[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20130103624A - 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재 - Google Patents

단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재 Download PDF

Info

Publication number
KR20130103624A
KR20130103624A KR1020137021348A KR20137021348A KR20130103624A KR 20130103624 A KR20130103624 A KR 20130103624A KR 1020137021348 A KR1020137021348 A KR 1020137021348A KR 20137021348 A KR20137021348 A KR 20137021348A KR 20130103624 A KR20130103624 A KR 20130103624A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
single crystal
modified layer
laser light
crystal member
layer
Prior art date
Application number
KR1020137021348A
Other languages
English (en)
Inventor
요스케 구니시
히데키 스즈키
리카 마츠오
준이치 이케노
Original Assignee
신에츠 폴리머 가부시키가이샤
고쿠리츠다이가쿠호진 사이타마 다이가쿠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신에츠 폴리머 가부시키가이샤, 고쿠리츠다이가쿠호진 사이타마 다이가쿠 filed Critical 신에츠 폴리머 가부시키가이샤
Publication of KR20130103624A publication Critical patent/KR20130103624A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0005—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing
    • B28D5/0011—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing with preliminary treatment, e.g. weakening by scoring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/04—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure using electric or magnetic fields or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/06—Joining of crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

비교적 크고 얇은 단결정 기판을 용이하게 제조할 수 있는 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재를 제공하는 것을 과제로 한다. 단결정 부재 상에 비접촉으로 레이저 집광 수단을 배치하는 공정과, 레이저 집광 수단에 의해 단결정 부재의 표면(10t)에 레이저 광을 조사하여 단결정 부재의 내부에 레이저 광을 집광하는 공정과, 레이저 집광 수단과 단결정 부재를 상대적으로 이동시켜 단결정 부재의 내부에 레이저 광의 조사축과 평행한 다결정부로 구성되는 2차원상의 개질층(12)을 형성하는 공정과, 개질층(12)에 의해 분단되어 이루어지는 단결정층(10u)을 개질층(12)과의 계면으로부터 박리함으로써 단결정 기판(10s)을 형성하는 공정을 행한다.

Description

단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재{Monocrystalline substrate production method and monocrystalline member with modified layer formed therein}
본 발명은 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재에 관한 것으로, 특히 단결정 기판을 얇게 안정하게 잘라내는 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재에 관한 것이다.
종래 단결정의 실리콘(Si) 웨이퍼로 대표되는 반도체 웨이퍼를 제조하는 경우에는, 석영 도가니 내에 용융된 실리콘 융액으로부터 응고한 원기둥형의 잉곳을 적절한 길이의 블록으로 절단하여 그 주연(周緣)부를 목표의 직경이 되도록 연삭하고, 그 후, 블록화된 잉곳을 와이어 소우에 의해 웨이퍼형으로 슬라이스하여 반도체 웨이퍼를 제조하도록 하고 있다.
이와 같이 하여 제조된 반도체 웨이퍼는 전(前) 공정에서 회로 패턴의 형성 등 각종 처리가 순차적으로 실시되어 후공정에 제공되고, 이 후공정에서 이면이 백그라인드 처리되어 박편화를 도모함으로써, 두께가 약 750㎛에서부터 100㎛이하, 예를 들면 75㎛나 50㎛정도로 조정된다.
종래에서의 반도체 웨이퍼는 이상과 같이 제조되고, 잉곳이 와이어 소우에 의해 절단되며, 게다가 절단시에 와이어 소우의 굵기 이상의 절단 여유가 필요하므로, 두께 0.1mm이하의 얇은 반도체 웨이퍼를 제조하기가 매우 어렵고 제품율도 향상되지 않는 문제가 있다.
또한, 최근에 차세대 반도체로서 경도가 크고 열전도율도 높은 실리콘 카바이드(SiC)가 주목받고 있지만, SiC의 경우에는 Si보다 경도가 큰 관계상 잉곳을 와이어 소우에 의해 용이하게 슬라이스할 수 없고 백그라인드에 의한 기판의 박층화도 용이하지 않다.
한편, 집광 렌즈로 레이저 광의 집광점을 잉곳의 내부에 맞추고 그 레이저 광으로 잉곳을 상대적으로 주사함으로써, 잉곳의 내부에 다광자 흡수에 의한 면상(面狀)의 개질층을 형성하고, 이 개질층을 박리면으로서 잉곳의 일부를 기판으로서 박리하는 기판 제조 방법 및 기판 제조 장치가 개시되어 있다.
예를 들면 특허문헌 1에는, 레이저 광의 다광자 흡수를 이용하여 실리콘 잉곳 내부에 개질층을 형성하고, 실리콘 잉곳으로부터 정전 척을 이용하여 웨이퍼를 박리하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, NA O.8의 대물 렌즈에 유리판을 장착하여 태양 전지용 실리콘 웨이퍼로 향하여 레이저 광을 조사함으로써 실리콘 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하고, 이를 아크릴 수지의 판에 순간 접착제로 고정하여 박리하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 3에서는, 특히 단락 0003~0005, 0057, 0058에, 실리콘 웨이퍼 내부에 레이저 광을 집광하여 다광자 흡수를 일으킴으로써 미소 공동(空洞)을 형성하고 다이싱을 행하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 기술에서는 대면적 기판(실리콘 기판)을 균일하게 박리하는 것은 용이하지 않다.
또한, 특허문헌 2의 기술에서는 웨이퍼를 박리하려면 강력한 시아노아크릴레이트계 접착제로 아크릴 수지판에 웨이퍼를 고정할 필요가 있고, 박리한 웨이퍼와 아크릴 수지판의 분리가 용이하지 않다. 또, NA O.5~0.8의 렌즈로 실리콘 내부에 개질 영역을 형성하면, 개질층의 두께가 100μ 이상이 되어 필요한 두께보다 커지므로 손실이 크다. 여기서, 레이저 광을 집광하는 대물 렌즈의 NA(개구수)를 줄임으로써 개질층의 두께를 줄이는 것을 생각할 수 있지만, 기판 표면에서의 레이저 광의 스폿 직경이 작아져 버린다. 이 때문에, 얕은 심도로 개질층을 형성하려고 하면 기판 표면까지 가공되어 버리는 다른 문제가 발생한다.
또한, 특허문헌 3의 기술은 실리콘 웨이퍼를 개별편의 칩으로 분리하는 다이싱에 관한 기술로서, 이를 실리콘 등의 단결정 잉곳으로부터 박판형의 웨이퍼를 제조하는 것에 응용하는 것은 용이하지 않다.
