JP2023102809A - 基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザービームを利用した基板の製造方法のスループットを向上させる。【解決手段】割り出し送り方向に沿った長さが加工送り方向に沿った長さよりも大きくなるようにレーザービームが集光された状態で、被加工物の内部に剥離層を形成する。この場合、剥離層に含まれる亀裂が割り出し送り方向に沿って伸展しやすくなる。これにより、割り出し送りステップにおけるレーザービームが集光される場所と被加工物との相対的な移動距離（インデックス）を大きくすることができる。その結果、レーザービームを利用した基板の製造方法のスループットを向上させることが可能になる。【選択図】図８

Description

本発明は、第一の面と第一の面の反対側の第二の面とを有する被加工物から基板を製造する基板の製造方法に関する。

半導体デバイスのチップは、一般的に、シリコン（Ｓｉ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の半導体材料からなる円柱状の基板から製造される。この基板は、例えば、ワイヤーソーを使用して円柱状の半導体材料からなるインゴットから切り出される（例えば、特許文献１参照）。

ただし、インゴットからワイヤーソーを使用して基板を切り出す際の切り代は、３００μｍ前後であり、比較的大きい。また、このように切り出された基板の表面には微細な凹凸が形成され、また、この基板は全体的に湾曲する（ウエーハに反りが生じる）。そのため、この基板においては、その表面に対してラッピング、エッチング及び／又はポリッシングを実施して表面を平坦化する必要がある。

この場合、最終的に基板として利用される素材量は、インゴット全体の素材量の２／３程度である。すなわち、インゴット全体の素材量の１／３程度は、インゴットからの基板の切り出し及び基板の平坦化の際に廃棄される。そのため、このようにワイヤーソーを使用して基板を製造する場合には生産性が低くなる。

この点に鑑み、インゴットを構成する材料を透過する波長のレーザービームを利用してインゴットから基板を製造することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法においては、まず、レーザービームの集光点をインゴットの内部に位置付けた状態でインゴットと集光点との加工送り方向に沿った相対的な移動が繰り返される。

これにより、レーザービームの集光点を中心として形成される改質部と改質部から伸展する亀裂とを含む剥離層がインゴットの加工送り方向に沿った複数の領域のそれぞれに形成される。そして、このインゴットに外力を付与することによって、剥離層を起点としてインゴットから基板が分離される。

特開平９－２６２８２６号公報 特開２０１６－１１１１４３号公報

レーザービームを利用して基板を製造する場合には、ワイヤーソーを使用して基板を製造する場合と比較して、廃棄される素材量を低減することができる。すなわち、前者の場合には、後者の場合と比較して、基板の生産性を向上させることができる。

他方、前者の場合にはインゴットから複数の基板を同時に製造することは不可能又は困難であるのに対して、後者の場合には複数本のワイヤーソーをインゴットに同時に切り込ませて複数の基板を同時に製造することができる。そのため、前者の場合には、後者の場合と比較して、スループットが低くなることが多い。

この点に鑑み、本発明の目的は、レーザービームを利用した基板の製造方法のスループットを向上させることである。

本発明によれば、第一の面と該第一の面の反対側の第二の面とを有する被加工物から基板を製造する基板の製造方法であって、該被加工物を構成する材料を透過する波長のレーザービームが該被加工物の内部において集光された状態で、該第一の面に平行な加工送り方向に沿って該レーザービームが集光される場所と該被加工物とを相対的に移動させることによって剥離層を形成する剥離層形成ステップと、該加工送り方向と直交し、かつ、該第一の面に平行な割り出し送り方向に沿って、該レーザービームが集光される該場所と該被加工物とを相対的に移動させる割り出し送りステップと、該剥離層形成ステップと該割り出し送りステップとを交互に繰り返し実施した後、該剥離層を起点として該被加工物から該基板を分離する分離ステップと、を有し、該剥離層形成ステップでは、該割り出し送り方向に沿った長さが該加工送り方向に沿った長さよりも大きくなるように該レーザービームが集光される基板の製造方法が提供される。

さらに、好ましくは、該剥離層形成ステップでは、空間光変調器によって波面が制御された該レーザービームが該被加工物に照射され、該空間光変調器に入射する該レーザービームを構成する光のうち該割り出し送り方向に対応する方向において中央側に位置する光は、該場所の該割り出し送り方向における両端側に集光され、該空間光変調器に入射する該レーザービームを構成する光のうち該割り出し送り方向に対応する方向において両端側に位置する光は、該場所の該割り出し送り方向における中央側に集光される。

