DE102019212840A1 - SiC-SUBSTRATBEARBEITUNGSVERFAHREN - Google Patents

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Abstract

Es wird ein SiC-Substratbearbeitungsverfahren zum Herstellen eines SiC-Substrats aus einem SiC-Ingot offenbart. Das SiC-Substratbearbeitungsverfahren umfasst einen Trennschichtausbildungsschritt mit einem Einstellen eines Brennpunkts eines Laserstrahls, der eine Transmissionswellenlänge für SiC aufweist auf eine von der oberen Fläche des SiC-Ingots aus vorbestimmte Tiefe im Inneren des SiC-Ingots und als Nächstes einem Aufbringen eines Laserstrahls LB auf den SiC-Ingot, um dadurch eine Trennschicht zum Trennen des SiC-Substrats von dem SiC-Ingot auszubilden, einen Substratanbringschritt mit einem Anbringen eines Substrats an der oberen Fläche des SiC-Ingots und einen Trennschritt mit einem Aufbringen einer äußeren Kraft auf die Trennschicht, um dadurch das SiC-Substrat mit dem Substrat von dem SiC-Ingot entlang der Trennschicht zu trennen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein SiC-Substratbearbeitungsverfahren zum Herstellen eines SiC-Substrats aus einem SiC-Ingot.
  • BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
  • Vielfältige Bauelemente, wie z. B. Leistungsbauelemente und lichtemittierende Dioden (LEDs) werden durch Ausbilden einer Funktionsschicht an der oberen Fläche eines SiC-Substrats und Aufteilen dieser Funktionsschicht in eine Vielzahl getrennter Bereiche entlang einer Vielzahl sich schneidender Trennlinien ausgebildet. Folglich ist die Vielzahl an Bauelementen getrennt an der oberen Fläche des SiC-Substrats ausgebildet, um einen Wafer mit der Vielzahl von Bauelementen zu erhalten. Die Trennlinien des Wafers mit dieser Vielzahl an Bauelementen werden durch eine Bearbeitungsvorrichtung, wie z. B. eine Laserbearbeitungsvorrichtung, bearbeitet, um dadurch den Wafer in eine Vielzahl einzelner Bauelementchips aufzuteilen, die der Vielzahl von Bauelementen entspricht. Die so erhaltenen Bauelementchips werden zum Beispiel in Steuerungseinheiten und Automobilteilen verwendet.
  • Im Allgemeinen wird das SiC-Substrat durch Schneiden eines zylindrischen SiC-Ingots mit einer Drahtsäge hergestellt. Beide Seiten des von dem SiC-Ingot abgetrennten SiC-Substrats werden auf Hochglanz poliert (siehe z. B. JP 2000-94221 A ). Wenn der SiC-Ingot jedoch durch die Drahtsäge geschnitten wird und beide Seiten jedes SiC-Substrats poliert werden, um das Produkt zu erhalten, wird ein Großteil (70% bis 80%) des SiC-Ingots zu Ausschuss. Da der SiC-Ingot teuer ist, ist dementsprechend jedes SiC-Substrat teuer. Als Ergebnis wird jeder Bauelementchip, der das SiC-Substrat verwendet, ebenfalls teuer.
  • Um diesem Problem zu begegnen, hat die vorliegende Anmelderin eine Technik entwickelt (siehe z. B. JP 2016 - 111143 A ). Diese Technik umfasst die Schritte eines Einstellens des Brennpunkts eines Laserstrahls, der eine Transmissionswellenläge für SiC aufweist, auf eine vorbestimmte Tiefe im Inneren eines SiC-Ingots, die mit der Dicke eines herzustellenden SiC-Substrats korrespondiert, als Nächstes eines Aufbringens des Laserstrahls auf den SiC-Ingot bei einem Scannen des Laserstrahls an dem SiC-Ingot entlang, um dadurch eine Trennschicht auf der vorbestimmten Tiefe im Inneren des SiC-Ingots auszubilden, wobei die Trennschicht mit modifizierten Abschnitten, in denen SiC in einer c-Ebene in Si und C zersetzt ist, und Rissen aufgebaut ist, die sich von jedem modifizierten Abschnitt entlang der c-Ebene erstrecken, und als letztes eines Aufbringens einer äußeren Kraft auf die Trennschicht, um dadurch das SiC-Substrat entlang der Trennschicht von dem SiC-Ingot zu trennen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Beim Bearbeiten des SiC-Substrats in mehreren Schritten mit einem Ausbilden einer Vielzahl von Bauelementen an der oberen Fläche des SiC-Substrats gibt es jedoch die Möglichkeit, dass das SiC-Substrat beschädigt werden kann. Um gegen so eine mögliche Beschädigung des SiC-Substrats vorzubeugen, wird die Dicke des SiC-Substrats auf einen relativ großen Wert eingestellt, z. B. auf in etwa 500 bis 700 µm. Dementsprechend kann der Preis für jedes aus dem SiC-Ingot herzustellende SiC-Substrat nicht ausreichend reduziert werden.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein SiC-Substratbearbeitungsverfahren bereitzustellen, das ein SiC-Substrat auf effiziente und ökonomische Weise aus einem SiC-Ingot herstellen kann.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein SiC-Substratbearbeitungsverfahren zum Herstellen eines SiC-Substrats aus einem SiC-Ingot bereitgestellt, umfassend einen Trennschichtausbildungsschritt mit einem Einstellen eines Brennpunkts eines Laserstrahls, der eine Transmissionswellenlänge für SiC aufweist, auf eine von einer oberen Fläche des SiC-Ingots aus vorbestimmte Tiefe im Inneren des SiC-Ingots und als Nächstes einem Aufbringen des Laserstrahls auf den SiC-Ingot, um dadurch eine Trennschicht zum Trennen des SiC-Substrats von dem SiC-Ingot auszubilden; einem Substratanbringschritt mit einem Anbringen eines Substrats an der oberen Fläche des SiC-Ingots nach dem Ausführen des Trennschichtausbildungsschritts; und einem Trennschritt mit einem Aufbringen einer äußeren Kraft auf die Trennschicht nach dem Ausführen des Substratanbringschritts, um dadurch das SiC-Substrat mit dem Substrat entlang der Trennschicht von dem SiC-Ingot zu trennen.
