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技術 ウエーハの生成方法

出願人 株式会社ディスコ
発明者 平田和也高橋邦充西野曜子
出願日 2014年12月4日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2014-246228
公開日 2016年6月20日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 2016-111149
状態 特許登録済
技術分野 洗浄、機械加工 石材または石材類似材料の加工 レーザ加工
主要キーワード インデックス量 補助ローラー ブリュースター窓 切断予定面 ウエーハ状 オフ角α 押さえ機構 パルス幅調整
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年6月20日)のものです。
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図面 (12)

課題

インゴットから効率よくウエーハを生成することのできるウエーハの生成方法を提供することである。

解決手段

六方晶単結晶インゴット11からウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、透過性を有する波長レーザービーム集光点をインゴットの表面11aから、生成するウエーハの厚みに相当する深さに位置づけると共に、相対的に移動して表面に平行な改質層23及び改質層から伸長するクラックを形成して分離起点を形成するステップと、分離起点からウエーハ厚みに相当する板状物をインゴットから剥離してウエーハを生成するステップとを含む。分離起点形成ステップにて所定量インデックスする際、オフ角をαとし、インデックスすべき所定量をLとすると、改質層が形成されたc面に対して隣接して形成される改質層のc面21は、Lsinαの距離ずれた面となっており、距離のずれt1が許容値以内になるようにインデックス量が設定される。

概要

背景

IC、LSI等の各種デバイスは、シリコン等を素材としたウエーハの表面に機能層を積層し、この機能層に複数の分割予定ラインによって区画された領域に形成される。そして、切削装置レーザー加工装置等の加工装置によってウエーハの分割予定ラインに加工が施され、ウエーハが個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

また、パワーデバイス又はLED、LD等の光デバイスは、SiC、GaN等の六方晶単結晶を素材としたウエーハの表面に機能層が積層され、積層された機能層に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画されて形成される。

デバイスが形成されるウエーハは、一般的にインゴットワイヤーソースライスして生成され、スライスされたウエーハの表裏面を研磨して鏡面に仕上げられる(例えば、特開2000−94221号公報参照)。

このワイヤーソーでは、直径約100〜300μmのピアノ線等の一本のワイヤーを通常二〜四本の間隔補助ローラー上に設けられた多数の溝に巻き付けて、一定ピッチで互いに平行に配置してワイヤーを一定方向又は双方向に走行させて、インゴットを複数のウエーハにスライスする。

しかし、インゴットをワイヤーソーで切断し、表裏面を研磨してウエーハを生成すると、インゴットの70〜80%が捨てられることになり、不経済であるという問題がある。特に、SiC、GaN等の六方晶単結晶インゴットはモース硬度が高く、ワイヤーソーでの切断が困難であり相当な時間がかかり生産性が悪く、効率よくウエーハを生成することに課題を有している。

これらの問題を解決するために、SiCに対して透過性を有する波長レーザービーム集光点を六方晶単結晶インゴットの内部に位置づけ照射し、切断予定面改質層及びクラックを形成し、外力を付与してウエーハを改質層及びクラックが形成された切断予定面に沿って割断して、インゴットからウエーハを分離する技術が特開2013−49461号公報に記載されている。

この公開公報に記載された技術では、パルスレーザービームの第一の照射点と該第一の照射点に最も近い第二の照射点とが所定位置となるように、パルスレーザービームの集光点を切断予定面に沿って螺旋状に照射するか、又は直線状に照射して、非常に高密度な改質層及びクラックをインゴットの切断予定面に形成している。

概要

インゴットから効率よくウエーハを生成することのできるウエーハの生成方法を提供することである。六方晶単結晶インゴット11からウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、透過性を有する波長のレーザービームの集光点をインゴットの表面11aから、生成するウエーハの厚みに相当する深さに位置づけると共に、相対的に移動して表面に平行な改質層23及び改質層から伸長するクラックを形成して分離起点を形成するステップと、分離起点からウエーハ厚みに相当する板状物をインゴットから剥離してウエーハを生成するステップとを含む。分離起点形成ステップにて所定量インデックスする際、オフ角をαとし、インデックスすべき所定量をLとすると、改質層が形成されたc面に対して隣接して形成される改質層のc面21は、Lsinαの距離ずれた面となっており、距離のずれt1が許容値以内になるようにインデックス量が設定される。