また、好ましくは、該レーザービームは、該割り出し送り方向において互いに離隔する複数の場所のそれぞれにおいて集光されるように分岐される。

本発明においては、被加工物に含まれる割り出し送り方向に沿った長さが加工送り方向に沿った長さよりも大きくなるようにレーザービームが集光された状態で、被加工物の内部に剥離層を形成する。この場合、剥離層に含まれる亀裂が割り出し送り方向に沿って伸展しやすくなる。

これにより、割り出し送りステップにおけるレーザービームが集光される場所と被加工物との相対的な移動距離（インデックス）を大きくすることができる。その結果、レーザービームを利用した基板の製造方法のスループットを向上させることが可能になる。

図１は、インゴットの一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、インゴットの一例を模式的に示す上面図である。 図３は、基板の製造方法の一例を模式的に示すフローチャートである。 図４は、レーザー加工装置の一例を模式的に示す図である。 図５（Ａ）は、空間光変調器において制御されていないレーザービームの波面と当該レーザービームが集光される場所とを模式的に示す図であり、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）のそれぞれは、空間光変調器において制御されたレーザービームの波面と当該レーザービームが集光される場所とを模式的に示す図である。 図６は、インゴットを保持する保持テーブルを模式的に示す上面図である。 図７（Ａ）は、剥離層形成ステップの一例の様子を模式的に示す上面図であり、図７（Ｂ）は、剥離層形成ステップの一例の様子を模式的に示す一部断面側面図である。 図８は、剥離層形成ステップにおいてインゴットの内部に形成される剥離層の一例を模式的に示す断面図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）のそれぞれは、分離ステップの一例の様子を模式的に示す一部断面側面図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、分離ステップの別の例を模式的に示す一部断面側面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、単結晶シリコンからなる円柱状のインゴットの一例を模式的に示す斜視図であり、図２は、このインゴットの一例を模式的に示す上面図である。なお、図１においては、このインゴットに含まれる平面において露出する単結晶シリコンの結晶面も示されている。また、図２においては、このインゴットを構成する単結晶シリコンの結晶方位も示されている。

図１及び図２に示されるインゴット１１においては、結晶面｛１００｝に含まれる特定の結晶面（ここでは、便宜上、結晶面（１００）とする。）が円状の表面（第一の面）１１ａ及び円状の裏面（第二の面）１１ｂのそれぞれに露出する。すなわち、このインゴット１１においては、表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれの垂線（結晶軸）が結晶方位［１００］に沿う。

なお、インゴット１１においては、結晶面（１００）が表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれに露出するように製造されるものの、製造時の加工誤差等に起因して、結晶面（１００）から僅かに傾いた面が表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれにおいて露出してもよい。具体的には、インゴット１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれには、結晶面（１００）に対してなす角が１°以下の面が露出されてもよい。すなわち、インゴット１１の結晶軸は、結晶方位［１００］に対してなす角が１°以下の方向に沿ってもよい。

また、インゴット１１の側面１１ｃにはオリエンテーションフラット１３が形成されており、このオリエンテーションフラット１３からみて結晶方位＜１１０＞に含まれる特定の結晶方位（ここでは、便宜上、結晶方位［０１１］とする。）にインゴット１１の中心Ｃが位置する。すなわち、このオリエンテーションフラット１３においては、単結晶シリコンの結晶面（０１１）が露出している。

図３は、被加工物となるインゴット１１から基板を製造する基板の製造方法の一例を模式的に示すフローチャートである。端的には、この方法においては、レーザー加工装置を用いてインゴット１１の内部に剥離層を形成した後、この剥離層を起点としてインゴット１１から基板を分離する。

図４は、インゴット１１の内部に剥離層を形成する際に用いられるレーザー加工装置の一例を模式的に示す図である。なお、図４に示されるＸ軸方向（加工送り方向）及びＹ軸方向（割り出し送り方向）は、水平面上において互いに直交する方向であり、また、Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（鉛直方向）である。また、図４においては、レーザー加工装置の構成要素の一部が機能ブロックで示されている。

図４に示されるレーザー加工装置２は、円柱状の保持テーブル４を有する。この保持テーブル４は、インゴット１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂよりも広い円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてインゴット１１を保持する。また、この保持面においては、円柱状のポーラス板（不図示）が露出している。

さらに、このポーラス板は、保持テーブル４の内部に設けられた流路等を介してエジェクタ等の吸引源（不図示）と連通している。そして、この吸引源が動作すると、保持テーブル４の保持面近傍の空間に負圧が生じる。これにより、例えば、保持面に置かれたインゴット１１を保持テーブル４で保持することができる。

また、保持テーブル４の上方には、レーザービーム照射ユニット６が設けられている。このレーザービーム照射ユニット６は、レーザー発振器８を有する。このレーザー発振器８は、例えば、レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧ等を有し、インゴット１１を構成する材料（単結晶シリコン）を透過する波長（例えば、１０６４ｎｍ）のパルス状のレーザービームＬＢを照射する。