  • Vorzugsweise umfasst das SiC-Substratbearbeitungsverfahren ferner einen Abflachungsschritt für eine obere Fläche mit einem Abflachen der oberen Fläche des SiC-Ingots vor dem Ausführen des Trennschichtausbildungsschritts. Das SiC-Substratbearbeitungsverfahren schließt ferner vorzugsweise einen Trennflächenabflachungsschritt mit einem Abflachen einer rauen Trennfläche des an dem Substrat angebrachten SiC-Substrats nach dem Ausführen des Trennschritts ein, wodurch die Rauheit der rauen Trennfläche entfernt wird, um eine flache Fläche des SiC-Substrats zu erreichen. Vorzugsweise umfasst das SiC-Substratbearbeitungsverfahren ferner nach dem Ausführen des Trennflächenabflachungsschritts einen Bauelementausbildungsschritt mit einem Ausbilden von Bauelementen an der flachen Fläche des SiC-Substrats. Das SiC-Substratbearbeitungsverfahren umfasst vorzugsweise ferner nach dem Ausführen des Bauelementausbildungsschritts einen Substratentfernschritt mit einem Entfernen des Substrats von dem SiC-Substrat, das die Bauelemente an der flachen Fläche aufweist. Vorzugsweise korrespondiert die vorbestimmte Tiefe, auf welche der Brennpunkt während des Trennschichtausbildungsschritts im Inneren des SiC-Ingots von dessen oberen Fläche aus eingestellt ist, mit der minimalen Dicke des aus dem SiC-Ingot herzustellenden SiC-Substrats, sodass später Bauelemente an der oberen Fläche des SiC-Substrats ausgebildet werden. Noch bevorzugter wird die vorbestimmte Tiefe von der oberen Fläche des SiC-Ingots aus auf 30 bis 100 µm eingestellt.
  • Wie oben beschrieben, wird die Trennschicht beim Trennschichtausbildungsschritt auf einer von der oberen Fläche des SiC-Ingots aus flachen Position ausgebildet. Dementsprechend wird bei dem Trennschritt das relativ dünne SiC-Substrat durch Trennen des SiC-Ingots entlang der Trennschicht hergestellt. Da das Substrat jedoch nach dem Ausführen des Trennschichtausbildungsschritts an dem SiC-Substrat angebracht ist, kann einem möglichen Schaden an dem SiC-Substrat während des Bauelementausbildungsschritts einschließlich der vielen Teilschritte zum Ausbilden der Vielzahl von Bauelementen an der oberen Fläche (flachen Fläche) des SiC-Substrats vorgebeugt werden. Folglich kann das SiC-Substrat in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit einer geringeren Dicke als die eines konventionellen SiC-Substrats aus dem SiC-Ingot hergestellt werden. Dementsprechend kann, verglichen mit dem Stand der Technik, eine größere Anzahl an SiC-Substraten auf effiziente Weise aus dem SiC-Ingot hergestellt werden.
  • Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise ihrer Umsetzung werden durch ein Studium der folgenden Beschreibung und angehängten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, deutlicher, und die Erfindung selbst wird hierdurch am besten verstanden.
