(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板を加工する基板加工装置であって、
レーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を基板の表面に向けて照射し、前記基板内部にレーザ光を集光するレーザ集光手段と、
前記レーザ集光手段を前記基板上に非接触に配置する位置決め手段とを有し、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に改質層を形成し、
前記レーザ集光手段は、対物レンズ及び平凸レンズを含み、レーザ光を光軸に軸対称に集光するとともに、前記平凸レンズによって、前記基板内部において、前記レーザ集光手段の外周部に入射した光が、前記レーザ集光手段の内周部に入射した光より、前記レーザ集光手段側で集光するようにし、前記改質層の厚さを小さくするように構成されていることを特徴とする基板加工装置。
【請求項２】
前記レーザ集光手段は、レーザ光の集光を調整する集光調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
【請求項３】
前記集光調整手段は、前記基板における表面から裏面に至るまでの深さに集光位置を調整することができることを特徴とする請求項２に記載の基板加工装置。
【請求項４】
前記照射されるレーザ光は、パルス状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板加工装置。
【請求項５】
前記改質層は、前記基板の表面と平行に形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板加工装置。
【請求項６】
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から５のいずれか一項に記載の基板加工装置。
【請求項７】
前記基板は、シリコン単結晶基板又はシリコンカーバイド単結晶基板である請求項１から６のいずれか一項に記載の基板加工装置。
【請求項８】
前記基板を保持する基板保持手段をさらに有し、前記レーザ集光手段と前記基板保持手段に保持された前記基板を相対的に移動させることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の基板加工装置。
【請求項９】
結晶基板を加工する基板加工方法であって、
レーザ光源からのレーザ光を基板の表面に向けて照射し、前記基板内部にレーザ光を集光するレーザ集光手段を基板上に非接触に配置する位置決め工程と、
前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に改質層を形成する工程とを有し、
前記レーザ集光手段は、対物レンズ及び平凸レンズを含み、レーザ光を光軸に軸対称に集光するとともに、前記平凸レンズによって、前記基板内部において、前記レーザ集光手段の外周部に入射した光が、前記レーザ集光手段の内周部に入射した光より、前記レーザ集光手段側で集光するようにし、前記改質層の厚さを小さくするように構成されていることを特徴とする基板加工方法。
【請求項１０】
前記レーザ集光手段におけるレーザ光の集光を調整する集光調整工程をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の基板加工方法。
【請求項１１】
前記集光調整工程は、前記基板における表面から裏面に至るまでの深さに集光位置を調整することができることを特徴とする請求項１０に記載の基板加工方法。
【請求項１２】
前記集光調整工程は、前記レーザ光が前記基板の表面に集光するように調整することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の基板加工方法。
【請求項１３】
前記集光調整工程は、前記レーザ光が前記基板の裏面に集光するように調整することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の基板加工方法。
【請求項１４】
前記改質層は、前記基板の表面と平行に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の基板加工方法。
【請求項１５】
前記改質層を形成した後、前記集光調整工程により集光点を前記レーザ集光手段側に移動し、第２の改質層を形成することを特徴とする請求項１４に記載の基板加工方法。