目的

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

第一の面と該第一の面と反対側の第二の面と、該第一の面から該第二の面に至るc軸と、該c軸に直交するc面とを有する六方晶単結晶インゴットからウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、六方晶単結晶インゴットに対して透過性を有する波長レーザービーム集光点を該第一の面から生成するウエーハの厚みに相当する深さに位置づけると共に、該集光点と該六方晶単結晶インゴットとを相対的に移動して該レーザービームを該第一の面に照射し、該第一の面に平行な改質層及び該改質層から伸長するクラックを形成して分離起点を形成する分離起点形成ステップと、該分離起点形成ステップを実施した後、該分離起点からウエーハの厚みに相当する板状物を該六方晶単結晶インゴットから剥離して六方晶単結晶ウエーハを生成するウエーハ剥離ステップと、を備え、該分離起点形成ステップは、該第一の面の垂線に対して該c軸がオフ角分傾き、該第一の面と該c面との間にオフ角が形成される方向と直交する方向にレーザービームの集光点を相対的に移動して直線状の改質層を形成する改質層形成ステップと、該オフ角が形成される方向に該集光点を相対的に移動して所定量インデックスするインデックスステップと、を含み、該オフ角をαとし、インデックスすべき所定量をLとすると、改質層が形成されたc面に対して隣接して形成される改質層のc面は、Lsinαの距離ずれた面となっており、該距離のずれが許容値以内になるようにインデックス量が設定されることを特徴とするウエーハの生成方法。

請求項2

六方晶単結晶インゴットは、SiCインゴット、GaNインゴットから選択される請求項1記載のウエーハの生成方法。

技術分野

背景技術

0002

IC、LSI等の各種デバイスは、シリコン等を素材としたウエーハの表面に機能層を積層し、この機能層に複数の分割予定ラインによって区画された領域に形成される。そして、切削装置レーザー加工装置等の加工装置によってウエーハの分割予定ラインに加工が施され、ウエーハが個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

0003

また、パワーデバイス又はLED、LD等の光デバイスは、SiC、GaN等の六方晶単結晶を素材としたウエーハの表面に機能層が積層され、積層された機能層に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画されて形成される。

0004

デバイスが形成されるウエーハは、一般的にインゴットをワイヤーソーでスライスして生成され、スライスされたウエーハの表裏面を研磨して鏡面に仕上げられる(例えば、特開2000−94221号公報参照)。

0005

このワイヤーソーでは、直径約100〜300μmのピアノ線等の一本のワイヤーを通常二〜四本の間隔補助ローラー上に設けられた多数の溝に巻き付けて、一定ピッチで互いに平行に配置してワイヤーを一定方向又は双方向に走行させて、インゴットを複数のウエーハにスライスする。

0006

しかし、インゴットをワイヤーソーで切断し、表裏面を研磨してウエーハを生成すると、インゴットの70〜80%が捨てられることになり、不経済であるという問題がある。特に、SiC、GaN等の六方晶単結晶インゴットはモース硬度が高く、ワイヤーソーでの切断が困難であり相当な時間がかかり生産性が悪く、効率よくウエーハを生成することに課題を有している。

0007

これらの問題を解決するために、SiCに対して透過性を有する波長レーザービーム集光点を六方晶単結晶インゴットの内部に位置づけ照射し、切断予定面改質層及びクラックを形成し、外力を付与してウエーハを改質層及びクラックが形成された切断予定面に沿って割断して、インゴットからウエーハを分離する技術が特開2013−49461号公報に記載されている。