このレーザービームＬＢは、一般的にＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）と呼ばれる液晶位相制御素子を含む空間光変調器１０に入射する。そして、空間光変調器１０においては、Ｙ軸方向において互いに離隔する複数のレーザービームＬＢを形成するように空間光変調器１０に入射したレーザービームＬＢが分岐される。

さらに、空間光変調器１０においては、分岐された各レーザービームＬＢが集光される場所のＹ軸方向に沿った長さがＸ軸方向に沿った長さよりも大きくなるようにレーザービームＬＢの波面が制御される。

図５（Ａ）は、空間光変調器１０において制御されていないレーザービームＬＢの波面と当該レーザービームＬＢが集光される場所とを模式的に示す図である。また、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）のそれぞれは、空間光変調器１０において制御されたレーザービームＬＢの波面と当該レーザービームＬＢが集光される場所とを模式的に示す図である。

例えば、空間光変調器１０は、図５（Ａ）に示される波面ＷＦ１よりもＹ軸方向に沿った長さが大きい、図５（Ｂ）に示される波面ＷＦ２又は図５（Ｃ）に示される波面ＷＦ３になるように、レーザービームＬＢの波面を制御する。この場合、レーザービームＬＢをインゴット１１に照射することによってインゴット１１の内部に形成される剥離層に含まれる亀裂がＹ軸方向に沿って伸展しやすくなる。これにより、後述する割り出し送りステップ（Ｓ２）におけるレーザービームＬＢが集光される場所とインゴット１１との相対的な移動距離（インデックス）を大きくすることができる。

さらに、レーザービームＬＢの波面が図５（Ｃ）に示される波面ＷＦ３になる場合には、レーザービームＬＢを構成する光のうちＹ軸方向において中央側に位置する光が両端側に集光され、かつ、その両端側に位置する光が中央側に集光される。この場合、非点収差の影響によってＺ軸方向において離隔する複数の場所においてレーザービームＬＢが集光する蓋然性が低減される。これにより、レーザービームＬＢをインゴット１１に照射することによってインゴット１１の内部に形成される剥離層の厚さ（Ｚ軸方向に沿った長さ）の増加を抑制して基板の生産性を向上させることができる。

なお、空間光変調器１０において波面が制御されたレーザービームＬＢは、インゴット１１に照射される前に、後述するミラー１２等によって反射されてから集光されることがある。このような場合には、レーザービームＬＢが反射された後に図５（Ｃ）に示される波面ＷＦ３になるように、空間光変調器１０においてレーザービームＬＢの波面が制御されてもよい。

すなわち、空間光変調器１０は、Ｙ軸方向に対応する方向（レーザービームＬＢが反射された後にＹ軸方向に平行になる方向）において中央側に位置する光がＹ軸方向における両端側に集光され、かつ、その両端側に位置する光がＹ軸方向における中央側に集光されるようにレーザービームＬＢの波面を制御してもよい。

そして、空間光変調器１０において波面が制御されたレーザービームＬＢは、ミラー１２によって反射されて照射ヘッド１４へと導かれる。この照射ヘッド１４には、レーザービームＬＢを集光する集光レンズ（不図示）等が収容されている。そして、この集光レンズで集光されたレーザービームＬＢは、保持テーブル４の保持面側に照射される。

さらに、レーザービーム照射ユニット６の照射ヘッド１４は、移動機構（不図示）に連結されている。この移動機構は、例えば、ボールねじ等を含んで構成され、照射ヘッド１４をＸ軸方向、Ｙ軸方向及び／又はＺ軸方向に沿って移動させる。そして、レーザー加工装置２においては、この移動機構を動作させることで、照射ヘッド１４から照射されるレーザービームＬＢが集光される場所のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向における位置（座標）が調整される。

そして、レーザー加工装置２においてインゴット１１の内部の全域に剥離層を形成する際には、まず、表面１１ａが上を向いた状態のインゴット１１を保持テーブル４が保持する。図６は、インゴット１１を保持する保持テーブル４を模式的に示す上面図である。

このインゴット１１は、例えば、オリエンテーションフラット１３からインゴット１１の中心Ｃに向かう方向（結晶方位［０１１］）がＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに対してなす角が４５°となる状態で保持テーブル４に保持される。すなわち、インゴット１１は、例えば、結晶方位［０１０］がＸ軸方向と平行になり、かつ、結晶方位［００１］がＹ軸方向と平行になる状態で保持テーブル４に保持される。

