单晶硅基板的制造方法与流程

1.本发明涉及单晶硅基板的制造方法，从由单晶硅构成的被加工物制造基板，该单晶硅按照晶面{100}所包含的特定的晶面在正面和背面上分别露出的方式制造。


背景技术：

2.半导体器件的芯片通常使用圆盘状的单晶硅基板(以下也简称为“基板”)而制造。该基板例如是利用线切割机从由圆柱状的单晶硅构成的锭(以下也简称为“锭”)切出的(例如参照专利文献1)。
3.专利文献1：日本特开平9-262826号公报
4.使用线切割机从锭切出基板时的切削余量为300μm左右，比较大。另外，在这样切出的基板的正面上形成有微细的凹凸，并且该基板整体上弯曲(在基板上产生翘曲)。因此，在该基板中，需要对该正面实施研磨、蚀刻和/或抛光而使正面平坦化。
5.在该情况下，最终作为基板利用的单晶硅的原材料量为锭整体的原材料量的2/3左右。即，锭整体的原材料量的1/3左右在从锭切出基板和基板的平坦化时被废弃。因此，在这样使用线切割机而制造基板的情况下，生产率降低。


技术实现要素：

6.鉴于该点，本发明的目的在于提供生产率高的单晶硅基板的制造方法。
7.根据本发明，提供单晶硅基板的制造方法，从由单晶硅构成的被加工物制造基板，该单晶硅按照晶面{100}所包含的特定的晶面在正面和背面上分别露出的方式制造，其中，该单晶硅基板的制造方法具有如下的步骤：剥离层形成步骤，在该被加工物的内部形成包含改质部和从该改质部伸展的裂纹的剥离层；以及分离步骤，在实施了该剥离层形成步骤之后，以该剥离层为起点而从该被加工物分离该基板，该剥离层形成步骤具有如下的步骤：第一加工步骤，用于在多个第一区域中形成该剥离层，该多个第一区域分别沿着与该特定的晶面平行且与晶向《100》所包含的特定的晶向所成的角为5
°
以下的第一方向延伸，并且在与该特定的晶面平行且与该第一方向垂直的第二方向上相互分离；以及第二加工步骤，用于在实施了该第一加工步骤之后在多个第二区域中形成该剥离层，该多个第二区域分别沿着该第一方向延伸，并且在该第二方向上相互分离，在该多个第一区域中的相邻的一对第一区域之间定位有该多个第二区域中的任意第二区域，在该多个第二区域中的相邻的一对第二区域之间定位有该多个第一区域中的任意第一区域，该第一加工步骤通过交替地重复如下的步骤而实施：第一激光束照射步骤，在将透过该单晶硅的波长的激光束的聚光点定位于任意的该多个第一区域的状态下，使该聚光点和该被加工物沿着该第一方向相对地移动；以及第一分度进给步骤，使形成该聚光点的位置和该被加工物沿着该第二方向相对地移动，该第二加工步骤通过交替地重复如下的步骤而实施：第二激光束照射步骤，在将该聚光点定位于任意的该多个第二区域的状态下，使该聚光点和该被加工物沿着该第一方向相对地移动；以及第二分度进给步骤，使形成该聚光点的位置和该被加工物沿着该第二方
向相对地移动。
8.优选该剥离层形成步骤具有如下的第三加工步骤：该第三加工步骤用于在实施该第一加工步骤之前从该多个第一区域和该多个第二区域中的位于该第二方向的一端的区域朝向位于另一端的区域依次形成该剥离层，该第三加工步骤通过交替地重复如下的步骤而实施：第三激光束照射步骤，在将该聚光点定位于任意的该多个第一区域和该多个第二区域的状态下，使该聚光点和该被加工物沿着该第一方向相对地移动；以及第三分度进给步骤，使形成该聚光点的位置和该被加工物沿着该第二方向相对地移动。
9.在本发明中，在利用透过单晶硅的波长的激光束在由单晶硅构成的被加工物的内部形成了剥离层之后，以该剥离层为起点而从被加工物分离基板。由此，与使用线切割机从被加工物制造基板的情况相比，能够提高单晶硅基板的生产率。
附图说明
10.图1是示意性示出锭的一例的立体图。
11.图2是示意性示出锭的一例的俯视图。
12.图3是示意性示出单晶硅基板的制造方法的一例的流程图。
13.图4是示意性示出锭所包含的多个区域的俯视图。
14.图5是示意性示出剥离层形成步骤的一例的流程图。
15.图6是示意性示出激光加工装置的一例的图。
16.图7是示意性示出对锭进行保持的保持工作台的俯视图。
17.图8是示意性示出第一加工步骤的一例的流程图。
18.图9的(a)是示意性示出第一激光束照射步骤的一例的情况的俯视图，图9的(b)是示意性示出第一激光束照射步骤的一例的情况的局部剖视侧视图。
19.图10是示意性示出在第一激光束照射步骤中形成于锭的内部的剥离层的剖视图。
20.图11是示意性示出通过再次实施第一激光束照射步骤而形成于锭的内部的剥离层的剖视图。
21.图12是示意性示出第二加工步骤的一例的流程图。
22.图13是示意性示出通过实施第二激光束照射步骤而形成于锭的内部的剥离层的剖视图。
23.图14的(a)和图14的(b)分别是示意性示出分离步骤的一例的情况的局部剖视侧视图。
24.图15是示出在对沿着分别不同的晶向的区域照射激光束时形成于由单晶硅构成的被加工物的内部的剥离层的宽度的曲线图。
25.图16是示意性示出剥离层形成步骤的其他例的流程图。
26.图17是示意性示出第三加工步骤的一例的流程图。