0008

この公開公報に記載された技術では、パルスレーザービームの第一の照射点と該第一の照射点に最も近い第二の照射点とが所定位置となるように、パルスレーザービームの集光点を切断予定面に沿って螺旋状に照射するか、又は直線状に照射して、非常に高密度な改質層及びクラックをインゴットの切断予定面に形成している。

先行技術

0009

特開2000−94221号公報
特開2013−49461号公報

発明が解決しようとする課題

0010

しかし、特許文献2記載のインゴットの切断方法では、レーザービームの照射方法はインゴットに対して螺旋状又は直線状であり、直線状の場合レーザービームを走査する方向は何ら規定されていない。

0011

特許文献2に記載されたインゴットの切断方法では、レーザービームの第一の照射点と該第一の照射点に最も近い第二の照射点との間のピッチを1μm〜10μmに設定している。このピッチは、改質層から生じた割れがc面に沿って伸びるピッチである。

0012

このようにレーザービームを照射する際のピッチが非常に小さいため、レーザービームの照射方法が螺旋状であっても又は直線状であっても、非常に小さなピッチ間隔でレーザービームを照射する必要があり、生産性の向上が十分図られていないという問題がある。

0013

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インゴットから効率よくウエーハを生成することのできるウエーハの生成方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0014

本発明によると、第一の面と該第一の面と反対側の第二の面と、該第一の面から該第二の面に至るc軸と、該c軸に直交するc面とを有する六方晶単結晶インゴットからウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、六方晶単結晶インゴットに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を該第一の面から生成するウエーハの厚みに相当する深さに位置づけると共に、該集光点と該六方晶単結晶インゴットとを相対的に移動して該レーザービームを該第一の面に照射し、該第一の面に平行な改質層及び該改質層から伸長するクラックを形成して分離起点を形成する分離起点形成ステップと、該分離起点形成ステップを実施した後、該分離起点からウエーハの厚みに相当する板状物を該六方晶単結晶インゴットから剥離して六方晶単結晶ウエーハを生成するウエーハ剥離ステップと、を備え、該分離起点形成ステップは、該第一の面の垂線に対して該c軸がオフ角分傾き、該第一の面と該c面との間にオフ角が形成される方向と直交する方向にレーザービームの集光点を相対的に移動して直線状の改質層を形成する改質層形成ステップと、該オフ角が形成される方向に該集光点を相対的に移動して所定量インデックスするインデックスステップと、を含み、該オフ角をαとし、インデックスすべき所定量をLとすると、改質層が形成されたc面に対して隣接して形成される改質層のc面は、Lsinαの距離ずれた面となっており、該距離のずれが許容値以内になるようにインデックス量が設定されることを特徴とするウエーハの生成方法が提供される。

発明の効果

0015

本発明のウエーハの生成方法によると、オフ角をαとし、インデックスすべき所定量をLとすると、改質層が形成された第一のc面に対して隣接して形成される改質層の第二のc面は、Lsinαの距離第一のc面からずれた面となっており、該距離のずれが許容値以内になるようにインデックス量が設定されるので、ウエーハの厚みに相当する板状物を六方晶単結晶インゴットから確実に剥離することができる。

0016

インデックス量を許容値の上限にとることにより、生産性の向上を十分図ることができると共に、捨てられるインゴットの量を十分軽減でき、30%前後に抑えることができる。

図面の簡単な説明

0017

本発明のウエーハの生成方法を実施するのに適したレーザー加工装置の斜視図である。
レーザービーム発生ユニットブロック図である。
図3(A)は六方晶単結晶インゴットの斜視図、図3(B)はその正面図である。
分離起点形成ステップを説明する斜視図である。
六方晶単結晶インゴットの平面図である。
改質層形成ステップを説明する模式的断面図である。
改質層形成ステップを説明する模式的平面図である。
図8(A)はインデックスステップを説明する模式的平面図、図8(B)はインデックス量を説明する模式的平面図である。
ウエーハ剥離ステップを説明する斜視図である。
生成された六方晶単結晶ウエーハの斜視図である。
集光点のインデックス量を説明する説明図である。

