特許 7744179 単結晶シリコン基板の製造方法

(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】

(24)【登録日】2025-09-16

(45)【発行日】2025-09-25

(54)【発明の名称】単結晶シリコン基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20250917BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20250917BHJP

   B23K 26/067 20060101ALI20250917BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 611Z

B23K26/53

B23K26/067

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021133117

(22)【出願日】2021-08-18

(65)【公開番号】P2023027820

(43)【公開日】2023-03-03

【審査請求日】2024-06-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(74)【代理人】

【識別番号】100189773

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 英哲

(74)【代理人】

【識別番号】100184055

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 貴之

(74)【代理人】

【識別番号】100185959

【弁理士】

【氏名又は名称】今藤 敏和

(72)【発明者】

【氏名】伊賀 勇人

(72)【発明者】

【氏名】田畑 晋

(72)【発明者】

【氏名】平田 和也

【審査官】内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１５８７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４０４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５５０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／０１４１０７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

Ｂ２３Ｋ ２６／０６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝が露出するように製造された単結晶シリコンインゴットから単結晶シリコン基板を製造する単結晶シリコン基板の製造方法であって、
保持テーブルの保持面に該裏面側が載置された該単結晶シリコンインゴットを該保持テーブルで保持する保持ステップと、
単結晶シリコンを透過する波長のレーザービームの集光点を該単結晶シリコンインゴットの内部に位置付けた状態で、該保持面に平行であり、かつ、該単結晶シリコンインゴットの結晶方位＜１００＞との間で形成される鋭角の角度が５°以下である第１方向に沿って、該集光点と該単結晶シリコンインゴットとを相対的に移動させながら、該表面側から該単結晶シリコンインゴットに該レーザービームを照射することによって、該単結晶シリコンインゴットの内部の該第１方向に沿った直線状の領域に剥離層を形成する剥離層形成ステップと、
該保持面に平行であり、かつ、該第１方向と直交する第２方向に沿って、再度剥離層形成ステップを実施する際に該レーザービームの照射によって該集光点が形成される該単結晶シリコンインゴットの内部の位置を移動させる割り出し送りステップと、
該剥離層形成ステップと該割り出し送りステップとを繰り返し実施して該単結晶シリコンインゴットの内部の該第２方向における一端側の領域から他端側の領域まで該剥離層を形成した後、該剥離層を起点として該単結晶シリコンインゴットから該単結晶シリコン基板を分離する分離ステップと、
を含むことを特徴とする単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項2】

該剥離層形成ステップでは、該第２方向に沿って並ぶ複数の集光点が生じるように、該レーザービームを分岐することを特徴とする、請求項１に記載の単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項3】

該剥離層形成ステップでは、結晶面｛Ｎ１０｝（Ｎは、０を除く絶対値が１０以下の整数）に含まれる結晶面であって、該単結晶シリコンインゴットの結晶方位＜１００＞のうち該第１方向との間で形成される鋭角の角度が５°以下である結晶方位に平行な結晶面に沿って亀裂が伸展することを特徴とする、請求項１または２に記載の単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項4】

該剥離層形成ステップと該割り出し送りステップとを繰り返し実施して該一端側の領域から該他端側の領域まで該剥離層を形成した後に、再度該剥離層形成ステップと該割り出し送りステップとを繰り返し実施することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項5】

該剥離層形成ステップの後、かつ、該割り出し送りステップの前に、再度該剥離層形成ステップを実施することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項6】

該剥離層形成ステップでは、該第２方向に沿った幅が所定の長さになるように該剥離層を形成し、
該割り出し送りステップでは、該第２方向に沿った移動距離が該所定の長さ以上になるように、該レーザービームの照射によって該集光点が形成される該単結晶シリコンインゴットの内部の位置を移動させることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の単結晶シリコン基板の製造方法。

【請求項7】

該保持ステップの前に、該単結晶シリコンインゴットの該表面を研削又は研磨して平坦化する平坦化ステップを含むことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の単結晶シリコン基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝が露出するように製造された単結晶シリコンインゴットから単結晶シリコン基板を製造する単結晶シリコン基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスのチップは、一般的に、円盤状の単結晶シリコン基板（以下、単に「基板」ともいう。）を用いて製造される。この基板は、例えば、ワイヤーソーを用いて円柱状の単結晶シリコンインゴット（以下、単に「インゴット」ともいう。）から切り出される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平９－２６２８２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

インゴットからワイヤーソーを用いて基板を切り出す際の切り代は、３００μｍ前後であり、比較的大きい。また、このように切り出された基板の表面には微細な凹凸が形成され、また、この基板は全体的に湾曲する（基板に反りが生じる）。そのため、この基板においては、その表面に対してラッピング、エッチング及び／又はポリッシングを実施して表面を平坦化する必要がある。

