WO2013115351A1 - 単結晶加工部材およびその製造方法 - Google Patents

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WO2013115351A1
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processed
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laser
processing region
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PCT/JP2013/052325
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鈴木　秀樹
国司　洋介
利香 松尾
順一 池野
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信越ポリマー株式会社
国立大学法人埼玉大学
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    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing

Definitions

  • the present invention relates to a single crystal processed member in which a processing region is formed inside a single crystal member by condensing laser light from the irradiated surface of the single crystal member into the single crystal member, and a method for manufacturing the same.
  • the semiconductor wafer thus manufactured is subjected to various processes such as formation of a circuit pattern in the previous process in order and used for the subsequent process, and the back surface is back-ground processed in the subsequent process to achieve thinning. Accordingly, the thickness is adjusted to about 750 ⁇ m to 100 ⁇ m or less, for example, about 75 ⁇ m or 50 ⁇ m.
  • SiC silicon carbide
  • the condensing point of the laser beam is aligned with the inside of the ingot with the condensing lens, and the ingot is relatively scanned with the laser beam to form a planar modified layer by multiphoton absorption inside the ingot.
  • a substrate manufacturing method and a substrate manufacturing apparatus are disclosed in which a part of the ingot is peeled off using the modified layer as a peeling surface.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a modified layer is formed inside a silicon ingot using multiphoton absorption of laser light, and a wafer is peeled off from the silicon ingot using an electrostatic chuck.
  • a glass plate is attached to the objective lens of NA0.8, a laser beam is irradiated toward the silicon wafer for solar cells, and a modified layer is formed inside the silicon wafer.
  • a technique for fixing an acrylic resin plate with an instantaneous adhesive and peeling it is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses, in particular, paragraphs 0003 to 0005, 0057, and 0058, a technique for dicing by forming a microcavity by condensing laser light inside a silicon wafer and causing multiphoton absorption. .
  • Patent Document 1 it is not easy to uniformly peel off a large area substrate (silicon substrate). Moreover, problems such as cleavage at the release surface are likely to occur.
  • Patent Document 3 is a technique related to dicing for cutting a silicon wafer into individual chips, and it is not easy to apply this to manufacturing a thin plate-like wafer from a single crystal ingot such as silicon.
  • a wafer is appropriately referred to as a substrate unless otherwise specified.
  • the present invention can be easily peeled while suppressing the occurrence of defects on the peeled surface when a relatively large and thin single crystal substrate is formed by peeling from a processing region formed on a single crystal member. It is an object of the present invention to provide a single crystal processed member and a manufacturing method thereof.
  • the single crystal member is formed by condensing laser light from the irradiated side surface of the single crystal member into the single crystal member, and is separated from the surface.
  • a single crystal having a processing region extending in parallel with the surface and a non-processing region adjacent to the processing region, and a continuous boundary is formed between the processing region and the non-processing region.
  • a workpiece is provided.
  • a method for manufacturing a single crystal processed member in which a processing region is formed inside the single crystal member by irradiating the single crystal member with laser light from the surface and condensing the laser beam inside.
  • the laser condensing means is disposed in a non-contact manner on the surface side of the single crystal member, the laser light incident on the laser condensing means is adjusted to condense the laser light inside the single crystal member, and By continuously moving the laser condensing means and the single crystal member to form a processing region inside the single crystal member, continuous between the processing region and the non-processing region adjacent to the processing region.
  • a method of manufacturing a single crystal processed member having a boundary is provided.
  • the present invention when a relatively large and thin single crystal substrate is formed by peeling from the modified layer formed on the single crystal member, it is possible to easily remove the single surface while suppressing the occurrence of defects on the peeling surface.
  • a crystal processed member and a manufacturing method thereof can be provided.
  • the typical bird's-eye view explaining the manufacturing method of the single-crystal processed member which concerns on one Embodiment of this invention The typical side surface sectional view explaining the manufacturing method of the single crystal processing member concerning one embodiment of the present invention.
  • the typical side sectional view of the single crystal processing member concerning one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a beam profile (uniform power distribution) measured between the aperture mask and the condenser lens in Example 1.
  • FIG. 2 is an optical micrograph of a cross section including a processed region and a non-processed region, in which a single crystal processed member is cleaved in a cross-sectional direction perpendicular to and parallel to the scanning direction of laser light in Example 1.
  • FIG. 2 is an optical micrograph of a cross section including a processed region and a non-processed region, in which a single crystal processed member is cleaved in a cross-sectional direction perpendicular to and parallel to the scanning direction of laser light in Example 1.
  • 6 is an explanatory diagram showing a beam profile (uniform power distribution) measured between an aperture mask and a condenser lens in Example 2.
  • 6 is an optical micrograph of a cross section including a processed region and a non-processed region, in which a single crystal processed member is cleaved in a cross-sectional direction perpendicular to and parallel to the laser beam scanning direction before polishing in Example 2.
  • Example 2 the optical microscope photograph of an example which performed the etching process after polishing the cross section of a single-crystal processed member.
  • 4 is an optical micrograph of a peeled surface of a single crystal substrate obtained in Example 2. Explanatory drawing which shows the beam profile (Gaussian distribution) measured between the aperture mask and the condensing lens in the comparative example 1.
  • FIG. It is an optical microscope photograph of the surface which exposed the process area
  • 3 is an optical micrograph of a peeled surface of a single crystal substrate obtained in Comparative Example 1.
  • Explanatory drawing which shows the beam profile (Gaussian distribution) measured between the aperture mask and the condensing lens in the comparative example 2. It is an optical microscope photograph of the surface which exposed the process area
  • FIG. 1 shows an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the present embodiment), in which a laser beam is condensed from an irradiated side surface of a single crystal member 10 by a laser focusing means to form a processing region 21 therein. It is a typical bird's-eye view explaining what to do.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining that the single crystal processed member 20 is formed by forming the processing region 21 inside the single crystal member 10 by irradiation with laser light.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure of the single crystal processed member 20 according to the present embodiment.
  • the laser beam B is condensed from the surface 20t on the irradiation side of the laser beam B, thereby being separated from the surface 20t and extending parallel to the surface 20t.
  • the boundary 23 can be confirmed by a polishing process and an etching process for a cross section in which the processed region 21 of the single crystal processed member 20 formed by irradiation with the laser beam B is exposed.
  • the boundary 23 here means that an intermediate layer (for example, a layer whose state changes gradually) or a crack extending in the vertical direction is not formed between the processed region 21 and the non-processed region 22.
  • the continuous boundary 23 means that the boundary 23 is continuous in a linear shape without such an intermediate layer or crack being formed.
  • a laser in which laser light to be irradiated is adjusted to the irradiated surface 20t of the single crystal member 10 by, for example, a condensing lens C as a laser condensing unit.
  • the condensing lens C and the single crystal member 10 are relatively moved while irradiating the light B and condensing the laser beam B inside the single crystal member 10, and parallel to the surface 20 t inside the single crystal member 10.
  • a single crystal processed member 20 in which a processed region 21 extending in the region is formed is manufactured. Then, it is cleaved in a cross-sectional direction perpendicular to and parallel to the scanning direction of the laser beam B, and a processing region in each direction is exposed.
  • this exposed surface is polished by lapping and polishing.
  • the polishing process can be performed using, for example, a lapping / polishing apparatus.
  • lapping a slurry obtained by mixing free abrasive grains having a particle diameter of 1 ⁇ m to several tens of ⁇ m as a polishing agent with a lubricant is placed between a lapping platen and the exposed surface of the processing area.
  • colloidal silica, alumina, fine diamond, cerium oxide, or the like can be used.
  • a fine abrasive having a particle size of 1 ⁇ m or less is used, and a polishing pad is attached to a surface plate to polish the exposed surface of the processing region.
