KR20230167308A - 단결정 실리콘 기판의 제조 방법 - Google Patents

단결정 실리콘 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스루풋을 향상시키는 것이 가능한 단결정 실리콘 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
각각이 미리 정해진 방향을 따라 연장되는 복수의 영역에 포함되는 적어도 2개의 영역에 대한 레이저 빔의 조사와, 레이저 빔이 조사되는 영역의 변경을 교대로 반복함으로써, 피가공물의 표면으로부터 미리 정해진 깊이에 위치하는 복수의 개질부와 복수의 개질부의 각각으로부터 신장하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성한다. 즉, 피가공물에 박리층을 형성하기 위한 레이저 빔의 조사가 적어도 2개의 영역에 대해 동시에 행해진다. 이에 의해, 복수의 영역의 각각에 대해 레이저 빔의 조사가 순서대로 행해지는 경우와 비교하여, 스루풋을 향상시키는 것이 가능하다.

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 실리콘을 포함하는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 칩은, 일반적으로, 원반형의 단결정 실리콘 기판(이하, 간단히 「기판」이라고도 함)을 이용하여 제조된다. 이 기판은, 예컨대, 와이어 소(wire saw)를 이용하여 원기둥형의 단결정 실리콘을 포함하는 잉곳(이하, 간단히 「잉곳」이라고도 함)으로부터 잘라내어진다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
단, 잉곳으로부터 와이어 소를 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 휘어짐이 발생한다). 그 때문에, 이 기판에서는, 그 표면에 대해 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 잘라냄 및 기판의 평탄화 시에 폐기된다. 그 때문에, 이와 같이 와이어 소를 이용하여 기판을 제조하는 경우에는 생산성이 낮아진다.
이 점을 감안하여, 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔을 이용하여 잉곳의 내부에 개질부와 개질부로부터 신장하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성한 후, 이 박리층을 기점으로 하여 잉곳으로부터 기판을 분리하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조). 이에 의해, 잉곳으로부터 와이어 소를 이용하여 기판을 제조하는 경우와 비교하여 기판의 생산성을 향상시킬 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제9-262826호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2022-25566호 공보
전술한 방법에서는, 각각이 미리 정해진 방향을 따라 연장되는 복수의 영역 중 어느 하나에 대한 레이저 빔의 조사와, 레이저 빔이 조사되는 영역의 변경을 교대로 반복함으로써, 잉곳의 표면으로부터 미리 정해진 깊이에 위치하는 복수의 개질부와 복수의 개질부의 각각으로부터 신장하는 크랙을 포함하는 박리층이 형성된다.
이 경우, 잉곳으로부터 기판을 제조하기 위해서 필요한 시간이 길어지는, 즉, 스루풋이 저하될 우려가 있다. 이 점을 감안하여, 본 발명의 목적은, 스루풋을 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 실리콘을 포함하는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법으로서, 상기 피가공물에 포함되는 복수의 영역의 각각에 복수의 개질부와 상기 복수의 개질부의 각각으로부터 신장하는 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 복수의 영역의 각각은, 제1 방향을 따라 연장되며, 상기 제1 방향은, 상기 특정한 결정면에 평행하고, 또한, 결정 방위 <100>에 포함되는 특정한 결정 방위에 대해 이루는 각이 5° 이하가 되는 방향이고, 상기 복수의 영역은, 제2 방향에 있어서 미리 정해진 중심 간격으로 형성되며, 상기 제2 방향은, 상기 특정한 결정면에 평행하고, 또한, 상기 제1 방향과 직교하는 방향이고, 상기 미리 정해진 중심 간격은, 100 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하이며, 상기 박리층 형성 단계는, 상기 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔이 각각에 있어서 집광되고, 또한, 상기 제2 방향을 따라 늘어서도록 형성되는 복수의 집광점을, 상기 피가공물의 상기 표면으로부터 미리 정해진 깊이, 또한, 상기 복수의 영역 중 적어도 2개의 영역의 각각의 내부에 위치시킨 상태에서, 상기 피가공물과 상기 복수의 집광점을 상기 제1 방향을 따라 상대적으로 이동시키는 레이저 빔 조사 단계와, 상기 복수의 집광점이 형성되는 위치를 상기 적어도 2개의 영역의 각각의 내부로부터 상기 복수의 영역 중 상기 적어도 2개의 영역과는 상이한 다른 적어도 2개의 영역의 각각의 내부로 변경하는 인덱싱 이송 단계를 교대로 반복함으로써 실시되는, 단결정 실리콘 기판의 제조 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 적어도 2개의 영역의 각각의 내부에 있어서 형성되는 상기 복수의 집광점 중 인접하는 한 쌍의 집광점의 간격은, 상기 미리 정해진 중심 간격보다 작다.
본 발명에서는, 각각이 미리 정해진 방향을 따라 연장되는 복수의 영역에 포함되는 적어도 2개의 영역에 대한 레이저 빔의 조사와, 레이저 빔이 조사되는 적어도 2개의 영역의 변경을 교대로 반복함으로써, 피가공물의 표면으로부터 미리 정해진 깊이에 위치하는 복수의 개질부와 복수의 개질부의 각각으로부터 신장하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성한다.
즉, 본 발명에서는, 피가공물에 박리층을 형성하기 위한 레이저 빔의 조사가 적어도 2개의 영역에 대해 동시에 행해진다. 이에 의해, 본 발명에서는, 복수의 영역의 각각에 대해 레이저 빔의 조사가 순서대로 행해지는 경우와 비교하여, 스루풋을 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은 기판의 제조에 이용되는 잉곳의 일례를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잉곳을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 3은 피가공물이 되는 잉곳으로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법의 일례를 모식적으로 도시한 흐름도이다.
도 4는 잉곳에 포함되는 복수의 영역을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 5는 잉곳에 포함되는 복수의 영역의 각각에 박리층을 형성할 때에 이용되는 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6은 레이저 가공 장치의 유지 테이블에 의해 잉곳을 유지하는 모습을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 박리층 형성 단계의 일례를 모식적으로 도시한 흐름도이다.
도 8의 (A)는 레이저 빔 조사 단계의 일례의 모습을 모식적으로 도시한 상면도이고, 도 8의 (B)는 레이저 빔 조사 단계의 일례의 모습을 모식적으로 도시한 일부 단면 측면도이다.
도 9는 레이저 빔 조사 단계에서 잉곳의 내부에 형성되는 박리층을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 10의 (A) 및 도 10의 (B)의 각각은, 도 3에 도시된 분리 단계의 일례의 모습을 모식적으로 도시한 일부 단면 측면도이다.