【0005】

この場合、最終的に基板として利用される単結晶シリコンの素材量は、インゴット全体の素材量の２／３程度である。すなわち、インゴット全体の素材量の１／３程度は、インゴットからの基板の切り出し及び基板の平坦化の際に廃棄される。そのため、このようにワイヤーソーを用いて基板を製造する場合には生産性が低くなる。

【0006】

この点に鑑み、本発明の目的は、生産性が高い単結晶シリコン基板の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、表面及び裏面のそれぞれに結晶面｛１００｝が露出するように製造された単結晶シリコンインゴットから単結晶シリコン基板を製造する単結晶シリコン基板の製造方法であって、保持テーブルの保持面に該裏面側が載置された該単結晶シリコンインゴットを該保持テーブルで保持する保持ステップと、単結晶シリコンを透過する波長のレーザービームの集光点を該単結晶シリコンインゴットの内部に位置付けた状態で、該保持面に平行であり、かつ、該単結晶シリコンインゴットの結晶方位＜１００＞との間で形成される鋭角の角度が５°以下である第１方向に沿って、該集光点と該単結晶シリコンインゴットとを相対的に移動させながら、該表面側から該単結晶シリコンインゴットに該レーザービームを照射することによって、該単結晶シリコンインゴットの内部の該第１方向に沿った直線状の領域に剥離層を形成する剥離層形成ステップと、該保持面に平行であり、かつ、該第１方向と直交する第２方向に沿って、再度剥離層形成ステップを実施する際に該レーザービームの照射によって該集光点が形成される該単結晶シリコンインゴットの内部の位置を移動させる割り出し送りステップと、該剥離層形成ステップと該割り出し送りステップとを繰り返し実施して該単結晶シリコンインゴットの内部の該第２方向における一端側の領域から他端側の領域まで該剥離層を形成した後、該剥離層を起点として該単結晶シリコンインゴットから該単結晶シリコン基板を分離する分離ステップと、を含む単結晶シリコン基板の製造方法が提供される。

【0008】

さらに、該剥離層形成ステップでは、該第２方向に沿って並ぶ複数の集光点が生じるように、該レーザービームを分岐することが好ましい。

【0009】

また、該剥離層形成ステップでは、結晶面｛Ｎ１０｝（Ｎは、０を除く絶対値が１０以下の整数）に含まれる結晶面であって、該単結晶シリコンインゴットの結晶方位＜１００＞のうち該第１方向との間で形成される鋭角の角度が５°以下である結晶方位に平行な結晶面に沿って亀裂が伸展することが好ましい。

【0010】

また、本発明においては、該剥離層形成ステップと該割り出し送りステップとを繰り返し実施して該一端側の領域から該他端側の領域まで該剥離層を形成した後に、再度該剥離層形成ステップと該割り出し送りステップとを繰り返し実施することが好ましい。

【0011】

また、本発明においては、該剥離層形成ステップの後、かつ、該割り出し送りステップの前に、再度該剥離層形成ステップを実施することが好ましい。

【0012】

また、該剥離層形成ステップでは、該第２方向に沿った幅が所定の長さになるように該剥離層を形成し、該割り出し送りステップでは、該第２方向に沿った移動距離が該所定の長さ以上になるように、該レーザービームの照射によって該集光点が形成される該単結晶シリコンインゴットの内部の位置を移動させることが好ましい。

【0013】

また、本発明は、該保持ステップの前に、該単結晶シリコンインゴットの該表面を研削又は研磨して平坦化する平坦化ステップを含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明においては、単結晶シリコンインゴットの内部に剥離層を形成した後、この剥離層を起点として単結晶シリコンインゴットから単結晶シリコン基板を分離する。これにより、単結晶シリコンインゴットからワイヤーソーを用いて単結晶シリコン基板を製造する場合と比較して、単結晶シリコン基板の生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、単結晶シリコンインゴットの一例を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、単結晶シリコンインゴットの一例を模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、単結晶シリコン基板の製造方法の一例を模式的に示すフローチャートである。

