KR20230165709A - 단결정 실리콘 기판의 제조 방법 - Google Patents

단결정 실리콘 기판의 제조 방법 Download PDF

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KR20230165709A
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Abstract

[과제] 레이저 빔을 이용하여 잉곳 등의 피가공물로부터 기판을 제조할 때의 기판의 생산성을 향상시킨다.
[해결 수단] 복수의 제 1 영역에 개질부를 형성하기 위한 제 1 가공 스텝을 실시하고 나서, 복수의 제 2 영역에 개질부 및 크랙을 형성하기 위한 제 2 가공 스텝을 실시한다. 여기에서, 제 2 가공 스텝에 있어서 형성되는 크랙은, 제 1 가공 스텝에 있어서 형성된 개질부을 향하여 신전하기 쉽다. 이로써, 제 2 가공 스텝에 있어서 크랙이 신전하기 쉬운 방향을 임의로 설정할 수 있다. 이 경우, 피가공물의 내부에 형성되는 박리층을 얇게 하는 것이 용이해진다. 그리고, 박리층이 얇아지면, 피가공물로부터의 기판의 잘라냄 및 기판의 평탄화시에 폐기되는 피가공물의 소재량이 저감된다. 그 결과, 레이저 빔을 이용하여 피가공물로부터 기판을 제조할 때의 기판의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.

Description

단결정 실리콘 기판의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SINGLE CRYSTAL SILICON SUBSTRATE}
본 발명은 결정면｛100｝에 포함되는 특정한 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 칩은, 일반적으로, 원반상의 단결정 실리콘 기판 (이하, 간단히「기판」이라고도 한다.) 을 사용하여 제조된다. 이 기판은, 예를 들어, 와이어 소를 이용하여 원주상의 단결정 실리콘으로 이루어지는 잉곳 (이하, 간단히「잉곳」이라고도 한다.) 으로부터 잘라내어진다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
단, 잉곳으로부터 와이어 소를 사용하여 기판을 잘라낼 때의 절단 여백은, 300 ㎛ 전후로 비교적 크다. 또, 이와 같이 잘라내어진 기판의 표면에는 미세한 요철이 형성되고, 또, 이 기판은 전체적으로 만곡된다 (기판에 휨이 발생된다). 그 때문에, 이 기판에 있어서는, 그 표면에 대해서 랩핑, 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 잘라냄 및 기판의 평탄화시에 폐기된다. 그 때문에, 이와 같이 와이어 소를 사용하여 기판을 제조하는 경우에는 생산성이 낮아진다.
이 점을 감안하여, 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔을 이용하여 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). 이로써, 잉곳으로부터 와이어 소를 사용하여 기판을 제조하는 경우와 비교하여, 기판의 생산성을 향상시킬 수 있다.
일본 공개특허공보 평9-262826호 일본 공개특허공보 2022-25566호
단결정 실리콘은, 결정면｛111｝에 포함되는 특정한 결정면에 있어서 가장 벽개하기 쉽다. 예를 들어, 결정면｛100｝에 포함되는 특정한 결정면인 결정면 (100) 이 표면 및 이면의 각각에 노출되는 잉곳에 결정 방위 ＜110＞ 에 포함되는 특정한 결정 방위인 결정 방위 [011] 을 따라서 레이저 빔을 조사하여 잉곳의 내부에 개질부를 형성하면, 결정면｛111｝에 포함되는 특정한 결정면 중 결정 방위 [011] 에 평행한 결정면 (구체적으로는, 하기 (1) 에 나타내는 결정면) 을 따라서 신전하는 크랙이 많이 발생된다.
여기에서, 결정면 (100) 이 결정면｛111｝에 포함되는 특정한 결정면에 대해서 이루는 각은 54.7°정도이다. 그 때문에, 상기 서술한 바와 같이 잉곳에 레이저 빔이 조사되는 경우에는, 잉곳의 표면 및 이면에 평행한 방향을 따른 성분보다 그 두께 방향을 따른 성분이 큰 크랙이 많이 발생된다.
이 경우, 잉곳의 내부에 형성되는 박리층이 두꺼워져, 잉곳으로부터의 기판의 잘라냄 및 기판의 평탄화시에 폐기되는 잉곳 및 기판의 소재량이 많아진다. 이 점을 감안하여, 본 발명의 목적은, 레이저 빔을 이용하여 잉곳 등의 피가공물로부터 기판을 제조할 때의 기판의 생산성을 향상시키는 것이 가능한 단결정 실리콘 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 결정면｛100｝에 포함되는 특정한 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법으로서, 그 피가공물의 내부에 개질부와 그 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성하는 박리층 형성 스텝과, 그 박리층 형성 스텝을 실시한 후에, 그 박리층을 기점으로 하여 그 피가공물로부터 그 기판을 분리하는 분리 스텝을 구비하고, 그 박리층 형성 스텝은, 각각이 그 특정한 결정면에 평행하며, 또한, 결정 방위 ＜100＞ 에 포함되는 특정한 결정 방위에 대해서 이루는 각이 5°이하가 되는 제 1 방향을 따라서 연장됨과 함께, 그 특정한 결정면에 평행하며, 또한, 그 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 있어서 서로 이격되는 복수의 제 1 영역에 그 개질부를 형성하기 위한 제 1 가공 스텝과, 그 제 1 가공 스텝을 실시한 후에, 각각이 그 제 1 방향을 따라서 연장됨과 함께, 그 제 2 방향에 있어서 서로 이격되는 복수의 제 2 영역에 그 개질부 및 그 크랙을 형성하기 위한 제 2 가공 스텝을 갖고, 그 복수의 제 1 영역 중 인접하는 1 쌍의 제 1 영역 사이에는, 그 복수의 제 2 영역 중 어느 것이 위치하게 되고, 그 복수의 제 2 영역 중 인접하는 1 쌍의 제 2 영역 사이에는, 그 복수의 제 1 영역 중 어느 것이 위치하게 되고, 그 제 1 가공 스텝은, 그 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔이 집광되는 집광점을 그 복수의 제 1 영역 중 어느 것의 내측 또한 그 피가공물의 그 표면으로부터 제 1 깊이에 위치하게 한 상태에서, 그 집광점과 그 피가공물을 그 제 1 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 제 1 레이저 빔 조사 스텝과, 그 집광점이 형성되는 위치와 그 피가공물을 그 제 2 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 제 1 산출 이송 스텝을 교대로 반복함으로써 실시되고, 그 제 2 가공 스텝은, 그 집광점을 그 복수의 제 2 영역 중 어느 것의 내측 또한 그 피가공물의 그 표면으로부터 그 제 1 깊이와 상이한 제 2 깊이에 위치하게 한 상태에서, 그 집광점과 그 피가공물을 그 제 1 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 제 2 레이저 빔 조사 스텝과, 그 집광점이 형성되는 위치와 그 피가공물을 그 제 2 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 제 2 산출 이송 스텝을 교대로 반복함으로써 실시되고, 그 제 2 레이저 빔 조사 스텝시에 그 집광점에 있어서 집광되는 그 레이저 빔의 파워는, 그 제 1 레이저 빔 조사 스텝시에 그 집광점에 있어서 집광되는 그 레이저 빔의 파워보다 큰, 단결정 실리콘 기판의 제조 방법이 제공된다.
또한, 바람직하게는, 그 제 2 깊이는, 그 제 1 깊이보다 깊다.
