(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板を加工する基板加工方法であって、
基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、
前記レーザ集光手段により、前記基板の表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板の表面から所定の深さの範囲において前記基板の表面に水平方向に形成した、多結晶シリコンの多結晶粒を有してなる改質層を形成する工程と、
前記基板を前記改質層近傍において割断する工程と
を有し、前記基板を割断する改質層近傍は、前記基板内において内部応力が極大を有する改質層の上部近傍である基板加工方法。
【請求項２】
前記改質層は、前記基板の深さ方向に前記多結晶粒の寸法の非対称な分布を有することを特徴とする請求項１記載の基板加工方法。
【請求項３】
前記改質層において、前記多結晶粒の寸法は、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の基板加工方法。
【請求項４】
前記基板の表面を接着剤で金属板に接着する工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の基板加工方法。
【請求項５】
前記接着剤は、アクリル樹脂組成物を含み、水に浸漬することにより被接着物より剥離可能であることを特徴とする請求項４記載の基板加工方法。
【請求項６】
前記水は、８０℃以上１００℃未満の温水であることを特徴とする請求項５記載の基板加工方法。
【請求項７】
前記基板を割断する工程は、前記基板の表面に接着剤で接着した金属板に力を印加することにより当該基板を割断することを特徴とする請求項５又は６に記載の基板加工方法。
【請求項８】
前記金属板に接着剤で接着された前記割断された基板を水中で剥離することを特徴とする請求項７記載の基板加工方法。
【請求項９】
前記照射されるレーザ光は、前記基板の深さ５００μｍにおいて透過率１０％以上の波長を有し、パルス幅５０ｎｓ以上であることを特徴とする請求項１記載の基板加工方法。
【請求項１０】
前記基板の表面は、鏡面仕上げであることを特徴とする請求項１記載の基板加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶基板を加工する基板加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン（Ｓｉ）ウェハに代表される半導体ウェ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ェハ形にスライスして半導体ウェハを製造するようにしている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００３】
このようにして製造された半導体ウェハは、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。
【０００４】
従来における半導体ウェハは、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ェ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。
【０００５】
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３および特許文献４参照。）。特許文献３では、同心円状または螺旋状にレーザ光を走査しており、また、特許文献４では、ＸＹステージを利用して、ＸＹ方向にレーザ光を走査している。
【０００６】
また、太陽電池を加工したりシリコンインゴットをスライスする際の仮固定用に、二液常温硬化型の接着剤が提供されている（例えば、特許文献５および特許文献６）。このような接着剤は、太陽電池やインゴットのスライスを仮固定して加工した後で容易に剥離して取り外せるように、比較的弱い接着力を有している。
【０００７】
さらに、インゴットに応力を加えながら内部面をレーザ光で加工し、接着剤で保持してインゴットから剥離することによりウェハを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献７参照）。
【０００８】
一方、シリコン単結晶において、波長と透過率には一定の関係があることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）
