特許 6441069 表面加工方法及び構造体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6441069

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】表面加工方法及び構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/265 20060101AFI20181210BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20181210BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20181210BHJP

   H01L 21/268 20060101ALI20181210BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20181210BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/265 602A

   B23K26/53

   B23K26/00 H

   H01L21/268 E

   H01L21/265 Q

   B81C1/00

【請求項の数】16

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-259558(P2014-259558)

(22)【出願日】2014年12月23日

(65)【公開番号】特開2016-119426(P2016-119426A)

(43)【公開日】2016年6月30日

【審査請求日】2017年12月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】304000836

【氏名又は名称】学校法人 名古屋電気学園

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001472

【氏名又は名称】特許業務法人かいせい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩田 博之

(72)【発明者】

【氏名】河口 大祐

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１２４２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１９２３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３８９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４２５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１４０９０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

Ｂ８１Ｃ １／００

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工対象物（２００）の表面（２１０）を加工することにより構造体（２５０、２７０）を形成する表面加工方法であって、
前記加工対象物（２００）の内部にレーザ光の焦点（１６０）を合わせてレーザ光を走査して、前記加工対象物（２００）のうち前記レーザ光の焦点（１６０）に対応する部分を局所的に加熱することにより改質部（２３０）を形成するレーザ光照射工程と、
前記加工対象物（２００）に対してイオン注入を行うことにより、前記加工対象物（２００）の表面（２１０）を基準として前記加工対象物（２００）のうち前記レーザ光の焦点（１６０）よりも浅い位置にイオン注入層（２４０）を形成するイオン注入工程と、
前記レーザ光照射工程及び前記イオン注入工程を行った後、前記加工対象物（２００）の全体を加熱して前記レーザ光の焦点（１６０）と前記イオン注入層（２４０）との位置関係に基づいて前記加工対象物（２００）にブリスタリング（２４１）を発生させ、前記ブリスタリング（２４１）を前記改質部（２３０）に作用させることにより前記構造体（２５０、２７０）を形成する加熱工程と、
を含んでいることを特徴とする表面加工方法。

【請求項2】

前記加熱工程では、前記構造体として、前記レーザ光の走査方向に沿って前記加工対象物（２００）の表面（２１０）が隆起した突起構造（２５０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の表面加工方法。

【請求項3】

前記加熱工程では、前記構造体として、前記レーザ光の走査方向に沿って前記加工対象物（２００）から剥離した短冊状の切り出し片（２７０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の表面加工方法。

【請求項4】

加工対象物（２００）の表面（２１０）を加工することにより構造体（２６０）を形成する表面加工方法であって、
前記加工対象物（２００）の内部にレーザ光の焦点（１６０）を合わせてレーザ光を走査して、前記加工対象物（２００）のうち前記レーザ光の焦点（１６０）に対応する部分を局所的に加熱することにより改質部（２３０）を形成するレーザ光照射工程と、
前記加工対象物（２００）に対してイオン注入を行って、前記加工対象物（２００）の表面（２１０）を基準として前記加工対象物（２００）のうち前記レーザ光の焦点（１６０）よりも浅い位置にイオン注入層（２４０）を形成し、前記レーザ光の焦点（１６０）と前記イオン注入層（２４０）との位置関係に基づいて前記加工対象物（２００）にブリスタリング（２４１）を発生させ、前記ブリスタリング（２４１）を前記改質部（２３０）に作用させることにより前記構造体（２６０）を形成するイオン注入工程と、
を含んでいることを特徴とする表面加工方法。

【請求項5】

前記構造体として、前記加工対象物（２００）の表面（２１０）が前記レーザ光の走査方向に沿って垂直方向に山部（２６１）と谷部（２６２）とが交互に繰り返された波面構造（２６０）を形成することを特徴とする請求項４に記載の表面加工方法。

【請求項6】

前記レーザ光照射工程を行った後に前記イオン注入工程を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の表面加工方法。

【請求項7】

前記加工対象物（２００）は、前記表面（２１０）とこの表面（２１０）とは反対側の裏面（２２０）を有する板状のものであり、
前記イオン注入工程では、前記加工対象物（２００）の表面（２１０）の上方から前記イオン注入を行い、
前記レーザ光照射工程では、前記加工対象物（２００）の裏面（２２０）の上方から前記加工対象物（２００）の内部に前記レーザ光を照射し、
さらに、前記イオン注入工程を行った後に前記レーザ光照射工程を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の表面加工方法。

