(57)【要約】【課題】  切り屑なしに確実かつ簡単に、インゴットから基板を製造することができる基板製造方法を提供すること。【解決手段】  インゴット１の内部にレーザ光５の集光点５ａを合わせた状態で、上記インゴット１に対して上記レーザ光５の集光点５ａを相対的に移動して、上記インゴット１の内部に上記レーザ光５の照射方向に対して略垂直な方向に延在する略面状の多光子吸収による加工領域１０を形成する。そして、上記インゴット１における上記加工領域１０を境界とした一方側の部分１１と他方側の部分１２とを上記加工領域１２にて分離して、上記インゴット１から基板２を製造する。【選択図】  図１
2005277136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴットの内部にレーザ光の集光点を合わせた状態で、上記インゴットに対して上記レーザ光の集光点を相対的に移動して、上記インゴットの内部に上記レーザ光の照射方向に対して略垂直な方向に延在する略面状の多光子吸収による加工領域を形成する第１の工程と、
上記インゴットにおける上記加工領域を境界とした一方側の部分と他方側の部分とを上記加工領域にて分離する第２の工程と
を備えることを特徴とする基板製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板製造方法において、
上記レーザ光は、パルスレーザ光であり、このレーザ光のパルス幅は、１μｓ以下であることを特徴とする基板製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の基板製造方法において、
上記インゴットは、シリコンであり、上記レーザ光の波長は、８００ｎｍ以上であることを特徴とする基板製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の基板製造方法において、
上記第１の工程において、上記インゴットを上記レーザ光の照射方向に対して略平行な軸回りに回転させると共に上記レーザ光の集光点をこのレーザ光の照射方向に対して略垂直な方向に移動させて、上記加工領域を形成することを特徴とする基板製造方法。
【請求項５】
インゴットにレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
上記インゴットの内部に上記レーザ光の集光点を合わせた状態で、上記インゴットの内部に上記レーザ光の照射方向に対して略垂直な方向に延在する略面状の多光子吸収による加工領域を形成するように、上記インゴットに対して上記レーザ光の集光点を相対的に移動する移動手段と、
上記インゴットにおける上記加工領域を境界とした一方側の部分と他方側の部分とを上記加工領域にて分離する分離手段と
を備えることを特徴とする基板製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、インゴットから切り屑なしに薄い基板を製造する基板製造方法および基板製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インゴットから基板を製造する方法としては、例えば、半導体デバイスの製造に用いられるウエハを、ＳｉやＧａＡｓ等の結晶からなる円柱状または角柱状のインゴットから切断する加工が挙げられる。
【０００３】
このようなインゴットからのウエハ切断方法には、ダイヤモンドブレードソーやワイヤーソー等によって、インゴットを物理的に切削加工する方法がある。ダイヤモンドブレードソーでは、１枚切りのため時間がかかり、現在では、インゴットから複数のウエハを同時に切断できるため、ワイヤーソーが主流になっている。
【０００４】
しかしながら、この切削加工による方法では、１００μｍ以下の薄いウエハを得ることが困難であり、しかも、ワイヤーの太さ分が切り屑となって、加工時の取り代の無駄も多い。
【０００５】
このため、インゴットの無駄をできるだけ少なくするために、紫外線のエキシマレーザ光を連続発振するエキシマレーザ装置と、エキシマレーザ光を結晶インゴット表面に集光照射する集光光学系とを備え、結晶インゴットを長手方向と垂直に切断する結晶インゴット切断装置において、連続発振したエキシマレーザ光を結晶インゴットの周面に集光照射して局所的な温度上昇を起こし、熱応力による割断をおこすことによって、結晶インゴットを長手方向と垂直に切断して基板を作成する方法がある（特開２００２−１８４７２４号公報：特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、この特許文献１に示される切断方法では、インゴットの面方位が重要であり、インゴットの結晶が雲母状であるならば、インゴットを面で切断できるが、インゴットの結晶が雲母状でないならば、インゴットを面で切断できない。