  • FIG. 7 shows a case where the single crystal processed member 20 in Example 1 to be described later is cleaved in a cross-sectional direction perpendicular to and parallel to the scanning direction of the laser beam B, and the non-processed region before polishing, after lapping, and after polishing.
  • 4 is an optical micrograph of a cross section of a single crystal processed member 20 including a processed region.
  • 7A shows a state before polishing
  • FIG. 7B shows a state after lapping
  • FIG. 7C shows a state after polishing.
  • the boundary between the processed area and the non-processed area is not clear. After lapping and polishing (see FIGS.
  • the processed region 21 has a certain width (thickness), and the intermediate layer (for example, the state gradually increases from the width (thickness) in the vertical direction. A layer that changes) and cracks are not formed by extending in the vertical direction.
  • an etching process after polishing can be used.
  • the cross section parallel to the central axis of the laser beam B and the scanning direction (irradiation axis) AA ′ of the laser beam is polished and etched with a 10% aqueous sodium hydroxide solution after polishing.
  • a continuous boundary 23 exists between the processing region 12 and the non-processing region 13.
  • the single crystal processed member 20 of the present embodiment can be divided in the vertical direction at the processed region 22 and the non-processed region 23 to create a new single crystal member (substrate).
  • FIG. 4 is an overall view of an example of the laser processing apparatus in this example.
  • the laser processing apparatus of this example includes a laser oscillator 171, a zoom expander 172, an aperture mask 173, a condenser lens C, and an XY stage 174.
  • the beam diameter generated from the laser oscillator 71 is enlarged to an arbitrary diameter by the zoom expander 172, and then the optical path is adjusted by a reflection mirror (not shown), and the same diameter or larger than the entrance pupil diameter of the condenser lens C. Adjust the beam diameter to have a diameter.
  • the aperture mask 173 is for removing the non-uniform power portion in the beam peripheral portion, and is arranged in the vicinity of the condenser lens C in order to maintain the uniform power beam state and enter the condenser lens C. . Further, the aperture diameter of the aperture mask 173 is adjusted so that the beam after passing through the aperture mask 173 does not become diffracted light. That is, if the aperture diameter is too larger than the beam diameter, the non-uniform power portion cannot be removed. Conversely, if the aperture diameter is too small, it becomes a diffracted beam and a uniform power beam is not preferable.
  • the size of the single crystal member 10 that irradiates the laser beam is not particularly limited.
  • the single crystal member 10 is made of a thick silicon wafer E having a diameter of 300 mm, and the surface Et irradiated with the laser beam B is planarized in advance. preferable.
  • the laser beam B is applied to the surface 10t, not the peripheral surface of the silicon wafer single crystal member 10, via the condenser lens C.
  • the laser beam B is composed of, for example, a pulse laser beam having a pulse width of 1 ⁇ s or less, and a wavelength of 900 nm or more, preferably 1000 nm or more is selected.
  • a YAG laser or the like is suitable. Used for.
  • the laser beam B incident on the condenser lens C is a parallel beam in which uniform power is distributed with respect to the entrance pupil diameter of the condenser lens C.
  • the laser beam power has a so-called Gaussian distribution with a strong distribution at the center of the beam and a weak distribution at the periphery.
  • a laser beam having such a Gaussian distribution a laser beam having a uniform power at the center and the periphery of the beam is called a top hat type.
  • the beam with uniform power distribution in this example is classified as a top hat type.
  • a beam having a uniform power distribution can be confirmed by measuring a beam profile at a position immediately before the condenser lens C.
  • the beam diameter of the laser light C at this time should be the same as or larger than the entrance pupil diameter of the condenser lens C, and a beam having a uniform power distribution may be incident on the entrance pupil diameter.
  • the laser beam diameter is defined as a portion including the intensity of 1 / e 2 of the whole, that is, the intensity of 86.4% of the whole.
  • the uniform power portion occupies 50% or more, preferably 60% or more. It is more preferable to form clearly.
  • a known method using a homogenizer, an aspherical lens, or the like can be used for beam shaping of the uniform power top hat type beam in this example. Further, there is a method of obtaining a uniform power distribution portion with respect to the beam diameter by enlarging the beam diameter of the laser beam generated from the laser oscillator using a zoom optical system such as a zoom expander. In either method, if the beam phase is disturbed due to beam shaping, it is considered that when the light is focused inside the single crystal member, uniform power is obtained at the focal point, but uniform power cannot be obtained at the periphery. It is necessary to select a method that does not disturb.
  • the light transmittance when the single crystal substrate having a thickness of 0.625 mm as the single crystal member 10 is irradiated as the laser beam B composed of a uniform power beam has a wavelength of 1 to 80%.
  • a silicon single crystal substrate is used as the single crystal member 10
  • laser light having a wavelength of 800 nm or less is highly absorbed, so that only the surface is processed and the internal modified layer 12 cannot be formed.
  • a wavelength of 900 nm or more, preferably a wavelength of 1000 nm or more is selected.
  • the CO 2 laser with a wavelength of 10.64 ⁇ m has a too high light transmittance, so that it is difficult to process a single crystal substrate, and a YAG fundamental wave laser or the like is preferably used.
  • the formation of the processing region 21 will be described in detail.
  • the single crystal member 10 is placed on an XY stage, and the single crystal member 10 is held by a vacuum chuck, an electrostatic chuck, or the like. Then, by moving the single crystal member 10 in the X direction and the Y direction on the XY stage, the condensing lens C and the single crystal member 10 are moved to the surface of the single crystal member 10 on the side where the condensing lens C is disposed.
  • the processing region 21 is formed by the laser beam B condensed inside the single crystal member 10.
  • the correction ring of the condenser lens C may be appropriately adjusted and used in consideration of the thickness of the single crystal substrate of silicon.
  • the non-processed region 22 is present on the opposite side of the laser beam B irradiation direction across this processed region.
  • the boundary 23 between the processing region 21 and the non-processing region 22 is parallel and perpendicular to the laser beam B so as to cross the processing region 21 by the laser beam B (that is, perpendicular and parallel to the scanning direction AA ′ of the laser beam B).
  • the single crystal processed member 20 can be cleaved in the right direction), and the cross section can be confirmed by observing with a scanning electron microscope or a confocal microscope after polishing and etching as described above.
  • the dimensions, density, and the like of the processed region 21 to be formed are preferably set in consideration of the material of the single crystal member 10 from the viewpoint of facilitating peeling.
  • the single crystal processed member 20 in which the processed region 21 is formed can create a new single crystal member divided from the internal processed region 21. This is performed by peeling the internal processing region 21 and the non-processing region 22.
  • the internal processing region 21 is exposed on the side surface of the single crystal processing member 20.
  • a structure in which the processed region 21 is sandwiched by the non-processed region 22 is obtained.
  • the surface 20t of the non-processed region 22 is a surface on the irradiation side of the laser beam B.
  • the metal substrates 181a and 181b are bonded and fixed to the surface 20t of the non-processed region 22 of the single crystal processed member 20 so that the single crystal processed member 20 is sandwiched by the adhesives 183a and 183b.
  • the metal substrates 181a and 181b for example, SUS plates are used.
  • the adhesive for example, an adhesive made of an acrylic two-component monomer component that cures using metal ions as a reaction initiator is used. In this case, when the uncured monomer and the cured reaction product are water-insoluble, it is possible to prevent the peeled surface exposed when peeled in water (for example, the peeled surface of the silicon wafer) from being contaminated.
  • the adhesive strength of the adhesive only needs to be stronger than the force necessary for the non-processed region 23 to be separated from the processed region 22 and peeled off. You may adjust the dimension and density of the process area
  • the coating thickness of the adhesive is preferably 0.1 to 1 mm, more preferably 0.15 to 0.35 mm before curing. When the application thickness of the temporary fixing adhesive is excessively large, a long time is required until complete curing, and the adhesive is liable to cohesive failure at the time of division. Moreover, when application
  • the necessary parallelism may be obtained using one or more auxiliary plates.
