(57)【要約】【課題】基板を剥離する際に接着剤により他の部材に仮固定する工程を要しないようにする。【解決手段】単結晶シリコン基板を加工するものであって、レーザ集光部１９０により基板１０の表面２０ｔに向けてレーザ光Ｂを照射して基板１０の内部にレーザ光Ｂを集光しつつ、レーザ集光部１９０と基板１０を相対的に移動させて基板内部に加工層２１を形成する工程と、基板１０を切断し、切断された端面から加工層２１が露出するようにする工程と、切断した基板１０に応力を加え、基板１０の加工層２１から表面２０ｔ側の非加工層２２を剥離する工程とを含む。【選択図】図１
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【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、
レーザ集光手段により前記基板の表面に向けてレーザ光を照射して前記基板の内部にレーザ光を集光しつつ、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加工層を形成する工程と、
前記基板に応力を加え、前記基板の加工層から表面側の部分を剥離する工程と
を含むことを特徴とする基板加工方法。
【請求項２】
前記加工層は、前記基板の表面から所定深さに形成された所定厚みの多結晶構造であることを特徴とする請求項１に記載の基板加工方法。
【請求項３】
前記応力は、曲げ応力又は引っ張り応力である請求項１又は２に記載の基板加工方法。
【請求項４】
前記応力は、前記基板を曲げること、又は前記基板の表面を引っかくことにより印加されることを特徴とする請求項３に記載の基板加工方法。
【請求項５】
前記基板の表面を引っかくことは、ガラス切り又はけがきペンを用いて手動で行うことを特徴とする請求項４に記載の基板加工方法。
【請求項６】
前記基板を切断し、切断された端面から加工層が露出するようにする工程をさらに含み、前記剥離する工程は、前記切断した基板に応力を加えて剥離することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板加工方法。
【請求項７】
前記基板を切断する工程は、ダイシング装置又はガラス切り若しくはけがきペンを用いて自動又は手動で行うことを特徴とする請求項６に記載の基板加工方法。
【請求項８】
前記基板の表面は、鏡面仕上げされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板加工方法。
【請求項９】
前記単結晶シリコン基板を請求項１〜８のいずれか一項に基板加工方法によって加工することによって得られた基板。
【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シリコン単結晶基板を加工して得られた基板に関する。
【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。
【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】
また、前記ワイヤソーに代わり、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、ブロック化されたインゴットの内部に面状の加工層を形成し、この加工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スライシングの技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
従来、このような基板の剥離のためには、インゴットのブロックを他部材に仮固定し、基板の剥離後に容易に取り外せるように、改質面内の結合よりも結合力が強いような比較的接着力の弱い接着剤が使用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１６９３６１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６９３６３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１６１８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようにインゴットのブロックを接着剤により他部材に仮固定すると、基板の剥離後に接着剤を剥離する工程を要し、コンタミネーションを嫌う分野への基材提供には難があり、洗浄・精製工程が別途必要であった。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みて提案されるものであって、基板を剥離する際に接着剤により他の部材に仮固定する工程を要しないような基板加工方法及びこのような方法により加工された基板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】
【０００９】
