는 잉곳(11)의 표면에는, 박리층(15)에 포함되는 개질부(15a, 15b) 및 크랙(15c)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 발명에 있어서 기판을 제조하기 위해서 이용되는 잉곳은, 도 1 및 도 2 등에 도시되는 잉곳(11)에 한정되지 않는다. 구체적으로는, 본 발명에서는, 결정면 {100}에 포함되지 않는 결정면이 표면 및 이면 각각에 노출되는 단결정 실리콘으로 이루어진 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서는, 측면에 노치가 형성된 원기둥 형상의 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 된다. 또는, 본 발명에 있어서는, 측면에 오리엔테이션 플랫 및 노치의 모두가 형성되어 있지 않은 원기둥 형상의 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 된다. 또한, 본 발명에 있어서는, 단결정 탄화 실리콘 등의 단결정 실리콘 이외의 반도체 재료로 이루어지는 원기둥 형상의 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 반도체 재료로 이루어지는 베어 웨이퍼를 피가공물로 하여 기판을 제조해도 된다. 또한, 이 베어 웨이퍼는, 예를 들어, 제조되는 기판의 2배 이상 5배 이하의 두께를 갖는다.

또한, 이 베어 웨이퍼는, 예를 들어, 상술한 방법과 동일한 방법에 의해 잉곳(11)으로부터 분리되는 것에 의해 제조된다. 이 경우, 기판은 상술한 방법을 2회 반복하는 것에 의해 제조되는 것으로 표현되는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 이 베어 웨이퍼의 일면에 반도체 디바이스를 형성하는 것에 의해 제조되는 디바이스 웨이퍼를 피가공물로 하여 기판을 제조해도 된다. 이 경우, 레이저 빔(LB)은, 반도체 디바이스에 대한 악영향을 방지하기 위해서, 디바이스 웨이퍼의 반도체 디바이스가 형성되어 있지 않은 측으로부터 디바이스 웨이퍼에 조사되는 것이 바람직하다.

그 밖에, 상술한 실시 형태에 관한 구조 및 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 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: 분기 유닛
13: 오리엔테이션 플랫
14: 미러
15: 박리층(15a, 15b: 개질부, 15c: 크랙)
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

제1 면과 그 제1 면의 반대 측의 제2 면을 갖는 피가공물로부터 기판을 제조하는 기판의 제조 방법으로서,
상기 피가공물을 구성하는 재료를 투과하는 파장의 레이저 빔을 상기 제1 면 측으로부터 상기 피가공물에 조사하는 것에 의해 상기 피가공물의 내부에 개질부와 상기 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성하는 박리층 형성 단계와,
상기 박리층 형성 단계를 실시한 후, 상기 박리층을 기점으로 하여 상기 피가공물로부터 상기 기판을 분리하는 분리 단계를 구비하고,
상기 박리층 형성 단계는,
상기 피가공물의 외주 영역에 상기 레이저 빔이 집광되는 집광점을 위치시킨 상태에서 상기 집광점과 상기 피가공물을 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 상기 외주 영역에 상기 개질부를 형성하는 예비 가공 단계와,
상기 예비 가공 단계를 실시한 후, 각각이 제1 방향을 따라 연장되고, 또한, 상기 피가공물에 포함되는 복수의 직선형의 영역 중 어느 하나에 상기 집광점을 위치시킨 상태에서 상기 집광점과 상기 피가공물을 상기 제1 방향을 따라 상대적으로 이동시키는 레이저 빔 조사 단계와, 상기 집광점이 형성되는 위치와 상기 피가공물을 상기 제1 방향에 직교함과 함께 상기 제1 면에 평행한 제2 방향을 따라 상대적으로 이동시키는 인덱싱 이송 단계를 반복하는 것에 의해, 상기 복수의 직선형의 영역의 각각에 상기 개질부 및 상기 크랙을 형성하는 본가공 단계를 포함하는, 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 예비 가공 단계에 있어서는, 상기 집광점이 상기 제1 면으로부터 제1 깊이에 위치되고,
상기 레이저 빔 조사 단계에 있어서는, 상기 집광점이 상기 제1 면으로부터 제1 깊이와 상이한 제2 깊이에 위치되는 것인, 기판의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 예비 가공 단계 시에 상기 집광점에 있어서 집광되는 상기 레이저 빔의 파워는, 상기 레이저 빔 조사 단계 시에 상기 집광점에 있어서 집광되는 상기 레이저 빔의 파워보다 작은 것인, 기판의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 피가공물은, 결정면 {100}에 포함되는 특정한 결정면이 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지고,
상기 제1 방향은, 상기 특정한 결정면에 평행하고, 또한, 결정 방위 <100>에 포함되는 특정한 결정 방위에 대하여 이루는 각이 5° 이하가 되는 것인, 기판의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 피가공물은, 결정면 {100}에 포함되는 특정한 결정면이 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지고,
상기 제1 방향은, 상기 특정한 결정면에 평행하고, 또한, 결정 방위 <100>에 포함되는 특정한 결정 방위에 대하여 이루는 각이 5° 이하가 되는 것인, 기판의 제조 방법.