특허문헌 1: 일본특허공개 2005-277136호 공보 특허문헌 2: 일본특허공개 2010-188385호 공보 특허문헌 3: 일본특허공개 2005-57257호 공보
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 비교적 크고 얇은 단결정 기판을 용이하게 제조할 수 있는 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 태양에 따르면, 단결정 부재 상에 비접촉으로 레이저 집광 수단을 배치하는 공정과, 상기 레이저 집광 수단에 의해, 상기 단결정 부재 표면에 레이저 광을 조사하여 상기 단결정 부재 내부에 상기 레이저 광을 집광하는 공정과, 상기 레이저 집광 수단과 상기 단결정 부재를 상대적으로 이동시켜 상기 단결정 부재 내부에 다결정부로 구성되는 2차원상(狀)의 개질층을 형성하는 공정과, 상기 개질층에 의해 분단되어 이루어지는 단결정층을 상기 개질층으로부터 박리함으로써 단결정 기판을 형성하는 공정을 갖는 단결정 기판 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 단결정 부재의 외부로부터 조사되고 그 단결정 부재의 내부에 집광된 레이저 광에 따라, 상기 레이저 광의 조사축과 평행한 다결정부의 집합체로 구성되는 2차원상의 개질층과, 상기 개질층에 인접하는 단결정층을 구비하는 내부 개질층 형성 단결정 부재가 제공된다.
본 발명에 따르면, 비교적 크고 얇은 단결정 기판을 용이하게 제조할 수 있는 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 관한 단결정 기판 제조 방법을 설명하는 모식적 조감도이다.
도 2는 제1 실시형태에 관한 단결정 기판 제조 방법을 설명하는 모식적 조감도이다.
도 3은 제1 실시형태에 관한 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재를 설명하는 모식적 사시 단면도이다.
도 4는 제1 실시형태에서 레이저 광의 조사에 의해 단결정 부재 내부에 다결정부가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 5는 제1 실시형태에서 내부 개질층 형성 단결정 부재의 측벽에 개질층을 노출시킨 것의 모식적 사시 단면도이다.
도 6은 제1 실시형태에서 내부 개질층 형성 단결정 부재의 상하면에 금속제 기판을 접착시켜 개질층으로부터 단결정층을 박리시키는 것을 설명하는 모식적 단면도이다.
도 7은 제1 실시형태에서 내부 개질층 형성 단결정 부재의 상하면에 금속제 기판을 접착시켜 개질층으로부터 단결정층을 박리시키는 것을 설명하는 모식적 단면도이다.
도 8은 제1 실시형태의 변형예를 설명하는 모식적 단면도이다.
도 9는 제1 실시형태의 변형예를 설명하는 모식적 단면도이다.
도 10은 제1 실시형태의 변형예를 설명하는 모식적 사시 단면도이다.
도 11은 제1 실시형태에서 단결정층의 박리면의 예를 도시한 광학 현미경 사진이다.
도 12는 시험예 1의 실시예 1에서 실리콘 웨이퍼의 벽개면의 광학 현미경 사진이다.
도 13은 시험예 1의 실시예 2에서 실리콘 웨이퍼의 벽개면의 광학 현미경 사진이다.
도 14는 시험예 2에서 단결정 기판의 박리면의 요철 치수와 표면 거칠기의 관계를 도시한 도면이다.
도 15는 시험예 3에서 개질층의 다결정립의 입경을 도시한 광학 현미경 사진이다.
도 18은 시험예 4에서 X선 회절(XRD)에 의한 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 19는 시험예 5에서 내부 개질층 형성 단결정 부재의 단면의 광학 현미경 사진 및 스펙트럼도이다.
도 20은 제2 실시형태에 관한 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재를 설명함에 있어서 이용하는 단결정 부재 내부 가공 장치의 모식적 조감도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일하거나 유사한 부분에는 동일하거나 유사한 부호를 부여하고 있다. 단, 도면은 모식적인 것으로, 두께와 평면 치수의 관계, 각 층의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다른 점에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 두께나 치수는 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또한, 도면 상호간에서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
또한, 이하에 나타내는 실시형태는 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것이며, 본 발명의 실시형태는 구성 부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 하기의 것에 특정하는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 특허청구범위에 있어서 여러 가지의 변경을 가할 수 있다.
또, 제2 실시형태에서는 이미 설명한 것과 마찬가지의 구성요소에는 같은 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
[제1 실시형태]
우선, 제1 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시형태에서 레이저 집광 수단에 의해 공기 중에서 레이저 광을 집광한 것을 설명하는 모식적 조감도이고, 도 2는 본 실시형태에서 레이저 집광 수단에 의해 단결정 부재 내부에 레이저 광을 집광한 것을 설명하는 모식적 조감도이다. 도 3은 본 실시형태에 관한 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)를 설명하는 모식적 단면 구조이다. 도 4는 레이저 광의 조사에 의해 단결정 부재 내부에 다결정부(12p)가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식적 단면도이다. 도 5는 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)의 측벽에 레이저 광의 집광에 의해 형성된 개질층(12)을 노출시킨 것을 나타내는 모식적 사시 단면도이다.
본 실시형태에 관한 단결정 기판 제조 방법은, 레이저 집광 수단(레이저 집광부)으로서 집광 렌즈(15)를 단결정 부재(10) 상에 비접촉으로 배치하는 공정과, 집광 렌즈(15)에 의해, 단결정 부재(10) 표면에 레이저 광(B)을 조사하여 단결정 부재(10) 내부에 레이저 광(B)을 집광하는 공정과, 집광 렌즈(15)와 단결정 부재(10)를 상대적으로 이동시켜 단결정 부재(10) 내부에 다결정부로 구성되는 2차원상의 개질층(12)을 형성하는 공정과, 개질층(12)에 의해 분단되어 이루어지는 단결정층(10u)을 개질층(12)으로부터 박리함으로써 도 7에 도시된 바와 같은 단결정 기판(10s)을 형성하는 공정을 가진다. 여기서, 도 7은 개질층(12)으로부터 단결정층(10u)을 박리시킨 것을 설명하는 모식적 단면도이다. 또, 이하의 설명에서는 단결정층(10u)을 개질층(12)과의 계면(11u)으로부터 박리시키는 것으로 설명하지만, 본 발명은 계면(11u)으로부터 박리시키는 것에 한정되지 않고, 개질층(12) 내에서 박리가 생기도록 해도 된다.