【請求項１６】
前記基板を保持する工程をさらに有することを特徴とする請求項９から１５のいずれか一項に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及び基板加工装置に関する。
【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った。
【０００５】
一方、高開口数の集光レンズにガラス板からなる収差増強材を組み合わせ、波長１０６４ｎｍのパルス状レーザによりシリコンウエハの内部に加工を施した後、これを剛性基板に貼りあわせ、剥離することで薄い単結晶シリコン基板を得る技術が開示されている（特許文献３参照。）。
【０００６】
この技術によると、シリコン基板内部に厚み１００μｍ程度の加工層が形成されていた。このため、結晶性基板から厚さ０．１ｍｍ程度の薄い基板を多数スライスする場合、材料歩留まりに限界があった。また、例えば、シリコン用の赤外線観察用収差増強材を外しても、加工層の厚みは大きく減少させることができなかった。
【０００７】
さらに、ＮＡが０．５程度の対物レンズを使用した場合、加工層の厚みは減少するが、光量が減少して加工層の処理が十分に施されず、実際の剥離は困難であった。これに対して、照射回数を増やして加工層の処理を十分に施そうとすると、２次元の加工領域を１μｍピッチの照射で埋め尽くす必要があるため、膨大な回数の照射パルスが必用になり、実用化には照射時間の問題が存在していた。
【０００８】
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２０１１−６０８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題に対してなされたもので、結晶性基板の内部にレーザ光照射による内部加工層を形成し、内部加工層を境に剥離するための基板加工装置及び方法であって、レーザ光源の選択肢が広く、内部加工層の厚みが薄く、かつ、少ない数のレーザパルス照射で、内部加工層を効率的に形成する基板加工装置および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】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本発明に係る基板加工装置は、結晶基板を加工する基板加工装置であって、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を基板の表面に向けて照射し、基板内部にレーザ光を集光するレーザ集光手段と、前記レーザ集光手段を前記基板上に非接触に配置する位置決め手段とを有し、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に改質層を形成するものであって、前記レーザ集光手段は、レーザ光を光軸に軸対称に集光するとともに、前記基板内部において、前記レーザ集光手段の外周部に入射した光が、前記レーザ集光手段の内周部に入射した光より、前記レーザ集光手段側で集光するように構成されているものである。
【００１２】
前記レーザ集光手段は、レーザ光の集光を調整する集光調整手段を有することが好ましい。
【００１３】
前記集光調整手段は、前記基板における表面から裏面に至るまでの深さに集光位置を調整することができることが好ましい。
【００１４】
前記照射されるレーザ光は、パルス状であることが好ましい。
【００１５】
前記改質層は、前記基板の表面と平行に形成されることが好ましい。
【００１６】
前記基板の表面は、鏡面仕上げであることが好ましい。
【００１７】
前記基板は、シリコン単結晶基板又はシリコンカーバイド単結晶基板であることが好ましい。
【００１８】
前記基板を保持する基板保持手段をさらに有し、前記レーザ集光手段と前記基板保持手段に保持された前記基板を相対的に移動させることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る基板加工方法は、結晶基板を加工する基板加工方法であって、レーザ光源からのレーザ光を基板の表面に向けて照射し、前記基板内部にレーザ光を集光するレーザ集光手段を基板上に非接触に配置する位置決め工程と、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記基板内部に改質層を形成する工程とを有し、前記レーザ集光手段は、レーザ光を光軸に軸対称に集光するとともに、前記基板内部において、前記レーザ集光手段の外周部に入射した光が、前記レーザ集光手段の内周部に入射した光より、前記レーザ集光手段側で集光するように構成されているものである。
