JP6044919B2 - 基板加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン単結晶基板のような基板及び基板加工方法に関する。

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。）。

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。

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。

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。）。

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。

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。

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。

特開２００８−２００７７２号公報 特開２００５−２９７１５６号公報 特開２０１１−６０８６２号公報

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及び加工方法であって、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及び基板加工方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明に係る基板は、単結晶の基板であって、前記基板は、その内部に当該基板の結晶方位とは異なる結晶方位を有する周期的構造が形成された改質層を有し、前記周期的構造は連結されているものである。

前記周期的構造は、レーザ集光手段にて前記レーザ光を前記基板の表面に向けて照射することによって形成され、前記レーザ集光手段は、前記基板内部において、前記レーザ光を光軸に軸対称に集光するとともに、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ことが好ましい。

前記周期的構造は、前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させて、前記レーザ集光手段によりレーザ光を前記基板に向けて照射することによって形成されたことが好ましい。

前記周期的構造は、前記基板において前記レーザ光の集光点を相変化することによって形成することが好ましい。

前記改質層は、所定の厚さを有し、前記単結晶の基板の表面から所定の深さに形成されたことが好ましい。

前記改質層は、前記基板の表面と平行に形成されたことが好ましい。

前記改質層は、前記基板の表面と平行に複数形成されたことが好ましい。

前記基板の表面は、鏡面仕上げであることが好ましい。

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。

本発明に係る基板加工方法は、単結晶の基板を提供するステップと、前記基板の表面に向けてレーザ集光手段にてレーザ光を照射することによって、前記基板の内部に当該基板の結晶方位とは異なる結晶方位を有する周期的構造が形成された改質層を形成するステップとを有し、前記レーザ集光手段は、前記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。

前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させる工程をさらに有することが好ましい。

前記周期的構造は、前記基板において前記レーザ光の集光点を相変化することによって形成されることが好ましい。

前記改質層は、所定の厚さを有し、前記単結晶の基板の表面から所定の深さに形成されたことが好ましい。

前記改質層は、前記基板の表面と平行に形成されたことが好ましい。

前記改質層は、前記基板の表面と平行に複数形成されたことが好ましい。

前記基板の表面は、鏡面仕上げであることが好ましい。

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。

前記基板を前記改質層にて剥離することによって割断することが好ましい。

基板内部加工装置の斜視図である。 基板を載置したステージの上面図である。 基板を載置したステージの断面図である。 基板に対するレーザ光の照射を説明する図である。 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。 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。 基板における収差を説明する参考図である。 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。 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。 割断装置を示す正面図である。 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。 レーザ集光部の具体例を示す図である。 レーザ集光部の他の具体例を示す図である。 実施例１の内部改質層の断面を示す写真である。 実施例２の表面側の断面を示す写真である。 実施例２の裏面側の断面を示す写真である。 実施例３の表面側の断面を示す写真である。 実施例３の裏面側の断面を示す写真である。 実施例４の表面側の断面を示す写真である。 実施例４の裏面側の断面を示す写真である。 比較例１の表面側の断面を示す写真である。 比較例１の裏面側の断面を示す写真である。 比較例２の表面側の断面を示す写真である。 比較例２の裏面側の断面を示す写真である。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

図４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。基板内部加工装置１００においては、レーザ光１９０は、レーザ集光部１６０の対物レンズ１７０及び平凸レンズ１８０を介して基板１０に向けて照射され、基板１０内部において集光される。

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。

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１９０ｂ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。

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て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。このような状態によって、基板１０の一定の深さの範囲においてレーザ光の径を実質的に絞ることができ、当該領域において内部改質層１４を形成するために十分なエネルギー密度を確保することができる。図中においては、一定の深さの範囲ｔに形成された内部改質層１４が示されている。

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。

このように形成された内部改質層１４は、レーザ光１９０を周期的な間隔で照射したことにより、シリコン単結晶の結晶方位とは異なる結晶方位となる多結晶を有する周期的構造を有するものである。いうまでもなく、異なる結晶方位の多結晶もシリコン単結晶とは同一元素のシリコンからなるものである。

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。

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５は、第１の実施の形態を示す図である。図５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。