도 11은 잉곳에 포함되는 복수의 영역의 각각에 박리층을 형성할 때에 이용되는 레이저 가공 장치의 다른 예를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 12는 각각이 상이한 결정 방위를 따른 영역에 레이저 빔을 조사했을 때에 단결정 실리콘을 포함하는 피가공물의 내부에 형성되는 박리층의 폭을 도시한 그래프이다.
도 13의 (A) 및 도 13의 (B)의 각각은, 도 3에 도시된 분리 단계의 다른 예의 모습을 모식적으로 도시한 일부 단면 측면도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 기판의 제조에 이용되는 잉곳의 일례를 모식적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 잉곳을 모식적으로 도시한 상면도이다.
또한, 도 1에서는, 이 잉곳에 포함되는 평면에 있어서 노출되는 단결정 실리콘의 결정면도 도시되어 있다. 또한, 도 2에서는, 이 잉곳을 구성하는 단결정 실리콘의 결정 방위도 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 잉곳(11)에서는, 결정면 {100}에 포함되는 특정한 결정면[여기서는, 편의상, 결정면 (100)으로 함]이 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출된다. 즉, 이 잉곳(11)에서는, 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각의 수선(垂線)(결정축)이 결정 방위 [100]을 따른다.
또한, 잉곳(11)에서는, 결정면 (100)이 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출되도록 제조되지만, 제조 시의 가공 오차 등에 기인하여, 결정면 (100)으로부터 약간 기울어진 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 대해 이루는 각이 1° 이하의 면이 노출되어도 좋다. 즉, 잉곳(11)의 결정축은, 결정 방위 [100]에 대해 이루는 각이 1° 이하의 방향을 따라도 좋다.
또한, 잉곳(11)의 측면(11c)에는 오리엔테이션 플랫(13)이 형성되어 있고, 이 오리엔테이션 플랫(13)으로부터 보아 결정 방위 <110>에 포함되는 특정한 결정 방위[여기서는, 편의상, 결정 방위 [011]로 함)에 잉곳(11)의 중심(C)이 위치한다. 즉, 이 오리엔테이션 플랫(13)에서는, 단결정 실리콘의 결정면 (011)이 노출되어 있다.
도 3은 피가공물이 되는 잉곳(11)으로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법의 일례를 모식적으로 도시한 흐름도이다. 이 방법에서는, 먼저, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 영역의 각각에 복수의 개질부와 복수의 개질부의 각각으로부터 신장하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성한다(박리층 형성 단계: S1).
도 4는 박리층 형성 단계(S1)에서 박리층이 형성되는 복수의 영역을 모식적으로 도시한 상면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 영역(11d)[예컨대, n개(n은, 예컨대, 20 이상의 짝수)의 영역(11d_1, 11d_2, 11d_3, 11d_4∼11d_n-1, 11d_n)]의 각각은, 결정 방위 [010]을 따라 연장된다.
또한, 복수의 영역(11d)의 결정 방위 [001]에서의 중심 간격(I1)은, 100 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하이다. 또한, 이 중심 간격(I1)은, 인접하는 한 쌍의 영역의 한쪽[예컨대, 영역(11d_2)]의 중심을 지나고, 또한, 결정 방위 [010]을 따른 직선(L1)과, 그 다른쪽[예컨대, 영역(11d_3)]의 중심을 지나고, 또한, 결정 방위 [010]을 따른 직선(L2)과의 간격이다.
또한, 박리층 형성 단계(S1)에서는, 레이저 가공 장치를 이용하여 잉곳(11)에 포함되는 복수의 영역(11d)의 각각에 복수의 개질부와 복수의 개질부의 각각으로부터 신장하는 크랙을 포함하는 박리층을 형성한다. 도 5는 이 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다.
또한, 도 5에 도시된 X축 방향(제1 방향) 및 Y축 방향(제2 방향)은, 수평면 상에 있어서 서로 직교하는 방향이고, 또한, Z축 방향은, X축 방향 및 Y축 방향의 각각에 직교하는 방향(연직 방향)이다. 또한, 도 5에서는, 레이저 가공 장치의 일부의 구성 요소가 기능 블록으로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 레이저 가공 장치(2)는, 원반형의 유지 테이블(4)을 갖는다. 이 유지 테이블(4)은, 예컨대, X축 방향 및 Y축 방향에 대해 평행한 원형의 상면(유지면)을 갖는다. 또한, 유지 테이블(4)은, 이 유지면에 있어서 상면이 노출되는 원반형의 다공질판(도시하지 않음)을 갖는다.
또한, 이 다공질판은, 유지 테이블(4)의 내부에 형성된 유로 등을 통해 이젝터 등의 흡인원(도시하지 않음)과 연통(連通)되어 있다. 그리고, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블(4)의 유지면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이에 의해, 예컨대, 유지면에 놓여진 잉곳(11)을 유지 테이블(4)에 의해 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, 예컨대, 레이저 매질로서 Nd:YAG 등을 갖는다.
그리고, 레이저 발진기(8)는, 잉곳(11)을 구성하는 재료(단결정 실리콘)를 투과하는 파장(예컨대, 1064 ㎚ 또는 1342 ㎚)의 펄스형(예컨대, 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, 예컨대, LCoS(Liquid Crystal on Silicon)라고 불리는 액정 위상 제어 소자를 포함하는 공간 광변조기 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 Y축 방향을 따라 늘어서는 복수(예컨대, 4개 이상 40개 이하)의 집광점을 형성하도록 레이저 빔(LB)을 분기한다.
또한, 분기 유닛(12)은, 복수의 집광점 중 중앙측에 위치하는 한 쌍의 집광점의 간격(I2)이 비교적 크고, 또한, 그 이외의 인접하는 한 쌍의 집광점의 간격(I3)이 비교적 작아지도록 레이저 빔(LB)을 분기한다.
환언하면, 분기 유닛(12)은, 간격(I3)으로 형성되는 복수(도 5에서는 8개)의 집광점의 집합(S1)과, 간격(I3)으로 형성되는 복수(도 5에서는 8개)의 집광점의 집합(S2)을 간격(I3)보다 큰 간격(I2)으로 이격시킨다.
또한, 이들 집합(S1, S2)의 중심 간격(I4)은, 예컨대, 도 4에 도시된 잉곳(11)에 포함되는 복수의 영역(11d)의 중심 간격(I1)에 일치하도록 조정된다. 즉, 이 중심 간격(I4)은, 예컨대, 100 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하이다. 또한, 상기한 간격(I3)은, 예컨대, 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이다.