또, 바람직하게는, 그 인접하는 1 쌍의 제 1 영역 사이에 위치되는 제 2 영역의 중심을 통과하는 그 제 1 방향을 따른 제 1 직선과, 그 인접하는 1 쌍의 제 1 영역의 일방의 중심을 통과하는 그 제 1 방향을 따른 제 2 직선을 통과하는 제 1 평면이 그 피가공물의 그 표면 및 그 이면에 대해서 이루는 각은 45°이하이고, 그 제 1 직선과, 그 인접하는 1 쌍의 제 1 영역의 타방의 중심을 통과하는 그 제 1 방향을 따른 제 3 직선을 통과하는 제 2 평면이 그 피가공물의 그 표면 및 그 이면에 대해서 이루는 각은 45°이하이다.
본 발명에 있어서는, 복수의 제 1 영역에 개질부를 형성하기 위한 제 1 가공 스텝을 실시하고 나서, 복수의 제 2 영역에 개질부 및 크랙을 형성하기 위한 제 2 가공 스텝을 실시한다.
여기에서, 제 1 가공 스텝에 있어서 개질부가 형성되면, 피가공물의 체적이 팽창하여 피가공물에 내부 응력이 발생된다. 또, 제 2 가공 스텝에 있어서 형성되는 크랙은, 내부 응력이 발생되어 있는 지점을 향하여 신전하기 쉽다.
그 때문에, 제 2 가공 스텝에 있어서 형성되는 크랙은, 제 1 가공 스텝에 있어서 형성된 개질부을 향하여 신전하기 쉽다. 이로써, 본 발명에 있어서는, 제 2 가공 스텝에 있어서 크랙이 신전하기 쉬운 방향을 임의로 설정할 수 있다.
이 경우, 피가공물의 내부에 형성되는 박리층을 얇게 하는 것이 용이해진다. 그리고, 박리층이 얇아지면, 피가공물로부터의 기판의 잘라냄 및 기판의 평탄화시에 폐기되는 피가공물의 소재량이 저감된다. 그 결과, 본 발명에 있어서는, 레이저 빔을 이용하여 피가공물로부터 기판을 제조할 때의 기판의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1 은, 기판의 제조에 사용되는 잉곳의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 잉곳을 모식적으로 나타내는 상면도이다.
도 3 은, 피가공물이 되는 잉곳으로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법의 일례를 모식적으로 나타내는 플로 차트이다.
도 4 는, 잉곳에 포함되는 복수의 영역을 모식적으로 나타내는 상면도이다.
도 5 는, 도 3 에 나타내는 박리층 형성 스텝의 일례를 모식적으로 나타내는 플로 차트이다.
도 6 은, 잉곳의 내부에 박리층을 형성할 때에 사용되는 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7 은, 레이저 가공 장치의 유지 테이블에 있어서 잉곳을 유지하는 모습을 모식적으로 나타내는 상면도이다.
도 8 은, 도 5 에 나타내는 제 1 가공 스텝의 일례를 모식적으로 나타내는 플로 차트이다.
도 9(A) 는, 도 8 에 나타내는 제 1 레이저 빔 조사 스텝의 모습을 모식적으로 나타내는 상면도이고, 도 9(B) 는, 도 8 에 나타내는 제 1 레이저 빔 조사 스텝의 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 10 은, 도 8 에 나타내는 제 1 레이저 빔 조사 스텝에 있어서 잉곳의 내부에 형성되는 개질부와 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 11 은, 도 8 에 나타내는 제 1 레이저 빔 조사 스텝을 2 회 실시함으로써 잉곳의 내부에 형성되는 박리층을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 12 는, 도 5 에 나타내는 제 2 가공 스텝의 일례를 모식적으로 나타내는 플로 차트이다.
도 13 은, 도 12 에 나타내는 제 2 레이저 빔 조사 스텝을 실시함으로써 잉곳의 내부에 형성되는 박리층을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 14(A) 및 도 14(B) 의 각각은, 도 3 에 나타내는 분리 스텝의 일례의 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 15 는, 각각이 상이한 결정 방위를 따른 영역에 레이저 빔을 조사했을 때에 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물의 내부에 형성되는 박리층의 폭을 나타내는 그래프이다.
도 16(A) 및 도 16(B) 의 각각은, 도 3 에 나타내는 분리 스텝의 다른 예의 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1 은, 기판의 제조에 사용되는 잉곳의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 2 는, 도 1 에 나타내는 잉곳을 모식적으로 나타내는 상면도이다.
또한, 도 1 에 있어서는, 이 잉곳에 포함되는 평면에 있어서 노출되는 단결정 실리콘의 결정면도 나타내어져 있다. 또, 도 2 에 있어서는, 이 잉곳을 구성하는 단결정 실리콘의 결정 방위도 나타내어져 있다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 잉곳 (11) 에 있어서는, 결정면｛100｝에 포함되는 특정한 결정면 (여기에서는, 편의상, 결정면 (100) 으로 한다.) 이 표면 (11a) 및 이면 (11b) 의 각각에 노출된다. 즉, 이 잉곳 (11) 에 있어서는, 표면 (11a) 및 이면 (11b) 의 각각의 수선 (결정축) 이 결정 방위 [100] 를 따른다.
또한, 잉곳 (11) 에 있어서는, 결정면 (100) 이 표면 (11a) 및 이면 (11b) 의 각각에 노출되도록 제조되기는 하지만, 제조시의 가공 오차 등에서 기인하여, 결정면 (100) 으로부터 미미하게 경사진 면이 표면 (11a) 및 이면 (11b) 의 각각에 있어서 노출되어도 된다.
구체적으로는, 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 및 이면 (11b) 의 각각에는, 결정면 (100) 에 대해서 이루는 각이 1°이하인 면이 노출되어도 된다. 즉, 잉곳 (11) 의 결정축은, 결정 방위 [100] 에 대해서 이루는 각이 1°이하인 방향을 따라도 된다.
또, 잉곳 (11) 의 측면 (11c) 에는 오리엔테이션 플랫 (13) 이 형성되어 있고, 이 오리엔테이션 플랫 (13) 에서 보았을 때 결정 방위 ＜110＞ 에 포함되는 특정한 결정 방위 (여기에서는, 편의상, 결정 방위 [011] 로 한다.) 에 잉곳 (11) 의 중심 C 가 위치한다. 즉, 이 오리엔테이션 플랫 (13) 에 있어서는, 단결정 실리콘의 결정면 (011) 이 노출되어 있다.
도 3 은, 피가공물이 되는 잉곳 (11) 으로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법의 일례를 모식적으로 나타내는 플로 차트이다. 이 방법에 있어서는, 먼저, 잉곳 (11) 의 내부에 개질부와 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성한다 (박리층 형성 스텝 : S1).
이 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서는, 잉곳 (11) 에 포함되는 복수의 영역에 대해서 차례로 박리층이 형성된다. 도 4 는, 잉곳 (11) 에 포함되는 복수의 영역을 모식적으로 나타내는 상면도이다. 또, 도 5 는, 도 3 에 나타내는 박리층 형성 스텝 (S1) 의 일례를 모식적으로 나타내는 플로 차트이다.
이 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서는, 먼저, 각각이 결정 방위 [010] 을 따라서 연장됨과 함께 결정 방위 [001] 에 있어서 서로 이격되는 복수의 제 1 영역 (11d) 에 개질부를 형성한다 (제 1 가공 스텝 : S11).
그리고, 제 1 가공 스텝 (S11) 의 완료 후에, 각각이 결정 방위 [010] 을 따라서 연장됨과 함께 인접하는 1 쌍의 제 1 영역 (11d) 사이에 위치되며, 또한, 각각의 결정 방위 [001] 을 따른 폭이 복수의 제 1 영역 (11d) 의 각각보다 큰 복수의 제 2 영역 (11e) 에 개질부 및 크랙을 형성한다 (제 2 가공 스텝 : S12).