この第１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は、基板１０の表面に向けて照射されている。このレーザ光１９０は、基板１０によって屈折され、光軸から高い位置にある外周側の成分が、光軸から低い位置にある内周側の成分よりも基板１０の表面から浅い位置で集光している。換言すると、外周側の光は、内周側の光よりもレーザ集光部１９０に近い位置で集光している。

なお、レーザ集光部１６０の基板１０に対する位置は、図示しない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、後述するようにレーザ集光部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。

図６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と基板１０の距離が第１の実施の形態より拡大し、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。

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。

図７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。

図７（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７（ｂ）に示すように、光軸からの高さが高い光の外周側の成分が、光軸からの高さの低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。

この状態は、光軸からの高さが高い外周側の成分が光軸からの高さが低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、光線の高さと基板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。

図８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。

図９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の裏面近くに内部改質層１４ａを形成した後、図示しない集光点調整手段によってレーザ集光部１６０と基板１０の表面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の表面近くに基板１０の表面に平行に第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。

（基板の割断）
図１０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。

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。

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。

（基板の剥離）
図１１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。

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。

（レーザ集光部の具体例）
図１２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。

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。

このようなレーザ集光部１６０においては、図示しない集光点調整部は、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。

図１３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。

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。

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１においては、基板内部加工装置１００のレーザ光源１５０として波長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。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。

レーザ集光部１６０は、ＮＡ＝０．８５の補正環２１０付の対物レンズ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。このとき、対物レンズ２００と基板１０の間隔は０．６ｍｍであった。

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０．６ｍｍ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。

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１４に示すように、基板１０鏡面仕上げ側表面から０．３ｍｍの深さに加工領域の長さが３０μｍ、かつ隣接する加工痕同士が連結する状態が確認できた。この加工跡は、レーザ照射による溶解及び冷却により単結晶構造が多結晶構造に変化（相変化）したものであり、単結晶の結晶方位とは異なる結晶方位の結晶を含み、多結晶構造の領域が連結した周期的構造を有する内部加工層１４を構成している。

レーザ光源１５０として波長１０６４ｎｍのファイバーレーザＡを用いて、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、レーザ集光部１６０として開口数０．８５の赤外用対物レンズを用い、対物レンズ後の出力１．６Ｗ、パルス幅３９ｎｓ、レーザ照射間隔１μｍ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコン収差補正環０．６ｍｍで厚み７２５μｍ両面鏡面仕上げ加工（１００）のシリコン単結晶の基板１０の表面５ｍｍ×２０ｍｍの領域に向けてレーザ光１９０を照射して内部改質層１４を形成した。なお、基板１０の表面とはレーザ集光部１６０に対向する基板１０の主面をいい、基板１０のレーザ集光部１６０に対する反対側の主面を裏面というものとする。

そして、基板１０の表面と裏面の両面に接着剤を介して金属板を接着し、割断装置５０を用いて内部改質層１４を境として基板１４を分割し、露出した分割面を日本電子製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行った。図１５は、走査電子顕微鏡で表面側の分割面を拡大した写真である。図１６は、走査電子顕微鏡で裏面側の分割面を拡大した写真である。

レーザ光源１５０として波長１０６４ｎｍのファイバーレーザＢを用いて、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、レーザ集光部１６０として開口数０．８５の赤外用対物レンズを用い、対物レンズ後の出力０．８Ｗ、パルス幅３９ｎｓ、レーザ照射間隔１μｍ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコン収差補正環０．６ｍｍで厚み７２５μｍ両面鏡面仕上げ加工（１００）のシリコン単結晶の基板１０の表面５ｍｍ×２０ｍｍの領域に向けてレーザ光１９０を照射して内部加工層１４を形成した。

実施例２と同様に基板１０を分割して分割面を観察した。図１７は、走査電子顕微鏡で表面側の分割面を拡大した写真である。図１８は、走査電子顕微鏡で裏面側の分割面を拡大した写真である。

レーザ光源１５０として波長１０６４ｎｍのファイバーレーザＢを用いて、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、レーザ集光部１６０として開口数０．８５の赤外用対物レンズを用い、対物レンズ後の出力０．８Ｗ、パルス幅３９ｎｓ、レーザ照射間隔１μｍ、オフセット２μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコン収差補正環０．６ｍｍで厚み７２５μｍ両面鏡面仕上げ加工（１００）のシリコン単結晶の基板１０の表面５ｍｍ×２０ｍｍの領域に向けてレーザ光１９０を照射して内部加工層１４を形成した。