  • Figurenliste
    • 1A ist eine Seitenansicht eines SiC-Ingots;
    • 1B ist eine Draufsicht des in 1A dargestellten SiC-Ingots;
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Platzierungsweise des SiC-Ingots an einem Haltetisch darstellt;
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abflachungsschritt für eine obere Fläche mit einem Abflachen der oberen Fläche des SiC-Ingots darstellt;
    • 4A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Trennschichtausbildungsschritt mit einem Ausbilden einer Trennschicht im Inneren des SiC-Ingots darstellt;
    • 4B ist eine Schnittansicht des SiC-Ingots in dem Zustand, in dem die Trennschicht während des Trennschichtausbildungsschritts im Inneren des SiC-Ingots ausgebildet worden ist;
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Substratanbringschritt mit einem Anbringen eines Substrats an dem SiC-Ingot darstellt;
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Trennschritt mit einem Trennen eines SiC-Substrats von dem SiC-Ingot darstellt;
    • 7A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Weise einer Trennung des SiC-Substrats von dem SiC-Ingot und dann Platzieren des SiC-Substrats über das Substrat an einem Spanntisch darstellt;
    • 7B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Trennflächenabflachungsschritt mit einem Abflachen einer Trennfläche des SiC-Substrats darstellt, das entlang der Trennschicht von dem SiC-Ingot getrennt worden ist;
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht des SiC-Substrats in dem Zustand, in dem Bauelemente durch Ausführen eines Bauelementausbildungsschritts an der flachen Trennfläche des SiC-Substrats ausgebildet worden sind;
    • 9A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Substratentfernschritt mit einem Entfernen des Substrats von dem SiC-Substrat darstellt;
    • 9B ist eine Schnittansicht, die den in 9A dargestellten Substratentfernschritt darstellt; und
    • 9C ist eine perspektivische Ansicht des SiC-Substrats in dem Zustand, in dem das Substrat von dem SiC-Substrat entfernt worden ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Es wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform des SiC-Substratbearbeitungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 1A und 1B stellen einen hexagonalen SiC-Einkristallingot 2 dar, der für ein Ausführen des SiC-Substratbearbeitungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Der SiC-Ingot 2 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Das heißt, dass der SiC-Ingot 2 eine im Wesentlichen kreisförmige erste Endfläche 4, eine im Wesentlichen kreisförmige zweite Endfläche 6, die der ersten Endfläche 4 entgegengesetzt ist, eine im Wesentlichen zylindrische Fläche 8, die so ausgebildet ist, dass sie die erste Endfläche 4 und die zweite Endfläche 6 verbindet, eine sich von der ersten Endfläche 4 zu der zweiten Endfläche 6 erstreckende c-Achse (<0001>-Richtung) und eine zu der c-Achse senkrechte c-Ebene ({0001}-Ebene) aufweist.
  • Bei dem SiC-Ingot 2 ist die c-Achse in Bezug auf eine Senkrechte 10 zu der ersten Endfläche 4 um einen Abweichungswinkel α (z. B. α gleich 1°, 3° oder 6°) geneigt. Der Abweichungswinkel α ist zwischen der c-Ebene und der ersten Endfläche 4 ausgebildet. Die Ausbildungsrichtung des Abweichungswinkels α (das heißt, die Neigungsrichtung der c-Achse) wird in den 1A und 1B durch einen Pfeil A dargestellt. Ferner ist die zylindrische Fläche 8 des SiC-Ingots 2 mit einer ersten Ausrichtungsebene 12 und einer zweiten Ausrichtungsebene 14 ausgebildet, die von der Seite gesehen rechtwinklig sind und dazu dienen, eine Kristallausrichtung anzudeuten. Die erste Ausrichtungsebene 12 ist parallel zu der Ausbildungsrichtung A des Abweichungswinkels α, und die zweite Ausrichtungsebene 14 ist senkrecht zu der Ausbildungsrichtung A des Abweichungswinkels α. Wie in 1B dargestellt, die eine Seitenansicht in Erstreckungsrichtung der Senkrechten 10 ist, ist die Länge L2 der zweiten Ausrichtungsebene 14 kürzer gewählt als die Länge L1 der ersten Ausrichtungsebene 12 (L2<L1).
  • Wie in 2 dargestellt, wird der SiC-Ingot 2 durch Verwendung eines geeigneten Haftmittels (z. B. ein Epoxidharzhaftmittel) in dem Zustand an der oberen Fläche eines Haltetischs 16 befestigt, in dem die erste Endfläche 4 des SiC-Ingots 2 nach oben gerichtet ist. Der Haltetisch 16 weist eine Rotationsachse auf, die sich in einer vertikalen Richtung erstreckt. Das heißt, dass der Haltetisch 16 um seine vertikale Achse drehbar ist. Ferner ist der Haltetisch 16 zu einer Schleifvorrichtung 18 und zu einer Laserbearbeitungsvorrichtung 30 bewegbar, die hiernach beschrieben werden.
  • Nach dem Fixieren des SiC-Ingots 2 an dem Haltetisch 16 wird ein Abflachungsschritt für eine obere Fläche ausgeführt, um die obere Fläche des SiC-Ingots 2 (das heißt, bei dieser bevorzugten Ausführungsform, die erste Endfläche 4) mit Ausnahme des Falls abzuflachen, in dem die obere Fläche des SiC-Ingots 2 bereits abgeflacht worden ist. Das heißt, dass in dem Fall, in dem die obere Fläche des SiC-Ingots 2 nicht flach ist, der Abflachungsschritt für eine obere Fläche ausgeführt wird. Der Abflachungsschritt für eine obere Fläche kann durch Verwendung einer Schleifvorrichtung 18 ausgeführt werden, von der ein Teil in 3 dargestellt ist. Die Schleifvorrichtung 18 schließt eine Spindel 20 mit einer sich in einer vertikalen Richtung erstreckenden Rotationsachse ein, wobei die Spindel 20 mit einem nicht dargestellten Motor verbunden ist, und schließt zudem eine scheibenförmige Radhalterung 22 ein, die an dem unteren Ende der Spindel 20 fixiert ist. Ein ringförmiges Schleifrad 26 ist durch Bolzen 24 an der unteren Fläche der Radhalterung 22 fixiert. Eine Vielzahl von Schleifelementen 28 sind an der unteren Fläche des Schleifrads 26 befestigt, sodass sie in gegebenen Abständen entlang des äußeren Umfangs des Schleifrads 26 ringförmig angeordnet sind.