【０００７】
また、別の方法として、超音波の焦点をインゴットの表面より内側にくるように超音波発振器を配置し、この超音波発振器を移動させることにより、超音波の焦点の位置に切断面を形成し、この切断面より表面の部分を基板として剥離する方法がある（特開平８−３９５００号公報：特許文献２参照）。
【０００８】
しかしながら、この特許文献２に示される切断方法では、超音波は、波長が長くてパワーがないため、切断面を形成するには、超音波の焦点の絞りが困難である。
【０００９】
また、インゴットの内部に加工面を形成して剥離する他の方法としては、半導体結晶基板の主表面から水素負イオンを注入することにより、深さ方向の水素濃度プロファイルにおいて、主表面から深さ５μｍ以上の位置に濃度ピークを有する水素高濃度層を形成した後、この水素高濃度層において半導体結晶基板より半導体薄膜を剥離する方法がある（特開２００３−１７７２３号公報：特許文献３参照）。
【００１０】
しかしながら、この特許文献３に示される剥離方法では、水素負イオンを注入する際に、例えば厚さ３０μｍ以上の半導体薄膜（基板）を作成しようとすると、負イオンの注入エネルギーを極めて高エネルギーにしなければならず、ダメージも大きくなって、厚さ３０μｍ以上の基板はつくることができない。
【特許文献１】特開２００２−１８４７２４号公報
【特許文献２】特開平８−３９５００号公報
【特許文献３】特開２００３−１７７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、この発明の課題は、切り屑なしに確実かつ簡単に、インゴットから基板を製造することができる基板製造方法および基板製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明の基板製造方法は、
インゴットの内部にレーザ光の集光点を合わせた状態で、上記インゴットに対して上記レーザ光の集光点を相対的に移動して、上記インゴットの内部に上記レーザ光の照射方向に対して略垂直な方向に延在する略面状の多光子吸収による加工領域を形成する第１の工程と、
上記インゴットにおける上記加工領域を境界とした一方側の部分と他方側の部分とを上記加工領域にて分離する第２の工程と
を備えることを特徴としている。
【００１３】
ここで、この明細書では、例えば、上記一方側の部分は、上記他方側の部分から剥離されて、基板となる。
【００１４】
この発明の基板製造方法によれば、上記インゴットの内部に上記レーザ光の多光子吸収による上記加工領域を形成し、この加工領域にて上記インゴットにおける一方側の部分と他方側の部分とを分離するので、切り屑なしに簡単に上記インゴットから上記基板を製造することができる。
【００１５】
また、上記インゴットの内部に上記レーザ光の照射方向に対して略垂直な方向に延在する上記加工領域を形成するので、上記レーザ光と上記インゴットとの位置関係が良好になる。例えば、上記インゴットが円柱状である場合、このインゴットの軸が上下方向となるようにこのインゴットを配置し、このインゴットの上方向からレーザ光を照射して、このインゴットの内部にこのインゴットの軸に対して垂直な方向に延在する加工領域を形成する。このとき、上記レーザ光を照射するレーザ装置は、上記インゴットの上方に配置されることになるので、上記インゴットから上記基板を製造するための装置の全体の横幅寸法を小さくできて、設置スペースを小さくできる。
【００１６】
また、上記インゴットの内部に略面状の加工領域を形成するので、この加工領域にて上記インゴットにおける一方側の部分と他方側の部分とを確実かつ容易に分離できて、上記インゴットから上記基板を確実かつ容易に製造することができる。
【００１７】
また、一実施形態の基板製造方法では、上記レーザ光は、パルスレーザ光であり、このレーザ光のパルス幅は、１μｓ以下である。
【００１８】
この一実施形態の基板製造方法によれば、上記レーザ光のパルス幅は、１μｓ以下であるので、上記インゴットの表面に余計なダメージを与えずに、上記インゴットの内部に多光子吸収による光学的損傷を確実に与えることができる。
【００１９】
また、一実施形態の基板製造方法では、上記インゴットは、シリコンであり、上記レーザ光の波長は、８００ｎｍ以上である。
【００２０】
この一実施形態の基板製造方法によれば、上記レーザ光の上記インゴットに対する透過性を高くできて、上記インゴットの内部に多光子吸収による加工領域を確実に形成することができる。
【００２１】
また、一実施形態の基板製造方法では、上記第１の工程において、上記インゴットを上記レーザ光の照射方向に対して略平行な軸回りに回転させると共に上記レーザ光の集光点をこのレーザ光の照射方向に対して略垂直な方向に移動させて、上記加工領域を形成する。