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 유지면측에, 단적으로는, 바로 아래에 조사된다.
또한, 레이저 빔 조사 유닛(6)의 조사 헤드(16) 및 조사 헤드(16)로 레이저 빔(LB)을 유도하기 위한 광학계[예컨대, 미러(14)]는, 이동 기구(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 이 이동 기구는, 예컨대, 볼 나사 및 모터 등을 포함한다. 그리고, 이 이동 기구가 동작하면, X축 방향, Y축 방향 및/또는 Z축 방향을 따라 레이저 빔(LB)의 출사 영역이 이동한다.
그리고, 레이저 가공 장치(2)에서는, 이 이동 기구를 동작시킴으로써, 조사 헤드(16)로부터 유지 테이블(4)의 유지면측에 조사되는 레이저 빔(LB)이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에서의 위치(좌표)를 조정할 수 있다.
이 레이저 가공 장치(2)에 잉곳(11)이 반입되면, 표면(11a)이 위를 향한 상태로 잉곳(11)이 유지 테이블(4)에 의해 유지된다. 도 6은 레이저 가공 장치(2)의 유지 테이블(4)에 의해 잉곳(11)을 유지하는 모습을 모식적으로 도시한 상면도이다.
구체적으로는, 먼저, 오리엔테이션 플랫(13)으로부터 잉곳(11)의 중심(C)을 향하는 방향(결정 방위 [011])이 X축 방향 및 Y축 방향의 각각에 대해 이루는 각이 45°가 되도록, 잉곳(11)을 유지 테이블(4)에 놓는다. 예컨대, 결정 방위 [010]이 X축 방향과 평행하게 되고, 또한, 결정 방위 [001]이 Y축 방향과 평행하게 되도록, 잉곳(11)을 유지 테이블(4)에 놓는다.
계속해서, 유지 테이블(4)의 유지면에 있어서 노출되는 다공질판과 연통되는 흡인원을 동작시킨다. 이에 의해, 잉곳(11)이 유지 테이블(4)에 의해 유지된다. 그리고, 잉곳(11)이 유지 테이블(4)에 의해 유지되면, 박리층 형성 단계(S1)가 실시된다.
도 7은 박리층 형성 단계(S1)의 일례를 모식적으로 도시한 흐름도이다. 이 박리층 형성 단계(S1)에서는, 먼저, 복수의 집광점을, 잉곳(11)의 표면(11a)으로부터 미리 정해진 깊이, 또한, 2개의 영역의 각각의 내부에 위치시킨 상태에서, 잉곳(11)과 복수의 집광점을 X축 방향(결정 방위 [010])을 따라 상대적으로 이동시킨다(레이저 빔 조사 단계: S11).
도 8의 (A)는 레이저 빔 조사 단계(S11)의 일례의 모습을 모식적으로 도시한 상면도이고, 도 8의 (B)는 레이저 빔 조사 단계(S11)의 일례의 모습을 모식적으로 도시한 일부 단면 측면도이다. 또한, 도 9는 레이저 빔 조사 단계(S11)에서 잉곳(11)의 내부에 형성되는 박리층을 모식적으로 도시한 단면도이다.
이 레이저 빔 조사 단계(S11)에서는, 예컨대, 복수의 영역(11d) 중 Y축 방향(결정 방위 [001])에서의 일단에 위치하는 2개의 영역(11d_1, 11d_2)에 최초로 박리층을 형성한다.
구체적으로는, 먼저, 평면에서 보아, 레이저 빔 조사 유닛(6)의 조사 헤드(16)로부터 보아 2개의 영역(11d_1, 11d_2)이 X축 방향에 위치되도록 조사 헤드(16)를 위치시킨다. 계속해서, 레이저 빔(LB)을 잉곳(11)을 향해 조사할 때에, 도 5에 도시된 복수의 집광점의 집합(S1, S2)이 잉곳(11)의 표면(11a)으로부터 미리 정해진 깊이에 위치되도록 조사 헤드(16)를 승강시킨다.
계속해서, 레이저 빔(LB)을 조사 헤드(16)로부터 유지 테이블(4)을 향해 조사하면서, 평면에서 보아, 잉곳(11)의 X축 방향에서의 일단으로부터 타단까지를 통과하도록 조사 헤드(16)를 이동시킨다[도 8의 (A) 및 도 8의 (B) 참조].
이에 의해, 영역(11d_1)의 내부에 복수의 집광점의 집합(S1)이 위치되고, 또한, 영역(11d_2)의 내부에 복수의 집광점의 집합(S2)이 위치된 상태에서, X축 방향을 따라 복수의 집광점과 잉곳(11)이 상대적으로 이동한다.
그리고, 2개의 영역(11d_1, 11d_2)의 각각의 내부에 있어서는, 잉곳(11)의 표면(11a)으로부터 미리 정해진 깊이(D)에 위치된 복수의 집광점의 각각을 중심으로 하여, 단결정 실리콘의 결정 구조가 흐트러진 개질부(15a)가 형성된다(도 9 참조). 또한, 잉곳(11)의 내부에 개질부(15a)가 형성되면, 잉곳(11)의 체적이 팽창하여 잉곳(11)에 내부 응력이 발생한다.
이 내부 응력은, 개질부(15a)로부터 크랙(15b)이 신장함으로써 완화된다. 그 결과, 복수의 개질부(15a)와 복수의 개질부(15a)의 각각으로부터 진전하는 크랙(15b)을 포함하는 박리층(15)이 2개의 영역(11d_1, 11d_2)의 각각의 내부에 형성된다.
그리고, 복수의 영역(11d) 모두에 대한 레이저 빔(LB)의 조사가 완료되어 있지 않은 상황에서는[단계(S12): NO], 복수의 집광점이 형성되는 위치를 다른 적어도 2개의 영역(11d)으로 변경한다(인덱싱 이송 단계: S13).
이 인덱싱 이송 단계(S13)에서는, 예컨대, 이미 박리층(15)이 형성된 2개의 영역(11d_1, 11d_2)과 인접하는, 박리층(15)이 형성되어 있지 않은 2개의 영역(11d_3, 11d_4)으로부터 보아, X축 방향으로 조사 헤드(16)가 위치될 때까지, 조사 헤드(16)를 Y축 방향을 따라 이동시킨다.
계속해서, 전술한 레이저 빔 조사 단계(S11)를 다시 실시한다. 이와 같이 레이저 빔 조사 단계(S11)가 실시되면, 2개의 영역(11d_3, 11d_4)의 각각의 내부에 도 9에 도시된 박리층(15)과 동일한 박리층(15)이 형성된다.