  • metal substrates 181a and 181b are bonded to the upper and lower surfaces of the single crystal processed member 20 with an adhesive, they may be bonded one by one or may be bonded simultaneously on both sides.
  • the metal substrate is bonded to one side and the adhesive is cured, and then the metal substrate is bonded to the other side.
  • the surface to which the adhesive is applied may be the upper surface or the lower surface of the single crystal processed member 20.
  • a resin film not containing metal ions may be used as the cover layer.
  • machining such as a punch hole for fixing the apparatus may be performed.
  • the metal substrate to be bonded undergoes a peeling process in water, it is preferable to form a passive layer for the purpose of suppressing contamination of the silicon wafer, and an oxide layer (oxide film) formed for the purpose of reducing the takt time for peeling in water. A thinner layer is preferred.
  • the processed region 21 and the non-processed region 22 are separated and separated.
  • the laser beam B has a uniform power as described above, a continuous boundary 23 is formed between the processing region 21 and the non-processing region 22, so Separation from the processing region 22 becomes possible.
  • a crack or a processing region having a different processing state is created in the forming state of the processing region 21, and it is difficult to form a continuous boundary. As a result, the entire processing region 21 cannot be peeled off or cleaved along the crystal orientation of the single crystal member, and a new single crystal member cannot be created.
  • the method for applying the forces Fa and Fb is not particularly limited.
  • the forces Fa and Fb may be generated by etching a side wall of the single crystal processed member 20 to form a groove in the processed region 21 and pressing a wedge-shaped press-fitting material (for example, a cutter blade) into the groove.
  • a wedge-shaped press-fitting material for example, a cutter blade
  • an upward force component Fa and a downward force component Fb may be generated by applying a force F from the angular direction to the single crystal processed member 20.
  • the metal substrates 81a and 81b can be held by a chuck and can be peeled by pulling them up and down at an appropriate speed.
  • the energy of the laser beam B can be concentrated on the thin thickness portion in the single crystal member 10 with the condenser lens C having a large NA.
  • a correction ring in consideration of the refractive index of the single crystal member may be used.
  • the single crystal processed member 20 in which the processed region 21 having a small thickness T (the length along the central axis M of the laser beam B) is formed in the single crystal member 10 can be manufactured. And it is easy to manufacture a thin single crystal substrate by separating the processed region 21 and the non-processed region 22 and separating them. Further, such a thin single crystal substrate can be easily manufactured in a relatively short time. In addition, since the number of single crystal substrates can be obtained from the single crystal member 10 by suppressing the thickness of the processed region 21, the product rate can be improved.
  • the single crystal member 10 is not limited to a silicon wafer, but an ingot of a silicon wafer, an ingot of single crystal sapphire, SiC, or a wafer cut out from the ingot, or another crystal (GaN, GaAs, InP) on the surface thereof. Etc.) can be applied. Further, the plane orientation of the single crystal member 10 is not limited to (100), and other plane orientations can be used.
  • Example 1 ⁇ Experimental example> The inventor performed Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 described below. Here, the apparatus used in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 will be described. As the laser oscillator, the following 1) was used in Example 1, and the following 2) was used in Example 2 and Comparative Example 1.
  • Model name of laser oscillator 1 JenLas fiber ns 20 advanced multi mode model (manufactured by JENOPTIK Laser GmbH) Wavelength: 1062nm TEM00 Beam diameter: 1.15mm 2) HIPPO 1064-27 (Spectra-Physics, Inc.) Wavelength: 1064nm TEM00 Beam diameter: 0.6mm 2.
  • Model name of Beam Profiler BeamGage BGP-SP620u manufactured by Offiel Japan Co., Ltd.
  • Condensing lens LCPLN100XIR (Olympus Corporation) f: 1.8 mm N.
  • A. 0.85 Entrance pupil diameter: 3.06 mm 4.
  • the beam profile measured between the aperture mask and the condenser lens at this time is as shown in FIG. 6, and the beam that has passed through the aperture mask has a beam diameter of 4.4 mm and a uniform power distribution. It was.
  • a mirror-polished single crystal silicon wafer 10 (crystal orientation (100), thickness 725 ⁇ m) was prepared as a single crystal member 10 and placed on an XY stage.
  • the position of the condenser lens was moved by 80 ⁇ m toward the inside of the silicon wafer. Thereafter, a laser beam B having a wavelength of 1064 nm, a repetition frequency of 50 kHz, a pulse width of 200 ns, and a beam output of 0.8 W after the condenser lens was irradiated to form a processing region 12 inside the silicon wafer 10.
  • a speed of 50 mm / min When forming the processing region 12, a speed of 50 mm / min.
  • the laser beam B was irradiated while being moved, and then 1 ⁇ m was sent on the Y stage, and this process was repeated to internally irradiate the laser beam in an area of 15 mm ⁇ 15 mm, thereby forming the processing region 21.
  • a single crystal processed member having a non-processed region 22 on the upper side of the processing region 21 (that is, the irradiated side of the laser beam B) and a lower side of the processing region 21 was obtained.
  • the silicon wafer 10 is cleaved in a direction parallel to and perpendicular to the irradiation axis AA ′ so as to cross the processing region 21 to obtain a single crystal processing member 20a having a size of 11 mm ⁇ 11 mm in which the processing regions are exposed in four directions. It was.
  • the obtained cleavage plane was observed with a microscope.
  • the cleaved surface was polished with a polishing / lapping apparatus under the following conditions.
  • the single crystal processed member 20 is bonded with an adhesive made of an acrylic two-component monomer component that cures using metal ions as a reaction initiator using a SUS plate having a thickness of 10 mm as a metal substrate by the method described above. It was.
  • a tensile tester Tetunon RCT-1310A: manufactured by Orientec Co., Ltd.
  • a metal substrate was sandwiched with a chuck and peeled up and down at a tensile speed of 10 mm / min. I was able to create a new substrate.
  • the obtained single crystal substrate is shown in FIG.
  • Example 2> Using a laser oscillator 2), the beam was magnified 4 times by a zoom expander, the beam diameter was adjusted by adjusting the optical path through a reflection mirror, the aperture diameter of the aperture mask was 4.4 mm, and the beam was incident on the condenser lens.
  • the beam profile measured between the aperture mask and the condenser lens at this time is as shown in FIG. 10, and the beam that has passed through the aperture mask has a beam diameter of 4.3 mm and a uniform power distribution. It was.
  • a mirror-polished single crystal silicon wafer 10 (crystal orientation (100), thickness 725 ⁇ m) was prepared as a single crystal member 10 and placed on an XY stage. After focusing the beam on the laser light irradiated surface of the silicon wafer, the position of the condenser lens was moved by 80 ⁇ m toward the inside of the silicon wafer. Thereafter, a laser beam B having a wavelength of 1064 nm, a repetition frequency of 50 kHz, a pulse width of 20 ns, and a beam output of 0.8 W after the condenser lens was irradiated to form a processing region 12 inside the silicon wafer 10. When forming the processing region 12, a speed of 50 mm / min.
  • the laser beam B was irradiated while being moved, and then 1 ⁇ m was sent on the Y stage, and this process was repeated to internally irradiate the laser beam in an area of 15 mm ⁇ 15 mm, thereby forming the processing region 21.
  • a single crystal processed member having a non-processed region 22 on the upper side of the processing region 21 (that is, the irradiated side of the laser beam B) and a lower side of the processing region 21 was obtained.
  • Example 2 In this state, the same experiment as in Example 1 was performed. The results of microscopic observation after cleaving and lapping the cleaved surfaces are shown in FIGS. 11 (a) to 11 (d), respectively. Furthermore, the result after the etching treatment is shown in FIG. As can be seen from these results, it was confirmed that a continuous boundary 23 was formed between the processed region 21 and the non-processed region 22.
