WO2013115352A1 - 単結晶基板の製造方法、単結晶基板、および、内部改質層形成単結晶部材の製造方法 - Google Patents

単結晶基板の製造方法、単結晶基板、および、内部改質層形成単結晶部材の製造方法 Download PDF

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laser
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laser beam
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利香 松尾
鈴木　秀樹
国司　洋介
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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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a single crystal substrate, a single crystal substrate, and a method for producing an internal modified layer-forming single crystal member, and more particularly, to a method for producing a single crystal substrate by thinly and stably cutting a single crystal substrate, and a single crystal
  • the present invention relates to a substrate and a method for producing an internal modified layer-forming single crystal member.
  • 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
  • Patent Document 1 discloses a technique of using a multiphoton absorption of laser light to form a modified layer inside a silicon ingot and peeling the wafer from the silicon ingot using an electrostatic chuck.
  • Patent Document 1 it is not easy to uniformly peel off a large area substrate (silicon substrate).
  • the surface roughness of the peeled surface of the obtained single crystal substrate (wafer) is relatively rough, the time taken for lapping (polishing) of the peeled surface is long.
  • the present invention has a surface roughness Ra of the separation surface of the single crystal substrate of less than 1 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 an object of the present invention to provide a method for manufacturing a single crystal substrate, a single crystal substrate, and a method for manufacturing an internal modified layer-forming single crystal member.
  • a laser beam is formed on the surface of the single crystal member by the first step of disposing the laser focusing unit on the single crystal member in a non-contact manner and the laser focusing unit.
  • the laser light is condensed inside the single crystal member by irradiating light, and the laser condensing means and the single crystal member are relatively moved so that a two-dimensional modification is made inside the single crystal member.
  • a second step of forming a porous layer, and a third step of forming a single crystal substrate by peeling a single crystal layer separated by the modified layer from the modified layer, the third step There is provided a method for manufacturing a single crystal substrate in which the laser light irradiation conditions are adjusted in the second step so that the surface roughness Ra of the peel surface of the single crystal substrate formed in step 1 is less than 1.
  • a single crystal substrate manufactured by the method for manufacturing a single crystal substrate according to the present invention.
  • an internal modified layer forming single crystal in which a modified layer is formed inside the single crystal member by irradiating the single crystal member with laser light from the surface and condensing the inside comprising: a first step of disposing a laser condensing unit in a non-contact manner on the single crystal member; and the laser condensing unit irradiating a surface of the single crystal member with laser light to The laser beam is condensed inside the crystal member, and the laser condensing means and the single crystal member are relatively moved to form a two-dimensional modified layer inside the single crystal member.
  • a surface roughness Ra of the peeling surface of the single crystal substrate formed by peeling the single crystal layer separated by the modified layer from the modified layer is less than 1.
  • the surface roughness Ra of the peel surface of the single crystal substrate is less than 1. It is possible to provide a method for manufacturing a single crystal substrate, a single crystal substrate, and a method for manufacturing an internal modified layer-forming single crystal member.
  • FIG. 1 is a schematic perspective sectional view for explaining a method for producing a single crystal substrate and an internal modified layer forming single crystal member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing that a crack is formed inside a single crystal member by laser light irradiation in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining that the single crystal layer is peeled off from the modified layer by bonding a metal substrate to the upper and lower surfaces of the internal modified layer forming single crystal member in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining that the single crystal layer is peeled off from the modified layer by bonding a metal substrate to the upper and lower surfaces of the internal modified layer forming single crystal member in one embodiment of the present invention.
  • the typical sectional view explaining the modification of one embodiment of the present invention.
  • the partial expanded side view of the single crystal substrate obtained by one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1A is a side view showing that a laser beam corrected by an aberration correction ring is incident on a condenser lens and is irradiated as a modification of the embodiment of the present invention
  • (b) is a part of (a). Enlarged view.
  • Explanatory drawing which shows the experimental condition and measurement result in Experimental example 1.
  • FIG. Explanatory drawing which shows the experimental condition and measurement result in Experimental example 1.
  • FIG. The optical microscope photograph of the cross section of the single crystal substrate obtained in Example 1A.
  • the optical microscope photograph of the cross section of the single crystal substrate obtained in Example 1C The laser confocal microscope photograph of the cross section of the single crystal substrate obtained in Example 1C.
  • the optical microscope photograph of the cross section of the single crystal substrate obtained in Example 1D The laser confocal microscope photograph of the cross section of the single crystal substrate obtained in Example 1D.
  • 2 is a laser confocal microscope photograph of a cross section of a single crystal substrate obtained in Example 2.
  • 6 is a laser confocal microscope photograph of a peeled surface of a single crystal substrate obtained in Example 5.
  • FIG. 6 is a laser confocal microscope photograph of a peeled surface of a single crystal part obtained in Example 5.
  • FIG. 6 is a laser confocal microscope photograph of a peeled surface of a single crystal substrate obtained in Example 6.
  • FIG. 6 is a laser confocal microscope photograph of the peeled surface on the single crystal part side obtained in Example 6.
  • FIG. 6 is an SEM observation image of a peeled surface of a single crystal substrate obtained in Example 6.
  • FIG. 8 is a laser confocal microscope photograph of a peeled surface of a single crystal substrate obtained in Example 7.
  • FIG. 6 is a laser confocal microscope photograph of the peeled surface on the single crystal part side obtained in Example 7.
  • FIG. 6 is an SEM observation image of a peeled surface of a single crystal substrate obtained in Example 6.
  • FIG. SEM observation image of peeled surface on single crystal part side obtained in Example 7 2 is a laser confocal microscope photograph of a peeled surface of a single crystal substrate obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 1 is a schematic bird's-eye view illustrating that laser light is condensed in the air by laser condensing means in one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as this embodiment).
  • FIG. 2 is a schematic bird's-eye view for explaining that the laser beam is focused inside the single crystal member by the laser focusing unit in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure illustrating the single crystal substrate manufacturing method and the internal modified layer forming single crystal member 11 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing that a crack 12c is formed inside the single crystal member by irradiation with laser light.
  • FIG. 5 is a schematic perspective sectional view showing that the modified layer 12 formed by condensing the laser beam is exposed on the side wall of the internal modified layer forming single crystal member 11.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining that the single crystal layer is peeled from the modified layer by adhering a metal substrate to the upper and lower surfaces of the internal modified layer forming single crystal member in the present embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining that the single crystal layer is peeled off from the modified layer by adhering a metal substrate to the upper and lower surfaces of the internal modified layer forming single crystal member in this embodiment. It is explained that the single crystal layer 10u is peeled from the material layer 12.
  • the single crystal substrate manufacturing method includes a first step of disposing the condensing lens 15 on the single crystal member 10 in a non-contact manner as laser condensing means, and the condensing lens 15 on the surface of the single crystal member 10.
  • the laser beam B is irradiated to collect the laser beam B inside the single crystal member 10, and the condensing lens 15 and the single crystal member 10 are relatively moved so as to form a two-dimensional shape inside the single crystal member 10.
  • the second step of forming the modified layer 12 and the single crystal layer 10u separated by the modified layer 12 are peeled off from the interface with the modified layer 12, so that FIG. 7 (see also FIG. 11 described later) is obtained.
  • the single crystal layer 10u is described as being peeled from the interface 10u with the modified layer 12.
  • the present invention is not limited to peeling from the interface 10u, and the peeling is performed within the modified layer 12. It may be made to occur.
  • the condensing lens 15 disposed in a non-contact manner on the single crystal member 10 is configured to correct aberration due to the refractive index of the single crystal member 10.
  • the condensing lens 15 is configured such that when the condensing lens 15 condenses in the air, the laser light that has reached the outer peripheral portion E of the condensing lens 15 is condensed.
  • the laser beam is corrected so as to be condensed on the condensing lens side with respect to the laser light reaching the central portion M.
  • the condensing point EP of the laser light reaching the outer peripheral portion E of the condensing lens 15 is condensed compared to the condensing point MP of the laser light reaching the central portion M of the condensing lens 15. The correction is made so that the position is close to the lens 15.
  • the condensing lens 15 includes a first lens 16 that condenses in the air, and a second lens 18 disposed between the first lens 16 and the single crystal member 10. .
  • Both the first lens 16 and the second lens 18 are lenses capable of condensing laser light in a conical shape.
  • the depth (interval) D from the surface 10t (irradiated side surface) of the single crystal member 10 on the side irradiated with the laser beam B to the modified layer 12 is mainly set to the first lens 16 and the surface 10t. It is the structure adjusted with the distance L1. Further, the thickness T of the modified layer 12 is adjusted mainly by the distance L2 between the second lens 18 and the surface 10t.
  • aberration correction in the air is mainly performed by the first lens 16, and aberration correction in the single crystal member 10 is mainly performed by the second lens 18.
  • the distances L1 and L2 are set.
