多層膜付き単結晶基板、多層膜付き単結晶基板の製造方法および素子製造方法
【課題】多層膜の成膜により生じた反りを矯正すること。
【解決手段】単結晶基板２０と、単結晶基板２０の片面に形成された２つ以上の層を有しかつ圧縮応力を有する多層膜３０とを含み、単結晶基板２０をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域２０Ｕ、２０Ｄのうち、少なくとも単結晶基板２０の多層膜３０が形成された面側と反対側の面側の領域２０Ｄ内に、熱変性層２２が設けられている多層膜付き単結晶基板、その製造方法および当該製造方法を用いた素子製造方法
【解決手段】単結晶基板２０と、単結晶基板２０の片面に形成された２つ以上の層を有しかつ圧縮応力を有する多層膜３０とを含み、単結晶基板２０をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域２０Ｕ、２０Ｄのうち、少なくとも単結晶基板２０の多層膜３０が形成された面側と反対側の面側の領域２０Ｄ内に、熱変性層２２が設けられている多層膜付き単結晶基板、その製造方法および当該製造方法を用いた素子製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層膜付き単結晶基板、多層膜付き単結晶基板の製造方法および素子製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムに代表される窒化物半導体は、バンドギャップが広く、青色系の発光が可能であることから、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半導体レーザ）等に広く用いられている。近年は、更なる発光効率アップや高輝度化への取り組みが盛んに行われている。
【０００３】
一般的な窒化物半導体発光素子構造は、サファイア基板上に、ＧａＮより成るバッファ層、ｎ型ＧａＮより成るｎ型コンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮより成るｎ型クラッド層、ｎ型ＩｎＧａＮより成る活性層、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層、ｐ型ＧａＮより成るｐ型コンタクト層が順に積層されたダブルヘテロ構造を有している。活性層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）よりなる井戸層のみの単一量子井戸（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造もしくは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）よりなる井戸層と、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１、ｙ＜ｘ）よりなる障壁層との多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）のＩｎを含む構成となっている（特許文献１参照）。
【０００４】
サファイア基板上に上述した多層膜を形成すると、多層膜とサファイアとの熱膨張係数差及び格子定数差に起因して、成膜後のサファイア基板に反りが発生することが知られている。たとえば、非特許文献１には、サファイア基板上に、ＡｌＮバッファ層とＧａＮ層とをエピタキシャル成長させ、成膜により発生する熱応力がＧａＮ層膜厚に依存してどのように緩和されるかを調べた結果が開示されている。この非特許文献１では、膜厚が厚くなるに従って基板の反りが大きくなり、それに伴って界面欠陥（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｆｅｃｔｓ）、マイクロクラック（Ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ）や転位（Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）、マクロクラック（Ｍａｃｒｏｃｒａｃｋｓ）が発生することで応力を緩和するということが明らかにされている。
【０００５】
また、非特許文献２のＦｉｇ．４には、サファイア基板上にＧａＮ系ＬＥＤ構造をエピタキシャル成長させる工程を通して発生する基板の反りを、Ｉｎ−ｓｉｔｕ観察する解析手法が開示されている。これによると、一連の成膜工程において、成膜物質、成膜温度、膜厚の変化によりサファイア基板の曲率が大きく変化することが示されている。さらに、活性層であるＩｎＧａＮ層の成長段階でサファイア基板の曲率がほぼ０となるような成膜工程とすることによって、基板面内における発光波長を均一化することが明らかにされている。
【０００６】
以上に説明したように、一連の成膜工程を通してサファイア基板の反りが大きく変化し、窒化物半導体膜の品質や発光波長の均一性に影響を与えることが知られている。なお、実際には、基板との熱膨張係数差を利用して、ＩｎＧａＮ系活性層において基板曲率がほぼ０となるように、サファイア基板の反り形状及び反り量が設定されることが多い。このような背景から、サファイア基板の形状及び反り量を制御するために、様々な研磨加工技術が検討されている（特許文献２等参照）。
【０００７】
一方で、サファイア基板上に窒化物半導体が積層された発光素子を分割する際に、８０〜９０μｍ程度の厚みを有するサファイア基板の内部に、パルスレーザを集光し、発光素子の分割予定ラインに対応する変質領域を形成する技術が知られている（特許文献３）。特許文献３に開示される技術は、サファイア基板にレーザ光線を照射して個々の発光素子に分割しても発光素子の輝度低下を抑制し得るサファイア基板の加工方法であり、発光素子の分割を目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２５０４３８号公報
【特許文献２】特開２００６−３４７７７６号公報
【特許文献３】特開２００８−６４９２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32 (1993) pp. 1528-1533
【非特許文献２】J. Cryst. Growth, Vol.272, Issues 1-4, (2004), pp.94-99
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上に説明したように、発光素子などの各種素子を作製するために、サファイア基板などの単結晶基板上に、素子の構成に応じた多層膜を成膜すると、成膜後の基板（多層膜付き単結晶基板）は、通常は、反ってしまう。一方、素子を製造する上では、多層膜付き単結晶基板に対して、通常は、さらに種々の後工程が実施される。しかしながら、多層膜付き基板が反った状態で、後工程を実施する場合、素子の品質ばらつきや歩留まり低下などを招いていた。
【００１１】
たとえば、後工程において多層膜をパターニング処理しようとした場合、以下に説明する問題が発生する。すなわち、多層膜をパターニング処理する場合、フォトマスクを用いて、多層膜上に形成されたレジストを露光することになる。この際、多層膜付き単結晶基板は反った状態である。それゆえ、単結晶基板の中央部に位置する多層膜の表面に対して露光のために照射される光の焦点を合わせると、単結晶基板の端部近傍に位置する多層膜の表面では、焦点がぼけることになる。この場合、多層膜の面内において露光ムラが生じるため、後工程を経て製造される素子の品質ばらつきや、歩留まりの低下を招くことになる。
【００１２】
また、後工程において、多層膜付き単結晶基板の多層膜が形成された面と反対側の面を研磨（バックラップ処理）しようとした場合、多層膜付き単結晶基板の多層膜が形成された面を平坦な研磨盤に貼り付けて固定する必要がある。しかし、この場合、多層膜付き単結晶基板が反っていると、バックラップ処理する面を平坦にするために、貼り付け時に、多層膜付き単結晶基板に対して大きな圧力を加えて貼り付け処理を行う必要がある。しかしながら、反りが大きいほど、大きな圧力を加えなければならなくなるため、結果として、多層膜付き基板にクラックが生じ易くなり、歩留まりの低下を招くことになる。なお、このような問題の発生を回避するために、より厚みのある単結晶基板を用いることも考えられる。しかしながら、この方法では、バックラップ処理に必要な研磨量が増大し、研磨時間がより長時間となるため、生産性が低下し実用性に欠ける。
【００１３】
上述した事情を考慮すれば、多層膜付き単結晶基板は、出来る限り平坦な状態となるように、後工程実施前において、多層膜の成膜により生じた反りが矯正されていることが好ましいといえる。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多層膜の成膜により生じた反りが矯正された多層膜付き単結晶基板、その製造方法、および、当該製造方法を利用した素子製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
本発明の多層膜付き単結晶基板は、単結晶基板と、該単結晶基板の片面に形成された２つ以上の層を有する多層膜と、を含み、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の多層膜付き単結晶基板の一実施態様は、熱変性層が、単結晶基板に対するレーザ照射により形成されることが好ましい。
【００１７】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、熱変性層が、多層膜と平行に設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の厚み方向の相対位置を、多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に設けられていることが好ましい。
【００１９】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、熱変性層が、単結晶基板の平面方向に対して、
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
ｉｉｉ）同心円状、
ｉｖ）単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
ｖ）単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
ｖｉ）ストライプ形状、ならびに、
ｖｉｉ）らせん形状
から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状で設けられていることが好ましい。
【００２０】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることが好ましい。
【００２１】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２２】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の厚み方向の相対位置を、多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、第２の熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に設けられていることが好ましい。
【００２３】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の材質が、サファイアであることが好ましい。
【００２４】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の厚みが０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、多層膜を構成する少なくともいずれか１層が、窒化物半導体結晶層であることが好ましい。
【００２７】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択される素子が作製できることが好ましい。
【００２８】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法は、片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする。
【００２９】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の一実施態様は、レーザの照射が、下記Ａ〜Ｂに示す少なくともいずれか１つに記載の照射条件を満たすように実施されることが好ましい。
＜照射条件Ａ＞
・レーザ波長：２００ｎｍ〜３５０ｎｍ
・パルス幅：ナノ秒オーダー
＜照射条件Ｂ＞
・レーザ波長：３５０ｎｍ〜２０００ｎｍ
・パルス幅：フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー
【００３０】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、熱変性層が、多層膜と平行となるように形成されることが好ましい。
【００３１】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、単結晶基板の厚み方向の相対位置を、多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に位置するように形成されることが好ましい。
【００３２】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、
熱変性層が、単結晶基板の平面方向に対して、
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
ｉｉｉ）同心円状、
ｉｖ）単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
ｖ）単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
ｖｉ）ストライプ形状、ならびに、
ｖｉｉ）らせん形状
から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状を描くように形成されることを特徴とすることが好ましい。
【００３３】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることが好ましい。
【００３４】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３５】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、
（１）単結晶基板の片面側からレーザを照射することにより、
単結晶基板の厚み方向の相対位置を、レーザが照射される側の面を０％と仮定し、レーザが照射される側の面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成する多層膜成膜前熱変性層形成工程と、
（２）熱変性層が形成された単結晶基板のレーザが照射された側の面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜を形成する多層膜形成工程と、
（３）多層膜成膜後熱変性層形成工程と、
を、この順に少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することが好ましい。
【００３６】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、単結晶基板の材質が、サファイアであることが好ましい。
【００３７】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、単結晶基板の直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、単結晶基板の厚みが０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、多層膜を構成する少なくともいずれか１層が、窒化物半導体結晶層であることが好ましい。
【００４０】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、レーザの照射が、単結晶基板の多層膜が形成された面と反対側の面に、透明樹脂材料からなるコーティング層を形成した後に、実施されることが好ましい。
【００４１】
本発明の素子製造方法は、片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造し、さらに、当該多層膜付き単結晶基板の多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか１つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
以上に説明したように本発明によれば、多層膜の成膜により生じた反りが矯正された多層膜付き単結晶基板、その製造方法、および、当該製造方法を利用した素子製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の一例を示す模式説明図である。
【図２】図１に示すものと対応関係にある本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の一例を示す模式説明図である。
【図３】単結晶基板の平面方向に対する熱変性層の配置パターン形状の一例を示す平面図である。ここで、図３（ａ）は、複数本のラインを基板のオリフラ面に対して垂直に形成したストライプ形状を示す平面図であり、図３（ｂ）は、複数本のラインを基板のオリフラ面に対して水平に形成したストライプ形状を示す平面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す配置パターン形状を組み合わせた格子形状を示す平面図であり、図３（ｄ）は、同一サイズの複数の正六角形を、正六角形の６つの頂点全てが当該正六角形に隣接する正六角形のいずれか一つの頂点と必ず重なり合うように規則的に配置した形状を示す平面図であり、図３（ｅ）は、同心円形状を示す平面図である。
【図４】本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の例を示す模式説明図である。
【図５】本実施形態の多層膜付き単結晶基板の他の例を示す模式断面図である。
【図６】多層膜形成工程の一例を示す模式説明図である。ここで、図６（ａ）は成膜開始前の状態を示す図であり、図６（ｂ）は低温バッファ層を形成した後の状態を示す図であり、図６（ｃ）はｎ−ＧａＮ層を形成した後の状態を示す図であり、図６（ｄ）は多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ系活性層を形成した後の状態を示す図である。
【図７】多層膜形成工程における単結晶基板の反り挙動の一例を示すグラフである。
【図８】円形状基板の曲率から基板の反り量を計算する方法を説明する模式説明図である。
【図９】本実施形態の素子製造方法の一例を示す模式説明図である。ここで、図９（ａ）は素子部分形成工程を示す図であり、図９（ｂ）は研磨工程を示す図であり、図９（ｃ）は分割予定ライン形成工程を示す図であり、図９（ｄ）は分割工程を示す図である。
【図１０】表２に示す実施例Ａ１〜実施例Ａ５の実験条件において、多層膜成膜後に同等のそり量を有する多層膜付き単結晶基板について、レーザ照射によって生じた反り量を示すグラフである。
【図１１】第１の熱変性層形成位置であるサファイア基板の厚み方向に対する、前記サファイア基板の曲率変化量の関係について評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（多層膜付き単結晶基板およびその製造方法）
本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、単結晶基板と、単結晶基板の片面に形成された２つ以上の層を有し、かつ、熱変性層形成前に圧縮応力を有する多層膜と、を含み、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層が設けられていることを特徴とする。
【００４５】
本実施形態の多層膜付き単結晶基板では、単結晶基板の片面に圧縮応力を有する多層膜が設けられている。それゆえ、この圧縮応力を解放するために、多層膜には、単結晶基板の平面方向に対して伸びようとする力が常に作用する。従って、通常であれば、多層膜付き単結晶基板は、多層膜が設けられた側に凸を成すように大きく反ってしまうことになる。
【００４６】
しかしながら、本実施形態の多層膜付き単結晶基板においては、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層が設けられている。このため、単結晶基板をその厚み方向において２等分するラインの多層膜が設けられた側の領域内おいて、多層膜中の圧縮応力を解放する力（単結晶基板の平面方向に広がろうとする力）が、単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内において、熱変性層に起因して生じる単結晶基板の平面方向に広がろうとする力により相殺される。その結果、多層膜の成膜に起因して生じる反りが矯正される。この場合、この反りが矯正されることで単結晶基板ができるだけ平坦な状態に近づくことが基本的に望ましいが、多層膜の成膜に起因して生じた反りの向きは同じままで、反りの程度が多少小さくなっているだけでもよく、あるいは、多層膜の成膜に起因して生じた反りの向きを反転させて逆向きに反らせるように、多層膜の成膜に起因して生じた反りを矯正してもよい。なお、多層膜の形成に起因する反りが矯正されることで単結晶基板が略平坦な状態に近づいた場合、従来の多層膜付き単結晶基板を用いる場合と比較して、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を用いて、後工程を実施して素子を作製するときは、素子の品質ばらつきを抑制したり、歩留まりを向上させることがより容易となる。
【００４７】
なお、「熱変性層」は、単結晶基板の一部の領域を局所的に加熱することにより形成される層である。この熱変性層は、単結晶基板をその厚み方向において２等分するラインで分割される２つの領域のうちの一方の領域内に、この熱変性層を形成した場合に、当該一方の領域側に凸を成すように単結晶基板を反らす作用を有する。このことから、熱変性層も、多層膜と同様に圧縮応力を有しているものと推定される。
【００４８】
この熱変性層の形成方法としては特に限定されるものではないが、通常は、単結晶基板に対してレーザ照射する方法が用いられる。この場合、レーザ照射された領域に存在する原子の多光子吸収により、当該領域が局所的に加熱され、周囲の領域に対して結晶構造や結晶性の変化などの何がしかの変性が生じることで、熱変性層が形成される。すなわち、本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより製造することができる。
【００４９】
−レーザ照射条件−
なお、レーザの照射は、熱変性層が形成できるのであれば、如何様な照射条件で実施してもよいが、一般には、短い時間幅の中にエネルギーを集中させることが出来るため、高いピーク出力が得ることができるという点で、断続的にレーザ光を出すパルスレーザを用いて、下記１）および２）に示す範囲内で実施することが好ましい。
１）レーザ波長：２００ｎｍ〜５０００ｎｍ
２）パルス幅：フェムト秒オーダー〜ナノ秒オーダー（１ｆｓ〜１０００ｎｓ）
【００５０】
ここで、レーザ波長やパルス幅は、レーザ照射の対象となる単結晶基板の材質に起因する光透過性／光吸収性や、単結晶基板内に形成される熱変性層のサイズ・パターン精度、実用上利用可能なレーザ装置などを考慮して適宜選択される。しかしながら、レーザ照射に際しては、特に下記Ａ〜Ｂに示す照射条件を選択することが好ましい。
＜照射条件Ａ＞
・レーザ波長：２００ｎｍ〜３５０ｎｍ
・パルス幅：ナノ秒オーダー（１ｎｓ〜１０００ｎｓ）。なお、より好ましくは、１０ｎｓ〜１５ｎｓ。
＜照射条件Ｂ＞
・レーザ波長：３５０ｎｍ〜２０００ｎｍ
・パルス幅：フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー（１ｆｓ〜１０００ｐｓ）。なお、より好ましくは、２００ｆｓ〜８００ｆｓ。
【００５１】
なお、照射条件Ａは、照射条件Ｂよりも、レーザ波長がより短波長域のレーザを利用する。このため、レーザ波長およびパルス幅以外のその他の条件を同一として、レーザ照射を実施した場合、照射条件Ｂよりも、照射条件Ａの方が、同程度の反り矯正効果を得るために必要なレーザ加工時間を短縮できる。また、使用するレーザの波長は、レーザ照射の対象となる単結晶基板の吸収端波長よりも長波長域の波長を選択することが好適である。
【００５２】
ここで、単結晶基板がサファイア基板である場合は、上記照射条件Ａ、Ｂを利用できる。この場合、レーザ波長およびパルス幅以外のその他の条件としては、たとえば、実用性や量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが好ましい。
・繰り返し周波数：５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ
・レーザパワー：０．０５Ｗ〜０．８Ｗ
・レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ（より好ましくは２μｍ前後）
・試料ステージの走査速度：１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ
【００５３】
また、単結晶基板が、Ｓｉ基板の場合は、上記照射条件Ｂが利用できる。この場合、レーザ波長以外のその他の条件としては、たとえば、実用性や量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが好ましい。
・パルス幅：５０ｎｓ〜２００ｎｓ
・繰り返し周波数：１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ
・照射エネルギー：３μＪ〜１２μＪ
・レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ
・試料ステージの走査速度：５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ（より好ましくは１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ）
【００５４】
また、単結晶基板が、ＧａＡｓ基板の場合は、上記照射条件Ｂが利用できる。この場合、レーザ波長以外のその他の条件としては、たとえば、実用性や量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが好ましい。
・パルス幅：３０ｎｓ〜８０ｎｓ
・繰り返し周波数：１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ
・照射エネルギー：８μＪ〜２０μＪ
・レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ
・試料ステージの走査速度：５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ（より好ましくは１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ）
【００５５】
また、単結晶基板が、水晶基板の場合は、上記照射条件Ｂが利用できる。この場合、レーザ波長以外のその他の条件としては、たとえば、実用性や量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが好ましい。
・パルス幅：２００ｆｓ〜８００ｆｓ
・繰り返し周波数：１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ
・照射エネルギー：３μＪ〜６μＪ
・レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ
・試料ステージの走査速度：５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ（より好ましくは１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ）