또한, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 영역(11d)의 모든 내부에 박리층(15)이 형성될 때까지, 즉, 2개의 영역(11d_n, 11d_n-1)의 각각의 내부에 박리층(15)이 형성될 때까지, 인덱싱 이송 단계(S13) 및 레이저 빔 조사 단계(S11)를 교대로 반복해서 실시한다.
그리고, 복수의 영역(11d)의 모든 내부에 박리층(15)이 형성되면[단계(S12): YES], 도 3에 도시된 박리층 형성 단계(S1)가 완료된다. 박리층 형성 단계(S1)를 실시한 후에는, 박리층(15)을 기점으로 하여 잉곳(11)으로부터 기판을 분리한다(분리 단계: S2).
도 10의 (A) 및 도 10의 (B)의 각각은, 도 3에 도시된 분리 단계(S2)의 일례의 모습을 모식적으로 도시한 일부 단면 측면도이다. 이 분리 단계(S2)는, 예컨대, 도 10의 (A) 및 도 10의 (B)에 도시된 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, 원형의 상면(유지면)을 갖고, 이 유지면에서는 다공질판(도시하지 않음)이 노출되어 있다.
또한, 이 다공질판은, 유지 테이블(20)의 내부에 형성된 유로 등을 통해 이젝터 등의 흡인원(도시하지 않음)과 연통되어 있다. 그리고, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블(20)의 유지면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이에 의해, 예컨대, 유지면에 놓여진 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, 원기둥형의 지지 부재(24)를 갖는다. 이 지지 부재(24)의 상부에는, 예컨대, 볼 나사식의 승강 기구(도시하지 않음) 및 모터 등의 회전 구동원이 연결되어 있다.
그리고, 이 승강 기구를 동작시킴으로써 지지 부재(24)가 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, 원반형의 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 판형의 입설부(立設部; 28a)를 갖는다.
이 입설부(28a)의 상단부는 베이스(26)에 내장된 에어 실린더 등의 액추에이터에 연결되어 있고, 이 액추에이터를 동작시킴으로써 가동 부재(28)가 베이스(26)의 직경 방향을 따라 이동한다. 또한, 이 입설부(28a)의 하단부의 내측면에는, 베이스(26)의 중심을 향해 연장되고, 또한, 선단에 근접할 수록 두께가 얇아지는 판형의 쐐기부(28b)가 설치되어 있다.
이 분리 장치(18)에 잉곳(11)이 반입되면, 표면(11a)이 위를 향한 상태로 잉곳(11)이 유지 테이블(20)에 의해 유지된다. 구체적으로는, 먼저, 잉곳(11)의 이면(11b)의 중심과 유지 테이블(20)의 유지면의 중심을 일치시키도록, 잉곳(11)을 유지 테이블(20)에 놓는다.
계속해서, 이 유지면에 있어서 노출되는 다공질판과 연통되는 흡인원을 동작시킨다. 이에 의해, 잉곳(11)이 유지 테이블(20)에 의해 유지된다. 그리고, 잉곳(11)이 유지 테이블(20)에 의해 유지되면, 분리 단계(S2)가 실시된다.
구체적으로는, 먼저, 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 박아 넣어지도록 액추에이터를 동작시킨다[도 10의 (A) 참조]. 계속해서, 잉곳(11)의 측면(11c)에 박아 넣어진 쐐기부(28b)가 회전하도록 회전 구동원을 동작시킨다. 계속해서, 쐐기부(28b)를 상승시키도록 승강 기구를 동작시킨다[도 10의 (B) 참조].
이상과 같이 쐐기부(28b)를 잉곳(11)의 측면(11c)에 박아 넣고 회전시킨 후, 쐐기부(28b)를 상승시킴으로써, 박리층(15)에 포함되는 크랙(15b)이 더욱 신장한다. 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 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.
도 3에 도시된 방법에서는, 각각이 미리 정해진 방향(결정 방위 [010])을 따라 연장되는 복수의 영역(11d)에 포함되는 2개의 영역에 대한 레이저 빔(LB)의 조사와, 레이저 빔(LB)이 조사되는 2개의 영역의 변경을 교대로 반복함으로써, 잉곳(11)의 표면(11a)으로부터 미리 정해진 깊이(D)에 위치하는 복수의 개질부(15a)와 복수의 개질부(15a)의 각각으로부터 신장하는 크랙(15b)을 포함하는 박리층(15)을 형성한다.
즉, 이 방법에서는, 잉곳(11)에 박리층(15)을 형성하기 위한 레이저 빔(LB)의 조사가 2개의 영역에 대해 동시에 행해진다. 이에 의해, 이 방법에서는, 복수의 영역(11d)의 각각에 대해 레이저 빔(LB)의 조사가 순서대로 행해지는 경우와 비교하여, 스루풋을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 이 방법에서는, 결정면 (100)이 표면(11a) 및 이면(11b)의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘을 포함하는 잉곳(11)에 결정 방위 [010]을 따라 레이저 빔(LB)을 조사한다. 이 경우, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 영역(11d)의 각각의 내부에 형성되는 박리층(15)을 얇게 할 수 있다. 이하, 이 점에 대해 설명한다.
단결정 실리콘은, 결정면 {111}에 포함되는 특정한 결정면에 있어서 가장 벽개(劈開)하기 쉽다. 예컨대, 결정면 {100}에 포함되는 특정한 결정면인 결정면 (100)이 표면 및 이면의 각각에 노출되는 잉곳(11)에 결정 방위 <110>에 포함되는 특정한 결정 방위인 결정 방위 [011]을 따라 레이저 빔(LB)을 조사하여 잉곳(11)의 내부에 개질부(15a)를 형성하면, 결정면 {111}에 포함되는 특정한 결정면 중 결정 방위 [011]에 평행한 결정면[구체적으로는, 하기 (1)에 나타나는 결정면]을 따라 신장하는 크랙(15b)이 많이 발생한다.
Figure pat00001
여기서, 결정면 (100)이 결정면 {111}에 포함되는 특정한 결정면에 대해 이루는 각은, 54.7° 정도이다. 그 때문에, 이와 같이 잉곳(11)에 레이저 빔(LB)이 조사되는 경우에는, 잉곳(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)에 평행한 방향을 따른 성분보다 그 두께 방향을 따른 성분이 큰 크랙(15b)이 많이 발생한다.