次いで、インゴット１１の内部のＹ軸方向における一端側の領域に剥離層を形成する。具体的には、まず、平面視において、レーザービーム照射ユニット６の照射ヘッド１４からみて当該領域がＸ軸方向に位置付けられるように照射ヘッド１４を位置付ける。次いで、照射ヘッド１４から照射されるレーザービームＬＢが集光される場所がインゴット１１の内部に対応する高さに位置付けられるように照射ヘッド１４を昇降させる。

なお、照射ヘッド１４からは、Ｙ軸方向において互いに離隔するように分岐された複数のレーザービームＬＢが照射される。そして、照射ヘッド１４から照射されたレーザービームＬＢは、Ｙ軸方向において互いに離隔する複数の場所（例えば、８か所）のそれぞれにおいて集光される。また、分岐された各レーザービームＬＢが集光される場所のＹ軸方向に沿った長さはＸ軸方向に沿った長さよりも大きい。

次いで、Ｘ軸方向に沿ってレーザービームＬＢが集光される場所とインゴット１１とを相対的に移動させることによって剥離層を形成する（剥離層形成ステップ：Ｓ１）。図７（Ａ）は、剥離層形成ステップ（Ｓ１）の一例の様子を模式的に示す上面図であり、図７（Ｂ）は、剥離層形成ステップ（Ｓ１）の一例の様子を模式的に示す一部断面側面図である。また、図８は、剥離層形成ステップ（Ｓ１）においてインゴット１１の内部に形成される剥離層を模式的に示す断面図である。

この剥離層形成ステップ（Ｓ１）においては、分岐された各レーザービームＬＢを照射ヘッド１４から保持テーブル４に向けて照射しながら、平面視において、インゴット１１のＸ軸方向における一端から他端までを通過するように照射ヘッド１４を移動させる（図７（Ａ）及び図７（Ｂ）参照）。

すなわち、レーザービームＬＢが集光される場所がインゴット１１の内部に位置付けられた状態で、Ｘ軸方向に沿ってレーザービームＬＢが集光される場所とインゴット１１とを相対的に移動させる。これにより、分岐された各レーザービームＬＢが集光される、Ｙ軸方向に沿った長さがＸ軸方向に沿った長さよりも大きい場所を中心として、単結晶シリコンの結晶構造が乱れた改質部１５ａが形成される。

そして、インゴット１１の内部に改質部１５ａが形成されると、インゴット１１の体積が膨張してインゴット１１に内部応力が生じる。この内部応力は、改質部１５ａから亀裂１５ｂが伸展することによって緩和される。その結果、複数の改質部１５ａと複数の改質部１５ａのそれぞれから進展する亀裂１５ｂとを含む剥離層１５がインゴット１１の内部に形成される。

次いで、分岐された各レーザービームＬＢが集光される場所とインゴット１１とをＹ軸方向に沿って相対的に移動させる（割り出し送りステップ：Ｓ２）。具体的には、照射ヘッド１４の移動距離（インデックス）が剥離層１５のＹ軸方向に沿った幅よりも長くなるように照射ヘッド１４をＹ軸方向に沿って移動させる。次いで、上述した剥離層形成ステップ（Ｓ１）を再び実施する。

その結果、Ｙ軸方向において離隔し、かつ、互いに平行な２つの剥離層１５がインゴット１１の内部に形成される。さらに、インゴット１１の内部のＹ軸方向における他端側の領域に剥離層１５が形成されるまで、割り出し送りステップ（Ｓ２）及び剥離層形成ステップ（Ｓ１）を繰り返し実施する。

すなわち、インゴット１１の内部のＹ軸方向における一端側の領域から他端側の領域まで（全域に）剥離層１５が形成されるように剥離層形成ステップ（Ｓ１）と割り出し送りステップ（Ｓ２）とを交互に繰り返し実施する。そして、インゴット１１の内部の全域に剥離層１５が形成されれば（ステップ（Ｓ３）：ＹＥＳ）、剥離層１５を起点としてインゴット１１から基板を分離する（分離ステップ：Ｓ４）。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）のそれぞれは、分離ステップ（Ｓ４）の一例の様子を模式的に示す一部断面側面図である。この分離ステップ（Ｓ４）は、例えば、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示される分離装置１８において実施される。この分離装置１８は、剥離層１５が形成されたインゴット１１を保持する保持テーブル２０を有する。

この保持テーブル２０は、円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてはポーラス板（不図示）が露出している。さらに、このポーラス板は、保持テーブル２０の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そして、この吸引源が動作すると、保持テーブル２０の保持面近傍の空間に負圧が生じる。