【図4】図４は、レーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。

【図5】図５は、レーザービーム照射ユニットにおいてレーザービームが進行する様子を模式的に示す図である。

【図6】図６は、保持ステップ後のインゴット及び保持テーブルを模式的に示す平面図である。

【図7】図７は、インゴットにレーザービームを照射する様子を模式的に示す断面図である。

【図8】図８は、インゴットの内部に形成される隣接する剥離層を模式的に示す断面図である。

【図9】図９は、分離ステップを超音波付与装置において実施する様子を模式的に示す側面図である。

【図10】図１０は、それぞれが異なる結晶方位に沿った直線状の領域にレーザービームを照射した時にインゴットの内部に形成される剥離層の幅を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、単結晶シリコンインゴットの一例を模式的に示す斜視図であり、図２は、単結晶シリコンインゴットの一例を模式的に示す平面図である。なお、図１においては、このインゴットに含まれる平面において露出する単結晶シリコンの結晶面も示されている。また、図２においては、このインゴットを構成する単結晶シリコンの結晶方位も示されている。

【0017】

図１及び図２に示されるインゴット１１は、表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれに結晶面｛１００｝（ここでは、便宜上、結晶面（１００）とする。）が露出する円柱状の単結晶シリコンからなる。すなわち、このインゴット１１は、表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれの垂線（結晶軸）が結晶方位［１００］に沿う円柱状の単結晶シリコンからなる。

【0018】

なお、インゴット１１は、表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれに結晶面（１００）が露出するように製造されるものの、製造時の加工誤差等に起因して、その表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれが結晶面（１００）から僅かに傾いた面となっていてもよい。具体的には、インゴット１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂのそれぞれは、結晶面（１００）との間で形成される鋭角の角度が１°以下の面であってもよい。すなわち、インゴット１１の結晶軸は、結晶方位［１００］との間で形成される鋭角の角度が１°以下の方向に沿っていてもよい。

【0019】

また、インゴット１１の側面にはオリエンテーションフラット１３が形成されており、このオリエンテーションフラット１３からみて結晶方位＜１１０＞（ここでは、便宜上、結晶方位［０１１］とする。）にインゴット１１の中心Ｃが位置する。すなわち、このオリエンテーションフラット１３においては、単結晶シリコンの結晶面（０１１）が露出している。

【0020】

図３は、インゴット１１から基板を製造する単結晶シリコン基板の製造方法の一例を模式的に示すフローチャートである。端的には、この方法においては、レーザー加工装置を用いてインゴット１１の内部に剥離層を形成した後、この剥離層を起点としてインゴット１１から基板を剥離する。

【0021】

図４は、この方法において用いられるレーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図４に示されるＸ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）は、水平面上において互いに直交する方向であり、また、Ｚ軸方向（上下方向）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（鉛直方向）である。

【0022】

図４に示されるレーザー加工装置２は、各構成要素を支持する基台４を有する。この基台４の上面には、水平移動機構６が配置されている。そして、水平移動機構６は、基台４の上面に固定され、かつ、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のＹ軸ガイドレール８を有する。

【0023】

一対のＹ軸ガイドレール８の上面側には、一対のＹ軸ガイドレール８に沿ってスライド可能な態様でＹ軸移動プレート１０が連結されている。また、一対のＹ軸ガイドレール８の間には、Ｙ軸方向に沿って延在するねじ軸１２が配置されている。このねじ軸１２の前端部（一端部）には、ねじ軸１２を回転させるためのモータ１４が連結されている。

【0024】

また、ねじ軸１２の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸１２の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、ねじ軸１２が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＹ軸方向に沿って移動する。

【0025】

さらに、このナット部は、Ｙ軸移動プレート１０の下面側に固定されている。そのため、モータ１４でねじ軸１２を回転させれば、ナット部とともにＹ軸移動プレート１０がＹ軸方向に沿って移動する。また、Ｙ軸移動プレート１０の上面には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のＸ軸ガイドレール１６が固定されている。

【0026】

一対のＸ軸ガイドレール１６の上面側には、一対のＸ軸ガイドレール１６に沿ってスライド可能な態様でＸ軸移動プレート１８が連結されている。また、一対のＸ軸ガイドレール１６の間には、Ｘ軸方向に沿って延在するねじ軸２０が配置されている。このねじ軸２０の一端部には、ねじ軸２０を回転させるためのモータ２２が連結されている。

【0027】

また、ねじ軸２０の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸２０の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、ねじ軸２０が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＸ軸方向に沿って移動する。

【0028】

さらに、このナット部は、Ｘ軸移動プレート１８の下面側に固定されている。そのため、モータ２２でねじ軸２０を回転させれば、ナット部とともにＸ軸移動プレート１８がＸ軸方向に沿って移動する。

【0029】

Ｘ軸移動プレート１８の上面側には、円柱状のテーブル基台２４が配置されている。このテーブル基台２４の上部には、インゴット１１を保持する保持テーブル２６が配置されている。この保持テーブル２６は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して平行な円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてはポーラス板２６ａが露出している。