한편, 결정 방위 [010]은, 결정 방위 <110>에 포함되는 특정한 결정 방위(예컨대, 결정 방위 [011])에 대해 이루는 각이 큰(예컨대, 45°가 되는) 방향이다. 그 때문에, 도 3에 도시된 방법에서는, 레이저 빔(LB)의 조사에 의해 잉곳(11)의 내부에 형성되는 개질부(15a)로부터 결정면 {111}에 포함되는 특정한 결정면[예컨대, 상기 (1)에 나타나는 결정면]을 따라 신장하는 크랙이 발생하기 어렵다.
또한, 도 3에 도시된 방법에서는, 레이저 빔(LB)의 조사에 의해 잉곳(11)의 내부에 형성되는 개질부(15a)로부터 결정면 {110}에 포함되는 특정한 결정면 중 결정 방위 [010]에 평행한 결정면[구체적으로는, 하기 (2)에 나타나는 결정면]을 따라 신장하는 크랙이 많이 발생한다.
Figure pat00002
그리고, 결정면 (100)에 대해 결정면 {111}에 포함되는 특정한 결정면이 이루는 각은 54.7° 정도인 데 대해, 결정면 (100)에 대해 결정면 {110}에 포함되는 특정한 결정면 중 결정 방위 [010]에 평행한 결정면[예컨대, 결정면 (101)]이 이루는 각은 45°이다.
그 때문에, 이 방법에서는, 잉곳(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)에 평행한 방향을 따른 성분보다 그 두께 방향을 따른 성분이 큰 크랙(15b)의 발생을 억제할 수 있다. 이 경우, 잉곳(11)의 내부에 형성되는 박리층(15)의 후화(厚化)가 억제된다.
그리고, 박리층(15)의 후화가 억제되면, 잉곳(11)으로부터의 기판(17)의 잘라냄 및 기판(17)의 평탄화 시에 폐기되는 잉곳(11) 및 기판(17)의 소재량이 저감된다. 그 때문에, 도 3에 도시된 방법에서는, 레이저 빔(LB)을 이용하여 잉곳(11)으로부터 기판(17)을 제조할 때의 기판(17)의 생산성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 전술한 단결정 실리콘 기판의 제조 방법은 본 발명의 일 양태이며, 본 발명은 전술한 방법에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명에서 기판을 제조하기 위해서 이용되는 잉곳은, 도 1 및 도 2 등에 도시된 잉곳(11)에 한정되지 않는다.
구체적으로는, 본 발명에서는, 측면에 노치가 형성된 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 좋다. 혹은, 본 발명에서는, 측면에 오리엔테이션 플랫 및 노치의 어느 것도 형성되어 있지 않은 잉곳으로부터 기판이 제조되어도 좋다.
또한, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)에서 이용되는 레이저 가공 장치의 구조는, 전술한 레이저 가공 장치(2)의 구조에 한정되지 않는다. 예컨대, 박리층 형성 단계(S1)는, 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.
혹은, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)는, 조사 헤드(16)로부터 조사되는 레이저 빔(LB)의 방향을 변경하는 것이 가능한 주사 광학계가 레이저 빔 조사 유닛(6)에 설치되어 있는 레이저 가공 장치를 이용하여 실시되어도 좋다. 또한, 이 주사 광학계는, 예컨대, 갈바노 스캐너, 음향 광학 소자(AOD) 및/또는 폴리곤 미러 등을 포함한다.
즉, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)에서는, 유지 테이블(4)에 의해 유지된 잉곳(11)과 조사 헤드(16)로부터 조사되는 레이저 빔(LB)이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점이 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향의 각각을 따라 상대적으로 이동할 수 있으면 되고, 그를 위한 구조에 한정은 없다.
또한, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)는, 레이저 빔 조사 유닛에 빔 스플리터가 설치되어 있는 레이저 가공 장치를 이용하여 실시되어도 좋다. 이 빔 스플리터는, 예컨대, 도 5에 도시된 레이저 발진기(8)와 동일한 구조를 갖는 레이저 발진기와, LCoS를 포함하는 공간 광변조기 및/또는 DOE를 포함하는 분기 유닛 사이에 설치된다.
이 레이저 빔 조사 유닛에서는, 먼저, 레이저 발진기로부터 조사되는 레이저 빔이 빔 스플리터에 있어서 둘로 분기된다. 그리고, 분기된 2개의 레이저 빔의 각각은, 분기 유닛에 있어서 복수의 집광점 중 인접하는 한 쌍의 집광점이 대략 등간격으로 위치되도록 분기되어, 도 5에 도시된 조사 헤드(16)와 동일한 구조를 갖는 조사 헤드로 유도된다.
이에 의해, 복수의 집광점 중 중앙측에 위치하는 한 쌍의 집광점의 간격이 비교적 크고, 또한, 그 이외의 인접하는 한 쌍의 집광점의 간격이 비교적 작아지도록 레이저 빔을 분기할 수 있다. 즉, 이 레이저 빔 조사 유닛의 조사 헤드로부터는, 도 5에 도시된 레이저 빔(LB)과 동일한 레이저 빔을 조사할 수 있다.
또한, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)는, 레이저 빔 조사 유닛에 2개의 레이저 발진기가 설치되어 있는 레이저 가공 장치를 이용하여 실시되어도 좋다. 도 11은 이러한 레이저 가공 장치의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다.
또한, 도 11에 도시된 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향은, 도 5에 도시된 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 각각 대응한다. 또한, 도 11에서는, 레이저 가공 장치의 일부의 구성 요소가 기능 블록으로 도시되어 있다.
도 11에 도시된 레이저 가공 장치(30)는, 예컨대, 도 5에 도시된 유지 테이블(4)과 동일한 구조를 갖는 유지 테이블(32)을 갖는다. 또한, 유지 테이블(32)의 상방에는, 레이저 빔 조사 유닛(34)이 설치되어 있다.
이 레이저 빔 조사 유닛(34)은, 2개의 레이저 발진기(36a, 36b)를 갖는다. 그리고, 각 레이저 발진기(36a, 36b)는, 예컨대, 도 5에 도시된 레이저 발진기(8)와 동일한 구조를 갖는다.
그리고, 레이저 발진기(36a)로부터 조사된 레이저 빔(LB1)은, 그 출력(파워)이 감쇠기(38a)에 있어서 조정된 후, 분기 유닛(40a)에 공급된다. 이 분기 유닛(40a)은, 후술하는 조사 헤드(44a)로부터 유지 테이블(32)의 유지면측에 조사되는 레이저 빔(LB1)이 Y축 방향을 따라 늘어서는 복수(예컨대, 2개 이상 20개 이하)의 집광점을 형성하도록 레이저 빔(LB1)을 분기한다.