  • the first lens 16 in addition to a spherical or aspherical single lens, a combination lens can be used to correct various aberrations and ensure a working distance, and the NA is 0.3 to 0.7. It is preferable.
  • the NA of the condensing lens 15 in the air defined by the light and its condensing point EP is preferably 0.3 to 0.85, and more preferably 0.5 to 0.85.
  • the size of the single crystal member 10 is not particularly limited, it is preferable that the surface 10t irradiated with the laser beam B is flattened in advance, for example, made of a thick silicon wafer of ⁇ 300 mm.
  • the laser beam B is irradiated not on the peripheral surface of the single crystal member 10 but on the surface 10t from the irradiation device (not shown) through the condenser lens 15.
  • 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.
  • a laser oscillator may be disposed above the condensing lens 15 to emit light toward the condensing lens 15, or a reflecting mirror may be disposed above the condensing lens 15 to irradiate laser light toward the reflecting mirror. And you may make it the form reflected toward the condensing lens 15 with a reflective mirror.
  • the laser beam B has a light transmittance of 1 to 80% when irradiated on a single crystal substrate having a thickness of 0.625 mm as the single crystal member 10.
  • a single crystal substrate of silicon since laser light having a wavelength of 800 nm or less has a large absorption, only the surface is processed and the internal modified layer 12 cannot be formed.
  • a wavelength of 900 nm or more, preferably 1000 nm or more is selected.
  • a CO2 laser with a wavelength of 10.64 ⁇ m has a light transmittance that is too high, and it is difficult to process a single crystal substrate. Therefore, a YAG fundamental wave laser or the like is preferably used.
  • the reason why the wavelength of the laser beam B is preferably 900 nm or more is that if the wavelength is 900 nm or more, the laser beam B is improved in the transmittance of the single crystal substrate made of silicon, and the modified layer 12 is reliably provided inside the single crystal substrate. It is because it can form. Laser light B is applied to the peripheral portion of the surface of the single crystal substrate or from the central portion of the surface of the single crystal substrate toward the peripheral portion.
  • the single crystal member 10 is held by a vacuum chuck, an electrostatic chuck or the like.
  • the condenser lens 15 and the single crystal member 10 are moved to the surface of the single crystal member 10 on the side where the condenser lens 15 is disposed.
  • a large number of cracks 12c are formed by the laser beam B condensed inside the single crystal member 10.
  • the aggregate of crack portions 12p having the cracks 12c is the modified layer 12 described above.
  • the moving direction of the condenser lens 15 is a direction orthogonal to the optical axis of the laser beam B
  • the modified layer 12 is orthogonal to the optical axis of the laser beam B (that is, the modified layer 12
  • the normal direction is parallel to the optical axis of the laser beam B).
  • This internal modified layer forming single crystal member 11 includes a modified layer 12 formed inside the single crystal member, a single crystal layer 10u on the upper side of the modified layer 12 (that is, the irradiated side of the laser beam B), A single crystal portion 10d is provided below the material layer 12.
  • the single crystal layer 10 u and the single crystal portion 10 d are formed by dividing the single crystal member 10 by the modified layer 12.
  • pulsed laser light is irradiated as laser light.
  • the laser light irradiation conditions are set so that the surface roughness Ra of the peeling surface 10f (see FIGS. 7 and 11) of the single crystal substrate 10s formed in the third step is less than 1. adjust.
  • laser beam deflecting means such as a galvanometer mirror or a polygon mirror may be used, and laser light scanning within the irradiation area of the condenser lens 15 may be used in combination.
  • the laser beam B is focused on the surface 10t on the irradiated side of the single crystal member 10, that is, the surface 10t of the single crystal layer 10u. A mark indicating the region is attached, and then the single crystal member 10 is cut (cleaved) based on this mark, and the peripheral portion of the modified layer 12 is exposed and the single crystal layer 10u is peeled off as described later. May be performed.
  • the inner modified layer forming single crystal member 11 is cleaved so as to cross the region to be processed by the laser beam B, that is, the modified layer 12, and a cleavage plane (for example, 14a in FIGS. 3 and 5).
  • -D may be confirmed by observing with a scanning electron microscope or a confocal microscope.
  • a Y stage is fed to a single crystal member (for example, a silicon wafer) of the same material under the same irradiation conditions. It may be easily confirmed by performing linear processing inside the member at intervals of 6 to 50 ⁇ m, cleaving across the member, and observing the cleavage plane.
  • the modified layer 12 and the single crystal layer 10u are peeled off (third step).
  • the modified layer 12 is exposed on the side wall of the internal modified layer forming single crystal member 11.
  • cleavage is performed along a predetermined crystal plane of the single crystal portion 10d and the single crystal layer 10u.
  • FIG. 5 a structure in which the modified layer 12 is sandwiched between the single crystal layer 10u and the single crystal portion 10d is obtained.
  • the surface 10t of the single crystal layer 10u is a surface on the side irradiated with the laser beam B.
  • the exposure work is omitted. It is possible.
  • metal substrates 28u and 28d are bonded to the upper and lower surfaces of the internal modified layer forming single crystal member 11, respectively. That is, the metal substrate 28u is bonded to the surface 10t of the single crystal layer 10u with the adhesive 34u, and the metal substrate 28d is bonded to the surface 10b of the single crystal portion 10d with the adhesive 34d.
  • Oxide layers 29u and 29d are formed on the surfaces of the metal substrates 28u and 28d, respectively.
  • the oxide layer 29u is bonded to the surface 10t
  • the oxide layer 29d is bonded to the surface 10b.
  • a SUS peeling auxiliary plate is used as the metal substrates 28u and 28d.
  • the adhesive an adhesive that is used in a normal semiconductor manufacturing process and is used as a so-called wax for fixing a commercially available silicon ingot is used.
  • the adhesive bonded with this adhesive is immersed in water, the adhesive strength of the adhesive is reduced, so that the adhesive and the adherend (single crystal layer 10u) can be easily separated.
  • the metal substrate 28u is attached to the surface 10t of the single crystal layer 10u with a temporary fixing adhesive, and the metal substrate 28u is lined and peeled by applying a force.
  • the adhesive strength of the temporary fixing adhesive only needs to be stronger than the force necessary for peeling at the interface 11u between the modified layer 12 and the single crystal layer 10u.
  • the size and density of the crack 12c to be formed may be adjusted.
  • the temporary fixing adhesive for example, an adhesive made of an anaerobic acrylic two-component monomer component that cures using metal ions as a reaction initiator is used.
  • the uncured monomer and the cured reaction product are water-insoluble, it is possible to prevent the peeling surface 10f (for example, the peeling surface of the silicon wafer) of the single crystal layer 10u exposed when peeling in water from being contaminated. .
  • the coating thickness of the temporary fixing adhesive is preferably 0.1 to 1 mm, more preferably 0.15 to 0.35 mm before curing. If the application thickness of the temporary fixing adhesive is excessively large, it takes a long time to be completely cured, and cohesive failure of the temporary fixing adhesive is likely to occur when the single crystal member (silicon wafer) is cleaved. . Moreover, when application
  • the application thickness of the temporary fixing adhesive may be controlled by using a method of fixing the metal substrates 28u and 28d to be bonded to an arbitrary height, but simply using a shim plate. Can do.
  • the necessary parallelism may be obtained using one or more auxiliary plates.
  • the metal substrates 28u and 28d are bonded to the upper and lower surfaces of the internal modified layer-forming single crystal member 11 with a temporary fixing 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 temporary fixing adhesive is applied may be the upper surface or the lower surface of the internal modified layer forming single crystal member 11.
  • 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) to be formed for the purpose of reducing the tact time of peeling in water.
  • a thinner layer is preferred.
  • the surface of the metal surface is easily obtained by removing the oxide layer on the metal surface by a mechanical or chemical method and providing an anchor effect.
  • a mechanical or chemical method include acid cleaning using chemicals and degreasing treatment.
  • Specific examples of the mechanical method include sand blasting and shot blasting.
  • the method of damaging the surface of a metal substrate with sand paper is the simplest, and the particle size is preferably # 80 to 2000. Considering the surface damage of the substrate made, # 150 to 800 is more preferable.
  • the method for applying the forces Fu and Fd is not particularly limited.
  • the side wall of the internal modified layer forming single crystal member 11 is etched to form grooves 36 in the modified layer 12, and as shown in FIG.
  • the forces Fu and Fd may be generated by press-fitting (for example, a cutter blade).
  • an upward force component Fu and a downward force component Fd may be generated by applying a force F from the angular direction to the internal modified layer forming single crystal member 11.
  • the surface roughness Ra of the peeled surface of the single crystal substrate 10s formed in the third step is less than 1 by adjusting the laser light irradiation conditions in the second step. Therefore, the time required for lapping of the single crystal substrate after peeling can be greatly reduced as compared with the conventional case. Further, since other steps can be omitted as compared with the case where Ra is 1 or more, contamination of the single crystal substrate due to the other steps can be avoided.