27.图18是示意性示出通过重复实施第三激光束照射步骤而形成于锭的内部的剥离层的剖视图。
28.图19的(a)和图19的(b)分别是示意性示出分离步骤的其他例的局部剖视侧视图。
29.图20的(a)、图20的(b)和图20的(c)分别是示出形成于实施例1的锭的剥离层的剖面照片。
30.图21的(a)、图21的(b)和图21的(c)分别是示出形成于实施例2的锭的剥离层的剖面照片。
31.图22的(a)是示出形成于实施例1的锭的20个裂纹在锭的厚度方向的成分的分布的曲线图，图22的(b)是示出形成于实施例2的锭的20个裂纹在锭的厚度方向的成分的分布的曲线图。
32.标号说明
33.2：激光加工装置；4：保持工作台；6：激光束照射单元；8：激光振荡器；10：衰减器；11：锭(11a：正面、11b：背面、11c：侧面)(11d：第一区域、11e：第二区域)；12：分支单元；13：定向平面；14：反射镜；15：剥离层(15a：改质部、15b：裂纹)；15-1、15-2、15-3、15-4：剥离层；16：照射头；17：基板；18：分离装置；20：保持工作台；22：分离单元；24：支承部件；26：基台；28：可动部件(28a：立设部、28b：楔部)；30：分离装置；32：保持工作台；34：分离单元；36：支承部件；38：吸引板。
具体实施方式
34.参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是示意性示出锭的一例的立体图，图2是示意性示出锭的一例的俯视图。另外，在图1中，还示出在该锭所包含的平面上露出的单晶硅的晶面。另外，在图2中，还示出构成该锭的单晶硅的晶向。
35.图1和图2所示的锭11由晶面{100}所包含的特定的晶面(这里为了便于说明，记为晶面(100))在正面11a和背面11b上分别露出的圆柱状的单晶硅构成。即，该锭11由正面11a和背面11b各自的垂线(晶轴)沿着晶向[100]的圆柱状的单晶硅构成。
[0036]
另外，锭11虽然按照晶面(100)在正面11a和背面11b上分别露出的方式制造，但是由于制造时的加工误差等，也可以是从晶面(100)略微倾斜的面在正面11a和背面11b上分别露出。
[0037]
具体而言，可以在锭11的正面11a和背面11b上分别露出与晶面(100)所成的角为1
°
以下的面。即，锭11的晶轴可以沿着与晶向[100]所成的角为1
°
以下的方向。
[0038]
另外，在锭11的侧面11c上形成有定向平面13，从该定向平面13观察，锭11的中心c位于晶向《110》所包含的特定的晶向(这里为了便于说明，记为晶向[011])。即，在该定向平面13中，单晶硅的晶面(011)露出。
[0039]
图3是示意性示出从作为被加工物的锭11制造基板的单晶硅基板的制造方法的一例的流程图。在该方法中，首先在锭11的内部形成包含改质部和从改质部伸展的裂纹的剥离层(剥离层形成步骤：s1)。
[0040]
在该剥离层形成步骤(s1)中，对锭11所包含的多个区域依次形成剥离层。图4是示意性示出锭11所包含的多个区域的俯视图。另外，图5是示意性示出剥离层形成步骤(s1)的一例的流程图。
[0041]
在该剥离层形成步骤(s1)中，首先在分别沿着晶向[010]延伸并且在晶向[001]上相互分离的多个第一区域11d中形成剥离层(第一加工步骤：s11)。
[0042]
并且，在第一加工步骤(s11)完成后，在分别沿着晶向[010]延伸并且定位于相邻的一对第一区域11d之间的多个第二区域11e中形成剥离层(第二加工步骤：s12)。
[0043]
另外，在剥离层形成步骤(s1)中，使用激光加工装置在锭11的内部形成剥离层。图
6是示意性示出在锭11的内部形成剥离层时使用的激光加工装置的一例的图。
[0044]
另外，图6所示的x轴方向(第一方向)和y轴方向(第二方向)是在水平面上相互垂直的方向，另外，z轴方向是与x轴方向和y轴方向分别垂直的方向(铅垂方向)。另外，在图6中，将激光加工装置的构成要素的一部分用功能块示出。
[0045]
图6所示的激光加工装置2具有圆盘状的保持工作台4。该保持工作台4例如具有与x轴方向和y轴方向平行的圆状的上表面(保持面)。另外，保持工作台4具有上表面在该保持面上露出的圆盘状的多孔板(未图示)。
[0046]
另外，该多孔板经由设置于保持工作台4的内部的流路等而与喷射器等吸引源(未图示)连通。并且，当该吸引源进行动作时，在保持工作台4的保持面附近的空间产生负压。由此，例如能够利用保持工作台4对放置于保持面的锭11进行保持。
[0047]
另外，在保持工作台4的上方设置有激光束照射单元6。该激光束照射单元6具有激光振荡器8。该激光振荡器8例如具有作为激光介质的nd：yag等，照射透过构成锭11的材料(单晶硅)的波长(例如为1064nm)的脉冲状的激光束lb。
[0048]
该激光束lb在通过衰减器10调整了输出之后被提供至分支单元12。该分支单元12构成为包含具有通常被称为lcos(liquid crystal on silicon，硅基液晶)的液晶相位控制元件的空间光调制器和/或衍射光学元件(doe)等。