【0030】

また、テーブル基台２４の下部には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。そして、この回転駆動源が動作すると、保持テーブル２６は、保持面の中心を通り、かつ、Ｚ軸方向に平行な直線を回転軸として回転する。また、上述した水平移動機構６が動作すると、保持テーブル２６は、Ｘ軸方向及び／又はＹ軸方向に沿って移動する。

【0031】

さらに、ポーラス板２６ａは、保持テーブル２６の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そして、この吸引源が動作すると、保持テーブル２６の保持面近傍の空間に負圧が生じる。これにより、例えば、保持面に裏面１１ｂ側が載置されたインゴット１１を保持テーブル２６で保持することができる。

【0032】

また、基台４の後方の領域上には、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対して概ね平行な側面を有する支持構造３０が設けられている。この支持構造３０の側面には、鉛直移動機構３２が配置されている。そして、鉛直移動機構３２は、支持構造３０の側面に固定され、かつ、Ｚ軸方向に沿って延在する一対のＺ軸ガイドレール３４を有する。

【0033】

一対のＺ軸ガイドレール３４の表面側には、一対のＺ軸ガイドレール３４に沿ってスライド可能な態様でＺ軸移動プレート３６が連結されている。また、一対のＺ軸ガイドレール３４の間には、Ｚ軸方向に沿って延在するねじ軸（不図示）が配置されている。このねじ軸の上端部（一端部）には、ねじ軸を回転させるためのモータ３８が連結されている。

【0034】

また、ねじ軸の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、このねじ軸が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＺ軸方向に沿って移動する。

【0035】

さらに、このナット部は、Ｚ軸移動プレート３６の裏面側に固定されている。そのため、モータ３８で一対のＺ軸ガイドレール３４の間に配置されているねじ軸を回転させれば、ナット部とともにＺ軸移動プレート３６がＺ軸方向に沿って移動する。

【0036】

Ｚ軸移動プレート３６の表面側には、支持具４０が固定されている。この支持具４０は、レーザービーム照射ユニット４２の一部を支持する。図５は、レーザービーム照射ユニット４２においてレーザービームＬＢが進行する様子を模式的に示す図である。なお、図５においては、レーザービーム照射ユニット４２の構成要素の一部が機能ブロックで示されている。

【0037】

レーザービーム照射ユニット４２は、基台４に固定されたレーザー発振器４４を有する。このレーザー発振器４４は、例えば、レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧ等を有し、単結晶シリコンを透過する波長（例えば、１０６４ｎｍ）のパルス状のレーザービームＬＢを出射する。

【0038】

このレーザービームＬＢは、その出力が減衰器４６において調整された後、空間光変調器４８に供給される。そして、空間光変調器４８においては、レーザービームＬＢが分岐される。例えば、空間光変調器４８は、後述する照射ヘッド５２から出射されるレーザービームＬＢがＹ軸方向に沿って等間隔に並ぶ複数（例えば、５つ）の集光点を形成するようにレーザービームＬＢを分岐する。

【0039】

また、空間光変調器４８において分岐されたレーザービームＬＢは、ミラー５０によって反射されて照射ヘッド５２へと導かれる。この照射ヘッド５２には、レーザービームＬＢを集光する集光レンズ（不図示）等が収容されている。そして、この集光レンズで集光されたレーザービームＬＢは、保持テーブル２６の保持面側に出射される。

【0040】

なお、図４に示されるように、照射ヘッド５２は、円柱状のハウジング５４の前端部に設けられている。そして、このハウジング５４の後側の側面には、支持具４０が固定されている。さらに、このハウジング５４の前側の側面には、撮像ユニット５６が固定されている。

【0041】

この撮像ユニット５６は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源と、対物レンズと、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の撮像素子とを有する。

【0042】

そして、上述した鉛直移動機構３２が動作すると、照射ヘッド５２、ハウジング５４及び撮像ユニット５６は、Ｚ軸方向に沿って移動する。さらに、基台４上には、上述した構成要素を覆うカバー（不図示）が設けられている。このカバーの前面には、タッチパネル５７が配置されている。

【0043】

このタッチパネル５７は、例えば、静電容量方式又は抵抗膜方式のタッチセンサ等の入力装置と、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置とによって構成され、ユーザインターフェースとして機能する。

【0044】

図３に示される単結晶シリコン基板の製造方法においては、まず、インゴット１１を保持テーブル２６で保持する（保持ステップ：Ｓ１）。図６は、保持ステップ（Ｓ１）後のインゴット１１及び保持テーブル２６を模式的に示す平面図である。