또한, 분기 유닛(40a)은, 복수(도 11에서는 8개)의 집광점 중 인접하는 한 쌍의 집광점이 대략 등간격으로 위치되도록 레이저 빔(LB1)을 분기한다. 예컨대, 분기 유닛(40a)은, 복수의 집광점이 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 간격으로 위치되도록 레이저 빔(LB1)을 분기한다.
분기 유닛(40a)에 있어서 분기된 레이저 빔(LB1)은, 미러(42a)에 의해 반사되어, 예컨대, 도 5에 도시된 조사 헤드(16)와 동일한 구조를 갖는 조사 헤드(44a)로 유도된다. 이 조사 헤드(44a) 및 조사 헤드(44a)로 레이저 빔(LB)을 유도하기 위한 광학계[예컨대, 미러(42a)]는, 제1 이동 기구(도시하지 않음)에 연결되어 있다.
이 제1 이동 기구는, 예컨대, 볼 나사 및 모터 등을 포함한다. 그리고, 이 제1 이동 기구가 동작하면, X축 방향, Y축 방향 및/또는 Z축 방향을 따라 레이저 빔(LB1)의 출사 영역이 이동한다.
즉, 레이저 가공 장치(30)에서는, 이 제1 이동 기구를 동작시킴으로써, 조사 헤드(44a)로부터 유지 테이블(32)의 유지면측에 조사되는 레이저 빔(LB1)이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에서의 위치(좌표)를 조정할 수 있다.
마찬가지로, 레이저 발진기(36b)로부터 조사된 레이저 빔(LB2)은, 그 출력(파워)이 감쇠기(38b)에 있어서 조정된 후, 분기 유닛(40b)에 공급된다. 이 분기 유닛(40b)은, 후술하는 조사 헤드(44b)로부터 유지 테이블(32)의 유지면측에 조사되는 레이저 빔(LB2)이 Y축 방향을 따라 늘어서는 복수(예컨대, 2개 이상 20개 이하)의 집광점을 형성하도록 레이저 빔(LB2)을 분기한다.
또한, 분기 유닛(40b)은, 복수(도 11에서는 8개)의 집광점 중 인접하는 한 쌍의 집광점이 대략 등간격으로 위치되도록 레이저 빔(LB2)을 분기한다. 예컨대, 분기 유닛(40b)은, 복수의 집광점이 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 간격으로 위치되도록 레이저 빔(LB2)을 분기한다.
분기 유닛(40b)에 있어서 분기된 레이저 빔(LB2)은, 미러(42b)에 의해 반사되어, 예컨대, 도 5에 도시된 조사 헤드(16)와 동일한 구조를 갖는 조사 헤드(44b)로 유도된다. 이 조사 헤드(44b) 및 조사 헤드(44b)로 레이저 빔(LB)을 유도하기 위한 광학계[예컨대, 미러(42b)]는, 제2 이동 기구(도시하지 않음)에 연결되어 있다.
이 제2 이동 기구는, 예컨대, 볼 나사 및 모터 등을 포함한다. 그리고, 이 제2 이동 기구가 동작하면, X축 방향, Y축 방향 및/또는 Z축 방향을 따라 레이저 빔(LB2)의 출사 영역이 이동한다.
즉, 레이저 가공 장치(30)에서는, 이 제2 이동 기구를 동작시킴으로써, 조사 헤드(44b)로부터 유지 테이블(32)의 유지면측에 조사되는 레이저 빔(LB2)이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에서의 위치(좌표)를 조정할 수 있다.
그 때문에, 레이저 가공 장치(30)에서는, 예컨대, 레이저 빔(LB1)이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점의 집합(S3)과, 레이저 빔(LB2)이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점의 집합(S4)의 Y축 방향에서의 간격을 임의로 변경 가능하다.
그리고, 레이저 가공 장치(30)를 이용하여 박리층 형성 단계(S1)가 실시되는 경우에는, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 영역(11d) 중 임의의 2개의 영역을 선택하여 박리층(15)을 형성할 수 있다. 예컨대, 이 경우에는, 잉곳(11)에 포함되는 복수의 영역(11d) 중 외측에 위치하는 것으로부터 내측에 위치하는 것을 향해 순서대로 박리층(15)이 형성되어도 좋다.
즉, 이 경우에는, 최초로 실시되는 레이저 빔 조사 단계(S11)에서, 영역(11d_1) 및 영역(11d_n)의 각각의 내부에 박리층(15)을 형성하고, k번째(k는 2 이상 n/2 이하의 자연수)에 실시되는 레이저 빔 조사 단계(S11)에서, 영역(11d_k) 및 영역(11d_n+1-k)의 각각의 내부에 박리층을 형성해도 좋다.
또한, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)는, 레이저 빔이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점의 집합을 3개 이상 형성하는 것이 가능한 레이저 가공 장치를 이용하여 실시되어도 좋다.
이러한 레이저 가공 장치는, 예컨대, 복수의 집광점의 집합을 3개 이상 형성하기 위한 분기 유닛을 갖는 레이저 빔 조사 유닛을 구비한다. 구체적으로는, 이 분기 유닛은, 미리 정해진 간격으로 형성되는 복수의 집광점의 집합을 적어도 3개 형성하고, 또한, 상기 미리 정해진 간격보다 큰 간격으로 적어도 3개의 집합 중 인접하는 2개의 집합을 이격시키도록 레이저 빔을 분기한다.
혹은, 이러한 레이저 가공 장치는, 도 5에 도시된 레이저 발진기(8)와 동일한 구조를 갖는 적어도 3개의 레이저 발진기를 갖는 레이저 빔 조사 유닛을 구비해도 좋다. 그리고, 각 레이저 발진기는, 예컨대, 도 5에 도시된 레이저 발진기(8)와 동일한 구조를 갖는다.
또한, 각 레이저 발진기로부터 조사된 레이저 빔은, 예컨대, 도 11에 도시된 분기 유닛(40a, 40b)과 동일한 구조를 갖는 분기 유닛 등을 경유하여, 예컨대, 도 5에 도시된 조사 헤드(16)와 동일한 구조를 갖는 조사 헤드로 유도된다.
즉, 이러한 레이저 가공 장치에는 적어도 3개의 분기 유닛과 적어도 3개의 조사 헤드가 설치되고, 적어도 3개의 레이저 발진기의 각각으로부터 조사된 레이저 빔은, 적어도 3개의 분기 유닛 중 어느 하나를 경유하여, 적어도 3개의 조사 헤드 중 어느 하나로 유도된다.