또, 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서는, 레이저 가공 장치를 사용하여 잉곳 (11) 의 내부에 개질부 및 크랙을 포함하는 박리층을 형성한다. 도 6 은, 잉곳 (11) 의 내부에 박리층을 형성할 때에 사용되는 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
또한, 도 6 에 나타내는 X 축 방향 (제 1 방향) 및 Y 축 방향 (제 2 방향) 은, 수평면 상에 있어서 서로 직교하는 방향이고, 또, Z 축 방향은, X 축 방향 및 Y 축 방향의 각각과 직교하는 방향 (연직 방향) 이다. 또, 도 6 에 있어서는, 레이저 가공 장치의 구성 요소의 일부가 기능 블록으로 나타내어져 있다.
도 6 에 나타내는 레이저 가공 장치 (2) 는, 원반상의 유지 테이블 (4) 을 갖는다. 이 유지 테이블 (4) 은, 예를 들어, X 축 방향 및 Y 축 방향에 대해서 평행한 원상 (圓狀) 의 상면 (유지면) 을 갖는다. 또, 유지 테이블 (4) 은, 이 유지면에 있어서 상면이 노출되는 원반상의 포러스판 (도시 생략) 을 갖는다.
또한, 이 포러스판은, 유지 테이블 (4) 의 내부에 형성된 유로 등을 개재하여 이젝터 등의 흡인원 (도시 생략) 과 연통되어 있다. 그리고, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블 (4) 의 유지면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이로써, 예를 들어, 유지면에 놓여진 잉곳 (11) 을 유지 테이블 (4) 에 의해서 유지할 수 있다.
또, 유지 테이블 (4) 의 상방에는, 레이저 빔 조사 유닛 (6) 이 형성되어 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 갖는다.
그리고, 레이저 발진기 (8) 는, 잉곳 (11) 을 구성하는 재료 (단결정 실리콘) 를 투과하는 파장 (예를 들어, 1064 ㎚ 또는 1342 ㎚) 의 펄스상 (예를 들어, 주파수가 60 ㎑) 의 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) 로 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 유지면측에 조사되는 레이저 빔 (LB) 이 Y 축 방향을 따라서 나열된 복수 (예를 들어, 4 개 이상 16 개 이하) 의 집광점을 형성하도록 레이저 빔 (LB) 을 분기한다.
분기 유닛 (12) 에 있어서 분기된 레이저 빔 (LB) 은, 미러 (14) 에 의해서 반사되어 조사 헤드 (16) 로 유도된다. 이 조사 헤드 (16) 에는, 레이저 빔 (LB) 을 집광하는 집광 렌즈 (도시 생략) 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 유지면측에, 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 (도시 생략) 에 연결되어 있다. 이 이동 기구는, 예를 들어, 볼 나사 등을 포함한다. 그리고, 이 이동 기구가 동작하면, X 축 방향, Y 축 방향 및/또는 Z 축 방향을 따라서 레이저 빔 (LB) 의 출사 영역이 이동한다.
그리고, 레이저 가공 장치 (2) 에 있어서는, 이 이동 기구를 동작시킴으로써, 조사 헤드 (16) 로부터 유지 테이블 (4) 의 유지면측에 조사되는 레이저 빔 (LB) 이 집광되는 집광점의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향에 있어서의 위치 (좌표) 를 조정할 수 있다.
레이저 가공 장치 (2) 에 있어서 박리층 형성 스텝 (S1) 을 실시할 때에는, 먼저, 표면 (11a) 이 위를 향한 상태의 잉곳 (11) 을 유지 테이블 (4) 이 유지한다. 도 7 은, 레이저 가공 장치 (2) 의 유지 테이블 (4) 에 있어서 잉곳 (11) 을 유지하는 모습을 모식적으로 나타내는 상면도이다.
이 잉곳 (11) 은, 예를 들어, 오리엔테이션 플랫 (13) 으로부터 잉곳 (11) 의 중심 C 를 향하는 방향 (결정 방위 [011]) 이 X 축 방향 및 Y 축 방향의 각각에 대해서 이루는 각이 45°가 되는 상태에서 유지 테이블 (4) 에 유지된다.
즉, 잉곳 (11) 은, 예를 들어, 결정 방위 [010] 이 X 축 방향과 평행이 되며, 또한, 결정 방위 [001] 이 Y 축 방향과 평행이 되는 상태에서 유지 테이블 (4) 에 유지된다. 이와 같이 잉곳 (11) 이 유지 테이블 (4) 에 유지되면, 제 1 가공 스텝 (S11) 이 실시된다.
도 8 은, 도 5 에 나타내는 제 1 가공 스텝 (S11) 의 일례를 모식적으로 나타내는 플로 차트이다. 이 제 1 가공 스텝 (S11) 에 있어서는, 먼저, 레이저 빔 (LB) 이 집광되는 집광점을 복수의 제 1 영역 (11d) 중 어느 것의 내측 또한 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 으로부터 제 1 깊이에 위치하게 한 상태에서, 집광점과 잉곳 (11) 을 X 축 방향 (결정 방위 [010]) 을 따라서 상대적으로 이동시킨다 (제 1 레이저 빔 조사 스텝 : S111).
도 9(A) 는, 도 8 에 나타내는 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 의 모습을 모식적으로 나타내는 상면도이고, 도 9(B) 는, 도 8 에 나타내는 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 의 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다. 또, 도 10 은, 도 8 에 나타내는 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 에 있어서 잉곳 (11) 의 내부에 형성되는 개질부와 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 에 있어서는, 예를 들어, 복수의 제 1 영역 (11d) 중 Y 축 방향 (결정 방위 [001]) 에 있어서의 일단에 위치하는 제 1 영역 (11d) 에 최초로 박리층을 형성한다. 구체적으로는, 먼저, 평면에서 보았을 때, 레이저 빔 조사 유닛 (6) 의 조사 헤드 (16) 에서 보았을 때 당해 제 1 영역 (11d) 이 X 축 방향에 위치되도록 조사 헤드 (16) 를 위치하게 한다.
이어서, 분기된 각 레이저 빔 (LB) 을 집광함으로써 형성되는 복수의 집광점이 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 으로부터 제 1 깊이에 대응하는 높이에 위치되도록 조사 헤드 (16) 를 승강시킨다.
이어서, 조사 헤드 (16) 로부터 유지 테이블 (4) 을 향하여 레이저 빔 (LB) 을 조사하면서, 평면에서 보았을 때, 잉곳 (11) 의 X 축 방향 (결정 방위 [010]) 에 있어서의 일단으로부터 타단까지를 통과하도록 조사 헤드 (16) 를 이동시킨다 (도 9(A) 및 도 9(B) 참조).
이과 같이 레이저 빔 (LB) 을 조사하면서 조사 헤드 (16) 가 이동하면, 복수의 집광점이 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 으로부터 제 1 깊이에 위치된 상태에서, X 축 방향 (결정 방위 [010]) 을 따라서 복수의 집광점과 잉곳 (11) 이 상대적으로 이동한다.
또한, 레이저 빔 (LB) 은, Y 축 방향 (결정 방위 [001]) 에 있어서 등간격으로 나열된 복수 (예를 들어, 5 개) 의 집광점을 형성하도록 분기되어 집광되고 있다 (도 10 참조). 이 때, 인접하는 1 쌍의 집광점의 간격은, 예를 들어, 5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하, 대표적으로는 10 ㎛ 가 되도록 설정되어 있다.