  • the energy of the laser beam B can be concentrated on the thin thickness portion in the single crystal member 10 with the large NA condensing lens 15. Therefore, the internal modified layer forming single crystal member 11 in which the modified layer (working region) 12 having a small thickness T (length along the irradiation axis BC of the laser beam B) is formed in the single crystal member 10 is manufactured. be able to. Then, it is easy to manufacture the thin single crystal substrate 10 s by peeling the single crystal layer 10 u from the modified layer 12. Further, such a thin single crystal substrate 10s can be easily manufactured in a relatively short time. In addition, since the number of single crystal substrates 10 s can be obtained from the single crystal member 10 by suppressing the thickness of the modified layer 12, the product rate can be improved.
  • the modified layer 12 an aggregate of crack portions 12p parallel to the irradiation axis BC of the laser beam B is formed. Thereby, peeling of the modified layer 12 and the single crystal layer 10u is easy.
  • the single crystal substrate 10s is obtained by bonding and peeling the metal substrate 28u having the oxide layer 29u on the surface to the surface of the single crystal layer 10u. Therefore, an adhesive used in a normal semiconductor manufacturing process can be used for bonding to a metal substrate, and a cyanoacrylate adhesive having a strong adhesive force used when bonding an acrylic plate must be used. That's it. Moreover, since the adhesive strength of the adhesive is greatly reduced by being immersed in water after peeling, the single crystal substrate 10s can be easily separated from the metal substrate 28u.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of the above 2).
  • FIG. 12A is a side view showing that the laser light corrected by the aberration correction ring 40 is incident on the condenser lens 45 and irradiated, and FIG. It is the elements on larger scale of (a).
  • the laser light incident on the outer peripheral portion of the condensing lens 45 is aligned with the optical axis (center axis) of the condensing lens 45.
  • the crossing position is adjusted so that the laser beam incident on the inner peripheral side is located closer to the condenser lens 45 than the position where the laser beam intersects the optical axis (center axis) of the condenser lens 45.
  • the DF value of the condensing lens 45 is adjusted to adjust the distance from the surface 10t, which is the irradiated surface of the single crystal member 10, to the modified layer 12, thereby obtaining a single layer obtained by peeling. It is possible to adjust the thickness of the crystal substrate 10s.
  • the metal substrates 28u and 28d are attached to the upper and lower surfaces of the internal modified layer forming single crystal member 11, respectively, and the metal substrates 28u and 28d are peeled by applying force to the single crystal substrate. Although it has been described by forming 10 s, it may be removed by removing the modified layer 12 by etching.
  • 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 this surface. 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 The inventor conducted the following experiment, and the surface of the separation surface 10f of the single crystal substrate 10s obtained by separation in the third step and the surface of the separation surface on the single crystal portion 10u side formed by the separation. The roughness Ra was measured. Experimental conditions and measurement results are shown in FIGS. 13A and 13B. Although FIG. 13A and FIG. 13B are originally connected to one, they are divided into two for convenience of space. In this experimental example, the aberration correction ring 40 is used when performing aberration correction.
  • Example 1 In Example 1, a fiber laser A that supplies a laser beam having a wavelength of 1064 nm, an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 as the condensing lens 45, and the above-described aberration correction ring 40 are used. An experiment was conducted in which a silicon wafer substrate (double-sided mirror (100) having a thickness of 725 ⁇ m) as the modified layer-forming single crystal member 10 was irradiated from the substrate surface to be internally processed.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror (100) having a thickness of 725 ⁇ m
  • the irradiation conditions were a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, an offset of 10 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of 0 to 1 mm for the aberration correction ring 40 relative to the silicon wafer substrate.
  • the cross section obtained by cleaving the processing cross section perpendicular to the laser scanning direction was observed with an optical microscope and a laser confocal microscope.
  • Examples 1A to 1D were performed by changing the irradiation conditions little by little as follows.
  • FIG. 14 is an optical micrograph of a cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 1A.
  • FIG. 15 is a laser confocal micrograph of a cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 1A, and corresponds to a partially enlarged view of FIG.
  • Example 1A internal processing was performed by irradiating a silicon wafer with laser light at a repetition frequency of 100 kHz, a pulse width of 21 ns, and an output after the objective lens (that is, the intensity of the laser light after passing through the condenser lens 45) of 0.4 W. .
  • the scanning direction of the laser light is a direction from the front side of the paper to the back side of the paper in FIGS. 14 and 15 (this direction is also shown in FIGS. 16 to 27 described later).
  • the scale of the aberration correction ring 40 is sequentially adjusted to 0 mm, 0.2 mm, 0.4 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, and 1.0 mm from the left side of the drawing. Formed. Moreover, in FIG. 15, the process traces 48c and 48d are shown.
  • FIG. 16 is an optical micrograph of a cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 1B.
  • FIG. 17 is a laser confocal micrograph of the cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 1B, and corresponds to a partially enlarged view of FIG.
  • Example 1B internal processing was performed by irradiating a silicon wafer with laser light at a repetition frequency of 100 kHz, a pulse width of 21 ns, and an objective lens output of 0.8 W.
  • the scale of the aberration correction ring 40 is sequentially adjusted to 0 mm, 0.2 mm, 0.4 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, and 1.0 mm from the left side of the drawing. Formed. Moreover, in FIG. 17, the process marks 50c and 50d are shown.
  • FIG. 18 is an optical micrograph of a cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 1C.
  • FIG. 19 is a laser confocal micrograph of a cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 1C, and corresponds to a partially enlarged view of FIG.
  • Example 1C internal processing was performed by irradiating a silicon wafer with laser light at a repetition frequency of 200 kHz, a pulse width of 39 ns, and an objective lens output of 0.8 W.
  • the scale of the aberration correction ring 40 is sequentially adjusted to 0 mm, 0.2 mm, 0.4 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, and 1.0 mm from the left side of the drawing. Formed. Moreover, in FIG. 19, the process traces 52c and 52d are shown.
  • FIG. 20 is an optical micrograph of a cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 1D.
  • FIG. 21 is a laser confocal microscope photograph of a cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 1D, and corresponds to a partially enlarged view of FIG.
  • Example 1D internal processing was performed by irradiating a silicon wafer with laser light at a repetition frequency of 200 kHz, a pulse width of 39 ns, and an objective lens output of 1.6 W.
  • the scale of the aberration correction ring 40 is sequentially adjusted to 0 mm, 0.2 mm, 0.4 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, and 1.0 mm from the left side of the drawing. Formed. Moreover, in FIG. 21, the process marks 54c and 54d are shown.
  • FIG. 22 is a laser confocal photomicrograph of the cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 2.
  • Example 2 a fiber laser A that supplies a laser beam having a wavelength of 1064 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • Irradiation conditions include a repetition frequency of 100 kHz, an output after the objective lens of 0.8 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 21 ns, an offset of 10 ⁇ m, an DF of 20 to 80 ⁇ m in terms of air, and an adjustment length of 0 mm for the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate. It was. As an observation of the state of the internal processing marks, a cross section obtained by cleaving a processing cross section perpendicular to the laser scanning direction was observed.
  • Example 3 a fiber laser B that supplies a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condensing lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • the irradiation conditions were a repetition frequency of 50 kHz, a laser irradiation interval of 2 ⁇ m, an objective lens output of 1.6 W, a pulse width of 200 ns, a DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate of 0 mm.
  • a cross section obtained by cleaving a processing cross section perpendicular to the laser scanning direction was observed.
  • Examples 3A and 3B were performed by changing the irradiation conditions little by little as follows.
  • FIG. 23 is a laser confocal photomicrograph of the cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 3A.
  • the offset was 1 ⁇ m.
  • FIG. 24 is a laser confocal photomicrograph of the cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 3B.
  • the offset was 5 ⁇ m.
  • Example 4 a fiber laser B that supplies a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condensing lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • the irradiation conditions were a repetition frequency of 50 kHz, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, an offset of 1 ⁇ m, an output after the objective lens of 0.7 W, a pulse width of 200 ns, a DF of 70 ⁇ m in air, and an adjustment length of 0 mm for the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate. .
  • a cross section obtained by cleaving a processing cross section perpendicular to the laser scanning direction was observed.
  • Examples 4A to 4C were performed by changing the irradiation conditions little by little as follows.
  • FIG. 25 is a laser confocal photomicrograph of the cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 4A.
  • the number of irradiations was one.
  • FIG. 26 is a laser confocal photomicrograph of the cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 4B.
  • the number of irradiations was two.
  • FIG. 27 is a laser confocal photomicrograph of the cross section of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 4C.
  • the number of irradiations was three.
  • FIG. 28 is a laser confocal micrograph of the peeling surface 10f of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 5, and FIG. 29 is the peeling on the single crystal part 10u side obtained in Example 5. It is the laser confocal microscope picture of a surface.