【0045】

インゴット１１は、表面１１ａが露出するように、裏面１１ｂ側が保持テーブル２６の保持面に載置される。そして、このインゴット１１の裏面１１ｂ側には、ポーラス板２６ａと連通する吸引源を動作させることによって生じる負圧が作用している。これにより、インゴット１１が保持テーブル２６で保持される。

【0046】

さらに、保持テーブル２６は、インゴット１１の側面に形成されたオリエンテーションフラット１３からインゴット１１の中心Ｃに向かう方向（単結晶シリコンの結晶方位［０１１］）とＸ軸方向又はＹ軸方向とがなす鋭角の角度が４５°となるようにインゴット１１を保持する。このようなインゴット１１の位置の調整は、例えば、撮像ユニット５６による撮像によって形成された画像に基づいて、テーブル基台２４の下部に連結されている回転駆動源によって保持テーブル２６を回転させることによって行われる。

【0047】

次いで、保持テーブル２６と照射ヘッド５２とをＸ軸方向に沿って相対的に移動させながらインゴット１１にレーザービームＬＢを照射することによって、インゴット１１の内部の直線状の領域に剥離層を形成する（剥離層形成ステップ：Ｓ２）。例えば、剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、保持テーブル２６をＸ軸方向に沿って移動させながらインゴット１１にレーザービームＬＢを照射する。

【0048】

図７は、インゴット１１の表面１１ａ側からインゴット１１にレーザービームＬＢを照射する様子を模式的に示す断面図である。このインゴット１１は、例えば、単結晶シリコンの結晶方位［０１０］がＸ軸方向と平行になるように保持テーブル２６に保持されている（図２及び図６等参照）。そのため、レーザービームＬＢは、単結晶シリコンの結晶方位［０１０］に沿って照射される。

【0049】

また、レーザービームＬＢは、分岐されており、その複数の集光点のそれぞれをインゴット１１の内部に位置付けた状態で照射される。そして、複数の集光点のそれぞれを中心として、インゴット１１の内部に単結晶シリコンの結晶構造が乱れた改質領域１５ａが形成される。すなわち、Ｙ軸方向に沿って並ぶような複数の改質領域１５ａが形成される。

【0050】

この時、複数の改質領域１５ａのそれぞれからは、所定の結晶面に沿って亀裂１５ｂが伸展する。その結果、複数の改質領域１５ａと、複数の改質領域１５ａのそれぞれから進展する亀裂１５ｂとを含む剥離層１５がインゴット１１の内部に形成される。

【0051】

ここで、単結晶シリコンは、一般的に、結晶面｛１１１｝において最も劈開しやすく、結晶面｛１１０｝において２番目に劈開しやすい。そのため、例えば、インゴットを構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞（例えば、インゴット１１の側面に形成されたオリエンテーションフラット１３からインゴット１１の中心Ｃに向かう方向（結晶方位［０１１］））に沿って改質領域が形成されると、この改質領域から結晶面｛１１１｝に沿って伸展する亀裂が多く発生する。

【0052】

他方、単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞に沿った直線状の領域に、平面視において、この直線状の領域が延在する方向と直交する方向に沿って並ぶように複数の改質領域が形成されると、この複数の改質領域のそれぞれから結晶面｛Ｎ１０｝（Ｎは、０を除く絶対値が１０以下の整数）のうち当該直線状の領域が延在する方向に平行な結晶面に沿って伸展する亀裂が多く発生する。

【0053】

例えば、上述のように、結晶方位［０１０］（Ｘ軸方向）に沿った直線状の領域に、平面視において、この直線状の領域が延在する方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に沿って並ぶように複数の改質領域１５ａが形成されると、この複数の改質領域１５ａのそれぞれから結晶面{Ｎ１０}（Ｎは、０を除く絶対値が１０以下の整数）のうち単結晶シリコンの結晶方位［０１０］に平行な結晶面に沿って伸展する亀裂が多くなる。

【0054】

具体的には、このように複数の改質領域１５ａが形成される場合には、以下の結晶面において亀裂が伸展しやすくなる。

【数1】

【数2】

【0055】

そして、インゴット１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂに露出する結晶面（１００）と、単結晶シリコンの結晶面{Ｎ１０}のうち単結晶シリコンの結晶方位［０１０］に平行な結晶面とがなす鋭角の角度は、４５°以下である。他方、結晶面（１００）と、単結晶シリコンの結晶面｛１１１｝とがなす鋭角の角度は、５４．７°程度である。

【0056】

そのため、インゴット１１に単結晶シリコンの結晶方位［０１０］に沿ってレーザービームＬＢが照射される場合（前者の場合）には、結晶方位［０１１］に沿ってレーザービームＬＢが照射される場合（後者の場合）と比較して、剥離層１５が幅広かつ薄くなりやすい。すなわち、図７に示される剥離層１５の幅（Ｗ）と厚さ（Ｔ）との比の値（Ｗ／Ｔ）は、前者の場合が後者の場合よりも大きくなる。