この出願に係る基板加工方法は、単結晶シリコン基板を加工するものであって、レーザ集光手段により前記基板の表面に向けてレーザ光を照射して前記基板の内部にレーザ光を集光しつつ、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加工層を形成する工程と、前記基板に応力を加え、前記基板の加工層から表面側の部分を剥離する工程とを含む。前記加工層は、前記基板の表面から所定深さに形成された所定厚みの多結晶構造であってもよい。
【００１０】
前記応力は、曲げ応力又は引っ張り応力であってもよい。前記応力は、前記基板を曲げること、又は前記基板の表面を引っかくことにより印加されてもよい。前記基板の表面を引っかくことは、ガラス切り又はけがきペンを用いて手動で行ってもよい。前記基板の表面は、鏡面仕上げされていてもよい。
【００１１】
前記基板を切断し、切断された端面から加工層が露出するようにする工程をさらに含み、前記剥離する工程は、この切断した基板を剥離してもよい。前記基板を切断する工程は、ダイシング装置又はガラス切り若しくはけがきペンを用いて自動又は手動で行ってもよい。
【００１２】
この出願に係る基板は、前記単結晶シリコン基板を前記基板加工方法によって加工することによって得られたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、基板を剥離する際に基板を接着剤で仮固定する必要がなく、仮固定に使用する接着剤によるコンタミネーションが存在しない。また接着剤による仮固定の工程がなく、接着剤の剥離工程やコンタミネーションを除くための洗浄・精製工程も必要ないので工数が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】基板加工装置の斜視図である。
【図３】レーザ光の走査による加工層の形成を説明する斜視図である。
【図４】レーザ光の集光による加工層の形成を説明する断面図である。
【図５】多数の変質部からなる加工層を示す拡大断面図である。
【図６】レーザ集光部の具体例を示す図である。
【図７】ダイシングとスライシングを説明する図である。
【図８】基板加工方法の具体例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態の基板加工方法は、レーザ光による基板の内部加工の工程（Ｓ１）、ダイシングの工程（Ｓ２）及びブレーキングの工程（Ｓ３）を含む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。
【００１８】
（基板のレーザ加工）
最初の工程Ｓ１においては、基板の内部加工を行う。この工程は、基板加工装置によって実施される。本実施の形態では、基板加工装置が加工する基板には、シリコン単結晶の基板を使用する。この基板は、シリコン単結晶のインゴットを適切な長さに切断したブロックを使用してもよい。
【００１９】
図２は、基板加工装置１００の構成を示す斜視図である。基板加工装置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。
【００２０】
また、基板加工装置１００は、パルスレーザ光を発生するレーザ光源１６０と、集光レンズ１７０及び収差補正部１８０を含むレーザ集光部１９０とを有し、レーザ光源１６０から発したレーザ光Ｂをレーザ集光部１９０を介して基板１０の鏡面仕上げされた表面に向けて照射する。
【００２１】
基板１０に集光して照射されるレーザ光Ｂの集光点は、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を形成することで、表面に水平方向に２次元状の加工層を形成することができる。この加工層は、レーザ光Ｂが集光され溶融した部分が後に急速に冷却されてなる応力ひずみを有する多結晶構造を含み、他の単結晶の部分と比べて脆弱な構造になっている。
【００２２】
図３は、レーザ集光部１９０により基板１０の表面２０ｔからレーザ光Ｂを集光して内部に加工層２１を形成していくことを説明する図である。基板１０には、レーザ集光部１９０により、調整したレーザ光Ｂを基板１０の表面２０ｔに照射して基板１０内部にレーザ光Ｂを集光している。
【００２３】
集光されたレーザ光は、集光部分の単結晶部材を変質（改質）させつつ、レーザ集光部１９０と基板１０とを相対的に移動させることで、基板１０内部に、表面２０ｔから任意の深さで水平方向に延在する加工層２１を形成する。集光点は、基板１０の表面２０ｔから任意の深さ位置で水平方向において、走査方向Ｓにピッチｐにて断続して照射されつつ移動し、走査端に達するとオフセット方向Ｆにオフセットｗだけ進められて走査が折り返される。
【００２４】
図４は、レーザ光Ｂの照射により基板１０の内部に加工層２１を形成することを説明する模式的な断面図である。本実施の形態で加工する基板１０は、パルスレーザ光Ｂをシリコン単結晶からなる基板１０の鏡面仕上げされた表面２０ｔから集光することで、この表面２０ｔと離間しかつこの表面２０ｔから任意の深さで水平方向に延びる加工層２１を形成する。その結果、この基板１０は、加工層２１と、この加工層２１の両面側にそれぞれ隣接する非加工層２２とからなるようになる。
【００２５】