【請求項8】

前記加工対象物として、半導体ウェハ（２００）を用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の表面加工方法。

【請求項9】

加工対象物（２００）の表面（２１０）を加工することにより構造体（２５０、２７０）を形成する構造体の製造方法であって、
前記加工対象物（２００）の内部にレーザ光の焦点（１６０）を合わせてレーザ光を走査して、前記加工対象物（２００）のうち前記レーザ光の焦点（１６０）に対応する部分を局所的に加熱することにより改質部（２３０）を形成するレーザ光照射工程と、
前記加工対象物（２００）に対してイオン注入を行うことにより、前記加工対象物（２００）の表面（２１０）を基準として前記加工対象物（２００）のうち前記レーザ光の焦点（１６０）よりも浅い位置にイオン注入層（２４０）を形成するイオン注入工程と、
前記レーザ光照射工程及び前記イオン注入工程を行った後、前記加工対象物（２００）の全体を加熱して前記レーザ光の焦点（１６０）と前記イオン注入層（２４０）との位置関係に基づいて前記加工対象物（２００）にブリスタリング（２４１）を発生させ、前記ブリスタリング（２４１）を前記改質部（２３０）に作用させることにより前記構造体（２５０、２７０）を形成する加熱工程と、
を含んでいることを特徴とする構造体の製造方法。

【請求項10】

前記加熱工程では、前記構造体として、前記レーザ光の走査方向に沿って前記加工対象物（２００）の表面（２１０）が隆起した突起構造（２５０）を形成することを特徴とする請求項９に記載の構造体の製造方法。

【請求項11】

前記加熱工程では、前記構造体として、前記レーザ光の走査方向に沿って前記加工対象物（２００）から剥離した短冊状の切り出し片（２７０）を形成することを特徴とする請求項９に記載の構造体の製造方法。

【請求項12】

加工対象物（２００）の表面（２１０）を加工することにより構造体（２６０）を形成する構造体の製造方法であって、
前記加工対象物（２００）の内部にレーザ光の焦点（１６０）を合わせてレーザ光を走査して、前記加工対象物（２００）のうち前記レーザ光の焦点（１６０）に対応する部分を局所的に加熱することにより改質部（２３０）を形成するレーザ光照射工程と、
前記加工対象物（２００）に対してイオン注入を行って、前記加工対象物（２００）の表面（２１０）を基準として前記加工対象物（２００）のうち前記レーザ光の焦点（１６０）よりも浅い位置にイオン注入層（２４０）を形成し、前記レーザ光の焦点（１６０）と前記イオン注入層（２４０）との位置関係に基づいて前記加工対象物（２００）にブリスタリング（２４１）を発生させ、前記ブリスタリング（２４１）を前記改質部（２３０）に作用させることにより前記構造体（２６０）を形成するイオン注入工程と、
を含んでいることを特徴とする構造体の製造方法。

【請求項13】

前記構造体として、前記加工対象物（２００）の表面（２１０）が前記レーザ光の走査方向に沿って垂直方向に山部（２６１）と谷部（２６２）とが交互に繰り返された波面構造（２６０）を形成することを特徴とする請求項１２に記載の構造体の製造方法。

【請求項14】

前記レーザ光照射工程を行った後に前記イオン注入工程を行うことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

【請求項15】

前記加工対象物（２００）は、前記表面（２１０）とこの表面（２１０）とは反対側の裏面（２２０）を有する板状のものであり、
前記イオン注入工程では、前記加工対象物（２００）の表面（２１０）の上方から前記イオン注入を行い、
前記レーザ光照射工程では、前記加工対象物（２００）の裏面（２２０）の上方から前記加工対象物（２００）の内部に前記レーザ光を照射し、
さらに、前記イオン注入工程を行った後に前記レーザ光照射工程を行うことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

【請求項16】

前記加工対象物として、半導体ウェハ（２００）を用いることを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工対象物に対する表面加工方法、及び構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、半導体ウェハの全体にイオン注入を行った後に半導体ウェハを加熱することにより、半導体ウェハの内部にブリスタリングすなわち空洞部を形成して半導体ウェハの表層部を層状に剥離するスマートカット（登録商標）技術が、例えば非特許文献１で提案されている。