또, 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 나눔으로써 얻어지는 파워는 비교적 작고, 예를 들어, 0.1 W 이상 0.3 W 이하, 대표적으로는 0.2 W 가 되도록 설정되어 있다.
이로써, 잉곳 (11) 의 내부에 있어서는, 복수의 집광점의 각각을 중심으로 하여, 단결정 실리콘의 결정 구조가 흐트러진 개질부 (15a) 가 형성된다. 또, 잉곳 (11) 의 내부에 개질부 (15a) 가 형성되면, 잉곳 (11) 의 체적이 팽창하여 잉곳 (11) 에 내부 응력이 발생된다.
그리고, 잉곳 (11) 의 내부에 있어서는, 이 내부 응력을 완화시키도록 개질부 (15a) 로부터 크랙 (15b) 이 신전한다. 그 결과, 복수의 개질부 (15a) 와 복수의 개질부 (15a) 의 각각으로부터 진전하는 크랙 (15b) 을 포함하는 박리층 (15) 이 잉곳 (11) 의 내부에 형성된다.
또한, 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 에 있어서는, 잉곳 (11) 의 내부에 개질부 (15a) 가 형성되기는 하지만, 크랙 (15b) 이 개질부 (15a) 로부터 신전하지 않을 정도로 파워가 작은 레이저 빔 (LB) 이 조사되어도 된다. 즉, 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 에 있어서 형성되는 박리층 (15) 에는, 크랙 (15b) 이 포함되어 있지 않아도 된다.
그리고, 복수의 제 1 영역 (11d) 의 모두에 대한 레이저 빔 (LB) 의 조사가 완료되어 있지 않은 상황에 있어서는 (스텝 (S112) : NO), 집광점이 형성되는 위치와 잉곳 (11) 을 Y 축 방향 (결정 방위 [001]) 을 따라서 상대적으로 이동시킨다 (제 1 산출 이송 스텝 : S113).
이 제 1 산출 이송 스텝 (S113) 에 있어서는, 예를 들어, 이미 박리층 (15) 이 형성된 제 1 영역 (11d) 과 인접하는, 박리층 (15) 이 형성되어 있지 않은 제 1 영역 (11d) 에서 보았을 때, X 축 방향 (결정 방위 [010]) 으로 조사 헤드 (16) 가 위치되기까지, 조사 헤드 (16) 를 Y 축 방향 (결정 방위 [001]) 을 따라서 이동시킨다.
이어서, 상기 서술한 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 을 다시 실시한다. 이와 같이 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 이 2 회 실시되면, 도 11 에 나타내는 바와 같이 이미 형성된 박리층 (15) (박리층 (15-1) 과 평행이 되며, 또한, Y 축 방향 (결정 방위 [001]) 에 있어서 박리층 (15-1) 으로부터 이격된 박리층 (15) (박리층 (15-2)) 이 잉곳 (11) 의 내부에 형성된다.
또한, 잉곳 (11) 에 포함되는 복수의 제 1 영역 (11d) 의 모두에 박리층 (15) 이 형성되기까지, 제 1 산출 이송 스텝 (S113) 및 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 을 교대로 반복하여 실시한다. 그리고, 복수의 제 1 영역 (11d) 의 모두에 박리층 (15) 이 형성되면 (스텝 (S112) : YES), 제 2 가공 스텝 (S12) 이 실시된다.
도 12 는, 도 5 에 나타내는 제 2 가공 스텝 (S12) 의 일례를 모식적으로 나타내는 플로 차트이다. 이 제 2 가공 스텝 (S12) 에 있어서는, 먼저, 레이저 빔 (LB) 이 집광되는 집광점을 복수의 제 2 영역 (11e) 중 어느 것의 내측 또한 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 으로부터 제 2 깊이에 위치하게 한 상태에서, 집광점과 잉곳 (11) 을 X 축 방향 (결정 방위 [010]) 을 따라서 상대적으로 이동시킨다 (제 2 레이저 빔 조사 스텝 : S121).
또한, 제 2 깊이는, 상기한 제 1 깊이와는 상이한 깊이로서, 예를 들어, 제 1 깊이보다 깊다. 예를 들어, 제 1 깊이와 제 2 깊이의 차는, 0 ㎛ 초과 120 ㎛ 이하이다. 또, 이 차는, 복수의 제 1 영역 (11d) 및 복수의 제 2 영역 (11e) 이 형성되는 간격보다 짧아지도록 설정된다.
구체적으로는, 이 차는, 제 2 영역 (11e) 의 Y 축 방향에 있어서의 중심에 위치하는 X 축 방향을 따른 직선과, 이 제 2 영역 (11e) 에 인접하는 제 1 영역 (11d) 의 Y 축 방향에 있어서의 중심에 위치하는 X 축 방향을 따른 직선을 평면에서 보았을 때에 있어서의 간격보다 짧아지도록 설정된다.
즉, 양 직선을 통과하는 평면이 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 및 이면 (11b) 에 대해서 이루는 각이 45°이하가 되도록 제 1 깊이 및 제 2 깊이가 설정된다. 또한, 이 각은 40°이하인 것이 바람직하고, 35°이하인 것이 보다 바람직하며, 30°이하인 것이 가장 바람직하다.
또, 레이저 가공 장치 (2) 에 있어서는, 조사 헤드 (16) 의 Z 축 방향에 있어서의 위치를 변경함으로써, 레이저 빔 (LB) 이 집광되는 집광점을 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 으로부터 제 2 깊이에 위치하게 할 수 있다.
또, 제 2 레이저 빔 조사 스텝 (S121) 에 있어서는, 상기 서술한 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 과 동일하게, 조사 헤드 (16) 로부터 유지 테이블 (4) 을 향하여 레이저 빔 (LB) 을 조사하면서 X 축 방향 (결정 방위 [010]) 및 Y 축 방향 (결정 방위 [001]) 을 따라서 조사 헤드 (16) 를 이동시킨다.
이과 같이 레이저 빔 (LB) 을 조사하면서 조사 헤드 (16) 가 이동하면, 복수의 집광점이 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 으로부터 제 2 깊이에 위치된 상태에서, X 축 방향 (결정 방위 [010]) 을 따라서 복수의 집광점과 잉곳 (11) 이 상대적으로 이동한다.
또한, 제 2 레이저 빔 조사 스텝 (S121) 시에 복수의 집광점의 각각에 있어서 집광되는 레이저 빔 (LB) 의 파워는, 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 시에 복수의 집광점의 각각에 있어서 집광되는 레이저 빔 (LB) 의 파워보다 커지도록 조정된다.
예를 들어, 제 2 레이저 빔 조사 스텝 (S121) 에 있어서는, 복수의 집광점의 각각에 있어서 집광되는 레이저 빔 (LB) 의 파워가, 예를 들어, 0.3 W 초과 0.6 W 이하로 되도록 설정된다.
이로써, 잉곳 (11) 의 내부에 있어서는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 복수의 집광점의 각각을 중심으로 하여, 단결정 실리콘의 결정 구조가 흐트러진 개질부 (15c) 가 형성된다. 또한, 제 2 레이저 빔 조사 스텝 (S121) 에 있어서는 복수의 집광점의 각각에 있어서 집광되는 레이저 빔 (LB) 의 파워가 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 보다 커지기 때문에, 개질부 (15c) 의 사이즈도 개질부 (15a) 보다 커진다.