  • Beim Ausführen des Abflachungsschritts für eine obere Fläche durch Verwendung der Schleifvorrichtung 18 wird der Haltetisch 16, der den SiC-Ingot 2 hält, wie in 3 dargestellt, als erstes zu einer Position unter der Schleifvorrichtung 18 bewegt, danach wird der Haltetisch 16 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (z. B. 300 Umdrehungen pro Minute) von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Ferner wird die Spindel 20 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (z. B. 6000 Umdrehungen pro Minute) von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Danach wird die Spindel 20 durch ein nicht dargestelltes Hubmittel abgesenkt, das zu der Schleifvorrichtung 18 gehört, bis die an dem Schleifrad 26 befestigten Schleifelemente 28 mit der oberen Fläche des SiC-Ingots 2 in Kontakt kommen (das heißt, bei dieser bevorzugten Ausführungsform, die erste Endfläche 4). Danach wird die Spindel 20 mit einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit (z. B. 0,1 µm pro Sekunde) weiter abgesenkt, um dadurch die erste Endfläche 4 des SiC-Ingots 2 als dessen obere Fläche zu schleifen. Folglich kann die obere Fläche des SiC-Ingots 2 durch Schleifen zu so einem Ausmaß abgeflacht werden, dass der Eintritt eines Laserstrahls in die obere Fläche des SiC-Ingots 2 während eines Trennschichtausbildungsschritts, der hiernach beschrieben wird, nicht behindert wird.
  • Nach dem Ausführen des Abflachungsschritts für eine obere Fläche wird ein Trennschichtausbildungsschritt ausgeführt, um durch Aufbringen eines Laserstrahls auf den SiC-Ingot 2 in dem Zustand, wo der Brennpunkt des Laserstrahls auf einer von der oberen Fläche des SiC-Ingots 2 aus vorbestimmten Tiefe im Inneren des SiC-Ingots 2 eingestellt ist, eine Trennschicht zum Trennen eines SiC-Substrats von dem SiC-Ingot 2 auszubilden, wobei der Laserstrahl eine Transmissionswellenlänge für SiC aufweist. Der Trennschichtausbildungsschritt kann durch Verwendung einer Laserbearbeitungsvorrichtung 30 ausgeführt werden, von der ein Teil in 4A dargestellt ist. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 30 schließt einen nicht dargestellten Pulslaseroszillator zum Erzeugen eines gepulsten Laserstrahls LB und ein Fokussiermittel 32 ein, das eine nicht dargestellte Fokussierlinse zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls LB, der von dem Pulslaseroszillator erzeugt wird, und Aufbringen dieses gepulsten Laserstrahls LB auf den SiC-Ingot 2 aufweist. Das Fokussiermittel 32 ist in der durch einen Pfeil X in 4A dargestellten X-Richtung und in der durch einen Pfeil Y in 4A dargestellten Y-Richtung hin und her bewegbar, wobei die Y-Richtung senkrecht zu der X-Richtung ist. Die X-Richtung und die Y-Richtung definieren eine XY-Ebene, die eine im Wesentlichen horizontale Ebene ist.
  • Beim Ausführen des Trennschichtausbildungsschritts durch Verwenden der Laserbearbeitungsvorrichtung 30 wird zuerst der den SiC-Ingot 2 haltende Haltetisch 16, wie in 4A dargestellt, zu einer Position unter der Laserbearbeitungsvorrichtung 30 bewegt. Danach wird ein zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 30 gehörendes, nicht dargestelltes Abbildungsmittel betätigt, um die obere Fläche des SiC-Ingots 2 aufzunehmen. Entsprechend eines durch das Abbildungsmittel erhaltenen Bilds wird der Haltetisch 16 danach gedreht, und das Fokussiermittel 32 wird bewegt, um dadurch die Ausrichtung des SiC-Ingots 2 auf eine vorbestimmte Ausrichtung einzustellen und zudem die Position des SiC-Ingots 2 relativ zu dem Fokussiermittel 32 in der XY-Ebene einzustellen. Durch Einstellen der Ausrichtung des SiC-Ingots 2 auf eine vorbestimmte Ausrichtung wird die zweite Ausrichtungsebene 14, wie in 4A dargestellt, dazu gebracht, parallel zu der X-Richtung zu sein, sodass die Richtung senkrecht zu der Ausbildungsrichtung A des Abweichungswinkels α parallel zu der X-Richtung wird und die Ausbildungsrichtung A des Abweichungswinkels α, wie in 4A dargestellt, parallel zu der Y-Richtung wird.
  • Danach wird das zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 30 gehörende, nicht dargestellte Brennpunktpositionseinstellmittel betätigt, um das Fokussiermittel 32 in vertikaler Richtung zu bewegen, wodurch der Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls LB auf eine von der oberen Fläche (die erste Endfläche 4) des SiC-Ingots 2 aus vorbestimmte Tiefe eingestellt wird. Vorzugsweise korrespondiert diese vorbestimmte Tiefe mit einer minimalen Dicke eines aus dem SiC-Ingot 2 herzustellenden SiC-Substrats, bei dem an der oberen Fläche des SiC-Substrats später Bauelemente ausgebildet werden können. Zum Beispiel kann diese vorbestimmte Tiefe auf in etwa 30 bis 100 µm eingestellt sein.