【0003】

このスマートカット（登録商標）技術は、例えばＳＯＩ基板（Silicon on Insulator；ＳＯＩ）の製造に利用されている。具体的には、まず、シリコンウェハＡを用意し、シリコンウェハＡの表面全体を熱酸化してＳｉＯ₂絶縁層を形成する。また、シリコンウェハＡのシリコン層に対し、ＳｉＯ₂絶縁層を介して水素イオンをイオン注入する。

【0004】

次に、酸等の化学薬品と純水を用いてＳｉＯ₂絶縁層の表面を洗浄する。また、シリコンウェハＢを用意する。そして、各シリコンウェハＡ、Ｂに親水化処理を施してＳｉＯ₂絶縁層をシリコンウェハＡのシリコン層とシリコンウェハＢとで挟むように重ね合わせ、室温で接合する。

【0005】

続いて、積層ウェハに対して４００℃〜６００℃で熱処理を行う。これにより、シリコンウェハＡにブリスタリングを発生させてシリコン結晶の結合を切断し、シリコンウェハＡから数μｍの厚さのシリコン層を剥離する。

【0006】

この後、各シリコンウェハＡ、Ｂの界面に対して１０００℃以上で熱処理を行う。最後に、剥離したシリコンウェハＡの表面の研磨を行う。このようにして、ＳＯＩ基板が完成する。以上が、スマートカット（登録商標）技術を利用した工程である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【非特許文献1】M. Bruel, Electronics Letters, Volume 31, Issue 14, 6 July 1995, p.1201-1202

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記従来の技術は、半導体ウェハの表層部を薄い層として剥離させる技術であるが、イオン注入はシリコンウェハＡの全体に対して行われるので、剥離面の全体が平面となる。したがって、上記従来の技術を用いて剥離面に凹凸等の微細な構造を形成することは困難である。

【0009】

ここで、微細な構造の形成は、例えばＭＥＭＳ技術（Micro Electro Mechanical System；ＭＥＭＳ）を用いることが一般的に知られている。しかし、ＭＥＭＳ技術は、大量の水や薬品を使用するので、完成品の耐久性に差が生じる可能性がある。また、ＭＥＭＳ技術では、薬品を使って微細な構造を形成するので、半導体ウェハの結晶の方向性を考慮しなければならないという問題もある。

【0010】

なお、上記では半導体ウェハすなわち半導体材料にイオン注入を行って微細な構造を形成することが困難であることを述べたが、加工対象は半導体材料に限られない。すなわち、イオン注入が可能な加工対象物に共通して微細な構造の形成が困難であるという問題がある。

【0011】

本発明は上記点に鑑み、耐久性が高い構造体を形成することができる表面加工方法を提供することを第１の目的とする。また、当該表面加工方法を用いた構造体の製造方法を提供することを第２の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、加工対象物（２００）の表面（２１０）を加工することにより構造体（２５０、２７０）を形成する表面加工方法であって、以下の点を特徴としている。

【0013】

まず、加工対象物（２００）の内部にレーザ光の焦点（１６０）を合わせてレーザ光を走査して、加工対象物（２００）のうちレーザ光の焦点（１６０）に対応する部分を局所的に加熱することにより改質部（２３０）を形成する（レーザ光照射工程）。また、加工対象物（２００）に対してイオン注入を行うことにより、加工対象物（２００）の表面（２１０）を基準として加工対象物（２００）のうちレーザ光の焦点（１６０）よりも浅い位置にイオン注入層（２４０）を形成する（イオン注入工程）。

【0014】

そして、レーザ光照射工程及びイオン注入工程を行った後、加工対象物（２００）の全体を加熱してレーザ光の焦点（１６０）とイオン注入層（２４０）との位置関係に基づいて加工対象物（２００）にブリスタリング（２４１）を発生させ、ブリスタリング（２４１）を改質部（２３０）に作用させることにより構造体（２５０、２７０）を形成する（加熱工程）ことを特徴とする。

【0015】

これによると、加工対象物（２００）に対してレーザ光の走査、イオン注入、及び加熱を行うことにより、加工対象物（２００）の内部で改質部（２３０）とブリスタリング（２４１）とを相互作用させているので、構造体（２５０、２７０）を形成することができる。したがって、耐久性が高い構造体（２５０、２７０）を形成することができる。

【0016】

さらに、薬品や水を使用せずに、ドライの環境で構造体（２５０、２７０）を形成することができる。そして、レーザ光の照射、イオン注入、及び加熱という各工程を経ているので、加工対象物（２００）に対して非接触で構造体（２５０、２７０）を形成することができる。