また、保持テーブル２０の上方には、分離ユニット２２が設けられている。この分離ユニット２２は、円柱状の支持部材２４を有する。この支持部材２４の上部には、例えば、ボールねじ式の昇降機構（不図示）及びモータ等の回転駆動源が連結されている。そして、この昇降機構を動作させることによって分離ユニット２２が昇降する。また、この回転駆動源を動作させることによって、支持部材２４の中心を通り、かつ、保持テーブル２０の保持面に垂直な方向に沿った直線を回転軸として支持部材２４が回転する。

また、支持部材２４の下端部は、円盤状の基台２６の上部の中央に固定されている。この基台２６の外周領域の下側には、基台２６の周方向に沿って概ね等間隔に複数の可動部材２８が設けられている。この可動部材２８は、基台２６の下面から下方に向かって延在する板状の立設部２８ａを有する。

この立設部２８ａの上端部は基台２６に内蔵されたエアシリンダ等のアクチュエータに連結されており、このアクチュエータを動作させることによって可動部材２８が基台２６の径方向に沿って移動する。また、この立設部２８ａの下端部の内側面には、基台２６の中心に向かって延在し、かつ、先端に近付くほど厚さが薄くなる板状の楔部２８ｂが設けられている。

分離装置１８においては、例えば、以下の順序で分離ステップ（Ｓ４）が実施される。具体的には、まず、剥離層１５が形成されたインゴット１１の裏面１１ｂの中心と保持テーブル２０の保持面の中心とを一致させるように、インゴット１１を保持テーブル２０に置く。

次いで、インゴット１１が保持テーブル２０によって保持されるように、この保持面において露出するポーラス板と連通する吸引源を動作させる。次いで、複数の可動部材２８のそれぞれを基台２６の径方向外側に位置付けるようにアクチュエータを動作させる。

次いで、複数の可動部材２８のそれぞれの楔部２８ｂの先端をインゴット１１の内部に形成された剥離層１５に対応する高さに位置付けるように昇降機構を動作させる。次いで、楔部２８ｂがインゴット１１の側面１１ｃに打ち込まれるようにアクチュエータを動作させる（図９（Ａ）参照）。次いで、インゴット１１の側面１１ｃに打ち込まれた楔部２８ｂが回転するように回転駆動源を動作させる。

次いで、楔部２８ｂを上昇させるように昇降機構を動作させる（図９（Ｂ）参照）。以上のように楔部２８ｂをインゴット１１の側面１１ｃに打ち込むとともに回転させた後、楔部２８ｂを上昇させることによって、剥離層１５に含まれる亀裂１５ｂがさらに伸展する。その結果、インゴット１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とが分離される。すなわち、剥離層１５を起点として、インゴット１１から基板１７が製造される。

なお、楔部２８ｂをインゴット１１の側面１１ｃに打ち込んだ時点でインゴット１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とが分離される場合には、楔部２８ｂを回転させなくてもよい。また、アクチュエータと回転駆動源を同時に動作させて、インゴット１１の側面１１ｃに回転する楔部２８ｂを打ち込んでもよい。

上述した基板の製造方法においては、Ｙ軸方向に沿った長さがＸ軸方向に沿った長さよりも大きくなるようにレーザービームＬＢが集光された状態で、インゴット１１の内部に剥離層１５を形成する。この場合、剥離層１５に含まれる亀裂１５ｂがＹ軸方向に沿って伸展しやすくなる。

これにより、割り出し送りステップ（Ｓ２）におけるレーザービームＬＢが集光される場所とインゴット１１との相対的な移動距離（インデックス）を大きくすることができる。その結果、レーザービームＬＢを利用した基板１７の製造方法のスループットを向上させることが可能になる。

さらに、上述した基板の製造方法においては、Ｙ軸方向（結晶方位［００１］）において互いに離隔する複数のレーザービームＬＢのそれぞれが集光される場所とインゴット１１とをＸ軸方向（結晶方位［０１０］）に沿って相対的に移動させることによって剥離層１５が形成される。この場合、インゴット１１から基板１７を製造する際に廃棄される素材量をさらに低減し、基板１７の生産性を向上させることができる。

以下、この点について詳細に説明する。まず、単結晶シリコンは、一般的に、結晶面｛１１１｝に含まれる特定の結晶面において最も劈開しやすく、結晶面｛１１０｝に含まれる特定の結晶面において２番目に劈開しやすい。そのため、例えば、インゴット１１を構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞に含まれる特定の結晶方位（例えば、結晶方位［０１１］）に沿って改質部が形成されると、この改質部から結晶面｛１１１｝に含まれる特定の結晶面に沿って伸展する亀裂が多く発生する。

他方、単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞に含まれる特定の結晶方位に沿った領域に、平面視において、この領域が延在する方向と直交する方向に沿って並ぶように複数の改質部が形成されると、この複数の改質部のそれぞれから結晶面｛Ｎ１０｝（Ｎは、０を除く絶対値が１０以下の整数）のうち当該領域が延在する方向に平行な結晶面に沿って伸展する亀裂が多く発生する。