집광 렌즈(15)는, 단결정 부재(10)의 굴절률에 기인하는 수차를 보정하는 구성으로 되어 있다. 구체적으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서 집광 렌즈(15)는 공기 중에서 집광하였을 때에 집광 렌즈(15)의 외주부(E)에 도달한 레이저 광이 집광 렌즈(15)의 중앙부(M)에 도달한 레이저 광보다 집광 렌즈 측에서 집광하도록 보정하는 구성으로 되어 있다. 즉, 집광하였을 때, 집광 렌즈(15)의 외주부(E)에 도달한 레이저 광의 집광점(EP)이 집광 렌즈(15)의 중앙부(M)에 도달한 레이저 광의 집광점(MP)에 비해 집광 렌즈(15)에 가까운 위치가 되도록 보정하는 구성으로 되어 있다.
상세하게 설명하면, 집광 렌즈(15)는 공기 중에서 집광하는 제1 렌즈(16)와, 이 제1 렌즈(16)와 단결정 부재(10)의 사이에 배치되는 제2 렌즈(18)로 구성된다. 제1 렌즈(16) 및 제2 렌즈(18)는 모두 레이저 광을 원추형으로 집광할 수 있는 렌즈로 되어 있다. 그리고, 레이저 광(B)이 조사되는 측의 단결정 부재(10)의 표면(10t)(피조사측의 표면)부터 개질층(12)까지의 깊이(간격)(D)를, 주로 제1 렌즈(16)와 이 표면(10t)간의 거리(L1)에 의해 조정하는 구성으로 되어 있다. 또, 개질층(12)의 두께(T)를, 주로 제2 렌즈(18)와 이 표면(10t)간의 거리(L2)에 의해 조정하는 구성으로 되어 있다. 따라서, 주로 제1 렌즈(16)로 공기 중에서의 수차 보정을 행하고, 주로 제2 렌즈(18)로 단결정 부재(10) 내에서의 수차 보정을 행하게 된다. 본 실시형태에서는, 표면(10t)으로부터 소정 깊이(D)의 위치에 두께(T)가 60㎛ 미만의 개질층(12)이 형성되도록 제1 렌즈(16), 제2 렌즈(18)의 초점 거리 및 상기 거리(L1, L2)를 설정해 둔다.
제1 렌즈(16)로서는 구면 또는 비구면의 단렌즈 이외에 각종 수차 보정이나 작동 거리를 확보하기 위해 조합렌즈를 이용하는 것이 가능하고, NA가 0.3~0.7인 것이 바람직하다. 제2 렌즈(18)로서는 제1 렌즈(16)보다 작은 NA의 렌즈로, 예를 들면 곡률반경이 3~5mm정도의 볼록 유리 렌즈가 간편하게 사용하는 관점에서 바람직하다.
그리고, 레이저 광(B)의 조사에 의해 단결정 부재(10)의 표면(10t)에 손상을 주지 않고 단결정 부재(10)의 내부에 개질층(12)을 형성하는 관점에서, 집광 렌즈(15)의 외주부(E)에 도달한 레이저 광과 그 집광점(EP)에 의해 정의되는 공기 중의 집광 렌즈(15)의 NA는 0.3~0.85로 하는 것이 바람직하고, 0.5~0.85로 하는 것이 더 바람직하다.
또, 개질층(12)의 두께 조정이 필요 없는 경우, 제1 렌즈(16) 및 제2 렌즈(18) 대신에 1장의 렌즈만을 배치하는 것도 가능하다. 그 경우에는 단결정 부재 내에서의 수차 보정을 할 수 있는 구조로 해 두는 것이 바람직하다.
단결정 부재(10)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm의 두꺼운 실리콘 웨이퍼로 이루어지고, 레이저 광(B)이 조사되는 표면(10t)이 미리 평탄화되어 있는 것이 바람직하다.
레이저 광(B)은 단결정 부재(10)의 둘레면(周面)이 아니라 상기 표면(10t)에 조사 장치(도시생략)로부터 집광 렌즈(15)를 개재하여 조사된다. 이 레이저 광(B)은, 단결정 부재(10)가 실리콘인 경우에는 예를 들면 펄스폭이 1μs이하인 펄스 레이저 광으로 이루어지고, 900nm이상의 파장, 바람직하게는 1000nm이상의 파장이 선택되고, YAG 레이저 등이 적합하게 사용된다.
집광 렌즈(15)에 위쪽으로부터 레이저 광을 입광하는 형태에 대해서는 특별히 구애받지 않는다. 집광 렌즈(15)의 위쪽에 레이저 발진기를 배치하여 집광 렌즈(15)로 향하여 발광하는 형태로 해도 되고, 집광 렌즈(15)의 위쪽에 반사 미러를 배치하여 레이저 광을 이 반사 미러로 향하여 조사하여 반사 미러에서 집광 렌즈(15)로 향하여 반사하는 형태로 해도 된다.
이 레이저 광(B)은, 단결정 부재(10)로서 두께 0.625mm의 단결정 기판에 조사하였을 때의 광선 투과율이 1~80%의 파장인 것이 바람직하다. 예를 들면, 단결정 부재(10)로서 실리콘의 단결정 기판을 이용한 경우, 파장이 800nm이하인 레이저 광에서는 흡수가 크기 때문에 표면만이 가공되고 내부의 개질층(12)을 형성할 수 없기 때문에, 900nm이상의 파장, 바람직하게는 1000nm이상의 파장이 선택된다. 또한, 파장 10.64㎛의 C02 레이저에서는 광선 투과율이 너무 높으므로 단결정 기판을 가공하기가 어렵기 때문에, YAG 기본파의 레이저 등이 적합하게 사용된다.
레이저 광(B)의 파장이 900nm이상이 바람직한 이유는, 파장이 900nm이상이면 실리콘으로 이루어지는 단결정 기판에 대한 레이저 광(B)의 투과성을 향상시키고, 단결정 기판 내부에 개질층(12)을 확실히 형성할 수 있기 때문이다. 레이저 광(B)은 단결정 기판 표면의 주연부에 조사되거나 혹은 단결정 기판 표면의 중심부로부터 주연부 방향으로 조사된다.
(개질층의 형성 공정)
집광 렌즈(15)와 단결정 부재(10)를 상대적으로 이동시켜 단결정 부재(10) 내부에 개질층(12)을 형성하는 공정으로서는, 예를 들면 단결정 부재(10)를 XY스테이지(도시생략) 상에 올려놓고 진공 척, 정전 척 등으로 이 단결정 부재(10)를 보유지지한다.