実施例

0018

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、本発明のウエーハの生成方法を実施するのに適したレーザー加工装置2の斜視図が示されている。レーザー加工装置2は、静止基台4上にX軸方向に移動可能に搭載された第一スライドブロック6を含んでいる。

0019

第一スライドブロック6は、ボールねじ8及びパルスモータ10から構成される加工送り機構12により一対のガイドレール14に沿って加工送り方向、即ちX軸方向に移動される。

0020

第一スライドブロック6上には第二スライドブロック16がY軸方向に移動可能に搭載されている。即ち、第二スライドブロック16はボールねじ18及びパルスモータ20から構成される割り出し送り機構22により一対のガイドレール24に沿って割り出し送り方向、即ちY軸方向に移動される。

0021

第二スライドブロック16上には支持テーブル26が搭載されている。支持テーブル26は加工送り機構12及び割り出し送り機構22によりX軸方向及びY軸方向方向に移動可能であると共に、第二スライドブロック16中に収容されたモータにより回転される。

0022

静止基台4にはコラム28が立設されており、このコラム28にレーザービーム照射機構(レーザービーム照射手段)30が取り付けられている。レーザービーム照射機構30は、ケーシング32中に収容された図2に示すレーザービーム発生ユニット34と、ケーシング32の先端に取り付けられた集光器レーザーヘッド)36とから構成される。ケーシング32の先端には集光器36とX軸方向に整列して顕微鏡及びカメラを有する撮像ユニット38が取り付けられている。

0023

レーザービーム発生ユニット34は、図2に示すように、YAGレーザー又はYVO4レーザー発振するレーザー発振器40と、繰り替え周波数設定手段42と、パルス幅調整手段44と、パワー調整手段46とを含んでいる。特に図示しないが、レーザー発振器40はブリュースター窓を有しており、レーザー発振器40から出射されるレーザービームは直線偏光のレーザービームである。

0024

レーザービーム発生ユニット34のパワー調整手段46により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、集光器36のミラー48により反射され、更に集光レンズ50により支持テーブル26に固定された被加工物である六方晶単結晶インゴット11の内部に集光点を位置づけられて照射される。

0025

図3(A)を参照すると、加工対象物である六方晶単結晶インゴット11の斜視図が示されている。図3(B)は図3(A)に示した六方晶単結晶インゴット11の正面図である。六方晶単結晶インゴット(以下、単にインゴットと略称することがある)11は、SiC単結晶インゴット、又はGaN単結晶インゴットから構成される。

0026

インゴット11は、第一の面(上面)11aと第一の面11aと反対側の第二の面(裏面)11bを有している。インゴット11の表面11aは、レーザービームの照射面となるため鏡面に研磨されている。

0027

インゴット11は、第一のオリエンテーションフラット13と、第一のオリエンテーションフラット13に直交する第二のオリエンテーションフラット15を有している。第一のオリエンテーションフラット13の長さは第二のオリエンテーションフラット15の長さより長く形成されている。

0028

インゴット11は、表面11aの垂線17に対して第二のオリエンテーションフラット15方向にオフ角α傾斜したc軸19とc軸19に直交するc面21を有している。c面21はインゴット11の表面11aに対してオフ角α傾斜している。一般的に、六方晶単結晶インゴット11では、短い第二のオリエンテーションフラット15の伸長方向に直交する方向がc軸の傾斜方向である。

0029

c面21はインゴット11中にインゴット11の分子レベル無数に設定される。本実施形態では、オフ角αは4°に設定されている。しかし、オフ角αは4°に限定されるものではなく、例えば1°〜6°の範囲で自由に設定してインゴット11を製造することができる。

0030

図1を再び参照すると、静止基台4の左側にはコラム52が固定されており、このコラム52にはコラム52に形成された開口53を介して押さえ機構54が上下方向に移動可能に搭載されている。

0031

本実施形態のウエーハの生成方法では、図4に示すように、インゴット11の第二のオリエンテーションフラット15がX軸方向に整列するようにインゴット11を支持テーブル26上に例えばワックス又は接着剤で固定する。