なお、この明細書中においては、別記する場合を除いてウェハのことを基板と称することにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２００７７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２９７１５６号公報
【特許文献３】特開２００５−２７７１３６号公報
【特許文献４】特開２００５−２９４３２５号公報
【特許文献５】特開２０１０−２４８３９５号公報
【特許文献６】特開２００７−０３９５３２号公報
【特許文献７】特開２００６−０２４７８２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】E.D. Palik ed.: Handbook of Optical Constants of Solids, Academic Press, San Diego, (1985) 547
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、薄いシリコン基板を製品率を確保して提供するような基板加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、本発明に係る単結晶シリコン基板を加工する基板加工方法は、単結晶シリコン基板を加工する基板加工方法であって、基板上に非接触にレーザ集光手段を配置する工程と、前記レーザ集光手段により、前記基板の表面にレーザ光を照射し、前記基板内部にレーザ光を集光する工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板の表面から所定の深さの範囲において前記基板の表面に水平方向に形成した、多結晶シリコンの多結晶粒を有してなる改質層を形成する工程と、前記基板を前記改質層又は前記改質層近傍において割断する工程とを有する。
【００１３】
前記改質層は、前記基板の深さ方向に前記多結晶粒の寸法の非対称な分布を有することが好ましい。
【００１４】
前記改質層において、前記多結晶粒の寸法は、１５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
前記基板の表面を接着剤で金属板に接着する工程をさらに有することが好ましい。
【００１６】
前記接着剤は、アクリル樹脂組成物を含み、水に浸漬することにより被接着物より剥離可能であることが好ましい。
【００１７】
前記水は、８０℃以上１００℃未満の温水であることが好ましい。
【００１８】
前記基板を割断する工程は、前記基板の表面に接着剤で接着した金属板に力を印加することにより当該基板を割断することが好ましい。
【００１９】
前記金属板に接着剤で接着された前記割断された基板を水中で剥離することが好ましい。
【００２０】
前記照射されるレーザ光は、前記基板の深さ５００μｍにおいて透過率１０％以上の波長を有し、パルス幅５０ｎｓ以上であることが好ましい。
【００２１】
前記基板の表面は、鏡面仕上げであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】基板加工方法の一連の工程を示すフローチャートである。
【図２】基板内部加工装置の斜視図である。
【図３】基板を載置したステージの上面図である。
【図４】基板を載置したステージの断面図である。
【図５】基板に対するレーザ光の照射を説明する図である。
【図６】シリコン単結晶における透過率の波長依存性を示す図である。
【図７】内部改質層の非対称な構造を説明する図である。
【図８】基板に形成された内部改質層を説明する断面図である。
【図９】内部改質層の赤外線顕微鏡像である。
【図１０】基板の片面に対する金属板の接着を説明する断面図である。
【図１１】基板の両面に対する金属板の接着を説明する断面図である。
【図１２】割断装置を示す正面図である。
【図１３】基板の割断面を示す写真である。
【図１４】基板の割断面における粗さの度数分布を示す図である。
【図１５】金属板から基板を水中剥離することを説明する図である。
【図１６】実施例１における基板の内部改質層の写真である。
【図１７】実施例２における割段面の断面写真である。
【図１８】比較例における基板の内部改質層の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。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。したがって、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。
【００２４】