그리고, XY스테이지에서 단결정 부재(10)를 X방향이나 Y방향으로 이동시킴으로써, 집광 렌즈(15)와 단결정 부재(10)를 단결정 부재(10)의 집광 렌즈(15)가 배치되어 있는 측의 표면(10t)과 평행한 방향으로 상대적으로 이동시키면서 레이저 광(B)을 조사함으로써, 단결정 부재(10)의 내부에 집광한 레이저 광(B)에 의해, 레이저 광(B)의 조사축(BC)과 평행한 봉상(棒狀)의 다수의 다결정부(12p)가 형성된다. 이 다결정부(12p)의 집합체가 상술한 개질층(12)이다. 이 개질층(12)이 형성된 결과, 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)가 제조된다. 이 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)는 단결정 부재 내부에 형성된 개질층(12)과, 개질층(12)의 상측(즉, 레이저 광(B)의 피조사측)에 단결정층(10u)과, 개질층(12)의 하측에 단결정부(10d)를 가진다. 단결정층(10u) 및 단결정부(10d)는 개질층(12)에 의해 단결정 부재(10)가 분단됨으로써 형성된 것이다.
또, 스테이지의 이동 속도를 억제하기 위해, 갈바노 미러나 폴리곤 미러 등의 레이저 빔 편향 수단을 이용하여 집광 렌즈(15)의 조사 영역 내에서 레이저 광을 스캔하는 것을 병용해도 된다. 또한, 이러한 내부 조사를 행하여 개질층(12)의 형성 종료 후, 단결정 부재(10)의 피조사측의 표면(10t), 즉 단결정층(10u)의 표면(10t)에 레이저 광(B)의 초점을 맞추고 조사 영역을 나타내는 마크를 붙인 후, 이 마크를 기준으로 단결정 부재(10)를 절단(할단)하여 후술하는 바와 같이 개질층(12)의 주연부를 노출시킨 후에 단결정층(10u)의 박리를 행해도 된다.
이러한 조사에 의해 형성된 개질층(12)에서는, 레이저 광(B)의 조사축(BC)에 평행한 다수의 다결정부(12p)가 형성되어 있다. 예를 들면, 개질층(12)의 단면을 에칭하여 현미경 등으로 관찰함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이 레이저 광(B)의 조사축(BC)에 평행한 다결정부(12p)가 나란히 형성되어 있는 것이 용이하게 확인된다. 형성하는 다결정부(12p)의 치수, 밀도 등은, 개질층(12)으로부터 단결정층(10u)을 박리하기 쉽게 하는 관점에서 단결정 부재(10)의 재질 등을 고려하여 설정하는 것이 바람직하다.
또, 다결정부(12p)를 확인하려면, 레이저 광(B)에 의한 가공 영역, 즉 개질층(12)을 횡단하도록 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)를 벽개(劈開)하고, 벽개면(예를 들면, 도 3, 도 5의 14a~d)을 에칭하여 주사 전자 현미경 혹은 공초점 현미경으로 관찰함으로써 확인해도 되지만, 동일한 재질의 단결정 부재(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)에 대해 동일한 조사 조건으로, 예를 들면 Y스테이지의 이송을 6~50㎛ 간격으로 부재 내부에 선상의 가공을 행하고, 이를 횡단하는 형태로 벽개하여 벽개면을 에칭하여 관찰함으로써 용이하게 확인해도 된다.
(박리 공정)
이후, 개질층(12)과 단결정층(10u)의 박리를 행한다. 본 실시형태에서는, 우선, 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)의 측벽에 개질층(12)을 노출시킨다. 노출시키려면, 예를 들면 단결정부(10d), 단결정층(10u)의 소정의 결정면을 따라 벽개한다. 이 결과, 도 5에 도시된 바와 같이 단결정층(10u)과 단결정부(10d)에 의해 개질층(12)이 끼워진 구조의 것을 얻을 수 있다. 또, 단결정층(10u)의 표면(10t)은 레이저 광(B)의 피조사측의 면이다.
개질층(12)이 이미 노출되어 있는 경우나, 개질층(12)의 주연과 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)의 측벽의 거리가 충분히 짧은 경우에는 이 노출시키는 작업을 생략하는 것이 가능하다.
그 후, 도 6에 도시된 바와 같이 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)의 상하면에 각각 금속제 기판(28u, 28d)을 접착한다. 즉, 단결정층(10u)의 표면(10t)에 금속제 기판(28u)을 접착제(34u)로 접착하고, 단결정부(10d)의 표면(10b)에 금속제 기판(28d)을 접착제(34d)로 접착한다. 금속제 기판(28u, 28d)에는 각각 표면에 산화층(29u, 29d)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 산화층(29u)을 표면(10t)에, 산화층(29d)을 표면(10b)에 접착한다. 금속제 기판(28u, 28d)으로서는 예를 들면 SUS제의 박리용 보조판을 이용한다. 접착제로서는 통상의 반도체 제조 프로세스에서 사용되는 접착제로서, 시판되는 실리콘 잉곳 고정용의 소위 왁스로서 사용되는 접착제를 이용한다. 이 접착제로 접착시킨 것을 물에 담그면 접착제의 접착력이 저하되므로, 접착제와 피접착물(단결정층(10u))을 용이하게 분리시킬 수 있다.
이 접착에서는, 우선, 금속제 기판(28u)을 단결정층(10u)의 표면(10t)에 가고정용 접착제로 첩부하고, 금속제 기판(28u)을 배접하고 힘을 가함으로써 박리한다.
가고정용 접착제의 접착 강도는, 개질층(12)과 단결정층(10u)의 계면(11u)에서 박리하는 데에 필요한 힘보다 강하면 된다. 가고정용 접착제의 접착 강도에 따라, 형성하는 다결정부(12p)의 치수, 밀도를 조정해도 된다.
가고정용 접착제로서는, 예를 들면 금속 이온을 반응 개시제로서 경화하는 아크릴계 2액 모노머 성분으로 이루어지는 접착제를 이용한다. 이 경우, 미경화 모노머 및 경화 반응물이 비수용성이면, 수중에서 박리하였을 때에 노출된 단결정층(10u)의 박리면(10f)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼의 박리면)이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
가고정용 접착제의 도포 두께는 경화 전에 0.1~1mm가 바람직하고, 0.15~0.35mm가 보다 바람직하다. 가고정용 접착제의 도포 두께가 너무 큰 경우, 완전 경화가 될 때까지 장시간을 필요로 하는 데다가 단결정 부재(실리콘 웨이퍼)의 할단시에 가고정용 접착제의 응집 파괴가 일어나기 쉬워진다. 또한, 도포 두께가 너무 작은 경우, 할단한 단결정 부재의 수중 박리에 장시간을 필요로 한다.
가고정용 접착제의 도포 두께의 제어는 접착하는 금속제 기판(28u, 28d)을 임의의 높이로 고정하는 방법을 이용함으로써 행해도 되지만, 간이적으로는 심 플레이트를 이용하여 행할 수 있다.