  • Danach wird der gepulste Laserstrahl LB, der eine Transmissionswellenlänge für den SiC-Ingot 2 aufweist, während eines Bewegens des Fokussiermittels 32 mit einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit in der X-Richtung, das heißt in der Richtung senkrecht zu der Ausbildungsrichtung A des Abweichungswinkels α, von dem Fokussiermittel 32 auf den SiC-Ingot 2 aufgebracht. Insbesondere wird der gepulste Laserstrahl LB anfänglich auf den SiC-Ingot 2 aufgebracht, um dadurch SiC in Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) zu zersetzen. Danach wird der gepulste Laserstrahl LB als Nächstes auf den SiC-Ingot 2 aufgebracht und durch das zuvor erzeugte C absorbiert. Folglich wird SiC mit der Bewegung des Fokussiermittels 32 in der X-Richtung in einer Kettenreaktion in Si und C zersetzt, um dadurch eine Vielzahl modifizierter Abschnitte 34 auszubilden, die, wie in den 4A und 4B dargestellt, in der X-Richtung linear angeordnet sind. Gleichzeitig wird eine Vielzahl von Rissen 36 isotropisch von jedem modifizierten Abschnitt 34 ausgebildet, sodass sie sich, wie in 4B dargestellt, entlang der c-Ebene erstrecken. Beim Aufbringen des gepulsten Laserstrahls LB auf den SiC-Ingot 2 kann der Haltetisch 16 mit dem Fokussiermittel 32 in seiner Position feststehend in der X-Richtung bewegt werden.
  • Danach wird das Fokussiermittel 32 um einen vorbestimmten Einteilungsbetrag Li, der auf einen Wert kleiner als den zweifachen Wert der Länge jedes Risses 36 eingestellt ist, in der Y-Richtung parallel zu der Ausbildungsrichtung A des Abweichungswinkels α relativ zu dem SiC-Ingot 2 bewegt. Danach wird der gepulste Laserstrahl LB bei einem Bewegen des Fokussiermittels 32 in der X-Richtung auf ähnliche Weise aufgebracht. Auf diese Weise werden der Laseraufbringvorgang mit einem Aufbringen des gepulsten Laserstrahls LB bei einem Bewegen des Fokussiermittels 32 in der X-Richtung und der Einteilungsvorgang mit einem Weiterbewegen des Fokussiermittels 32 in der Y-Richtung wiederholt, um dadurch, wie in 4B dargestellt, auf der von der oberen Fläche des SiC-Ingots 2 aus vorbestimmten Tiefe eine Trennschicht 38 im Inneren des SiC-Ingots 2 auszubilden, wobei die Trennschicht 38 aus der Vielzahl modifizierter Abschnitte 34, die sowohl in der X-Richtung als auch in der Y-Richtung angeordnet sind, und der Vielzahl von Rissen 36 aufgebaut ist, die sich von den modifizierten Abschnitten 34 erstrecken. Dementsprechend weist die Trennschicht 38 durch das Ausbilden der modifizierten Abschnitte 34 und der Risse 36 eine verminderte Festigkeit auf. Bei dem obigen Einteilungsvorgang kann der Haltetisch 16 mit dem Fokussiermittel 32 in seiner Position feststehend in der Y-Richtung bewegt werden. Zum Beispiel kann der Trennschichtausbildungsschritt unter den folgenden Laserbearbeitungsbedingungen ausgeführt werden.
    • Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls: 1064 nm
    • Wiederholfrequenz: 80 kHz
    • Durchschnittliche Leistung: 3,2 Watt
    • Pulsbreite: 4 ns
    • Punktdurchmesser: 3 µm
    • Numerische Blende (NA) der Fokussierlinse: 0,43
    • Einteilungsbetrag: 250 bis 400 µm
    • Zuführgeschwindigkeit: 120 bis 260 mm/s
  • Nach dem Ausführen des Trennschichtausbildungsschritts wird ein Substratanbringschritt ausgeführt, um ein Substrat an der oberen Fläche des SiC-Ingots 2 anzubringen. Wie in 5 dargestellt, wird ein scheibenförmiges Glassubstrat 40 durch Verwenden eines geeigneten Haftmittels (z. B. ein Polyimidharzhaftmittel) an der ersten Endfläche 4 (die Endfläche nahe der Trennschicht 38) des SiC-Ingots 2 angebracht. Das Substrat 40 weist einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der des SiC-Ingots 2. Das Substrat 40 weist eine Dicke auf, die imstande ist, einer Beschädigung des aus dem SiC-Ingot 2 hergestellten SiC-Substrats beim Bearbeiten des SiC-Substrats in dem Zustand vorzubeugen, in dem das SiC-Substrat durch das Substrat 40 gehalten wird. Zum Beispiel ist die Dicke des Substrats 40 auf in etwa 50 bis 1000 µm eingestellt.