  • Example 5 a fiber laser A that supplies a laser beam having a wavelength of 1064 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • Irradiation conditions include a repetition frequency of 200 kHz, an objective lens output of 0.8 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 39 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of 0.6 mm for the aberration correction ring 40 relative to the silicon wafer substrate. Then, the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 5 mm ⁇ 20 mm region.
  • the peeled surfaces (exposed surfaces) obtained by attaching and peeling the metal plates to both surfaces of the internally processed silicon wafer substrate via an adhesive were observed with a laser confocal microscope.
  • Example 6 30 is a laser confocal micrograph of the peeling surface of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 6, and FIG. 31 is the peeling surface on the single crystal part 10u side obtained in Example 6. It is a laser confocal microscope photograph of this.
  • 32 is an SEM observation image of the peeled surface of the single crystal substrate 10s obtained in Example 6, and
  • FIG. 33 is an SEM observed image of the peeled surface on the single crystal part 10u side obtained in Example 6. It is.
  • Example 6 a fiber laser A that supplies a laser beam having a wavelength of 1064 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is converted into a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a repetition frequency of 200 kHz, an objective lens output of 1.2 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 39 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate is 0.6 mm.
  • the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 5 mm ⁇ 20 mm region. And it peeled like Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed with the laser confocal microscope and the scanning electron microscope.
  • Example 7 34 is a laser confocal micrograph of the peeled surface of the single crystal substrate (silicon wafer) 10s obtained in Example 7, and FIG. 35 is the peeled surface on the single crystal part 10u side obtained in Example 7. It is a laser confocal microscope photograph of this.
  • 36 is an SEM observation image of the peeled surface of the single crystal substrate 10s obtained in Example 6, and
  • FIG. 37 is an SEM observed image of the peeled surface on the single crystal part 10u side obtained in Example 7. It is.
  • Example 7 a fiber laser C that supplies a laser beam having a wavelength of 1064 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • Irradiation conditions include a repetition frequency of 200 kHz, an objective lens output of 0.6 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 60 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of 0.6 mm for the aberration correction ring 40 relative to the silicon wafer substrate. Then, the silicon wafer substrate was internally processed into a 5 mm ⁇ 10 mm region with laser light. And it peeled like Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed with the laser confocal microscope and the scanning electron microscope.
  • Example 8 a fiber laser B that supplies a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • a repetition frequency of 50 kHz, an output after the objective lens of 0.8 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 200 ns, an offset of 1 ⁇ m, a DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate is 0 mm.
  • the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 10 mm ⁇ 10 mm region. And it peeled similarly to Example 4, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • Example 9 In Example 9, a fiber laser B that supplies a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • a repetition frequency of 50 kHz, an output after the objective lens of 1.6 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 200 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate is 0 mm
  • the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 10 mm ⁇ 10 mm region. And it peeled similarly to Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • Example 10 a fiber laser B that supplies a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is converted into a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a repetition frequency of 100 kHz, an output after the objective lens of 0.5 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 200 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate is 0 mm.
  • the number of times of irradiation was set to 2 times, and the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 10 mm ⁇ 10 mm region. And it peeled similarly to Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • Example 11 In Example 11, a fiber laser C that supplies a laser beam having a wavelength of 1064 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • a repetition frequency of 200 kHz, an output after the objective lens of 0.8 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 80 ns, an offset of 2 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in terms of air, and an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate is 0.6 mm.
  • the number of times of irradiation was 2, and the silicon wafer substrate was internally processed in a region of 5 mm ⁇ 10 mm. And it peeled similarly to Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • Example 12 In Example 12, a fiber laser D that supplies a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • a repetition frequency of 100 kHz, an objective lens output of 0.8 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 200 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate is 0 mm.
  • the number of times of irradiation was set to 2 times, and the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 10 mm ⁇ 10 mm region. And it peeled similarly to Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • Example 13 a fiber laser D that supplies a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a repetition frequency of 100 kHz, an objective lens output of 0.8 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 200 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate is 0 mm.
  • the number of times of irradiation was set to 2 times, and the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 10 mm ⁇ 10 mm region. And it peeled similarly to Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • Comparative Example 1 38 is a laser confocal micrograph of the peeled surface of the single crystal substrate (silicon wafer) obtained in Comparative Example 1, and FIG. 39 is a laser of the peeled surface on the single crystal part side obtained in Comparative Example 1. It is a confocal microscope picture. 40 is an SEM observation image of the peeling surface of the single crystal substrate obtained in Comparative Example 1, and FIG. 41 is an SEM observation image of the peeling surface on the single crystal part side obtained in Comparative Example 1. .
  • Comparative Example 1 a fiber laser A that supplies a laser beam having a wavelength of 1064 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • Irradiation conditions include a repetition frequency of 200 kHz, an output after the objective lens of 1.6 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 39 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in terms of air, and an adjustment length of 0.6 mm for the aberration correction ring 40 relative to the silicon wafer substrate. Then, the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 5 mm ⁇ 10 mm region. And it peeled similarly to Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, a fiber laser C that supplies a laser beam having a wavelength of 1064 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • Irradiation conditions include a repetition frequency of 200 kHz, an output after the objective lens of 0.8 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 60 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of 0.6 mm for the aberration correction ring 40 relative to the silicon wafer substrate. Then, the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 5 mm ⁇ 10 mm region. And it peeled similarly to Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • Comparative Example 3 a fiber laser D that supplies a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 are used as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a silicon wafer substrate double-sided mirror with a thickness of 725 ⁇ m ( 100)
  • Irradiation conditions include a repetition frequency of 50 kHz, an output after the objective lens of 0.8 W, a laser irradiation interval of 0.5 ⁇ m, a pulse width of 200 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, and an adjustment length of 0 mm for the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate. Then, the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 10 mm ⁇ 10 mm region. And it peeled similarly to Example 5, and the peeling surface of the obtained single crystal substrate was observed.
  • ⁇ Experimental example 2> The inventor uses a fiber laser B for supplying a laser beam having a wavelength of 1062 nm and an infrared objective lens having a numerical aperture of 0.85 as the condenser lens 45, and the laser beam is sent to a silicon wafer substrate (double-sided mirror having a thickness of 725 ⁇ m ( 100)) was applied to conduct internal processing.
  • a repetition frequency of 50 kHz, an output after the objective lens of 0.5 W, a laser irradiation interval of 1 ⁇ m, a pulse width of 200 ns, an offset of 1 ⁇ m, an DF of 80 ⁇ m in air, an adjustment length of the aberration correction ring 40 with respect to the silicon wafer substrate is 0 mm, The number of times of irradiation was one, and the silicon wafer substrate was internally processed with a laser beam into a 10 mm ⁇ 10 mm region.
  • Mechanical damage refers to damage caused by mechanical external forces such as machining.
  • a substrate having mechanical damage is easily broken from the damaged portion, and has lower mechanical strength and lower quality as a substrate than a substrate without mechanical damage.
  • Mechanical damage can be confirmed by using Raman spectrum measurement, X-ray structural analysis, or the like. In the Raman spectroscopic measurement, knowledge about the completeness of the crystal can be obtained from the broadening of the half-value width of the reference bond. By utilizing this, the position of mechanical damage can be confirmed.