  • the beam profile measured between the aperture mask and the condenser lens is as shown in FIG. 14, and the beam passing through the aperture mask has a Gaussian distribution.
  • Example 2 a processing experiment was performed in the same manner as in Example 1 to form a single crystal processed member in which a processed region was formed inside the single crystal member.
  • the result of observing the cleavage plane of this single crystal processed member with a microscope is shown in FIG.
  • FIG. 15 (b) shows the result of microscopic observation after cleaving and lapping the cleaved surface.
  • this single crystal processed member was peeled off by the above-described method, it could not be separated from the processed region 21, and a new substrate could not be created.
  • the peeled result is shown in FIG.
  • the beam profile measured between the aperture mask and the condenser lens is as shown in FIG. 17, and the beam passing through the aperture mask has a Gaussian distribution.
  • Example 2 a processing experiment was performed in the same manner as in Example 2 to form a single crystal processed member in which a processed region was formed inside the single crystal member.
  • the result of observing the cleavage plane of this single crystal processed member with a microscope is shown in FIG. FIG. 18 (b) shows the result of microscopic observation after cleaving and lapping the cleaved surface.
  • FIG. 18 (b) shows the result of microscopic observation after cleaving and lapping the cleaved surface.
  • the thinly cut single crystal substrate can be applied to a solar cell as long as it is a Si substrate, and a sapphire substrate such as a GaN-based semiconductor device.
  • a solar cell as long as it is a Si substrate, and a sapphire substrate such as a GaN-based semiconductor device.

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Abstract

　単結晶部材に形成した改質層から剥離させることで比較的大きくて薄い単結晶基板を形成した際、剥離面に不具合が生じることを抑えて容易に剥離可能とする単結晶加工部材およびその製造方法を提供することを課題とする。単結晶加工部材（２０）は、単結晶部材の被照射側の表面（２０ｔ）から単結晶部材の内部にレーザ光を集光することで形成され、表面（２０ｔ）と離間しかつ表面（２０ｔ）と平行に延在する加工領域（２１）と、加工領域（２１）に隣接する非加工領域（２２）と、を有する。加工領域（２１）と非加工領域（２２）との間には、連続する境界（２３）が形成されている。

Description

単結晶加工部材およびその製造方法
　本発明は、単結晶部材の被照射側の表面から単結晶部材内部にレーザ光を集光することで、単結晶部材内部に加工領域を形成した単結晶加工部材およびその製造方法に関する。
　従来、単結晶のシリコン（Ｓｉ）ウエハに代表される半導体ウエハを製造する場合には、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断して、その周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウエハ形にスライスして半導体ウエハを製造するようにしている。
　このようにして製造された半導体ウエハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られることにより、厚さが約７５０μｍから１００μｍ以下、例えば７５μｍや５０μｍ程度に調整される。
　従来における半導体ウエハは、以上のように製造され、インゴットがワイヤソーにより切断され、しかも、切断の際にワイヤソーの太さ以上の切り代が必要となる。従って、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウエハを製造することが非常に困難であり、製品率も向上しないという問題がある。
　また近年、次世代の半導体として、硬度が大きく、熱伝導率も高いシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が注目されている。しかし、ＳｉＣの場合には、Ｓｉよりも硬度が大きい関係上、インゴットをワイヤソーにより容易にスライスすることができず、また、バックグラインドによる基板の薄層化も容易ではない。
　一方、集光レンズでレーザ光の集光点をインゴットの内部に合わせ、そのレーザ光でインゴットを相対的に走査することにより、インゴットの内部に多光子吸収による面状の改質層を形成し、この改質層を剥離面としてインゴットの一部を基板として剥離する基板製造方法および基板製造装置が開示されている。
　例えば特許文献１には、レーザ光の多光子吸収を利用し、シリコンインゴット内部に改質層を形成しシリコンインゴットから静電チャックを利用してウエハを剥離する技術が開示されている。
　また、特許文献２では、ＮＡ０．８の対物レンズにガラス板を取り付けて、太陽電池用のシリコンウエハに向けてレーザ光を照射することで、シリコンウエハ内部に改質層を形成し、これをアクリル樹脂の板に瞬間接着剤で固定して剥離する技術が開示されている。
　また、特許文献３では、特に段落０００３～０００５、００５７、００５８に、シリコンウエハ内部にレーザ光を集光し多光子吸収を起こさせることで微小空洞を形成しダイシングを行う技術が開示されている。
　しかしながら、特許文献１の技術では、大面積の基板（シリコン基板）を均一に剥離することは容易でない。しかも、剥離面でへき開などの不具合が生じ易い。
　また、特許文献２の技術では、ウエハを剥離するには強力なシアノアクリレート系接着剤でアクリル樹脂板にウエハを固定する必要があり、剥離したウエハとアクリル樹脂板との分離が容易でない。さらに、ＮＡ０．５～０．８のレンズでシリコン内部に改質領域を形成すると、改質層の厚みが１００μ以上となって必要な厚みよりも大きくなるので、ロスが大きい。ここで、レーザ光を集光する対物レンズのＮＡ（開口数）を小さくすることで改質層の厚みを小さくすることが考えられるが、基板表面でのレーザ光のスポット径が小さくなってしまう。このため、浅い深度に改質層を形成しようとすると、基板表面までが加工されてしまうという別の問題が発生する。