【００５６】
なお、表１に、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板および水晶基板に対して熱変性層を形成する場合のレーザ照射条件の一例を示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
なお、レーザ照射される面の表面粗さが大きい場合、特に表面粗さＲａが６００ｎｍ以上である場合、レーザ照射される面においてレーザ光が散乱され易くなる。この場合、レーザパワーをより大きく設定したり、レーザ照射時間をより長時間に設定しなければ、熱変性層を形成することが困難となるため、量産性が低下する。このため、レーザ照射する場合、単結晶基板のレーザ照射される側の面は鏡面状態（表面粗さＲａで１ｎｍ以下程度）であることが特に好ましい。レーザ照射される面を鏡面状態とするためには、たとえば、鏡面研磨を実施することができる。
【００５９】
あるいは、単結晶基板のレーザ照射される側の面を鏡面研磨する代わりに、レーザ照射される側の面にレーザ光を透過するコーティング層を設けてもよい。この場合、コーティング層が、レーザ照射される側の面の凹凸を埋めるように形成され、コーティング層の表面が平滑面（表面粗さＲａで３００ｎｍ以下程度）を形成することになるため、レーザ光の散乱を抑制できる。なお、本願明細書において、単結晶基板のレーザ照射される側の面、および、コーティング層の表面の表面粗さＲａの測定は、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）などを用いて測定する。
【００６０】
コーティング層は、レーザ光に対して透過性を有することが必要であり、レーザ波長に対する透過率は９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。また、コーティング層の屈折率ｎ（Ｃ）は、コーティング層と単結晶基板との界面における散乱を抑制する観点から、単結晶基板の屈折率ｎ（Ｓ）に近い程好ましく、具体的には、屈折率ｎ（Ｓ）±０．３の範囲内であることが好ましい。
【００６１】
コーティング層を構成する材料としては、上述した透過率および屈折率を満たすことが容易な材料であれば公知の材料が利用でき、たとえば、ポリイミド樹脂や、ポリビニルアルコール樹脂などの透明樹脂材料、あるいは、ＳｉＯ２等の透明無機材料のいずれでも利用できる。しかしながら、スピンコート法等の簡易な成膜方法を利用してコーティング層を形成でき、かつ、レーザ照射後の後工程においては不要となるコーティング層を単結晶基板から簡単に剥離して除去できるという観点からは、コーティング層を構成する材料として透明樹脂材料を用いることが特に好ましい。
【００６２】
また、コーティング層の膜厚は、特に限定されるものでは無いが、膜厚が薄すぎる場合には、単結晶基板のレーザ照射される側の面の表面粗さが、コーティング層表面の表面粗さとしてそのまま反映され易くなる。したがって、このような観点からは膜厚は０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。なお、膜厚の上限は特に限定されないが、実用上は５μｍ以下であることが好ましい。
【００６３】
−多層膜成膜後熱変性層形成工程の具体例−
次に、多層膜成膜後熱変性層形成工程の具体例を図面を用いて説明する。図１および図２は本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の一例を示す模式説明図であり、具体的には、多層膜成膜後熱変性層形成工程の一例を説明する模式説明図である。ここで、図１は、多層膜成膜後熱変性層形成工程の実施前後での多層膜付き単結晶基板の反りの状態を示す模式断面図であり、図１の上段は、多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施する前の多層膜付き単結晶基板を表し、図１の下段は、多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施した後の多層膜付き単結晶基板を表すものである。また、図２は多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施している最中の状態、すなわち、単結晶基板の多層膜が形成されていない側の面からレーザを照射している状態を示す模式断面図である。なお、図１および図２中、多層膜を構成する各層については記載を省略してある。
【００６４】
図１の上段に示すように、多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施する前の多層膜付き単結晶基板（レーザ処理前膜付き基板）１０は、単結晶基板２０と、この片面に形成された多層膜３０とを有している。そして、レーザ処理前膜付き基板１０は、多層膜３０が設けられた面側に凸を成すように反っている。これに対して、図１の下段に示す多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施した後の多層膜付き単結晶基板（レーザ処理後膜付き基板１２）は、図１の上段に示す反りが矯正され、略平坦な状態により近づいている。そして、単結晶基板２０をその厚み方向において、一点鎖線Ｌにより２等分して得られる２つの領域２０Ｕ、２０Ｄのうち、少なくとも単結晶基板２０の多層膜３０が形成された面側と反対側の面側の領域（非成膜面側領域）２０Ｄ内に、一定の厚みを有する複数の熱変性層２２が、単結晶基板２０の平面方向に対して等間隔に形成されている。
【００６５】
ここで、多層膜成膜後熱変性層形成工程は、図２に一例を示すように、レーザ処理前膜付き基板１０を、多層膜３０が設けられた側の面が下面側となるように不図示の試料ステージに固定した状態で実施される。なお、固定は、たとえば、真空吸着などにより、レーザ処理前膜付き基板１０の反りを矯正できるように実施することが好ましい。反りが大きすぎて真空吸着ができない場合には、レーザ処理前膜付き意基板１０表面の形状をモニタリングして、レーザ照射領域をレーザ処理前膜付き基板１０表面と平行にすることができる。そして、試料ステージに固定されたレーザ処理前膜付き基板１０の多層膜が設けられた側の面と反対側の面（非成膜面）２４側から、レーザ照射装置４０によりレーザを照射する。この際、単結晶基板２０の非成膜面側領域２０Ｄ内にレーザを集光させると共に、レーザ照射装置４０とレーザ処理前膜付き基板１０とを水平方向に相対的に移動させることで、熱変性層２２を形成する。ここで、レーザのスポットサイズ、レーザパワー、パルス幅などを適宜選択することで、単結晶基板２０の平面方向や厚み方向に対する熱変性層２２のサイズや変性度合などを制御できる。また、レーザ処理前膜付き基板１０に対するレーザ照射装置４０の相対的な移動速度（たとえば試料ステージが移動可能な場合は、試料ステージの走査速度）、レーザの繰り返し周波数を適宜選択することにより、単結晶基板２０の平面方向に対する個々の熱変性層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ間の間隔を制御することができる。
【００６６】
−熱変性層の配置パターン−
なお、本実施形態の多層膜付き単結晶基板では、図１に例示したように、少なくとも非成膜面側領域２０Ｄ内に熱変性層２２を設ければ、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りを矯正できる。しかしながら、熱変性層２２が、単結晶基板２０の厚み方向や平面方向に対して、偏った位置に設けられたり、不規則に配置されたり、非対称的に配置されたりすると、多層膜３０に起因して発生する反りを矯正することが困難となったり、あるいは、レーザ処理後膜付き基板１２の形状が歪んでしまう場合がある。
【００６７】
上述した問題の発生を回避するためには、単結晶基板２０の厚み方向については、熱変性層２２は、多層膜３０と平行に設けられていることが好ましい。なお、この場合、単結晶基板２０の厚み方向の相対位置を、多層膜３０が設けられた側の面を０％と仮定し、多層膜３０が設けられた面と反対側の面（非成膜面２４）を１００％とし仮定した際に、熱変性層２２が、単結晶基板２０の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に設けられていることが好ましく７０％以上９５％以下の範囲内に設けられていることがより好ましい。単結晶基板２０の厚み方向に対して熱変性層２２を上記数値範囲内に設けることにより、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りをより効果的に矯正して、レーザ処理後膜付き基板１２の変形も抑制できる。なお、単結晶基板２０の厚み方向に対する熱変性層２２の存在位置は、個々の熱変性層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが、全て同じ位置に存在することが好ましいが、異なる位置に存在していてもよい。この場合は、単結晶基板２０の平面方向に対する個々の熱変性層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの配置位置も考慮の上、レーザ処理後膜付き基板１２の形状が歪んだり、熱変性層２２を設けたことに起因する反りの矯正効果を著しく損失しないように、個々の熱変性層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄを、単結晶基板２０の厚み方向に対して異なる位置に配置してもよい。また、単結晶基板２０の厚み方向に対する熱変性層２２の長さは、レーザのスポットサイズ、照射エネルギー（レーザパワー／繰り返し周波数）、パルス幅に依存して決定され、通常は、数μｍ〜数十μｍの範囲内である。
【００６８】
また、上述した問題の発生を回避するためには、単結晶基板２０の平面方向については、熱変性層２２は、以下に示されるパターン形状で設けられることが好ましい。すなわち、熱変性層２２は、単結晶基板２０の平面方向に対して、下記ｉ）〜ｖｉｉ）から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状で設けられていることが好ましい。この場合、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りをより効果的に矯正して、その変形も抑制できる。
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状
ｉｉｉ）同心円状
ｉｖ）単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状
ｖ）単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状
ｖｉ）ストライプ形状
ｖｉｉ）らせん形状
【００６９】
なお、上記ｉ）〜ｖｉｉ）に示されるパターン形状のうち、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りをより均一に矯正でき、形状の歪みもより小さくできる観点からは、ｉ）〜ｉｖ）に示されるパターン形状がより好ましい。
【００７０】
また、熱変性層２２の形成に際して、レーザ走査、すなわち、レーザ処理前膜付き基板１０に対するレーザ照射装置４０の相対的な移動が、他のパターン形状と比べて比較的単純でレーザ加工が容易となる観点からは、パターン形状は、ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状であることが好ましい。さらに、ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状としては、複数個の同一形状および同一サイズの四角形を個々の四角形を構成する４辺が隣接する四角形のいずれか１辺と互いに重なり合うように規則的に配置した形状、すなわち、格子形状であることが特に好ましい。この場合、レーザ走査が縦方向および横方向の２方向のみでよく、レーザ加工がより容易となる上に、レーザ処理後膜付き基板１２の反り量制御や形状制御の設計もより容易となる。
【００７１】
ここで、格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチは、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、５０μｍ〜２０００μｍの範囲以内であることがより好ましく、１００μｍ〜１０００μｍの範囲内であることがさらに好ましい。ピッチを２０μｍ以上とすることにより、レーザ加工に要する時間が必要以上に増大するのを抑制でき、また、ピッチを２０００μｍ以下とすることにより、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りをより確実に矯正できる。
【００７２】
図３は、単結晶基板の平面方向に対する熱変性層の配置パターン形状の一例を示す平面図であり、具体的には、単結晶基板２０の平面形状がオリフラ面を有する円形状である場合における熱変性層２２の配置パターン形状の一例を示したものである。熱変性層２２の配置パターン形状は、図３に示すように、たとえば、複数本のラインを基板のオリフラ面に対して垂直又は平行に形成したストライプ形状（図３（ａ）、図３（ｂ））、それら両方を組み合わせた格子形状（図３（ｃ））などが挙げられる。また、この他の配置パターン形状として、同一サイズの複数の正六角形を、正六角形の６つの頂点全てが当該正六角形に隣接する正六角形のいずれか一つの頂点と必ず重なり合うように規則的に配置した形状（図３（ｄ））、同心円形状（図３（ｅ））なども挙げられる。なお、図３（ａ）に示す幅Ｗは、ライン間のピッチを意味する。
【００７３】
なお、多層膜３０の圧縮応力に起因して発生する反りの程度は、多層膜３０の層構成や膜厚などにより決定される圧縮応力や、単結晶基板２０の厚みや材質などにより決定される剛性等により様々である。しかしながら、この反りの程度に応じて、以上に説明した、ｉ）熱変性層２２の単結晶基板２０の厚み方向における長さ、ｉｉ）単結晶基板２０の厚み方向における熱変性層２２の配置位置、および、ｉｉｉ）単結晶基板２０の平面方向における熱変性層２２の配置パターン形状を適宜選択して組み合わせることで、レーザ処理前膜付き基板１０に対して、レーザ処理後膜付き基板１２において多層膜３０に起因する反りを矯正できるのみならず、レーザ処理後膜付き基板１２を略平坦状とすることもできる。
【００７４】
−多層膜成膜前の熱変性層の形成−
本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法では、基本的に、多層膜３０の成膜を終えた後に、レーザ照射によって単結晶基板２０内に熱変性層２２を形成することで、多層膜３０の成膜に起因する基板１２の反りを矯正している。それゆえ、このレーザ処理後膜付き基板１２を用いて後工程を実施した際の反りに起因する品質ばらつきや歩留まり低下などの弊害を抑制できる。よって、多層膜３０の成膜プロセス中において、単結晶基板２０が、如何様に反ったとしても、後工程への悪影響は非常に小さい。このことは、後工程との関係で、ｉ）多層膜３０の成膜プロセスの自由度、すなわち、採用可能な成膜方法・成膜条件の選択肢をより大きくすることができるという第一のメリット、および、ｉｉ）多層膜３０成膜後の反りの発生や、反りの大きさを考慮することなく多層膜３０の層構成を選択できるという第二のメリットをもたらす。
【００７５】
本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、（１）単結晶基板の片面側からレーザを照射することにより、単結晶基板の厚み方向の相対位置を、レーザが照射される側の面を０％と仮定し、レーザが照射される側の面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成する多層膜成膜前熱変性層形成工程と、（２）熱変性層が形成された単結晶基板のレーザが照射された側の面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜を形成する多層膜形成工程と、（３）多層膜成膜後熱変性層形成工程とを、この順に少なくとも経ることにより、製造することができる。なお、以下の説明において、多層膜成膜前熱変性層形成工程により形成される熱変性層を「第２の熱変性層」と称し、多層膜成膜後熱変性層形成工程により形成される熱変性層を「第１の熱変性層」と称す場合がある。
【００７６】
上述したように多層膜形成工程の実施前に、単結晶基板内に予め第２の熱変性層を形成する多層膜成膜前熱変性層形成工程をする。なお、多層膜成膜前熱変性層形成工程において形成される第２の熱変性層は、単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成されることが必要である。上記以外の範囲に第２の熱変性層を形成した場合、多層膜成膜後熱変性層形成工程において形成される第１の熱変性層を形成する領域が、単結晶基板の厚み方向において制限されるため、多層膜３０の成膜後における単結晶基板２０の反りの矯正が困難となる場合があるためである。
【００７７】
多層膜成膜前熱変性層形成工程において形成される第２の熱変性層は、上述したように単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成されることが必要であるが、その下限値は３％以上であることが好ましい。単結晶基板の厚み方向の０％近傍、すなわち、多層膜が成膜される成膜面の近傍に第２の熱変性層が形成された場合、成膜面に露出する結晶面に変化が生じ易くなる。このため、特に、多層膜３０を構成する各層のうち、成膜面と直接接触する層（最下層）が、結晶性の膜である場合は、成膜面に露出する結晶面の変化の影響を受けて、最下層の結晶構造や結晶性に変化が生じ易くなる。また、最下層上に連続して他の結晶性の層を順次積層する場合においても、これらの他の結晶性の層は、下地である最下層の結晶構造や結晶性の影響を受けて変化しやすくなる。それゆえ、単結晶基板の成膜面本来の結晶面を利用して最下層を結晶成長させようとする場合、これが阻害されることになる。しかしながら、下限値を３％以上とすることにより、第２の熱変性層の形成による成膜面に露出する結晶面の変化を抑制できるため、上述した問題の発生を回避することができる。なお、第２の熱変性層は、単結晶基板の厚み方向に対して、より好ましくは５％以上３０％以下の範囲内に位置するように形成される。
【００７８】
また、第２の熱変性層は、単結晶基板をその厚み方向に対して２等分するラインに対して、多層膜が設けられた側に設けられるため、単結晶基板の反りの発生という点では、多層膜と同様に作用する。すなわち、第２の熱変性層は、多層膜成膜直後における単結晶基板の多層膜が設けられた側に凸を成すように反ることを促進する。たとえば、単結晶基板の厚み方向に対して、この単結晶基板を２等分するラインを基準として線対称となる位置に第１の熱変性層および第２の熱変性層が設けられ、単結晶基板の厚み方向における第１の熱変性層の長さと第２の熱変性層の長さとが同一で、かつ、単結晶基板の平面方向における第１の熱変性層および第２の熱変性層の配置パターン形状も相似形である場合を仮定する。この場合、単結晶基板の反りの向き・反り量は、単純に２つの熱変性層の総面積の差に依存することになるため、単結晶基板の平面方向における第２の熱変性層の総面積が、第１の熱変性層の総面積よりも小さくなるように、単結晶基板内に第２の熱変性層を形成すればよい。
【００７９】
なお、以上に説明した点を除けば、第２の熱変性層を形成する際のレーザ照射条件およびレーザ加工の方法、ならびに、第２の熱変性層の単結晶基板の平面方向における配置パターン形状は、第１の熱変性層の場合と同様に適宜選択することができる。
【００８０】
図４は、本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の例を示す模式説明図であり、具体的には、なんらのレーザ加工および成膜処理がなされていない単結晶基板に対して、多層膜成膜前熱変性層形成工程、多層膜形成工程および多層膜成膜後熱変性層形成工程をこの順に実施して多層膜付き単結晶基板を作製する場合について説明する図である。また、図５は、本実施形態の多層膜付き単結晶基板の他の例を示す模式断面図であり、具体的には図４に示す製造プロセスを実施した後に、図２に示す製造プロセスを実施することにより得られた多層膜付き単結晶基板の断面構造の一例を示す図である。ここで、図４および図５中、図１および図２に示すものと同様の機能・構成を有するものについては同様の符号が付してある。
【００８１】
ここで、図４の上段に示すように、多層膜成膜前熱変性層形成工程の実施に際しては、何らのレーザ加工および成膜処理がなされていない略平坦な状態の単結晶基板２０を、非成膜面２４が下面側となるように不図示の試料ステージに固定した状態で実施される。そして、試料ステージに固定された単結晶基板２０に対して、非成膜面２４と反対側の面（成膜面２６）側から、レーザ照射装置４０によりレーザを照射する。この際、単結晶基板２０をその厚み方向に２等分する図中１点鎖線で示されるラインの非成膜面側領域２０Ｄと反対側の領域（成膜面側領域２０Ｕ）内にレーザを集光させると共に、レーザ照射装置４０と単結晶基板２０とを水平方向に相対的に移動させる。これにより、図４の中段に示されるように、単結晶基板２０の成膜面側領域２０Ｕ内に第２の熱変性層２８が形成される。なお、多層膜成膜前熱変性層形成工程を終えた後の単結晶基板２０は、第２の熱変性層２８が成膜面側領域２０Ｕ内に形成されたことにより、多層膜成膜前熱変性層形成工程実施前と比較して、成膜面２６側に若干凸を成すように反ることになる。ここで、レーザのスポットサイズ、レーザパワー、パルス幅などを適宜選択することで、単結晶基板２０の平面方向や厚み方向に対する第２の熱変性層２８のサイズや変性度合などを制御できる。また、単結晶基板２０に対するレーザ照射装置４０の相対的な移動速度（たとえば試料ステージが移動可能な場合は、試料ステージの走査速度）、レーザの繰り返し周波数を適宜選択することにより、単結晶基板２０の平面方向に対する個々の第２の熱変性層２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ間の間隔を制御することができる。
【００８２】
次に、第２の熱変性層２８が形成された単結晶基板２０の成膜面２６側に、多層膜３０を形成する多層膜形成工程を実施する。これにより、図４の下段に示すように、第２の熱変性層２８が形成された単結晶基板２０の成膜面２６側に多層膜３０が形成された２回目のレーザ処理前膜付き基板１０Ａを得ることができる。この多層膜形成工程の実施に際しては、第２の熱変性層２８が形成されることで、多層膜形成工程の実施中における単結晶基板２０の反り挙動の任意の過程において、単結晶基板２０の反りを零に設定ことが可能となる。なお、２回目のレーザ処理前膜付き基板１０Ａは、多層膜３０の有する圧縮応力の影響により、成膜面２６側に凸を成すように反ることになる。
【００８３】
多層膜形成工程を終えた後は、レーザ処理前膜付き基板１０の代わりに、２回目のレーザ処理前膜付き基板１０Ａを用いることを除いて、図２に例示したものと同様にして、多層膜成膜前熱変性層形成工程を実施する。これにより、単結晶基板２０の非成膜面側領域２０Ｄ内に第１の熱変性層２２がさらに形成され、図５に例示するような、単結晶基板２０内に第１の熱変性層２２および第２の熱変性層２８が形成された多層膜３０付きの単結晶基板（２回目レーザ処理後膜付き基板１２Ａ）を得ることができる。この２回目レーザ処理後膜付き基板１２Ａにおいては、単結晶基板２０の非成膜面側領域２０Ｄ内に形成された第１の熱変性層２２により、多層膜３０の有する圧縮応力の影響により成膜面２６側に凸を成すように反る力が相殺される。なお、図５に示す例では、単結晶基板２０をその厚み方向に２等分するラインＬを基準として、単結晶基板２０の厚み方向に対して線対称な位置に、単結晶基板２０の厚み方向の長さが同一である第１の熱変性層２２および第２の熱変性層２８が設けられている。また、単結晶基板２０の平面方向に対する第１の熱変性層２２および第２の熱変性層２８の配置パターンは同一とされているが、単結晶基板２０の平面方向における第１の熱変性層２２の総面積は第２の熱変性層２８の総面積よりも大きくなるように設定されている。
【００８４】
−単結晶基板−
本実施形態の多層膜付き単結晶基板の作製に用いられる単結晶基板２０を構成する材質としては、レーザ照射により熱変性層２２、２８の形成が可能な公知の単結晶材料であればいずれも利用できるが、たとえば、サファイア、窒化物半導体、Ｓｉ、ＧａＡｓ、水晶、ＳｉＣなどが挙げられる。なお、本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、単結晶材料からなる基板を利用するものである。しかしながら、このような基板の代わりに、多結晶材料からなる基板（たとえば石英基板）や、非晶質材料からなる基板（たとえばガラス基板）を用いても、多層膜に起因する反りの発生が矯正された平坦な多層膜付き基板を得ることもできる。
【００８５】
また、単結晶基板２０は、通常、少なくとも片面が鏡面研磨されたものが用いられる。この場合、多層膜３０は、鏡面研磨された面側に形成される。なお、必要に応じて両面が鏡面研磨された単結晶基板２０を用いてもよい。この場合、任意にいずれか一方の面を成膜面２６として利用できる。また、本実施形態の多層膜付き単結晶基板の作製に用いられる単結晶基板２０としては、基板の製造および入手容易性の観点から、レーザ加工などによる何らの熱変性層やイオン打ち込みなどによる何らの組成変性層も形成されておらず、かつ、何らの膜も成膜されていない状態では、通常、その反り量はほぼゼロ、すなわち略平坦なものが用いられる。
【００８６】
単結晶基板２０の平面方向の形状は特に限定されるものではなく、たとえば、方形などでもよいが、公知の各種素子の製造ラインでの適用が容易であるという観点からは、円形状であることが好ましく、特にオリフラ面が設けられた円形状であることが好ましい。
【００８７】
単結晶基板２０の形状が円形状またはオリフラ面が設けられた円形状である場合、単結晶基板２０の直径は５０ｍｍ以上であることが好ましく、７５ｍｍ以上であることがより好ましく、１００ｍｍ以上であることが更に好ましい。直径を５０ｍｍ以上とした場合、多層膜３０の成膜中および成膜後に単結晶基板２０が反った際に、直径の増大と共に単結晶基板２０を平坦な面に静置したと仮定した際の鉛直方向に対する単結晶基板２０の中央部付近と端部付近との高低差（反り量）が大きくなる。しかしながら、多層膜３０の成膜後に第１の熱変性層２２を形成すれば、このような大きな反りを矯正して、反り量を容易に小さくすることができるので、後工程への悪影響を小さくすることができる。これに加えて多層膜３０の成膜前に第２の熱変性層２８を形成する。また、上述した理由から、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を製造する場合、従来と比較して、単結晶基板２０の直径が大きいほど多層膜３０の成膜後の反りをより効果的に抑制できることになる。なお、直径の上限値は特に限定されるものではないが、実用上の観点からは３００ｍｍ以下が好ましい。
【００８８】
また、単結晶基板２０の厚みは、５．０ｍｍ以下であることが好ましく、３．０ｍｍ以下であることが好ましく、２．０ｍｍ以下であることがより好ましい。厚みを５．０ｍｍ以下とした場合、厚みが薄いため単結晶基板２０の剛性が低下し、変形しやすくなる。この場合、多層膜３０の成膜後においては、単結晶基板２０の反り量が増大しやすくなる。しかしながら、多層膜３０の成膜後に第１の熱変性層２２を形成すれば、このような大きな反りを矯正して、反り量を容易に小さくできるので、後工程への悪影響を小さくすることができる。さらに、以上に説明した事情から、後工程において非成膜面２４側の研磨により、単結晶基板２０を所定の厚みとなるまで研磨する必要がある場合には、後工程への悪影響が増大しない範囲で、研磨代がより小さくなるように厚みのより薄い単結晶基板２０を用いて多層膜３０を形成することができる。この場合、後工程での研磨に要する時間を短縮でき、後工程における生産性を向上させることができる。
【００８９】
厚みの下限値は特に限定されるものではないが、熱変性層２２、２８を形成できる領域を確保する観点から０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。なお、単結晶基板２０の形状が、円形状またはオリフラ面が設けられた円形状である場合、直径が５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のときは、厚みは０．３ｍｍ以上であることが好ましく、直径が１００ｍｍを超えるときは、厚みは０．５ｍｍ以上が好ましい。