접착하였을 때에 금속제 기판(28u)과 금속제 기판(28d)의 평행도를 충분히 얻을 수 없는 경우에는, 1장 이상의 보조판을 사용하여 필요한 평행도를 얻어도 된다.
또한, 금속제 기판(28u, 28d)을 가고정용 접착제로 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)의 상하면에 접착할 때, 한쪽 면씩 접착해도 되고 양면 동시에 접착해도 된다.
엄밀하게 도포 두께를 제어하고자 하는 경우에는, 한쪽 면에 금속제 기판을 접착시켜 접착제가 경화한 후, 다른 한쪽 면에 금속제 기판을 접착하는 것이 바람직하다. 이와 같이 한쪽 면씩 접착하는 경우, 가고정용 접착제를 도포하는 면이 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)의 상면이어도 되고 하면이어도 된다. 그 때, 단결정 부재(10)의 비접착면에 접착제가 부착되어 경화하는 것을 억제하기 위해, 금속 이온을 포함하지 않는 수지 필름을 커버 레이어로서 이용해도 된다.
금속제 기판으로서는, 평행도 및 평탄도를 얻을 수 있는 것이면 장치 고정용 관통공 등의 기계 가공을 행하고 있어도 상관없다. 접착하는 금속제 기판은 수중에서의 박리 공정을 거치기 때문에, 실리콘 웨이퍼의 오염 억제 목적으로는 부동태층을 형성하는 것이 바람직하고, 수중 박리의 택트 타임 단축 목적으로는 형성하는 산화층(산화 피막층)이 얇은 것이 바람직하다.
내부 가공 실리콘 웨이퍼 할단 후에 수중 박리를 행하기 때문에, 접착 전의 금속제 기판에 대해서는 통상 행해지는 금속의 탈지 처리를 행하는 것이 바람직하다.
가고정용 접착제와 금속제 기판의 접착력을 높이려면, 기계적 또는 화학적 방법으로 금속 표면의 산화층을 떨어뜨려 활성인 금속면이 나오게 함과 아울러 앵커 효과를 얻기 쉬운 표면 구조로 하는 것이 바람직하다. 상기 화학적 방법이란 구체적으로는 약품을 이용한 산 세정이나 탈지 처리 등이 있다. 상기 기계적 방법이란 구체적으로는 샌드블라스트, 숏블라스트 등을 들 수 있는데, 샌드페이퍼로 금속제 기판의 표면을 손상시키는 방법이 가장 간편하고, 그 입도는 #80~2000이 바람직하고, 금속제 기판의 표면 손상을 고려하면 #150~800이 보다 바람직하다.
금속제 기판의 접착 후, 도 6에 도시된 바와 같이 금속제 기판(28u)에 위방향의 힘(Fu)을, 금속제 기판(28d)에 아래방향의 힘(Fd)을 각각 가한다. 여기서, 개질층(12)과 단결정부(10d)의 계면(11d)보다 개질층(12)과 단결정층(10u)의 계면(11u)이 박리하기 쉽다. 이 때문에, 힘(Fu, Fd)에 의해 도 7에 도시된 바와 같이 개질층(12)과 단결정층(10u)의 계면(11u)에서 박리한다. 이 박리에 의해, 단결정층(10u)을 개질층(12)으로부터 박리하여 이루어지는 얇은 단결정 기판(10s)을 얻는다.
힘(Fu, Fd)을 가하는 수법은 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)의 측벽을 에칭하여 개질층(12)에 홈(36)을 형성하고, 도 9에 도시된 바와 같이 이 홈(36)에 쐐기형상 압입재(30)(예를 들면, 커터날)를 압입함으로써 힘(Fu, Fd)을 발생시켜도 된다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)에 각방향(角方向)으로부터 힘(F)을 가하여 위방향의 힘 성분(Fu)과 아래방향의 힘 성분(Fd)을 발생시켜도 된다.
이와 같이 하여 얻어진 단결정 기판(10s)의 박리면(10f)은, 예를 들면 도 11에 도시된 바와 같이 조면(粗面; 거친 면)이다. 여기서, 도 11은 단결정 기판(10s)의 박리면(10f)의 광학 현미경 사진이다. 또, 도 11에서는 사진 화상을 알기 쉽게 하기 위해 결정 방위면에서 벽개한 면(10H)도 일부에 살려서 찍고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의해, 큰 NA의 집광 렌즈(15)에서 단결정 부재(10) 내의 얇은 두께 부분에 레이저 광(B)에 의한 에너지를 집중시킬 수 있다. 따라서, 단결정 부재(10) 내에 두께(T)(레이저 광(B)의 조사축(BC)에 따른 길이)가 작은 개질층(가공 영역)(12)을 형성한 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)를 제조할 수 있다. 그리고, 개질층(12)으로부터 단결정층(10u)을 박리함으로써 얇은 단결정 기판(10s)을 제조하는 것이 용이하다. 또한, 이러한 얇은 단결정 기판(10s)을 비교적 단시간에 용이하게 제조할 수 있다. 게다가, 개질층(12)의 두께를 억제함으로써 단결정 부재(10)로부터 다수장의 단결정 기판(10s)을 얻을 수 있으므로 제품율을 향상시킬 수 있다.
또한, 개질층(12)으로서 레이저 광(B)의 조사축(BC)과 평행한 다결정부(12p)의 집합체를 형성하고 있다. 이에 의해, 개질층(12)과 단결정층(10)의 박리가 용이하다.
또, 개질층(12)으로부터 박리시킬 때, 계면(11u, 11d) 중에서 레이저 광의 피조사측의 계면(11u)으로부터 박리시켜 박리면(10f)을 조면으로 하고 있다. 이러한 조면화된 박리면(10f)을 태양광의 피조사면으로서 사용함으로써, 태양 전지에 적용하는 경우의 태양광의 집광효율을 높일 수 있다.
또한, 단결정 기판(10s)을 형성하는 공정에서는, 표면에 산화층(29u)을 갖는 금속제 기판(28u)을 단결정층(10u)의 표면에 접착하여 박리시킴으로써 단결정 기판(10s)을 얻고 있다. 따라서, 금속제 기판과의 접착에 통상의 반도체 제조 프로세스에서 사용되는 접착제를 이용할 수 있고, 아크릴판을 접착시킬 때에 이용하는 강력한 접착력을 갖는 시아노아크릴레이트계 접착제를 이용하지 않아도 된다. 게다가, 박리한 후 물에 담금으로써 접착제의 접착력이 크게 저감되어 벗겨지기 쉬워지므로, 금속제 기판(28u)으로부터 단결정 기판(10s)을 용이하게 분리시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 금속제 기판(28u, 28d)을 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)의 상하면에 각각 첩부하여 금속제 기판(28u, 28d)에 힘을 가하여 박리함으로써 단결정 기판(10s)을 형성하는 것으로 설명하였지만, 에칭에 의해 개질층(12)을 제거함으로써 박리해도 된다.