　また、特許文献３の技術は、シリコンウエハを個片のチップに切り分けるダイシングに関する技術であり、これをシリコンなどの単結晶インゴットから薄板状のウエハを製造することに応用するのは容易ではない。
　なお、この明細書中においては、別記する場合を除いてウエハのことを適宜に基板と称する。
特開２００５‐２７７１３６号公報 特開２０１０‐１８８３８５号公報 特開２００５‐５７２５７号公報
　本発明は、上記課題に鑑み、単結晶部材に形成した加工領域から剥離させることで比較的大きくて薄い単結晶基板を形成した際、剥離面に不具合が生じることを抑えて容易に剥離可能とする単結晶加工部材およびその製造方法を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するための本発明の一態様によれば、単結晶部材の被照射側の表面から前記単結晶部材の内部にレーザ光を集光することで形成され、前記表面と離間しかつ前記表面と平行に延在する加工領域と、前記加工領域に隣接する非加工領域と、を有し、前記加工領域と前記非加工領域との間に、連続する境界が形成されている単結晶加工部材が提供される。
　本発明の別の態様によれば、単結晶部材に表面からレーザ光を照射して内部で集光することで前記単結晶部材内部に加工領域を形成した単結晶加工部材の製造方法であって、前記単結晶部材の表面側に非接触にレーザ集光手段を配置し、前記レーザ集光手段に入射するレーザ光を調整して前記単結晶部材内部に該レーザ光を集光するとともに、前記レーザ集光手段と前記単結晶部材とを相対的に移動させて前記単結晶部材内部に加工領域を形成することにより、前記加工領域と前記加工領域に隣接する非加工領域との間に、連続する境界を形成した単結晶加工部材の製造方法が提供される。
　本発明によれば、単結晶部材に形成した改質層から剥離させることで比較的大きくて薄い単結晶基板を形成した際、剥離面に不具合が生じることを抑えて容易に剥離可能とする単結晶加工部材およびその製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る単結晶加工部材の製造方法を説明する模式的鳥瞰図。 本発明の一実施形態に係る単結晶加工部材の製造方法を説明する模式的側面断面図。 本発明の一実施形態に係る単結晶加工部材の模式的側面断面図。 本発明の一実施形態に係る単結晶加工部材の製造方法を説明する側面図。 本発明の一実施形態に係る単結晶加工部材の製造方法で、加工領域から剥離させるためにシリコンウエハの両面に金属板を貼り付けたことを説明する側面図。 実施例１で、アパーチャーマスクと集光レンズとの間で測定したビームプロィファイル（均一パワー分布）を示す説明図。 実施例１で、単結晶加工部材をレーザ光の走査方向に対し垂直および平行な断面方向にそれぞれへき開させた、加工領域と非加工領域とを含む断面の光学顕微鏡写真であり、（ａ）は垂直方向にへき開した面の研磨加工前、（ｂ）は垂直方向にへき開した面のラッピング後、（ｃ）は垂直方向にへき開した面のポリシング後、（ｄ）は平行方向にへき開した面のラッピング後、（ｅ）は平行方向にへき開した面のポリシング後を、それぞれ示す。 本発明の一実施形態で、単結晶加工部材の断面をポリシング後にエッチング処理を施した一例の光学顕微鏡写真。 実施例１で得られた単結晶基板の剥離面の光学顕微鏡写真。 実施例２で、アパーチャーマスクと集光レンズとの間で測定したビームプロィファイル（均一パワー分布）を示す説明図。 実施例２で、研磨加工前に、単結晶加工部材をレーザ光の走査方向に対し垂直および平行な断面方向にそれぞれへき開させた、加工領域と非加工領域とを含む断面の光学顕微鏡写真であり、（ａ）は垂直方向にへき開した面のラッピング後、（ｂ）は垂直方向にへき開した面のポリシング後、（ｃ）は平行方向にへき開した面のラッピング後、（ｄ）は平行方向にへき開した面のポリシング後、をそれぞれ示す。 実施例２で、単結晶加工部材の断面をポリシング後にエッチング処理を施した一例の光学顕微鏡写真。 実施例２で得られた単結晶基板の剥離面の光学顕微鏡写真。 比較例１で、アパーチャーマスクと集光レンズとの間で測定したビームプロィファイル（ガウシアン分布）を示す説明図。 比較例１で、単結晶加工部材の側壁に加工領域と非加工領域とを露出させた面の光学顕微鏡写真であり、（ａ）は研磨・ラッピング前、（ｂ）は研磨・ラッピング後を示す。 比較例１で得られた単結晶基板の剥離面の光学顕微鏡写真。 比較例２で、アパーチャーマスクと集光レンズとの間で測定したビームプロィファイル（ガウシアン分布）を示す説明図。 比較例２で、単結晶加工部材の側壁に加工領域と非加工領域とを露出させた面の光学顕微鏡写真であり、（ａ）は研磨・ラッピング前、（ｂ）は研磨・ラッピング後を示す。 （ａ）および（ｂ）は、何れも、比較例２で得られた単結晶基板の剥離面の光学顕微鏡写真。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
　また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
　図１は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）で、レーザ集光手段により単結晶部材１０の被照射側の表面からレーザ光を集光して内部に加工領域２１を形成していくことを説明する模式的鳥瞰図である。図２は、レーザ光の照射により単結晶部材１０の内部に加工領域２１を形成して単結晶加工部材２０を形成することを説明する模式的断面図である。図３は、本実施形態に係る単結晶加工部材２０の模式的断面構造である。
　本実施形態に係る単結晶加工部材２０では、レーザ光Ｂの被照射側の表面２０ｔからレーザ光Ｂを集光することで、この表面２０ｔと離間しかつこの表面２０ｔと平行に延在する加工領域２１と、その加工領域に対して単結晶部材内部を挟む上下方向の位置に非加工領域２２とがあり、この加工領域２１と非加工領域２２との間には、連続する境界２３が存在する。境界２３は、レーザ光Ｂの照射により形成された単結晶加工部材２０の加工領域２１を露出させた断面を研磨加工およびエッチング処理により確認することができる。ここでいう境界２３は、加工領域２１と非加工領域２２との間に中間層（例えば、状態が徐々に変化するような層）や上下方向にクラックが延伸して形成されていないことを意味しており、連続する境界２３とは、このような中間層やクラックが形成されずに境界２３が線状に連続していることを意味する。
　単結晶加工部材２０を製造して単結晶基板を得るには、レーザ集光手段として例えば集光レンズＣにより、単結晶部材１０の被照射側の表面２０ｔに、照射するレーザ光を調整したレーザ光Ｂを照射して単結晶部材１０内部にレーザ光Ｂを集光しつつ、集光レンズＣと単結晶部材１０とを相対的に移動させて、単結晶部材１０内部に、表面２０ｔと平行に延在する加工領域２１を形成した単結晶加工部材２０を製造する。そして、レーザ光Ｂの走査方向に対し垂直および平行な断面方向に劈開させ、それぞれの方向における加工領域を露出させる。
　次にこの露出面（加工領域露出面）をラッピング加工およびポリシング加工により研磨加工する。研磨加工は例えばラッピング・ポリシング装置を利用して行うことができる。ラッピングでは研磨剤として粒径が１μｍから数１０μｍの遊離砥粒を潤滑剤に混ぜたスラリーをラップ定盤と上記の加工領域露出面との間に入れ加工する。このときの遊離砥粒としてはコロイダルシリカ、アルミナ、微粒ダイヤモンド、酸化セリウムなどが利用できる。ポリシング加工では粒径１μｍ以下の微細な研磨剤が使用され、研磨パッドを定盤に貼りつけて加工領域露出面を研磨加工する。