【００２０】
前記レーザ集光手段におけるレーザ光の集光を調整する集光調整工程をさらに有することが好ましい。
【００２１】
前記集光調整工程は、前記基板における表面から裏面に至るまでの深さに集光位置を調整することが好ましい。
【００２２】
前記集光調整工程は、前記レーザ光が前記基板の表面に集光することが好ましい。
【００２３】
前記集光調整工程は、前記レーザ光が前記基板の裏面に集光するように調整することが好ましい。
【００２４】
前記改質層は、前記基板の表面と平行に形成されることが好ましい。
【００２５】
前記改質層を形成した後、前記集光調整手段により集光点を前記レーザ集光手段側に移動し、第２の改質層を形成することが好ましい。
【００２６】
前記基板を保持する工程をさらに有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】基板内部加工装置の斜視図である。
【図２】基板を載置したステージの上面図である。
【図３】基板を載置したステージの断面図である。
【図４】基板に対するレーザ光の照射を説明する断面図である。
【図５】基板に対するレーザ光の照射を説明する上面図である。
【図６】基板に対するレーザ光の照射の第１の実施の形態を示す図である。
【図７】基板に対するレーザ光の照射の第２の実施の形態を示す図である。
【図８】基板における収差を説明する参考図である。
【図９】基板に対するレーザ光の照射の第３の実施の形態を示す図である。
【図１０】基板に対するレーザ光の照射の第４の実施の形態を示す図である。
【図１１】割断装置を示す正面図である。
【図１２】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１３】レーザ集光部の具体例を示す図である。
【図１４】レーザ集光部の他の具体例を示す図である。
【図１５】照射例１の内部改質層を示す写真である。
【図１６】照射例２の内部改質層を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（基板内部加工装置の構成）
図１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１００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。
【００３１】
また、基板内部加工装置１００は、レーザ光源１５０と、レーザ集光部１６０を有し、レーザ集光部１６０は、レーザ光源１５０から発したレーザ光１９０を集光して基板１０に向けて照射する。レーザ集光部１６０は、対物レンズ１７０及び平凸レンズ１８０を有している。
【００３２】
図２は、ステージ１１０上に置いた基板１０を示す上面図である。図３は、ステージ１１０上に置いた基板１０を示す断面図である。
【００３３】
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。
【００３４】
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の内部において、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。
【００３５】
図４は、基板１０における集光点Ｐと内部改質層１４の形成を説明する断面図、図５は、その上面図である。基板内部加工装置１００においては、基板１０の内部に浸透するレーザ光１９０は、レーザ集光部１６０を介して基板１０に向けて照射され、基板１０内部の所定位置に、厚さ方向（光軸方向）ｔ、幅方向（光軸と直交方向）ｗの集光点Ｐを形成する。
【００３６】
集光点Ｐの近傍では、基板１０はレーザ光により加熱され、照射終了後は基板１０の熱伝導および熱輻射により冷却される。基板１０が単結晶、若しくは十分に結晶粒の大きな多結晶のシリコンや炭化ケイ素、あるいはサファイアのような結晶性基板の場合、レーザ光で供給されるエネルギーと時間を適切に選択することで、集光点Ｐ近傍の基板１０の結晶性を変化させ、多結晶化させることができる。
【００３７】