또한, 적어도 3개의 조사 헤드 및 이들 조사 헤드로 레이저 빔을 유도하기 위한 광학계는, 예컨대, 서로 독립된 이동 기구에 연결되어 있다. 그리고, 이들 이동 기구가 동작하면, X축 방향, Y축 방향 및/또는 Z축 방향을 따라, 적어도 3개의 조사 헤드로부터 조사되는 레이저 빔의 출사 영역이 이동한다.
즉, 이러한 레이저 가공 장치에서는, 이들 이동 기구를 동작시킴으로써, 조사 헤드로부터 유지 테이블의 유지면측에 조사되는 레이저 빔이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에서의 위치(좌표)를 조정할 수 있다.
그 때문에, 이러한 레이저 가공 장치에서는, 예컨대, 레이저 빔이 각각에 있어서 집광되는 복수의 집광점의 적어도 3개의 집합 중 인접하는 한 쌍의 집합의 간격을 임의로 변경 가능하다.
그리고, 이러한 레이저 가공 장치를 이용하여 박리층 형성 단계(S1)를 실시하는 경우에는, 복수의 영역(11d) 중 적어도 3개의 영역에 동시에 박리층(15)이 형성되어도 좋다.
또한, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)에서 레이저 빔(LB)이 조사되는 잉곳(11)에 포함되는 복수의 영역은, 결정 방위 [010]을 따른 영역에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명에서는, 각각이 결정 방위 [001]을 따른 복수의 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다.
또한, 이와 같이 잉곳(11)에 레이저 빔(LB)이 조사되는 경우에는, 하기 (3)에 나타나는 결정면에 있어서 크랙이 신장하기 쉬워진다.
Figure pat00003
또한, 본 발명에서는, 평면에서 보아, 결정 방위 [010] 또는 결정 방위 [001]로부터 약간 기울어진 방향을 따른 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다. 이 점에 대해, 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12는 각각이 상이한 결정 방위를 따른 영역에 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 단결정 실리콘을 포함하는 피가공물의 내부에 형성되는 박리층의 폭을 도시한 그래프이다. 또한, 이 그래프의 횡축은, 평면에서 보아, 결정 방위 [011]에 직교하는 영역(기준 영역)이 연장되는 방향과, 측정 대상이 되는 영역(측정 영역)이 연장되는 방향이 이루는 각의 각도를 나타내고 있다.
즉, 이 그래프의 횡축의 값이 45°가 되는 경우, 결정 방위 [001]을 따른 영역이 측정 대상이 된다. 마찬가지로, 이 그래프의 횡축의 값이 135°가 되는 경우, 결정 방위 [010]을 따른 영역이 측정 대상이 된다.
또한, 이 그래프의 종축은, 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 도시된 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 대해 이루는 각이 5° 이하인 방향을 따른 영역에 레이저 빔(LB)을 조사했을 때에 넓어진다.
그 때문에, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)에서는, 평면에서 보아, 결정 방위 [001] 또는 결정 방위 [010]으로부터 5° 이하 기울어진 방향을 따라 각각이 연장되는 복수의 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다.
즉, 본 발명의 박리층 형성 단계(S1)에서는, 결정면 {100}에 포함되는 특정한 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 특정한 결정 방위(여기서는, 결정 방위 [001] 또는 결정 방위 [010])에 대해 이루는 각이 5° 이하인 방향(제1 방향)을 따라 각각이 연장되는 복수의 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되어도 좋다.
또한, 본 발명에서는, 박리층 형성 단계(S1)에서 잉곳(11)의 내부의 전역에 박리층(15)을 형성하는 것은 불가결한 특징이 아니다. 예컨대, 분리 단계(S2)에서 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역에 크랙(15b, 15d)이 신장하는 경우에는, 박리층 형성 단계(S1)에서 잉곳(11)의 측면(11c) 근방의 영역의 일부 또는 전부에 박리층(15)이 형성되지 않아도 좋다.
또한, 본 발명의 분리 단계(S2)는, 도 10의 (A) 및 도 10의 (B)에 도시된 분리 장치(18) 이외의 장치를 이용하여 실시되어도 좋다. 예컨대, 본 발명의 분리 단계(S2)에서는, 잉곳(11)의 표면(11a)측을 흡인함으로써, 잉곳(11)으로부터 기판(17)이 분리되어도 좋다.
도 13의 (A) 및 도 13의 (B)의 각각은, 이와 같이 실시되는 분리 단계(S2)의 모습을 모식적으로 도시한 일부 단면 측면도이다. 도 13의 (A) 및 도 13의 (B)에 도시된 분리 장치(46)는, 박리층(15)이 형성된 잉곳(11)을 유지하는 유지 테이블(48)을 갖는다.
이 유지 테이블(48)은, 원형의 상면(유지면)을 갖고, 이 유지면에서는 다공질판(도시하지 않음)이 노출되어 있다. 또한, 이 다공질판은, 유지 테이블(48)의 내부에 형성된 유로 등을 통해 이젝터 등의 흡인원(도시하지 않음)과 연통되어 있다.
그 때문에, 이 흡인원이 동작하면, 유지 테이블(48)의 유지면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이에 의해, 예컨대, 유지면에 놓여진 잉곳(11)을 유지 테이블(48)에 의해 유지할 수 있다.
또한, 유지 테이블(48)의 상방에는, 분리 유닛(50)이 설치되어 있다. 이 분리 유닛(50)은, 원기둥형의 지지 부재(52)를 갖는다. 이 지지 부재(52)의 상부에는, 예컨대, 볼 나사식의 승강 기구(도시하지 않음)가 연결되어 있고, 이 승강 기구를 동작시킴으로써 지지 부재(52)가 승강한다.
또한, 지지 부재(52)의 하단부는, 원반형의 흡인판(54)의 상부의 중앙에 고정되어 있다. 그리고, 흡인판(54)의 하면에는 복수의 흡인구가 형성되어 있고, 복수의 흡인구의 각각은 흡인판(54)의 내부에 형성된 유로 등을 통해 이젝터 등의 흡인원(도시하지 않음)에 연통되어 있다.
그 때문에, 이 흡인원이 동작하면, 흡인판(54)의 하면 근방의 공간에 흡인력이 작용한다. 이에 의해, 예컨대, 흡인판(54)의 하면에 근접하는 잉곳(11)을 상방으로 끌어당기도록 흡인할 수 있다.