또한, 단결정 부재(10)는 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니고, 실리콘 웨이퍼의 잉곳, 단결정의 사파이어, SiC 등의 잉곳이나 이로부터 잘라낸 웨이퍼 혹은 이 표면에 다른 결정(GaN, GaAs, InP 등)을 성장시킨 에피택셜 웨이퍼 등을 적용 가능하다. 또한, 단결정 부재(10)의 면방위는 (100)에 한정하지 않고, 다른 면방위로 하는 것도 가능하다.
<시험예 1>
본 발명자는 단결정 부재(10)로서 경면 연마한 단결정의 실리콘 웨이퍼(10)(두께 625㎛)를 준비하였다. 그리고, 실시예 1로서 이 실리콘 웨이퍼(10)를 XY스테이지에 올려놓고, 실리콘 웨이퍼(10)의 레이저 광의 피조사측의 표면(10t)으로부터의 0.34mm의 거리에 제2 렌즈(18)로서 제2 평볼록 렌즈(18)를 배치하였다. 이 제2 평볼록 렌즈(18)는 곡률반경 7.8mm, 두께 3.8mm, 굴절률 1.58의 렌즈이다. 또한, 제1 렌즈(16)로서 NA가 0.55인 제1 평볼록 렌즈(16)를 배치하였다.
그리고, 파장 1064nm, 반복 주파수 100kHz, 펄스폭 60초, 출력 1W의 레이저 광(B)을 조사하고, 제1 평볼록 렌즈(16), 제2 평볼록 렌즈(8)를 통과시켜 실리콘 웨이퍼(10) 내부에 개질층(12)을 형성하였다. 실리콘 웨이퍼 표면(10t)부터 가공 영역까지의 깊이(D), 즉 개질층(12)까지의 깊이(D)는, 제1 평볼록 렌즈(16)와 실리콘 웨이퍼 표면(10t)의 상호 위치를 조정함으로써 제어하였다. 개질층(12)의 두께(T)는 제2 평볼록 렌즈(18)와 실리콘 웨이퍼 표면(10t)의 상호 위치를 조정함으로써 제어하였다.
개질층(12)을 형성할 때에는, X스테이지에서 등속으로 15mm 이동시키면서 레이저 광(B)을 조사하고, 다음에 Y스테이지에서 1㎛ 보낸 후 이를 반복함으로써 15mm×15mm의 영역에 레이저 광의 내부 조사를 행함으로써 개질층(12)을 형성하였다. 이 결과, 개질층(12)의 상측(즉, 레이저 광(B)의 피조사측)에 단결정층(10u)과, 개질층(12)의 하측에 단결정부(10d)를 갖는 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)가 제조되었다. 본 실시형태에서 단결정층(10u), 단결정부(10d)는 개질층(12)에 의해 실리콘 웨이퍼(10)가 분단됨으로써 형성된 것이다.
이 후, 개질층(12)을 횡단하도록 실리콘 웨이퍼(10)를 벽개하여 벽개면을 에칭하고 광학 현미경(주사 전자 현미경)으로 관찰하였다. 관찰된 벽개면의 광학 현미경 사진을 도 12에 나타낸다. 개질층(12)에는 1㎛미만의 폭의 다결정부(12p)가 나열되어 있는 것이 확인되었다.
또한, 실시예 2로서 상기 실시 조건 중에서 Y스테이지에서 1㎛가 아니라 10㎛로 보내는 것만 조건을 바꾸어 개질층(12)을 형성하였다. 그리고, 마찬가지로 하여 개질층(12)을 횡단하도록 실리콘 웨이퍼(10)를 벽개하여 에칭하고, 벽개면을 광학 현미경(주사 전자 현미경)으로 관찰하였다. 관찰된 벽개면의 광학 현미경 사진을 도 13에 나타낸다. 개질층(12)에는 10㎛미만의 폭의 다결정부(12p)가 나열되어 있는 것이 확인되었다.
또한, 실시예 3으로서 실시예 2와 같이 레이저 광을 조사한 후, X스테이지에서 10㎛ 보낸 후에 Y스테이지에서 등속으로 이동시키면서 레이저 광을 조사하는 것을 반복하였다. 즉, 격자형상으로 레이저 광을 조사하였다. 그리고, 마찬가지로 하여 개질층(12)을 횡단하도록 실리콘 웨이퍼(10)를 벽개하여 에칭하고, 벽개면을 광학 현미경(주사 전자 현미경)으로 관찰하였다. 개질층(12)에는 10㎛미만의 폭의 다결정부(12p)가 나열되어 있는 것이 실시예 2보다 더 명확하게 확인되었다.
<시험예 2>
또한, 본 발명자는 시험예 1에서 이용한 실리콘 웨이퍼(10)와 마찬가지의 실리콘 웨이퍼를 이용하여, 실시예 1의 실시 조건으로 개질층(12)을 형성하여 이루어지는 내부 개질층 형성 단결정 부재(11)를 제조하였다. 그리고, 금속제 기판(28u, 28d)을 이용하여 단결정층(10u)을 박리하여 단결정 기판(10s)을 얻었다. 이 단결정 기판(10s)의 박리면(10f)을 레이저 공초점 현미경으로 관찰한 바, 도 14에 도시된 계측도가 얻어지고, 입경 50~100㎛의 요철이 박리면(10f)에 형성되어 있는 것이 확인되었다. 여기서, 도 14에서는 가로축이 요철 치수(㎛ 표시)이고, 세로축이 표면 거칠기(% 표시)이다.
<시험예 3>
본 발명자는 개질층(12)을 단결정층(10u)으로부터 박리시킨 후, 개질층(12)의 상태를 깊이 방향 위치를 순차적으로 바꾸어 적외선 현미경에 의한 투과광 관찰에 의해 측정하였다. 측정으로 얻어진 적외선 현미경 사진을 도 15~도 17에 나타낸다. 도 15는 개질층(12)의 단결정층(10u) 측의 박리면의 다결정립의 상태를 나타내고, 도 16은 그것보다 약간 깊은 위치에서의 다결정립의 상태를 나타내며, 도 17은 더 깊은 위치에서의 다결정립의 상태를 나타낸다.
도 15~도 17로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이저 광의 피조사측으로부터 깊이 방향으로 감에 따라 입경이 거칠게 되어 있었다.