  • 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、単結晶基板の剥離面の表面粗さＲａを１未満にすることができる単結晶基板の製造方法、単結晶基板、および、内部改質層形成単結晶部材の製造方法を提供することを課題とする。単結晶部材（１０）上に非接触に集光レンズ（１５）を配置する第１工程と、単結晶部材内部にレーザ光（Ｂ）を集光するとともに、集光レンズ（１５）と単結晶部材（１０）とを相対的に移動させて、単結晶部材内部に２次元状の改質層（１２）を形成する第２工程と、改質層（１２）により分断されてなる単結晶層を改質層（１２）から剥離することで単結晶基板を形成する第３工程と、を行う。その際、第３工程で形成した単結晶基板の剥離面の表面粗さＲａが１未満となるように、第２工程でレーザ光の照射条件を調整する。

Description

単結晶基板の製造方法、単結晶基板、および、内部改質層形成単結晶部材の製造方法
　本発明は、単結晶基板の製造方法、単結晶基板、および、内部改質層形成単結晶部材の製造方法に関し、特に、単結晶基板を薄く安定して切り出す単結晶基板の製造方法、単結晶基板、および、内部改質層形成単結晶部材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。
特開２００５‐２７７１３６号公報
　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、得られた単結晶基板（ウエハ）の剥離面の表面粗さが比較的粗いため、剥離面のラッピング（研磨）にかける時間が長い。
　本発明は、上記課題に鑑み、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、単結晶基板の剥離面の表面粗さＲａを１未満にすることができる単結晶基板の製造方法、単結晶基板、および、内部改質層形成単結晶部材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、単結晶部材上に非接触にレーザ集光手段を配置する第１工程と、前記レーザ集光手段により、前記単結晶部材表面にレーザ光を照射して前記単結晶部材内部に前記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２次元状の改質層を形成する第２工程と、前記改質層により分断されてなる単結晶層を前記改質層から剥離することで単結晶基板を形成する第３工程と、を備え、前記第３工程で形成した前記単結晶基板の剥離面の表面粗さＲａが１未満となるように、前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整する単結晶基板の製造方法が提供される。
　本発明の別の態様によれば、本発明に係る単結晶基板の製造方法によって製造された単結晶基板が提供される。
　本発明の更に別の態様によれば、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の内部に改質層を形成した内部改質層形成単結晶部材の製造方法であって、前記単結晶部材上にレーザ集光手段を非接触に配置する第１工程と、前記レーザ集光手段により、前記単結晶部材表面にレーザ光を照射して前記単結晶部材内部に前記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２次元状の改質層を形成する第２工程と、を備え、前記改質層により分断されてなる単結晶層を前記改質層から剥離することで形成した前記単結晶基板の剥離面の表面粗さＲａが１未満となるように、前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整する内部改質層形成単結晶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、単結晶基板の剥離面の表面粗さＲａを１未満にすることができる単結晶基板の製造方法、単結晶基板、および、内部改質層形成単結晶部材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基板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基板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基板の製造方法および内部改質層形成単結晶部材を説明する模式的斜視断面図。 本発明の一実施形態で、レーザ光の照射により単結晶部材内部にクラックが形成されていることを示す模式的断面図。 本発明の一実施形態で、内部改質層形成単結晶部材の側壁に改質層を露出させたことの模式的斜視断面図。 本発明の一実施形態で、内部改質層形成単結晶部材の上下面に金属製基板を接着させて改質層から単結晶層を剥離させることを説明する模式的断面図。 本発明の一実施形態で、内部改質層形成単結晶部材の上下面に金属製基板を接着させて改質層から単結晶層を剥離させることを説明する模式的断面図。 本発明の一実施形態の変形例を説明する模式的断面図。 本発明の一実施形態の変形例を説明する模式的断面図。 本発明の一実施形態の変形例を説明する模式的斜視断面図。 本発明の一実施形態で得られた単結晶基板の部分拡大側面図。 （ａ）は、本発明の一実施形態の変形例として、収差補正環で補正したレーザ光を集光レンズに入光させて照射することを示す側面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。 実験例１での実験条件および測定結果を示す説明図。 実験例１での実験条件および測定結果を示す説明図。 実施例１Ａで得られた単結晶基板の断面の光学顕微鏡写真。 実施例１Ａで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例１Ｂで得られた単結晶基板の断面の光学顕微鏡写真。 実施例１Ｂで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例１Ｃで得られた単結晶基板の断面の光学顕微鏡写真。 実施例１Ｃで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例１Ｄで得られた単結晶基板の断面の光学顕微鏡写真。 実施例１Ｄで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例２で得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例３Ａで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例３Ｂで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例４Ａで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例４Ｂで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例４Ｃで得られた単結晶基板の断面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例５で得られた単結晶基板の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例５で得られた単結晶部の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例６で得られた単結晶基板の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例６で得られた単結晶部側の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例６で得られた単結晶基板の剥離面のＳＥＭ観察像。 実施例６で得られた単結晶部側の剥離面のＳＥＭ観察像。 実施例７で得られた単結晶基板の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例７で得られた単結晶部側の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 実施例６で得られた単結晶基板の剥離面のＳＥＭ観察像。 実施例７で得られた単結晶部側の剥離面のＳＥＭ観察像 比較例１で得られた単結晶基板の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 比較例１で得られた単結晶部側の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真。 比較例１で得られた単結晶基板の剥離面のＳＥＭ観察像 比較例１で得られた単結晶部側の剥離面のＳＥＭ観察像。 実験例２で、内部改質層形成単結晶部材の断面の光学顕微鏡写真およびスペクトル図。
　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空気中でレーザ光を集光したことを説明する模式的鳥瞰図である。図２は、本実施形態で、レーザ集光手段により単結晶部材内部にレーザ光を集光したことを説明する模式的鳥瞰図である。図３は、本実施形態に係る単結晶基板製造方法および内部改質層形成単結晶部材１１を説明する模式的断面構造である。図４は、レーザ光の照射により単結晶部材内部にクラック１２ｃが形成されていることを示す模式的断面図である。図５は、内部改質層形成単結晶部材１１の側壁に、レーザ光の集光によって形成された改質層１２を露出させたことを示す模式的斜視断面図である。図６は、本実施形態で、内部改質層形成単結晶部材の上下面に金属製基板を接着させて改質層から単結晶層を剥離させることを説明する模式的断面図である。図７は、本実施形態で、内部改質層形成単結晶部材の上下面に金属製基板を接着させて改質層から単結晶層を剥離させることを説明する模式的断面図であり、改質層１２から単結晶層１０ｕを剥離させたことを説明している。
　本実施形態に係る単結晶基板製造方法は、レーザ集光手段として集光レンズ１５を単結晶部材１０上に非接触に配置する第１工程と、集光レンズ１５により、単結晶部材１０表面にレーザ光Ｂを照射して単結晶部材１０内部にレーザ光Ｂを集光するとともに、集光レンズ１５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２次元状の改質層１２を形成する第２工程と、改質層１２により分断されてなる単結晶層１０ｕを改質層１２との界面から剥離することで、図７（後述の図１１も参照）に示すような単結晶基板１０ｓを形成する第３工程と、を備えていて、第３工程で形成した単結晶基板１０ｓの剥離面の表面粗さＲａが１未満となるように、第２工程でレーザ光の照射条件を調整する。
　ここで、表面粗さとは、算術平均粗さRaで表現され、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さＬの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸とし、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したとき、次の式で与えられるＲａの値をマイクロメートル単位（μm）で表したものをいう。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、以下の説明では、単結晶層１０ｕを改質層１２との界面１０ｕから剥離させることで説明するが、本発明は界面１０ｕから剥離させることに限られず、改質層１２内で剥離が生じるようにしてもよい。
　（装置構成および第１工程（レーザ集光手段の配置工程））
　単結晶部材１０上に非接触に配置する集光レンズ１５は、単結晶部材１０の屈折率に起因する収差を補正する構成になっている。具体的には、図１に示すように、本実施形態では、集光レンズ１５は、空気中で集光した際に、集光レンズ１５の外周部Ｅに到達したレーザ光が集光レンズ１５の中央部Ｍに到達したレーザ光よりも集光レンズ側で集光するように補正する構成になっている。すなわち、集光した際、集光レンズ１５の外周部Ｅに到達したレーザ光の集光点ＥＰが、集光レンズ１５の中央部Ｍに到達したレーザ光の集光点ＭＰに比べ、集光レンズ１５に近い位置となるように補正する構成になっている。
　詳細に説明すると、集光レンズ１５は、空気中で集光する第１レンズ１６と、この第１レンズ１６と単結晶部材１０との間に配置される第２レンズ１８と、で構成される。第１レンズ１６および第２レンズ１８は、何れもレーザ光を円錐状に集光できるレンズとされている。そして、レーザ光Ｂが照射される側の単結晶部材１０の表面１０ｔ（被照射側の表面）から改質層１２までの深さ（間隔）Ｄを、主に第１レンズ１６とこの表面１０ｔとの距離Ｌ１で調整する構成になっている。さらに、改質層１２の厚みＴを、主に第２レンズ１８とこの表面１０ｔとの距離Ｌ２で調整する構成になっている。従って、主に第１レンズ１６で空気中での収差補正を行い、主に第２レンズ１８で単結晶部材１０内での収差補正を行うことになる。本実施形態では、表面１０ｔから所定の深さＤの位置に、厚みＴが６０μｍ未満の改質層１２が形成されるように、第１レンズ１６、第２レンズ１８の焦点距離、および、上記の距離Ｌ１、Ｌ２を設定しておく。
　第１レンズ１６としては、球面または非球面の単レンズのほか、各種の収差補正や作動距離を確保するために組レンズを用いることが可能であり、ＮＡが０．３～０．７であることが好ましい。第２レンズ１８としては、第１レンズ１６よりも小さなＮＡのレンズで、例えば曲率半径が３～５ｍｍ程度の凸ガラスレンズが、簡便に使用する観点で好ましい。