又、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。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態の基板加工方法は、基板の内部加工の工程（Ｓ１１）、金属板の前処理の工程（Ｓ１２）、接着・硬化の工程（Ｓ１３）、割断の工程（Ｓ１４）、水中剥離の工程（Ｓ１５）及び乾燥の工程（Ｓ１６）を有する一連の工程から構成されている。以下では、これらの各工程について順に説明する。
【００２６】
（基板の内部加工）
最初の工程Ｓ１１においては、基板の内部加工を行う。この工程は、基板内部加工装置１によって実施される。本実施の形態では、基板内部加工装置１が加工する基板１０には、シリコン単結晶の基板１０を使用する。
【００２７】
図２は、基板内部加工装置１００の構成を示す斜視図である。基板内部加工装置１は、ステージ１１０と、ステージ１１０がＸＹ方向に移動可能なように支持するステージ支持部１２０と、ステージ１１０上に配置され、基板１０を固定する基板固定具１３０とを有している。
【００２８】
また、基板内部加工装置１００は、レーザ光源１６０と、集光レンズ１７０と、収差調整板１８０とを有し、レーザ光源１６０から発したレーザ光１９０を集光レンズ１６０及び収差調整板１８０を介して基板１０に照射する。
【００２９】
図３は、ステージ１１０上に置いた基板１０を示す上面図である。図４は、ステージ１１０上に置いた基板１０を示す断面図である。
【００３０】
基板１０は、ステージ１１０上において基板固定具１３０によって保持されている。基板固定具１３０は、その上に設けられた固定テーブル１２５によって基板１０を固定している。固定テーブル１２５には、通常の粘着層、機械的なチャック、静電チャックなどが適用可能である。
【００３１】
基板１０に集光して照射されるレーザ光１９０の集光点Ｐは、基板１０内部において、表面から所定の深さの領域に所定の形状の軌跡１２を形成することで、表面に水平方向に２次元状の内部改質層１４を形成することができる。
【００３２】
図５は、基板１０における内部改質層１４の形成を説明する図である。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、集光レンズ１７０と基板１０間には、レーザ光１９０の収差を調整するために、所定の屈折率を有する収差調整板１８０を配置しても良い。このような収差調整板１８０を配置することによって、基板１０に入射するレーザ光１９０は、基板１０の内部に形成される集光点Ｐの深さ方向および幅の大きさを有する。このことによっても、基板１０の内部に形成される内部改質層１４を所定の厚さｔを有するように形成することができる。
【００３４】
図５（ｂ）は、収差調整板１７０による収差を説明する図である。収差調整板１８０の屈折率又は厚さを大きくすることにより収差が増し、内軸成分１９０ａの集光点Ｐ１と外軸成分１９０ｂの集光点Ｐ２の分離が顕著になる。このような性質を利用することで、内部改質層１４の構造を制御することができる。
【００３５】
図６は、シリコン単結晶における光透過率の波長依存性を示す図である。
【００３６】
図６に示す関係は、非特許文献１に記載されている。本実施の形態の基板内部加工装置１００のレーザ光源１６０は、シリコン単結晶の基板１０において、表面からの深さ５００μｍにおいて透過率１０％以上の波長を有している。また、レーザ光のパルス幅は５０ｎｓ以上である。
【００３７】
（非対称な内部改質層）
本実施の形態においては、基板１０に形成される内部改質層１４は、基板１０の深さ方向に非対称な構造を有している。
【００３８】
シリコン単結晶において、同一波長であっても基板厚みによって透過率が異なり、基材厚みが厚いほど、透過率が低下することが知られている。（例えば、非特許文献1参照。）
このことからも非対称な構造は、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、照射するレーザ光１９０の基板１０に対する厚み方向における加工部のエネルギー密度の違いによって、内部改質層１４よりも上層がより高エネルギーの加工条件となる。
【００３９】
対して、内部改質層１４の下層は上層よりも到達するためのエネルギー損失が大きく、結果としてより低エネルギー加工条件となる。これによって、基板１０断面には非対称な構造が形成される。
【００４０】
図７は、内部改質層１４の非対称な構造を説明する図である。なお、図中の符号は、後述する図８と同様である。
【００４１】
図７においては、基板１０に、内部改質層１４を構成する加工痕以外にクラックが入る程、高エネルギーなビーム照射を行ったサンプルの断面透過写真及びその断面Ｌにおけるラマン分光測定データを示している。ラマン分光測定は図中で加工痕以外のクラックＡがないエリアを測定している。
【００４２】
加工痕が基板１０厚み方向の中央部に形成されたにも関わらず、圧縮応力ひずみが加工痕上部により強く印加されていることを示す。