이 분리 장치(46)에 잉곳(11)이 반입되면, 표면(11a)이 위를 향한 상태로 잉곳(11)이 유지 테이블(48)에 의해 유지된다. 구체적으로는, 먼저, 잉곳(11)의 이면(11b)의 중심과 유지 테이블(48)의 유지면의 중심을 일치시키도록, 잉곳(11)을 유지 테이블(48)에 놓는다.
계속해서, 이 유지면에 있어서 노출되는 다공질판과 연통되는 흡인원을 동작시킨다. 이에 의해, 잉곳(11)이 유지 테이블(48)에 의해 유지된다. 그리고, 잉곳(11)이 유지 테이블(48)에 의해 유지되면, 분리 단계(S2)가 실시된다.
구체적으로는, 먼저, 흡인판(54)의 하면을 잉곳(11)의 표면(11a)에 접촉시키도록, 승강 기구를 동작시켜 지지 부재(52) 및 흡인판(54)을 하강시킨다. 계속해서, 잉곳(11)의 표면(11a)측이 흡인판(54)에 형성되어 있는 복수의 흡인구를 통해 흡인되도록, 복수의 흡인구와 연통되는 흡인원을 동작시킨다[도 13의 (A) 참조].
계속해서, 흡인판(54)을 유지 테이블(48)로부터 이격시키도록, 승강 기구를 동작시켜 지지 부재(52) 및 흡인판(54)을 상승시킨다[도 13의 (B) 참조]. 이때, 표면(11a)측이 흡인판(54)에 형성되어 있는 복수의 흡인구를 통해 흡인되어 있는 잉곳(11)의 표면(11a)측에 상향의 힘이 작용한다.
그 결과, 박리층(15)에 포함되는 크랙(15b)이 더욱 신장하여, 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)에서는, 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 크랙(15b)이 더욱 신장하기 때문에, 잉곳(11)의 표면(11a)측과 이면(11b)측의 분리가 용이해진다.
또한, 본 발명에서는, 박리층 형성 단계(S1)에 앞서, 잉곳(11)의 표면(11a)이 연삭 또는 연마에 의해 평탄화되어도 좋다(평탄화 단계). 예컨대, 이 평탄화는, 잉곳(11)으로부터 복수 매의 기판을 제조할 때에 실시되어도 좋다.
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) 및 크랙(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)에서 잉곳(11)에 조사되는 레이저 빔(LB)의 잉곳(11)의 표면에서의 난반사를 억제할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에서는, 잉곳(11)으로부터 분리된 기판(17)의 박리층(15)측의 면이 연삭 또는 연마에 의해 평탄화되어도 좋다.
또한, 본 발명에서는, 결정면 {100}에 포함되는 특정한 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘을 포함하는 베어 웨이퍼를 피가공물로 하여 기판을 제조해도 좋다.
또한, 이 베어 웨이퍼는, 예컨대, 제조되는 기판의 2배 이상 5배 이하의 두께를 갖는다. 또한, 이 베어 웨이퍼는, 예컨대, 전술한 방법과 동일한 방법에 의해 잉곳(11)으로부터 분리됨으로써 제조된다. 이 경우, 기판은, 전술한 방법을 2회 반복함으로써 제조된다고 표현할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는, 이 베어 웨이퍼의 일면에 반도체 디바이스를 형성함으로써 제조되는 디바이스 웨이퍼를 피가공물로 하여 기판을 제조해도 좋다. 이 경우, 레이저 빔(LB)은, 반도체 디바이스에의 악영향을 방지하기 위해서, 디바이스 웨이퍼의 반도체 디바이스가 형성되어 있지 않은 측으로부터 디바이스 웨이퍼에 조사되는 것이 바람직하다.
그 외, 전술한 실시형태에 따른 구조 및 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에서 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: 복수의 영역, 11d_1∼11d_n: 영역)
12: 분기 유닛 13: 오리엔테이션 플랫
14: 미러 15: 박리층(15a: 개질부, 15b: 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: 레이저 가공 장치 32: 유지 테이블
34: 레이저 빔 조사 유닛 36a, 36b: 레이저 발진기
38a, 38b: 감쇠기 40a, 40b: 분기 유닛
42a, 42b: 미러 44a, 44b: 조사 헤드
46: 분리 장치 48: 유지 테이블
50: 분리 유닛 52: 지지 부재
54: 흡인판

Claims (2)

  1. 결정면 {100}에 포함되는 특정한 결정면이 표면 및 이면의 각각에 노출되도록 제조된 단결정 실리콘을 포함하는 피가공물로부터 기판을 제조하는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법으로서,
    상기 피가공물에 포함되는 복수의 영역의 각각에 복수의 개질부와 상기 복수의 개질부의 각각으로부터 신장하는 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 복수의 영역의 각각은, 제1 방향을 따라 연장되며,
    상기 제1 방향은, 상기 특정한 결정면에 평행하고, 또한, 결정 방위 <100>에 포함되는 특정한 결정 방위에 대해 이루는 각이 5° 이하가 되는 방향이고,
    상기 복수의 영역은, 제2 방향에 있어서 미리 정해진 중심 간격으로 형성되며,
    상기 제2 방향은, 상기 특정한 결정면에 평행하고, 또한, 상기 제1 방향과 직교하는 방향이고,
    상기 미리 정해진 중심 간격은, 100 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하이며,
    상기 박리층 형성 단계는,
    상기 단결정 실리콘을 투과하는 파장의 레이저 빔이 각각에 있어서 집광되고, 또한, 상기 제2 방향을 따라 늘어서도록 형성되는 복수의 집광점을, 상기 피가공물의 상기 표면으로부터 미리 정해진 깊이, 또한, 상기 복수의 영역 중 적어도 2개의 영역의 각각의 내부에 위치시킨 상태에서, 상기 피가공물과 상기 복수의 집광점을 상기 제1 방향을 따라 상대적으로 이동시키는 레이저 빔 조사 단계와,
    상기 복수의 집광점이 형성되는 위치를 상기 적어도 2개의 영역의 각각의 내부로부터 상기 복수의 영역 중 상기 적어도 2개의 영역과는 상이한 다른 적어도 2개의 영역의 각각의 내부로 변경하는 인덱싱 이송 단계
    를 교대로 반복함으로써 실시되는 단결정 실리콘 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 영역의 각각의 내부에 있어서 형성되는 상기 복수의 집광점 중 인접하는 한 쌍의 집광점의 간격은, 상기 미리 정해진 중심 간격보다 작은 단결정 실리콘 기판의 제조 방법.
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