【００９０】
−多層膜−
本願明細書において「多層膜」とは、２つ以上の層を含み、かつ、熱変性層形成前（即ち、多層膜成膜後熱変性層形成工程前）に圧縮応力を有するものである。これに加えて、この多層膜を構成する各層が基板の平面方向に対して同一の膜厚を有する連続した層から構成された最表層の膜を貫通する段差を持たない膜を意味する。多層膜３０の層構成、ならびに、多層膜３０を構成する各層の膜厚、材料および結晶性／非結晶性は、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を用いて更に後加工することにより作製される素子の種類や、素子を製造する際に適用する製造プロセスに応じて適宜選択される。
【００９１】
しかしながら、多層膜３０を構成する少なくともいずれか１層が、結晶性の層であることが好ましい。また、単結晶基板２０の成膜面２６に露出する結晶面を利用してエキタピシャル成長させることができるという観点からは、多層膜３０を構成する各層のうち、少なくとも単結晶基板２０の成膜面２６に直接接触する層が結晶性の層であることが好ましく、多層膜３０を構成する全ての層が結晶性の層であってもよい。なお、エキタピシャル成長とは、同一組成または混晶を含むホモエキタピシャル成長、ヘテロエキタピシャル成長を含む。また、多層膜３０を構成する各層の材料も、作製する素子に応じて適宜選択されるが、単結晶基板２０がサファイア基板などの無機材料で構成されることを考慮すると、各層を構成する材料も、金属材料、金属酸化物材料、無機半導体材料などの無機材料とすることが好ましく、全ての層がこれらの無機材料から構成されることが望ましい。ただし、ＭＯＣＶＤ法を成膜法として用いた場合、層の無機材料中に有機金属由来の有機物を含有することがある。
【００９２】
多層膜３０を構成する各層の具体例としては、たとえば、面発光レーザなどに用いる発光素子、光センサや太陽電池などに用いる受光素子、電子回路などに用いる半導体素子などの各種の窒化物半導体を利用した素子の製造に適したものとして、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系などの窒化物半導体結晶層を挙げることができる。なお、この場合、単結晶基板２０として、サファイア基板を用いることが好適である。また、多層膜３０の層構成の具体例としては、たとえば、素子として窒化物半導体を利用した発光素子を作製するのであれば、単結晶基板２０としてサファイア基板を用い、このサファイア基板側から、（１）ＧａＮより成るバッファ層、ｎ型ＧａＮより成るｎ型コンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮより成るｎ型クラッド層、ｎ型ＩｎＧａＮより成る活性層、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層、ｐ型ＧａＮより成るｐ型コンタクト層をこの順に積層した層構成を採用することができる。
【００９３】
多層膜３０の膜厚としては、作製する素子に応じて適宜選択され、一般的に、多層膜３０の膜厚が大きくなるほど多層膜３０の成膜後における単結晶基板２０の反り量も増大する。従来であれば、素子の品質ばらつきや歩留まりへの影響が顕著となってくる上に、多層膜３０の成膜中の反り挙動もより大きくなりやすい。また、この場合、多層膜３０には、反りに起因する脆性破壊によりクラックが発生しやすくなる。しかしながら、単結晶基板２０内に、多層膜３０の成膜後に第１の熱変性層２２を形成することで多層膜３０の成膜に起因して生じた反りを矯正することで反り量を小さくすることができる。なお、多層膜３０の膜厚の上限は特に限定されるものではない。また、多層膜の層数は２層以上であればよく、作製する素子の種類に応じて層数が適宜選択できる。
【００９４】
多層膜３０の成膜方法としては特に限定されず、公知の成膜方法が利用でき、多層膜３０を構成する各層毎に異なる成膜方法および／または成膜条件を採用して成膜することもできる。成膜法としてはメッキ法などの液相成膜法も挙げられるが、スパッタリング法やＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）などの気相成膜法を用いることが好ましい。なお、発光素子などの作製を目的として窒化物半導体結晶層などの半導体結晶層を成膜する場合、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、ＨＶＰＥ法（Hydride vapor phase epitaxy）、ＭＢＥ法（Molecular Beam Epitaxy）などの気相成膜法を利用することがより好ましい。なお、単結晶基板２０の多層膜３０が成膜される側の面は、鏡面状態（表面粗さＲａで１ｎｍ以下程度）であることが特に好ましい。多層膜３０が形成される面を鏡面状態とするためには、たとえば、鏡面研磨を実施することができる。
【００９５】
−多層膜成膜時の単結晶基板の反り（曲率）の制御−
本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法では、多層膜３０の成膜後に単結晶基板２０内に第１の熱変性層２２を形成することで、多層膜３０の成膜後に生じる単結晶基板２０の反りを矯正できる。このため、従来と比べて、本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法では、多層膜３０の成膜が終了した後の反りの発生を考慮することなく、多層膜形成工程を実施でき、多層膜３０の成膜プロセスの自由度が大きい。この観点からは、多層膜形成工程において、単結晶基板２０が如何様に反った状態となることも許容されるといえる。しかしながら、多層膜３０を構成する各層の成膜に際して、単結晶基板２０が大きく反った状態にある場合、基板面内における膜厚ばらつきや膜質ばらつきが発生する。そしてこのような基板面内におけるばらつきは、一般的には、単結晶基板２０の反りに比例して大きくなる傾向にある。そして、上記の基板面内におけるばらつきが増大すると、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を後加工して得られる素子の品質ばらつきの増大や、歩留まりの低下を招くことになる。以上に説明した事情を考慮すれば、多層膜形成工程においては、多層膜３０を構成する各層のうち、少なくともいずれか１層の成膜中における単結晶基板２０の多層膜３０が形成される面の曲率が、±３０ｋｍ−１の範囲内であることが好ましく、±２０ｋｍ−１の範囲内であることがより好ましい。
【００９６】
なお、上記に示す曲率範囲は、多層膜３０を構成する全ての層で満たされていることが理想的である。しかし、一般的に多層膜３０を成膜する過程において、単結晶基板２０は複雑な反り挙動を示すため、多層膜３０を構成する全ての層において、上記に示す曲率範囲を満たすことは事実上、困難である。この点を考慮すれば、上記に示す曲率範囲は、多層膜３０を構成する各層のうち、単結晶基板２０の反りが大きくなった場合に素子の品質ばらつきや歩留まりに最も大きく影響する層（最重要層）において満たされるようにすることが特に好ましい。このような最重要層は、素子の種類や、素子の種類に応じた多層膜３０の構成により様々である。なお、最重要層の一例としては、素子が窒化物半導体を用いた発光素子である場合、多層膜３０を構成する各層のうち、少なくとも１層が、発光層として機能することが可能な窒化物半導体結晶層が挙げられる。
【００９７】
多層膜３０を構成する各層のうち、少なくともいずれか１層の成膜中における単結晶基板２０の多層膜３０が形成される面の曲率を上記範囲内に制御する方法としては、特に限定されず、たとえば、１）多層膜３０を構成する各層の成膜方法・成膜条件を変更する方法、２）単結晶基板２０のサイズを変更する方法、３）単結晶基板２０の厚みを変更する方法、４）多層膜３０の成膜前に、単結晶基板２０内に第２の熱変性層２８を形成する方法などが挙げられる。しかしながら、素子の量産を考慮した場合、上記１）〜上記３）に示す方法いずれも、素子の性能や、素子の生産性・歩留まりにも大きく影響するため、大幅な変更は実用上困難な場合が多い。このため、これら１）〜３）に示す方法を採用しても曲率を上記範囲内に制御することが困難となる場合もある。以上に説明した事情を考慮すると、曲率を上記範囲内に制御する方法としては、４）多層膜３０の成膜前に、単結晶基板２０内に第２の熱変性層２８を形成する方法を採用することが最も好ましい。この理由は以下の通りである。すなわち、当該方法は、第２の熱変性層２８の単結晶基板２０内における形成位置・形成領域の大きさを適宜選択することで、多層膜３０の成膜プロセスに合わせて、多層膜３０を成膜する前の単結晶基板２０の反りの程度（曲率）や、剛性を容易に制御できる。このため、当該方法は、素子の性能や、素子の生産性・歩留まりに悪影響を与えることなく、単結晶基板２０の曲率の制御することが容易であるためである。
【００９８】
−多層膜形成工程の具体例−
次に、多層膜３０を成膜する場合の具体例として、単結晶基板２０としてサファイア基板を用い、このサファイア基板の片面に、エピタキシャル成長により窒化物半導体層を複数層積層して多層膜３０を形成する場合を図面を用いて説明する。図６は、多層膜形成工程の一例を示す模式説明図であり、具体的には、サファイア基板上に窒化物半導体層等を積層することで多層膜を形成するプロセスを示した図である。ここで、図６（ａ）は成膜開始前の状態を示す図であり、図６（ｂ）は低温バッファ層を形成した後の状態を示す図であり、図６（ｃ）はｎ−ＧａＮ層を形成した後の状態を示す図であり、図６（ｄ）は多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ系活性層を形成した後の状態を示す図である。なお、図中、多層膜成膜中および多層膜成膜後のサファイア基板の反りの有無や反りの程度、第１の熱変性層、ならびに、必要に応じて設けられる第２の熱変性層については記載を省略してある。
【００９９】
まず、サファイア基板５０（単結晶基板２０）の成膜面５２側を成膜開始前にサーマルクリーニングする（図６（ａ））。次に、成膜面５２上に、低温バッファ層６０（図６（ｂ））、ｎ−ＧａＮ層６２（図６（ｃ））、多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ系活性層６４（図６（ｄ））をこの順に成長させる。これによりサファイア基板５０の片面に３層からなる多層膜７０（多層膜３０）が形成される。なお、この後、所定の後加工を行うことでＬＥＤチップなどの発光素子を得ることができる。なお、多層膜７０を構成する各層は、たとえばＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等を利用して形成できる。
【０１００】
次に、多層膜形成工程における単結晶基板２０の反り挙動について説明する。図７は、多層膜形成工程における単結晶基板の反り挙動の一例を示すグラフであり、具体的には図６に示す多層膜７０を成膜中のサファイア基板の反り挙動を示したグラフである。ここで、図７中、横軸は時間を表し、縦軸は成膜面５２におけるサファイア基板５０の曲率を表す。なお、縦軸の正の方向が成膜面５２側が凸を成すようにサファイア基板５０が反っている状態を意味し、縦軸の負の方向が成膜面５２側が凹を成すようにサファイア基板５０が反っている状態を意味する。
【０１０１】
なお、図７に例示したような多層膜形成工程の実施中におけるサファイア基板５０の反り挙動は、非特許文献２に開示されるＩｎ−ｓｉｔｕ観察方法を利用することで把握することができる。また、図７の縦軸として例示する基板の曲率からは、基板の反り量を計算することができる。図８は円形状基板の曲率から基板の反り量を計算する方法を説明する模式説明図である。図８においては、基板の曲率半径をＲ、曲率１／Ｒを有する基板の反り量Ｘ、基板の直径を近似的にＤとして示した。これらの値の関係性として、三平方の定理を用いることで,（1/R）2＝（（1/R）−Ｘ）2＋（D/2）2と示すことができる。この式から、基板の直径が５０ｍｍの場合は、０．３２２×曲率（ｋｍ−１）、基板の直径が１００ｍｍの場合は、１．２５０×曲率（ｋｍ−１）としてそり量（μｍ）を求めることができる。
【０１０２】
図７に示される反り挙動の変化を示す３つのスペクトルのうち、スペクトルＡは、第２の熱変性層が形成されていないサファイア基板５０を用いて多層膜７０を形成した場合の反り挙動の変化を示したものある。また、スペクトルＢおよびスペクトルＣは、サファイア基板５０に対して予め第２の熱変性層を形成したことを除いては、スペクトルＡの測定と同じ条件で多層膜７０を形成した場合の反り挙動の変化を示したものである。なお、スペクトルＢおよびスペクトルＣの違いは、スペクトルＢの測定に用いたサファイア基板５０単体の曲率（図７中では、相対値で＋５０ｋｍ−１程度）よりも、スペクトルＣの測定に用いたサファイア基板５０単体の曲率（図７中では、相対値で＋１５０ｋｍ−１程度）がより大きくなるように、サファイア基板５０内に第２の熱変性層を形成したことに起因するものである。すなわち、スペクトルＡの測定に用いたサファイア基板５０よりも、スペクトルＢの測定に用いた第２の熱変性層が予め形成されたサファイア基板５０の方が、この第２の熱変性層を設けたことにより剛性が向上していると言える。
【０１０３】
なお、図７に示す例では、スペクトルＢの測定に用いたサファイア基板５０内に設けられた第２の熱変性層と、スペクトルＣの測定に用いたサファイア基板５０内に設けられた第２の熱変性層とは、共に、サファイア基板５０の厚み方向に対して成膜面５２側から同じ深さ位置に設けられ、かつ、サファイア基板５０の平面方向における第２の熱変性層は格子状パターンで設けられている。しかし、格子状パターンを構成するラインのピッチを異なるものとすることで、サファイア基板５０の平面方向における第２の熱変性層の総面積は、スペクトルＢの測定に用いたサファイア基板５０よりも、スペクトルＣの測定に用いたサファイア基板５０の方がより大きくしてある。このため、スペクトルＢの測定に用いたサファイア基板５０よりも、スペクトルＣの測定に用いたサファイア基板５０の方が、曲率が大きくなっている。
【０１０４】
また、図７の横軸に沿って（ａ）〜（ｅ）として示される区間は、多層膜形成工程において順次実施される各プロセスに対応している。ここで、プロセス（ａ）は、サファイア基板５０の成膜面５２をサーマルクリーニングするプロセスに対応し、プロセス（ｂ）は、低温バッファ層６０を形成するプロセスに対応し、プロセス（ｃ）は、ｎ−ＧａＮ層６２を形成するプロセスに対応し、プロセス（ｄ）は、ＩｎＧａＮ系活性層６４を形成するプロセスに対応し、プロセス（ｅ）はクールダウンするプロセスに対応している。
【０１０５】
次に、図７に示されるスペクトルＡの反り挙動の変化を説明する。まず、（ａ）成膜面５２のサーマルクリーニングプロセスでは、サファイア基板５０の成膜面５２と非成膜面５４との温度差により、成膜面５２が凹面を成そうとする方向（図７中の縦軸におけるマイナス側）に反り、曲率が大きく変化する。次に、（ｂ）低温バッファ層６０を形成するプロセスでは、サファイア基板５０の温度が、（ａ）成膜面５２のサーマルクリーニングプロセスを実施中の温度よりも降下し、通常は、５００〜６００℃程度の温度に維持される。このため、成膜面５２が凸面を成そうとする方向（図７中の縦軸におけるプラス側）に反り、曲率の絶対値は小さくなる。
【０１０６】
次に、（ｃ）ｎ−ＧａＮ層６２を形成するプロセスでは、サファイア基板５０の温度を再び１０００℃程度まで上昇させて、ｎ−ＧａＮ層６２を形成する。このプロセスでは、窒化ガリウムとサファイアの格子定数差に起因して、成膜面５２が凹面を成そうとする方向に反り、曲率の絶対値は増大する。さらに成膜が進行し、膜厚が大きくなるほど曲率の絶対値が増大する。このため、膜厚および膜品質の基板面内における均一性は著しく悪化する。なお、膜の基板面内における均一性を、成膜条件のみによって大幅に改善することは、成膜する膜の組成・膜厚に変更が無い限り、技術的には極めて困難である。また、スペクトルＡのプロセス（ｃ）に例示されるように、基板の反りが増大した場合、窒化物半導体結晶層の内部に応力が発生する。そして、この応力を緩和するために窒化物半導体結晶層内で転位が発生し膜品質が悪化することが問題とされている。
【０１０７】
次に、（ｄ）ＩｎＧａＮ系活性層６４を形成するプロセスでは、サファイア基板５０の温度を７００〜８００℃程度に下降させて、ＩｎＧａＮ系活性層６４を形成する。ここで、図６（ｄ）に示す多層膜７０付きのサファイア基板５０を用いて、所定の後加工を行うことにより、ＬＥＤチップなどの発光素子を製造する場合、ＩｎＧａＮ系活性層６４の膜厚およびＩｎＧａＮ系活性層６４中のＩｎ組成の均一性が、発光波長の面内均一性に影響し、ひいては、発光素子の製造歩留まりにも影響する。ＩｎＧａＮ系活性層６４の膜厚およびＩｎＧａＮ系活性層６４中のＩｎ組成の均一性は成膜温度に影響を受ける。このため、（ｄ）ＩｎＧａＮ系活性層６４を形成するプロセスでは、基板面内の温度均一性を向上させるために、成膜中のサファイア基板５０の曲率はできるだけ０に近づけることが望ましい。なお、スペクトルＡとして示す例では、プロセス（ｄ）における曲率はほぼ０近傍に維持されている。
【０１０８】
次に、多層膜７０が形成されたサファイア基板５０を、（ｅ）クールダウンするプロセスでは、多層膜７０とサファイア基板５０との熱膨張係数差により、サファイア基板５０が成膜面５２側に凸を成す方向に反り、曲率の絶対値も増大する。また、常温近傍に冷却される過程で多層膜７０中には圧縮応力が生じるため、これを解放するために、クールダウン終了後もサファイア基板５０が成膜面５２側に凸を成すように反った状態が維持される。しかしながら、このような反りは、多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施することで矯正することができ、さらに、第１の熱変性層２２の配置パターンを最適化することで、曲率を０近傍とすることもできる。この場合、ＬＥＤチップ等の発光素子を得るために、パターニング処理やバックラップ処理などの各種の後工程を実施しても、反りに起因する発光素子の品質ばらつきや歩留まり低下を確実に抑制することができる。
【０１０９】
（素子製造方法）
以上に説明した製造プロセスを経て作製された本実施形態の多層膜付き単結晶基板に対して、さらに各種の後工程を実施することにより素子を作製することができる。この場合、後工程において、多層膜３０に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか１つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することができる。ここで、多層膜３０の層構成は、最終的に作製する素子の種類に応じて適宜選択される。また、素子の製造に際して、後工程として、素子部分形成工程以外に、研磨工程、分割予定ライン形成工程および分割工程をこの順に実施してもよい。
【０１１０】
この場合、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を用いた素子製造方法は、具体的には以下の（１）〜（４）に示す工程を少なくとも順次実施することで、素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を作製することができる。
（１）本実施形態の多層膜付き単結晶基板の多層膜をパターニングして個々の素子部分を形成する素子部分形成工程
（２）素子部分が片面に形成された素子部分付き単結晶基板の素子部分が形成されていない面を、少なくとも、多層膜成膜後熱変性層形成工程において形成された第１の熱変性層が除去されるまで研磨する研磨工程
（３）研磨工程において研磨された面側から、個々の素子部分の境界ラインに沿って、レーザを照射することで分割予定ラインを形成する分割予定ライン形成工程
（４）分割予定ライン形成工程において形成された分割予定ラインに沿って外力を加えることで、素子部分付きの単結晶基板を素子部分単位で分割する分割工程
ここで、（３）分割予定ライン形成工程、および、（４）分割工程を実施する場合、特許文献３に記載の技術を利用することができる。
【０１１１】
なお、第１の熱変性層を格子状パターンに形成した場合、研磨工程において第１の熱変性層が完全に除去されない程度に研磨した上で、単結晶基板内に残留している第１の熱変性層を分割予定ラインとして利用することで分割工程を実施することも原理的には可能である。しかしながら、多層膜が個々の素子部分に個別化された後でないと、素子部分の存在位置を確認した上でレーザ照射のための位置合わせを行うことができない。このため、個々の素子部分を作製する前に、分割予定ラインの機能も兼ねる熱変性層を形成する上記の方法では、個々の素子部分に対応させて正確に分割予定ラインを形成することが困難である。すなわち、上記の方法では、分割予定ラインは隣接する２つの素子部分間の境界線からずれてしまう可能性が大きくなるため、実用性に欠けやすい。このため、レーザ照射により形成された熱変性層を利用して分割工程を実施する場合、上記（１）〜（４）に示す工程をこの順に実施することが特に好ましいといえる。
【０１１２】
また、分割予定ライン形成工程を実施する場合、レーザの照射条件としては、既述した照射条件Ｂを選択することが特に望ましい。レーザ波長が紫外域の照射条件Ａでは、レーザ波長に起因するレーザのエネルギーが大きいために、形成される分割予定ラインの幅が太く、その太さもラインの長さ方向に対してばらつきやすくなる。このため、分割工程において、直線的かつ正確な分割が困難となる場合があるためである。
【０１１３】
図９は、本実施形態の素子製造方法の一例を示す模式説明図であり、具体的には図１の下段に示すレーザ処理後膜付き基板１２を用いて、（１）素子部分形成工程（図９（ａ））、（２）研磨工程（図９（ｂ））、（３）分割予定ライン形成工程（図９（ｃ））、および（４）分割工程（図９（ｄ））をこの順に実施した場合の一例を示したものである。なお、図中、図１に示すものと同様の機能・構成を有するものには同じ符号が付してあり、また、単結晶基板２０の反りの有無やその程度については記載を省略してある。
【０１１４】
まず、図１の下段に示すレーザ処理後膜付き基板１２の多層膜３０に対してパターニング処理を行うことで、多層膜３０を個別化して複数の素子部分３２を形成する。ここで、パターニング処理は、たとえば以下のように実施できる。まず、多層膜３０上にレジスト膜を形成後、フォトマスクを用いてこのレジスト膜を露光後に現像することでパターニングしてレジスト膜を部分的に除去する。その後、レジスト膜が除去された部分の多層膜３０をエッチングにより除去することで素子部分３２を形成する（図９（ａ））。次に、素子部分３２が形成された面と平坦な研磨盤８０とを貼り合わせることで、研磨盤８０上に素子部分３２が形成された単結晶基板２０を固定し、非成膜面２４側を研磨する。この研磨は、少なくとも第１の熱変性層２２が完全に除去されるまで実施する（図９（ｂ））。その後、研磨後の非成膜面２４Ａ側からレーザ照射することにより、分割予定ライン９０を形成する。この分割予定ライン９０は、研磨後の単結晶基板２０Ａの平面方向に対して、隣接する２つの素子部分３２間に形成される（図９（ｃ））。最後に、この分割予定ライン９０に沿って外力を加えることで、個々の素子部分３２毎に単結晶基板２０を分割し、複数の素子１００を得る（図９（ｄ））。
【実施例】
【０１１５】
以下に、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。以下に、サファイア基板に多層膜を形成した後、レーザ照射により第１の熱変性層を形成した場合（１回レーザ照射の実施例）と、レーザ照射により第２の熱変性層を形成したサファイア基板に多層膜を形成した後、レーザ照射により第１の熱変性層を形成した場合（２回レーザ照射の実施例）と、サファイア基板に多層膜を形成した後、レーザ照射により第１の熱変性層を形成した場合（１回レーザ照射の実施例（非成膜面にコーティング層を設けた場合））と、に大別して実施例を説明する。
【０１１６】
＜＜１回レーザ照射の実施例＞＞
（評価用サンプルの作製）
評価用サンプルとして図６（ｄ）に示すものと同様のサファイア基板５０の片面に３層構成の多層膜７０が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板５０の成膜面５２に多層膜７０を形成した後、非成膜面５４側からのレーザ照射により格子状パターンで第１の熱変性層２２を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向、ならびに、レーザ照射時のライン間のピッチに対するレーザ照射前後での反り量の変化量の関係について評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
【０１１７】
−サファイア基板−
サファイア基板５０としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板（直径：４インチ（１００ｍｍ）、厚み：６５０μｍ）を用いた。なお、このサファイア基板は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜７０はこの鏡面研磨された面を成膜面５２として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板５０の反り量は、±３０μｍの範囲内である。
【０１１８】
−多層膜の層構成および成膜条件−
サファイア基板５０の成膜面５２には、３層構成の多層膜７０を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す（１）〜（５）の順にプロセスを実施した。
（１）サーマルクリーニング
サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に配置した後、成膜面５２のサーマルクリーニングを、基板温度１１００℃にて約１２０秒間実施した。
（２）低温バッファ層６０の形成
成膜時の基板温度を５３０℃とし、成膜レート０．１６ｎｍ／ｓにて膜厚が３０ｎｍとなるまで低温バッファ層６０を形成した。
（３）ｎ−ＧａＮ層６２の形成
成膜時の基板温度を１０５０℃とし、成膜レート２０００ｎｍ／ｓにて膜厚が３５００ｎｍとなるまでｎ−ＧａＮ層６２を形成した。
（４）ＩｎＧａＮ系活性層６４の形成
成膜時の基板温度を７５０℃とし、成膜レート１０ｎｍ／ｓにて、膜厚が４０８ｎｍとなるまでＩｎＧａＮ系活性層６４を形成した。
（５）クールダウン
片面に低温バッファ層６０、ｎ−ＧａＮ層６２およびＩｎＧａＮ系活性層６４をこの順に形成したサファイア基板５０を常温近傍まで冷却した。
【０１１９】
−第１の熱変性層形成条件−
まず、多層膜７０が形成された単結晶基板５０の非成膜面５４を鏡面研磨した。次に、平坦な試料ステージ上に、多層膜７０が形成された面を下面側として、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した。この状態で、サファイア基板５０の多層膜７０が形成されていない非成膜面５４側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで第１の熱変性層２２を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板の平面方向に対して格子状パターンとなるように第１の熱変性層２２を形成した。ここで、格子状パターンのライン間ピッチを変化させたサンプルも作製した。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１２０】
（評価結果）
−反り量および反りの方向の評価−
表２に、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向について評価した結果を、上記に示した以外のレーザ照射条件と共に示す。表２に示されるように多層膜７０の成膜により反り量が７０μｍ前後まで増大したが、レーザ照射によりサファイア基板５０内に第１の熱変性層２２を形成することにより、多層膜７０の成膜に起因する反りが矯正され、反り量は５μｍ前後まで減少することが判った。
【０１２１】
【表２】
【０１２２】
−レーザ照射前後での反り量の変化量−