実施例２と同様に基板１０を分割して分割面を観察した。図１９は、走査電子顕微鏡で表面側の分割面を拡大した写真である。図２０は、走査電子顕微鏡で裏面側の分割面を拡大した写真である。

〔比較例１〕
レーザ光源１５０として波長１０６４ｎｍのファイバーレーザＡを用いて、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、レーザ集光部１６０として開口数０．８５の赤外用対物レンズを用い、対物レンズ後の出力１．２Ｗ、パルス幅３９ｎｓ、レーザ照射間隔１μｍ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコン収差補正環０．６ｍｍで厚み７２５μｍ両面鏡面仕上げ加工（１００）のシリコン単結晶の基板１０の表面５ｍｍ×１０ｍｍの領域に向けてレーザ光１９０を照射して内部加工層１４を形成した。

実施例２と同様に基板１０を分割して分割面を観察した。図２１は、走査電子顕微鏡で表面側の分割面を拡大した写真である。図２２は、走査電子顕微鏡で裏面側の分割面を拡大した写真である。

〔比較例２〕
レーザ光源１５０として波長１０６４ｎｍのファイバーレーザＢを用いて、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、レーザ集光部１６０として開口数０．８５の赤外用対物レンズを用い、対物レンズ後の出力０．６Ｗ、パルス幅６０ｎｓ、レーザ照射間隔１μｍ、オフセット１μｍ、空気中換算でＤＦ８０μｍ、シリコン収差補正環０．６ｍｍで厚み７２５μｍ両面鏡面仕上げ加工（１００）のシリコン単結晶の基板１０の表面５ｍｍ×１０ｍｍの領域に向けてレーザ光１９０を照射して内部加工層１４を形成した。

実施例２と同様に基板１０を分割して分割面を観察した。図２３は、走査電子顕微鏡で表面側の分割面を拡大した写真である。図２４は、走査電子顕微鏡で裏面側の分割面を拡大した写真である。

以上の実施例１〜４、比較例１〜２から明らかなように、実施例２〜４においては、実施例１のように内部加工層１４において周期的構造の加工跡が形成され、加工領域の長さが３０μｍと短く、隣接する加工跡が連結して形成されている。実施例２〜４は、このように連結して形成された加工跡を有する内部改質層１４を割段するため、周期構造を有する滑らかな断面を得ることができる。したがって、さらに研磨する必要がなく、ケミカルエッチングのような湿式工程やレーザエッチングなど別工程に要する工数及びそれに伴う不純物汚染の影響を低減することができる。

前述のように、実施例１〜４のような加工領域の長さが短く隣接する加工跡が連結して形成された内部加工層１４は、基板１０の内部においてレーザ光１９０の外周側の成分の集光点が内周側の成分の集光点よりもレーザ集光部１６０にあるように構成されたレーザ集光部１６０を用いることによって可能になるものである。

比較例１〜２においては、内部改質層１４において隣接する加工跡が連結されていないため、断面は粗い粒度を有している。したがって、この断面はさらに研磨の工程が必要である。

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。

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。

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
１５０ レーザ光源
１６０ レーザ集光部

Claims (9)

1. 単結晶の基板を提供するステップと、
   前記基板の表面に向けてレーザ集光手段にてレーザ光を照射することによって、前記基板の内部に当該基板の結晶方位とは異なる結晶方位を有する周期的構造が形成された改質層を形成するステップとを有し、
   前記レーザ集光手段は、前記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、前記周期的構造は多結晶構造を含み、隣接する多結晶構造の領域は互いに連結されていること
   を特徴とする方法。
2. 前記レーザ集光手段と前記基板を相対的に移動させる工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記周期的構造は、前記基板において前記レーザ光の集光による溶解及び冷却により単結晶構造が多結晶構造に変化して形成されること特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記改質層は、所定の厚さを有し、前記基板の表面から所定の深さに形成された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方法。
5. 前記改質層は、前記基板の表面と平行に形成された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方法。
6. 前記改質層は、前記基板の表面と平行に複数形成された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方法。
7. 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６のいずれか一項に記載の方法。
8. 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７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記基板を前記改質層にて剥離することによって割断することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。