【００４３】
内部改質層１４は、基板１０にレーザ光１９０を集光して照射することによって、シリコン単結晶が溶融した後で冷却されることにより結合状態が変化することにより形成された多結晶シリコンの多結晶粒を有するものである。
【００４４】
多結晶粒の寸法、すなわち粒径は、照射するレーザ光１９０に関するエネルギー密度、照射回数、照射方法等を制御することによって調整することができる。ただし、多結晶粒の寸法が割断した基板１０の表面粗さに大きく影響することから、多結晶粒は１５０μm以下が好ましく、３０μm以下がより好ましい。
【００４５】
多結晶粒の寸法およびその数は、基板１０の加工中または加工後に、赤外線顕微鏡を用いて非破壊検査により確認することができる。具体的には、赤外線顕微鏡でレーザ光１９０の照射方向から基板１０を透過光で観察し、単結晶部分よりも透過率が低い領域を多結晶として、内部改質層１４における透過率の低さでとその分布で多結晶粒の寸法と形成の程度を判断することができる。
【００４６】
内部改質層１４は、後述する割断工程における歩留まり向上のため、基板１０の端部に露出していることが好ましい。内部改質層１４を露出させる方法は、結晶方位のへき開を利用しても、レーザ光１９０を利用してもよい。
【００４７】
ここで、基板１０にレーザ光１９０を照射して内部改質層１４を形成する際には、基板１０を冷却することにより所定の温度範囲に維持する。このような冷却方法は、自然冷却でも流体を吹き付けた冷却でもよい。また、冷却する方向は、基板１０を固定する基板固定具１３０の下部からであっても、基板１０の上部からであってもよい。
【００４８】
具体的に、レーザ光源１６０としてＪｅｎＬａｓ製ｆｉｂｅｒ  ｎｓ  ２０を用い、出力０．５７Ｗ、パルス幅２００ｎｓ、繰り返し周波数５０ｋＨｚ、走査速度５０ｍｍ／ｓ、ＤＦ（焦点深度）１００μｍ、Ｓｉ収差補正付き赤外線用対物レンズ１００倍（ＤＦ１００μｍ）の条件で基板１０を加工してサンプルを作製した。
【００４９】
図８は、基板１０に形成された内部改質層１４の断面透過写真及びその断面におけるラマン分光測定データを示す図である。
【００５０】
図８中の左側の透過写真においては、基板１０の深さ方向の所定範囲において厚みｔの内部改質層１４が形成され、内部改質層１４では多結晶粒の存在により光透過率が低下していることが見られる。
【００５１】
図８中の右側は、基板１０を断面Ｌにおける後方ラマン散乱を測定したものである。図中の測定点ａは波数、測定点ｂは半値幅を示している。
【００５２】
この測定結果によると、波数及び半値幅がともに内部改質層１４近傍で極大となり、基板１０内部の応力も内部改質層１４近傍で極大になっていることを示唆している。
【００５３】
ここで、内部改質層１４近傍領域とは、レーザ光１９０の照射により多結晶粒が形成された内部改質層１４と単結晶層との境界領域を意味する。この内部改質層１４近傍領域では、単結晶と、溶融した単結晶が急冷されてなる単結晶と結合状態を異にする多結晶が不連続に隣接するため、大きな応力が蓄積されている。このような内部改質層１４近傍領域の寸法や性質は、レーザ加工条件によって制御することができる。
【００５４】
例えば、内部改質層１４近傍領域における多結晶粒の凝集力を制御することができる。多結晶粒の凝集力を制御することにより、基板１０を内部改質層１４近傍領域において所定の力を加えることにより分割することができるようになる。
【００５５】
図９は、内部改質層１４における多結晶粒を示す断面写真である。図９中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、内部改質層１４の上面から下面へ、すなわち基板１０の表面から深さが大きくなる方向の異なる位置における、基板の表面に平行な断面の写真である。（ｄ）は、さらに（ａ）の一部を拡大したものである。
【００５６】
これらの断面写真によると、多結晶粒は、レーザ走査方向に沿って形成されるが、基板１０における深さによって多結晶粒の寸法及び密度が異なり、内部改質層１４は基板１０の深さ方向に非対称な構造を有していることがわかる。
【００５７】
なお、これらの写真は、赤外線顕微鏡の焦点深度を順次変化させることによって撮影したものである。撮影には、オリンパス社製赤外線顕微鏡ＢＸ５１−ＩＲを用いて透過像を使用した。
【００５８】
（金属板前処理）
ステップＳ１２においては、基板１０を接着剤により接着して固定する金属板を前処理する。この金属板としては、所定の剛性を有し、基板１０の接着と後工程に好適な所定の厚み、寸法を有するものを使用することができる。金属板は所定の平行度および平坦度が得られるならば、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。