　そして、レーザ光Ｂの照射によって単結晶部材１０の表面１０ｔにダメージを与えることなく単結晶部材１０の内部に改質層１２を形成する観点で、集光レンズ１５の外周部Ｅに到達したレーザ光とその集光点ＥＰで定義される空気中の集光レンズ１５のＮＡは、０．３～０．８５にすることが好ましく、０．５～０．８５にすることがさらに好ましい。
　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からなり、レーザ光Ｂが照射される表面１０ｔが予め平坦化されていることが好ましい。
　レーザ光Ｂは、単結晶部材１０の周面ではなく、上記の表面１０ｔに照射装置（図示省略）から集光レンズ１５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。
　集光レンズ１５に上方からレーザ光を入光する形態については特にこだわらない。集光レンズ１５の上方にレーザ発振器を配置して集光レンズ１５に向けて発光する形態としてもよいし、集光レンズ１５の上方に反射ミラーを配置しレーザ光をこの反射ミラーに向けて照射して反射ミラーで集光レンズ１５に向けて反射する形態にしてもよい。
　このレーザ光Ｂは、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なため、ＹＡＧ基本波のレーザなどが好適に使用される。
　レーザ光Ｂの波長が９００ｎｍ以上が好ましい理由は、波長が９００ｎｍ以上であれば、シリコンからなる単結晶基板に対するレーザ光Ｂの透過性を向上させ、単結晶基板内部に改質層１２を確実に形成することができるからである。レーザ光Ｂは、単結晶基板表面の周縁部に照射され、あるいは単結晶基板の表面の中心部から周縁部方向に照射される。
　（第２工程（改質層の形成工程））
　集光レンズ１５と単結晶部材１０とを相対的に移動させて単結晶部材１０内部に改質層１２を形成する工程（第２工程）としては、例えば、単結晶部材１０をＸＹステージ（図示せず）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１５と単結晶部材１０とを、単結晶部材１０の集光レンズ１５が配置されている側の表面１０ｔ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によって多数のクラック１２ｃが形成される。このクラック１２ｃを有するクラック部１２ｐの集合体が上述の改質層１２である。本実施形態では、集光レンズ１５の移動方向がレーザ光Ｂの光軸に直交する方向であり、改質層１２はレーザ光Ｂの光軸に直交している（すなわち、改質層１２の法線方向がレーザ光Ｂの光軸と平行方向である）。
　この改質層１２が形成された結果、内部改質層形成単結晶部材１１が製造される。この内部改質層形成単結晶部材１１は、単結晶部材内部に形成された改質層１２と、改質層１２の上側（すなわちレーザ光Ｂの被照射側）に単結晶層１０ｕと、改質層１２の下側に単結晶部１０ｄと、を有する。単結晶層１０ｕおよび単結晶部１０ｄは、改質層１２によって単結晶部材１０が分断されたことにより形成されたものである。本実施形態では、レーザ光としてパルスレーザ光を照射する。
　改質層１２を形成するにあたり、第３工程で形成した単結晶基板１０ｓの剥離面１０ｆ（図７および図１１参照）の表面粗さＲａが１未満となるように、レーザ光の照射条件を調整する。
　なお、ステージの移動速度を抑えるために、ガルバノミラーやポリゴンミラーなどのレーザービーム偏向手段を用い、集光レンズ１５の照射エリア内でレーザ光をスキャンすることを併用してもよい。また、このような内部照射を行って改質層１２の形成の終了後、単結晶部材１０の被照射側の表面１０ｔ、すなわち単結晶層１０ｕの表面１０ｔにレーザ光Ｂの焦点を合わせ、照射領域を示すマークを付け、その後、このマークを基準に単結晶部材１０を切断（割断）して、後述するように、改質層１２の周縁部を露出させた上で単結晶層１０ｕの剥離を行ってもよい。
　このような照射によって形成された改質層１２では、図４に示すように、レーザ光Ｂの照射軸ＢＣに平行な多数のクラック１２ｃが形成されている。形成するクラック１２ｃの寸法、密度などは、改質層１２から単結晶層１０ｕを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。
　なお、クラック１２ｃを確認するには、レーザ光Ｂによる加工領域すなわち改質層１２を横断するように内部改質層形成単結晶部材１１をへき開し、へき開面（例えば図３、図５の１４ａ～ｄ）を走査電子顕微鏡もしくは共焦点顕微鏡で観察することで確認してもよいが、同一の材質の単結晶部材（例えばシリコンウエハ）に対し、同一の照射条件で、例えばＹステージの送りを６～５０μｍ間隔で部材内部に線状の加工を行い、これを横断する形でへき開してへき開面を観察することで、容易に確認してもよい。
　（第３工程（剥離工程））
　この後、改質層１２と単結晶層１０ｕとの剥離を行う（第３工程）。本実施形態では、まず、内部改質層形成単結晶部材１１の側壁に改質層１２を露出させる。露出させるには、例えば、単結晶部１０ｄ、単結晶層１０ｕの所定の結晶面に沿ってへき開する。この結果、図５に示すように、単結晶層１０ｕと単結晶部１０ｄとによって改質層１２が挟まれた構造のものが得られる。なお、単結晶層１０ｕの表面１０ｔはレーザ光Ｂの被照射側の面である。
　改質層１２が既に露出している場合や、改質層１２の周縁と内部改質層形成単結晶部材１１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６に示すように、内部改質層形成単結晶部材１１の上下面に、それぞれ、金属製基板２８ｕ、２８ｄを接着する。すなわち、単結晶層１０ｕの表面１０ｔに金属製基板２８ｕを接着剤３４ｕで接着し、単結晶部１０ｄの表面１０ｂに金属製基板２８ｄを接着剤３４ｄで接着する。金属製基板２８ｕ、２８ｄには、それぞれ、表面に酸化層２９ｕ、２９ｄが形成されている。本実施形態では、酸化層２９ｕを表面１０ｔに、酸化層２９ｄを表面１０ｂに接着する。金属製基板２８ｕ、２８ｄとしては、例えば、ＳＵＳ製の剥離用補助板を用いる。接着剤としては、通常の半導体製造プロセスで使用される接着剤であって、市販のシリコンインゴット固定用の所謂ワックスとして使用される接着剤を用いる。この接着剤で接着させたものを水に浸けると接着剤の接着力が低下するので、接着剤と被接着物（単結晶層１０ｕ）とを容易に分離させることができる。
　この接着では、まず、金属製基板２８ｕを単結晶層１０ｕの表面１０ｔに仮固定用接着剤で貼り付け、金属製基板２８ｕを裏打ちし力を加えることで剥離する。
　仮固定用接着剤の接着強度は、改質層１２と単結晶層１０ｕとの界面１１ｕで剥離するのに必要な力よりも強ければよい。仮固定用接着剤の接着強度に応じ、形成するクラック１２ｃの寸法、密度を調整してもよい。
　仮固定用接着剤としては、例えば、金属イオンを反応開始剤として硬化する嫌気性アクリル系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単結晶層１０ｕの剥離面１０ｆ（例えばシリコンウエハの剥離面）が汚染されることを防止できる。
　仮固定用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、単結晶部材（シリコンウエハ）の割断時に仮固定用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、割断した単結晶部材の水中剥離に長時間を必要とする。
　仮固定用接着剤の塗布厚みの制御は、接着する金属製基板２８ｕ、２８ｄを任意の高さに固定する方法を用いることで行ってもよいが、簡易的にはシムプレートを用いて行うことができる。
　接着した際に金属製基板２８ｕと金属製基板２８ｄ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２８ｕ、２８ｄを仮固定用接着剤で内部改質層形成単結晶部材１１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、仮固定用接着剤を塗布する面が内部改質層形成単結晶部材１１の上面であっても下面であってもよい。その際、単結晶部材１０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、シリコンウエハのコンタミ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。
　内部加工シリコンウエハ割断後に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。
　仮固定用接着剤と金属製基板との接着力を高めるには、機械的または化学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、図６に示したように、金属製基板２８ｕに上方向の力Ｆｕを、金属製基板２８ｄに下方向の力Ｆｄをそれぞれ加える。ここで、改質層１２と単結晶部１０ｄとの界面１１ｄよりも、改質層１２と単結晶層１０ｕとの界面１１ｕのほうが剥離しやすい。このため、力Ｆｕ、Ｆｄによって、図７に示すように、改質層１２と単結晶層１０ｕとの界面１１ｕで剥離する。この剥離によって、単結晶層１０ｕを改質層１２から剥離してなる薄い単結晶基板１０ｓを得る。このようにして得られた単結晶基板１０ｓの剥離面１０ｆでは、例えば図１１に示すように、表面粗さＲａが１未満（Ｒａ＜１）である。
　力Ｆｕ、Ｆｄを加える手法は特に限定しない。例えば、図８に示すように、内部改質層形成単結晶部材１１の側壁をエッチングして改質層１２に溝３６を形成し、図９に示すように、この溝３６に楔状圧入材３０（例えばカッター刃）を圧入することで力Ｆｕ、Ｆｄを発生させてもよい。また、図１０に示すように、内部改質層形成単結晶部材１１に角方向から力Ｆを加えて、上方向の力成分Ｆｕと下方向の力成分Ｆｄとを発生させてもよい。
　以上説明したように、本実施形態では、第２工程でレーザ光の照射条件を調整することで、第３工程で形成した単結晶基板１０ｓの剥離面の表面粗さＲａを１未満としている。従って、剥離後の単結晶基板のラッピングにかかる時間を、従来に比べて大幅に短縮させることが可能となる。また、Ｒａが１以上である場合に比べて他工程を省略することができるので、他工程による単結晶基板の汚染を回避することができる。
　また、大きなＮＡの集光レンズ１５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。従って、単結晶部材１０内に、厚みＴ（レーザ光Ｂの照射軸ＢＣに沿った長さ）が小さい改質層（加工領域）１２を形成した内部改質層形成単結晶部材１１を製造することができる。そして、改質層１２から単結晶層１０ｕを剥離することで薄い単結晶基板１０ｓ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１０ｓを比較的短時間で容易に製造することができる。しかも、改質層１２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１０ｓが得られるので、製品率を向上させることができる。
　また、改質層１２として、レーザ光Ｂの照射軸ＢＣと平行なクラック部１２ｐの集合体を形成している。これにより、改質層１２と単結晶層１０ｕとの剥離が容易である。
　また、単結晶基板１０ｓを形成する工程では、表面に酸化層２９ｕを有する金属製基板２８ｕを単結晶層１０ｕの表面に接着して剥離させることで単結晶基板１０ｓを得ている。従って、金属製基板との接着に、通常の半導体製造プロセスで使用される接着剤を用いることができ、アクリル板を接着させる際に用いる強力な接着力を有するシアノアクリレート系接着剤を用いなくて済む。しかも、剥離した後、水に浸けることで接着剤の接着力が大きく低減して剥がれ易くなるので、金属製基板２８ｕから単結晶基板１０ｓを容易に分離させることができる。
　なお、第２工程でレーザ光の照射条件を調整する際、１）集光レンズ１５の通過後のレーザ光のエネルギーを調整する、２）集光レンズ１５（第１レンズ１６および第２レンズ１８）に代えて、収差補正環４０と集光レンズ４５（何れも後述の図１２参照）とを配置する構成にして、集光レンズ４５による集光を収差補正環４０により調整する、３）レーザ光として照射するパルスレーザ光の照射回数で調整する、４）レーザ光として照射するパルスレーザ光の照射間隔（隣り合う照射位置同士の間隔）を調整する、５）集光レンズ４５と単結晶部材１０とのオフセットを調整する、のいずれか又はこれらの組み合わせを行うことが有効である。
　図１２は上記の２）の一例を示す図であり、（ａ）は収差補正環４０で補正したレーザ光を集光レンズ４５に入光させて照射することを示す側面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。集光レンズ４５による集光を収差補正環４０により調整する際、例えば図１２に示すように、集光レンズ４５の外周部に入射したレーザ光が集光レンズ４５の光軸（中心軸）と交差する位置が、その内周部側に入射したレーザ光が集光レンズ４５の光軸（中心軸）と交差する位置よりも集光レンズ４５側に位置するように調整する。
　また、以上の説明では収差補正を行う例で説明したが、第２工程でレーザ光の照射条件を調整することによって単結晶基板１０ｓの剥離面１０ｆの表面粗さＲａが１未満となる限り、収差補正をしない構成にすることも可能である。