また、図１０に、表２に示す実施例Ａ１〜実施例Ａ５の実験条件において、ライン間のピッチのみを変えた場合の多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量の変化量（μｍ、レーザ照射前の反り量−レーザ照射後の反り量）を示す。図１０から明らかなように、ライン間のピッチを小さくすることにより、すなわち、サファイア基板５０の平面方向における第１の熱変性層２２の形成領域をより大きくすることにより、レーザ照射前後での反り量の変化量は増大することが判った。このことから、多層膜成膜後のサファイア基板５０の反り量が如何様な値であっても、サファイア基板５０の平面方向における第１の熱変性層２２の形成領域を適宜選択するなどにより、多層膜７０の成膜に起因して生じる反り量を所望量だけ相殺できることが判った。よって、図１０に示す結果からは、たとえば、多層膜成膜後の反り量が１００μｍ前後である場合において、この多層膜７０の成膜に起因して生じた反りをレーザ照射によりサファイア基板５０をほぼ平坦な状態となるまで矯正したい場合には、ライン間のピッチを１５０μｍに設定してレーザ照射すればよいと言える。
【０１２３】
（評価方法）
表２および図１０に示す反り量については、リニアゲージで測定した。また、表２に示す成膜面側から見た反りの方向はレーザ干渉計により測定した。
【０１２４】
＜＜２回レーザ照射の実施例＞＞
（評価用サンプルの作製）
評価用サンプルとして図６（ｄ）に示すものと同様のサファイア基板５０の片面に３層構成の多層膜７０が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板５０の成膜面５２側からのレーザ照射により格子状パターンで第２の熱変性層２８を形成し、次に、成膜面５２に多層膜７０を形成し、その後、非成膜面５４側からのレーザ照射により格子状パターンで第１の熱変性層２２を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、多層膜成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向と、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向と、多層膜成膜後におけるレーザ照射時のライン間のピッチに対するレーザ照射前後での反り量変化の関係と、多層膜成膜中におけるサファイア基板の曲率の最大値と最小値との差とについて評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
【０１２５】
−サファイア基板−
サファイア基板５０としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板（直径：２インチ（５０．８ｍｍ）、厚み：４３０μｍ）を用いた。なお、このサファイア基板５０は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜７０はこの鏡面研磨された面を成膜面５２として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板５０の反り量は、±１０μｍの範囲内である。
【０１２６】
−第２の熱変性層形成条件−
第２の熱変性層２８の形成は、平坦な試料ステージ上に、成膜面５２が上面となるようにサファイア基板５０を配置し、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した状態で、成膜面５２側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで実施した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板５０の平面方向に対して格子状パターンとなるように第２の熱変性層２８を形成した。ここで、ライン間ピッチも適宜変化させた。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１２７】
−多層膜の層構成および成膜条件−
第２の熱変性層２８の形成が形成されたサファイア基板５０の成膜面５２には、３層構成の多層膜７０を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す（１）〜（５）の順にプロセスを実施した。
（１）サーマルクリーニング
サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に配置した後、成膜面５２のサーマルクリーニングを、基板温度１１００℃にて約１２０秒間実施した。
（２）低温バッファ層６０の形成
成膜時の基板温度を５３０℃とし、成膜レート０．１６ｎｍ／ｓにて膜厚が３０ｎｍとなるまで低温バッファ層６０を形成した。
（３）ｎ−ＧａＮ層６２の形成
成膜時の基板温度を１０５０℃とし、成膜レート２０００ｎｍ／ｓにて膜厚が３５００ｎｍとなるまでｎ−ＧａＮ層６２を形成した。
（４）ＩｎＧａＮ系活性層６４の形成
成膜時の基板温度を７５０℃とし、成膜レート１０ｎｍ／ｓにて、膜厚が４０８ｎｍとなるまでＩｎＧａＮ系活性層６４を形成した。
（５）クールダウン
片面に低温バッファ層６０、ｎ−ＧａＮ層６２およびＩｎＧａＮ系活性層６４をこの順に形成したサファイア基板５０を常温近傍まで冷却した。
【０１２８】
−第１の熱変性層形成条件−
まず、多層膜７０が形成された単結晶基板５０の非成膜面５４を鏡面研磨した。次に、坦な試料ステージ上に、多層膜７０が形成された面を下面側として、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した。この状態で、サファイア基板５０の多層膜７０が形成されていない非成膜面５４側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うこと第１の熱変性層２２を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板５０の平面方向に対して格子状パターンとなるように第１の熱変性層２２を形成した。ここで、格子状パターンのライン間ピッチを変化させたサンプルも作製した。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１２９】
（評価結果）
−反り量および反りの方向の評価−
表３に、多層膜成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面５２側から見た反りの方向と、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向と、について評価した結果を示す。表３に示すようにいずれの実施例においても、多層膜成膜前における１回目のレーザ照射により反り量が増大し、この反り量を基準として多層膜成膜後にはさらに反り量が増大した。しかし、多層膜成膜後における２回目のレーザ照射後の反り量は、多層膜成膜前における１回目のレーザ照射前の反り量よりは大きいものの多層膜成膜前における１回目のレーザ照射後の反り量よりも小さくなった。この結果からは、多層膜成膜後における２回目のレーザ照射によって、多層膜の成膜に起因して生じた反りを完全に相殺した上で、さらに、多層膜成膜前における１回目のレーザ照射に起因して生じた反りもある程度相殺できたことが判った。
【０１３０】
【表３】
【０１３１】
−多層膜成膜中における曲率の最大値と最小値との差−
表４に、表３に示した実施例Ｂ１〜Ｂ４および比較例Ｂ１の多層膜成膜中におけるサファイア基板の曲率の最大値と最小値との差の測定結果を示す。表４に示すように、比較例Ｂ１に対していずれの実施例も多層膜成膜中における反り挙動が抑制されていることが判った。さらに、実施例Ｂ１〜Ｂ４に示すように１回目のレーザ照射時のライン間のピッチを小さくするに伴い、多層膜成膜中における反り挙動がより一層抑制されることが判った。
【０１３２】
【表４】
【０１３３】
（評価方法）
表３に示す反り量については、リニアゲージで測定した。また、表３に示す成膜面５２側から見た反りの方向はレーザ干渉計により測定した。また、表４に示す多層膜成膜中の曲率の最大値および最小値は、（１）サーマルクリーニング開始直後〜（５）クールダウン終了までの期間において、非特許文献２に開示されるＩｎ−ｓｉｔｕ観察方法を利用して測定した。
【０１３４】
＜＜１回レーザ照射の実施例（非成膜面にコーティング層を設けた場合）＞＞
（評価用サンプルの作製）
評価用サンプルとして図６（ｄ）に示すものと同様のサファイア基板５０の片面に３層構成の多層膜７０が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板５０の成膜面５２に多層膜７０を形成した後、非成膜面５４側からのレーザ照射により格子状パターンで第１の熱変性層２２を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向、ならびに、レーザ照射時のライン間のピッチに対するレーザ照射前後での反り量の変化量の関係について評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
【０１３５】
−サファイア基板−
サファイア基板５０としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板（直径：２インチ（５０ｍｍ）、厚み：３４０μｍ）を用いた。なお、このサファイア基板は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜７０はこの鏡面研磨された面を成膜面５２として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板５０の反り量は、±１０μｍの範囲内である。
【０１３６】
−多層膜の層構成および成膜条件−
サファイア基板５０の成膜面５２には、３層構成の多層膜７０を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す（１）〜（５）の順にプロセスを実施した。
（１）サーマルクリーニング
サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に配置した後、成膜面５２のサーマルクリーニングを、基板温度１１００℃にて約１２０秒間実施した。
（２）低温バッファ層６０の形成
成膜時の基板温度を５３０℃とし、成膜レート０．１６ｎｍ／ｓにて膜厚が３０ｎｍとなるまで低温バッファ層６０を形成した。
（３）ｎ−ＧａＮ層６２の形成
成膜時の基板温度を１０５０℃とし、成膜レート２０００ｎｍ／ｓにて膜厚が３５００ｎｍとなるまでｎ−ＧａＮ層６２を形成した。
（４）ＩｎＧａＮ系活性層６４の形成
成膜時の基板温度を７５０℃とし、成膜レート１０ｎｍ／ｓにて、膜厚が４０８ｎｍとなるまでＩｎＧａＮ系活性層６４を形成した。
（５）クールダウン
片面に低温バッファ層６０、ｎ−ＧａＮ層６２およびＩｎＧａＮ系活性層６４をこの順に形成したサファイア基板５０を常温近傍まで冷却した。
【０１３７】
−コーティング層の成膜−
多層膜７０が形成された単結晶基板５０の非成膜面５４（表面粗さＲａ＝６００ｎｍ）に、ポリビニルアルコール樹脂を有機溶媒に溶解させた樹脂溶液を用いて、スピンコーターを用いて２０００ｒｐｍ、６０秒の条件でスピンコートを行い、厚みが１．３μｍのコーティング層を形成した。このコーティング層の表面粗さＲａは２００ｎｍであり、コーティング層の形成により表面の平滑性が向上したことが判った。
【０１３８】
−第１の熱変性層形成条件−
次に、平坦な試料ステージ上に、多層膜７０が形成された面を下面側として、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した。この状態で、サファイア基板５０の多層膜７０が形成されていない非成膜面５４側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで第１の熱変性層２２を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板の平面方向に対して格子状パターンとなるように第１の熱変性層２２を形成した。ここで、格子状パターンのライン間ピッチを変化させたサンプルも作製した。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１３９】
（評価結果）
−反り量および反りの方向の評価−
表５に、多層膜およびコーティング膜の成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向について評価した結果を、上記に示した以外のレーザ照射条件と共に示す。表５に示されるように多層膜７０の成膜により反り量が７４μｍ〜８０μｍ前後まで増大したが、レーザ照射によりサファイア基板５０内に第１の熱変性層２２を形成することにより、多層膜７０の成膜に起因する反りが矯正され、反り量が減少することが判った。なお、表５中に示す「反り量」は、コーティング膜の成膜前、および、レーザ照射を終えて、コーティング層をサファイア基板から剥離した後に測定した値を意味する。
【０１４０】
【表５】
【０１４１】
−レーザ照射前後での反り量の変化量−
なお、表５に示す結果から、ライン間のピッチのみを変えた場合、図１０に示した場合と同様に、レーザ照射前後での反り量の変化量を所望の値に制御できることが判った。
【０１４２】
（評価方法）
表５に示す反り量については、リニアゲージで測定した。また、表５に示す成膜面側から見た反りの方向はレーザ干渉計により測定した。
【０１４３】
＜＜１回レーザ照射、単結晶基板厚み方向における曲率変化量の実施例＞＞
（評価用サンプルの作製）
評価用サンプルとして図６（ｄ）に示すものと同様のサファイア基板５０の片面に３層構成の多層膜７０が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板５０の成膜面５２に多層膜７０を形成した後、非成膜面５４側からのレーザ照射により格子状パターンで第１の熱変性層２２を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、熱変性層２２形成位置であるサファイア基板５０の厚み方向に対する、前記サファイア基板５０の曲率変化量の関係について評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
【０１４４】
−サファイア基板−
サファイア基板５０としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板（直径：４インチ（１００ｍｍ）、厚み：６５０μｍ）を用いた。なお、このサファイア基板は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜７０はこの鏡面研磨された面を成膜面５２として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板５０の反り量は、±３０μｍの範囲内である。
【０１４５】
−多層膜の層構成および成膜条件−
サファイア基板５０の成膜面５２には、３層構成の多層膜７０を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す（１）〜（５）の順にプロセスを実施した。
（１）サーマルクリーニング
サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に配置した後、成膜面５２のサーマルクリーニングを、基板温度１１００℃にて約１２０秒間実施した。
（２）低温バッファ層６０の形成
成膜時の基板温度を５３０℃とし、成膜レート０．１６ｎｍ／ｓにて膜厚が３０ｎｍとなるまで低温バッファ層６０を形成した。
（３）ｎ−ＧａＮ層６２の形成
成膜時の基板温度を１０５０℃とし、成膜レート２０００ｎｍ／ｓにて膜厚が３５００ｎｍとなるまでｎ−ＧａＮ層６２を形成した。
（４）ＩｎＧａＮ系活性層６４の形成
成膜時の基板温度を７５０℃とし、成膜レート１０ｎｍ／ｓにて、膜厚が４０８ｎｍとなるまでＩｎＧａＮ系活性層６４を形成した。
（５）クールダウン
片面に低温バッファ層６０、ｎ−ＧａＮ層６２およびＩｎＧａＮ系活性層６４をこの順に形成したサファイア基板５０を常温近傍まで冷却した。
【０１４６】
−第１の熱変性層形成条件−
まず、多層膜７０が形成された単結晶基板５０の非成膜面５４を鏡面研磨した。次に、平坦な試料ステージ上に、多層膜７０が形成された面を下面側として、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した。この状態で、サファイア基板５０の多層膜７０が形成されていない非成膜面５４側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで第１の熱変性層２２を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板の平面方向に対して格子状パターンとなるように第１の熱変性層２２を形成した。ここで、格子状パターンのライン間ピッチは５００μｍとした。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１４７】
（評価結果）
−サファイア基板の厚み方向に対する、前記サファイア基板の曲率変化量の評価−
図１１に、サファイア基板５０の厚み方向に対する、前記サファイア基板５０の曲率変化量について評価した結果を示す。図１１に示されるように第１の熱変性層２２の形成位置が８０％を超えたあたりから、急激にサファイア基板５０の曲率変化量が増大していることが判った。
【０１４８】
（評価方法）
図１１に示す曲率変化量については、リニアゲージで測定した。
【符号の説明】
【０１４９】
１０ レーザ処理前膜付き基板
１０Ａ ２回目のレーザ処理前膜付き基板
１２ レーザ処理後膜付き基板（多層膜付き単結晶基板）
１２Ａ ２回目のレーザ処理後膜付き基板（多層膜付き単結晶基板）
２０ 単結晶基板
２０Ａ 研磨後の単結晶基板
２０Ｄ 非成膜面側領域
２０Ｕ 成膜面側領域
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 熱変性層（第１の熱変性層）
２４ 非成膜面
２４Ａ 研磨後の非成膜面
２６ 成膜面
２８、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ 第２の熱変性層
３０ 多層膜
３２ 素子部分
４０ レーザ照射装置
５０ サファイア基板（単結晶基板）
５２ 成膜面
５４ 非成膜面
６０ 低温バッファ層
６２ ｎ−ＧａＮ層
６４ ＩｎＧａＮ系活性層
７０ 多層膜
８０ 研磨盤
９０ 分割予定ライン
１００ 素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層膜付き単結晶基板、多層膜付き単結晶基板の製造方法および素子製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムに代表される窒化物半導体は、バンドギャップが広く、青色系の発光が可能であることから、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半導体レーザ）等に広く用いられている。近年は、更なる発光効率アップや高輝度化への取り組みが盛んに行われている。
【０００３】
一般的な窒化物半導体発光素子構造は、サファイア基板上に、ＧａＮより成るバッファ層、ｎ型ＧａＮより成るｎ型コンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮより成るｎ型クラッド層、ｎ型ＩｎＧａＮより成る活性層、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層、ｐ型ＧａＮより成るｐ型コンタクト層が順に積層されたダブルヘテロ構造を有している。活性層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）よりなる井戸層のみの単一量子井戸（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造もしくは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）よりなる井戸層と、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１、ｙ＜ｘ）よりなる障壁層との多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）のＩｎを含む構成となっている（特許文献１参照）。
【０００４】
サファイア基板上に上述した多層膜を形成すると、多層膜とサファイアとの熱膨張係数差及び格子定数差に起因して、成膜後のサファイア基板に反りが発生することが知られている。たとえば、非特許文献１には、サファイア基板上に、ＡｌＮバッファ層とＧａＮ層とをエピタキシャル成長させ、成膜により発生する熱応力がＧａＮ層膜厚に依存してどのように緩和されるかを調べた結果が開示されている。この非特許文献１では、膜厚が厚くなるに従って基板の反りが大きくなり、それに伴って界面欠陥（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｆｅｃｔｓ）、マイクロクラック（Ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ）や転位（Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）、マクロクラック（Ｍａｃｒｏｃｒａｃｋｓ）が発生することで応力を緩和するということが明らかにされている。
【０００５】
また、非特許文献２のＦｉｇ．４には、サファイア基板上にＧａＮ系ＬＥＤ構造をエピタキシャル成長させる工程を通して発生する基板の反りを、Ｉｎ−ｓｉｔｕ観察する解析手法が開示されている。これによると、一連の成膜工程において、成膜物質、成膜温度、膜厚の変化によりサファイア基板の曲率が大きく変化することが示されている。さらに、活性層であるＩｎＧａＮ層の成長段階でサファイア基板の曲率がほぼ０となるような成膜工程とすることによって、基板面内における発光波長を均一化することが明らかにされている。
【０００６】
以上に説明したように、一連の成膜工程を通してサファイア基板の反りが大きく変化し、窒化物半導体膜の品質や発光波長の均一性に影響を与えることが知られている。なお、実際には、基板との熱膨張係数差を利用して、ＩｎＧａＮ系活性層において基板曲率がほぼ０となるように、サファイア基板の反り形状及び反り量が設定されることが多い。このような背景から、サファイア基板の形状及び反り量を制御するために、様々な研磨加工技術が検討されている（特許文献２等参照）。
【０００７】
一方で、サファイア基板上に窒化物半導体が積層された発光素子を分割する際に、８０〜９０μｍ程度の厚みを有するサファイア基板の内部に、パルスレーザを集光し、発光素子の分割予定ラインに対応する変質領域を形成する技術が知られている（特許文献３）。特許文献３に開示される技術は、サファイア基板にレーザ光線を照射して個々の発光素子に分割しても発光素子の輝度低下を抑制し得るサファイア基板の加工方法であり、発光素子の分割を目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２５０４３８号公報
【特許文献２】特開２００６−３４７７７６号公報
【特許文献３】特開２００８−６４９２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32 (1993) pp. 1528-1533
【非特許文献２】J. Cryst. Growth, Vol.272, Issues 1-4, (2004), pp.94-99
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上に説明したように、発光素子などの各種素子を作製するために、サファイア基板などの単結晶基板上に、素子の構成に応じた多層膜を成膜すると、成膜後の基板（多層膜付き単結晶基板）は、通常は、反ってしまう。一方、素子を製造する上では、多層膜付き単結晶基板に対して、通常は、さらに種々の後工程が実施される。しかしながら、多層膜付き基板が反った状態で、後工程を実施する場合、素子の品質ばらつきや歩留まり低下などを招いていた。
【００１１】
たとえば、後工程において多層膜をパターニング処理しようとした場合、以下に説明する問題が発生する。すなわち、多層膜をパターニング処理する場合、フォトマスクを用いて、多層膜上に形成されたレジストを露光することになる。この際、多層膜付き単結晶基板は反った状態である。それゆえ、単結晶基板の中央部に位置する多層膜の表面に対して露光のために照射される光の焦点を合わせると、単結晶基板の端部近傍に位置する多層膜の表面では、焦点がぼけることになる。この場合、多層膜の面内において露光ムラが生じるため、後工程を経て製造される素子の品質ばらつきや、歩留まりの低下を招くことになる。
【００１２】
また、後工程において、多層膜付き単結晶基板の多層膜が形成された面と反対側の面を研磨（バックラップ処理）しようとした場合、多層膜付き単結晶基板の多層膜が形成された面を平坦な研磨盤に貼り付けて固定する必要がある。しかし、この場合、多層膜付き単結晶基板が反っていると、バックラップ処理する面を平坦にするために、貼り付け時に、多層膜付き単結晶基板に対して大きな圧力を加えて貼り付け処理を行う必要がある。しかしながら、反りが大きいほど、大きな圧力を加えなければならなくなるため、結果として、多層膜付き基板にクラックが生じ易くなり、歩留まりの低下を招くことになる。なお、このような問題の発生を回避するために、より厚みのある単結晶基板を用いることも考えられる。しかしながら、この方法では、バックラップ処理に必要な研磨量が増大し、研磨時間がより長時間となるため、生産性が低下し実用性に欠ける。
【００１３】
上述した事情を考慮すれば、多層膜付き単結晶基板は、出来る限り平坦な状態となるように、後工程実施前において、多層膜の成膜により生じた反りが矯正されていることが好ましいといえる。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多層膜の成膜により生じた反りが矯正された多層膜付き単結晶基板、その製造方法、および、当該製造方法を利用した素子製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
本発明の多層膜付き単結晶基板は、単結晶基板と、該単結晶基板の片面に形成された２つ以上の層を有する多層膜と、を含み、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の多層膜付き単結晶基板の一実施態様は、熱変性層が、単結晶基板に対するレーザ照射により形成されることが好ましい。
【００１７】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、熱変性層が、多層膜と平行に設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の厚み方向の相対位置を、多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に設けられていることが好ましい。
【００１９】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、熱変性層が、単結晶基板の平面方向に対して、
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
ｉｉｉ）同心円状、
ｉｖ）単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
ｖ）単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
ｖｉ）ストライプ形状、ならびに、
ｖｉｉ）らせん形状
から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状で設けられていることが好ましい。
【００２０】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることが好ましい。
【００２１】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２２】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の厚み方向の相対位置を、多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、第２の熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に設けられていることが好ましい。