また、レーザ光１９０としてパルス状のレーザを使用し、基板１０をレーザ集光部１６０に対して相対的に移動させると、集光点Ｐは、レーザ光１９０の繰返し周波数と、移動速度に応じ、基板１０の表面１０１と並行に並ぶ列を形成し、さらにこの列を複数、配列することで、基板１０の表面１０１と平行に、面状に広がった内部改質層１４が形成される。
【００３８】
レーザ光１９０に適切なパルス状レーザを採用し、適切な条件で基板１０と集光手段１６０を相対的に移動させることで、基板１０の表面１０１にダメージを与えることなく、他の領域と結晶状態の変化させた表面１０１に平行な２次元状の内部改質層１４は、単結晶状態の他の領域と物性が異なるため、比較的小さな力でこの領域を境に、基板１０を分割することができる。
【００３９】
内部改質層１４を介して基板１０を基板表面側１０ａと裏面側１０ｂに分割し、利用することを考えるとき、内部改質層１４自体は分割基板の作成のために最終的に除去されて損失となるため、その厚さｔは小さいことが好ましい。また、基板１０に内部改質層１４を効率よく形成するためには集光点Ｐの幅ｗは大きいことが好ましい。
【００４０】
本実施の形態においては、レーザ集光部１６０は、レーザ集光部１６０の出射するレーザ光１９０がその光軸について軸対称であり、基板１０の内部のレーザ光１９０の集光点１９０において、レーザ光１９０の外周側の成分１９０ｂの光線が交差する集光点Ｐ２が、レーザ光１９０の内周側１９０ａの成分の光線が交差する集光点Ｐ１よりもレーザ集光部１６０側にあるように構成されている。
【００４１】
換言すると、基板１０の表面はレーザ集光部１６０に対向しているので、レーザ光１９０の外周側の成分１９０ｂの集光点Ｐ２は、レーザ光１９０の内周側１９０ａの集光点Ｐ１よりも、対物レンズ１７０及び平凸レンズ１８０側、すなわち基板１０の表面から浅い位置にある。
【００４２】
このような、屈折率の大きな基板１０内部にこのように設定される集光点Ｐを形成するために使用されるレーザ集光部１６０は、集光点形状調整手段を有する。図４では、レーザ集光部１６０は、対物レンズ１７０及び集光点形状調整手段として平凸レンズ１８０で構成される。
【００４３】
大気中で、収差なく集光する対物レンズ１７０で集光されるレーザ光１９０で、外周部の光ほど平凸レンズ１８０で大きく曲げることで、シリコンのような屈折率の大きな素材で形成された基板１０の内部に集光することが可能になる。
【００４４】
この対物レンズ１７０及び集光点形状調整手段としての平凸レンズ１８０からなるレーザ集光部１６０を用いて、基板１０の表面１０１と内部改質層１４の距離を対物レンズ１７０と基板表面の距離Ｌ１で主に調整することができる。また、平凸レンズ１８０と基板１０の表面１０１の距離Ｌ２を大きくすることで、集光点Ｐにおいて、集光点Ｐ１を基準に、集光点Ｐ２の位置をより基板１０の表面１０１側に移動させることができる。
【００４５】
この状態は、基板１０によりレーザ光１９０に生じた収差が過剰に補正された状態であると見なすことができ、いわばピントを過剰に補正した「ピンボケ」状態であるということができる。このような状態で、基板１０の所定の深さに形成される内部改質層１４は厚さｔを小さくし、かつ、理由は不明であるがパルスあたりの加工幅ｗを大きくすることが可能になる。
【００４６】
内部改質層１４は、レーザ光１９０を集光して照射することによって、加熱と冷却のプロセスを経るため、基板１０が、単結晶シリコンの場合、多結晶化する。
【００４７】
このようなレーザ集光部１６０を用い、基板１０に対してレーザ光１９０を照射する実施の形態について説明する。図６は、第１の実施の形態を示す図である。図６においては、便宜上、レーザ集光部１６０を平凸レンズ１８０により代表し、光軸Ａを横方向に記載するが、レーザ光の集光は平凸レンズ１８０を含むレーザ集光部１６０全体によって行われるものである。
【００４８】
この第１の実施の形態では、大気中に置かれた集光点形状調整手段を有するレーザ集光部１６０に入射するレーザ光１９０を例に本発明を説明する。レーザ光１９０は便宜上、光軸Ａに近い順に１９０−１〜１９０−４とする。レーザ集光部１６０としては、例えば基板１０の屈折率に対応した補正環を有する対物レンズが例示される。
【００４９】
大気中で、レーザ集光部１６０に入射したレーザ光１９０は、レーザ集光部１６０によって集光され、同じく大気中に置かれた基板１０の表面１０１を介して基板１０の内部に集光される。光線１９０−１〜４は、それぞれ基板１０の屈折率の影響で、異なる角度で基板１０の表面１０１で屈折し基板１０の内部を進んで、光軸Ａと交差する。
【００５０】