[0049]
并且，分支单元12按照从后述的照射头16照射至保持工作台4的保持面侧的激光束lb形成沿着y轴方向排列的多个聚光点的方式对激光束lb进行分支。
[0050]
在分支单元12中进行了分支的激光束lb通过反射镜14反射而引导至照射头16。在该照射头16中收纳有使激光束lb会聚的聚光透镜(未图示)等。并且，利用该聚光透镜会聚的激光束lb照射至保持工作台4的保持面侧。
[0051]
另外，激光束照射单元6的照射头16与移动机构(未图示)连结。该移动机构例如构成为包含滚珠丝杠等，使照射头16沿着x轴方向、y轴方向和/或z轴方向移动。
[0052]
并且，在激光加工装置2中，通过使该移动机构进行动作，能够调整从照射头16照射至保持工作台4的保持面侧的激光束lb的聚光点在x轴方向、y轴方向和z轴方向上的位置(坐标)。
[0053]
在激光加工装置2中实施剥离层形成步骤(s1)时，首先通过保持工作台4对正面11a朝上的状态的锭11进行保持。图7是示意性示出对锭11进行保持的保持工作台4的俯视图。
[0054]
该锭11例如以从定向平面13朝向锭11的中心c的方向(晶向[011])与x轴方向和y轴方向分别所成的角为45
°
的状态保持于保持工作台4。
[0055]
即，锭11例如以晶向[010]与x轴方向平行且晶向[001]与y轴方向平行的状态保持于保持工作台4。若这样将锭11保持于保持工作台4，则实施第一加工步骤(s11)。
[0056]
图8是示意性示出第一加工步骤(s11)的一例的流程图。在该第一加工步骤(s11)中，首先在将激光束lb的聚光点定位于多个第一区域11d中的任意第一区域11d的状态下，使聚光点和锭11沿着x轴方向(晶向[010])相对地移动(第一激光束照射步骤：s111)。
[0057]
图9的(a)是示意性示出第一激光束照射步骤(s111)的一例的情况的俯视图，图9的(b)是示意性示出第一激光束照射步骤(s111)的一例的情况的局部剖视侧视图。另外，图10是示意性示出在第一激光束照射步骤(s111)中形成于锭11的内部的剥离层的剖视图。
[0058]
在该第一激光束照射步骤(s111)中，例如最初在多个第一区域11d中的位于y轴方向(晶向[001])的一端的第一区域11d中形成剥离层。具体而言，首先按照在俯视时从激光束照射单元6的照射头16观察，该第一区域11d在x轴方向上定位的方式定位照射头16。
[0059]
接着，按照将通过使所分支的各激光束lb会聚而形成的多个聚光点定位于与锭11的内部对应的高度的方式使照射头16升降。
[0060]
接着，一边从照射头16朝向保持工作台4照射激光束lb，一边按照俯视时从锭11的x轴方向(晶向[010])的一端通过到另一端的方式使照射头16移动(参照图9的(a)和图9的(b))。
[0061]
由此，在将多个聚光点定位于锭11的内部的状态下，多个聚光点和锭11沿着x轴方向(晶向[010])相对地移动。另外，激光束lb例如按照形成在y轴方向(晶向[001])上等间隔地并列的多个(例如5个)聚光点的方式进行分支并会聚(参照图10)。
[0062]
并且，在锭11的内部，分别以多个聚光点为中心而形成单晶硅的结晶构造紊乱的改质部15a。另外，当在锭11的内部形成改质部15a时，锭11的体积膨胀而在锭11中产生内部应力。
[0063]
该内部应力通过裂纹15b从改质部15a伸展而缓和。其结果是，在锭11的内部形成包含多个改质部15a和从多个改质部15a分别进展的裂纹15b的剥离层15。
[0064]
这里，单晶硅通常在晶面{111}所包含的特定的晶面上最容易解理，在晶面{110}所包含的特定的晶面上第二容易解理。
[0065]
因此，例如当沿着构成锭的单晶硅的晶向《110》所包含的特定的晶向(例如晶向[011])形成改质部时，大量产生从该改质部沿着晶面{111}所包含的特定的晶面伸展的裂纹。
[0066]
另一方面，当在沿着单晶硅的晶向《100》所包含的特定的晶向的区域按照俯视时沿着与该区域延伸的方向垂直的方向并列的方式形成多个改质部时，大量产生分别从该多个改质部沿着晶面{n10}(n为除了0以外的绝对值为10以下的整数)中的与该区域延伸的方向平行的晶面伸展的裂纹。
[0067]
例如当如上述那样在沿着晶向[010]的区域按照在晶向[001]上等间隔地并列的方式形成多个改质部15a时，分别从该多个改质部15a沿着晶面{n10}(n为10以下的自然数)中的与晶向[010]平行的晶面伸展的裂纹增多。
[0068]
具体而言，在这样形成多个改质部15a的情况下，在以下的晶面上，裂纹容易伸展。
[0069]
(101)，(201)，(301)，(401)，(501)，(601)，(701)，(801)，(901)，(1001)
[0070][0071]
并且，在锭11的正面11a和背面11b上露出的晶面(100)与晶面{n10}中的与晶向[010]平行的晶面所成的角为45
°
以下。另一方面，晶面(100)与晶面{111}所包含的特定的晶面所成的角为54.7