【００２２】
この一実施形態の基板製造方法によれば、上記インゴットおよび上記レーザ光の単純な動きで、（渦巻きまたは複数の同心円を描くように）上記加工領域を形成できて、上記インゴットおよび上記レーザ光の動作制御が容易になる。また、上記レーザ光のストロークを小さくできて、装置の小型化を図ることができる。
【００２３】
また、この発明の基板製造装置は、
インゴットにレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
上記インゴットの内部に上記レーザ光の集光点を合わせた状態で、上記インゴットの内部に上記レーザ光の照射方向に対して略垂直な方向に延在する略面状の多光子吸収による加工領域を形成するように、上記インゴットに対して上記レーザ光の集光点を相対的に移動する移動手段と、
上記インゴットにおける上記加工領域を境界とした一方側の部分と他方側の部分とを上記加工領域にて分離する分離手段と
を備えることを特徴としている。
【００２４】
この発明の基板製造装置によれば、上記インゴットの内部に上記レーザ光の多光子吸収による上記加工領域を形成する上記レーザ光照射手段および上記移動手段と、この加工領域にて上記インゴットにおける一方側の部分と他方側の部分とを分離する分離手段とを備えるので、切り屑なしに簡単に上記インゴットから上記基板を製造することができる。
【００２５】
また、上記インゴットの内部に上記レーザ光の照射方向に対して略垂直な方向に延在する上記加工領域を形成するので、上記レーザ光照射手段と上記インゴットとの位置関係が良好になる。例えば、上記インゴットが円柱状である場合、このインゴットの軸が上下方向となるようにこのインゴットを配置し、このインゴットの上方向からレーザ光を照射して、このインゴットの内部にこのインゴットの軸に対して垂直な方向に延在する加工領域を形成する。このとき、上記レーザ光照射手段は、上記インゴットの上方に配置されることになるので、基板製造装置の全体の横幅寸法を小さくできて、設置スペースを小さくできる。
【００２６】
また、上記インゴットの内部に略面状の加工領域を形成するので、この加工領域にて上記インゴットにおける一方側の部分と他方側の部分とを確実かつ容易に分離できて、上記インゴットから上記基板を確実かつ容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明の基板製造方法によれば、上記インゴットの内部に上記レーザ光の多光子吸収による上記加工領域を形成し、この加工領域にて上記インゴットにおける一方側の部分と他方側の部分とを分離するので、切り屑なしに簡単に上記インゴットから上記基板を製造することができる。
【００２８】
また、この発明の基板製造装置によれば、上記インゴットの内部に上記レーザ光の多光子吸収による上記加工領域を形成する上記レーザ光照射手段および上記移動手段と、この加工領域にて上記インゴットにおける一方側の部分と他方側の部分とを分離する分離手段とを備えるので、切り屑なしに簡単に上記インゴットから上記基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、この発明の基板製造装置の一実施形態である簡略構成図を示している。この基板製造装置３は、インゴット１から基板２を製造する装置であり、インゴット１にレーザ光５を照射するレーザ光照射手段２０と、上記レーザ光５の集光点５ａによって上記インゴット１の内部に多光子吸収による加工領域１０を形成するように上記インゴット１に対して上記レーザ光５の集光点５ａを相対的に移動する移動手段３０と、上記インゴット１における上記加工領域１０を境界とした一方側の部分１１と他方側の部分１２とを上記加工領域１０にて分離する分離手段４０とを備える。
【００３１】
なお、以下の説明において、上記レーザ光照射手段２０から上記レーザ光５を照射する方向を、Ｚ方向といい、上記レーザ光５の照射方向（Ｚ方向）に対して垂直な方向を、ＸＹ方向という。
【００３２】
上記インゴット１は、円柱状のシリコンインゴットであり、上記基板２は、円形のシリコンウエハである。
【００３３】
上記レーザ光照射手段２０は、レーザ光５を発振するレーザ発振器４と、このレーザ発振器４から発振するレーザ光５を集光する集光レンズ６とを備える。
【００３４】
上記移動手段３０は、上記インゴット１が搭載されて上記インゴット１を上記Ｚ方向の軸回りに回転させる回転ステージ７と、上記レーザ光照射手段２０を上記ＸＹ方向および上記Ｚ方向に移動させるレーザ装置駆動部２１とを備える。
【００３５】