<시험예 4>
본 발명자는, 단결정의 실리콘 웨이퍼에 레이저 광을 조사하여 상기 개질층(12)을 실리콘 웨이퍼 내부에 형성하였다. 그리고, 이 개질층(12)에 대해 X선 회절(XRD)에 의한 측정을 행하여 결정성 평가를 하였다. 측정으로 얻어진 도면을 도 18에 나타낸다. 도 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 단결정 실리콘이 다결정화되어 있는 것이 확인되었다. 따라서, 레이저 광의 조사에 의해 용융, 고화의 프로세스가 생기는 것이 판명되었다.
<시험예 5>
본 발명자는 단결정 부재(10)로서 양면을 경면 연마한 단결정의 실리콘 웨이퍼(10)(두께 625㎛)를 준비하였다. 그리고, 실시예 4로서 이 실리콘 웨이퍼(10)를 XY스테이지에 올려놓고, 파장 1064nm의 펄스 레이저 광을 조사하여 한 변이 5mm인, 평면에서 보아 정사각형상의 개질층(12)을 형성하였다. 그리고, 이 실리콘 웨이퍼(내부 개질층 형성 단결정 부재)를 벽개함으로써 개질층(12)의 단면을 노출시키고, 이 단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰하였다. 개질층(12)의 두께(T)는 30㎛이었다.
다음에, 이 단면의 라만 분광 스펙트럼을 측정하였다. 측정으로 얻어진 스펙트럼도를 도 19에 나타낸다. 개질층(12)에 상당하는 부분에서 스펙트럼의 반치폭이 크게 변동하여 다결정으로 되어 있는 것이 확인되었다.
[제2 실시형태]
다음에, 제2 실시형태에 대해 설명한다. 도 20은, 본 실시형태에 관한 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재를 설명함에 있어서 이용하는 단결정 부재 내부 가공 장치의 모식적 조감도이다.
본 실시형태에서 이용하는 단결정 부재 내부 가공 장치(69)는, 상면측에 놓인 단결정 부재(10)를 보유지지하는 회전 스테이지(70)와, 회전 스테이지(70)의 회전수를 제어하는 회전 스테이지 제어 수단(72)을 갖는 기판 회전 수단(74)을 구비하고 있다. 그리고, 단결정 부재 내부 가공 장치(69)는 레이저 광원(76)과, 집광 렌즈(15)와, 집광 렌즈(15)부터 회전 스테이지(70)까지의 거리를 조정하는 초점 위치 조정구(도시생략)를 갖는 조사 장치(80)를 구비하고 있다. 또, 단결정 부재 내부 가공 장치(1)는, 회전 스테이지(70)의 회전축(70c)과 회전 스테이지(70)의 외주의 사이에서 회전 스테이지(70)와 집광 렌즈(15)를 상대적으로 이동시키는 X방향 이동 스테이지(84) 및 Y방향 이동 스테이지(86)를 구비하고 있다.
본 실시형태에서는, 이 단결정 부재 내부 가공 장치(69)를 이용하여 회전 스테이지(70)에 단결정 부재(10)를 올려놓고, 회전 스테이지(70)에서 단결정 부재(10)를 등속으로 회전시키면서 제1 실시형태와 마찬가지로 하여 레이저 광(B)을 조사하고, 다음에 X방향 이동 스테이지(84)나 Y방향 이동 스테이지(86)에서 회전 스테이지(70)를 이동시켜 레이저 광(B)의 조사 위치를 회전 스테이지(70)의 반경 방향으로 소정 간격(1㎛, 5㎛, 10㎛ 등)으로 보낸 후 조사를 반복함으로써, 단결정 부재(10)의 내부에 2차원상의 개질층을 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는, 레이저 광(B)의 집광점의 이동 방향이 원형이 되므로, 레이저 광의 집광에 따라 발생하는 다결정부가 이 원 상에 위치하고 있다. 그리고, 레이저 광(B)의 조사 위치를 회전 스테이지(70)의 반경 방향으로 소정 간격으로 보낸 후 조사를 반복함으로써, 다결정부를 동심원형상으로 위치시킬 수 있다. 그리고, 이러한 내부 개질층 형성 단결정 부재를 제조하고, 제1 실시형태와 같이 하여 박리에 의해 단결정 기판을 제조할 수 있다.
또, 예를 들면 정사각형상의 단결정 부재를 회전 스테이지(70) 상에, 회전축(70c)에 대해 대칭으로 간격을 두고 복수 배치해도 된다. 이에 의해, 레이저 광(B)의 집광에 따른 다결정부를 원을 부분적으로 구성하는 원호 상에 배치할 수 있다.
본 발명에 의해 얇은 단결정 기판을 효율적으로 형성할 수 있기 때문에, 얇게 잘라내어진 단결정 기판은, Si기판이면 태양 전지에 응용 가능하고, 또한 GaN계 반도체 디바이스 등의 사파이어 기판 등이면 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등에 응용 가능하며, SiC 등이면 SiC계 파워 디바이스 등에 응용 가능하고, 투명 일렉트로닉스 분야, 조명 분야, 하이브리드/전기 자동차 분야 등 폭넓은 분야에 있어서 적용 가능하다.
10 단결정 부재, 실리콘 웨이퍼
10u 단결정층
10d 단결정부
10s 단결정 기판
10t 표면
10b 표면
10f 박리면
11 내부 개질층 형성 단결정 부재
11u 계면
12 개질층
12p 다결정부
15 집광 렌즈(레이저 집광 수단)
28u 금속제 기판
29u 산화층
B 레이저 광
BC 조사축

Claims (7)

  1. 단결정 부재 상에 비접촉으로 레이저 집광 수단을 배치하는 공정;
    상기 레이저 집광 수단에 의해, 상기 단결정 부재 표면에 레이저 광을 조사하여 상기 단결정 부재 내부에 상기 레이저 광을 집광하는 공정;
    상기 레이저 집광 수단과 상기 단결정 부재를 상대적으로 이동시켜 상기 단결정 부재 내부에 다결정부로 구성되는 2차원상(狀)의 개질층을 형성하는 공정;
    상기 개질층에 의해 분단되어 이루어지는 단결정층을 상기 개질층으로부터 박리함으로써 단결정 기판을 형성하는 공정;을 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 기판 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다결정부가 상기 레이저 광의 조사축과 평행한 봉상(棒狀)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 기판 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 박리에 의해 형성된 박리면이 조면(粗面)인 것을 특징으로 하는 단결정 기판 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 단결정 부재의 굴절률에 기인하는 수차의 보정 기능을 상기 레이저 집광 수단에 갖게 하여 상기 집광을 행하는 것을 특징으로 하는 단결정 기판 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 단결정 기판을 형성하는 공정에서는, 표면에 산화층을 갖는 금속제 기판을 상기 단결정층의 표면에 접착하여 박리하는 것을 특징으로 하는 단결정 기판 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단결정 기판을 형성하는 공정에서는, 상기 개질층의 양면측 중에서 상기 레이저 광을 조사하는 측의 계면으로부터 박리하는 것을 특징으로 하는 단결정 기판 제조 방법.