　また、本実施形態では、集光レンズ４５のＤＦ値を調整して単結晶部材１０の被照射面である表面１０ｔから改質層１２までの距離を調整することにより、剥離して得られる単結晶基板１０ｓの厚みを調整することが可能である。
　また、本実施形態では、内部改質層形成単結晶部材１０としてシリコンウエハを用い、シリコンウエハ内部に改質層１２を形成することが可能である。
　また、本実施形態では、金属製基板２８ｕ、２８ｄを内部改質層形成単結晶部材１１の上下面にそれぞれ貼り付けて、金属製基板２８ｕ、２８ｄに力を加えて剥離することで単結晶基板１０ｓを形成することで説明したが、エッチングにより改質層１２を除去することで剥離してもよい。
　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エハ、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エ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１＞
　本発明者は、以下の実験を行い、第３工程で剥離して得られた単結晶基板１０ｓの剥離面１０ｆ、および、剥離されたことで形成された単結晶部１０ｕ側の剥離面の表面粗さＲａをそれぞれ測定した。実験条件および測定結果を図１３Ａ、図１３Ｂに示す。図１３Ａと図１３Ｂとは本来は１つに繋がった図であるが、紙面の都合上２つに分けて示している。なお、本実験例では、収差補正を行う際には収差補正環４０を用いた。
　　（実施例１）
　実施例１では、波長１０６４ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＡと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズと、上述の収差補正環４０とを用い、レーザ光を、内部改質層形成単結晶部材１０としてシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ基板表面から照射して内部加工する実験を行った。照射条件としては、レーザ照射間隔１μｍ、オフセット１０μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０～１ｍｍとした。内部加工痕の状態の観察としては、レーザ走査方向に対して垂直な加工断面をへき開して得られた断面を、光学顕微鏡およびレーザ共焦点顕微鏡で観察した。実施例１では、以下のように照射条件を少しずつ変更して実施例１Ａ～１Ｄを行った。
　　　　（実施例１Ａ）
　図１４は、実施例１Ａで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面の光学顕微鏡写真である。図１５は、実施例１Ａで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真であり、図１４の部分拡大図に相当する。
　実施例１Ａでは、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、パルス幅２１ｎｓ、対物レンズ後出力（すなわち集光レンズ４５を通過後のレーザ光の強度）０．４Ｗでシリコンウエハにレーザ光を照射して内部加工を行った。なお、レーザ光の走査方向は図１４、図１５で紙面手前側から紙面奥側に向く方向である（後述の図１６～図２７でもこの方向）。
　図１４に示される６つの加工痕４８ａ～ｆは、紙面左側から、順次、収差補正環４０の目盛りを０ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍに調整して形成したものである。また、図１５では、加工痕４８ｃ、４８ｄを示す。
　　　　（実施例１Ｂ）
　図１６は、実施例１Ｂで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面の光学顕微鏡写真である。図１７は、実施例１Ｂで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真であり、図１６の部分拡大図に相当する。
　実施例１Ｂでは、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、パルス幅２１ｎｓ、対物レンズ後出力０．８Ｗでシリコンウエハにレーザ光を照射して内部加工を行った。
　図１６に示される６つの加工痕５０ａ～ｆは、紙面左側から、順次、収差補正環４０の目盛りを０ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍに調整して形成したものである。また、図１７では、加工痕５０ｃ、５０ｄを示す。
　　　　（実施例１Ｃ）
　図１８は、実施例１Ｃで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面の光学顕微鏡写真である。図１９は、実施例１Ｃで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真であり、図１８の部分拡大図に相当する。
　実施例１Ｃでは、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、パルス幅３９ｎｓ、対物レンズ後出力０．８Ｗでシリコンウエハにレーザ光を照射して内部加工を行った。
　図１８に示される６つの加工痕５２ａ～ｆは、紙面左側から、順次、収差補正環４０の目盛りを０ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍに調整して形成したものである。また、図１９では、加工痕５２ｃ、５２ｄを示す。
　　　　（実施例１Ｄ）
　図２０は、実施例１Ｄで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面の光学顕微鏡写真である。図２１は、実施例１Ｄで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真であり、図２０の部分拡大図に相当する。
　実施例１Ｄでは、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、パルス幅３９ｎｓ、対物レンズ後出力１．６Ｗでシリコンウエハにレーザ光を照射して内部加工を行った。
　図２０に示される６つの加工痕５４ａ～ｆは、紙面左側から、順次、収差補正環４０の目盛りを０ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍに調整して形成したものである。また、図２１では、加工痕５４ｃ、５４ｄを示す。
　　（実施例２）
　図２２は、実施例２で得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。
　実施例２では、波長１０６４ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＡと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．８Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅２１ｎｓ、オフセット１０μｍ、空気中換算でＤＦ２０～８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとした。内部加工痕の状態の観察としては、レーザ走査方向に対して垂直な加工断面をへき開して得られた断面を観察した。
　　（実施例３）
　実施例３では、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＢと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、レーザ照射間隔２μｍ、対物レンズ後出力１．６Ｗ、パルス幅２００ｎｓ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとした。内部加工痕の状態の観察としては、レーザ走査方向に対して垂直な加工断面をへき開して得られた断面を観察した。実施例３では、以下のように照射条件を少しずつ変更して実施例３Ａ、３Ｂを行った。
　　　　（実施例３Ａ）
　図２３は、実施例３Ａで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。実施例３Ａでは、オフセット１μｍとした。
　　　　（実施例３Ｂ）
　図２４は、実施例３Ｂで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。実施例３Ｂでは、オフセット５μｍとした。
　　（実施例４）
　実施例４では、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＢと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、レーザ照射間隔１μｍ、オフセット１μｍ、対物レンズ後出力０．７Ｗ、パルス幅２００ｎｓ、空気中換算でＤＦ７０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとした。内部加工痕の状態の観察としては、レーザ走査方向に対して垂直な加工断面をへき開して得られた断面を観察した。実施例４では、以下のように照射条件を少しずつ変更して実施例４Ａ～４Ｃを行った。
　　　　（実施例４Ａ）
　図２５は、実施例４Ａで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。実施例４Ａでは照射回数を１回とした。
　　　　（実施例４Ｂ）
　図２６は、実施例４Ｂで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。実施例４Ｂでは照射回数を２回とした。
　　　　（実施例４Ｃ）
　図２７は、実施例４Ｃで得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの断面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。実施例４Ｃでは照射回数を３回とした。
　　（実施例５）
　図２８は、実施例５で得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの剥離面１０ｆのレーザ共焦点顕微鏡写真であり、図２９は、実施例５で得られた単結晶部１０ｕ側の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。
　実施例５では、波長１０６４ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＡと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．８Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅３９ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０.６ｍｍとし、シリコンウエハ基板へ５ｍｍ×２０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。
　そして、内部加工したシリコンウエハ基板の両面に接着剤を介して金属板をそれぞれ接着して剥離して得られた剥離面（露出面）を、レーザ共焦点顕微鏡で観察した。
　　（実施例６）
　図３０は、実施例６で得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真であり、図３１は、実施例６で得られた単結晶部１０ｕ側の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。また、図３２は、実施例６で得られた単結晶基板１０ｓの剥離面のＳＥＭ観察像であり、図３３は、実施例６で得られた単結晶部１０ｕ側の剥離面のＳＥＭ観察像である。
　実施例６では、波長１０６４ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＡと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、対物レンズ後出力１．２Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅３９ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０.６ｍｍとし、シリコンウエハ基板へ５ｍｍ×２０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面をレーザ共焦点顕微鏡および走査電子顕微鏡で観察した。
　　（実施例７）
　図３４は、実施例７で得られた単結晶基板（シリコンウエハ）１０ｓの剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真であり、図３５は、実施例７で得られた単結晶部１０ｕ側の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。また、図３６は、実施例６で得られた単結晶基板１０ｓの剥離面のＳＥＭ観察像であり、図３７は、実施例７で得られた単結晶部１０ｕ側の剥離面のＳＥＭ観察像である。