°
左右。
[0072]
因此，在沿着晶向[010]向锭11照射激光束lb的情况(前者的情况)下，与沿着晶向[011]照射激光束lb的情况(后者的情况)相比，剥离层15容易变宽且变薄。即，关于图10所示的剥离层15的宽度(w1)与厚度(t1)之比的值(w1/t1)，前者的情况比后者的情况大。
[0073]
并且，在未完成激光束lb对全部的多个第一区域11d的照射的状况下(步骤(s112)：否)，使形成聚光点的位置和锭11沿着y轴方向(晶向[001])相对地移动(第一分度
进给步骤：s113)。
[0074]
在该第一分度进给步骤(s113)中，例如使照射头16沿着y轴方向(晶向[001])移动，直至从与已经形成有剥离层15的第一区域11d相邻的未形成剥离层15的第一区域11d观察时照射头16在x轴方向(晶向[010])上定位为止。
[0075]
接着，再次实施上述第一激光束照射步骤(s111)。当这样再次实施第一激光束照射步骤(s111)时，如图11所示，在锭11的内部形成与已经形成的剥离层15(剥离层15-1)平行且在y轴方向(晶向[001])上从剥离层15-1分离的剥离层15(剥离层15-2)。
[0076]
另外，交替地重复实施第一分度进给步骤(s113)和第一激光束照射步骤(s111)，直至在锭11所包含的多个第一区域11d全部形成剥离层15为止。并且，若在全部的多个第一区域11d形成剥离层15(步骤(s112)：是)，则实施第二加工步骤(s12)。
[0077]
图12是示意性示出第二加工步骤(s12)的一例的流程图。在该第二加工步骤(s12)中，首先在将激光束lb的聚光点定位于多个第二区域11e中的任意第二区域11e的状态下，使聚光点和锭11沿着x轴方向(晶向[010])相对地移动(第二激光束照射步骤：s121)。
[0078]
另外，第二激光束照射步骤(s121)与上述第一激光束照射步骤(s111)同样地实施，因此省略其详细说明。当实施第二激光束照射步骤(s121)时，如图13所示，在锭11的内部形成与已经形成的剥离层15(剥离层15-1、15-2)平行且位于这些剥离层15(剥离层15-1、15-2)之间的剥离层15(剥离层15-3)。
[0079]
这里，从剥离层15-3所包含的改质部15a伸展的裂纹15b(前者的裂纹)容易按照与已有的剥离层15-1、15-2所包含的裂纹15b(后者的裂纹)相连的方式伸展。
[0080]
因此，在前者的裂纹中，与后者的裂纹相比，沿着y轴方向(晶向[001])的成分容易比沿着z轴方向(晶向[100])的成分大。
[0081]
在该情况下，与剥离层15-1、15-2相比，剥离层15-3容易变宽且变薄。即，图13所示的剥离层15-3的宽度(w2)与厚度(t2)之比的值(w2/t2)大于图10所示的剥离层15(剥离层15-1、15-2)的宽度(w1)与厚度(t1)之比的值(w1/t1)。
[0082]
并且，在未完成激光束lb对全部的多个第二区域11e的照射的状况下(步骤(s122)：否)，使形成聚光点的位置和锭11沿着y轴方向(晶向[001])相对地移动(第二分度进给步骤：s123)。
[0083]
在该第二分度进给步骤(s123)中，例如使照射头16沿着y轴方向(晶向[001])移动，直至从与已经形成有剥离层15的第二区域11e相邻的未形成剥离层15的第二区域11e观察时照射头16在x轴方向(晶向[010])上定位为止。
[0084]
接着，再次实施上述第二激光束照射步骤(s121)。另外，交替地重复实施第二分度进给步骤(s123)和第二激光束照射步骤(s121)，直至在锭11所包含的多个第二区域11e全部形成剥离层15为止。
[0085]
并且，若在全部的多个第二区域11e形成剥离层15(步骤(s122)：是)，则以剥离层15为起点而从锭11分离基板(分离步骤：s4)。
[0086]
图14的(a)和图14的(b)分别是示出分离步骤(s2)的一例的情况的局部剖视侧视图。该分离步骤(s2)例如在图14的(a)和图14的(b)所示的分离装置18中实施。该分离装置18具有对形成有剥离层15的锭11进行保持的保持工作台20。
[0087]
该保持工作台20具有圆状的上表面(保持面)，多孔板(未图示)在该保持面上露
出。另外，该多孔板经由形成于保持工作台20的内部的流路等而与真空泵等吸引源(未图示)连通。并且，当该吸引源进行动作时，在保持工作台20的保持面附近的空间产生负压。
[0088]
另外，在保持工作台20的上方设置有分离单元22。该分离单元22具有圆柱状的支承部件24。在该支承部件24的上部例如连结有滚珠丝杠式的升降机构(未图示)和电动机等旋转驱动源。
[0089]
并且，通过使该升降机构进行动作而使分离单元22升降。另外，通过使该旋转驱动源进行动作，支承部件24以通过支承部件24的中心且沿着与保持工作台20的保持面垂直的方向的直线为旋转轴而旋转。
[0090]
另外，支承部件24的下端部固定于圆盘状的基台26的上部的中央。在该基台26的外周区域的下侧沿着基台26的周向大致等间隔地设置有多个可动部件28。该可动部件28具有从基台26的下表面朝向下方而延伸的板状的立设部28a。