例えば、上述した基板の製造方法のように、結晶方位［０１０］に沿った領域に、結晶方位［００１］に沿って並ぶように複数の改質部１５ａが形成されると、この複数の改質部１５ａのそれぞれから結晶面{Ｎ１０}（Ｎは、１０以下の自然数）のうち結晶方位［０１０］に平行な結晶面に沿って伸展する亀裂が多くなる。

具体的には、このように複数の改質部１５ａが形成される場合には、以下の結晶面において亀裂が伸展しやすくなる。

そして、インゴット１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂに露出する結晶面（１００）が結晶面{Ｎ１０}のうち結晶方位［０１０］に平行な結晶面に対してなす角は、４５°以下である。他方、結晶面（１００）が結晶面｛１１１｝に含まれる特定の結晶面に対してなす角は、５４．７°程度である。

そのため、上述した基板の製造方法においては、単結晶シリコンの結晶方位［０１１］に沿った領域に、平面視において、この領域が延在する方向と直交する方向に沿って並ぶように複数の改質部が形成される場合と比較して、剥離層１５が幅広かつ薄くなりやすい。その結果、上述した基板の製造方法においては、インゴット１１から基板１７を製造する際に廃棄される素材量を低減し、基板１７の生産性を向上させることができる。

なお、上述した基板の製造方法は本発明の一態様であって、本発明は上述した方法に限定されない。例えば、本発明において基板を製造するために利用されるインゴットは、図１及び図２等に示されるインゴット１１に限定されない。具体的には、本発明においては、結晶面｛１００｝に含まれない結晶面が表面及び裏面のそれぞれに露出する単結晶シリコンからなるインゴットから基板が製造されてもよい。

また、本発明においては、側面にノッチが形成された円柱状のインゴットから基板が製造されてもよい。あるいは、本発明においては、側面にオリエンテーションフラット及びノッチのいずれもが形成されていない円柱状のインゴットから基板が製造されてもよい。また、本発明においては、炭化シリコン等のシリコン以外の半導体材料からなる円柱状のインゴットから基板が製造されてもよい。

また、本発明において用いられるレーザー加工装置の構造は、上述したレーザー加工装置２の構造に限定されない。例えば、本発明は、保持テーブル４をＸ軸方向、Ｙ軸方向及び／又はＺ軸方向のそれぞれに沿って移動させる移動機構が設けられているレーザー加工装置を用いて実施されてもよい。

すなわち、本発明においては、インゴット１１を保持する保持テーブル４とレーザービームＬＢを照射するレーザービーム照射ユニット６の照射ヘッド１４とがＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに沿って相対的に移動できればよく、そのための構造に限定はない。

また、本発明においては、インゴット１１の内部のＹ軸方向における一端側の領域から他端側の領域まで（全域に）剥離層１５が形成された（ステップＳ３：ＹＥＳ）後に、再度、剥離層形成ステップ（Ｓ１）と割り出し送りステップ（Ｓ２）とを繰り返し実施してもよい。すなわち、既に剥離層１５が形成されているインゴット１１の内部のＹ軸方向における一端側の領域から他端側の領域までに対して、剥離層１５を形成するようなレーザービームＬＢの照射を再び実施してもよい。

また、本発明においては、剥離層形成ステップ（Ｓ１）の後、かつ、割り出し送りステップ（Ｓ２）の前に、再度、剥離層形成ステップ（Ｓ１）を実施してもよい。すなわち、既に剥離層１５が形成されているインゴット１１の内部の直線状の領域に対して、剥離層１５を形成するようなレーザービームＬＢの照射を再び実施してもよい。

このように既に剥離層１５が形成されている領域に対して再び剥離層形成ステップ（Ｓ１）が実施される場合、既に形成された剥離層１５に含まれる改質部１５ａ及び亀裂１５ｂのそれぞれの密度が増加する。これにより、分離ステップ（Ｓ４）におけるインゴット１１からの基板１７の分離が容易になる。

さらに、この場合には、剥離層１５に含まれる亀裂１５ｂがさらに伸展して剥離層１５のＹ軸方向に沿った長さ（幅）が広くなる。そのため、この場合には、割り出し送りステップ（Ｓ２）におけるレーザービーム照射ユニット６の照射ヘッド１４の移動距離（インデックス）を長くすることができる。