【００２３】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の材質が、サファイアであることが好ましい。
【００２４】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、単結晶基板の厚みが０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、多層膜を構成する少なくともいずれか１層が、窒化物半導体結晶層であることが好ましい。
【００２７】
本発明の多層膜付き単結晶基板の他の実施態様は、多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択される素子が作製できることが好ましい。
【００２８】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法は、片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする。
【００２９】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の一実施態様は、レーザの照射が、下記Ａ〜Ｂに示す少なくともいずれか１つに記載の照射条件を満たすように実施されることが好ましい。
＜照射条件Ａ＞
・レーザ波長：２００ｎｍ〜３５０ｎｍ
・パルス幅：ナノ秒オーダー
＜照射条件Ｂ＞
・レーザ波長：３５０ｎｍ〜２０００ｎｍ
・パルス幅：フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー
【００３０】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、熱変性層が、多層膜と平行となるように形成されることが好ましい。
【００３１】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、単結晶基板の厚み方向の相対位置を、多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に位置するように形成されることが好ましい。
【００３２】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、
熱変性層が、単結晶基板の平面方向に対して、
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
ｉｉｉ）同心円状、
ｉｖ）単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
ｖ）単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
ｖｉ）ストライプ形状、ならびに、
ｖｉｉ）らせん形状
から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状を描くように形成されることを特徴とすることが好ましい。
【００３３】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることが好ましい。
【００３４】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３５】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、
（１）単結晶基板の片面側からレーザを照射することにより、
単結晶基板の厚み方向の相対位置を、レーザが照射される側の面を０％と仮定し、レーザが照射される側の面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成する多層膜成膜前熱変性層形成工程と、
（２）熱変性層が形成された単結晶基板のレーザが照射された側の面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜を形成する多層膜形成工程と、
（３）多層膜成膜後熱変性層形成工程と、
を、この順に少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することが好ましい。
【００３６】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、単結晶基板の材質が、サファイアであることが好ましい。
【００３７】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、単結晶基板の直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、単結晶基板の厚みが０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、多層膜を構成する少なくともいずれか１層が、窒化物半導体結晶層であることが好ましい。
【００４０】
本発明の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の実施態様は、レーザの照射が、単結晶基板の多層膜が形成された面と反対側の面に、透明樹脂材料からなるコーティング層を形成した後に、実施されることが好ましい。
【００４１】
本発明の素子製造方法は、片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造し、さらに、当該多層膜付き単結晶基板の多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか１つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
以上に説明したように本発明によれば、多層膜の成膜により生じた反りが矯正された多層膜付き単結晶基板、その製造方法、および、当該製造方法を利用した素子製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の一例を示す模式説明図である。
【図２】図１に示すものと対応関係にある本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の一例を示す模式説明図である。
【図３】単結晶基板の平面方向に対する熱変性層の配置パターン形状の一例を示す平面図である。ここで、図３（ａ）は、複数本のラインを基板のオリフラ面に対して垂直に形成したストライプ形状を示す平面図であり、図３（ｂ）は、複数本のラインを基板のオリフラ面に対して水平に形成したストライプ形状を示す平面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す配置パターン形状を組み合わせた格子形状を示す平面図であり、図３（ｄ）は、同一サイズの複数の正六角形を、正六角形の６つの頂点全てが当該正六角形に隣接する正六角形のいずれか一つの頂点と必ず重なり合うように規則的に配置した形状を示す平面図であり、図３（ｅ）は、同心円形状を示す平面図である。
【図４】本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の例を示す模式説明図である。
【図５】本実施形態の多層膜付き単結晶基板の他の例を示す模式断面図である。
【図６】多層膜形成工程の一例を示す模式説明図である。ここで、図６（ａ）は成膜開始前の状態を示す図であり、図６（ｂ）は低温バッファ層を形成した後の状態を示す図であり、図６（ｃ）はｎ−ＧａＮ層を形成した後の状態を示す図であり、図６（ｄ）は多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ系活性層を形成した後の状態を示す図である。
【図７】多層膜形成工程における単結晶基板の反り挙動の一例を示すグラフである。
【図８】円形状基板の曲率から基板の反り量を計算する方法を説明する模式説明図である。
【図９】本実施形態の素子製造方法の一例を示す模式説明図である。ここで、図９（ａ）は素子部分形成工程を示す図であり、図９（ｂ）は研磨工程を示す図であり、図９（ｃ）は分割予定ライン形成工程を示す図であり、図９（ｄ）は分割工程を示す図である。
【図１０】表２に示す実施例Ａ１〜実施例Ａ５の実験条件において、多層膜成膜後に同等のそり量を有する多層膜付き単結晶基板について、レーザ照射によって生じた反り量を示すグラフである。
【図１１】第１の熱変性層形成位置であるサファイア基板の厚み方向に対する、前記サファイア基板の曲率変化量の関係について評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（多層膜付き単結晶基板およびその製造方法）
本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、単結晶基板と、単結晶基板の片面に形成された２つ以上の層を有し、かつ、熱変性層形成前に圧縮応力を有する多層膜と、を含み、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層が設けられていることを特徴とする。
【００４５】
本実施形態の多層膜付き単結晶基板では、単結晶基板の片面に圧縮応力を有する多層膜が設けられている。それゆえ、この圧縮応力を解放するために、多層膜には、単結晶基板の平面方向に対して伸びようとする力が常に作用する。従って、通常であれば、多層膜付き単結晶基板は、多層膜が設けられた側に凸を成すように大きく反ってしまうことになる。
【００４６】
しかしながら、本実施形態の多層膜付き単結晶基板においては、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層が設けられている。このため、単結晶基板をその厚み方向において２等分するラインの多層膜が設けられた側の領域内おいて、多層膜中の圧縮応力を解放する力（単結晶基板の平面方向に広がろうとする力）が、単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内において、熱変性層に起因して生じる単結晶基板の平面方向に広がろうとする力により相殺される。その結果、多層膜の成膜に起因して生じる反りが矯正される。この場合、この反りが矯正されることで単結晶基板ができるだけ平坦な状態に近づくことが基本的に望ましいが、多層膜の成膜に起因して生じた反りの向きは同じままで、反りの程度が多少小さくなっているだけでもよく、あるいは、多層膜の成膜に起因して生じた反りの向きを反転させて逆向きに反らせるように、多層膜の成膜に起因して生じた反りを矯正してもよい。なお、多層膜の形成に起因する反りが矯正されることで単結晶基板が略平坦な状態に近づいた場合、従来の多層膜付き単結晶基板を用いる場合と比較して、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を用いて、後工程を実施して素子を作製するときは、素子の品質ばらつきを抑制したり、歩留まりを向上させることがより容易となる。
【００４７】
なお、「熱変性層」は、単結晶基板の一部の領域を局所的に加熱することにより形成される層である。この熱変性層は、単結晶基板をその厚み方向において２等分するラインで分割される２つの領域のうちの一方の領域内に、この熱変性層を形成した場合に、当該一方の領域側に凸を成すように単結晶基板を反らす作用を有する。このことから、熱変性層も、多層膜と同様に圧縮応力を有しているものと推定される。
【００４８】
この熱変性層の形成方法としては特に限定されるものではないが、通常は、単結晶基板に対してレーザ照射する方法が用いられる。この場合、レーザ照射された領域に存在する原子の多光子吸収により、当該領域が局所的に加熱され、周囲の領域に対して結晶構造や結晶性の変化などの何がしかの変性が生じることで、熱変性層が形成される。すなわち、本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも単結晶基板の多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより製造することができる。
【００４９】
−レーザ照射条件−
なお、レーザの照射は、熱変性層が形成できるのであれば、如何様な照射条件で実施してもよいが、一般には、短い時間幅の中にエネルギーを集中させることが出来るため、高いピーク出力が得ることができるという点で、断続的にレーザ光を出すパルスレーザを用いて、下記１）および２）に示す範囲内で実施することが好ましい。
１）レーザ波長：２００ｎｍ〜５０００ｎｍ
２）パルス幅：フェムト秒オーダー〜ナノ秒オーダー（１ｆｓ〜１０００ｎｓ）
【００５０】
ここで、レーザ波長やパルス幅は、レーザ照射の対象となる単結晶基板の材質に起因する光透過性／光吸収性や、単結晶基板内に形成される熱変性層のサイズ・パターン精度、実用上利用可能なレーザ装置などを考慮して適宜選択される。しかしながら、レーザ照射に際しては、特に下記Ａ〜Ｂに示す照射条件を選択することが好ましい。
＜照射条件Ａ＞
・レーザ波長：２００ｎｍ〜３５０ｎｍ
・パルス幅：ナノ秒オーダー（１ｎｓ〜１０００ｎｓ）。なお、より好ましくは、１０ｎｓ〜１５ｎｓ。
＜照射条件Ｂ＞
・レーザ波長：３５０ｎｍ〜２０００ｎｍ
・パルス幅：フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー（１ｆｓ〜１０００ｐｓ）。なお、より好ましくは、２００ｆｓ〜８００ｆｓ。
【００５１】
なお、照射条件Ａは、照射条件Ｂよりも、レーザ波長がより短波長域のレーザを利用する。このため、レーザ波長およびパルス幅以外のその他の条件を同一として、レーザ照射を実施した場合、照射条件Ｂよりも、照射条件Ａの方が、同程度の反り矯正効果を得るために必要なレーザ加工時間を短縮できる。また、使用するレーザの波長は、レーザ照射の対象となる単結晶基板の吸収端波長よりも長波長域の波長を選択することが好適である。
【００５２】
ここで、単結晶基板がサファイア基板である場合は、上記照射条件Ａ、Ｂを利用できる。この場合、レーザ波長およびパルス幅以外のその他の条件としては、たとえば、実用性や量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが好ましい。
・繰り返し周波数：５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ
・レーザパワー：０．０５Ｗ〜０．８Ｗ
・レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ（より好ましくは２μｍ前後）
・試料ステージの走査速度：１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ
【００５３】
また、単結晶基板が、Ｓｉ基板の場合は、上記照射条件Ｂが利用できる。この場合、レーザ波長以外のその他の条件としては、たとえば、実用性や量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが好ましい。
・パルス幅：５０ｎｓ〜２００ｎｓ
・繰り返し周波数：１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ
・照射エネルギー：３μＪ〜１２μＪ
・レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ
・試料ステージの走査速度：５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ（より好ましくは１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ）
【００５４】
また、単結晶基板が、ＧａＡｓ基板の場合は、上記照射条件Ｂが利用できる。この場合、レーザ波長以外のその他の条件としては、たとえば、実用性や量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが好ましい。
・パルス幅：３０ｎｓ〜８０ｎｓ
・繰り返し周波数：１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ
・照射エネルギー：８μＪ〜２０μＪ
・レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ
・試料ステージの走査速度：５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ（より好ましくは１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ）
【００５５】
また、単結晶基板が、水晶基板の場合は、上記照射条件Ｂが利用できる。この場合、レーザ波長以外のその他の条件としては、たとえば、実用性や量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが好ましい。
・パルス幅：２００ｆｓ〜８００ｆｓ
・繰り返し周波数：１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ
・照射エネルギー：３μＪ〜６μＪ
・レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ
・試料ステージの走査速度：５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ（より好ましくは１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ）
【００５６】
なお、表１に、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板および水晶基板に対して熱変性層を形成する場合のレーザ照射条件の一例を示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
なお、レーザ照射される面の表面粗さが大きい場合、特に表面粗さＲａが６００ｎｍ以上である場合、レーザ照射される面においてレーザ光が散乱され易くなる。この場合、レーザパワーをより大きく設定したり、レーザ照射時間をより長時間に設定しなければ、熱変性層を形成することが困難となるため、量産性が低下する。このため、レーザ照射する場合、単結晶基板のレーザ照射される側の面は鏡面状態（表面粗さＲａで１ｎｍ以下程度）であることが特に好ましい。レーザ照射される面を鏡面状態とするためには、たとえば、鏡面研磨を実施することができる。
【００５９】
あるいは、単結晶基板のレーザ照射される側の面を鏡面研磨する代わりに、レーザ照射される側の面にレーザ光を透過するコーティング層を設けてもよい。この場合、コーティング層が、レーザ照射される側の面の凹凸を埋めるように形成され、コーティング層の表面が平滑面（表面粗さＲａで３００ｎｍ以下程度）を形成することになるため、レーザ光の散乱を抑制できる。なお、本願明細書において、単結晶基板のレーザ照射される側の面、および、コーティング層の表面の表面粗さＲａの測定は、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）などを用いて測定する。
【００６０】
コーティング層は、レーザ光に対して透過性を有することが必要であり、レーザ波長に対する透過率は９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。また、コーティング層の屈折率ｎ（Ｃ）は、コーティング層と単結晶基板との界面における散乱を抑制する観点から、単結晶基板の屈折率ｎ（Ｓ）に近い程好ましく、具体的には、屈折率ｎ（Ｓ）±０．３の範囲内であることが好ましい。
【００６１】
コーティング層を構成する材料としては、上述した透過率および屈折率を満たすことが容易な材料であれば公知の材料が利用でき、たとえば、ポリイミド樹脂や、ポリビニルアルコール樹脂などの透明樹脂材料、あるいは、ＳｉＯ２等の透明無機材料のいずれでも利用できる。しかしながら、スピンコート法等の簡易な成膜方法を利用してコーティング層を形成でき、かつ、レーザ照射後の後工程においては不要となるコーティング層を単結晶基板から簡単に剥離して除去できるという観点からは、コーティング層を構成する材料として透明樹脂材料を用いることが特に好ましい。
【００６２】
また、コーティング層の膜厚は、特に限定されるものでは無いが、膜厚が薄すぎる場合には、単結晶基板のレーザ照射される側の面の表面粗さが、コーティング層表面の表面粗さとしてそのまま反映され易くなる。したがって、このような観点からは膜厚は０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。なお、膜厚の上限は特に限定されないが、実用上は５μｍ以下であることが好ましい。
【００６３】
−多層膜成膜後熱変性層形成工程の具体例−
次に、多層膜成膜後熱変性層形成工程の具体例を図面を用いて説明する。図１および図２は本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の一例を示す模式説明図であり、具体的には、多層膜成膜後熱変性層形成工程の一例を説明する模式説明図である。ここで、図１は、多層膜成膜後熱変性層形成工程の実施前後での多層膜付き単結晶基板の反りの状態を示す模式断面図であり、図１の上段は、多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施する前の多層膜付き単結晶基板を表し、図１の下段は、多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施した後の多層膜付き単結晶基板を表すものである。また、図２は多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施している最中の状態、すなわち、単結晶基板の多層膜が形成されていない側の面からレーザを照射している状態を示す模式断面図である。なお、図１および図２中、多層膜を構成する各層については記載を省略してある。
【００６４】
図１の上段に示すように、多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施する前の多層膜付き単結晶基板（レーザ処理前膜付き基板）１０は、単結晶基板２０と、この片面に形成された多層膜３０とを有している。そして、レーザ処理前膜付き基板１０は、多層膜３０が設けられた面側に凸を成すように反っている。これに対して、図１の下段に示す多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施した後の多層膜付き単結晶基板（レーザ処理後膜付き基板１２）は、図１の上段に示す反りが矯正され、略平坦な状態により近づいている。そして、単結晶基板２０をその厚み方向において、一点鎖線Ｌにより２等分して得られる２つの領域２０Ｕ、２０Ｄのうち、少なくとも単結晶基板２０の多層膜３０が形成された面側と反対側の面側の領域（非成膜面側領域）２０Ｄ内に、一定の厚みを有する複数の熱変性層２２が、単結晶基板２０の平面方向に対して等間隔に形成されている。
【００６５】
ここで、多層膜成膜後熱変性層形成工程は、図２に一例を示すように、レーザ処理前膜付き基板１０を、多層膜３０が設けられた側の面が下面側となるように不図示の試料ステージに固定した状態で実施される。なお、固定は、たとえば、真空吸着などにより、レーザ処理前膜付き基板１０の反りを矯正できるように実施することが好ましい。反りが大きすぎて真空吸着ができない場合には、レーザ処理前膜付き意基板１０表面の形状をモニタリングして、レーザ照射領域をレーザ処理前膜付き基板１０表面と平行にすることができる。そして、試料ステージに固定されたレーザ処理前膜付き基板１０の多層膜が設けられた側の面と反対側の面（非成膜面）２４側から、レーザ照射装置４０によりレーザを照射する。この際、単結晶基板２０の非成膜面側領域２０Ｄ内にレーザを集光させると共に、レーザ照射装置４０とレーザ処理前膜付き基板１０とを水平方向に相対的に移動させることで、熱変性層２２を形成する。ここで、レーザのスポットサイズ、レーザパワー、パルス幅などを適宜選択することで、単結晶基板２０の平面方向や厚み方向に対する熱変性層２２のサイズや変性度合などを制御できる。また、レーザ処理前膜付き基板１０に対するレーザ照射装置４０の相対的な移動速度（たとえば試料ステージが移動可能な場合は、試料ステージの走査速度）、レーザの繰り返し周波数を適宜選択することにより、単結晶基板２０の平面方向に対する個々の熱変性層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ間の間隔を制御することができる。
【００６６】
−熱変性層の配置パターン−
なお、本実施形態の多層膜付き単結晶基板では、図１に例示したように、少なくとも非成膜面側領域２０Ｄ内に熱変性層２２を設ければ、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りを矯正できる。しかしながら、熱変性層２２が、単結晶基板２０の厚み方向や平面方向に対して、偏った位置に設けられたり、不規則に配置されたり、非対称的に配置されたりすると、多層膜３０に起因して発生する反りを矯正することが困難となったり、あるいは、レーザ処理後膜付き基板１２の形状が歪んでしまう場合がある。
【００６７】
上述した問題の発生を回避するためには、単結晶基板２０の厚み方向については、熱変性層２２は、多層膜３０と平行に設けられていることが好ましい。なお、この場合、単結晶基板２０の厚み方向の相対位置を、多層膜３０が設けられた側の面を０％と仮定し、多層膜３０が設けられた面と反対側の面（非成膜面２４）を１００％とし仮定した際に、熱変性層２２が、単結晶基板２０の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に設けられていることが好ましく７０％以上９５％以下の範囲内に設けられていることがより好ましい。単結晶基板２０の厚み方向に対して熱変性層２２を上記数値範囲内に設けることにより、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りをより効果的に矯正して、レーザ処理後膜付き基板１２の変形も抑制できる。なお、単結晶基板２０の厚み方向に対する熱変性層２２の存在位置は、個々の熱変性層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが、全て同じ位置に存在することが好ましいが、異なる位置に存在していてもよい。この場合は、単結晶基板２０の平面方向に対する個々の熱変性層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの配置位置も考慮の上、レーザ処理後膜付き基板１２の形状が歪んだり、熱変性層２２を設けたことに起因する反りの矯正効果を著しく損失しないように、個々の熱変性層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄを、単結晶基板２０の厚み方向に対して異なる位置に配置してもよい。また、単結晶基板２０の厚み方向に対する熱変性層２２の長さは、レーザのスポットサイズ、照射エネルギー（レーザパワー／繰り返し周波数）、パルス幅に依存して決定され、通常は、数μｍ〜数十μｍの範囲内である。
【００６８】
また、上述した問題の発生を回避するためには、単結晶基板２０の平面方向については、熱変性層２２は、以下に示されるパターン形状で設けられることが好ましい。すなわち、熱変性層２２は、単結晶基板２０の平面方向に対して、下記ｉ）〜ｖｉｉ）から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状で設けられていることが好ましい。この場合、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りをより効果的に矯正して、その変形も抑制できる。
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状
ｉｉｉ）同心円状
ｉｖ）単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状
ｖ）単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状
ｖｉ）ストライプ形状
ｖｉｉ）らせん形状
【００６９】