[0091]
该立设部28a的上端部与内置于基台26的气缸等致动器连结，通过使该致动器进行动作，可动部件28沿着基台26的径向移动。另外，在该立设部28a的下端部的内侧面上设置有朝向基台26的中心延伸且厚度越靠近前端越薄的板状的楔部28b。
[0092]
在分离装置18中，例如按照以下的顺序实施分离步骤(s2)。具体而言，首先按照使形成有剥离层15的锭11的背面11b的中心与保持工作台20的保持面的中心一致的方式，将锭11放置于保持工作台20。
[0093]
接着，使与在该保持面上露出的多孔板连通的吸引源进行动作，以便通过保持工作台20对锭11进行保持。接着，按照将多个可动部件28分别定位于基台26的径向外侧的方式使致动器进行动作。
[0094]
接着，按照将多个可动部件28各自的楔部28b的前端定位于与形成于锭11的内部的剥离层15对应的高度的方式使升降机构进行动作。接着，按照将楔部28b打入锭11的侧面11c的方式使致动器进行动作(参照图14的(a))。
[0095]
接着，按照使打入锭11的侧面11c的楔部28b旋转的方式使旋转驱动源进行动作。接着，按照使楔部28b上升的方式使升降机构进行动作(参照图14的(b))。
[0096]
在如上述那样将楔部28b打入锭11的侧面11c并且使楔部28b旋转之后，使楔部28b上升，由此剥离层15所包含的裂纹15b进一步伸展。其结果是，锭11的正面11a侧和背面11b侧分离。即，以剥离层15为起点而从锭11制造基板17。
[0097]
另外，在将楔部28b打入锭11的侧面11c的时刻锭11的正面11a侧和背面11b侧能够分离的情况下，也可以不使楔部28b旋转。另外，也可以使致动器和旋转驱动源同时进行动作而将旋转的楔部28b打入锭11的侧面11c。
[0098]
在上述单晶硅基板的制造方法中，在利用透过单晶硅的波长的激光束lb在锭11的内部形成了剥离层15之后，以该剥离层15为起点而从锭11分离基板17。
[0099]
由此，与使用线切割机从锭11制造基板17的情况相比，能够减少从锭11制造基板17时所废弃的原材料量，能够提高基板17的生产率。
[0100]
另外，在该方法中，在沿着晶向[010](x轴方向)的区域按照沿着晶向[001](y轴方向)并列的方式形成多个改质部15a。在该情况下，分别从多个改质部15a沿着晶面{n10}(n为10以下的自然数)中的与晶向[010]平行的晶面伸展的裂纹增多。
[0101]
由此，与沿着晶向[011]向锭11照射激光束lb的情况相比，能够使剥离层15变宽且
变薄。其结果是，能够进一步降低从锭11制造基板17时所废弃的原材料量，能够进一步提高基板17的生产率。
[0102]
另外，在该方法中，在锭11所包含的多个第一区域11d中形成了剥离层15(剥离层15-1、15-2)之后，在多个第二区域11e中形成剥离层15(剥离层15-3)。这里，在剥离层15-3中，与剥离层15-1、15-2所包含的裂纹15b相比，容易形成沿着y轴方向(晶向[001])的成分较大的裂纹15b。
[0103]
即，在该情况下，剥离层15-3的宽度(w2)与厚度(t2)之比的值(w2/t2)大于剥离层15-1、15-2的宽度(w1)与厚度(t1)之比的值(w1/t1)。其结果是，能够进一步降低从锭11制造基板17时所废弃的原材料量，能够进一步提高基板17的生产率。
[0104]
另外，上述单晶硅基板的制造方法是本发明的一个方式，本发明不限于上述方法。例如在本发明中用于制造基板的锭不限于图1和图2等所示的锭11。
[0105]
具体而言，在本发明中，可以从侧面上形成有凹口的锭制造基板。或者在本发明中，可以从侧面上未形成定向平面和凹口中的任意一方的锭制造基板。
[0106]
另外，在本发明中使用的激光加工装置的构造不限于上述激光加工装置2的构造。例如本发明可以使用设置有使保持工作台4分别沿着x轴方向、y轴方向和/或z轴方向移动的移动机构的激光加工装置来实施。
[0107]
即，在本发明中，只要对锭11进行保持的保持工作台4和照射激光束lb的激光束照射单元6的照射头16能够分别沿着x轴方向、y轴方向和z轴方向相对地移动即可，用于移动的构造没有限定。
[0108]
另外，在本发明的剥离层形成步骤(s1)中照射激光束lb的锭11所包含的多个第一区域和多个第二区域不限于图4所示的多个第一区域11d和多个第二区域11e。例如在本发明中，多个第一区域分别可以位于相邻的一对第二区域之间。
[0109]
另外，在本发明的剥离层形成步骤(s1)中照射激光束lb的锭11所包含的多个第一区域和多个第二区域不限于沿着晶向[010]的区域。例如在本发明中，可以向沿着晶向[001]的区域照射激光束lb。
[0110]
另外，在这样向锭11照射激光束lb的情况下，在以下的晶面上，裂纹容易伸展。
[0111]
(110)，(210)，(310)，(410)，(510)，(610)，(710)，(810)，(910)，(1010)