【0017】

また、請求項２に記載の発明のように、加熱工程では、構造体として、レーザ光の走査方向に沿って加工対象物（２００）の表面（２１０）が隆起した突起構造（２５０）を形成することができる。

【0018】

また、請求項３に記載の発明のように、加熱工程では、構造体として、レーザ光の走査方向に沿って加工対象物（２００）から剥離した短冊状の切り出し片（２７０）を形成することができる。

【0019】

一方、請求項４に記載の発明では、加工対象物（２００）の内部にレーザ光の焦点（１６０）を合わせてレーザ光を走査して、加工対象物（２００）のうちレーザ光の焦点（１６０）に対応する部分を局所的に加熱することにより改質部（２３０）を形成する（レーザ光照射工程）。

【0020】

続いて、加工対象物（２００）に対してイオン注入を行って、加工対象物（２００）の表面（２１０）を基準として加工対象物（２００）のうちレーザ光の焦点（１６０）よりも浅い位置にイオン注入層（２４０）を形成し、レーザ光の焦点（１６０）とイオン注入層（２４０）との位置関係に基づいて加工対象物（２００）にブリスタリング（２４１）を発生させ、ブリスタリング（２４１）を改質部（２３０）に作用させることにより構造体（２６０）を形成する（イオン注入工程）ことを特徴とする。

【0021】

これによると、加工対象物（２００）に対してレーザ光の走査及びイオン注入を行うことにより、加工対象物（２００）の内部で改質部（２３０）とブリスタリング（２４１）とを相互作用させているので、構造体（２６０）を形成することができる。したがって、薬品を使用せずに、耐久性が高い構造体（２６０）を形成することができる。

【0022】

さらに、請求項１と同様に、薬品や水を使用しないドライの環境で構造体（２５０、２７０）を形成することができ、また、加工対象物（２００）に対して非接触で構造体（２５０、２７０）を形成することができる。

【0023】

そして、請求項５に記載の発明のように、構造体として、加工対象物（２００）の表面（２１０）がレーザ光の走査方向に沿って垂直方向に山部（２６１）と谷部（２６２）とが交互に繰り返された波面構造（２６０）を形成することができる。

【0024】

請求項６に記載の発明では、レーザ光照射工程を行った後にイオン注入工程を行うことを特徴とする。これによると、レーザ光がイオン注入層（２４０）で反射することや、レーザ光がイオン注入層（２４０）に吸収されてしまうことを防止することができる。

【0025】

請求項７に記載の発明では、加工対象物（２００）は、表面（２１０）とこの表面（２１０）とは反対側の裏面（２２０）を有する板状のものである。そして、イオン注入工程では、加工対象物（２００）の表面（２１０）の上方からイオン注入を行う。また、レーザ光照射工程では、加工対象物（２００）の裏面（２２０）の上方から加工対象物（２００）の内部にレーザ光を照射する。さらに、イオン注入工程を行った後にレーザ光照射工程を行うことを特徴とする。

【0026】

これによると、レーザ光がイオン注入層（２４０）の影響を受けないので、加工対象物（２００）の内部に熱を集中させやすくすることができる。

【0027】

そして、請求項８に記載の発明のように、加工対象物として、半導体ウェハ（２００）を用いることができる。

【0028】

上記では、加工対象物（２００）に対する表面加工方法について述べたが、加工対象物を加工して構造体（２５０、２６０、２７０）を形成する構造体の製造方法としても同様の特徴及び効果を有する。

【0029】

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の第１実施形態において、レーザ光照射工程で用いるレーザ光照射装置の全体構成を示した図である

【図2】構造体を形成するための形成工程を示した図である。

【図3】レーザ光照射工程及びイオン注入工程を行った後のＳｉウェハの一部を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した図である。

【図4】改質部によってＳｉウェハに発生した結晶の転位を示した図である。

【図5】Ｓｉウェハに発生したブリスタリングを説明するための模式図である。

【図6】Ｓｉウェハの表面に形成された突起構造の斜視図である。

【図7】図６よりも広い範囲で突起構造を観察した斜視図である。

【図8】ＴＥＭによって突起構造の先端の中央を観察した図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る波面構造を示した図であり、白色干渉法を用いた白色光干渉式非接触三次元表面性状測定機（ＣＣＩ）によってＳｉウェハの表面を観察した図である。