【0057】

次いで、レーザービームＬＢの照射によって集光点が形成されるインゴット１１の内部の位置をＹ軸方向に沿って移動させる（割り出し送りステップ：Ｓ３）。例えば、割り出し送りステップ（Ｓ３）においては、保持テーブル２６をＹ軸方向に沿って移動させる（割り出し送りステップ：Ｓ３）。なお、Ｙ軸方向に沿った保持テーブル２６の移動距離（インデックス）は、例えば、上記の剥離層１５の幅（Ｗ）以上になるように設定される。

【0058】

具体的には、剥離層１５の幅（Ｗ）が２５０μｍ～２８０μｍに含まれる所定の長さであれば、インデックスは５３０μｍ程度に設定される。次いで、上記の剥離層形成ステップ（Ｓ２）を再び実施する。図８は、２回目の剥離層形成ステップ（Ｓ２）の実施によって、インゴット１１の内部に形成される隣接する剥離層を模式的に示す断面図である。

【0059】

この場合、１回目の剥離層形成ステップ（Ｓ１）において形成された剥離層１５（剥離層１５－１）と平行になり、かつ、Ｙ軸方向において剥離層１５－１から離隔した剥離層１５（剥離層１５－２）がインゴット１１の内部に形成される。さらに、インゴット１１の内部のＹ軸方向における一端側の領域から他端側の領域まで剥離層１５が形成されるように、割り出し送りステップ（Ｓ３）及び剥離層形成ステップ（Ｓ２）を繰り返し実施する。

【0060】

そして、インゴット１１の内部のＹ軸方向における一端側の領域から他端側の領域まで剥離層１５が形成されれば（ステップ（Ｓ４）：ＹＥＳ）、剥離層１５を起点としてインゴット１１から基板を分離する（分離ステップ：Ｓ５）。図９は、分離ステップ（Ｓ５）を超音波付与装置において実施する様子を模式的に示す側面図である。

【0061】

図９に示される超音波付与装置５８は、円柱状のチャックテーブル６０を有する。このチャックテーブル６０の上面は、インゴット１１の裏面１１ｂ側を保持する保持面となる。この保持面には環状の溝が形成されており、この溝の底面には開口が形成されている。この開口は、チャックテーブル６０の内部に設けられている流路を介して、真空ポンプ等の吸引源に連通している。

【0062】

そのため、チャックテーブル６０の保持面にインゴット１１の裏面１１ｂ側が置かれた状態で吸引源が動作すると、チャックテーブル６０がインゴット１１を保持する。また、チャックテーブル６０の上方には、超音波付与ユニット６２が設けられている。この超音波付与ユニット６２は、円柱状の振動部材６４を有する。

【0063】

この振動部材６４は、チャックテーブル６０に保持されたインゴット１１の表面１１ａに振動部材６４の下端面が対面するように設けられている。また、振動部材６４は超音波振動子を内蔵し、この超音波振動子が振動することによって、振動部材６４の全体が振動する。

【0064】

さらに、振動部材６４の上面の中央領域には、駆動軸６６の先端（下端）部が固定されている。この駆動軸６６は、互いに独立して動作可能な鉛直移動機構（不図示）及び水平移動機構（不図示）に連結されている。なお、鉛直移動機構及び水平移動機構のそれぞれは、例えば、ボールねじを含む。

【0065】

そして、この鉛直移動機構が動作すると、駆動軸６６が鉛直方向に沿って移動し、また、この水平移動機構が動作すると、駆動軸６６が水平方向に沿って移動する。また、超音波付与ユニット６２の側方には、液体ノズル６８が設けられている。この液体ノズル６８は、その下端面に設けられた開口から振動部材６４の下端面とインゴット１１の表面１１ａとの間の空間に液体を供給する。

【0066】

超音波付与装置５８において分離ステップ（Ｓ５）を実施する際には、まず、インゴット１１の裏面１１ｂ側をチャックテーブル６０の保持面に載置する。次いで、チャックテーブル６０の保持面の溝の底面に形成されている開口と連通する吸引源を動作させる。これにより、インゴット１１がチャックテーブル６０によって保持される。

【0067】

次いで、振動部材６４の下端面をインゴット１１の表面１１ａに接近させるように、鉛直移動機構が駆動軸６６を下降させる。次いで、液体ノズル６８から振動部材６４の下端面とインゴット１１の表面１１ａとの間の空間に液体を供給し、かつ、水平移動機構が駆動軸６６を移動させながら、振動部材６４に内蔵された超音波振動子を振動させる。