なお、上記ｉ）〜ｖｉｉ）に示されるパターン形状のうち、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りをより均一に矯正でき、形状の歪みもより小さくできる観点からは、ｉ）〜ｉｖ）に示されるパターン形状がより好ましい。
【００７０】
また、熱変性層２２の形成に際して、レーザ走査、すなわち、レーザ処理前膜付き基板１０に対するレーザ照射装置４０の相対的な移動が、他のパターン形状と比べて比較的単純でレーザ加工が容易となる観点からは、パターン形状は、ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状であることが好ましい。さらに、ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状としては、複数個の同一形状および同一サイズの四角形を個々の四角形を構成する４辺が隣接する四角形のいずれか１辺と互いに重なり合うように規則的に配置した形状、すなわち、格子形状であることが特に好ましい。この場合、レーザ走査が縦方向および横方向の２方向のみでよく、レーザ加工がより容易となる上に、レーザ処理後膜付き基板１２の反り量制御や形状制御の設計もより容易となる。
【００７１】
ここで、格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチは、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、５０μｍ〜２０００μｍの範囲以内であることがより好ましく、１００μｍ〜１０００μｍの範囲内であることがさらに好ましい。ピッチを２０μｍ以上とすることにより、レーザ加工に要する時間が必要以上に増大するのを抑制でき、また、ピッチを２０００μｍ以下とすることにより、多層膜３０の圧縮応力に起因する単結晶基板２０の反りをより確実に矯正できる。
【００７２】
図３は、単結晶基板の平面方向に対する熱変性層の配置パターン形状の一例を示す平面図であり、具体的には、単結晶基板２０の平面形状がオリフラ面を有する円形状である場合における熱変性層２２の配置パターン形状の一例を示したものである。熱変性層２２の配置パターン形状は、図３に示すように、たとえば、複数本のラインを基板のオリフラ面に対して垂直又は平行に形成したストライプ形状（図３（ａ）、図３（ｂ））、それら両方を組み合わせた格子形状（図３（ｃ））などが挙げられる。また、この他の配置パターン形状として、同一サイズの複数の正六角形を、正六角形の６つの頂点全てが当該正六角形に隣接する正六角形のいずれか一つの頂点と必ず重なり合うように規則的に配置した形状（図３（ｄ））、同心円形状（図３（ｅ））なども挙げられる。なお、図３（ａ）に示す幅Ｗは、ライン間のピッチを意味する。
【００７３】
なお、多層膜３０の圧縮応力に起因して発生する反りの程度は、多層膜３０の層構成や膜厚などにより決定される圧縮応力や、単結晶基板２０の厚みや材質などにより決定される剛性等により様々である。しかしながら、この反りの程度に応じて、以上に説明した、ｉ）熱変性層２２の単結晶基板２０の厚み方向における長さ、ｉｉ）単結晶基板２０の厚み方向における熱変性層２２の配置位置、および、ｉｉｉ）単結晶基板２０の平面方向における熱変性層２２の配置パターン形状を適宜選択して組み合わせることで、レーザ処理前膜付き基板１０に対して、レーザ処理後膜付き基板１２において多層膜３０に起因する反りを矯正できるのみならず、レーザ処理後膜付き基板１２を略平坦状とすることもできる。
【００７４】
−多層膜成膜前の熱変性層の形成−
本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法では、基本的に、多層膜３０の成膜を終えた後に、レーザ照射によって単結晶基板２０内に熱変性層２２を形成することで、多層膜３０の成膜に起因する基板１２の反りを矯正している。それゆえ、このレーザ処理後膜付き基板１２を用いて後工程を実施した際の反りに起因する品質ばらつきや歩留まり低下などの弊害を抑制できる。よって、多層膜３０の成膜プロセス中において、単結晶基板２０が、如何様に反ったとしても、後工程への悪影響は非常に小さい。このことは、後工程との関係で、ｉ）多層膜３０の成膜プロセスの自由度、すなわち、採用可能な成膜方法・成膜条件の選択肢をより大きくすることができるという第一のメリット、および、ｉｉ）多層膜３０成膜後の反りの発生や、反りの大きさを考慮することなく多層膜３０の層構成を選択できるという第二のメリットをもたらす。
【００７５】
本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、（１）単結晶基板の片面側からレーザを照射することにより、単結晶基板の厚み方向の相対位置を、レーザが照射される側の面を０％と仮定し、レーザが照射される側の面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、熱変性層が、単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成する多層膜成膜前熱変性層形成工程と、（２）熱変性層が形成された単結晶基板のレーザが照射された側の面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜を形成する多層膜形成工程と、（３）多層膜成膜後熱変性層形成工程とを、この順に少なくとも経ることにより、製造することができる。なお、以下の説明において、多層膜成膜前熱変性層形成工程により形成される熱変性層を「第２の熱変性層」と称し、多層膜成膜後熱変性層形成工程により形成される熱変性層を「第１の熱変性層」と称す場合がある。
【００７６】
上述したように多層膜形成工程の実施前に、単結晶基板内に予め第２の熱変性層を形成する多層膜成膜前熱変性層形成工程をする。なお、多層膜成膜前熱変性層形成工程において形成される第２の熱変性層は、単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成されることが必要である。上記以外の範囲に第２の熱変性層を形成した場合、多層膜成膜後熱変性層形成工程において形成される第１の熱変性層を形成する領域が、単結晶基板の厚み方向において制限されるため、多層膜３０の成膜後における単結晶基板２０の反りの矯正が困難となる場合があるためである。
【００７７】
多層膜成膜前熱変性層形成工程において形成される第２の熱変性層は、上述したように単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成されることが必要であるが、その下限値は３％以上であることが好ましい。単結晶基板の厚み方向の０％近傍、すなわち、多層膜が成膜される成膜面の近傍に第２の熱変性層が形成された場合、成膜面に露出する結晶面に変化が生じ易くなる。このため、特に、多層膜３０を構成する各層のうち、成膜面と直接接触する層（最下層）が、結晶性の膜である場合は、成膜面に露出する結晶面の変化の影響を受けて、最下層の結晶構造や結晶性に変化が生じ易くなる。また、最下層上に連続して他の結晶性の層を順次積層する場合においても、これらの他の結晶性の層は、下地である最下層の結晶構造や結晶性の影響を受けて変化しやすくなる。それゆえ、単結晶基板の成膜面本来の結晶面を利用して最下層を結晶成長させようとする場合、これが阻害されることになる。しかしながら、下限値を３％以上とすることにより、第２の熱変性層の形成による成膜面に露出する結晶面の変化を抑制できるため、上述した問題の発生を回避することができる。なお、第２の熱変性層は、単結晶基板の厚み方向に対して、より好ましくは５％以上３０％以下の範囲内に位置するように形成される。
【００７８】
また、第２の熱変性層は、単結晶基板をその厚み方向に対して２等分するラインに対して、多層膜が設けられた側に設けられるため、単結晶基板の反りの発生という点では、多層膜と同様に作用する。すなわち、第２の熱変性層は、多層膜成膜直後における単結晶基板の多層膜が設けられた側に凸を成すように反ることを促進する。たとえば、単結晶基板の厚み方向に対して、この単結晶基板を２等分するラインを基準として線対称となる位置に第１の熱変性層および第２の熱変性層が設けられ、単結晶基板の厚み方向における第１の熱変性層の長さと第２の熱変性層の長さとが同一で、かつ、単結晶基板の平面方向における第１の熱変性層および第２の熱変性層の配置パターン形状も相似形である場合を仮定する。この場合、単結晶基板の反りの向き・反り量は、単純に２つの熱変性層の総面積の差に依存することになるため、単結晶基板の平面方向における第２の熱変性層の総面積が、第１の熱変性層の総面積よりも小さくなるように、単結晶基板内に第２の熱変性層を形成すればよい。
【００７９】
なお、以上に説明した点を除けば、第２の熱変性層を形成する際のレーザ照射条件およびレーザ加工の方法、ならびに、第２の熱変性層の単結晶基板の平面方向における配置パターン形状は、第１の熱変性層の場合と同様に適宜選択することができる。
【００８０】
図４は、本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法の他の例を示す模式説明図であり、具体的には、なんらのレーザ加工および成膜処理がなされていない単結晶基板に対して、多層膜成膜前熱変性層形成工程、多層膜形成工程および多層膜成膜後熱変性層形成工程をこの順に実施して多層膜付き単結晶基板を作製する場合について説明する図である。また、図５は、本実施形態の多層膜付き単結晶基板の他の例を示す模式断面図であり、具体的には図４に示す製造プロセスを実施した後に、図２に示す製造プロセスを実施することにより得られた多層膜付き単結晶基板の断面構造の一例を示す図である。ここで、図４および図５中、図１および図２に示すものと同様の機能・構成を有するものについては同様の符号が付してある。
【００８１】
ここで、図４の上段に示すように、多層膜成膜前熱変性層形成工程の実施に際しては、何らのレーザ加工および成膜処理がなされていない略平坦な状態の単結晶基板２０を、非成膜面２４が下面側となるように不図示の試料ステージに固定した状態で実施される。そして、試料ステージに固定された単結晶基板２０に対して、非成膜面２４と反対側の面（成膜面２６）側から、レーザ照射装置４０によりレーザを照射する。この際、単結晶基板２０をその厚み方向に２等分する図中１点鎖線で示されるラインの非成膜面側領域２０Ｄと反対側の領域（成膜面側領域２０Ｕ）内にレーザを集光させると共に、レーザ照射装置４０と単結晶基板２０とを水平方向に相対的に移動させる。これにより、図４の中段に示されるように、単結晶基板２０の成膜面側領域２０Ｕ内に第２の熱変性層２８が形成される。なお、多層膜成膜前熱変性層形成工程を終えた後の単結晶基板２０は、第２の熱変性層２８が成膜面側領域２０Ｕ内に形成されたことにより、多層膜成膜前熱変性層形成工程実施前と比較して、成膜面２６側に若干凸を成すように反ることになる。ここで、レーザのスポットサイズ、レーザパワー、パルス幅などを適宜選択することで、単結晶基板２０の平面方向や厚み方向に対する第２の熱変性層２８のサイズや変性度合などを制御できる。また、単結晶基板２０に対するレーザ照射装置４０の相対的な移動速度（たとえば試料ステージが移動可能な場合は、試料ステージの走査速度）、レーザの繰り返し周波数を適宜選択することにより、単結晶基板２０の平面方向に対する個々の第２の熱変性層２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ間の間隔を制御することができる。
【００８２】
次に、第２の熱変性層２８が形成された単結晶基板２０の成膜面２６側に、多層膜３０を形成する多層膜形成工程を実施する。これにより、図４の下段に示すように、第２の熱変性層２８が形成された単結晶基板２０の成膜面２６側に多層膜３０が形成された２回目のレーザ処理前膜付き基板１０Ａを得ることができる。この多層膜形成工程の実施に際しては、第２の熱変性層２８が形成されることで、多層膜形成工程の実施中における単結晶基板２０の反り挙動の任意の過程において、単結晶基板２０の反りを零に設定ことが可能となる。なお、２回目のレーザ処理前膜付き基板１０Ａは、多層膜３０の有する圧縮応力の影響により、成膜面２６側に凸を成すように反ることになる。
【００８３】
多層膜形成工程を終えた後は、レーザ処理前膜付き基板１０の代わりに、２回目のレーザ処理前膜付き基板１０Ａを用いることを除いて、図２に例示したものと同様にして、多層膜成膜前熱変性層形成工程を実施する。これにより、単結晶基板２０の非成膜面側領域２０Ｄ内に第１の熱変性層２２がさらに形成され、図５に例示するような、単結晶基板２０内に第１の熱変性層２２および第２の熱変性層２８が形成された多層膜３０付きの単結晶基板（２回目レーザ処理後膜付き基板１２Ａ）を得ることができる。この２回目レーザ処理後膜付き基板１２Ａにおいては、単結晶基板２０の非成膜面側領域２０Ｄ内に形成された第１の熱変性層２２により、多層膜３０の有する圧縮応力の影響により成膜面２６側に凸を成すように反る力が相殺される。なお、図５に示す例では、単結晶基板２０をその厚み方向に２等分するラインＬを基準として、単結晶基板２０の厚み方向に対して線対称な位置に、単結晶基板２０の厚み方向の長さが同一である第１の熱変性層２２および第２の熱変性層２８が設けられている。また、単結晶基板２０の平面方向に対する第１の熱変性層２２および第２の熱変性層２８の配置パターンは同一とされているが、単結晶基板２０の平面方向における第１の熱変性層２２の総面積は第２の熱変性層２８の総面積よりも大きくなるように設定されている。
【００８４】
−単結晶基板−
本実施形態の多層膜付き単結晶基板の作製に用いられる単結晶基板２０を構成する材質としては、レーザ照射により熱変性層２２、２８の形成が可能な公知の単結晶材料であればいずれも利用できるが、たとえば、サファイア、窒化物半導体、Ｓｉ、ＧａＡｓ、水晶、ＳｉＣなどが挙げられる。なお、本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、単結晶材料からなる基板を利用するものである。しかしながら、このような基板の代わりに、多結晶材料からなる基板（たとえば石英基板）や、非晶質材料からなる基板（たとえばガラス基板）を用いても、多層膜に起因する反りの発生が矯正された平坦な多層膜付き基板を得ることもできる。
【００８５】
また、単結晶基板２０は、通常、少なくとも片面が鏡面研磨されたものが用いられる。この場合、多層膜３０は、鏡面研磨された面側に形成される。なお、必要に応じて両面が鏡面研磨された単結晶基板２０を用いてもよい。この場合、任意にいずれか一方の面を成膜面２６として利用できる。また、本実施形態の多層膜付き単結晶基板の作製に用いられる単結晶基板２０としては、基板の製造および入手容易性の観点から、レーザ加工などによる何らの熱変性層やイオン打ち込みなどによる何らの組成変性層も形成されておらず、かつ、何らの膜も成膜されていない状態では、通常、その反り量はほぼゼロ、すなわち略平坦なものが用いられる。
【００８６】
単結晶基板２０の平面方向の形状は特に限定されるものではなく、たとえば、方形などでもよいが、公知の各種素子の製造ラインでの適用が容易であるという観点からは、円形状であることが好ましく、特にオリフラ面が設けられた円形状であることが好ましい。
【００８７】
単結晶基板２０の形状が円形状またはオリフラ面が設けられた円形状である場合、単結晶基板２０の直径は５０ｍｍ以上であることが好ましく、７５ｍｍ以上であることがより好ましく、１００ｍｍ以上であることが更に好ましい。直径を５０ｍｍ以上とした場合、多層膜３０の成膜中および成膜後に単結晶基板２０が反った際に、直径の増大と共に単結晶基板２０を平坦な面に静置したと仮定した際の鉛直方向に対する単結晶基板２０の中央部付近と端部付近との高低差（反り量）が大きくなる。しかしながら、多層膜３０の成膜後に第１の熱変性層２２を形成すれば、このような大きな反りを矯正して、反り量を容易に小さくすることができるので、後工程への悪影響を小さくすることができる。これに加えて多層膜３０の成膜前に第２の熱変性層２８を形成する。また、上述した理由から、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を製造する場合、従来と比較して、単結晶基板２０の直径が大きいほど多層膜３０の成膜後の反りをより効果的に抑制できることになる。なお、直径の上限値は特に限定されるものではないが、実用上の観点からは３００ｍｍ以下が好ましい。
【００８８】
また、単結晶基板２０の厚みは、５．０ｍｍ以下であることが好ましく、３．０ｍｍ以下であることが好ましく、２．０ｍｍ以下であることがより好ましい。厚みを５．０ｍｍ以下とした場合、厚みが薄いため単結晶基板２０の剛性が低下し、変形しやすくなる。この場合、多層膜３０の成膜後においては、単結晶基板２０の反り量が増大しやすくなる。しかしながら、多層膜３０の成膜後に第１の熱変性層２２を形成すれば、このような大きな反りを矯正して、反り量を容易に小さくできるので、後工程への悪影響を小さくすることができる。さらに、以上に説明した事情から、後工程において非成膜面２４側の研磨により、単結晶基板２０を所定の厚みとなるまで研磨する必要がある場合には、後工程への悪影響が増大しない範囲で、研磨代がより小さくなるように厚みのより薄い単結晶基板２０を用いて多層膜３０を形成することができる。この場合、後工程での研磨に要する時間を短縮でき、後工程における生産性を向上させることができる。
【００８９】
厚みの下限値は特に限定されるものではないが、熱変性層２２、２８を形成できる領域を確保する観点から０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。なお、単結晶基板２０の形状が、円形状またはオリフラ面が設けられた円形状である場合、直径が５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のときは、厚みは０．３ｍｍ以上であることが好ましく、直径が１００ｍｍを超えるときは、厚みは０．５ｍｍ以上が好ましい。
【００９０】
−多層膜−
本願明細書において「多層膜」とは、２つ以上の層を含み、かつ、熱変性層形成前（即ち、多層膜成膜後熱変性層形成工程前）に圧縮応力を有するものである。これに加えて、この多層膜を構成する各層が基板の平面方向に対して同一の膜厚を有する連続した層から構成された最表層の膜を貫通する段差を持たない膜を意味する。多層膜３０の層構成、ならびに、多層膜３０を構成する各層の膜厚、材料および結晶性／非結晶性は、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を用いて更に後加工することにより作製される素子の種類や、素子を製造する際に適用する製造プロセスに応じて適宜選択される。
【００９１】
しかしながら、多層膜３０を構成する少なくともいずれか１層が、結晶性の層であることが好ましい。また、単結晶基板２０の成膜面２６に露出する結晶面を利用してエキタピシャル成長させることができるという観点からは、多層膜３０を構成する各層のうち、少なくとも単結晶基板２０の成膜面２６に直接接触する層が結晶性の層であることが好ましく、多層膜３０を構成する全ての層が結晶性の層であってもよい。なお、エキタピシャル成長とは、同一組成または混晶を含むホモエキタピシャル成長、ヘテロエキタピシャル成長を含む。また、多層膜３０を構成する各層の材料も、作製する素子に応じて適宜選択されるが、単結晶基板２０がサファイア基板などの無機材料で構成されることを考慮すると、各層を構成する材料も、金属材料、金属酸化物材料、無機半導体材料などの無機材料とすることが好ましく、全ての層がこれらの無機材料から構成されることが望ましい。ただし、ＭＯＣＶＤ法を成膜法として用いた場合、層の無機材料中に有機金属由来の有機物を含有することがある。
【００９２】
多層膜３０を構成する各層の具体例としては、たとえば、面発光レーザなどに用いる発光素子、光センサや太陽電池などに用いる受光素子、電子回路などに用いる半導体素子などの各種の窒化物半導体を利用した素子の製造に適したものとして、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系などの窒化物半導体結晶層を挙げることができる。なお、この場合、単結晶基板２０として、サファイア基板を用いることが好適である。また、多層膜３０の層構成の具体例としては、たとえば、素子として窒化物半導体を利用した発光素子を作製するのであれば、単結晶基板２０としてサファイア基板を用い、このサファイア基板側から、（１）ＧａＮより成るバッファ層、ｎ型ＧａＮより成るｎ型コンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮより成るｎ型クラッド層、ｎ型ＩｎＧａＮより成る活性層、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層、ｐ型ＧａＮより成るｐ型コンタクト層をこの順に積層した層構成を採用することができる。
【００９３】
多層膜３０の膜厚としては、作製する素子に応じて適宜選択され、一般的に、多層膜３０の膜厚が大きくなるほど多層膜３０の成膜後における単結晶基板２０の反り量も増大する。従来であれば、素子の品質ばらつきや歩留まりへの影響が顕著となってくる上に、多層膜３０の成膜中の反り挙動もより大きくなりやすい。また、この場合、多層膜３０には、反りに起因する脆性破壊によりクラックが発生しやすくなる。しかしながら、単結晶基板２０内に、多層膜３０の成膜後に第１の熱変性層２２を形成することで多層膜３０の成膜に起因して生じた反りを矯正することで反り量を小さくすることができる。なお、多層膜３０の膜厚の上限は特に限定されるものではない。また、多層膜の層数は２層以上であればよく、作製する素子の種類に応じて層数が適宜選択できる。
【００９４】
多層膜３０の成膜方法としては特に限定されず、公知の成膜方法が利用でき、多層膜３０を構成する各層毎に異なる成膜方法および／または成膜条件を採用して成膜することもできる。成膜法としてはメッキ法などの液相成膜法も挙げられるが、スパッタリング法やＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）などの気相成膜法を用いることが好ましい。なお、発光素子などの作製を目的として窒化物半導体結晶層などの半導体結晶層を成膜する場合、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、ＨＶＰＥ法（Hydride vapor phase epitaxy）、ＭＢＥ法（Molecular Beam Epitaxy）などの気相成膜法を利用することがより好ましい。なお、単結晶基板２０の多層膜３０が成膜される側の面は、鏡面状態（表面粗さＲａで１ｎｍ以下程度）であることが特に好ましい。多層膜３０が形成される面を鏡面状態とするためには、たとえば、鏡面研磨を実施することができる。
【００９５】
−多層膜成膜時の単結晶基板の反り（曲率）の制御−
本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法では、多層膜３０の成膜後に単結晶基板２０内に第１の熱変性層２２を形成することで、多層膜３０の成膜後に生じる単結晶基板２０の反りを矯正できる。このため、従来と比べて、本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法では、多層膜３０の成膜が終了した後の反りの発生を考慮することなく、多層膜形成工程を実施でき、多層膜３０の成膜プロセスの自由度が大きい。この観点からは、多層膜形成工程において、単結晶基板２０が如何様に反った状態となることも許容されるといえる。しかしながら、多層膜３０を構成する各層の成膜に際して、単結晶基板２０が大きく反った状態にある場合、基板面内における膜厚ばらつきや膜質ばらつきが発生する。そしてこのような基板面内におけるばらつきは、一般的には、単結晶基板２０の反りに比例して大きくなる傾向にある。そして、上記の基板面内におけるばらつきが増大すると、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を後加工して得られる素子の品質ばらつきの増大や、歩留まりの低下を招くことになる。以上に説明した事情を考慮すれば、多層膜形成工程においては、多層膜３０を構成する各層のうち、少なくともいずれか１層の成膜中における単結晶基板２０の多層膜３０が形成される面の曲率が、±３０ｋｍ−１の範囲内であることが好ましく、±２０ｋｍ−１の範囲内であることがより好ましい。
【００９６】
なお、上記に示す曲率範囲は、多層膜３０を構成する全ての層で満たされていることが理想的である。しかし、一般的に多層膜３０を成膜する過程において、単結晶基板２０は複雑な反り挙動を示すため、多層膜３０を構成する全ての層において、上記に示す曲率範囲を満たすことは事実上、困難である。この点を考慮すれば、上記に示す曲率範囲は、多層膜３０を構成する各層のうち、単結晶基板２０の反りが大きくなった場合に素子の品質ばらつきや歩留まりに最も大きく影響する層（最重要層）において満たされるようにすることが特に好ましい。このような最重要層は、素子の種類や、素子の種類に応じた多層膜３０の構成により様々である。なお、最重要層の一例としては、素子が窒化物半導体を用いた発光素子である場合、多層膜３０を構成する各層のうち、少なくとも１層が、発光層として機能することが可能な窒化物半導体結晶層が挙げられる。
【００９７】
多層膜３０を構成する各層のうち、少なくともいずれか１層の成膜中における単結晶基板２０の多層膜３０が形成される面の曲率を上記範囲内に制御する方法としては、特に限定されず、たとえば、１）多層膜３０を構成する各層の成膜方法・成膜条件を変更する方法、２）単結晶基板２０のサイズを変更する方法、３）単結晶基板２０の厚みを変更する方法、４）多層膜３０の成膜前に、単結晶基板２０内に第２の熱変性層２８を形成する方法などが挙げられる。しかしながら、素子の量産を考慮した場合、上記１）〜上記３）に示す方法いずれも、素子の性能や、素子の生産性・歩留まりにも大きく影響するため、大幅な変更は実用上困難な場合が多い。このため、これら１）〜３）に示す方法を採用しても曲率を上記範囲内に制御することが困難となる場合もある。以上に説明した事情を考慮すると、曲率を上記範囲内に制御する方法としては、４）多層膜３０の成膜前に、単結晶基板２０内に第２の熱変性層２８を形成する方法を採用することが最も好ましい。この理由は以下の通りである。すなわち、当該方法は、第２の熱変性層２８の単結晶基板２０内における形成位置・形成領域の大きさを適宜選択することで、多層膜３０の成膜プロセスに合わせて、多層膜３０を成膜する前の単結晶基板２０の反りの程度（曲率）や、剛性を容易に制御できる。このため、当該方法は、素子の性能や、素子の生産性・歩留まりに悪影響を与えることなく、単結晶基板２０の曲率の制御することが容易であるためである。
【００９８】
−多層膜形成工程の具体例−
次に、多層膜３０を成膜する場合の具体例として、単結晶基板２０としてサファイア基板を用い、このサファイア基板の片面に、エピタキシャル成長により窒化物半導体層を複数層積層して多層膜３０を形成する場合を図面を用いて説明する。図６は、多層膜形成工程の一例を示す模式説明図であり、具体的には、サファイア基板上に窒化物半導体層等を積層することで多層膜を形成するプロセスを示した図である。ここで、図６（ａ）は成膜開始前の状態を示す図であり、図６（ｂ）は低温バッファ層を形成した後の状態を示す図であり、図６（ｃ）はｎ−ＧａＮ層を形成した後の状態を示す図であり、図６（ｄ）は多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ系活性層を形成した後の状態を示す図である。なお、図中、多層膜成膜中および多層膜成膜後のサファイア基板の反りの有無や反りの程度、第１の熱変性層、ならびに、必要に応じて設けられる第２の熱変性層については記載を省略してある。
【００９９】
まず、サファイア基板５０（単結晶基板２０）の成膜面５２側を成膜開始前にサーマルクリーニングする（図６（ａ））。次に、成膜面５２上に、低温バッファ層６０（図６（ｂ））、ｎ−ＧａＮ層６２（図６（ｃ））、多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ系活性層６４（図６（ｄ））をこの順に成長させる。これによりサファイア基板５０の片面に３層からなる多層膜７０（多層膜３０）が形成される。なお、この後、所定の後加工を行うことでＬＥＤチップなどの発光素子を得ることができる。なお、多層膜７０を構成する各層は、たとえばＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等を利用して形成できる。