　実施例７では、波長１０６４ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＣと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．６Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅６０ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０.６ｍｍとし、シリコンウエハ基板へ５ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面をレーザ共焦点顕微鏡および走査電子顕微鏡で観察した。
　　（実施例８）
　実施例８では、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＢと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．８Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅２００ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとし、シリコンウエハ基板へ１０ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例４と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　　（実施例９）
　実施例９では、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＢと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、対物レンズ後出力１．６Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅２００ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとし、シリコンウエハ基板へ１０ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　　（実施例１０）
　実施例１０では、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＢと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．５Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅２００ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとし、照射回数を２回として、シリコンウエハ基板へ１０ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　　（実施例１１）
　実施例１１では、波長１０６４ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＣと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．８Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅８０ｎｓ、オフセット２μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０.６ｍｍとし、照射回数を２回として、シリコンウエハ基板へ５ｍｍ×１０ｍｍの領域で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　　（実施例１２）
　実施例１２では、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＤと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．８Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅２００ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとし、照射回数を２回として、シリコンウエハ基板へ１０ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　　（実施例１３）
　実施例１３では、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＤと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．８Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅２００ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとし、照射回数を２回として、シリコンウエハ基板へ１０ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　　（比較例１）
　図３８は、比較例１で得られた単結晶基板（シリコンウエハ）の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真であり、図３９は、比較例１で得られた単結晶部側の剥離面のレーザ共焦点顕微鏡写真である。また、図４０は、比較例１で得られた単結晶基板の剥離面のＳＥＭ観察像であり、図４１は、比較例１で得られた単結晶部側の剥離面のＳＥＭ観察像である。
　比較例１では、波長１０６４ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＡと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、対物レンズ後出力１．６Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅３９ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０.６ｍｍとし、シリコンウエハ基板へ５ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　　（比較例２）
　比較例２では、波長１０６４ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＣと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．８Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅６０ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０.６ｍｍとし、シリコンウエハ基板へ５ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　　（比較例３）
　比較例３では、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＤと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．８Ｗ、レーザ照射間隔０．５μｍ、パルス幅２００ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとし、シリコンウエハ基板へ１０ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。そして、実施例５と同様にして剥離し、得られた単結晶基板の剥離面を観察した。
　＜実験例２＞
　本発明者は、波長１０６２ｎｍのレーザ光を供給するファイバーレーザＢと、集光レンズ４５として開口数０．８５の赤外用対物レンズとを用い、レーザ光をシリコンウエハ基板（厚み７２５μｍの両面ミラー（１００））へ照射して内部加工する実験を行った。
　照射条件としては、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、対物レンズ後出力０．５Ｗ、レーザ照射間隔１μｍ、パルス幅２００ｎｓ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコンウエハ基板に対する収差補正環４０の調整長さ０ｍｍとし、照射回数を１回として、シリコンウエハ基板へ１０ｍｍ×１０ｍｍの領域へレーザ光で内部加工した。
　そして、へき開した断面に対して、後方散乱ラマンスペクトル測定を、Ｈｅ－Ｎｅレーザを光源とするＨＯＲＩＢＡ　ＪＯＢＩＮ　ＹＶＯＮ社製ＬａｂＲＡＭ　ＨＲ－８００を用いて行った。測定結果を図４２に示す。
　図４２から判るように、レーザ光で内部加工してなる改質層１２以外では、剥離前のシリコンウエハに機械的損傷がないことを確認した。
　なお、機械的損傷とは、機械加工など機械的な外力が要因となって生じる損傷をいう。機械的損傷がある基板は、その損傷部分から破損しやすく、機械的損傷のない基板と比較して機械的強度が低く、基板としての品質が低い。機械的損傷は、ラマンスペクトル測定やＸ線構造解析などを用いて、機械的損傷の有無を確認することができる。ラマン分光測定では、基準とする結合の半値幅の広がりから結晶の完全性に関する知見が得られる。これを利用することで、機械的損傷の位置を確認できる。
　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
１０ｕ　単結晶層
１０ｓ　単結晶基板
１０ｔ　表面
１０ｆ　剥離面
１１　内部改質層形成単結晶部材
１２　改質層
１５　集光レンズ（レーザ集光手段）
４０　収差補正環
４５　集光レンズ
Ｂ　レーザ光

Claims (9)

  1. 　単結晶部材上に非接触にレーザ集光手段を配置する第１工程と、
    　前記レーザ集光手段により、前記単結晶部材表面にレーザ光を照射して前記単結晶部材内部に前記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２次元状の改質層を形成する第２工程と、
    　前記改質層により分断されてなる単結晶層を前記改質層から剥離することで単結晶基板を形成する第３工程と、
    　を備え、前記第３工程で形成した前記単結晶基板の剥離面の表面粗さＲａが１未満となるように、前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整することを特徴とする単結晶基板の製造方法。
  2. 　前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整する際、前記レーザ集光手段に設けた対物レンズ通過後のレーザ光のエネルギーを調整することを特徴とする請求項１に記載の単結晶基板の製造方法。
  3. 　前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整する際、前記レーザ集光手段に収差補正環を設けて該収差補正環により調整することを特徴とする請求項１に記載の単結晶基板の製造方法。
  4. 　前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整する際、レーザ光として照射するパルスレーザ光の照射回数で調整することを特徴とする請求項１に記載の単結晶基板の製造方法。
  5. 　前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整する際、レーザ光として照射するパルスレーザ光の照射間隔を調整することを特徴とする請求項１に記載の単結晶基板の製造方法。
  6. 　前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整する際、前記レーザ集光手段と前記単結晶部材とのオフセットを調整することを特徴とする請求項１に記載の単結晶基板の製造方法。
  7. 　前記レーザ集光手段に設ける対物レンズのＤＦ値を調整して前記単結晶部材の被照射面から前記改質層までの距離を調整することにより、前記単結晶基板の厚みを調整することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の単結晶基板の製造方法。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の単結晶基板の製造方法によって製造されたことを特徴とする単結晶基板。
  9. 　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の内部に改質層を形成した内部改質層形成単結晶部材の製造方法であって、
    　前記単結晶部材上にレーザ集光手段を非接触に配置する第１工程と、
    　前記レーザ集光手段により、前記単結晶部材表面にレーザ光を照射して前記単結晶部材内部に前記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２次元状の改質層を形成する第２工程と、
    　を備え、
    　前記改質層により分断されてなる単結晶層を前記改質層から剥離することで形成した単結晶基板の剥離面の表面粗さＲａが１未満となるように、前記第２工程でレーザ光の照射条件を調整することを特徴とする内部改質層形成単結晶部材の製造方法。
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