[0112][0113]
另外，在本发明中，可以向沿着俯视时从晶向[010]或晶向[001]略微倾斜的方向的区域照射激光束lb。对于这点，参照图15进行说明。
[0114]
图15是示出向沿着分别不同的晶向的区域照射激光束lb时形成于由单晶硅构成的被加工物的内部的剥离层的宽度(图10所示的宽度(w1))的曲线图。另外，该曲线图的横轴示出俯视时垂直于晶向[011]的区域(基准区域)延伸的方向与作为测量对象的区域(测量区域)延伸的方向所成的角的角度。
[0115]
即，在该曲线图的横轴的值为45
°
的情况下，沿着晶向[001]的区域作为测量对象。同样地，在该曲线图的横轴的值为135
°
的情况下，沿着晶向[010]的区域作为测量对象。
[0116]
另外，该曲线图的纵轴示出使通过向测量区域照射激光束lb而形成于测量区域的剥离层的宽度除以通过向基准区域照射激光束lb而形成于基准区域的剥离层的宽度时的值。
[0117]
如图15所示，剥离层的宽度在基准区域延伸的方向与测量区域延伸的方向所成的角的角度为40
°
～50
°
或130
°
～140
°
时变宽。即，剥离层的宽度不仅在向沿着晶向[001]或晶向[010]的区域照射激光束lb时变宽，而且在向沿着与这些晶向所成的角为5
°
以下的方向的区域照射激光束lb时变宽。
[0118]
因此，在本发明的剥离层形成步骤(s1)中，可以向沿着俯视时从晶向[001]或晶向[010]倾斜5
°
以下的方向的区域照射激光束lb。
[0119]
即，在本发明的剥离层形成步骤(s1)中，可以向沿着与晶面{100}所包含的特定的晶面中的与在锭11的正面11a和背面11b上分别露出的晶面(这里为晶面(100))平行且与晶向《100》所包含的特定的晶向(这里为晶向[001]或晶向[010])所成的角为5
°
以下的方向(第一方向)的区域照射激光束lb。
[0120]
另外，在本发明的剥离层形成步骤(s1)中，可以对锭11所包含的多个第一区域11d和多个第二区域11e分别实施多次激光束lb的照射。图16是示意性示出这样的剥离层形成步骤(s1)的一例的流程图。
[0121]
在图16所示的剥离层形成步骤(s1)中，在第一加工步骤(s11)之前，从多个第一区域11d和多个第二区域11e中的位于y轴方向(晶向[001])的一端的区域(第一区域11d或第二区域11e)朝向位于另一端的区域(第一区域11d或第二区域11e)依次形成剥离层15(第三加工步骤：s13)。
[0122]
图17是示意性示出第三加工步骤(s13)的一例的流程图。在该第三加工步骤(s13)中，首先在将激光束lb的聚光点定位于多个第一区域11d和多个第二区域11e中的任意区域的状态下，使聚光点和锭11沿着x轴方向(晶向[010])相对地移动(第三激光束照射步骤：s131)。
[0123]
另外，第三激光束照射步骤(s131)与上述的第一激光束照射步骤(s111)和第二激光束照射步骤(s121)同样地实施，因此省略其详细说明。
[0124]
并且，在未完成激光束lb对全部的多个第一区域11d和多个第二区域11e的照射的状况下(步骤(s132)：否)，使形成聚光点的位置和锭11沿着y轴方向(晶向[001])相对地移动(第三分度进给步骤：s133)。
[0125]
另外，第三分度进给步骤(s133)与上述的第一分度进给步骤(s113)和第二分度进给步骤(s123)同样地实施，因此省略其详细说明。
[0126]
接着，再次实施上述第三激光束照射步骤(s131)。另外，交替地重复实施第三分度进给步骤(s133)和第三激光束照射步骤(s131)，直至在锭11所包含的多个第一区域11d和多个第二区域11e全部形成剥离层15为止。
[0127]
当交替地重复实施第三分度进给步骤(s133)和第三激光束照射步骤(s131)时，例如如图18所示，能够在锭11的内部形成在y轴方向(晶向[001])上相互分离的多个剥离层15-4。
[0128]
并且，若在多个第一区域11d和多个第二区域11e全部形成剥离层15(步骤(s132)：是)，则依次实施上述的第一加工步骤(s11)和第二加工步骤(s12)。
[0129]
在这样对已经形成有剥离层15-4的多个第一区域11d和多个第二区域11e再次照射激光束lb的情况下，已经形成的剥离层15-4所包含的改质部15a和裂纹15b各自的密度增加。
[0130]
由此，分离步骤(s2)中的从锭11分离基板17变得容易。另外，在该情况下，剥离层15-4所包含的裂纹15b进一步伸展，剥离层15-4的宽度变宽。
[0131]
因此，在该情况下，能够使第一分度进给步骤(s113)、第二分度进给步骤(s123)和第三分度进给步骤(s133)各自中的锭11和激光束照射单元6的照射头16的相对的移动距离(转位)增长。
[0132]
另外，在本发明中，在剥离层形成步骤(s1)中在锭11的内部的整个区域中形成剥离层15不是不可欠缺的特征。例如在分离步骤(s2)中裂纹15b伸展到锭11的侧面11c附近的区域的情况下，在剥离层形成步骤(s1)中可以不在锭11的侧面11c附近的区域的一部分或全部形成剥离层15。