【図10】図９に示された波面構造の断面図である。

【図11】本発明の第３実施形態に係る切り出し片の斜視図である。

【図12】Ｓｉウェハから複数の切り出し片が剥離した様子を撮影した図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

【0032】

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る表面加工方法及び構造体の製造方法は、加工対象物として半導体材料であるＳｉウェハの表面を加工することにより構造体を形成する方法である。ここで、「Ｓｉウェハの表面」とは、表面だけでなくＳｉウェハの表層部を含んでいる。すなわち、表面加工とは、Ｓｉウェハの表面だけでなくＳｉウェハの表面を含んだ表層部を加工する意味も含んでいる。

【0033】

まず、レーザ光照射工程で用いるレーザ光照射装置について説明する。図１に示されるように、レーザ光照射装置１００は、駆動部１１０、レーザ光源１２０、集光レンズ１３０、ステージ１４０、及び制御部１５０を備えて構成されている。

【0034】

駆動部１１０は、制御部１５０の指令に従ってレーザ光源１２０から短パルスのレーザ光を照射させるための駆動装置である。また、駆動部１１０はＳｉウェハ２００に対してレーザ光を走査するように構成されている。すなわち、駆動部１１０は、レーザ光源１２０及び集光レンズ１３０を移動させるように構成されている。

【0035】

レーザ光源１２０は、レーザ光を発するものである。レーザ光源１２０として、レーザ光がＳｉウェハ２００に吸収されないもの、例えばレーザ光の波長が１０６４ｎｍ、周波数が８０ｋＨｚ、パルス幅が１５０ｎｓのものが用いられる。この条件は、レーザ光がＳｉウェハ２００を透過するため、レーザ光がＳｉウェハ２００に吸収されることはない。なお、この条件は一例であり、他の条件でレーザ光源１２０を駆動しても構わない。

【0036】

集光レンズ１３０は、レーザ光源１２０から発せられたレーザ光を入射してＳｉウェハ２００の内部に集光するものである。すなわち、集光レンズ１３０は、レーザ光の焦点１６０がＳｉウェハ２００の内部に位置するようにＳｉウェハ２００に対して配置される。集光レンズ１３０により集光されたレーザ光のスポット径は例えば５μｍ程度である。なお、集光レンズ１３０はレーザ光源１２０と共にパッケージ化されている。

【0037】

ステージ１４０は、Ｓｉウェハ２００を乗せるための設置面１４１を有している。本実施形態では、Ｓｉウェハ２００の表面２１０側が集光レンズ１３０に向けられると共に、Ｓｉウェハ２００の裏面２２０が設置面１４１に接触するように、Ｓｉウェハ２００がステージ１４０の設置面１４１に設置される。

【0038】

なお、ステージ１４０は設置面１４１に平行なＸ−Ｙ方向及びＺ方向に移動可能に構成されていても良い。すなわち、集光レンズ１３０は、ステージ１４０の設置面１４１に対して平行な方向及び垂直な方向への移動が可能になっていても良い。この場合はレーザ光照射装置１００にステージを駆動するための図示しない駆動部が設けられており、当該駆動部が制御部１５０の指令に従って駆動される。

【0039】

制御部１５０は、駆動部１１０に指令を出すことにより、レーザ光源１２０からレーザ光を照射させると共にステージ１４０に対してレーザ光源１２０及び集光レンズ１３０を移動させるための中央制御装置である。制御部１５０は、予め用意されたプログラムに従って上記指令を実行する。

【0040】

具体的には、制御部１５０は、Ｓｉウェハ２００の上方から照射されるレーザ光の焦点１６０がＳｉウェハ２００の内部に位置するように駆動部１１０に指令を出す。また、制御部１５０はレーザ光の焦点１６０の移動とレーザ光の照射のタイミングとが合うように、駆動部１１０駆動することとなる。以上が、レーザ光照射装置１００の構成である。

【0041】

次に、イオン注入工程で用いるイオン注入装置について説明する。イオン注入装置は半導体プロセスにおいては周知の装置である。詳しい説明は省略するが、イオン注入装置は、概ね、イオン源からイオンビームを照射し、当該イオンビームを加速管で加速させてＳｉウェハ２００に打ち込む構成になっている。本実施形態では、水素イオンやヘリウムイオンをＳｉウェハ２００に打ち込む。