또, 개질부 (15c) 의 형성에 수반하는 잉곳 (11) 의 체적 팽창도 개질부 (15a) 의 형성에 수반하는 체적 팽창보다 커지기 때문에, 제 2 레이저 빔 조사 스텝 (S121) 에 있어서는 제 1 레이저 빔 조사 스텝 (S111) 보다 큰 내부 응력이 잉곳 (11) 에 발생된다.
그리고, 잉곳 (11) 의 내부에 있어서는, 이 내부 응력을 완화시키도록 개질부 (15c) 로부터 크랙 (15b) 보다 큰 크랙 (15d) 이 신전한다. 또, 잉곳 (11) 의 내부에 있어서 발생되는 크랙 (15d) 은, 잉곳 (11) 에 있어서 내부 응력이 발생되어 있는 지점을 향하여 신전하기 쉽다.
그 때문에, 개질부 (15c) 로부터 신전하는 크랙 (15d) 은, 이미 형성된 박리층 (15) (박리층 (15-1, 15-2) 에 포함되는 개질부 (15a) 및/또는 크랙 (15b) 을 향하여 신전하기 쉽다. 그 결과, 복수의 개질부 (15c) 와 복수의 개질부 (15c) 의 각각으로부터 진전하는 크랙 (15d) 을 포함하는 박리층 (15) (박리층 (15-3) 이 잉곳 (11) 의 내부에 형성된다.
그리고, 복수의 제 2 영역 (11e) 의 모두에 대한 레이저 빔 (LB) 의 조사가 완료되어 있지 않은 상황에 있어서는 (스텝 (S122) : NO), 집광점이 형성되는 위치와 잉곳 (11) 을 Y 축 방향 (결정 방위 [001]) 을 따라서 상대적으로 이동시킨다 (제 2 산출 이송 스텝 : S123).
이 제 2 산출 이송 스텝 (S123) 에 있어서는, 예를 들어, 이미 박리층 (15) 이 형성된 제 2 영역 (11e) 과 인접하는, 박리층 (15) 이 형성되어 있지 않은 제 2 영역 (11e) 에서 보았을 때, X 축 방향 (결정 방위 [010]) 에 조사 헤드 (16) 가 위치되기까지, 조사 헤드 (16) 를 Y 축 방향 (결정 방위 [001]) 을 따라서 이동시킨다.
이어서, 상기 서술한 제 2 레이저 빔 조사 스텝 (S121) 을 다시 실시한다. 또한, 잉곳 (11) 에 포함되는 복수의 제 2 영역 (11e) 의 모두에 박리층 (15) 이 형성되기까지, 제 2 산출 이송 스텝 (S123) 및 제 2 레이저 빔 조사 스텝 (S121) 을 교대로 반복하여 실시한다.
그리고, 복수의 제 2 영역 (11e) 의 모두에 박리층 (15) 이 형성되면 (스텝 (S122) : YES), 잉곳 (11) 의 내부의 전역에 박리층 (15) 이 형성되어 도 3 에 나타내는 박리층 형성 스텝 (S1) 이 완료된다.
여기에서, 이 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이 제 1 깊이 및 제 2 깊이가 설정되어 있기 때문에, 잉곳 (11) 의 내부에 형성되는 박리층 (15) 의 두께를 얇게 할 수 있다. 이하, 이 점에 대해서 설명한다.
먼저, 잉곳 (11) 의 내부의 전역에 박리층 (15) 을 형성하는 방법은, 상기 서술한 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 박리층 (15) 은, 상기 서술한 제 1 가공 스텝 (S11) 을 실시하지 않고, 제 2 가공 스텝 (S12) 만을 실시하는 것에 의해서도 잉곳 (11) 의 내부의 전역에 형성될 수 있다. 단, 이 경우에는, 제 2 가공 스텝 (S12) 시에 신전하는 크랙 (15d) 의 잉곳 (11) 의 두께 방향을 따른 성분이 커질 우려가 있다.
한편, 제 2 가공 스텝 (S12) 에 앞서 제 1 가공 스텝 (S11) 이 실시되며, 또한, 상기 서술한 바와 같이 제 1 깊이 및 제 2 깊이가 설정되는 경우에는, 크랙 (15d) 의 잉곳 (11) 의 두께 방향을 따른 성분보다 당해 두께 방향과 직교하는 성분이 커지기 쉽다. 그 결과, 상기 서술한 바와 같이 제 1 깊이 및 제 2 깊이가 설정되는 경우에는, 잉곳 (11) 의 내부에 형성되는 박리층 (15) 의 두께가 비교적 얇아진다.
그리고, 도 3 에 나타내는 박리층 형성 스텝 (S1) 이 완료되면, 박리층 (15) 을 기점으로 하여 잉곳 (11) 으로부터 기판을 분리한다 (분리 스텝 : S2). 도 14(A) 및 도 14(B) 의 각각은, 도 3 에 나타내는 분리 스텝 (S2) 의 일례의 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다. 이 분리 스텝 (S2) 은, 예를 들어, 도 14(A) 및 도 14(B) 에 나타내는 분리 장치 (18) 에 있어서 실시된다.
이 분리 장치 (18) 는, 박리층 (15) 이 형성된 잉곳 (11) 을 유지하는 유지 테이블 (20) 을 갖는다. 이 유지 테이블 (20) 은, 원상의 상면 (유지면) 을 갖고, 이 유지면에 있어서는 포러스판 (도시 생략) 이 노출되어 있다.
또한, 이 포러스판은, 유지 테이블 (20) 의 내부에 형성된 유로 등을 개재하여 진공 펌프 등의 흡인원 (도시 생략) 과 연통되어 있다. 그리고, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블 (20) 의 유지면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이로써, 예를 들어, 유지면에 놓여진 잉곳 (11) 을 유지 테이블 (20) 에 의해서 유지할 수 있다.
또, 유지 테이블 (20) 의 상방에는, 분리 유닛 (22) 이 형성되어 있다. 이 분리 유닛 (22) 은, 원주상의 지지 부재 (24) 를 갖는다. 이 지지 부재 (24) 의 상부에는, 예를 들어, 볼 나사식의 승강 기구 (도시 생략) 및 모터 등의 회전 구동원이 연결되어 있다.
그리고, 이 승강 기구를 동작시킴으로써 분리 유닛 (22) 이 승강한다. 또, 이 회전 구동원을 동작시킴으로써, 지지 부재 (24) 의 중심을 통과하며, 또한, 유지 테이블 (20) 의 유지면에 수직인 방향을 따른 직선을 회전축으로 하여 지지 부재 (24) 가 회전한다.
또, 지지 부재 (24) 의 하단부는, 원반상의 기대 (26) 의 상부의 중앙에 고정되어 있다. 그리고, 기대 (26) 의 외주 영역의 하측에는, 기대 (26) 의 둘레 방향을 따라서 대체로 등간격으로 복수의 가동 부재 (28) 가 형성되어 있다. 이 가동 부재 (28) 는, 기대 (26) 의 하면으로부터 하방을 향하여 연장되는 판상의 직립부 (28a) 를 갖는다.
이 직립부 (28a) 의 상단부는 기대 (26) 에 내장된 에어 실린더 등의 액추에이터에 연결되어 있고, 이 액추에이터를 동작시킴으로써 가동 부재 (28) 가 기대 (26) 의 직경 방향을 따라서 이동한다. 또, 이 직립부 (28a) 의 하단부의 내측면에는, 기대 (26) 의 중심을 향하여 연장되며, 또한, 선단에 가까워질수록 두께가 얇아지는 판상의 쐐기부 (28b) 가 형성되어 있다.