ビーム最外周の光（光軸Ａから最も遠い位置で、集光部１６０に入射する光線）１９０−４は、その内周にある光線１９０−３よりも基板１０の表面１０１から浅い位置で光軸Ａと交差するし、さらに、１９０−３は１９０−２よりも表面１０１側で、さらに１９０−２は１９０−１よりも表面１０１側で光軸Ａと交差するように、基板１０の屈折率を考慮して設計する。
【００５１】
換言すると、レーザ光１９０は内周側から外周側に移るに従い、レーザ集光部１６０に近い位置で集光するように、レーザ集光部１６０を設定する。このような設定は、補正環付き対物レンズでは、補正環の厚さ設定を、集光点Ｐの位置に形成される内部加工領域１４の深さより大きく設定することで達成することができる。
【００５２】
なお、レーザ集光部１６０の基板１０に対する位置は、集光調整部によって移動することができる。この集光調整部は、レーザ集光部１６０と基板１０の距離等を調整することにより基板１０におけるレーザ光１９０の集光位置、集光形状等を調整するものであり、前述の集光形状調整手段を含むものである。このような集光調整部は従来技術を用いて容易に実現することができる。
【００５３】
図７は、基板に対するレーザ光の照射の第２の実施の形態を説明する図である。第２の実施の形態では、レーザ集光部１６０によって集光されたレーザ光１９０が基板１０の表面を焦点とするように集光調整部によって調整されている。
【００５４】
この第２の実施の形態は、例えば、第１の実施の形態で示したように基板１０内部に集光点を設定する前に、レーザ集光部１９０の基板１０に対する位置を初期設定するときに使用することができる。すなわち、図示しない集光調整部によって、第２の実施の形態においてレーザ光１９０が基板１０の表面を焦点とする初期状態からレーザ集光部１９０と基板１０の表面の距離を所定値にわたって短縮することにより、第１の実施の形態のように基板１０内部に所望の集光点を形成することができる。なお、このような初期設定は、基板１０の表面に限らず、基板１０の裏面に焦点を合わせて行うこともできる。
【００５５】
図８は、基板における収差を説明する参考図である。この参考図は、第１の実施の形態と対比するために、レーザ集光部１６０を設けない場合に生じる収差を示すものである。例えば、通常の対物レンズのみを設置した場合が相当する。
【００５６】
図８（ａ）においては、第２の実施の形態と同様に、基板の１０の表面を焦点としてレーザ光１９０が集光されている。この状態から基板１０を光軸Ａに沿って入射方向に移動してレーザ光１９０が基板１０内で集光するようにする。この場合、図８（ｂ）に示すように、光軸Ａから離れた光（外周側の成分）のが、光軸Ａに近い（内周側の成分）よりも基板１０の表面から深い位置で集光するようになる。
【００５７】
この状態は、光軸Ａから離れた外周側の成分が光軸Ａに近い内周側の成分より浅い位置に集光する第１の実施の形態とは、光線の光軸Ａからの距離と基板１０における集光点の深さが逆の関係となっている。換言すると、外周側の成分が内周側の成分より浅い位置に集光する第１の実施の形態は、レーザ集光部１６０を設けることによって初めて実現が可能となるものである。
【００５８】
図９は、基板に対するレーザ光の照射の第３の実施の形態を示す図である。第３の実施の形態においては、図示しない集光点調整部によってレーザ集光部１６０と基板１０の表面の距離を短縮するように調整し、基板１０内において基板１０の裏面１０１ｂ近くにレーザ光１９０の集光点が形成されるように調整したものである。この集光点によって、基板の１０の裏面１０１ｂ近くに基板１０の表面に平行に内部改質層１４が形成される。
【００５９】
図１０は、基板に対するレーザ光の照射の第４の実施の形態を示す図である。第４の実施の形態においては、第３の実施の形態により基板１０の裏面１０１ｂ近くに内部改質層１４ａを形成した後、図示しない集光調整手段によってレーザ集光部１６０と基板１０の表面１０１ａの距離が拡大するように調整し、基板１０内において基板１０の表面１０１ａ近くにレーザ光１９０の集光点が形成されるようにしたものである。この集光点によって、基板１０の表面１０１ａ近くに基板１０の表面１０１ａに平行に第２の内部改質層１４ｂが形成される。なお、内部改質層１４は、この第４の実施例のように２層に限らず、２層以上の複数層であってもよい。
【００６０】
（基板の割断）
図１１は、割断装置を示す正面図である。第３又は第４の実施の形態によって内部改質層１４が形成された基板１０は、この割断装置を用いて内部改質層１４において割断される。
