JP5843393B2 - 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

Description

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ので、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）が注目されているが、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、特許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り、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。

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１３に示す。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 (8)

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集光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集光レンズの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. 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。