0032

即ち、図5に示すように、オフ角αが形成される方向Y1、換言すると、インゴット11の表面11aの垂線17に対してc軸19の表面11aとの交点19aが存在する方向に直交する方向、即ち矢印A方向をX軸に合わせてインゴット11を支持テーブル26に固定する。

0033

これにより、オフ角αが形成される方向に直交する方向Aに沿ってレーザービームが走査される。換言すると、オフ角αが形成される方向Y1に直交するA方向が支持テーブル26の加工送り方向となる。

0034

本発明のウエーハの生成方法では、集光器36から出射されるレーザービームの走査方向を、インゴット11のオフ角αが形成される方向Y1に直交する矢印A方向としたことが重要である。

0035

即ち、本発明のウエーハの生成方法は、レーザービームの走査方向を上述したような方向に設定することにより、インゴット11の内部に形成される改質層から伝播するクラックがc面21に沿って非常に長く伸長することを見出した点に特徴がある。

0036

本実施形態のウエーハの生成方法では、まず、支持テーブル26に固定された六方晶単結晶インゴット11に対して透過性を有する波長(例えば1064nmの波長)のレーザービームの集光点を第一の面(表面)11aから生成するウエーハの厚みに相当する深さに位置づけると共に、集光点と六方晶単結晶インゴット11とを相対的に移動してレーザービームを表面11aに照射し、表面11aに平行な改質層23及び改質層23からc面21に沿って伝播するクラック25を形成して分離起点とする分離起点形成ステップを実施する。

0037

この分離起点形成ステップは、表面11aの垂線17に対してc軸19がオフ角α分傾き、c面21と表面11aとにオフ角αが形成される方向、即ち、図5の矢印Y1方向に直交する方向、即ちA方向にレーザービームの集光点を相対的に移動してインゴット11の内部に改質層23及び改質層23からc面21に沿って伝播するクラック25を形成する改質層形成ステップと、図7及び図8に示すように、オフ角が形成される方向、即ちY軸方向に集光点を相対的に移動して所定量インデックスするインデックスステップとを含んでいる。

0038

図6及び図7に示すように、改質層23をX軸方向に直線状に形成すると、改質層23の両側からc面21に沿ってクラック25が伝播して形成される。本実施形態のウエーハの生成方法では、直線状の改質層23からc面方向に伝播して形成されるクラック25の幅を計測し、集光点のインデックス量を設定するインデックス量設定ステップを含む。

0039

インデックス量設定ステップにおいて、図6に示すように、直線状の改質層23からc面方向に伝播して改質層23の片側に形成されるクラック25の幅をW1とした場合、インデックスすべき所定量W2は、W1以上2W1以下に設定される。

0040

ここで、好ましい実施形態の、レーザー加工方法は以下のように設定される。

0041

光源:Nd:YAGパルスレーザー
波長:1064nm
繰り返し周波数:80kHz
平均出力:3.2W
パルス幅:4ns
スポット径:10μm
集光レンズの開口数(NA) :0.45
インデックス量:400μm

0042

上述したレーザー加工条件においては、図6において、改質層23からc面に沿って伝播するクラック25の幅W1が略250μmに設定され、インデックス量W2が400μmに設定される。

0043

しかし、レーザービームの平均出力は3.2Wに限定されるものではなく、本実施形態の加工方法では、平均出力を2W〜4.5Wに設定して良好な結果が得られた。平均出力2Wの場合、クラック25の幅W1は略100μmとなり、平均出力4.5Wの場合には、クラック25の幅W1は略350μmとなった。

0044

平均出力が2W未満の場合及び4.5Wより大きい場合には、インゴット11の内部に良好な改質層23を形成することができないため、照射するレーザービームの平均出力は2W〜4.5Wの範囲内が好ましく、本実施形態では平均出力3.2Wのレーザービームをインゴット11に照射した。図6において、改質層23を形成する集光点の表面11aからの深さD1は500μmに設定した。