図５は、多数の変質部からなる加工層２１を示す基板１０の拡大断面図である。加工層２１には、レーザ光Ｂの走査方向Ｓに沿って形成された多結晶構造の変質部２１ｃが、互いにピッチｐを有して配列されている。
【００２６】
図６は、レーザ集光部１９０の具体例を示す図である。この具体例は、オリンパス製レンズＬＣＰＬＮ１００ＸＩＲであり、集光レンズ１７０及び収差補正部１８０、ＮＡ＝０．８５の補正環２１０を含むシリコン用赤外光の収差補正環付対物レンズ２００として構成されている。この収差補正環付対物レンズ２００においては、補正環２１０の手動回転によって収差補正部１８０の収差補正量を設定することができる。
【００２７】
レーザ集光部１９０は、上記具体例に限定されず、本加工目的に適したものを作製しても構わない。その場合のレーザ集光部はＮＡ＝０．５〜０．９の対物レンズ及び収差補正環付き収差補正部で構成される。このような収差補正環を利用することにより、基板１０内におけるレーザ光Ｂの集光点を所望の形状に設定することができる。
【００２８】
（基板のダイシング）
ステップＳ１で加工層２１を形成した基板１０は、次のステップＳ２においてダイシングする。図７は、ダイシングと及びスライシングが生じる際の結合力の強弱を模式化した図である。
【００２９】
図７（ａ）に模式的に示すように、シリコン単結晶からなる基板１０は所定間隔で配列したシリコン原子３１から構成されるが、レーザ内部加工条件によっては、シリコン原子３１間には未反応の共有結合３２とレーザ照射によって変質（改質）された結合３３が存在する条件となる。このうち、未反応の共有結合３２はシリコン原子３１間の本来の結合であり、レーザ照射によって変質（改質）された結合３３は加工層２１に相当する脆弱化された部分に対応する結合である。
【００３０】
図中のレーザ照射によって変質（改質）された結合３３は、図３〜５に示した基板１０に形成された加工層２１の方向に延びている。ダイシングは、加工層２１の方向に延びるレーザ照射によって変質（改質）された結合に垂直な切断層３５により基板１０を切断するものである。このためには、シリコン原子３１間の未反応の共有結合３２よりも大きい応力を加えることによって、未反応の共有結合３２をしたシリコン原子３１間を劈開する必要がある。
【００３１】
図３に示す基板１０において、表面２０ｔに垂直な方向に基板１０を切断することにより、基板１０が所定寸法になるようにダイシングすることができる。ダイシングにより、基板１０の加工層２１は、基板１０が切断層３５によって切断された端面に露出される。
【００３２】
ダイシングは、基板１０を完全に切断することに限られない。例えば、基板１０の表面２０ｔから所定深さとなる溝状の切込みによって切断層３５を形成するようなハーフカットであってもよい。この切断層３５は、表面２０ｔから加工層２１の深さに到達して、加工層２１を端面に露出させてもよいし、結晶の劈開により加工層２１を端面に露出させてもよい。
【００３３】
ダイシングは、例えばダイシング装置を用いて基板１０を自動的に切断又はハーフカットすることができる。また、例えばガラス切りを用いて基板１０の表面２０ｔに溝を形成したり、さらに力を加えて溝の部分から割断したりすることもできる。
【００３４】
（基板のブレーキング）
ステップＳ２でダイシングした基板１０は、次のステップＳ３においてブレーキングする。図７（ｂ）に模式的に示すシリコン原子３１が所定間隔で配列してなる基板１０において、前述のように、シリコン原子３１間には未反応の共有結合３２とレーザ照射によって変質（改質）された結合３３が存在し、未反応の共有結合３２はシリコン原子３１間の本来の結合であり、レーザ照射によって変質（改質）された結合３３は加工層２１に相当する脆弱化された部分に対応する。
【００３５】
ブレーキングは、加工層２１の方向に延びるレーザ照射によって変質（改質）された結合３３に沿った水平な切断層３５により基板１０を分断するものである。このためには、シリコン原子３１間のレーザ照射によって変質（改質）された結合３３より大きいが、未反応の共有結合３２より小さい応力を加えることにより、レーザ照射によって変質（改質）された結合３３のみを分断し、未反応の共有結合３２を残すことができる。
【００３６】
ここで、未反応の共有結合３２とレーザ照射によって変質（改質）された結合３３は、基板１０内部に加工層２１を形成するレーザ照射の条件によって制御することができる。ブレーキングはレーザ照射によって変質（改質）された結合３２が弱いほど容易になるが、このためにはレーザ光Ｂが高出力であり、変質部２１ｃのピッチｐが小さいことが有利である。
【００３７】
図３に示す基板１０において、加工層２１はレーザ照射によって変質（改質）された結合３３が形成された脆弱な部分である。また、ステップＳ２のダイシングの工程により、基板１０に所定の処理が施されている。したがって、基板１０の加工層２１において、加工層２１から表面２０ｔまでの非加工層２２を容易に分断して剥離することができる。
【００３８】