[0133]
另外，本发明的分离步骤(s2)可以使用图14的(a)和图14的(b)所示的分离装置18以外的装置来实施。例如在本发明的分离步骤(s2)中，可以通过对锭11的正面11a侧进行吸引而从锭11分离基板17。
[0134]
图19的(a)和图19的(b)分别是示意性示出这样实施的分离步骤(s2)的一例的局部剖视侧视图。图19的(a)和图19的(b)所示的分离装置30具有对形成有剥离层15的锭11进行保持的保持工作台32。
[0135]
该保持工作台32具有圆状的上表面(保持面)，多孔板(未图示)在该保持面上露出。另外，该多孔板经由设置于保持工作台32的内部的流路等而与真空泵等吸引源(未图示)连通。因此，当该吸引源进行动作时，在保持工作台32的保持面附近的空间产生负压。
[0136]
另外，在保持工作台32的上方设置有分离单元34。该分离单元34具有圆柱状的支承部件36。在该支承部件36的上部例如连结有滚珠丝杠式的升降机构(未图示)，通过使该升降机构进行动作而使分离单元34升降。
[0137]
另外，支承部件36的下端部固定于圆盘状的吸引板38的上部的中央。在该吸引板38的下表面上形成有多个吸引口，多个吸引口分别经由设置于吸引板38的内部的流路等而与真空泵等吸引源(未图示)连通。因此，当该吸引源进行动作时，在吸引板38的下表面附近的空间产生负压。
[0138]
在分离装置30中，例如按照以下的顺序实施分离步骤(s2)。具体而言，首先按照使形成有剥离层15的锭11的背面11b的中心与保持工作台32的保持面的中心一致的方式，将锭11放置于保持工作台32。
[0139]
接着，使与在该保持面上露出的多孔板连通的吸引源进行动作，以便通过保持工作台32对锭11进行保持。接着，按照使吸引板38的下表面与锭11的正面11a接触的方式，使升降机构进行动作而使分离单元34下降。
[0140]
接着，使与多个吸引口连通的吸引源进行动作，以便借助形成于吸引板38的多个吸引口而吸引锭11的正面11a侧(参照图19的(a))。接着，按照使吸引板38从保持工作台32离开的方式，使升降机构进行动作而使分离单元34上升(参照图19的(b))。
[0141]
此时，对借助形成于吸引板38的多个吸引口而吸引正面11a侧的锭11的正面11a侧作用向上的力。其结果是，剥离层15所包含的裂纹15b进一步伸展，锭11的正面11a侧和背面11b侧分离。即，以剥离层15为起点而从锭11制造基板17。
[0142]
另外，在本发明的分离步骤(s2)中，可以在锭11的正面11a侧和背面11b侧的分离之前，对该锭11的正面11a侧赋予超声波。在该情况下，剥离层15所包含的裂纹15b进一步伸
展，因此锭11的正面11a侧和背面11b侧的分离变得容易。
[0143]
另外，在本发明中，可以在剥离层形成步骤(s1)之前通过磨削或研磨对锭11的正面11a进行平坦化(平坦化步骤)。例如该平坦化可以在从锭11制造多张基板时实施。
[0144]
具体而言，当锭11在剥离层15中分离而制造基板17时，在新露出的锭11的正面形成反映出剥离层15所包含的改质部15a和裂纹15b的分布的凹凸。因此，在从该锭11制造新的基板的情况下，优选在剥离层形成步骤(s1)之前对锭11的正面进行平坦化。
[0145]
由此，能够抑制在剥离层形成步骤(s1)中照射至锭11的激光束lb在锭11的正面发生乱反射。同样地，在本发明中，可以通过磨削或研磨将从锭11分离的基板17的剥离层15侧的面平坦化。
[0146]
另外，在本发明中，也可以将由按照晶面{100}所包含的特定的晶面在正面和背面上分别露出的方式制造的单晶硅构成的裸晶片作为被加工物而制造基板。
[0147]
另外，该裸晶片例如具有所制造的基板的2倍～5倍的厚度。另外，该裸晶片例如通过与上述方法同样的方法从锭11分离而制造。在该情况下，也可以表达为基板通过重复两次上述方法而制造。
[0148]
另外，在本发明中，可以将通过在该裸晶片的一个面上形成半导体器件而制造的器件晶片作为被加工物来制造基板。除此以外，上述实施方式的构造和方法等只要不脱离本发明的目的的范围，则可以适当地变更并实施。
[0149]
实施例
[0150]
准备由单晶硅构成的实施例1和2的锭。并且，按照与图16所示的剥离层形成步骤(s1)相同的过程，在实施例1的锭的内部形成剥离层。即，对实施例1的锭所包含的多个第一区域和多个第二区域分别进行两次激光束的照射。
[0151]
另外，在此时的第一激光束照射步骤(s111)、第二激光束照射步骤(s121)和第三激光束照射步骤(s131)中分别利用的激光束的功率为2.0w～5.0w，激光束的分支数为8。
[0152]
另外，此时的第一分度进给步骤(s113)和第二分度进给步骤(s123)中的转位为1140μm，此时的第三分度进给步骤(s133)中的转位为570μm。
[0153]