【００５９】
金属板は、後述するステップＳ１５における水中での剥離工程を経るため、基板のコンタミネーションを抑制するために不動態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皮膜層が薄い方が好ましい。
【００６０】
このステップＳ１２においては、水中剥離を容易にするために表面を脱脂処理するとともに、接着剤との接着力を確保するために、表面の酸化皮膜層を除去して活性な金属面を露出させる。
【００６１】
酸化皮膜層の除去には、機械的または化学的方法がある。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。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板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、金属板の表面ダメージを考慮すると＃１５０〜８００がより好ましい。
【００６２】
（接着・硬化）
ステップＳ１３においては、ステップＳ１１で内部改質層１４を形成した基板１０とステップＳ１２で前処理した金属板を用い、基板１０を金属板に接着剤を用いて接着し、接着剤を硬化させる。このような接着剤としては、基板１０の内部改質層１４近傍領域を形成する多結晶粒の凝集力よりも強い接着剤であればよい。
【００６３】
図１０は、基板１０の片面を金属板２０に接着剤２５を用いて固定する方法を説明する断面図である。図中では、接着剤２５が塗布された金属板２０上に基板１０が載置され、その上にスペーサ３１において支持された押し板３３が載せられている。
【００６４】
本実施の形態では、金属イオンを反応開始剤として硬化するアクリル系二液モノマー成分からなる接着剤２５を使用する。このような接着剤２５は、未硬化モノマー及び硬化反応物が非水溶性であり、割断した基板１０を水中剥離した際に汚染しない。
【００６５】
接着剤２５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。接着剤２５の塗布厚みが過度に大きい場合、完全硬化に長時間を必要とする上、基板１０の割断時に接着剤２５の凝集破壊が起こりやすくなる。また、塗布厚みが小さい場合、割断した基板１０の水中剥離に長時間を必要とする。
【００６６】
接着剤２５の塗布厚みの制御は、接着する金属板２０を任意の高さに固定する方法が取られるが、簡易的にはシムプレートのようなスペーサ３１を用いて行うことができる。接着する金属板２０間の平行度が１枚のみで得られない場合は、１枚以上の補助スペーサを使用して平行度を得るようにしてもよい。
【００６７】
厳密に塗布厚みを制御したい場合は、片面硬化後にもう片面を接着するのが好ましい。この際、非接着面の基板１０に接着剤２５が硬化することを抑制するため、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。
【００６８】
基板１０の片面ずつ接着する場合、接着剤２５が基板１０の上面であっても、下面であっても構わない。また、接着剤２５は、必ずしも基板１０の全面に塗布する必要はない。
【００６９】
図１１は、基板１０の両面を金属板２０に接着剤を用いて固定する方法を説明する断面図である。
【００７０】
この場合、基板１０の上面及び下面の両面が、第１の金属板２０及び第２の金属板２１に接着剤２５によって同時に接着される。第１の金属板２０及び第２の金属板２１の間隔は、図示しないスペーサ３１によって設定されている。
【００７１】
このようにして、基板１０は両面を第１及び第２の金属板２０、２１によって挟んで接着してなる、一体の構造体４０を構成するようになる。
【００７２】
（割断）
ステップＳ１４においては、ステップＳ１３において金属板２０、２１に接着剤２５によって接着した基板１０を割断する。
【００７３】
図１２は、基板１０を割断するための割断装置５０を示す正面図である。この割断装置５０において、架台５２上に、基板１０の両面に第１及び第２の金属板２０、２１が接着されてなる構造体４０が載置される。
【００７４】
例えば、構造体４０は、第２の金属板２１に設けられた貫孔を利用して架台５２に固定してよい。この状態において、第１の金属板２０に割断冶具５４によって下向きの押圧力を印加する。これによって、基板１０は第１及び第２の金属板２０、２１に接着した上面及び下面の両面の方向に逆向きの力を受けることになる。割断冶具５４の駆動源としては、油圧式や空気圧式およびハイブリッド式でもよい。
【００７５】