  7. 단결정 부재의 외부로부터 조사되고 그 단결정 부재의 내부에 집광된 레이저 광에 따라, 상기 레이저 광의 조사축과 평행한 다결정부의 집합체로 구성되는 2차원상의 개질층과, 상기 개질층에 인접하는 단결정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 내부 개질층 형성 단결정 부재.
KR1020137021348A 2011-02-10 2011-02-10 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재 KR20130103624A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/052950 WO2012108055A1 (ja) 2011-02-10 2011-02-10 単結晶基板製造方法および内部改質層形成単結晶部材

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130103624A true KR20130103624A (ko) 2013-09-23

Family

ID=46638293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137021348A KR20130103624A (ko) 2011-02-10 2011-02-10 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5875122B2 (ko)
KR (1) KR20130103624A (ko)
WO (1) WO2012108055A1 (ko)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160067783A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160067782A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160067780A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160067781A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160084800A (ko) * 2015-01-06 2016-07-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160084799A (ko) * 2015-01-06 2016-07-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160098053A (ko) * 2015-02-09 2016-08-18 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160098054A (ko) * 2015-02-09 2016-08-18 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160098055A (ko) * 2015-02-09 2016-08-18 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160119716A (ko) * 2015-04-06 2016-10-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160119718A (ko) * 2015-04-06 2016-10-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160142231A (ko) * 2015-06-02 2016-12-12 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160142232A (ko) * 2015-06-02 2016-12-12 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160143529A (ko) * 2015-06-05 2016-12-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20170008163A (ko) * 2015-07-13 2017-01-23 가부시기가이샤 디스코 다결정 SiC 웨이퍼의 생성 방법
KR20170055909A (ko) * 2015-11-12 2017-05-22 가부시기가이샤 디스코 SiC 기판의 분리 방법

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5946112B2 (ja) * 2011-02-10 2016-07-05 国立大学法人埼玉大学 基板加工方法
JP6265522B2 (ja) * 2013-02-28 2018-01-24 国立大学法人埼玉大学 表面３次元構造部材の製造方法
JP2015032690A (ja) 2013-08-02 2015-02-16 株式会社ディスコ 積層ウェーハの加工方法
JP6180223B2 (ja) * 2013-08-06 2017-08-16 株式会社ディスコ ウェーハの製造方法
JP6395210B2 (ja) * 2014-08-26 2018-09-26 信越ポリマー株式会社 基板加工方法及び基板
JP2020141009A (ja) * 2019-02-27 2020-09-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 基板材料およびレーザ加工方法
JP7196718B2 (ja) * 2019-03-26 2022-12-27 ウシオ電機株式会社 微細穴光学素子の製造方法および改質装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3628108B2 (ja) * 1996-06-10 2005-03-09 株式会社イオン工学研究所 太陽電池の製造方法
JP2005294325A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Sharp Corp 基板製造方法及び基板製造装置
JP2007142001A (ja) * 2005-11-16 2007-06-07 Denso Corp レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP4584322B2 (ja) * 2008-03-24 2010-11-17 株式会社レーザーシステム レーザ加工方法
SG171947A1 (en) * 2008-12-05 2011-07-28 Agency Science Tech & Res A wafer cutting method and a system thereof
JP5456382B2 (ja) * 2009-06-17 2014-03-26 信越ポリマー株式会社 半導体ウェーハの製造方法及びその装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160067783A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160067782A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160067780A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160067781A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160084800A (ko) * 2015-01-06 2016-07-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160084799A (ko) * 2015-01-06 2016-07-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160098053A (ko) * 2015-02-09 2016-08-18 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160098054A (ko) * 2015-02-09 2016-08-18 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160098055A (ko) * 2015-02-09 2016-08-18 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160119716A (ko) * 2015-04-06 2016-10-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160119718A (ko) * 2015-04-06 2016-10-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160142231A (ko) * 2015-06-02 2016-12-12 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160142232A (ko) * 2015-06-02 2016-12-12 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20160143529A (ko) * 2015-06-05 2016-12-14 가부시기가이샤 디스코 웨이퍼의 생성 방법
KR20170008163A (ko) * 2015-07-13 2017-01-23 가부시기가이샤 디스코 다결정 SiC 웨이퍼의 생성 방법
KR20170055909A (ko) * 2015-11-12 2017-05-22 가부시기가이샤 디스코 SiC 기판의 분리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP5875122B2 (ja) 2016-03-02
JPWO2012108055A1 (ja) 2014-07-03
WO2012108055A1 (ja) 2012-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130103624A (ko) 단결정 기판 제조 방법 및 내부 개질층 형성 단결정 부재
JP6004338B2 (ja) 単結晶基板製造方法および内部改質層形成単結晶部材
JP5875121B2 (ja) 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の製造方法
JP5843393B2 (ja) 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
JP6004339B2 (ja) 内部応力層形成単結晶部材および単結晶基板製造方法
JP5509448B2 (ja) 基板スライス方法
WO2013115353A1 (ja) 基板及び基板加工方法
KR101721709B1 (ko) 가공 대상물 절단 방법
JP6032789B2 (ja) 単結晶加工部材の製造方法、および、単結晶基板の製造方法
JP2014019120A (ja) 内部加工層形成単結晶部材の製造方法
JP5561666B2 (ja) 基板スライス方法
JP6531885B2 (ja) 内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法
JP2005277136A (ja) 基板製造方法および基板製造装置
JP2012169363A (ja) 基板加工方法
JP6202696B2 (ja) 単結晶基板製造方法
JP2015074002A (ja) 内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法
US10373855B2 (en) Method for processing a wafer and method for processing a carrier
JP2012169361A (ja) 基板加工方法及び基板
JP6202695B2 (ja) 単結晶基板製造方法
US11383328B2 (en) Method for manufacturing peeled substrate
JP6265522B2 (ja) 表面３次元構造部材の製造方法
JP2006024782A (ja) 基板製造方法、および基板製造装置
JP2019140411A (ja) 内部加工層形成単結晶部材の製造方法
JP2019140410A (ja) 内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
AMND Amendment