【０１００】
次に、多層膜形成工程における単結晶基板２０の反り挙動について説明する。図７は、多層膜形成工程における単結晶基板の反り挙動の一例を示すグラフであり、具体的には図６に示す多層膜７０を成膜中のサファイア基板の反り挙動を示したグラフである。ここで、図７中、横軸は時間を表し、縦軸は成膜面５２におけるサファイア基板５０の曲率を表す。なお、縦軸の正の方向が成膜面５２側が凸を成すようにサファイア基板５０が反っている状態を意味し、縦軸の負の方向が成膜面５２側が凹を成すようにサファイア基板５０が反っている状態を意味する。
【０１０１】
なお、図７に例示したような多層膜形成工程の実施中におけるサファイア基板５０の反り挙動は、非特許文献２に開示されるＩｎ−ｓｉｔｕ観察方法を利用することで把握することができる。また、図７の縦軸として例示する基板の曲率からは、基板の反り量を計算することができる。図８は円形状基板の曲率から基板の反り量を計算する方法を説明する模式説明図である。図８においては、基板の曲率半径をＲ、曲率１／Ｒを有する基板の反り量Ｘ、基板の直径を近似的にＤとして示した。これらの値の関係性として、三平方の定理を用いることで,（1/R）2＝（（1/R）−Ｘ）2＋（D/2）2と示すことができる。この式から、基板の直径が５０ｍｍの場合は、０．３２２×曲率（ｋｍ−１）、基板の直径が１００ｍｍの場合は、１．２５０×曲率（ｋｍ−１）としてそり量（μｍ）を求めることができる。
【０１０２】
図７に示される反り挙動の変化を示す３つのスペクトルのうち、スペクトルＡは、第２の熱変性層が形成されていないサファイア基板５０を用いて多層膜７０を形成した場合の反り挙動の変化を示したものある。また、スペクトルＢおよびスペクトルＣは、サファイア基板５０に対して予め第２の熱変性層を形成したことを除いては、スペクトルＡの測定と同じ条件で多層膜７０を形成した場合の反り挙動の変化を示したものである。なお、スペクトルＢおよびスペクトルＣの違いは、スペクトルＢの測定に用いたサファイア基板５０単体の曲率（図７中では、相対値で＋５０ｋｍ−１程度）よりも、スペクトルＣの測定に用いたサファイア基板５０単体の曲率（図７中では、相対値で＋１５０ｋｍ−１程度）がより大きくなるように、サファイア基板５０内に第２の熱変性層を形成したことに起因するものである。すなわち、スペクトルＡの測定に用いたサファイア基板５０よりも、スペクトルＢの測定に用いた第２の熱変性層が予め形成されたサファイア基板５０の方が、この第２の熱変性層を設けたことにより剛性が向上していると言える。
【０１０３】
なお、図７に示す例では、スペクトルＢの測定に用いたサファイア基板５０内に設けられた第２の熱変性層と、スペクトルＣの測定に用いたサファイア基板５０内に設けられた第２の熱変性層とは、共に、サファイア基板５０の厚み方向に対して成膜面５２側から同じ深さ位置に設けられ、かつ、サファイア基板５０の平面方向における第２の熱変性層は格子状パターンで設けられている。しかし、格子状パターンを構成するラインのピッチを異なるものとすることで、サファイア基板５０の平面方向における第２の熱変性層の総面積は、スペクトルＢの測定に用いたサファイア基板５０よりも、スペクトルＣの測定に用いたサファイア基板５０の方がより大きくしてある。このため、スペクトルＢの測定に用いたサファイア基板５０よりも、スペクトルＣの測定に用いたサファイア基板５０の方が、曲率が大きくなっている。
【０１０４】
また、図７の横軸に沿って（ａ）〜（ｅ）として示される区間は、多層膜形成工程において順次実施される各プロセスに対応している。ここで、プロセス（ａ）は、サファイア基板５０の成膜面５２をサーマルクリーニングするプロセスに対応し、プロセス（ｂ）は、低温バッファ層６０を形成するプロセスに対応し、プロセス（ｃ）は、ｎ−ＧａＮ層６２を形成するプロセスに対応し、プロセス（ｄ）は、ＩｎＧａＮ系活性層６４を形成するプロセスに対応し、プロセス（ｅ）はクールダウンするプロセスに対応している。
【０１０５】
次に、図７に示されるスペクトルＡの反り挙動の変化を説明する。まず、（ａ）成膜面５２のサーマルクリーニングプロセスでは、サファイア基板５０の成膜面５２と非成膜面５４との温度差により、成膜面５２が凹面を成そうとする方向（図７中の縦軸におけるマイナス側）に反り、曲率が大きく変化する。次に、（ｂ）低温バッファ層６０を形成するプロセスでは、サファイア基板５０の温度が、（ａ）成膜面５２のサーマルクリーニングプロセスを実施中の温度よりも降下し、通常は、５００〜６００℃程度の温度に維持される。このため、成膜面５２が凸面を成そうとする方向（図７中の縦軸におけるプラス側）に反り、曲率の絶対値は小さくなる。
【０１０６】
次に、（ｃ）ｎ−ＧａＮ層６２を形成するプロセスでは、サファイア基板５０の温度を再び１０００℃程度まで上昇させて、ｎ−ＧａＮ層６２を形成する。このプロセスでは、窒化ガリウムとサファイアの格子定数差に起因して、成膜面５２が凹面を成そうとする方向に反り、曲率の絶対値は増大する。さらに成膜が進行し、膜厚が大きくなるほど曲率の絶対値が増大する。このため、膜厚および膜品質の基板面内における均一性は著しく悪化する。なお、膜の基板面内における均一性を、成膜条件のみによって大幅に改善することは、成膜する膜の組成・膜厚に変更が無い限り、技術的には極めて困難である。また、スペクトルＡのプロセス（ｃ）に例示されるように、基板の反りが増大した場合、窒化物半導体結晶層の内部に応力が発生する。そして、この応力を緩和するために窒化物半導体結晶層内で転位が発生し膜品質が悪化することが問題とされている。
【０１０７】
次に、（ｄ）ＩｎＧａＮ系活性層６４を形成するプロセスでは、サファイア基板５０の温度を７００〜８００℃程度に下降させて、ＩｎＧａＮ系活性層６４を形成する。ここで、図６（ｄ）に示す多層膜７０付きのサファイア基板５０を用いて、所定の後加工を行うことにより、ＬＥＤチップなどの発光素子を製造する場合、ＩｎＧａＮ系活性層６４の膜厚およびＩｎＧａＮ系活性層６４中のＩｎ組成の均一性が、発光波長の面内均一性に影響し、ひいては、発光素子の製造歩留まりにも影響する。ＩｎＧａＮ系活性層６４の膜厚およびＩｎＧａＮ系活性層６４中のＩｎ組成の均一性は成膜温度に影響を受ける。このため、（ｄ）ＩｎＧａＮ系活性層６４を形成するプロセスでは、基板面内の温度均一性を向上させるために、成膜中のサファイア基板５０の曲率はできるだけ０に近づけることが望ましい。なお、スペクトルＡとして示す例では、プロセス（ｄ）における曲率はほぼ０近傍に維持されている。
【０１０８】
次に、多層膜７０が形成されたサファイア基板５０を、（ｅ）クールダウンするプロセスでは、多層膜７０とサファイア基板５０との熱膨張係数差により、サファイア基板５０が成膜面５２側に凸を成す方向に反り、曲率の絶対値も増大する。また、常温近傍に冷却される過程で多層膜７０中には圧縮応力が生じるため、これを解放するために、クールダウン終了後もサファイア基板５０が成膜面５２側に凸を成すように反った状態が維持される。しかしながら、このような反りは、多層膜成膜後熱変性層形成工程を実施することで矯正することができ、さらに、第１の熱変性層２２の配置パターンを最適化することで、曲率を０近傍とすることもできる。この場合、ＬＥＤチップ等の発光素子を得るために、パターニング処理やバックラップ処理などの各種の後工程を実施しても、反りに起因する発光素子の品質ばらつきや歩留まり低下を確実に抑制することができる。
【０１０９】
（素子製造方法）
以上に説明した製造プロセスを経て作製された本実施形態の多層膜付き単結晶基板に対して、さらに各種の後工程を実施することにより素子を作製することができる。この場合、後工程において、多層膜３０に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか１つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することができる。ここで、多層膜３０の層構成は、最終的に作製する素子の種類に応じて適宜選択される。また、素子の製造に際して、後工程として、素子部分形成工程以外に、研磨工程、分割予定ライン形成工程および分割工程をこの順に実施してもよい。
【０１１０】
この場合、本実施形態の多層膜付き単結晶基板を用いた素子製造方法は、具体的には以下の（１）〜（４）に示す工程を少なくとも順次実施することで、素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を作製することができる。
（１）本実施形態の多層膜付き単結晶基板の多層膜をパターニングして個々の素子部分を形成する素子部分形成工程
（２）素子部分が片面に形成された素子部分付き単結晶基板の素子部分が形成されていない面を、少なくとも、多層膜成膜後熱変性層形成工程において形成された第１の熱変性層が除去されるまで研磨する研磨工程
（３）研磨工程において研磨された面側から、個々の素子部分の境界ラインに沿って、レーザを照射することで分割予定ラインを形成する分割予定ライン形成工程
（４）分割予定ライン形成工程において形成された分割予定ラインに沿って外力を加えることで、素子部分付きの単結晶基板を素子部分単位で分割する分割工程
ここで、（３）分割予定ライン形成工程、および、（４）分割工程を実施する場合、特許文献３に記載の技術を利用することができる。
【０１１１】
なお、第１の熱変性層を格子状パターンに形成した場合、研磨工程において第１の熱変性層が完全に除去されない程度に研磨した上で、単結晶基板内に残留している第１の熱変性層を分割予定ラインとして利用することで分割工程を実施することも原理的には可能である。しかしながら、多層膜が個々の素子部分に個別化された後でないと、素子部分の存在位置を確認した上でレーザ照射のための位置合わせを行うことができない。このため、個々の素子部分を作製する前に、分割予定ラインの機能も兼ねる熱変性層を形成する上記の方法では、個々の素子部分に対応させて正確に分割予定ラインを形成することが困難である。すなわち、上記の方法では、分割予定ラインは隣接する２つの素子部分間の境界線からずれてしまう可能性が大きくなるため、実用性に欠けやすい。このため、レーザ照射により形成された熱変性層を利用して分割工程を実施する場合、上記（１）〜（４）に示す工程をこの順に実施することが特に好ましいといえる。
【０１１２】
また、分割予定ライン形成工程を実施する場合、レーザの照射条件としては、既述した照射条件Ｂを選択することが特に望ましい。レーザ波長が紫外域の照射条件Ａでは、レーザ波長に起因するレーザのエネルギーが大きいために、形成される分割予定ラインの幅が太く、その太さもラインの長さ方向に対してばらつきやすくなる。このため、分割工程において、直線的かつ正確な分割が困難となる場合があるためである。
【０１１３】
図９は、本実施形態の素子製造方法の一例を示す模式説明図であり、具体的には図１の下段に示すレーザ処理後膜付き基板１２を用いて、（１）素子部分形成工程（図９（ａ））、（２）研磨工程（図９（ｂ））、（３）分割予定ライン形成工程（図９（ｃ））、および（４）分割工程（図９（ｄ））をこの順に実施した場合の一例を示したものである。なお、図中、図１に示すものと同様の機能・構成を有するものには同じ符号が付してあり、また、単結晶基板２０の反りの有無やその程度については記載を省略してある。
【０１１４】
まず、図１の下段に示すレーザ処理後膜付き基板１２の多層膜３０に対してパターニング処理を行うことで、多層膜３０を個別化して複数の素子部分３２を形成する。ここで、パターニング処理は、たとえば以下のように実施できる。まず、多層膜３０上にレジスト膜を形成後、フォトマスクを用いてこのレジスト膜を露光後に現像することでパターニングしてレジスト膜を部分的に除去する。その後、レジスト膜が除去された部分の多層膜３０をエッチングにより除去することで素子部分３２を形成する（図９（ａ））。次に、素子部分３２が形成された面と平坦な研磨盤８０とを貼り合わせることで、研磨盤８０上に素子部分３２が形成された単結晶基板２０を固定し、非成膜面２４側を研磨する。この研磨は、少なくとも第１の熱変性層２２が完全に除去されるまで実施する（図９（ｂ））。その後、研磨後の非成膜面２４Ａ側からレーザ照射することにより、分割予定ライン９０を形成する。この分割予定ライン９０は、研磨後の単結晶基板２０Ａの平面方向に対して、隣接する２つの素子部分３２間に形成される（図９（ｃ））。最後に、この分割予定ライン９０に沿って外力を加えることで、個々の素子部分３２毎に単結晶基板２０を分割し、複数の素子１００を得る（図９（ｄ））。
【実施例】
【０１１５】
以下に、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。以下に、サファイア基板に多層膜を形成した後、レーザ照射により第１の熱変性層を形成した場合（１回レーザ照射の実施例）と、レーザ照射により第２の熱変性層を形成したサファイア基板に多層膜を形成した後、レーザ照射により第１の熱変性層を形成した場合（２回レーザ照射の実施例）と、サファイア基板に多層膜を形成した後、レーザ照射により第１の熱変性層を形成した場合（１回レーザ照射の実施例（非成膜面にコーティング層を設けた場合））と、に大別して実施例を説明する。
【０１１６】
＜＜１回レーザ照射の実施例＞＞
（評価用サンプルの作製）
評価用サンプルとして図６（ｄ）に示すものと同様のサファイア基板５０の片面に３層構成の多層膜７０が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板５０の成膜面５２に多層膜７０を形成した後、非成膜面５４側からのレーザ照射により格子状パターンで第１の熱変性層２２を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向、ならびに、レーザ照射時のライン間のピッチに対するレーザ照射前後での反り量の変化量の関係について評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
【０１１７】
−サファイア基板−
サファイア基板５０としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板（直径：４インチ（１００ｍｍ）、厚み：６５０μｍ）を用いた。なお、このサファイア基板は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜７０はこの鏡面研磨された面を成膜面５２として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板５０の反り量は、±３０μｍの範囲内である。
【０１１８】
−多層膜の層構成および成膜条件−
サファイア基板５０の成膜面５２には、３層構成の多層膜７０を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す（１）〜（５）の順にプロセスを実施した。
（１）サーマルクリーニング
サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に配置した後、成膜面５２のサーマルクリーニングを、基板温度１１００℃にて約１２０秒間実施した。
（２）低温バッファ層６０の形成
成膜時の基板温度を５３０℃とし、成膜レート０．１６ｎｍ／ｓにて膜厚が３０ｎｍとなるまで低温バッファ層６０を形成した。
（３）ｎ−ＧａＮ層６２の形成
成膜時の基板温度を１０５０℃とし、成膜レート２０００ｎｍ／ｓにて膜厚が３５００ｎｍとなるまでｎ−ＧａＮ層６２を形成した。
（４）ＩｎＧａＮ系活性層６４の形成
成膜時の基板温度を７５０℃とし、成膜レート１０ｎｍ／ｓにて、膜厚が４０８ｎｍとなるまでＩｎＧａＮ系活性層６４を形成した。
（５）クールダウン
片面に低温バッファ層６０、ｎ−ＧａＮ層６２およびＩｎＧａＮ系活性層６４をこの順に形成したサファイア基板５０を常温近傍まで冷却した。
【０１１９】
−第１の熱変性層形成条件−
まず、多層膜７０が形成された単結晶基板５０の非成膜面５４を鏡面研磨した。次に、平坦な試料ステージ上に、多層膜７０が形成された面を下面側として、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した。この状態で、サファイア基板５０の多層膜７０が形成されていない非成膜面５４側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで第１の熱変性層２２を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板の平面方向に対して格子状パターンとなるように第１の熱変性層２２を形成した。ここで、格子状パターンのライン間ピッチを変化させたサンプルも作製した。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１２０】
（評価結果）
−反り量および反りの方向の評価−
表２に、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向について評価した結果を、上記に示した以外のレーザ照射条件と共に示す。表２に示されるように多層膜７０の成膜により反り量が７０μｍ前後まで増大したが、レーザ照射によりサファイア基板５０内に第１の熱変性層２２を形成することにより、多層膜７０の成膜に起因する反りが矯正され、反り量は５μｍ前後まで減少することが判った。
【０１２１】
【表２】
【０１２２】
−レーザ照射前後での反り量の変化量−
また、図１０に、表２に示す実施例Ａ１〜実施例Ａ５の実験条件において、ライン間のピッチのみを変えた場合の多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量の変化量（μｍ、レーザ照射前の反り量−レーザ照射後の反り量）を示す。図１０から明らかなように、ライン間のピッチを小さくすることにより、すなわち、サファイア基板５０の平面方向における第１の熱変性層２２の形成領域をより大きくすることにより、レーザ照射前後での反り量の変化量は増大することが判った。このことから、多層膜成膜後のサファイア基板５０の反り量が如何様な値であっても、サファイア基板５０の平面方向における第１の熱変性層２２の形成領域を適宜選択するなどにより、多層膜７０の成膜に起因して生じる反り量を所望量だけ相殺できることが判った。よって、図１０に示す結果からは、たとえば、多層膜成膜後の反り量が１００μｍ前後である場合において、この多層膜７０の成膜に起因して生じた反りをレーザ照射によりサファイア基板５０をほぼ平坦な状態となるまで矯正したい場合には、ライン間のピッチを１５０μｍに設定してレーザ照射すればよいと言える。
【０１２３】
（評価方法）
表２および図１０に示す反り量については、リニアゲージで測定した。また、表２に示す成膜面側から見た反りの方向はレーザ干渉計により測定した。
【０１２４】
＜＜２回レーザ照射の実施例＞＞
（評価用サンプルの作製）
評価用サンプルとして図６（ｄ）に示すものと同様のサファイア基板５０の片面に３層構成の多層膜７０が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板５０の成膜面５２側からのレーザ照射により格子状パターンで第２の熱変性層２８を形成し、次に、成膜面５２に多層膜７０を形成し、その後、非成膜面５４側からのレーザ照射により格子状パターンで第１の熱変性層２２を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、多層膜成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向と、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向と、多層膜成膜後におけるレーザ照射時のライン間のピッチに対するレーザ照射前後での反り量変化の関係と、多層膜成膜中におけるサファイア基板の曲率の最大値と最小値との差とについて評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
【０１２５】
−サファイア基板−
サファイア基板５０としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板（直径：２インチ（５０．８ｍｍ）、厚み：４３０μｍ）を用いた。なお、このサファイア基板５０は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜７０はこの鏡面研磨された面を成膜面５２として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板５０の反り量は、±１０μｍの範囲内である。
【０１２６】
−第２の熱変性層形成条件−
第２の熱変性層２８の形成は、平坦な試料ステージ上に、成膜面５２が上面となるようにサファイア基板５０を配置し、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した状態で、成膜面５２側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで実施した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板５０の平面方向に対して格子状パターンとなるように第２の熱変性層２８を形成した。ここで、ライン間ピッチも適宜変化させた。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１２７】
−多層膜の層構成および成膜条件−
第２の熱変性層２８の形成が形成されたサファイア基板５０の成膜面５２には、３層構成の多層膜７０を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す（１）〜（５）の順にプロセスを実施した。
（１）サーマルクリーニング
サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に配置した後、成膜面５２のサーマルクリーニングを、基板温度１１００℃にて約１２０秒間実施した。
（２）低温バッファ層６０の形成
成膜時の基板温度を５３０℃とし、成膜レート０．１６ｎｍ／ｓにて膜厚が３０ｎｍとなるまで低温バッファ層６０を形成した。
（３）ｎ−ＧａＮ層６２の形成
成膜時の基板温度を１０５０℃とし、成膜レート２０００ｎｍ／ｓにて膜厚が３５００ｎｍとなるまでｎ−ＧａＮ層６２を形成した。
（４）ＩｎＧａＮ系活性層６４の形成
成膜時の基板温度を７５０℃とし、成膜レート１０ｎｍ／ｓにて、膜厚が４０８ｎｍとなるまでＩｎＧａＮ系活性層６４を形成した。
（５）クールダウン
片面に低温バッファ層６０、ｎ−ＧａＮ層６２およびＩｎＧａＮ系活性層６４をこの順に形成したサファイア基板５０を常温近傍まで冷却した。
【０１２８】
−第１の熱変性層形成条件−
まず、多層膜７０が形成された単結晶基板５０の非成膜面５４を鏡面研磨した。次に、坦な試料ステージ上に、多層膜７０が形成された面を下面側として、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した。この状態で、サファイア基板５０の多層膜７０が形成されていない非成膜面５４側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うこと第１の熱変性層２２を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板５０の平面方向に対して格子状パターンとなるように第１の熱変性層２２を形成した。ここで、格子状パターンのライン間ピッチを変化させたサンプルも作製した。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１２９】
（評価結果）
−反り量および反りの方向の評価−
表３に、多層膜成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面５２側から見た反りの方向と、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向と、について評価した結果を示す。表３に示すようにいずれの実施例においても、多層膜成膜前における１回目のレーザ照射により反り量が増大し、この反り量を基準として多層膜成膜後にはさらに反り量が増大した。しかし、多層膜成膜後における２回目のレーザ照射後の反り量は、多層膜成膜前における１回目のレーザ照射前の反り量よりは大きいものの多層膜成膜前における１回目のレーザ照射後の反り量よりも小さくなった。この結果からは、多層膜成膜後における２回目のレーザ照射によって、多層膜の成膜に起因して生じた反りを完全に相殺した上で、さらに、多層膜成膜前における１回目のレーザ照射に起因して生じた反りもある程度相殺できたことが判った。
【０１３０】
【表３】
【０１３１】
−多層膜成膜中における曲率の最大値と最小値との差−
表４に、表３に示した実施例Ｂ１〜Ｂ４および比較例Ｂ１の多層膜成膜中におけるサファイア基板の曲率の最大値と最小値との差の測定結果を示す。表４に示すように、比較例Ｂ１に対していずれの実施例も多層膜成膜中における反り挙動が抑制されていることが判った。さらに、実施例Ｂ１〜Ｂ４に示すように１回目のレーザ照射時のライン間のピッチを小さくするに伴い、多層膜成膜中における反り挙動がより一層抑制されることが判った。
【０１３２】
【表４】
【０１３３】
（評価方法）
表３に示す反り量については、リニアゲージで測定した。また、表３に示す成膜面５２側から見た反りの方向はレーザ干渉計により測定した。また、表４に示す多層膜成膜中の曲率の最大値および最小値は、（１）サーマルクリーニング開始直後〜（５）クールダウン終了までの期間において、非特許文献２に開示されるＩｎ−ｓｉｔｕ観察方法を利用して測定した。
【０１３４】
＜＜１回レーザ照射の実施例（非成膜面にコーティング層を設けた場合）＞＞
（評価用サンプルの作製）
評価用サンプルとして図６（ｄ）に示すものと同様のサファイア基板５０の片面に３層構成の多層膜７０が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板５０の成膜面５２に多層膜７０を形成した後、非成膜面５４側からのレーザ照射により格子状パターンで第１の熱変性層２２を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向、ならびに、レーザ照射時のライン間のピッチに対するレーザ照射前後での反り量の変化量の関係について評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
【０１３５】
−サファイア基板−
サファイア基板５０としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板（直径：２インチ（５０ｍｍ）、厚み：３４０μｍ）を用いた。なお、このサファイア基板は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜７０はこの鏡面研磨された面を成膜面５２として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板５０の反り量は、±１０μｍの範囲内である。
【０１３６】
−多層膜の層構成および成膜条件−
サファイア基板５０の成膜面５２には、３層構成の多層膜７０を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す（１）〜（５）の順にプロセスを実施した。
（１）サーマルクリーニング
サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に配置した後、成膜面５２のサーマルクリーニングを、基板温度１１００℃にて約１２０秒間実施した。
（２）低温バッファ層６０の形成
成膜時の基板温度を５３０℃とし、成膜レート０．１６ｎｍ／ｓにて膜厚が３０ｎｍとなるまで低温バッファ層６０を形成した。
（３）ｎ−ＧａＮ層６２の形成
成膜時の基板温度を１０５０℃とし、成膜レート２０００ｎｍ／ｓにて膜厚が３５００ｎｍとなるまでｎ−ＧａＮ層６２を形成した。
（４）ＩｎＧａＮ系活性層６４の形成
成膜時の基板温度を７５０℃とし、成膜レート１０ｎｍ／ｓにて、膜厚が４０８ｎｍとなるまでＩｎＧａＮ系活性層６４を形成した。
（５）クールダウン
片面に低温バッファ層６０、ｎ−ＧａＮ層６２およびＩｎＧａＮ系活性層６４をこの順に形成したサファイア基板５０を常温近傍まで冷却した。
【０１３７】
−コーティング層の成膜−