분리 장치 (18) 에 있어서는, 예를 들어, 아래의 순서로 분리 스텝 (S2) 이 실시된다. 구체적으로는, 먼저, 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 놓는다.
이어서, 잉곳 (11) 이 유지 테이블 (20) 에 의해서 유지되도록, 이 유지면에 있어서 노출되는 포러스판과 연통하는 흡인원을 동작시킨다. 이어서, 복수의 가동 부재 (28) 의 각각을 기대 (26) 의 직경 방향 외측에 위치하게 하도록 액추에이터를 동작시킨다.
이어서, 복수의 가동 부재 (28) 의 각각의 쐐기부 (28b) 의 선단을 잉곳 (11) 의 내부에 형성된 박리층 (15) 에 대응하는 높이에 위치하게 하도록 승강 기구를 동작시킨다. 이어서, 쐐기부 (28b) 가 잉곳 (11) 의 측면 (11c) 에 박히도록 액추에이터를 동작시킨다 (도 14(A) 참조).
이어서, 잉곳 (11) 의 측면 (11c) 에 박힌 쐐기부 (28b) 가 회전하도록 회전 구동원을 동작시킨다. 이어서, 쐐기부 (28b) 를 상승시키도록 승강 기구를 동작시킨다 (도 14(B) 참조).
이상과 같이 쐐기부 (28b) 를 잉곳 (11) 의 측면 (11c) 에 박음과 함께 회전시킨 후, 쐐기부 (28b) 를 상승시킴으로써, 박리층 (15) 에 포함되는 크랙 (15b, 15d) 이 더욱 신전한다. 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.
또한, 쐐기부 (28b) 를 잉곳 (11) 의 측면 (11c) 에 박은 시점에서 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 측과 이면 (11b) 측이 분리되는 경우에는, 쐐기부 (28b) 를 회전시키지 않아도 된다. 또, 액추에이터와 회전 구동원을 동시에 동작시켜, 잉곳 (11) 의 측면 (11c) 에 회전하는 쐐기부 (28b) 를 박아도 된다.
상기 서술한 단결정 실리콘 기판의 제조 방법에 있어서는, 복수의 제 1 영역 (11d) 에 개질부 (15a) 를 형성하기 위한 제 1 가공 스텝 (S11) 을 실시하고 나서, 복수의 제 2 영역 (11e) 에 개질부 (15c) 및 크랙 (15d) 을 형성하기 위한 제 2 가공 스텝 (S12) 을 실시한다.
여기에서, 제 1 가공 스텝 (S11) 에 있어서 개질부 (15a) 가 형성되면, 잉곳 (11) 의 체적이 팽창하여 잉곳 (11) 에 내부 응력이 발생된다. 또, 제 2 가공 스텝 (S12) 에 있어서 형성되는 크랙 (15d) 은, 내부 응력이 발생되어 있는 지점을 향하여 신전하기 쉽다.
그 때문에, 제 2 가공 스텝 (S12) 에 있어서 형성되는 크랙은, 제 1 가공 스텝 (S11) 에 있어서 형성된 개질부 (15a) 를 향하여 신전하기 쉽다. 이로써, 이 방법에 있어서는, 제 2 가공 스텝 (S12) 에 있어서 크랙 (15d) 이 신전하기 쉬운 방향을 임의로 설정할 수 있다.
이 경우, 잉곳 (11) 의 내부에 형성되는 박리층 (15) 을 얇게 하는 것이 용이해진다. 그리고, 박리층 (15) 이 얇아지면, 잉곳 (11) 으로부터의 기판 (17) 의 잘라냄 및 기판 (17) 의 평탄화시에 폐기되는 잉곳의 소재량이 저감된다. 그 결과, 이 방법에 있어서는, 레이저 빔 (LB) 을 이용하여 잉곳 (11) 으로부터 기판 (17) 을 제조할 때의 기판 (17) 의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 방법에 있어서는, 결정면 (100) 이 표면 (11a) 및 이면 (11b) 의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지는 잉곳 (11) 에 결정 방위 [010] 를 따라서 레이저 빔 (LB) 을 조사한다.
여기에서, 결정 방위 [010] 은, 결정 방위 ＜110＞ 에 포함되는 특정한 결정 방위 (예를 들어, 결정 방위 [011]) 에 대해서 이루는 각이 큰 (예를 들어, 45°가 되는) 방향이다. 그 때문에, 이 방법에 있어서는, 레이저 빔 (LB) 의 조사에 의해서 잉곳 (11) 의 내부에 형성되는 개질부 (15a, 15c) 로부터 결정면｛111｝에 포함되는 특정한 결정면 (예를 들어, 하기 (2) 에 나타내는 결정면) 을 따라서 신전하는 크랙이 잘 발생되지 않는다.
또, 이 방법에 있어서는, 레이저 빔 (LB) 의 조사에 의해서 잉곳 (11) 의 내부에 형성되는 개질부 (15a, 15c) 로부터 결정면｛110｝에 포함되는 특정한 결정면 중 결정 방위 [010] 에 평행한 결정면 (구체적으로는, 하기 (3) 에 나타내는 결정면) 을 따라서 신전하는 크랙이 많이 발생된다.
그리고, 결정면 (100) 에 대해서 결정면｛111｝에 포함되는 특정한 결정면이 이루는 각은 54.7°정도인 것에 비해서, 결정면 (100) 에 대해서 결정면｛110｝에 포함되는 특정한 결정면 중 결정 방위 [010] 에 평행한 결정면 (예를 들어, 결정면 (101)) 이 이루는 각은 45°이다.
그 때문에, 이 방법에 있어서는, 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 및 이면 (11b) 에 평행한 방향을 따른 성분보다 그 두께 방향을 따른 성분이 큰 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
이 경우, 잉곳 (11) 의 내부에 형성되는 박리층 (15) 의 두께화가 억제되고, 잉곳 (11) 으로부터의 기판 (17) 의 잘라냄 및 기판 (17) 의 평탄화시에 폐기되는 잉곳 (11) 및 기판 (17) 의 소재량이 저감된다. 그 결과, 이 방법에 있어서는, 레이저 빔 (LB) 을 이용하여 잉곳 (11) 으로부터 기판 (17) 을 제조할 때의 기판 (17) 의 생산성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 상기 서술한 단결정 실리콘 기판의 제조 방법은 본 발명의 일 양태로서, 본 발명은 상기 서술한 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 있어서 기판을 제조하기 위해서 이용되는 잉곳은, 도 1 및 도 2 등에 나타내는 잉곳 (11) 에 한정되지 않는다.
구체적으로는, 본 발명에 있어서는, 측면에 노치가 형성된 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 된다. 혹은, 본 발명에 있어서는, 측면에 오리엔테이션 플랫 및 노치의 모두가 형성되어 있지 않은 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 된다.
또, 본 발명에 있어서 사용되는 레이저 가공 장치의 구조는, 상기 서술한 레이저 가공 장치 (2) 의 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은, 유지 테이블 (4) 을 X 축 방향, Y 축 방향 및/또는 Z 축 방향의 각각을 따라서 이동시키는 이동 기구가 형성되어 있는 레이저 가공 장치를 사용하여 실시되어도 된다.
혹은, 본 발명은, 조사 헤드 (16) 로부터 조사되는 레이저 빔 (LB) 의 방향을 변경하는 것이 가능한 주사 광학계가 레이저 빔 조사 유닛 (6) 에 형성되어 있는 레이저 가공 장치를 사용하여 실시되어도 된다. 또한, 이 주사 광학계는, 예를 들어, 갈바노 스캐너, 음향 광학 소자 (AOD) 및/또는 폴리곤 미러 등을 포함한다.