また、本発明においては、分離ステップ（Ｓ４）において剥離層１５に含まれる亀裂１５ｂを伸展させることが可能である場合には、剥離層形成ステップ（Ｓ２）においてインゴット１１の内部の全域に剥離層１５が形成されなくてもよい。例えば、分離装置１８を用いて分離ステップ（Ｓ４）を実施することによって、インゴット１１の側面１１ｃ近傍の領域に亀裂１５ｂを伸展させることが可能である場合には、剥離層形成ステップ（Ｓ２）においてインゴット１１の側面１１ｃ近傍の領域の一部又は全部に剥離層１５が形成されなくてもよい。

また、本発明の分離ステップ（Ｓ４）は、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示される分離装置１８以外の装置を用いて実施されてもよい。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、分離装置１８以外の装置を用いて実施される分離ステップ（Ｓ４）の一例を模式的に示す一部断面側面図である。

図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示される分離装置３０は、剥離層１５が形成されたインゴット１１を保持する保持テーブル３２を有する。この保持テーブル３２は、円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてはポーラス板（不図示）が露出している。

さらに、このポーラス板は、保持テーブル３２の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そのため、この吸引源が動作すると、保持テーブル３２の保持面近傍の空間に負圧が生じる。

また、保持テーブル３２の上方には、分離ユニット３４が設けられている。この分離ユニット３４は、円柱状の支持部材３６を有する。この支持部材３６の上部には、例えば、ボールねじ式の昇降機構（不図示）が連結されており、この昇降機構を動作させることによって分離ユニット３４が昇降する。

また、支持部材３６の下端部には、円盤状の吸引板３８の上部の中央に固定されている。この吸引板３８の下面には複数の吸引口が形成されており、複数の吸引口のそれぞれは吸引板３８の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）に連通している。そのため、この吸引源が動作すると、吸引板３８の下面近傍の空間に負圧が生じる。

分離装置３０においては、例えば、以下の順序で分離ステップ（Ｓ４）が実施される。具体的には、まず、剥離層１５が形成されたインゴット１１の裏面１１ｂの中心と保持テーブル３２の保持面の中心とを一致させるように、インゴット１１を保持テーブル３２に置く。

次いで、インゴット１１が保持テーブル３２によって保持されるように、この保持面において露出するポーラス板と連通する吸引源を動作させる。次いで、吸引板３８の下面をインゴット１１の表面１１ａに接触させるように、昇降機構を動作させて分離ユニット３４を下降させる。

次いで、インゴット１１の表面１１ａ側が吸引板３８に形成されている複数の吸引口を介して吸引されるように、複数の吸引口と連通する吸引源を動作させる（図１０（Ａ）参照）。次いで、吸引板３８を保持テーブル３２から離隔させるように、昇降機構を動作させて分離ユニット３４を上昇させる（図１０（Ｂ）参照）。

この時、表面１１ａ側が吸引板３８に形成されている複数の吸引口を介して吸引されているインゴット１１の表面１１ａ側に上向きの力が作用する。その結果、剥離層１５に含まれる亀裂１５ｂがさらに伸展して、インゴット１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側とが分離される。すなわち、剥離層１５を起点として、インゴット１１から基板１７が製造される。

また、本発明の分離ステップ（Ｓ４）においては、インゴット１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側との分離に先立って、このインゴット１１の表面１１ａ側に超音波を付与してもよい。この場合、剥離層１５に含まれる亀裂１５ｂがさらに伸展するため、インゴット１１の表面１１ａ側と裏面１１ｂ側との分離が容易になる。

また、本発明においては、剥離層形成ステップ（Ｓ１）に先立って、インゴット１１の表面１１ａが研削又は研磨によって平坦化されてもよい（平坦化ステップ）。例えば、この平坦化は、インゴット１１から複数枚の基板を製造する際に実施されてもよい。具体的には、インゴット１１が剥離層１５において分離して基板１７が製造されると、新たに露出するインゴット１１の表面には、剥離層１５に含まれる改質部１５ａ及び亀裂１５ｂの分布を反映した凹凸が形成される。

そのため、このインゴット１１から新たな基板を製造する場合には、剥離層形成ステップ（Ｓ１）に先立って、インゴット１１の表面を平坦化することが好ましい。これにより、剥離層形成ステップ（Ｓ１）においてインゴット１１に照射されるレーザービームＬＢのインゴット１１の表面における乱反射を抑制できる。同様に、本発明においては、インゴット１１から分離された基板１７の剥離層１５側の面が研削又は研磨によって平坦化されてもよい。

また、本発明においては、シリコン又は炭化シリコン等の半導体材料からなるベアウエーハを被加工物として基板を製造してもよい。なお、このベアウエーハは、例えば、製造される基板の２倍～５倍の厚さを有する。また、このベアウエーハは、例えば、上述した方法と同様の方法によってシリコン又は炭化シリコン等の半導体材料からなるインゴットから分離されることによって製造される。この場合、基板は、上述した方法を２回繰り返すことによって製造されると表現することもできる。