そして、上記移動手段３０により、上記インゴット１の内部に上記レーザ光５の集光点５ａを合わせた状態で、上記インゴット１を上記軸回りに回転させると共に上記レーザ光５の集光点５ａを上記ＸＹ方向に移動させて、上記インゴット１の内部に上記ＸＹ方向に延在する略面状の多光子吸収による加工領域１０を形成する。
【００３６】
ここで、多光子吸収とは、レーザ光の強度を非常に大きくした場合に発生する現象であり、上記インゴット１の表面に余計なダメージを与えずに、上記インゴット１の内部に光学的損傷を与えるものである。そして、この光学的損傷により上記インゴット１の内部に熱ひずみが誘起されて、上記インゴット１の内部にクラックを発生させることができる。すなわち、上記インゴット１の内部は、多光子吸収によって局所的に加熱され、この加熱により、上記インゴット１の内部に上記加工領域１０が形成される。この加工領域１０により、上記インゴット１のシリコン結合を切断しやすくなり、好適に剥離が行なわれ、容易に円形の基板２を得ることが可能となる。
【００３７】
上記分離手段４０は、上記一方側の部分１１を保持して、上記一方側の部分１１を上記他方側の部分１２から剥離するアーム８を備える。すなわち、この剥離された一方側の部分１１が、上記基板２となる。
【００３８】
上記分離手段４０としては、例えば、真空チャック、静電チャックまたはベルヌーイ法等を用いて、上記基板２（剥離ウエハ）を破損しないようにハンドリングする必要がある。また、接着剤により保持ベースを接着したり、感圧接着テープ等を貼り付けたりして、剥離ウエハをハンドリングするようにしてもよい。
【００３９】
なお、大面積の基板２を破損することなくハンドリングするためには、全面にわたり均一な保持力で保持する必要がある。このとき、上記分離手段４０としては、例えば、真空チャックを利用し、この真空チャックとしては、保持面全面に微小な吸着孔が均一かつ高密度に形成されているものを使用することが好ましく、このときのアーム８は、例えば、先端に吸着機構を有する。
【００４０】
次に、上記構成の基板製造装置３を用いて、インゴット１から基板２を製造する方法を説明する。
【００４１】
円柱状のインゴット１を、このインゴット１の軸が上下方向（上記Ｚ方向）となるように、上記回転ステージ７上に搭載する。上記レーザ装置駆動部２１により、上記レーザ光照射手段２０を、上記インゴット１の上面の上部に配置する。
【００４２】
そして、上記レーザ光照射手段２０から上記レーザ光５を上記インゴット１の上面側に向けて照射する。なお、上記インゴット１のレーザ入射面である表面（上面）は、平坦にしておく。
【００４３】
その後、上記インゴット１の上面から一定の深さの位置（上記インゴット１の内部）に、上記レーザ光５の集光点５ａを合わせた状態で、上記回転ステージ７にて上記インゴット１を軸回りに回転させると共に、上記レーザ装置駆動部２１にて上記レーザ光５の集光点５ａを上記ＸＹ方向に移動させる。
【００４４】
ここで、上記レーザ光５の集光点５ａの移動方向としては、例えば、上記インゴット１の中心から径方向外側に向けて移動させ、このとき、上記レーザ光５の集光点５ａは、上記インゴット１の上方からみて、上記インゴット１の内部に対して、渦巻きまたは複数の同心円を描くように照射していく。
【００４５】
この結果、上記インゴット１の内部に、上記レーザ光５の照射方向（上記Ｚ方向）に対して略垂直な方向（上記ＸＹ方向）に延在する略面状の多光子吸収による上記加工領域１０が形成される。
【００４６】
ここで、上記レーザ光５は、パルスレーザ光であり、このレーザ光５の集光点５ａにおける電界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上でかつパルス幅が１μｍｓ以下の条件で照射される。この条件での照射により、上記インゴット１の内部に、多光子吸収による光学的損傷を確実に与えることができる。また、上記レーザ光５の波長は、８００ｎｍ以上であり、上記シリコンのインゴット１に対する上記レーザ光５の透過性を高くできて、上記インゴット１の内部に多光子吸収による上記加工領域１０を確実に形成することができる。
【００４７】
そして、上記分離手段４０の上記アーム８にて、上記一方側の部分１１を保持し上記他方側の部分１２から剥離して、上記基板２を得る。
【００４８】
その後、新たな基板２を得たい場合は、上記レーザ装置駆動部２１により、上記レーザ光照射手段２０をＺ方向に所定長さ下げ、下方に下がった場所に上記レーザ光５を照射し、上述と同じ方法で、新たな円形の基板２を製造する。
【００４９】
なお、上述の方法では、上記レーザ光照射手段２０をＺ方向に所定長さ下げたが、上記回転ステージ７をＺ方向に所定長さ上げるようにしてもよい。または、上記レーザ光照射手段２０をＺ方向に下げた距離と、上記回転ステージ７をＺ方向に上げた距離とを加えて、上記所定長さとなるようにしてもよい。