【0042】

また、加熱工程で用いる加熱装置は、Ｓｉウェハ２００の全体を加熱するいわゆるアニール炉である。加熱装置についても半導体プロセスにおいては周知の装置であり、詳しい説明は省略するが、概ね、Ｓｉウェハ２００を収容する炉と炉内の温度を上昇させる熱源と炉内の温度を調整する制御ユニット等で構成されている。本実施形態では加熱装置は、５００℃程度でＳｉウェハ２００を加熱できるように構成されている。

【0043】

続いて、上記の各装置を用いてＳｉウェハ２００に構造体を形成する方法について説明する。まず、レーザ光照射工程では、上記のレーザ光照射装置１００のステージ１４０にＳｉウェハ２００を配置する。そしてＳｉウェハ２００の内部にレーザ光の焦点１６０を合わせ、例えば５μｍのピッチでレーザ光を走査する。これにより、図２（ａ）に示されるように、Ｓｉウェハ２００のうちレーザ光を照射した部分を局所的に加熱してＳｉウェハ２００の内部に改質部２３０を形成する。

【0044】

改質部２３０は、Ｓｉウェハ２００の一部が溶けてＳｉの結晶が変質した部分である。「変質した部分」とは、例えば、レーザ光の焦点１６０に対応する部分が昇華して空洞化すること、再結晶化すること、アモルファス状態になること等のＳｉウェハ２００の一部が改質した部分である。また、改質部２３０は、レーザ光の焦点１６０が照射された部分の体積が膨張した体積膨張部である。このため、改質部２３０は周囲のＳｉ結晶に対して残留応力を発生させる。

【0045】

この後、イオン注入工程では、Ｓｉウェハ２００の表面２１０側からＳｉウェハ２００の内部に対してＳｉウェハ２００の表面２１０の上方からイオン注入を行う。これにより、図２（ｂ）に示されるように、Ｓｉウェハ２００にイオン注入層２４０を形成する。このように、レーザ光照射工程を行った後にイオン注入工程を行っているので、レーザ光がイオン注入層２４０で反射することやレーザ光がイオン注入層２４０に吸収されてしまうことを防止することができる。

【0046】

具体的な条件としては、ヘリウムイオンをイオン注入する場合、ドーズ量は２０×１０¹⁷／ｃｍ²、イオンのエネルギーは１００ｋｅＶ〜２００ｋｅＶである。この条件ではイオンのエネルギーが比較的小さいので、イオン注入層２４０はＳｉウェハ２００の表層部に浅く形成される。

【0047】

一方、水素イオンを注入する場合、ドーズ量は８×１０¹⁶／ｃｍ²、イオンのエネルギーは４０ｋｅＶ〜２ＭｅＶである。イオンのエネルギーが大きいので、イオン注入層２４０はヘリウムイオンを注入した場合よりも深く形成される。

【0048】

図３はＳｉウェハ２００に水素イオンを注入した場合のＴＥＭ画像である。この図に示されるように、Ｓｉウェハ２００の内部に局所的に加熱されて変質した改質部２３０が白い領域として複数見える。また、改質部２３０の上に薄い白い層が形成されている。この薄い白い層がイオン注入による欠陥層であり、イオン注入層２４０である。

【0049】

また、図４のＴＥＭ画像に示されるように、Ｓｉウェハ２００には改質部２３０の周囲に結晶の転位が発生している。この結晶の転位は改質部２３０の残留応力によって発生したものと考えられる。

【0050】

そして、加熱工程では、加熱装置を用いてＳｉウェハ２００の全体を例えば５００℃で加熱する。これにより、図５に示されるように、レーザ光の焦点１６０とイオン注入層２４０との位置関係に基づいてＳｉウェハ２００にブリスタリング２４１を発生させる。言い換えると、改質部２３０とイオン注入層２４０との位置関係を制御することにより、ブリスタリング２４１のサイズや発生場所を制御することができる。上述のように、ブリスタリング２４１はＳｉウェハ２００の内部に形成されたいわゆる空洞部である。また、ブリスタリング２４１が改質部２３０に作用することによりＳｉウェハ２００の表面２１０に突起構造２５０が現れる。この突起構造２５０は、上述のヘリウムイオンと水素イオンのどちらを打ち込んでも発現した。