【0068】

これにより、超音波がインゴット１１の内部に形成された剥離層１５に付与される。その結果、剥離層１５に含まれる亀裂１５ｂがさらに伸展する。例えば、図８に示される剥離層１５－１に含まれる亀裂１５ｂと剥離層１５－２に含まれる亀裂１５ｂとがそれぞれ伸展して、両者の亀裂１５ｂがつながる。その結果、インゴット１１が剥離層１５において分離して基板が製造される。

【0069】

図３に示される単結晶シリコン基板の製造方法においては、インゴット１１の内部に剥離層１５を形成した後、この剥離層１５を起点としてインゴット１１から基板を分離する。これにより、インゴット１１からワイヤーソーを用いて基板を製造する場合と比較して、基板の生産性を向上させることができる。

【0070】

さらに、上述した方法においては、結晶方位［０１０］に沿った直線状の領域に分岐したレーザービームＬＢを照射することによって、平面視において、この直線状の領域が延在する方向と直交する方向に沿って並ぶように複数の改質領域１５ａを形成する。この場合、複数の改質領域１５ａのそれぞれから結晶面｛Ｎ１０｝（Ｎは、０を除く絶対値が１０以下の整数）のうち単結晶シリコンの結晶方位［０１０］に平行な結晶面に沿って伸展する亀裂１５ｂが多くなる。

【0071】

これにより、上述した方法においては、インゴット１１に単結晶シリコンの結晶方位［０１１］に沿ってレーザービームＬＢが照射される場合と比較して、剥離層１５を幅広かつ薄くすることができる。その結果、インゴット１１から基板を製造する際に廃棄される素材量を低減し、基板の生産性をさらに向上させることができる。

【0072】

なお、上述した単結晶シリコン基板の製造方法は本発明の一態様であって、本発明は上述した方法に限定されない。例えば、本発明において基板を製造するために利用されるインゴットは、図１及び図２等に示されるインゴット１１に限定されない。

【0073】

具体的には、本発明においては、側面にノッチが形成されたインゴットから基板が製造されてもよい。あるいは、本発明においては、側面にオリエンテーションフラット及びノッチのいずれもが形成されていないインゴットから基板が製造されてもよい。

【0074】

また、本発明において用いられるレーザー加工装置の構造は、上述したレーザー加工装置２の構造に限定されない。例えば、本発明は、レーザービーム照射ユニット４２の照射ヘッド５２等をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向のそれぞれに沿って移動させる水平移動機構が設けられているレーザー加工装置を用いて実施されてもよい。

【0075】

すなわち、本発明においては、インゴット１１を保持する保持テーブル２６とレーザービームＬＢを出射するレーザービーム照射ユニット４２の照射ヘッド５２とがＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに沿って相対的に移動できればよく、そのための構造に限定はない。

【0076】

また、本発明においては、剥離層形成ステップ（Ｓ２）においてレーザービームＬＢが照射されるインゴット１１の内部の直線状の領域は、結晶方位［０１０］に沿った直線状の領域に限定されない。例えば、本発明においては、結晶方位［００１］に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢが照射されてもよい。

【0077】

なお、このようにインゴット１１にレーザービームＬＢが照射される場合には、以下の結晶面において亀裂が伸展しやすくなる。

【数3】

【数4】

【0078】

さらに、本発明においては、平面視において、結晶方位［０１０］又は結晶方位［００１］から僅かに傾いた方向に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢが照射されてもよい。この点について、図１０を参照して説明する。

【0079】

図１０は、それぞれが異なる結晶方位に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢを照射した時にインゴット１１の内部に形成される剥離層の幅（図７に示される幅（Ｗ））を示すグラフである。なお、このグラフの横軸は、平面視において、結晶方位［０１１］に直交する直線状の領域（基準領域）が延在する方向と、測定対象となる直線状の領域（測定領域）が延在する方向とがなす角の角度を示している。

【0080】

すなわち、このグラフの横軸の値が４５°となる場合、結晶方位［００１］に沿った直線状の領域が測定対象となる。同様に、このグラフの横軸の値が１３５°となる場合、結晶方位［０１０］に沿った直線状の領域が測定対象となる。また、このグラフの縦軸は、測定領域にレーザービームＬＢを照射することによって測定領域に形成される剥離層の幅を、基準領域にレーザービームＬＢを照射することによって基準領域に形成される剥離層の幅で割った時の値を示している。