多層膜７０が形成された単結晶基板５０の非成膜面５４（表面粗さＲａ＝６００ｎｍ）に、ポリビニルアルコール樹脂を有機溶媒に溶解させた樹脂溶液を用いて、スピンコーターを用いて２０００ｒｐｍ、６０秒の条件でスピンコートを行い、厚みが１．３μｍのコーティング層を形成した。このコーティング層の表面粗さＲａは２００ｎｍであり、コーティング層の形成により表面の平滑性が向上したことが判った。
【０１３８】
−第１の熱変性層形成条件−
次に、平坦な試料ステージ上に、多層膜７０が形成された面を下面側として、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した。この状態で、サファイア基板５０の多層膜７０が形成されていない非成膜面５４側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで第１の熱変性層２２を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板の平面方向に対して格子状パターンとなるように第１の熱変性層２２を形成した。ここで、格子状パターンのライン間ピッチを変化させたサンプルも作製した。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１３９】
（評価結果）
−反り量および反りの方向の評価−
表５に、多層膜およびコーティング膜の成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向について評価した結果を、上記に示した以外のレーザ照射条件と共に示す。表５に示されるように多層膜７０の成膜により反り量が７４μｍ〜８０μｍ前後まで増大したが、レーザ照射によりサファイア基板５０内に第１の熱変性層２２を形成することにより、多層膜７０の成膜に起因する反りが矯正され、反り量が減少することが判った。なお、表５中に示す「反り量」は、コーティング膜の成膜前、および、レーザ照射を終えて、コーティング層をサファイア基板から剥離した後に測定した値を意味する。
【０１４０】
【表５】
【０１４１】
−レーザ照射前後での反り量の変化量−
なお、表５に示す結果から、ライン間のピッチのみを変えた場合、図１０に示した場合と同様に、レーザ照射前後での反り量の変化量を所望の値に制御できることが判った。
【０１４２】
（評価方法）
表５に示す反り量については、リニアゲージで測定した。また、表５に示す成膜面側から見た反りの方向はレーザ干渉計により測定した。
【０１４３】
＜＜１回レーザ照射、単結晶基板厚み方向における曲率変化量の実施例＞＞
（評価用サンプルの作製）
評価用サンプルとして図６（ｄ）に示すものと同様のサファイア基板５０の片面に３層構成の多層膜７０が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板５０の成膜面５２に多層膜７０を形成した後、非成膜面５４側からのレーザ照射により格子状パターンで第１の熱変性層２２を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、熱変性層２２形成位置であるサファイア基板５０の厚み方向に対する、前記サファイア基板５０の曲率変化量の関係について評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
【０１４４】
−サファイア基板−
サファイア基板５０としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板（直径：４インチ（１００ｍｍ）、厚み：６５０μｍ）を用いた。なお、このサファイア基板は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜７０はこの鏡面研磨された面を成膜面５２として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板５０の反り量は、±３０μｍの範囲内である。
【０１４５】
−多層膜の層構成および成膜条件−
サファイア基板５０の成膜面５２には、３層構成の多層膜７０を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す（１）〜（５）の順にプロセスを実施した。
（１）サーマルクリーニング
サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に配置した後、成膜面５２のサーマルクリーニングを、基板温度１１００℃にて約１２０秒間実施した。
（２）低温バッファ層６０の形成
成膜時の基板温度を５３０℃とし、成膜レート０．１６ｎｍ／ｓにて膜厚が３０ｎｍとなるまで低温バッファ層６０を形成した。
（３）ｎ−ＧａＮ層６２の形成
成膜時の基板温度を１０５０℃とし、成膜レート２０００ｎｍ／ｓにて膜厚が３５００ｎｍとなるまでｎ−ＧａＮ層６２を形成した。
（４）ＩｎＧａＮ系活性層６４の形成
成膜時の基板温度を７５０℃とし、成膜レート１０ｎｍ／ｓにて、膜厚が４０８ｎｍとなるまでＩｎＧａＮ系活性層６４を形成した。
（５）クールダウン
片面に低温バッファ層６０、ｎ−ＧａＮ層６２およびＩｎＧａＮ系活性層６４をこの順に形成したサファイア基板５０を常温近傍まで冷却した。
【０１４６】
−第１の熱変性層形成条件−
まず、多層膜７０が形成された単結晶基板５０の非成膜面５４を鏡面研磨した。次に、平坦な試料ステージ上に、多層膜７０が形成された面を下面側として、真空吸着によりサファイア基板５０を固定した。この状態で、サファイア基板５０の多層膜７０が形成されていない非成膜面５４側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで第１の熱変性層２２を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板５０のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板５０を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板の平面方向に対して格子状パターンとなるように第１の熱変性層２２を形成した。ここで、格子状パターンのライン間ピッチは５００μｍとした。
・レーザ波長：１０４５ｎｍ
・パルス幅：５００ｆｓ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・スポットサイズ：１．６〜３．５μｍ
・レーザパワー：０．３Ｗ
・試料ステージ走査速度：４００ｍｍ／ｓ
【０１４７】
（評価結果）
−サファイア基板の厚み方向に対する、前記サファイア基板の曲率変化量の評価−
図１１に、サファイア基板５０の厚み方向に対する、前記サファイア基板５０の曲率変化量について評価した結果を示す。図１１に示されるように第１の熱変性層２２の形成位置が８０％を超えたあたりから、急激にサファイア基板５０の曲率変化量が増大していることが判った。
【０１４８】
（評価方法）
図１１に示す曲率変化量については、リニアゲージで測定した。
【符号の説明】
【０１４９】
１０ レーザ処理前膜付き基板
１０Ａ ２回目のレーザ処理前膜付き基板
１２ レーザ処理後膜付き基板（多層膜付き単結晶基板）
１２Ａ ２回目のレーザ処理後膜付き基板（多層膜付き単結晶基板）
２０ 単結晶基板
２０Ａ 研磨後の単結晶基板
２０Ｄ 非成膜面側領域
２０Ｕ 成膜面側領域
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 熱変性層（第１の熱変性層）
２４ 非成膜面
２４Ａ 研磨後の非成膜面
２６ 成膜面
２８、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ 第２の熱変性層
３０ 多層膜
３２ 素子部分
４０ レーザ照射装置
５０ サファイア基板（単結晶基板）
５２ 成膜面
５４ 非成膜面
６０ 低温バッファ層
６２ ｎ−ＧａＮ層
６４ ＩｎＧａＮ系活性層
７０ 多層膜
８０ 研磨盤
９０ 分割予定ライン
１００ 素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板と、
該単結晶基板の片面に形成された２つ以上の層を有する多層膜と、を含み、
上記単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも上記単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層が設けられていることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項２】
請求項１に記載の多層膜付き単結晶基板において
前記熱変性層が、前記単結晶基板に対するレーザ照射により形成されたことを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記熱変性層が、前記多層膜と平行に設けられていることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の厚み方向の相対位置を、前記多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、前記多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
前記熱変性層が、前記単結晶基板の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に設けられていることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記熱変性層が、前記単結晶基板の平面方向に対して、
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
ｉｉｉ）同心円状、
ｉｖ）前記単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
ｖ）前記単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
ｖｉ）ストライプ形状、ならびに、
ｖｉｉ）らせん形状
から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状で設けられていることを特徴とすることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項６】
請求項５に記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項７】
請求項６に記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の厚み方向の相対位置を、前記多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、前記多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
第２の熱変性層が、前記単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に設けられていることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の材質が、サファイアであることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の厚みが０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記多層膜を構成する少なくともいずれか１層が、窒化物半導体結晶層であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択される素子が作製できることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１４】
片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、 上記単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも上記単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記レーザの照射が、下記Ａ〜Ｂに示す少なくともいずれか１つに記載の照射条件を満たすように実施されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
＜照射条件Ａ＞
・レーザ波長：２００ｎｍ〜３５０ｎｍ
・パルス幅：ナノ秒オーダー
＜照射条件Ｂ＞
・レーザ波長：３５０ｎｍ〜２０００ｎｍ
・パルス幅：フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記熱変性層が、前記多層膜と平行となるように形成されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の厚み方向の相対位置を、前記多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、前記多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
前記熱変性層が、前記単結晶基板の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に位置するように形成されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記熱変性層が、前記単結晶基板の平面方向に対して、
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
ｉｉｉ）同心円状、
ｉｖ）前記単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
ｖ）前記単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
ｖｉ）ストライプ形状、ならびに、
ｖｉｉ）らせん形状
から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状を描くように形成されることを特徴とすることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２１】
請求項１４〜２０のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
（１）単結晶基板の片面側からレーザを照射することにより、
単結晶基板の厚み方向の相対位置を、上記レーザが照射される側の面を０％と仮定し、上記レーザが照射される側の面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
熱変性層が、上記単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成する多層膜成膜前熱変性層形成工程と、
（２）上記熱変性層が形成された単結晶基板の上記レーザが照射された側の面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜を形成する多層膜形成工程と、
（３）前記多層膜成膜後熱変性層形成工程と、
を、この順に少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２２】
請求項１４〜２１のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の材質が、サファイアであることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２３】
請求項１４〜２２のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２４】
請求項１４〜２３のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の厚みが０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２５】
請求項１４〜２４のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記多層膜を構成する少なくともいずれか１層が、窒化物半導体結晶層であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２６】
請求項１４〜２５のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記レーザの照射が、前記単結晶基板の前記多層膜が形成された面と反対側の面に、透明樹脂材料からなるコーティング層を形成した後に、実施されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２７】
片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、 上記単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも上記単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造し、
さらに、当該多層膜付き単結晶基板の上記多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか１つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、上記素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することを特徴とする素子製造方法。
【請求項１】
単結晶基板と、
該単結晶基板の片面に形成された２つ以上の層を有する多層膜と、を含み、
上記単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも上記単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層が設けられていることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項２】
請求項１に記載の多層膜付き単結晶基板において
前記熱変性層が、前記単結晶基板に対するレーザ照射により形成されたことを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記熱変性層が、前記多層膜と平行に設けられていることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の厚み方向の相対位置を、前記多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、前記多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
前記熱変性層が、前記単結晶基板の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に設けられていることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記熱変性層が、前記単結晶基板の平面方向に対して、
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
ｉｉｉ）同心円状、
ｉｖ）前記単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
ｖ）前記単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
ｖｉ）ストライプ形状、ならびに、
ｖｉｉ）らせん形状
から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状で設けられていることを特徴とすることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項６】
請求項５に記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項７】
請求項６に記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の厚み方向の相対位置を、前記多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、前記多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
第２の熱変性層が、前記単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に設けられていることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の材質が、サファイアであることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記単結晶基板の厚みが０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記多層膜を構成する少なくともいずれか１層が、窒化物半導体結晶層であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板において、
前記多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択される素子が作製できることを特徴とする多層膜付き単結晶基板。
【請求項１４】
片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、 上記単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも上記単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記レーザの照射が、下記Ａ〜Ｂに示す少なくともいずれか１つに記載の照射条件を満たすように実施されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
＜照射条件Ａ＞
・レーザ波長：２００ｎｍ〜３５０ｎｍ
・パルス幅：ナノ秒オーダー
＜照射条件Ｂ＞
・レーザ波長：３５０ｎｍ〜２０００ｎｍ
・パルス幅：フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記熱変性層が、前記多層膜と平行となるように形成されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の厚み方向の相対位置を、前記多層膜が設けられた側の面を０％と仮定し、前記多層膜が設けられた面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
前記熱変性層が、前記単結晶基板の厚み方向の５０％を超え９５％以下の範囲内に位置するように形成されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記熱変性層が、前記単結晶基板の平面方向に対して、
ｉ）複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ｉｉ）複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
ｉｉｉ）同心円状、
ｉｖ）前記単結晶基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
ｖ）前記単結晶基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
ｖｉ）ストライプ形状、ならびに、
ｖｉｉ）らせん形状
から選択される少なくともいずれか１つのパターン形状を描くように形成されることを特徴とすることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、２０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２１】
請求項１４〜２０のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
（１）単結晶基板の片面側からレーザを照射することにより、
単結晶基板の厚み方向の相対位置を、上記レーザが照射される側の面を０％と仮定し、上記レーザが照射される側の面と反対側の面を１００％とし仮定した際に、
熱変性層が、上記単結晶基板の厚み方向の０％以上５０％未満の範囲内に位置するように形成する多層膜成膜前熱変性層形成工程と、
（２）上記熱変性層が形成された単結晶基板の上記レーザが照射された側の面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜を形成する多層膜形成工程と、
（３）前記多層膜成膜後熱変性層形成工程と、
を、この順に少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２２】
請求項１４〜２１のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の材質が、サファイアであることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２３】
請求項１４〜２２のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２４】
請求項１４〜２３のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の厚みが０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２５】
請求項１４〜２４のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記多層膜を構成する少なくともいずれか１層が、窒化物半導体結晶層であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２６】
請求項１４〜２５のいずれか１つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記レーザの照射が、前記単結晶基板の前記多層膜が形成された面と反対側の面に、透明樹脂材料からなるコーティング層を形成した後に、実施されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
【請求項２７】
片面に、２つ以上の層を有し、かつ、圧縮応力を有する多層膜が形成された単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側から、レーザを照射することにより、 上記単結晶基板をその厚み方向において２等分して得られる２つの領域のうち、少なくとも上記単結晶基板の上記多層膜が形成された面側と反対側の面側の領域内に、熱変性層を形成する多層膜成膜後熱変性層形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造し、
さらに、当該多層膜付き単結晶基板の上記多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか１つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、上記素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することを特徴とする素子製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０１７５９（Ｐ２０１１−２０１７５９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０７１８６（Ｐ２０１０−２０７１８６）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（０００２４０４７７）並木精密宝石株式会社 (210)
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（０００２４０４７７）並木精密宝石株式会社 (210)
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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