0045

図8(A)を参照すると、レーザービームの走査方向を説明する模式図が示されている。分離起点形成ステップは往路X1及び復路X2で実施され、往路X1で六方晶単結晶インゴット11に改質層23を形成したレーザービームの集光点は、所定量インデックスされた後、復路X2で六方晶単結晶インゴット11に改質層23を形成する。

0046

また、分離起点形成ステップにおいて、レーザービームの集光点のインデックスすべき所定量がW以上2W以下に設定された場合、六方晶単結晶インゴット11にレーザービームの集光点が位置づけられ最初の改質層23が形成されるまでの集光点のインデックス量はW以下に設定されるのが好ましい。

0047

例えば、図8(B)に示すように、レーザービームの集光点をインデックスすべき所定量が400μmの場合には、インゴット11に最初の改質層23が形成されるまでは、インデックス量200μmでレーザービームの走査を複数回実行する。

0048

最初の方のレーザービームの走査は空打ちであり、インゴット11の内部に最初に改質層23を形成したのが判明したならば、インデックス量400μmに設定してインゴット11の内部に改質層23を形成する。

0049

このように所定量インデックス送りしながら、インゴット11の全領域の深さD1の位置に複数の改質層23及び改質層23からc面21に沿って伸びるクラック25の形成が終了したならば、外力を付与して改質層25及びクラック23からなる分離起点から形成すべきウエーハの厚み相当する板状物を六方晶単結晶インゴット11から分離して六方晶単結晶ウエーハ27を生成するウエーハ剥離工程を実施する。

0050

このウエーハ剥離工程は、例えば図9に示すような押圧機構54により実施する。押圧機構54は、コラム52内に内蔵された移動機構により上下方向に移動するヘッド56と、ヘッド56に対して、図9(B)に示すように、矢印R方向に回転される押圧部材58とを含んでいる。

0051

図9(A)に示すように、押圧機構54を支持テーブル26に固定されたインゴット11の上方に位置づけ、図9(B)に示すように、押圧部材58がインゴット11の表面11aに圧接するまでヘッド56を下降する。

0052

押圧部材58をインゴット11の表面11aに圧接した状態で、押圧部材58を矢印R方向に回転すると、インゴット11にはねじり応力が発生し、改質層23及びクラック25が形成された分離起点からインゴット11が破断され、六方晶単結晶インゴット11から図10に示す六方晶単結晶ウエーハ27を分離することができる。

0053

ウエーハ27をインゴット11から分離後、ウエーハ27の分離面及びインゴット11の分離面を研磨して鏡面に加工するのが好ましい。

0054

次に、図11を参照して、レーザービームの集光点をY軸方向にインデックスするインデックス量の設定方法について説明する。図11(A)を参照すると、インゴットの11内に形成された複数の改質層23と、c面21との関係を示す模式的断面図が示されている。

0055

各改質層23から伝播してc面21に沿って形成されるクラック25は、互いに隣接するc面21の間の距離t1離れて形成される。従って、この距離t1が余り離れすぎていると、分離起点からウエーハの厚みに相当する板状物をインゴット11から剥離して六方晶単結晶ウエーハ27を確実に生成することはできない。

0056

従って、隣接するc面21の間の距離t1を許容値とし、設定されるべきインデックス量をLとすると、本実施形態の六方晶単結晶インゴット11のオフ角αは4°であるから、図11(B)に示すように、Lsin4°≦t1の関係がある。

0057

例えば、距離t1の許容値を5μmとすると、L≦5μm/sin4°=280μmが得られる。従って、インデックスすべき所定量Lは280μm以下に設定される。

0058

2レーザー加工装置
11六方晶単結晶インゴット
11a 第一の面(表面)
11b 第二の面(裏面)
13 第一のオリエンテーションフラット
15 第二のオリエンテーションフラット
17 第一の面の垂線
19c軸
21 c面
23改質層
25クラック
26支持テーブル
30レーザービーム照射ユニット
36集光器(レーザーヘッド)
54押圧機構
56ヘッド
58 押圧部材

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