【００５０】
以上説明したように、上記構成の基板製造装置３によれば、上記インゴット１の内部に上記レーザ光５の多光子吸収による上記加工領域１０を形成し、この加工領域１０にて上記一方側の部分１１と上記他方側の部分１２とを分離するので、切り屑なしに簡単に上記インゴット１から上記基板２を製造することができて、上記インゴット１の材料が無駄にならない。
【００５１】
また、上記インゴット１の内部に上記レーザ光５の照射方向に対して略垂直な方向に延在する上記加工領域１０を形成するので、上記レーザ光照射手段２０と上記インゴット１との位置関係が良好になる。すなわち、上記レーザ光照射手段２０は、上記インゴット１の上方に配置されることになるので、上記基板製造装置３の全体の横幅寸法を小さくできて、設置スペースを小さくできる。
【００５２】
また、上記インゴット１の内部に略面状の加工領域１０を形成するので、この加工領域１０にて上記一方側の部分１１と上記他方側の部分１２とを確実かつ容易に分離できて、上記インゴット１から上記基板２を確実かつ容易に製造することができる。
【００５３】
次に、上記基板製造装置３を用いてインゴット１から基板２を製造する実施例を示す。
【００５４】
直径１５０ｍｍの円柱状のシリコンインゴット１を用意した。このシリコンインゴット１の上方にレーザ光照射手段２０を移動し、このインゴット１の水平面である上面から５０μｍの深さにレーザ光５の焦点を合わせ、このインゴット１を回転させ、上記レーザ光５の集光点５ａにおけるスポット径が２０μｍでかつ波長が１０６４ｎｍの条件で、上記レーザ光５を上記インゴット１の中心から径方向外側に動かしながら照射した。
【００５５】
上記インゴット１の内部に上記加工領域１０が形成されたため、上記インゴット１のシリコン結合を切断しやすくなり、上記一方側の部分１１を上記他方側の部分１２から好適に剥離することができて、先端に吸着機構を有する上記アーム８によって、容易に円形の基板２を得ることができた。
【００５６】
（第２の実施形態）
図２は、この発明の他の実施形態を示している。この基板製造装置は、上記第１の実施形態の構成に加えて、さらに、切り欠き用レーザ光照射手段５０を備える。なお、図２では、上記インゴット１および上記切り欠き用レーザ光照射手段５０を示し、上記第１の実施形態の構成は省略している。
【００５７】
この切り欠き用レーザ光照射手段５０は、上記レーザ光照射手段２０と同様に、レーザ光５５を発振するレーザ発振器５４と、このレーザ発振器５４から発振するレーザ光５５を集光する集光レンズ５６とを備える。
【００５８】
そして、上記一方側の部分１１と上記他方側の部分１２とを分離する前に、上記レーザ発振器５４から発振する上記レーザ光５５を上記集光レンズ５６で集光して、上記インゴット１に分離の起点になる切り欠き９を形成する。この切り欠き９は、上記インゴット１の上記加工領域１０の端部の一部に形成してもよく、または、上記インゴット１の円周に形成してもよい。
【００５９】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記インゴット１は、角柱状でもよく、また、上記インゴット１として、結晶インゴット、例えばＧａＡｓのインゴットを用いてもよい。また、上記加工領域１０は、上記インゴット１の軸に対して垂直でない傾斜した方向に延在してもよく、上記インゴット１の軸に対して傾斜した一定厚さの基板２を得るようにしてもよい。また、上記回転ステージ７の代わりに、ＸＹ方向に移動するステージに上記インゴット１を乗せて、上記インゴット１の内部に上記レーザ光５の集光点５ａを合わせた状態で、上記インゴット１に対して上記レーザ光５の集光点５ａを相対的に移動し、上記加工領域１０を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の基板製造装置の第１実施形態を示す簡略構成図である。
【図２】本発明の基板製造装置の第２実施形態を示す簡略構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１    インゴット
２    基板
３    基板製造装置
４    レーザ発振器
５    レーザ光
５ａ  集光点
６    集光レンズ
７    回転ステージ
８    アーム
９    切り欠き
１０  加工領域
１１  一方側の部分
１２  他方側の部分
２０  レーザ光照射手段
２１  レーザ装置駆動部
３０  移動手段
４０  分離手段
【図１】
2005277136.tif 000003
【図２】
2005277136.tif 000004