このブレーキングの工程により、基板１０の表面２０ｔから離れて水平方向に延びる加工層２１を切断層３５として分断し、加工層２１から表面２０ｔまでの非加工層２２を剥離することができる。したがって、このブレーキングの工程により、１枚の基板１０をスライシングし、加工層２１から表面２０ｔまでの剥離した非加工層２２の第１の基板と、加工層２１から裏側面までの非加工層２２の第２の基板とからなる２枚の基板にスライシングすることができる。
【００３９】
このような基板１０のブレーキングは、適切な装置を用いて自動で行うことができる。例えば、適切な固定具に固定した基板１０を曲げたり引っ張ったりして、基板１０に印加する曲げ応力、引っ張り応力などを次第に増加させることができる。基板１０の加工層２１に加わる応力が増加して加工層２１が耐えられる閾値を越えると、加工層２１の応力歪が開放されて加工層２１が自発的に破断される。
【００４０】
また、基板１０のブレーキングは、適切な工具を用いて手動で行うこともできる。例えば、ガラス切りやけがきペンを用いてダイシングした基板１０の表面を引っかくことにより、加工層２１から表面２０ｔ側の非加工層２１を剥離することができる。工具によって基板１０の加工層２１に加えられた応力が加工層２１が耐えられる閾値を越えると、加工層２１の応力歪が解放されて加工層２１が破断される。
【００４１】
このように、本実施の形態では、加工層２１の方向に延びるシリコン原子３１間のレーザ照射によって変質（改質）された結合３３が他の方向の未反応の共有結合３２よりも弱いことを利用し、基板１０を他部材に接着して固定する工程を必要とすることなく、基板１０に応力を印加して直接スライシングして単離基材を得ることを可能としている。
【００４２】
したがって、本実施の形態は、接着剤を使用することがなく、コンタミネーションが生じることがない。また、基板１０を他部材に接着する工程、他部材に接着した基板１０を剥離して洗浄・乾燥する工程が必要なく、工数が削減される。更にコンタミネーションを除くための精製工程も必要としない。
【実施例】
【００４３】
以下、本実施の形態の基板加工方法を適用した実施例を示す。表１に示す実施例１〜１０において、実施例１〜４はレーザ光源１６０に用いるレーザ発振器として固体半導体レーザを用い、実施例５、６はＱスイッチレーザを、実施例７は第１のファイバレーザ、実施例８〜１０は第２のファイバレーザを用いた。発振波長は、いずれも１０６２±２ｎｍであった。
【００４４】
実施例１〜１０では、ともに赤外光用の倍率１００、ＮＡが０．８５の対物レンズを用いた。レーザ光のパルス周波数、出力、パルス幅、焦点位置（ＤＦ）、収差補正環、加工ピッチｐ、加工オフセットｗは表に示すとおりである。また、基板１０の厚さは７２５μｍであった。
【００４５】
【表１】
2015204441.tif 000003
【００４６】
これらの実施例１〜１０では、表１の条件にしたがいステップＳ１により基板１０に加工層２１を形成した。その後、ステップＳ２の基板１０の厚さ７２５μｍに対して切り込み深さ５７５μｍのハーフカットによるダイシングを施した後、ステップＳ３のブレーキングにより加工層２１にて基板を分断し、加工層２１から表面側の非加工層２２を剥離することができた。実施例１〜４は、けがきペンを用いてウェハ表面に傷を付け、手動でも加工痕の切り出しを行い、加工層２１から表面側の非加工層２２を剥離することができた。
【００４７】
図８は、スライシングの具体例の結果を示す写真である。この具体例では、発振波長１０６２±２ｎｍ、パルス幅１９０ｎｓ、出力０．９Ｗのレーザ光源１６０を用いた。そして、ＤＦ５０μｍ、シリコン収差補正環０．３ｍｍ、レーザ照射の加工ピッチ２μｍ、加工オフセット２μｍという条件で基板１０をレーザ加工して加工層２１を形成した。他の条件は上記の実施例と同様である
【００４８】
その後、基板１０を曲げることにより基板１０に曲げ応力を加えたところ、表面２０ｔにクラックが発生した。表面２０ｔの浮いた部分をけがきペンやガラス切りなどを用いて引っかくことにより、加工層２１より表面２０ｔ側の非加工層２２を剥離することができた。図中には、この剥離により露出された、加工層２１における剥離面１０ａが示されている。
【比較例】
【００４９】
実施例と比較するため、表２の条件で基板１０にレーザ加工を行い、その後で基板１０にダイシングを施した。他の条件は、上記の実施例と同様である。この後、基板１０に曲げ応力を加えることによるブレーキングを試みたが、比較例１〜１４ではいずれも失敗し、加工層２１にて基板１０を分断することはできなかった。比較例１〜４は、けがきペンを用いてウェハ表面に傷を付け、手動でも加工痕の切り出しを行ったが、いずれも失敗し、加工層２１にて基板１０を分断することはできなかった。
【００５０】
【表２】
2015204441.tif 000004
【符号の説明】
【００５１】
１０  基板
２０ｔ  表面
２１  加工層
２２  非加工層
１００  基板加工装置
１９０  レーザ集光部
【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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