【0051】

図６のＣＣＩ画像に示されるように、突起構造２５０は壁状に隆起している。突起構造２５０は、レーザ光の走査方向に沿ってＳｉウェハ２００の表面２１０が隆起した構造体である。つまり、改質部２３０が突起構造２５０の下部に等間隔で位置している。突起構造２５０の高さは３０ｎｍ程度、幅は４０μｍ程度である。図６では突起構造２５０の高さ方向を拡大表示している。なお、当該観察にはＣＣＩとしてTaylor Hobbson社のTalysurfを用いた。

【0052】

このような突起構造２５０の隆起は、改質部２３０とブリスタリング２４１とが相互作用を起こし、Ｓｉウェハ２００が加熱されたことで発現したと考えられる。レーザ光を複数列走査することで、複数の壁状の突起構造２５０が形成された。

【0053】

また、図７に示されるように、Ｓｉウェハ２００の表面２１０を広く見ると、大きなうねりが発生している。その大きなうねりの上に突起構造２５０が形成されている。この大きなうねりは、Ｓｉウェハ２００の表面２１０の面方向において、レーザ光の走査方向に垂直な方向に圧縮応力が発生したために盛り上がったと考えられる。

【0054】

さらに、図８のＴＥＭ画像は、突起構造２５０の先端の中央を示している。この図に示されるように、溝２５１が縦の白い棒状の部分として見える。溝２５１は亀裂のようなものであるが、偶然に発生したものではなく、突起構造２５０の先端部に突起構造２５０の延設方向に沿って発現している。溝２５１の幅は５０ｎｍ〜６０ｎｍであり、Ｓｉウェハ２００の表面２１０よりも深く形成されている。このように、突起構造２５０は、当該突起構造２５０だけでなく、当該突起構造２５０の幅に対して非常にサイズが小さい溝２５１も形成されている。なお、図８では溝２５１が見えるように溝２５１の入口部分を拡大している。

【0055】

以上説明したように、本実施形態では、Ｓｉウェハ２００へのレーザ光照射による改質部２３０の形成、所定の条件によるＳｉウェハ２００へのイオン注入、及びＳｉウェハ２００全体の加熱を行うことが特徴となっている。この方法により、Ｓｉウェハ２００の表面２１０に突起構造２５０を形成することができる。この場合、水や薬品を使用せずに、また、Ｓｉウェハ２００に対して非接触で突起構造２５０を形成することができるので、Ｓｉウェハ２００は水や薬品によるダメージや他の構造物等を形成すること等の加工のダメージを一切受けない。したがって、耐久性が高い突起構造２５０を形成することができる。

【0056】

上記の突起構造２５０は、例えば、半導体微細パターニング、ナノインプリントの金型、ＬＥＤの光量向上のためのデバイス、回折格子の作成、光を散乱させるためのターゲット等に利用することが可能である。また、ＭＥＭＳ技術を用いた微細構造の形成に利用することが可能である。

【0057】

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、Ｓｉウェハ２００が特許請求の範囲の「加工対象物」及び「半導体ウェハ」に対応し、突起構造２５０が特許請求の範囲の「構造体」に対応する。

【0058】

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、イオン注入工程において、ドーズ量を１０×１０¹⁷／ｃｍ²、イオンのエネルギーを１００ｋｅＶとして水素イオンを注入するという条件でイオン注入を行う。これにより、レーザ光の焦点１６０（つまり改質部２３０）とイオン注入層２４０との位置関係に基づいてＳｉウェハ２００にブリスタリング２４１を発生させ、ブリスタリング２４１を改質部２３０に作用させる。これにより、Ｓｉウェハ２００の表面２１０に構造体を形成する。なお、本実施形態では、加熱工程は行わない。

【0059】

図９は、ＣＣＩでＳｉウェハ２００の表面２１０を観察した図である。また、図１０は図９においてレーザ加工（スポット）方向に沿って断面を取った図である。図９及び図１０に示されるように、Ｓｉウェハ２００の表面２１０に波面構造２６０が発現した。

【0060】

波面構造２６０は、山部２６１と谷部２６２とが交互に繰り返された構造である。言い換えると、波面構造２６０はＳｉウェハ２００の表面２１０に凹凸が連続に形成されたしわ構造である。このような波面構造２６０は、Ｓｉウェハ２００の表面２１０の面方向において、当該表面２１０がレーザ光の走査方向に沿って垂直方向に発現している。