즉, 본 발명에 있어서는, 유지 테이블 (4) 에 의해서 유지된 잉곳 (11) 과 조사 헤드 (16) 로부터 조사되는 레이저 빔 (LB) 의 집광점이 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 각각을 따라서 상대적으로 이동할 수 있으면 되고, 그것을 위한 구조에 한정은 없다.
또, 본 발명의 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서 레이저 빔 (LB) 이 조사되는 잉곳 (11) 에 포함되는 복수의 제 1 영역 및 복수의 제 2 영역은, 결정 방위 [010] 을 따른 영역에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 있어서는, 결정 방위 [001] 을 따른 영역에 레이저 빔 (LB) 이 조사되어도 된다.
또한, 이와 같이 잉곳 (11) 에 레이저 빔 (LB) 이 조사되는 경우에는, 하기 (4) 에 나타내는 결정면에 있어서 크랙이 신전하기 쉬워진다.
또한, 본 발명에 있어서는, 평면에서 보았을 때, 결정 방위 [010] 또는 결정 방위 [001] 로부터 미미하게 경사진 방향을 따른 영역에 레이저 빔 (LB) 이 조사되어도 된다. 이 점에 대해서, 도 15 를 참조하여 설명한다.
도 15 는, 각각이 상이한 결정 방위를 따른 영역에 레이저 빔 (LB) 을 조사했을 때에 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물의 내부에 형성되는 박리층의 폭을 나타내는 그래프이다. 또한, 이 그래프의 가로축은, 평면에서 보았을 때, 결정 방위 [011] 과 직교하는 영역 (기준 영역) 이 연장되는 방향과, 측정 대상이 되는 영역 (측정 영역) 이 연장되는 방향이 이루는 각의 각도를 나타내고 있다.
즉, 이 그래프의 가로축의 값이 45°가 되는 경우, 결정 방위 [001] 을 따른 영역이 측정 대상이 된다. 마찬가지로, 이 그래프의 가로축의 값이 135°가 되는 경우, 결정 방위 [010] 을 따른 영역이 측정 대상이 된다.
또, 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 15 에 나타내는 바와 같이, 박리층의 폭은, 기준 영역이 연장되는 방향과 측정 영역이 연장되는 방향이 이루는 각의 각도가 40°이상 50°이하 또는 130°이상 140°이하일 때에 넓어진다. 즉, 박리층의 폭은, 결정 방위 [001] 또는 결정 방위 [010] 뿐만 아니라, 이들 결정 방위에 대해서 이루는 각이 5°이하인 방향을 따른 영역에 레이저 빔 (LB) 을 조사했을 때에 넓어진다.
그 때문에, 본 발명의 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서는, 평면에서 보았을 때, 결정 방위 [001] 또는 결정 방위 [010] 으로부터 5°이하 경사진 방향을 따른 영역에 레이저 빔 (LB) 이 조사되어도 된다.
즉, 본 발명의 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서는, 결정면｛100｝에 포함되는 특정한 결정면 중 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 및 이면 (11b) 의 각각에 노출되는 결정면 (여기에서는, 결정면 (100)) 과 평행하며, 또한, 결정 방위 ＜100＞ 에 포함되는 특정한 결정 방위 (여기에서는, 결정 방위 [001] 또는 결정 방위 [010]) 에 대해서 이루는 각이 5°이하인 방향 (제 1 방향) 을 따른 영역에 레이저 빔 (LB) 이 조사되어도 된다.
또, 본 발명에 있어서는, 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서 잉곳 (11) 의 내부의 전역에 박리층 (15) 을 형성하는 것은 불가결한 특징은 아니다. 예를 들어, 분리 스텝 (S2) 에 있어서 잉곳 (11) 의 측면 (11c) 근방의 영역으로 크랙 (15b, 15d) 이 신전하는 경우에는, 박리층 형성 스텝 (S1) 에 있어서 잉곳 (11) 의 측면 (11c) 근방의 영역의 일부 또는 전부에 박리층 (15) 이 형성되지 않아도 된다.
또, 본 발명에 있어서는, 제 2 레이저 빔 조사 스텝 (S121) 에 있어서 레이저 빔 (LB) 이 집광되는 집광점을 제 1 깊이보다 얕은 제 2 깊이에 위치하게 한 상태에서, 집광점과 잉곳 (11) 을 상대적으로 이동시켜도 된다.
또, 본 발명의 분리 스텝 (S2) 은, 도 14(A) 및 도 14(B) 에 나타내는 분리 장치 (18) 이외의 장치를 사용하여 실시되어도 된다. 예를 들어, 본 발명의 분리 스텝 (S2) 에 있어서는, 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 측을 흡인함으로써, 잉곳 (11) 으로부터 기판 (17) 이 분리되어도 된다.
도 16(A) 및 도 16(B) 의 각각은, 이와 같이 실시되는 분리 스텝 (S2) 의 모습을 모식적으로 나타내는 일부 단면 측면도이다. 도 16(A) 및 도 16(B) 에 나타내는 분리 장치 (30) 는, 박리층 (15) 이 형성된 잉곳 (11) 을 유지하는 유지 테이블 (32) 을 갖는다.
이 유지 테이블 (32) 은, 원상의 상면 (유지면) 을 갖고, 이 유지면에 있어서는 포러스판 (도시 생략) 이 노출되어 있다. 또한, 이 포러스판은, 유지 테이블 (32) 의 내부에 형성된 유로 등을 개재하여 진공 펌프 등의 흡인원 (도시 생략) 과 연통되어 있다.
그 때문에, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블 (32) 의 유지면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이로써, 예를 들어, 유지면에 놓여진 잉곳 (11) 을 유지 테이블 (32) 에 의해서 유지할 수 있다.
또, 유지 테이블 (32) 의 상방에는, 분리 유닛 (34) 이 형성되어 있다. 이 분리 유닛 (34) 은, 원주상의 지지 부재 (36) 를 갖는다. 이 지지 부재 (36) 의 상부에는, 예를 들어, 볼 나사식의 승강 기구 (도시 생략) 가 연결되어 있고, 이 승강 기구를 동작시킴으로써 분리 유닛 (34) 이 승강한다.
또, 지지 부재 (36) 의 하단부는, 원반상의 흡인판 (38) 의 상부의 중앙에 고정되어 있다. 그리고, 흡인판 (38) 의 하면에는 복수의 흡인구가 형성되어 있고, 복수의 흡인구의 각각은 흡인판 (38) 의 내부에 형성된 유로 등을 개재하여 진공 펌프 등의 흡인원 (도시 생략) 에 연통되어 있다.
그 때문에, 이 흡인원이 동작하면, 흡인판 (38) 의 하면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이로써, 예를 들어, 흡인판 (38) 의 하면에 근접하는 잉곳 (11) 을 상방으로 잡아당기도록 흡인할 수 있다.
분리 장치 (30) 에 있어서는, 예를 들어, 이하의 순서로 분리 스텝 (S2) 이 실시된다. 구체적으로는, 먼저, 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 놓는다.
이어서, 잉곳 (11) 이 유지 테이블 (32) 에 의해서 유지되도록, 이 유지면에 있어서 노출되는 포러스판과 연통하는 흡인원을 동작시킨다. 이어서, 흡인판 (38) 의 하면을 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 에 접촉시키도록, 승강 기구를 동작시켜 분리 유닛 (34) 을 하강시킨다.