【００６１】
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が接着剤にて接着されてなる構造体４０が載置される。この接着剤としては、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く、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二液モノマー成分からなる接着剤２５を使用することができる。
【００６２】
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、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。
【００６３】
（基板の剥離）
図１２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。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２５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。
【００６４】
このように接着剤２５が剥離された基板１０を乾燥することによって、最終的な分割した基板を得ることができる。なお、第４の実施の形態のように内部改質層１４ａ、１４ｂが複数存在する場合には、基板１０の割断の工程を複数回繰り返すことにより複数の内部改質層ごとに分割することができる。
【００６５】
（レーザ集光部の具体例）
図１３は、レーザ集光部の具体例を示す図である。この具体例において、レーザ集光部１６０は、例えば高ＮＡで作動距離の長い対物レンズ１７０と基板１０の表面側に設けた平凸レンズ１８０との組み合わせによって実現している。
【００６６】
具体的には、厚み１ｍｍの単結晶シリコンからなる基板１０の内部加工については、基板１０の表面側より、０．１４ｍｍの位置に焦点距離１５ｍｍのガラス製の平凸レンズ１８０（シグマ光機：ＳＬＢ−１０−１５Ｐ）を置き、ＮＡ＝０．３の対物レンズ１７０（シグマ光機：ＥＰＬ−１０）に組み合わせることができる。
【００６７】
このようなレーザ集光部１６０においては、図示しない集光調整手段は、平凸レンズ８０と基板１０の表面の距離で集光点の形状を調整し、対物レンズ１７０と基板１０の表面の距離で集光点の位置を調整するように構成することができる。
【００６８】
図１４は、レーザ集光部の他の具体例を示す図である。他の具体例では、ＮＡ＝０．５〜０．９の補正環を有するシリコン用の赤外線対物レンズにより実現している。具体的には、例えばオリンパス製レンズＬＣＰＬＮ１００ＸＩＲを使用する場合、内部加工層１４を結晶１０の表面から３００μｍの位置に設けるときに補正環を０．６ｍｍに設定することで、基板１０内において、レーザ集光部１６０の外周部に入射した光が、内周部に入射した光より、レーザ集光１６０側で集光するように設定することができる。
【００６９】
この他の実施例によると、前述の実施例のように対物レンズ１７０及び平凸レンズ１８０という複数の構成部材を必要とすることなく、単一の補正環付き対物レンズにより構成できるので、装置の構成が簡単になり、操作が容易になる。
【００７０】
なお、この他の具体例においては、基板１０のより表面側に内部改質層１４を形成する場合、レーザ集光手段１６０と基板１０の表面との距離を大きくする必要がある。この場合、レーザ光１９０が基板１０の表面に及ぼす影響を抑制するため、虹彩絞りやビームエクスパンダなどのビーム径調整手段をレーザ集光部１６０の入射側に設けレーザ光１９０の外周側成分の光量を低減することがある。
【実施例】
【００７１】
以下、実施例として各種条件について実施した照射例１〜６について説明する。これらの照射例１〜６においては、基板内部加工装置１００のレーザ光源１５０としては、波長１０６４ｎｍ、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、出力１．６Ｗ、パルス幅１０ｎｍのものを使用した。
【００７２】
〔照射例１〕
基板内部加工装置１００において、ｘ軸、ｙ軸方向にそれぞれ最大速度２００ｍｍ／ｓで移動可能なｘｙステージ１１０上に、大きさ５０×５０ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、表面が鏡面仕上げ加工された単結晶シリコンからなる基板１０を載置固定した。