　図７は、後述の実施例１における単結晶加工部材２０をレーザ光Ｂの走査方向に対し垂直および平行な断面方向にそれぞれ劈開させ、研磨加工前、ラッピング後、ポリッシング加工後の加工領域と非加工領域とを含む単結晶加工部材２０の断面の光学顕微鏡写真である。図７（ａ）では研磨加工前、図７（ｂ）はラッピング後、図７（ｃ）はポリシング後の状態を示す。研磨加工前（図７（ａ）参照）では加工領域と非加工領域の境界は明確ではない。ラッピング後およびポリシング後（それぞれ図７（ｂ）および図７（ｃ）参照）では、加工領域２１の上下に位置する非加工領域２２との境界２３が観察される。このように、本実施形態の単結晶加工部材では、加工領域２１はある一定の幅（厚さ）を持っていて、その幅（厚さ）から上下方向に中間層（例えば、状態が徐々に変化するような層）や上下方向にクラックが延伸して形成されていないものである。
　加工領域２１と非加工領域２２の境界２３をさらに明瞭にする方法として、ポリシング後のエッチング処理を利用することもできる。図８は、レーザ光Ｂの中心軸およびレーザ光の走査方向（照射軸）ＡＡ’に対し平行な断面をポリシング後に濃度１０％水酸化ナトリウム水溶液でエッチング処理を施したものである。図８からわかるように、加工領域１２と非加工領域１３との間には、連続する境界２３が存在する。本実施形態の単結晶加工部材２０は、その加工領域２２と非加工領域２３とで上下方向に分断し、あらたな単結晶部材（基板）を創成することができる。一方、加工領域２１と非加工領域２２の境界２３が連続して存在しない場合や、加工領域２２から非加工領域２３に中間層（例えば、状態が徐々に変化するような層）や上下方向にクラック（亀裂など）が進展している場合は、加工領域２２と非加工領域２３とで上下方向に分断させると結晶方位へのへき開が生じるなどの不具合により分断することができず、新たな基板を創成することができない。
　（実施形態の具体的な一例）
　以下、本実施形態の具体的な一例（以下、本一例という）について説明する。図４は本一例におけるレーザ加工装置の一例の全体図であり、本一例のレーザ加工装置は、レーザ発振器１７１、ズームエキスパンダー１７２、アパーチャーマスク１７３、集光レンズＣおよびＸＹステージ１７４を備えている。レーザ発振器７１から発生されたビーム径をズームエキスパンダー１７２で任意の径まで拡大させ、その後反射ミラー（図示せず）により光路調整を行い、集光レンズＣの入射瞳径に対して同径もしくは大きい径を有するビーム径に調整する。ここで、アパーチャーマスク１７３は、ビーム周辺部の不均一パワー部分を除くためのものであり、均一パワービーム状態を維持して集光レンズＣに入射するために集光レンズＣの近傍に配置する。さらに、アパーチャーマスク１７３の開口径はアパーチャーマスク１７３通過後のビームが回折光とならないように調整する。つまり、この開口径がビーム径よりも大きすぎると不均一パワー部分を除けず、逆に開口径が小さ過ぎると、回折ビームとなってしまい均一パワービームとはならないため好ましくない。
　レーザ光を照射する単結晶部材１０のサイズは、特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍの厚いシリコンウエハＥからなり、レーザ光Ｂが照射される表面Ｅｔが予め平坦化されていることが好ましい。
　レーザ光Ｂは、シリコンウエハ単結晶部材１０の周面ではなく、上記の表面１０ｔに集光レンズＣを介して照射される。このレーザ光Ｂは、単結晶部材１０がシリコンの場合には、例えばパルス幅が１μｓ以下のパルスレーザ光からなり、９００ｎｍ以上の波長、好ましくは１０００ｎｍ以上の波長が選択され、ＹＡＧレーザ等が好適に使用される。本一例において集光レンズＣに入射されるレーザ光Ｂは集光レンズＣの入射瞳径に対して均一パワーが分布する平行ビームである。
　一般的にレーザビームパワーはビーム中央部で強く、周辺部で弱い分布で、いわゆるガウシアン分布となっている。このようなガウシアン分布を有するレーザビームに対し、ビーム中央部と周辺部でパワーが均一なレーザビームはトップハット型と呼ばれる。本一例における均一パワーが分布するビームはトップハット型に分類される。
　この均一パワーが分布する平行ビームのレーザ光Ｂを集光レンズＣにより単結晶部材１０の内部に集光するとビーム径に対する加工領域２１全体の加工状態に差が生じにくくなる。言い換えれば、図２に示したように、内部集光されるレーザ光Ｂに対する加工領域１２を見た場合、集光点Ｄにおけるエネルギー分布の差が生じにくくなり、単結晶部材の深さ方向および面方向で加工状態の差が小さくなる。さらに、加工領域２１が形成可能となる大きさのビームエネルギーに対して加工領域２１とその上下の非加工領域２２とに境界を形成できる。その結果、下記に説明する方法により単結晶加工部材２０をこの加工領域２１で上下に分断、剥離して新たな基板を創成することができる。
　一方、ガウシアン分布を有するレーザ光の場合、ビームパワーの高いビーム中央部が集光する領域の加工状態と弱いビームパワーのビーム周辺部が集光する加工領域の状態に差が生じる。特に、ビーム中央部が集光される加工領域は加工領域全体のレーザ被照射側に位置するために加工領域２１と被加工領域２２との境界２３付近において、クラックや加工状態の異なる加工領域が作り出されてしまう。その結果、剥離させることが困難となる。
　本一例において均一パワー分布のビームは集光レンズＣの直前の位置でのビームプロファイルを測定することにより確認できる。このときのレーザ光Ｃのビーム径は集光レンズＣの入射瞳径と同径またはこれよりも大きければよく、入射瞳径に対して均一パワー分布のビームが入射されればよい。一般的にレーザビーム径は、全体の１／ｅ２の強度、すなわち全体の８６．４％の強度が含まれる部分として定義される。本願の場合、均一パワー分布として、上記で測定されたビームプロィファイルから得られたビームにおいて、均一パワー部分が５０％以上、好ましくは６０％以上を占めていることが、連続する境界２３を明確に形成する上で更に好ましい。
　本一例における均一パワートップハット型ビームのビーム整形にはホモジナイザ、非球面レンズなどを用いた公知の方法が利用できる。さらに、レーザ発振器から発生されたレーザビームをズームエキスパンダーなどのズーム光学系を利用してビーム直径を拡大させ、ビーム径に対する均一パワー分布部分を得る方法も上げられる。いずれの方法においても、ビーム整形によりビームの位相が乱れると、単結晶部材内部で集光させた場合、焦点では均一パワーとなるが、その周辺では均一パワーが得られないと考えられ、ビーム位相が乱れない方法を選択することが必要である。
　また、本一例では、均一パワービームからなるレーザ光Ｂとして、単結晶部材１０として厚み０．６２５ｍｍの単結晶基板に照射したときの光線透過率が１～８０％の波長であることが望ましい。例えば、単結晶部材１０としてシリコンの単結晶基板を用いた場合、波長が８００ｎｍ以下のレーザ光では吸収が大きいため、表面のみが加工され、内部の改質層１２を形成することができない。このため、９００ｎｍ以上の波長、好ましくは、１０００ｎｍ以上の波長が選択される。また、波長１０．６４μｍのＣＯ2レーザでは、光線透過率が高すぎるため、単結晶基板の加工をすることが困難であり、ＹＡＧ基本波のレーザなどが好適に使用される。　
　以下、加工領域２１の形成ついて詳細に説明する。本一例では、単結晶部材１０をＸＹステージ上に載置し、真空チャック、静電チャックなどでこの単結晶部材１０を保持する。そして、ＸＹステージで単結晶部材１０をＸ方向やＹ方向に移動させることで、集光レンズＣと単結晶部材１０とを、単結晶部材１０の集光レンズＣが配置されている側の表面２０ｔと平行な方向に相対的に移動させながらレーザ光Ｂを照射することで、単結晶部材１０の内部に集光したレーザ光Ｂによって加工領域２１が形成される。なお、このときシリコンの単結晶基板厚さを考慮して、集光レンズＣの補正環を適宜調整して使用しても良い。
　この加工領域を挟んでレーザ光Ｂ照射方向とその反対側にそれぞれ非加工領域２２が存在する。加工領域２１と非加工領域２２との境界２３については、レーザ光Ｂによる加工領域２１を横断するようにレーザ光Ｂに平行および垂直な方向（すなわちレーザ光Ｂの走査方向ＡＡ’に垂直および平行な方向）に単結晶加工部材２０をへき開し、断面を上記したように研磨加工およびエッチング処理後に走査電子顕微鏡もしくは共焦点顕微鏡などで観察することにより確認できる。形成する加工領域２１の寸法、密度などは、剥離し易くする観点で、単結晶部材１０の材質などを考慮して設定することが好ましい。