  • Nach dem Ausführen des Substratanbringschritts wird ein Trennschritt ausgeführt, um das SiC-Substrat mit dem Substrat 40 durch Aufbringen einer äußeren Kraft auf die Trennschicht 38 entlang der Trennschicht 38 von dem SiC-Ingot 2 zu trennen. Zum Beispiel kann der Trennschritt durch Verwenden eines in 6 dargestellten Wassertanks 42 und Aufbringen einer Ultraschallschwingung auf den SiC-Ingot 2 ausgeführt werden, der in das in dem Wassertank 42 aufgenommene Wasser eingetaucht ist.
  • Beim Ausführen des Trennschritts wird der SiC-Ingot 2 als erstes in den Wassertank 42 bewegt. Der Wassertank 42 kann auf die folgende Weise ausgebildet sein. Ein hohles zylindrisches Element 42' mit einem oberen Öffnungsende und einem unteren Öffnungsende ist in vertikaler Richtung bewegbar vorgesehen. Danach wird der Haltetisch 16, der den SiC-Ingot 2 mit dem Substrat 40 hält, zu einer Position bewegt, wo der Trennschritt ausgeführt werden soll. Danach wird das untere Öffnungsende des zylindrischen Elements 42` mit der oberen Fläche einer nicht dargestellten Basis, auf welcher der Haltetisch 16 montiert ist, oder mit der oberen Fläche des Haltetischs 16 in seinem Umfangsabschnitt in Kontakt gebracht, um dadurch den Wassertank 42 mit einem geschlossenen unteren Ende auszubilden. In diesem Zustand wird der SiC-Ingot 2 in dem Wassertank 42 gelagert. Danach wird Wasser in den Wassertank 42 geführt, bis der SiC-Ingot 2 in das Wasser eingetaucht ist. Danach wird ein nicht dargestellter Ultraschallschwinger in das in dem Wassertank 42 aufgenommene Wasser eingetaucht und dann betätigt. Zum Beispiel kann der Ultraschallschwinger mit einer piezoelektrischen Keramik ausgebildet sein. Beim Betätigen des Ultraschallschwingers kann der Ultraschallschwinger mit dem SiC-Ingot 2 in Kontakt gehalten werden oder kann mit einem angemessenen Abstand (z. B. 2 bis 3 mm) von dem SiC-Ingot 2 beabstandet sein. Wenn der Ultraschallschwinger betätigt wird, wird die Trennschicht 38 durch die Ultraschallschwingung stimuliert und dementsprechend zerbrochen, sodass ein SiC-Substrat 44 (siehe 7A) mit dem Substrat 40 entlang der Trennschicht 38 als Trennstartpunkt von dem SiC-Ingot 2 getrennt werden kann. Als Abwandlung kann der Trennschritt durch Verwenden eines keilförmigen Elements, wie z. B. eines Meißels, das eine sich zu der Spitze hin allmählich vermindernde Dicke aufweist, und Aufbringen eines Stoßes auf die Trennschicht 38 ausgeführt werden.
  • Nach dem Ausführen des Trennschritts wird ein Trennflächenabflachungsschritt ausgeführt, um eine Trennfläche des an das Substrat 40 angebrachten SiC-Substrats 44 abzuflachen, wobei die Trennfläche eine raue Fläche ist, die durch Brechen der Trennschicht 38 bei dem oben erwähnten Trennschritt gehalten wird. Der Trennflächenabflachungsschritt kann durch Verwendung der oben erwähnten Schleifvorrichtung 18 und eines Spanntischs 46 (siehe 7B) zum Halten des SiC-Substrats 44 über einen Unterdruck ausgeführt werden. Wie in 7A dargestellt, weist der Spanntisch 46 eine obere Fläche auf, die mit einer kreisförmigen Unterdruckeinspannung 48 versehen ist. Die Unterdruckeinspannung 48 ist mit einem porösen Material ausgebildet und ist mit einem nicht dargestellten Saugmittel, das eine Saugkraft erzeugt, verbunden. Dementsprechend kann die durch das Saugmittel erzeugte Saugkraft auf die obere Fläche der Unterdruckeinspannung 48 aufgebracht werden, um dadurch das SiC-Substrat 44 über einen Unterdruck an der oberen Fläche der Vakuumeinspannung 48 zu halten. Ferner ist der Spanntisch 46 um seine vertikale Achse drehbar. Der Spanntisch 46 ist auch zwischen einer Schleifposition unter der Schleifvorrichtung 18 und einer Bereitschaftsposition, die eine von der Schleifposition zurückgezogene Position ist, bewegbar.