【0061】

上記の波面構造２６０は、Ｓｉウェハ２００の表面２１０の面方向において、レーザ光の走査方向に垂直な方向に衝撃波の応力が伝播して形成されたものと考えられる。このような応力の伝播は、レーザ光を５μｍのピッチで照射していることが関連しているものと考えられる。そして、応力の伝播により、Ｓｉウェハ２００の表面２１０に引っ張り応力または圧縮応力が発生することで波面構造２６０が発現する。

【0062】

以上のように、イオン注入工程におけるイオン注入の条件を第１実施形態とは異なる条件とすることで、Ｓｉウェハ２００の表面２１０に波面構造２６０を形成することができる。

【0063】

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、波面構造２６０が特許請求の範囲の「構造体」に対応する。

【0064】

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、レーザ光照射工程の後にイオン注入工程を行い、さらにイオン注入工程の後に加熱工程を行う。レーザ光照射工程については、上記各実施形態と同じ条件でＳｉウェハ２００の内部にレーザ光を照射する。

【0065】

続いて、イオン注入工程では、ドーズ量を８×１０¹⁶／ｃｍ²、イオンのエネルギーを１ＭｅＶ〜２ＭｅＶとして水素イオンを注入するという条件でイオン注入を行う。これによりＳｉウェハ２００にイオン注入層２４０を形成する。

【0066】

この後、第１実施形態と同じ条件で加熱工程を行い、イオン注入層２４０に基づくブリスタリング２４１を発生させて改質部２３０に作用させる。これにより、図１１に示されるように、切り出し片２７０がＳｉウェハ２００の表層部から剥離する。つまり、本実施形態では構造体として切り出し片２７０を形成することができる。

【0067】

図１２は、Ｓｉウェハ２００から切り出し片２７０が複数剥離したものを撮影したものである。切り出し片２７０は、レーザ光の走査方向に沿ってＳｉウェハ２００から剥離した短冊状のものである。図１２には短冊状もののほかに、Ｌ字状や正方形状の切り出し片２７０もＳｉウェハ２００から剥離している。短冊状の切り出し片２７０のサイズは長さが１ｍｍ〜１ｃｍ程度、幅が１００μｍ程度、厚さが１μｍ〜１０μｍ程度である。

【0068】

切り出し片２７０は、Ｓｉウェハ２００のうち当該Ｓｉウェハ２００に対するレーザ光の走査ライン間が剥離したものである。切り出し片２７０は、イオン注入層２４０によるブリスタリングが球状に集合することによってＳｉウェハ２００のうちのブリスタリングの上部の部分が剥離しやすくなることから形成されたと考えられる。言い換えると、第１、第２実施形態ではＳｉウェハ２００の一部が剥離しにくい条件で突起構造２５０や波面構造２６０を形成し、本実施形態ではＳｉウェハ２００の一部が剥離しやすい条件で切り出し片２７０を形成していると言える。

【0069】

以上のように、Ｓｉウェハ２００の内部で改質部２３０とブリスタリング２４１とを相互作用させて切り出し片２７０を形成することもできる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、切り出し片２７０が特許請求の範囲の「構造体」に対応する。

【0070】

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態では、レーザ光照射工程を行った後にイオン注入工程を行っていたが、本実施形態ではイオン注入工程を行った後にレーザ光照射工程を行う。この場合、イオン注入工程ではＳｉウェハ２００の表面２１０の上方からイオン注入を行い、レーザ光照射工程ではＳｉウェハ２００の裏面２２０の上方からＳｉウェハ２００の内部にレーザ光を照射する。これにより、レーザ光がイオン注入層２４０の影響を受けないようにすることができる。また、Ｓｉウェハ２００の内部に熱を集中させやすくすることができる。

【0071】

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された構造体の加工方法及び製造方法は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ等の半導体材料、ダイヤモンド、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃、プラスチック材料やカーボン材料等の複合材料、有機材料、ガラス材料等のレーザ光の照射が可能でかつイオン注入可能な材料を加工対象物としても良い。

【符号の説明】

【0072】

１６０ レーザ光の焦点
２００ Ｓｉウェハ（半導体ウェハ）
２１０ 表面
２２０ 裏面
２３０ 改質部
２４０ イオン注入層
２４１ ブリスタリング
２５０ 突起構造（構造体）
２６０ 波面構造（構造体）
２６１ 山部
２６２ 谷部
２７０ 切り出し片（構造体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】