　このように加工領域２１を形成した単結晶加工部材２０は、その内部加工領域２１から分断させた新たな単結晶部材を創成することができる。これは、内部加工領域２１と非加工領域２２との剥離により行い、本一例では、先ず、単結晶加工部材２０の側面に内部加工領域２１を露出させる。露出させるには、例えば、非加工領域２２の所定の結晶面に沿ってへき開すると、非加工領域２２によって加工領域２１が挟まれた構造のものが得られる。なお、非加工領域２２の表面２０ｔはレーザ光Ｂの被照射側の面である。加工領域２１が既に露出している場合や、加工領域２１の周縁と単結晶加工部材２０の側壁との距離が十分に短い場合には、この露出をさせる作業を省略することが可能である。
　その後、図５に示すように、単結晶加工部材２０の非加工領域２２の表面２０ｔに金属製基板１８１ａ、１８１ｂを接着剤１８３ａ、１８３ｂで単結晶加工部材２０を挟持するように接着固定する。金属製基板１８１ａ、１８１ｂとしては、例えば、ＳＵＳ製の板を用いる。接着剤としては、例えば、金属イオンを反応開始剤として硬化するアクリル系２液モノマー成分からなる接着剤を用いる。この場合、未硬化モノマーおよび硬化反応物が非水溶性であると、水中で剥離した際に露出した剥離面（例えばシリコンウェハの剥離面）が汚染されることを防止できる。この接着剤の接着強度は、非加工領域２３が加工領域２２から分断されて剥離するのに必要な力よりも強ければよい。接着剤の接着強度に応じ、形成する加工領域２１の寸法、密度を調整してもよい。接着剤の塗布厚みは、硬化前で０．１～１ｍｍが好ましく、０．１５～０．３５ｍｍがより好ましい。仮固定用接着剤の塗布厚みが過度に大きい場合、完全硬化となるまでに長時間を必要とする上、分断時に接着剤の凝集破壊が起こりやすくなる。また、塗布厚みが過度に小さい場合、分断した単結晶部材の水中剥離に長時間を必要とする。
　接着した際に金属製基板１８１ａと金属製基板１８１ｂとの平行度が十分に得られない場合には、１枚以上の補助板を使用して必要な平行度を得てもよい。
　また、金属製基板１８１ａ、１８１ｂを接着剤で単結晶加工部材２０の上下面に接着する際、片面ずつ接着してもよいし、両面同時に接着してもよい。
　厳密に塗布厚みを制御したい場合には、一方の片面に金属製基板を接着させて接着剤が硬化した後、もう一方の片面に金属製基板を接着することが好ましい。このように片面ずつ接着する場合、接着剤を塗布する面が単結晶加工部材２０の上面であっても下面であってもよい。その際、単結晶加工部材２０の非接着面に接着剤が付着して硬化することを抑制するために、金属イオンを含まない樹脂フィルムをカバーレイヤーとして用いてもよい。
　金属製基板としては、平行度および平坦度が得られるのであれば、装置固定用の抜き穴等の機械加工を行っていても構わない。接着する金属製基板は水中での剥離工程を経るため、シリコンウエハの汚染抑制目的では不動態層を形成するものであることが好ましく、水中剥離のタクトタイム短縮目的では形成する酸化層（酸化皮膜層）が薄い方が好ましい。
　分断、剥離後に金属製基板からの水中剥離を行うため、接着前の金属製基板については、通常行われる金属の脱脂処理を行うことが好ましい。接着剤と金属製基板との接着力を高めるには、化学的方法または機械的方法で金属表面の酸化層を落として活性な金属面を出すとともに、アンカー効果を得やすい表面構造にするのが好ましい。上記の化学的方法とは、具体的には薬品を用いた酸洗浄や脱脂処理などがある。上記の機械的方法とは、具体的にはサンドブラスト、ショットブラストなどが挙げられるが、サンドペーパーで金属製基板の表面を傷つける方法が最も簡便であり、その粒度は＃８０～２０００が好ましく、金属製基板の表面ダメージを考慮すると＃１５０～８００がより好ましい。
　金属製基板の接着後、金属製基板８１ａに上方向の力Ｆａを、金属製基板８１ｂに下方向の力Ｆｂをそれぞれ加えると加工領域２１と非加工領域２２で分断、剥離される。このとき、上記したように前記レーザ光Ｂが均一パワーを有するものであると、加工領域２１と非加工領域２２との間には、連続する境界２３が形成されるため、加工領域２１と非加工領域２２とでの剥離が可能となる。一方、ガウシアンビームであると加工領域２１の形成状態にクラックや加工状態の異なる加工領域が作り出されて、連続した境界が形成されにくい。その結果、加工領域２１の全面での剥離ができなかったり、単結晶部材の結晶方位に沿って劈開したりしてしまい、新たな単結晶部材の創成ができない。
　力Ｆａ、Ｆｂを加える手法は特に限定しない。例えば、単結晶加工部材２０の側壁をエッチングして加工領域２１に溝を形成し、この溝に楔状圧入材（例えばカッター刃）を圧入することで力Ｆａ、Ｆｂを発生させてもよい。また、単結晶加工部材２０に角方向から力Ｆを加えて、上方向の力成分Ｆａと下方向の力成分Ｆｂとを発生させてもよい。さらには、金属製基板８１ａ、８１ｂをチャックにより挟持して、上下方向に適当な速度で引張ることにより剥離させることも可能である。
　また、大きなＮＡの集光レンズＣで、単結晶部材１０内の薄い厚み部分にレーザ光Ｂによるエネルギーを集中させることができる。また単結晶部材の屈折率を考慮した補正環を使用してもよい。その場合、単結晶部材１０内に、厚みＴ（レーザ光Ｂの中心軸Ｍに沿った長さ）が小さい加工領域２１を形成した単結晶加工部材２０を製造することができる。そして、加工領域２１と非加工領域２２を分断させて剥離することで薄い単結晶基板を製造することが容易である。また、このような薄い単結晶基板を比較的短時間で容易に製造することができる。しかも、加工領域２１の厚みを抑えることで単結晶部材１０から多数枚の単結晶基板が得られるので、製品率を向上させることができる。
　また、単結晶部材１０はシリコンウエハに限定されるものではなく、シリコンウエハのインゴット、単結晶のサファイア、ＳｉＣなどのインゴットやこれから切り出したウェハ、あるいはこの表面に他の結晶（ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）を成長させたエピタキシャルウェハなどを適用可能である。また、単結晶部材１０の面方位は（１００）に限らず、他の面方位とすることも可能である。
　＜実験例＞
　本発明者は、以下に説明する実施例１、実施例２、および、比較例１を行った。ここで、実施例１、実施例２、および、比較例１で用いた装置を説明する。レーザ発振器としては、実施例１では下記の１）を用い、実施例２および比較例１では下記の２）を用いた。
１.　　レーザ発振器の機種名
　１）　JenLas fiber ns 20 advanced multi mode model (JENOPTIK Laser GmbH製)
　　　　波長：１０６２ｎｍ
　　　　ＴＥＭ００
　　　　ビーム径　：　１．１５ｍｍ
　２）　HIPPO 1064-27 (Spectra-Physics, Inc.製)
　　　　波長：１０６４ｎｍ
　　　　ＴＥＭ００
　　　　ビーム径　：　０．６ｍｍ
２.　　ビームプロファイラの機種名
　　BeamGage BGP-SP620ｕ (株式会社オフィールジャパン社製)
３.　　集光レンズ
　　LCPLN100XIR　（株式会社オリンパス社製）
　　ｆ：１．８ｍｍ
　　Ｎ．Ａ．：　０．８５
　　入射瞳径　：　３．０６ｍｍ
４.　　研磨・ポリッシング装置
　　ラップマスターＬ／Ｍ（１５Ｅ）（ラップマスターＳＦＴ株式会社社製）
　＜実施例１＞
　レーザ発振器１）を使用し、ズームエキスパンダーによりビーム４倍に拡大させ、反射ミラーを介した光路調整によりビーム径を調整しアパーチャーマスクの開口径を４．４ｍｍとしてビームを集光レンズに入射した。
　このときの、アパーチャーマスクと集光レンズとの間で測定したビームプロィファイルは図６のようであり、アパーチャーマスクを通過したビームはビーム径が４．４ｍｍで均一パワー分布を有するものであった。
　次に、単結晶部材１０として鏡面研磨した単結晶のシリコンウエハ１０(結晶方位（１００）、厚み７２５μｍ)を準備しＸＹステージに載置した。
　ビームの焦点をシリコンウエハのレーザ光被照射面表面に合わせた後、集光レンズの位置をシリコンウエハ内部に向かって８０μｍ移動させた。その後、波長１０６４ｎｍ、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、パルス幅２００ｎｓ、集光レンズ後のビーム出力０．８Ｗのレーザ光Ｂを照射し、シリコンウエハ１０内部に加工領域１２を形成した。加工領域１２を形成する際には、Ｘステージで速度５０ｍｍ/ｍｉｎ．で移動させながらレーザ光Ｂを照射し、次いでＹステージで１μｍ送った後これを繰り返すことで１５ｍｍ×１５ｍｍのエリアにレーザ光の内部照射を行うことで加工領域２１を形成した。この結果、加工領域２１の上側（すなわちレーザ光Ｂの被照射側）と加工領域２１の下側に非加工領域２２とを有する単結晶加工部材を得た。