【００７３】
レーザ集光部１６０は、ＮＡ＝０．８５のシリコン用補正環２１０付の顕微鏡用赤外対物レンズ２００（オリンパス製ＬＣＰＬＮ１００ＸＩＲ）を用いた。そして、補正環２１０を０ｍｍに設定した上、参照光により観察し、対物レンズ２００から照射される光が基板１０の表面上に焦点を形成するように、対物レンズ２００を基板１０の表面に対して位置決めをした。
【００７４】
ついで、この位置を基準に対物レンズ２００を基板１０の表面に向けて０．０６ｍｍ移動させた。この状態で補正環２１０の設定を０．０ｍｍ、０．３ｍｍとし、ステージ１１０をｘ方向に２００ｍｍ／ｓの速度で移動させ、さらにｙ方向に１０μｍ送ることを１０回繰り返すことで、対物レンズ２００から基板１０に向けてレーザ光１９０を１０μｍ間隔でそれぞれ１０本の直線状に照射した。
【００７５】
この基板１０を直線状の照射方向に直角に劈開を行い、断面を観察した。この結果、図１５に示すように、基板１０鏡面仕上げ側表面から０．３ｍｍの深さにそれぞれ加工領域の長さが７０μｍのほぼ同じ加工痕を確認した。なお、図中の左側及び右側の加工痕は、それぞれ補正環２１０を０．０ｍｍ及び０．３ｍｍを設定したときに対応している。なお、この加工跡は、前述した周期的構造に相当するものである。
【００７６】
〔照射例２〕
この照射例２においては、対物レンズ２００の補正環２１０を０．６ｍｍに設定した。他の条件は照射例１と同様である。この照射例２では、図１６に示すように、基板１０における加工痕の長さは３０μｍに減少し、かつ隣接する加工痕同士が連結する状態が確認できた。
【００７７】
〔照射例３〕
この照射例３においては、照射例２と同様に対物レンズ２００補正環２１０を０．６ｍｍに設定した。そして、基板１０を載置したステージ１１０のｙ方向送りを１μｍピッチで５００００回とすることで、基板１０の５０×５０ｍｍの領域を加工したサンプルを作成した。他の条件は照射例１と同様である。
【００７８】
このサンプルから１０ｍｍ×１０ｍｍの領域を切り出した基板１０を、接着剤（電気化学工業製  ＳＯＬＡＲＬＯＣ  ＨＩＫ−７００Ｍ２０）を用いてヤスリかけした２枚の金属板（ＳＵＳ３０４、厚み１０ｍｍ）板の間に固定硬化後、２枚の金属板を剥離したところ、上下面の金属板に内部加工領域を境に剥離した基板１０が接着した状態で得られた。
【００７９】
これを１００℃の熱水中に４時間放置することで、内部加工領域１４を境に基板１０が剥離し、１０ｍｍ×１０ｍｍでそれぞれ厚さ３００μｍ、４００μｍ厚の２枚の基板１０が得られた。
【００８０】
〔照射例４〕
この照射例４においては、対物レンズ２００の補正環２１０を０．６ｍｍに設定し、ステージ１１０の７方向への送りを２μｍピッチで２５０００回とした。他の条件は照射例３と同様である。この照射例４においても、内部加工領域１４を境に基板１０が剥離し、１０ｍｍ×１０ｍｍでそれぞれ厚さ３００μｍ、４００μｍ厚の２枚のシリコン基板が得られた。
【００８１】
〔照射例５〕
この照射例５においては、対物レンズ２００の補正環２１０を０．３ｍｍに設定した。他の条件は、照射例３と同様である。この照射例５においても、照射例３と同様の処理によって基板１０を内部改質層１４を境に剥離することを試みた。しかしながら、基板１０と接着剤層の界面で剥離が発生し、内部改質層１４を境として剥離することはできなかった。
【００８２】
〔照射例６〕
この照射例６においては、対物レンズ２００の補正環２１０を０．０ｍｍにした。他の条件は、照射例５と同様である。この照射例６においても、基板１０と接着剤層の界面で剥離が発生し、内部改質層１４を境として剥離することはできなかった。
【００８３】
なお、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】
【００８４】
本発明の基板加工装置及び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】
【００８５】
１０  基板
１４  内部改質層
１００  基板内部加工装置
１１０  ステージ
１２０  ステージ支持部
１５０  レーザ光源
１６０  レーザ集光部
１７０  対物レンズ
１８０  平凸レンズ
１９０  レーザ光
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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