图20的(a)、图20的(b)和图20的(c)分别是示出形成于实施例1的锭的剥离层的剖面照片。可知，在按照与图16所示的剥离层形成步骤(s1)相同的过程在锭的内部形成剥离层的情况下，剥离层所包含的裂纹按照将相邻的改质部连接的方式呈直线状伸展。
[0154]
另外，通过重复两次图16所示的第三加工步骤(s13)而在实施例2的锭的内部形成剥离层。即，与实施例1的锭同样地，对于实施例2的锭所包含的多个第一区域和多个第二区域分别进行两次激光束的照射。
[0155]
另外，在此时的第三激光束照射步骤(s13)中利用的激光束的功率为2.0w～5.0w，激光束的分支数为8。另外，此时的第三分度进给步骤(s133)中的转位为560μm。
[0156]
图21的(a)、图21的(b)和图21的(c)分别是示出形成于实施例2的锭的剥离层的剖面照片。可知，在通过重复两次图16所示的第三加工步骤(s131)而在锭的内部形成剥离层的情况下，剥离层所包含的裂纹按照将相邻的改质部连接的方式呈拱状伸展。
[0157]
图22的(a)是示出形成于实施例1的锭的20个裂纹在锭的厚度方向的成分(图20的(a)等中的上下方向的长度)的分布的曲线图，图22的(b)是示出形成于实施例2的锭的20个裂纹在锭的厚度方向的成分(图21的(a)等中的上下方向的长度)的分布的曲线图。
[0158]
另外，下述的表1是示出形成于实施例1的锭的20个裂纹的该成分的平均值(avg)和最大值(max)以及形成于实施例2的锭的20个裂纹的该成分的平均值(avg)和最大值(max)的表。
[0159]
【表1】
[0160] avg(μm)max(μm)形成于实施例1的锭的裂纹73.393.6形成于实施例2的锭的裂纹101.8117.2
[0161]
可知，与形成于实施例2的锭的剥离层所包含的裂纹相比，形成于实施例1的锭的剥离层所包含的裂纹的锭的厚度方向的成分更小。
[0162]
因此可知，在按照与图16所示的剥离层形成步骤(s1)相同的过程在锭中形成剥离层的情况下，与通过重复两次图16所示的第三加工步骤(s13)而在实施例2的锭的内部形成剥离层的情况相比，能够降低从该锭制造基板时所废弃的原材料量，能够提高基板的生产率。

技术特征：
1.一种单晶硅基板的制造方法，从由单晶硅构成的被加工物制造基板，该单晶硅按照晶面{100}所包含的特定的晶面在正面和背面上分别露出的方式制造，其中，该单晶硅基板的制造方法具有如下的步骤：剥离层形成步骤，在该被加工物的内部形成包含改质部和从该改质部伸展的裂纹的剥离层；以及分离步骤，在实施了该剥离层形成步骤之后，以该剥离层为起点而从该被加工物分离该基板，该剥离层形成步骤具有如下的步骤：第一加工步骤，用于在多个第一区域中形成该剥离层，该多个第一区域分别沿着与该特定的晶面平行且与晶向<100>所包含的特定的晶向所成的角为5
°
以下的第一方向延伸，并且在与该特定的晶面平行且与该第一方向垂直的第二方向上相互分离；以及第二加工步骤，用于在实施了该第一加工步骤之后在多个第二区域中形成该剥离层，该多个第二区域分别沿着该第一方向延伸，并且在该第二方向上相互分离，在该多个第一区域中的相邻的一对第一区域之间定位有该多个第二区域中的任意第二区域，在该多个第二区域中的相邻的一对第二区域之间定位有该多个第一区域中的任意第一区域，该第一加工步骤通过交替地重复如下的步骤而实施：第一激光束照射步骤，在将透过该单晶硅的波长的激光束的聚光点定位于该多个第一区域中的任意第一区域的状态下，使该聚光点和该被加工物沿着该第一方向相对地移动；以及第一分度进给步骤，使形成该聚光点的位置和该被加工物沿着该第二方向相对地移动，该第二加工步骤通过交替地重复如下的步骤而实施：第二激光束照射步骤，在将该聚光点定位于该多个第二区域中的任意第二区域的状态下，使该聚光点和该被加工物沿着该第一方向相对地移动；以及第二分度进给步骤，使形成该聚光点的位置和该被加工物沿着该第二方向相对地移动。2.根据权利要求1所述的单晶硅基板的制造方法，其中，该剥离层形成步骤具有如下的第三加工步骤：该第三加工步骤用于在实施该第一加工步骤之前从该多个第一区域和该多个第二区域中的位于该第二方向的一端的区域朝向位于另一端的区域依次形成该剥离层，该第三加工步骤通过交替地重复如下的步骤而实施：第三激光束照射步骤，在将该聚光点定位于该多个第一区域和该多个第二区域中的任意区域的状态下，使该聚光点和该被加工物沿着该第一方向相对地移动；以及第三分度进给步骤，使形成该聚光点的位置和该被加工物沿着该第二方向相对地移动。

技术总结
本发明提供单晶硅基板的制造方法，与使用线切割机从被加工物制造单晶硅基板的情况相比生产率高。在使用透过单晶硅的波长的激光束在由单晶硅构成的被加工物的内部形成了剥离层之后，以该剥离层为起点而从被加工物分离基板。由此，与使用线切割机从被加工物制造基板的情况相比，能够提高单晶硅基板的生产率。能够提高单晶硅基板的生产率。能够提高单晶硅基板的生产率。


技术研发人员：伊贺勇人
受保护的技术使用者：株式会社迪思科
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/8/1