  • Beim Ausführen des Trennflächenabflachungsschritts wird das an das Substrat 40 angebrachte SiC-Substrat 44 als erstes über einen Unterdruck in dem Zustand an der oberen Fläche des Spanntischs 46 gehalten, in dem eine Trennfläche 44a des SiC-Substrats 44, wie in 7A dargestellt, nach oben gerichtet ist. Mit anderen Worten wird das SiC-Substrat 44, das an das Substrat 40 angebracht ist, über einen Unterdruck durch das Substrat 40 an dem Spanntisch 46 gehalten. Danach wird der Spanntisch 46 zu der Schleifposition bewegt. Wie in 7B dargestellt, wird der Spanntisch 46 danach mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (z. B. 300 Umdrehungen pro Minute) von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Ferner wird die Spindel 20 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (z. B. 6000 Umdrehungen pro Minute) von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Danach wird die Spindel 20 durch Betätigen des nicht dargestellten Hubmittels der Schleifvorrichtung 18 abgesenkt, um dadurch die Schleifelemente 28 mit der Trennfläche 44a des SiC-Substrats 44 in Kontakt zu bringen. Die Spindel 20 wird danach mit einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit (z. B. 0,1 µm pro Sekunde) weiter abgesenkt, um dadurch die Trennfläche 44a des an dem Substrat 40 angebrachten SiC-Substrats 44 zu schleifen. Dementsprechend kann die Trennfläche 44a des SiC-Substrats 44 abgeflacht werden. Mit anderen Worten kann die Rauheit der Trennfläche 44a entfernt werden. Andererseits weist der SiC-Ingot 2 in dem Zustand nach dem Ausführen des Trennschritts ebenfalls eine Trennfläche 44b als eine raue Fläche auf, die durch Zerbrechen der Trennschicht 38 erhalten wird. Dementsprechend wird die Trennfläche 44b des SiC-Ingots 2, der an dem Haltetisch 16 gehalten wird, wie in 7A dargestellt, durch Ausführen des Abflachungsschritts für eine obere Fläche, wie zuvor unter Bezugnahme auf 3 erwähnt, abgeflacht. Danach werden der Trennschichtausbildungsschritt, der Substratanbringschritt und der Trennschritt wiederholt ausgeführt, um dadurch eine Vielzahl ähnlicher SiC-Substrate 44 aus dem SiC-Ingot 2 herzustellen. Danach wird der Trennflächenabflachungsschritt mit jedem der oben hergestellten SiC-Substrate 44 auf ähnliche Weise ausgeführt.
  • Nach dem Ausführen des Trennflächenabflachungsschritts wird ein Bauelementausbildungsschritt ausgeführt, um Bauelemente an der flachen Trennfläche 44a des SiC-Substrats 44 auszubilden. Wie in 8 dargestellt, wird eine Vielzahl sich schneidender Trennlinien 50 an der flachen Trennfläche 44a des SiC-Substrats 44 ausgebildet, um dadurch eine Vielzahl rechtwinkliger Trennbereiche zu definieren. In dieser Vielzahl von Trennbereichen wird entsprechend eine Vielzahl von Bauelementen 52, wie zum Beispiel Leistungsbauelemente und LEDs, ausgebildet. Bei diesem Bauelementausbildungsschritt wird das Substrat 40 an dem SiC-Substrat 44 angebracht gehalten. Dementsprechend kann beim Bearbeiten des SiC-Substrats 44 bei diesem Bauelementausbildungsschritt eine mögliche Beschädigung des SiC-Substrats 44 durch das Substrat 40 verhindert werden.
  • Nach dem Ausführen des Bauelementausbildungsschritts wird ein Substratentfernschritt ausgeführt, um das Substrat 40 von dem SiC-Substrat 44 zu entfernen, an dem die Bauelemente 52 ausgebildet worden sind. Der Substratentfernschritt kann durch Verwendung einer Laserbearbeitungsvorrichtung 54 ausgeführt werden, von der ein Teil in 9A dargestellt wird. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 54 schließt einen nicht dargestellten Spanntisch zum Halten eines Werkstücks über einen Unterdruck und ein Fokussiermittel 56 mit einer nicht dargestellten Fokussierlinse zum Fokussieren eines gepulsten Laserstrahls LB` und Aufbringen dieses gepulsten Laserstrahls LB` auf das über einen Unterdruck an dem Spanntisch gehaltene Werkstück ein. Das Fokussiermittel 56 ist sowohl in der durch einen Pfeil X in 9A dargestellten X-Richtung als auch in der durch einen Pfeil Y in 9A dargestellten Y-Richtung hin und her bewegbar.
  • Beim Ausführen des Substratentfernschritts wird das an das Substrat 40 angebrachte SiC-Substrat 44 als erstes in dem Zustand über einen Unterdruck an der oberen Fläche des Spanntischs gehalten, in dem das Substrat 40, wie in den 9A und 9B dargestellt, nach oben gerichtet ist. Danach wird ein nicht dargestelltes Brennpunktpositionseinstellmittel, das zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 54 gehört, betätigt, um das Fokussiermittel 56 in vertikaler Richtung zu bewegen, wodurch der Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls LB' auf eine vorbestimmte Tiefe eingestellt wird, die mit einer Haftschicht 58 korrespondiert, welche das Substrat 40 und das SiC-Substrat 44 verbindet. Danach wird der gepulste Laserstrahl LB' bei einem Bewegen des Fokussiermittels 56 in der X-Richtung mit einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit von dem Fokussiermittel 56 auf die Haftschicht 58 aufgebracht. Durch Aufbringen des gepulsten Laserstrahls LB' auf die Haftschicht 58 wird die Haftschicht 58 entlang einer Linie gebrochen. Danach wird das Fokussiermittel 56 um einen vorbestimmten Einteilungsbetrag in der Y-Richtung bewegt, und der gepulste Laserstrahl LB' wird dann auf ähnliche Weise entlang einer weiteren Linie auf die Haftschicht 58 aufgebracht. Auf diese Weise werden der Laseraufbringvorgang und der Einteilungsvorgang auf geeignete Weise wiederholt, um die Haftschicht 58 zu so einem Ausmaß vollständig zu brechen, dass das Substrat 40 von dem SiC-Substrat 44 entfernt werden kann. Danach wird das Substrat 40 von dem SiC-Substrat 44 entfernt, um dadurch das die Bauelemente 52 aufweisende SiC-Substrat 44, wie in 9C dargestellt, zu erhalten. Beim Aufbringen des gepulsten Laserstrahls LB' auf die Haftschicht 58 und beim Ausführen des Einteilungsvorgangs kann der Spanntisch mit dem Fokussiermittel 56 in seiner Position fixiert bewegt werden. Zum Beispiel kann dieser Substratentfernschritt unter den folgenden Laserbearbeitungsbedingungen ausgeführt werden.
    • Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls: 355 nm
    • Wiederholfrequenz: 80 kHz
    • Durchschnittliche Leistung: 1,5 Watt
    • Pulsbreite: 4 ns
    • Punktdurchmesser: 3 um
    • Numerische Blende (NA) der Fokussierlinse: 0,43
    • Einteilungsbetrag: 100 µm
    • Zuführgeschwindigkeit: 240 mm/s
  • Wie oben beschrieben, wird die Trennschicht 38 während des Trennschichtausbildungsschritts auf einer von der oberen Fläche des SiC-Ingots 2 aus flachen Position (z. B. auf in etwa 30 bis 100 µm) ausgebildet. Dementsprechend wird während des Trennschritts durch Trennen des SiC-Ingots 2 entlang der Trennschicht 38 ein relativ dünnes SiC-Substrat 44 hergestellt. Da das Substrat 40 jedoch nach dem Ausführen des Trennschichtausbildungsschritts an dem SiC-Substrat 44 angebracht ist, kann einem möglichen Schaden des SiC-Substrats 44 bei dem Bauelementausbildungsschritt vorgebeugt werden. Folglich kann das SiC-Substrat 44 in Übereinstimmung mit dieser bevorzugten Ausführungsform mit einer Dicke hergestellt werden, die geringer ist als die eines konventionellen SiC-Substrats. Dementsprechend kann verglichen mit dem Stand der Technik eine größere Anzahl an SiC-Substraten 44 auf effiziente Weise aus dem SiC-Ingot 2 hergestellt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert und sämtliche Änderungen und Abwandlungen, die in den äquivalenten Schutzbereich der Ansprüche fallen, sind folglich durch die Erfindung einbezogen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2000094221 A [0003]
    • JP 2016 [0004]
    • JP 111143 A [0004]

Claims (7)

  1. SiC-Substratbearbeitungsverfahren zum Herstellen eines SiC-Substrats aus einem SiC-Ingot, wobei das Verfahren umfasst: einen Trennschichtausbildungsschritt mit einem Einstellen eines Brennpunkts eines Laserstrahls, der eine Transmissionswellenlänge für SiC aufweist, auf eine von einer oberen Fläche des SiC-Ingots aus vorbestimmte Tiefe im Inneren des SiC-Ingots und als Nächstes einem Aufbringen des Laserstrahls auf den SiC-Ingot, um dadurch eine Trennschicht zum Trennen des SiC-Substrats von dem SiC-Ingot auszubilden; nach dem Ausführen des Trennschichtausbildungsschritts einen Substratanbringschritt mit einem Anbringen eines Substrats an der oberen Fläche des SiC-Ingots; und nach dem Ausführen des Substratanbringschritts einen Trennschritt mit einem Aufbringen einer äußeren Kraft auf die Trennschicht, um dadurch das SiC-Substrat mit dem Substrat entlang der Trennschicht von dem SiC-Ingot zu trennen.
  2. SiC-Substratbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Abflachungsschritt für eine obere Fläche mit einem Abflachen der oberen Fläche des SiC-Ingots vor dem Ausführen des Trennschichtausbildungsschritts.
  3. SiC-Substratbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen Trennschichtabflachungsschritt mit einem Abflachen einer rauen Trennfläche des an dem Substrat angebrachten SiC-Substrats nach dem Ausführen des Trennschritts, wodurch die Rauheit der rauen Trennfläche entfernt wird, um eine flache Fläche des SiC-Substrats zu erhalten.
  4. SiC-Substratbearbeitungsverfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen Bauelementausbildungsschritt mit einem Ausbilden von Bauelementen an der flachen Fläche des SiC-Substrats nach dem Ausführen des Trennflächenabflachungsschritts.
  5. SiC-Substratbearbeitungsverfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: einen Substratentfernschritt mit einem Entfernen des Substrats von dem SiC-Substrat nach dem Ausführen des Bauelementausbildungsschritts, das die Bauelemente an der flachen Fläche aufweist.
  6. SiC-Substratbearbeitungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die vorbestimmte Tiefe, wo der Brennpunkt von dessen oberer Fläche aus im Inneren des SiC-Ingots bei dem Trennschichtausbildungsschritt eingestellt wird, mit der minimalen Dicke des aus dem SiC-Ingot herzustellenden SiC-Substrats korrespondiert, sodass später Bauelemente an der oberen Fläche des SiC-Substrats ausgebildet werden können.
  7. SiC-Substratbearbeitungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die vorbestimmte Tiefe von der oberen Fläche des SiC-Ingots auf 30 bis 100 µm eingestellt wird.
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