【0081】

図１０に示されるように、剥離層の幅は、基準領域が延在する方向と測定領域が延在する方向とがなす角の角度が４０°～５０°又は１３０°～１４０°である時に広くなる。すなわち、剥離層の幅は、結晶方位［００１］又は結晶方位［０１０］のみならず、これらの結晶方位との間で形成される鋭角の角度が５°以下である方向に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢを照射した時に広くなる。

【0082】

そのため、本発明においては、平面視において、結晶方位［００１］又は結晶方位［０１０］から５°以下傾いた方向に沿った直線状の領域にレーザービームＬＢが照射されてもよい。

【0083】

また、本発明においては、インゴット１１の内部のＹ軸方向における一端側の領域から他端側の領域まで剥離層１５が形成された（ステップＳ４：ＹＥＳ）後に、再度、剥離層形成ステップ（Ｓ２）と割り出し送りステップ（Ｓ３）とを繰り返し実施してもよい。すなわち、既に剥離層１５が形成されているインゴット１１の内部のＹ軸方向における一端側の領域から他端側の領域までに対して、剥離層１５を形成するようなレーザービームＬＢの照射を再び実施してもよい。

【0084】

この場合、剥離層１５に含まれる改質領域１５ａ及び亀裂１５ｂのそれぞれの密度が増加する。これにより、分離ステップ（Ｓ５）におけるインゴット１１からの基板の分離が容易になる。

【0085】

また、本発明においては、剥離層形成ステップ（Ｓ２）の後、かつ、割り出し送りステップ（Ｓ３）の前に、再度、剥離層形成ステップ（Ｓ２）を実施してもよい。すなわち、既に剥離層１５が形成されているインゴット１１の内部の直線状の領域に対して、剥離層１５を形成するようなレーザービームＬＢの照射を再び実施してもよい。

【0086】

この場合、上記同様、分離ステップ（Ｓ５）におけるインゴット１１からの基板の分離が容易になる。さらに、この場合には、剥離層１５に含まれる亀裂１５ｂがさらに伸展する。すなわち、剥離層１５の幅（図７に示される幅（Ｗ））が広くなる。そのため、この場合には、割り出し送りステップ（Ｓ３）におけるＹ軸方向に沿った保持テーブル２６の移動距離（インデックス）を長くすることができる。

【0087】

また、本発明においては、保持ステップ（Ｓ１）に先立って、インゴット１１の表面１１ａが研削又は研磨によって平坦化されてもよい（平坦化ステップ）。例えば、この平坦化は、インゴット１１から複数枚の基板を製造する際に実施されてもよい。具体的には、インゴット１１が剥離層１５において分離して基板が製造されると、新たに露出するインゴット１１の表面には、剥離層１５に含まれる改質領域１５ａ及び亀裂１５ｂの分布を反映した凹凸が形成される。

【0088】

そのため、このインゴット１１から新たな基板を製造する場合には、保持ステップ（Ｓ１）に先立って、インゴット１１の表面を平坦化することが好ましい。これにより、剥離層形成ステップ（Ｓ２）においてインゴット１１に照射されるレーザービームＬＢのインゴット１１の表面における乱反射を抑制できる。

【0089】

同様に、本発明においては、インゴット１１から分離された基板の剥離層１５側の面が研削又は研磨によって平坦化されてもよい。その他、上述した実施形態にかかる構造及び方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

【符号の説明】

【0090】

１１ ：インゴット（１１ａ：表面、１１ｂ：裏面）
１３ ：オリエンテーションフラット
１５ ：剥離層（１５ａ：改質領域、１５ｂ：亀裂）
１５－１：剥離層
１５－２：剥離層
２ ：レーザー加工装置
４ ：基台
６ ：水平移動機構
８ ：Ｙ軸ガイドレール
１０ ：Ｙ軸移動プレート
１２ ：ねじ軸
１４ ：モータ
１６ ：Ｘ軸ガイドレール
１８ ：Ｘ軸移動プレート
２０ ：ねじ軸
２２ ：モータ
２４ ：テーブル基台
２６ ：チャックテーブル（保持ユニット）（２６ａ：保持面）
３０ ：支持構造
３２ ：鉛直移動機構
３４ ：Ｚ軸ガイドレール
３６ ：Ｚ軸移動プレート
３８ ：モータ
４０ ：支持具
４２ ：レーザービーム照射ユニット
４４ ：レーザー発振器
４６ ：減衰器
４８ ：空間光変調器
５０ ：ミラー
５２ ：照射ヘッド
５４ ：ハウジング
５６ ：撮像ユニット
５７ ：タッチパネル
５８ ：超音波付与装置
６０ ：チャックテーブル
６２ ：超音波付与ユニット
６４ ：振動部材
６６ ：駆動軸
６８ ：液体ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】