割段冶具５４に印加された力が所定の閾値を越えると、基板１０は分割され、構造体４０は上下２つに分離される。本実施の形態では、内部改質層１４が基板１０の深さ方向に非対称に形成されているため、基板１０は内部改質層１４近傍領域において割断される。
【００７６】
図１３は、割断された基板１０の割断面を示す写真である。図１４は、割断面における粗さ度数分布の一例を示す図である。
【００７７】
図１４は、割断面における粗さの分布を示す図である。測定には、非接触三次元測定装置として三鷹光器社製ＮＨ−３ＮＴを使用した。
【００７８】
本実施の形態では、割断面においては、粗さ度数は主に８０〜１００μｍの範囲に分布している。このような粗さは、太陽電池に使用する基板１０の表面における入射光の反射を抑制するために特に有用である。
【００７９】
（水中剥離）
ステップＳ１５においては、ステップＳ１４において割段された構造体４０について、水中で基板１０を金属板２０、２１から剥離する。
【００８０】
図１５は、水中で金属板２０から基板１０を剥離する方法を説明する図である。本実施の形態では、水槽６０に蓄えた８０〜１００℃の温水に、金属板２０、２１に接着剤２５で接着された基板１０を浸す。所定時間経過すると接着剤が水と所定の反応を生じ、接着剤２５から接着力が失われるので、水中で基板１０から接着剤２５を剥離することにより、金属板２０、２１から基板１０を分離することができる。
【００８１】
（乾燥）
ステップＳ１６においては、ステップＳ１５において接着剤２５が剥離された基板１０を乾燥する。
【００８２】
基板１０の乾燥は、室内環境で放置することによって行ってもよいし、清浄な水溶性揮発性溶剤で溶媒置換して乾燥を促進してもよいし、熱風を当てて乾燥してもよい。
【００８３】
水溶性揮発性溶剤とは、２０℃において蒸気圧２ｋＰａ以上の水酸基を有する有機溶剤であり、具体的には２−プロパノールやメチルアルコールなどが挙げられるが、環境に配慮するとエチルアルコールが好ましい。
【実施例】
【００８４】
（実施例１）
鏡面仕上げで研磨された１５ｍｍ角、厚さ０．７ｍｍの単結晶シリコンインゴットからなる基板１０を、基板内部加工装置１００のステージ１１０に設けられた基板固定具１３０に固定テーブル１２５を介して固定した。なお、ステージ１１０に固定する基板１０は単数に限らず、複数であってもよい。
【００８５】
そして、ステージ１１０を支持するステージ支持部１２０と、レーザ光源１６０、集光レンズ１７０及び収差調整板１８０とを防振性の台座に固定した。
【００８６】
レーザ光源１６０は、波長１０６４ｎｍ、繰り返し発振周波数５０ｋＨｚ、（対物レンズ１７０後における）出力０．７Ｗ、パルス幅２００ｎ秒でパルスファイバーレーザ（１０６４ｎｍ）を照射する装置を使用した。集光レンズ１７０は、開口数（ＮＡ）が０．８５で、１．２ｍｍの焦点距離とした。また、収差調整板１８０としては、厚み０．１５ｍｍ、屈折率が１．５のカバーガラスを用いた。ここで、後述する実施例２及び比較例とともに、レーザ照射条件を表１に示す。
【表１】
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【００８７】
ステージ１１０、レーザ光源１６０等の制御は、図示しない制御装置によって行い、ステージ１１０やステージ支持部１２０の位置、移動速度を制御するとともに、レーザ光源１６０のレーザ照射のＯＮ-ＯＦＦを制御する装置を使用した。
【００８８】
次いで、ステージ１１０上の基板１０の表面を平坦度±３μｍとし、ステージ支持部１２０によりステージ１１０を所定方向に移動させてレーザ光源１６０の集光レンズ１７０の光軸を回転ステージ１１０に搭載された基板１０の表面周縁部側に位置させた。
【００８９】
こうして集光レンズ１７０の光軸を基板１０の表面周縁部側に位置させたら、基板１０の表面に集光点Ｐが位置するように集光レンズ１７０を下降させ、その後、基板１０の内部に内部改質層１４用の集光点Ｐを形成できるよう収差調整板１８０を下降させ、基板１０の表面に集光レンズ１７０と収差調整板１８０とを接近させた。この際の距離は、集光点Ｐの深さが０．０５〜０．２ｍｍの範囲の場合には、集光点Ｐの深さの０．３〜０．４倍である。
【００９０】
次いで、集光点Ｐの線速度が１０ｍｍ／秒となるよう制御しつつ、集光点Ｐによって形成される軌跡が１μｍピッチの格子状の軌跡１２を形成するようステージ１１０が移動するようにステージ支持部１２０の駆動を制御した。
【００９１】
ここで、ステージ１１０の駆動を抑制して集光点Ｐの線速度を３ｍｍ／秒に調整し、基板１０の表面周縁部側の近傍においてはレーザ光１９０のピッチ間隔を０．５μｍピッチに狭めることにより、基板１０の表面周縁部即の近傍にレーザ光１９０を重点的に照射して、基板１０表面を剥離する際の剥離開始領域を形成し、内部改質層１４を形成した後、レーザ光１９０の照射を停止した。