また、本発明においては、このベアウエーハの一面に半導体デバイスを形成することによって製造されるデバイスウエーハを被加工物として基板を製造してもよい。その他、上述した実施形態にかかる構造及び方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

レーザービームＬＢが集光される場所の形状が異なる複数の条件で、厚さ７７５μｍの単結晶シリコンからなる被加工物の内部に隙間なく剥離層を形成することが可能なインデックスの最大値を調査した。この調査においては、パワーが４．０Ｗになるように調整されたレーザービームＬＢを割り出し送り方向（Ｙ軸方向）において互いに離隔する８つに分岐して被加工物に照射した。

また、このレーザービームＬＢの照射は、分岐されたレーザービームＬＢのそれぞれが被加工物の内部において集光された状態で行われた。また、このレーザービームＬＢと被加工物との加工送り方向（Ｘ軸方向）に沿った相対的な移動速度（加工送り速度）を３６０ｍｍ／ｓに設定した。

表１は、分岐されたレーザービームＬＢのそれぞれがＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な平面（ＸＹ平面）上において直径１μｍの円形になるように集光される場合（比較例）と、分岐されたレーザービームＬＢのそれぞれがＸＹ平面上において当該円形からＹ軸方向に沿って１μｍ伸長した形状になるように集光される場合（実施例１）と、分岐されたレーザービームＬＢのそれぞれがＸＹ平面上において当該円形からＹ軸方向に沿って２μｍ伸長した形状になるように集光される場合（実施例２）と、分岐されたレーザービームＬＢのそれぞれがＸＹ平面上において当該円形からＹ軸方向に沿って３μｍ伸長した形状になるように集光される場合（実施例３）とにおいて、被加工物の内部に隙間なく剥離層を形成することが可能なインデックスの最大値を示す。

なお、比較例及び実施例１においては、分岐されたレーザービームＬＢが集光される場所の間隔は、約１２μｍであった。また、実施例２においては、分岐されたレーザービームＬＢが集光される場所の間隔は、１３μｍ～１４μｍであった。また、実施例３においては、分岐されたレーザービームＬＢが集光される場所の間隔は、約１３μｍであった。

表１に示されるように、実施例１～３においては、比較例よりもインデックスを一割程度大きくできることが分かった。

２ ：レーザー加工装置
４ ：保持テーブル
６ ：レーザービーム照射ユニット
８ ：レーザー発振器
１０ ：分岐ユニット
１１ ：インゴット（１１ａ：表面、１１ｂ：裏面、１１ｃ：側面）
１２ ：ミラー
１３ ：オリエンテーションフラット
１４ ：照射ヘッド
１５ ：剥離層（１５ａ：改質部、１５ｂ：亀裂）
１７ ：基板
１８ ：分離装置
２０ ：保持テーブル
２２ ：分離ユニット
２４ ：支持部材
２６ ：基台
２８ ：可動部材（２８ａ：立設部、２８ｂ：楔部）
３０ ：分離装置
３２ ：保持テーブル
３４ ：分離ユニット
３６ ：支持部材
３８ ：吸引板

Claims (3)

1. 第一の面と該第一の面の反対側の第二の面とを有する被加工物から基板を製造する基板の製造方法であって、
   該被加工物を構成する材料を透過する波長のレーザービームが該被加工物の内部において集光された状態で、該第一の面に平行な加工送り方向に沿って該レーザービームが集光される場所と該被加工物とを相対的に移動させることによって剥離層を形成する剥離層形成ステップと、
   該加工送り方向と直交し、かつ、該第一の面に平行な割り出し送り方向に沿って、該レーザービームが集光される該場所と該被加工物とを相対的に移動させる割り出し送りステップと、
   該剥離層形成ステップと該割り出し送りステップとを交互に繰り返し実施した後、該剥離層を起点として該被加工物から該基板を分離する分離ステップと、を有し、
   該剥離層形成ステップでは、該割り出し送り方向に沿った長さが該加工送り方向に沿った長さよりも大きくなるように該レーザービームが集光される基板の製造方法。
2. 該剥離層形成ステップでは、空間光変調器によって波面が制御された該レーザービームが該被加工物に照射され、
   該空間光変調器に入射する該レーザービームを構成する光のうち該割り出し送り方向に対応する方向において中央側に位置する光は、該場所の該割り出し送り方向における両端側に集光され、
   該空間光変調器に入射する該レーザービームを構成する光のうち該割り出し送り方向に対応する方向において両端側に位置する光は、該場所の該割り出し送り方向における中央側に集光される請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 該レーザービームは、該割り出し送り方向において互いに離隔する複数の場所のそれぞれにおいて集光されるように分岐される請求項１または２に記載の基板の製造方法。
   

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