　この後、加工領域２１を横断するようにシリコンウエハ１０を照射軸ＡＡ’に平行および垂直な方向にへき開して４方向に加工領域を露出させた１１ｍｍ×１１ｍｍ大の単結晶加工部材２０ａを得た。得られたへき開面を顕微鏡で観察した。次に、へき開面を研磨・ラッピング装置にて以下の条件にて研磨加工した。
　（１）ラッピング加工　：　スラリー（アルミナ＃１２００）
　　　　　　　　　　　 回転数　３０r.p.m
　　　　　　　　　　　加工時間　１時間２０分
　（２）ポリシング加工　：　スラリー　GRANZOX 3700　（コロイダルシリカ）
　　　　　　　　　　　　回転数　３０r.p.m
　　　　　　　　　　　　加工時間　５時間
　ラッピング後およびポリシング後の顕微鏡観察結果を、それぞれ図７(a)～図７(ｅ)に示す。さらに、この加工領域露出断面に１０％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して、エッチング処理を施した。その結果を図８に示す。これの結果から分かるように、加工領域２１と非加工領域２２との間に、連続する境界２３が形成されていることが確認された。
　次に、単結晶加工部材２０を、上記した方法により金属製基板として厚さ１０ｍｍのＳＵＳ板を用いて、金属イオンを反応開始剤として硬化するアクリル系２液モノマー成分からなる接着剤で接着させた。引張試験装置（テンシロン　ＲＣＴ－１３１０Ａ：オリエンテック社製）を用いて、金属製基板をチャックで挟持して、引張速度１０ｍｍ/分で上下方向に剥離させたところ、加工領域２１から分断され、あらたな基板を創生することができた。得られた単結晶基板を図９に示す。
　＜実施例２＞
　レーザ発振器２）を使用し、ズームエキスパンダーによりビーム４倍に拡大させ、反射ミラーを介した光路調整によりビーム径を調整しアパーチャーマスクの開口径を４．４ｍｍとしてビームを集光レンズに入射した。このときの、アパーチャーマスクと集光レンズとの間で測定したビームプロィファイルは図１０のようであり、アパーチャーマスクを通過したビームはビーム径が４．３ｍｍで均一パワー分布を有するものであった。
　次に、単結晶部材１０として鏡面研磨した単結晶のシリコンウエハ１０(結晶方位（１００）、厚み７２５μｍ)を準備しＸＹステージに載置した。ビームの焦点をシリコンウエハのレーザ光被照射面表面に合わせた後、集光レンズの位置をシリコンウエハ内部に向かって８０μｍ移動させた。その後、波長１０６４ｎｍ、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、パルス幅２０ｎｓ、集光レンズ後のビーム出力０．８Ｗのレーザ光Ｂを照射し、シリコンウエハ１０内部に加工領域１２を形成した。加工領域１２を形成する際には、Ｘステージで速度５０ｍｍ/ｍｉｎ．で移動させながらレーザ光Ｂを照射し、次いでＹステージで１μｍ送った後これを繰り返すことで１５ｍｍ×１５ｍｍのエリアにレーザ光の内部照射を行うことで加工領域２１を形成した。この結果、加工領域２１の上側（すなわちレーザ光Ｂの被照射側）と加工領域２１の下側に非加工領域２２とを有する単結晶加工部材を得た。
　この状態で、実施例１と同様の実験を行った。へき開面を研磨・ラッピング後の顕微鏡観察結果を、それぞれ図１１(a)～図１１(d)に示す。さらに、エッチング処理後の結果を図１２に示す。これの結果から分かるように、加工領域２１と非加工領域２２の間に、連続する境界２３が形成されていることが確認された。
　さらに、単結晶加工部材２０を、剥離させたところ、加工領域２１から分断され、あらたな基板を創生することができた。剥離させた結果を図１３に示す。
　＜比較例１＞
　レーザ発振器１）を使用し、ズームエキスパンダーによりビームを２倍に拡大させ、反射ミラーを介した光路調整によりビーム径を調整しアパーチャーマスクの開口径を４．４ｍｍとして集光レンズに入射した。
　このときの、アパーチャーマスクと集光レンズとの間で測定したビームプロィファイルは図１４のようであり、アパーチャーマスクを通過したビームはガウシアン分布をするものであった。
　この状態で、実施例１と同様にして加工実験を行って、単結晶部材内部に加工領域を形成した単結晶加工部材を形成した。この単結晶加工部材のへき開面を顕微鏡で観察した結果を図１５(a)に示す。またへき開面を研磨・ラッピング後の顕微鏡観察結果を、図１５(b)に示す。
　これらの結果から分かるように、加工領域からクラックが進展するなど、加工領域と非加工領域との境界が明瞭でないことが確認された。
　一方、この単結晶加工部材を、上記した方法により剥離させたところ、加工領域２１から分断することができず、新たな基板を創生することができなかった。剥離させた結果を図１６に示す。
　＜比較例２＞
　レーザ発振器２）を使用し、ズームエキスパンダーによりビーム２倍に拡大させ、反射ミラーを介した光路調整によりビーム径を調整しアパーチャーマスクの開口径を４．４ｍｍとして集光レンズに入射した。
　このときの、アパーチャーマスクと集光レンズとの間で測定したビームプロィファイルは図１７のようであり、アパーチャーマスクを通過したビームはガウシアン分布をするものであった。
　この状態で、実施例２と同様にして加工実験を行って、単結晶部材内部に加工領域を形成した単結晶加工部材を形成した。この単結晶加工部材のへき開面を顕微鏡で観察した結果を図１８(a)に示す。またへき開面を研磨・ラッピング後の顕微鏡観察結果を、図１８(b)に示す。これらの結果から分かるように、加工領域からクラックが進展するなど、加工領域と非加工領域との境界が明瞭でないことが確認された。
　一方、この単結晶加工部材を、上記した方法により剥離させたところ、加工領域２１から分断することができず、あらたな基板を創生することができなかった。剥離させた結果を図１９（ａ）および（ｂ）に示す。
　本発明により薄い単結晶基板を効率良く形成することができることから、薄く切り出された単結晶基板は、Ｓｉ基板であれば、太陽電池に応用可能であり、また、ＧａＮ系半導体デバイスなどのサファイア基板などであれば、発光ダイオード、レーザダイオードなどに応用可能であり、ＳｉＣなどであれば、ＳｉＣ系パワーデバイスなどに応用可能であり、透明エレクトロニクス分野、照明分野、ハイブリッド／電気自動車分野など幅広い分野において適用可能である。
１０　単結晶部材、シリコンウエハ
２０　単結晶加工部材
２０ｔ　表面
２１　加工領域
２２　非加工領域
２３　境界
Ｂ　レーザ光
Ｃ　集光レンズ（レーザ集光手段、集光レンズ）

Claims (3)

  1. 　単結晶部材の被照射側の表面から前記単結晶部材の内部にレーザ光を集光することで形成され、前記表面と離間しかつ前記表面と平行に延在する加工領域と、
    　前記加工領域に隣接する非加工領域と、
    　を有し、
    　前記加工領域と前記非加工領域との間に、連続する境界が形成されていることを特徴とする単結晶加工部材。
  2. 　単結晶部材に表面からレーザ光を照射して内部で集光することで前記単結晶部材内部に加工領域を形成した単結晶加工部材の製造方法であって、
    　前記単結晶部材の表面側に非接触にレーザ集光手段を配置し、前記レーザ集光手段に入射するレーザ光を調整して前記単結晶部材内部に該レーザ光を集光するとともに、前記レーザ集光手段と前記単結晶部材とを相対的に移動させて前記単結晶部材内部に加工領域を形成することにより、
    　前記加工領域と前記加工領域に隣接する非加工領域との間に、連続する境界を形成したことを特徴とする単結晶加工部材の製造方法。
  3. 　前記レーザ集光手段として集光レンズを配置し、
    　前記集光レンズの入射瞳径に対して均一パワー分布の平行ビームのレーザ光を前記集光レンズに入射させることを特徴とする請求項２に記載の単結晶加工部材の製造方法。
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