【００９２】
上記作業の際、ステージ支持部１２０によりステージ１１０を所定方向に１０ｍｍ秒で往復移動させた。また、レーザ光１９０の照射停止後、基板１０の外観を観察したが、表面は鏡面仕上げのままであり、外観に変化は見られなかった。
【００９３】
内部改質層１４を形成したら、ステージ１１０から基板１０を取り外し、基板１０の両面に金属板２０、２１を接着剤により接着し、この接着剤２５を硬化させた。
【００９４】
本実施の形態で用いる接着剤２５としては、基板１０の内部改質層１４近傍領域を形成する多結晶粒の凝集力よりも強いものであればよい。例えば、電気化学工業（株）から太陽電池・半導体シリコンインゴットスライス用の仮固定用接着剤として提供されている２液常温硬化型仮固定用接着剤である、製品名：ＳＯＬＡＲＬＯＣ、型番：ＨＩＫ−７００Ｍ２０を使用することができる。このような接着剤２５については、特許文献５及び特許文献６に開示されている。
【００９５】
基板１０に金属板２０、２１を接着するに当たっては、金属板２０、２１に対して、サンドペーパー＃４００で接着する金属板（ＳＵＳ３０４）表面を傷つけ、エタノールで拭きとり、自然乾燥させるという前処理を施した。この後、付属の定量混合ミキサーガンを用いて表面をエタノールで拭いて清浄にした基板１０または金属板２０、２１に接着剤２５を塗布した。
【００９６】
そして、接着剤２５の塗布厚みが２００μｍとなるようスペーサ３１を２箇所以上に挟み、これらの上にＰＥＴフィルム（東レ製ルミラーＴ６０）を載せ、更にＰＥＴフィルム上から金属板２０を載せた。
【００９７】
さらに、１〜２時間室温にて静置後、基板１０の裏面に対しても同様に金属板２１を接着した。この際、ＰＥＴフィルムは使用していない（使用する工程がない）。続いて、１２時間以上室温にて静置して、接着剤２５を完全硬化させた。
【００９８】
このような一連の工程によって、基板１０の両面に金属板２０、２１を接着剤２５で接着してなる構造体４０が形成される。
【００９９】
次に、構造体４０を割断装置５０に装着し、割断冶具５４にて構造体４０に所定の押圧力を加えたところ、構造体４０に含まれる基板１０を内部改質層１４近傍領域にて割断することができた。
【０１００】
図１６は、割断することができた内部改質層１４の構造を示す写真である。この写真は、赤外線顕微鏡により撮影したものである。
【０１０１】
（実施例２）
実施例１においては対物レンズ後におけるレーザ光１９０の出力が０．７Ｗであったが、実施例２では０．５Ｗとする。他の条件は同一である。
【０１０２】
この場合、実施例１と同様に、内部改質層１４を形成した基板１０を割断装置５０にて割断することができた。
【０１０３】
図１７は、基板１０の割段面の断面構造を示す写真である。この写真は、キーエンス製デジタルマイクロスコープＶＨＸ−５００により撮影した。
【０１０４】
（比較例）
実施例１においてはパルス幅は１００ｎｓであったが、この比較例ではパルス幅を２００ｎｓとする。他の条件は同一である。
【０１０５】
この場合、実施例１と同様に、内部改質層１４を形成した基板１０を割断装置５０にて割断を試みたが、割断に失敗した。
【０１０６】
図１８は、割断することができなかった内部改質層１４の構造を示す写真である。この写真は、赤外線顕微鏡により撮影した。
【０１０７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１０８】
例えば、上記の実施の形態においてはシリコン単結晶基板について例示したが、例えばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等にも同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の基板加工方法により基板を効率良く薄く形成することができることから、薄く切り出された基板は、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。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  基板
１４  内部改質層
２０、２１  金属板
２５  接着剤
５０  割断装置
５２  架台
５４  割断冶具
１００  基板内部加工装置
１１０  ステージ
１２０  ステージ支持部
１６０  レーザ光源
１７０  集光レンズ
１８０  収差調整板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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