이어서, 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 측이 흡인판 (38) 에 형성되어 있는 복수의 흡인구를 개재하여 흡인되도록, 복수의 흡인구와 연통하는 흡인원을 동작시킨다 (도 16(A) 참조). 이어서, 흡인판 (38) 을 유지 테이블 (32) 로부터 이격시키도록, 승강 기구를 동작시켜 분리 유닛 (34) 을 상승시킨다 (도 16(B) 참조).
이 때, 표면 (11a) 측이 흡인판 (38) 에 형성되어 있는 복수의 흡인구를 개재하여 흡인되어 있는 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 측에 상향의 힘이 작용한다. 그 결과, 박리층 (15) 에 포함되는 크랙 (15b, 15d) 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.
또, 본 발명의 분리 스텝 (S2) 에 있어서는, 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 측과 이면 (11b) 측의 분리에 앞서, 이 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 측에 초음파를 부여해도 된다. 이 경우, 박리층 (15) 에 포함되는 크랙 (15b, 15d) 이 더욱 신전하기 때문에, 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 측과 이면 (11b) 측의 분리가 용이해진다.
또, 본 발명에 있어서는, 박리층 형성 스텝 (S1) 에 앞서, 잉곳 (11) 의 표면 (11a) 이 연삭 또는 연마에 의해서 평탄화되어도 된다 (평탄화 스텝). 예를 들어, 이 평탄화는, 잉곳 (11) 으로부터 복수 장의 기판을 제조할 때에 실시되어도 된다.
구체적으로는, 잉곳 (11) 이 박리층 (15) 에 있어서 분리되어 기판 (17) 이 제조되면, 새롭게 노출되는 잉곳 (11) 의 표면에는, 박리층 (15) 에 포함되는 개질부 (15a, 15c) 및 크랙 (15b, 15d) 의 분포를 반영한 요철이 형성된다. 그 때문에, 이 잉곳 (11) 으로부터 새로운 기판을 제조할 경우에는, 박리층 형성 스텝 (S1) 에 앞서, 잉곳 (11) 의 표면을 평탄화하는 것이 바람직하다.
이로써, 박리층 형성 스텝 (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 의해서 평탄화되어도 된다.
또, 본 발명에 있어서는, 결정면｛100｝에 포함되는 특정한 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지는 베어 웨이퍼를 피가공물로 하여 기판을 제조해도 된다.
또한, 이 베어 웨이퍼는, 예를 들어, 제조되는 기판의 2 배 이상 5 배 이하의 두께를 갖는다. 또, 이 베어 웨이퍼는, 예를 들어, 상기 서술한 방법과 동일한 방법에 의해서 잉곳 (11) 으로부터 분리됨으로써 제조된다. 이 경우, 기판은, 상기 서술한 방법을 2 회 반복함으로써 제조된다고 표현할 수도 있다.
또, 본 발명에 있어서는, 이 베어 웨이퍼의 일면에 반도체 디바이스를 형성함으로써 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 측부터 디바이스 웨이퍼에 조사되는 것이 바람직하다.
그 밖에, 상기 서술한 실시형태에 관련된 구조 및 방법 등은, 본 발명의 목적으로 하는 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)
(11d : 제 1 영역, 11e : 제 2 영역)
12 : 분기 유닛
13 : 오리엔테이션 플랫
14 : 미러
15 : 박리층 (15a : 개질부, 15b : 크랙)
(15c : 개질부, 15d : 크랙)
15-1 : 박리층
15-2 : 박리층
15-3 : 박리층
16 : 조사 헤드
17 : 기판
18 : 분리 장치
20 : 유지 테이블
22 : 분리 유닛
24 : 지지 부재
26 : 기대
28 : 가동 부재 (28a : 직립부, 28b : 쐐기부)
30 : 분리 장치
32 : 유지 테이블
34 : 분리 유닛
36 : 지지 부재
38 : 흡인판

Claims (3)

  1. 결정면｛100｝에 포함되는 특정한 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘으로 이루어지는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법으로서,
    그 피가공물의 내부에 개질부와 그 개질부로부터 신전하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성하는 박리층 형성 스텝과,
    그 박리층 형성 스텝을 실시한 후에, 그 박리층을 기점으로 하여 그 피가공물로부터 그 기판을 분리하는 분리 스텝을 구비하고,
    그 박리층 형성 스텝은,
    각각이 그 특정한 결정면에 평행하며, 또한, 결정 방위 ＜100＞ 에 포함되는 특정한 결정 방위에 대해서 이루는 각이 5°이하가 되는 제 1 방향을 따라서 연장됨과 함께, 그 특정한 결정면에 평행하고, 또한, 그 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 있어서 서로 이격되는 복수의 제 1 영역에 그 개질부를 형성하기 위한 제 1 가공 스텝과,
    그 제 1 가공 스텝을 실시한 후에, 각각이 그 제 1 방향을 따라서 연장됨과 함께, 그 제 2 방향에 있어서 서로 이격되는 복수의 제 2 영역에 그 개질부 및 그 크랙을 형성하기 위한 제 2 가공 스텝을 갖고,
    그 복수의 제 1 영역 중 인접하는 1 쌍의 제 1 영역 사이에는, 그 복수의 제 2 영역 중 어느 것이 위치하게 되고,
    그 복수의 제 2 영역 중 인접하는 1 쌍의 제 2 영역 사이에는, 그 복수의 제 1 영역 중 어느 것이 위치하게 되고,
    그 제 1 가공 스텝은,
    그 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔이 집광되는 집광점을 그 복수의 제 1 영역 중 어느 것의 내측 또한 그 피가공물의 그 표면으로부터 제 1 깊이에 위치하게 한 상태에서, 그 집광점과 그 피가공물을 그 제 1 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 제 1 레이저 빔 조사 스텝과,
    그 집광점이 형성되는 위치와 그 피가공물을 그 제 2 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 제 1 산출 이송 스텝
    을 교대로 반복함으로써 실시되고,
    그 제 2 가공 스텝은,
    그 집광점을 그 복수의 제 2 영역 중 어느 것의 내측 또한 그 피가공물의 그 표면으로부터 그 제 1 깊이와 상이한 제 2 깊이에 위치하게 한 상태에서, 그 집광점과 그 피가공물을 그 제 1 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 제 2 레이저 빔 조사 스텝과,
    그 집광점이 형성되는 위치와 그 피가공물을 그 제 2 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 제 2 산출 이송 스텝
    을 교대로 반복함으로써 실시되고,
    그 제 2 레이저 빔 조사 스텝시에 그 집광점에 있어서 집광되는 그 레이저 빔의 파워는, 그 제 1 레이저 빔 조사 스텝시에 그 집광점에 있어서 집광되는 그 레이저 빔의 파워보다 큰, 단결정 실리콘 기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 제 2 깊이는, 그 제 1 깊이보다 깊은, 단결정 실리콘 기판의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    그 인접하는 1 쌍의 제 1 영역 사이에 위치되는 제 2 영역의 중심을 통과하는 그 제 1 방향을 따른 제 1 직선과, 그 인접하는 1 쌍의 제 1 영역의 일방의 중심을 통과하는 그 제 1 방향을 따른 제 2 직선을 통과하는 제 1 평면이 그 피가공물의 그 표면 및 그 이면에 대해서 이루는 각은 45°이하이고,
    그 제 1 직선과, 그 인접하는 1 쌍의 제 1 영역의 타방의 중심을 통과하는 그 제 1 방향을 따른 제 3 직선을 통과하는 제 2 평면이 그 피가공물의 그 표면 및 그 이면에 대해서 이루는 각은 45°이하인, 단결정 실리콘 기판의 제조 방법.
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