JP2014154661A

JP2014154661A - 窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体ウェハのマーキング方法

Info

Publication number: JP2014154661A
Application number: JP2013022115A
Authority: JP
Inventors: Hidesato Nemoto; 秀聖根本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】レーザマークの良好な視認性を確保し、かつ、レーザマークを起点とした割れやクラックの発生を効果的に防止することが可能な窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体ウェハのマーキング方法を提供する。
【解決手段】表面、裏面、もしくは端面部にレーザマーク２をマーキングした窒化物半導体ウェハであって、レーザマーク２が、ＳＥＭＩ規格に準拠したダブルドットによって形成される数字、英文字、もしくは記号を整列配置してなり、数字、英文字、もしくは記号の１文字あたりの最大高さが、０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下であり、レーザマーク２を構成するドットの最大深さが、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、かつ、ウェハ厚さに対して２７％以下であるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザマークを有する窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体ウェハのマーキング方法に関するものである。

近年、高寿命青色レーザや高輝度青色ＬＥＤ、高特性電子デバイス向けに使用される窒化物半導体ウェハ（窒化物半導体基板）として、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法等により成長された低転位の自立型窒化ガリウムウェハ（窒化ガリウム基板）が製造されている。

自立型窒化ガリウムウェハでは、ＳｉウェハやＧａＡｓウェハ等と同様に、トレーサビリティ管理を容易に行うことができるように、ウェハ表面や裏面、内部、端面部などに、文字や記号よりなるマーク（識別符号）を、レーザ光を用いて刻印（マーキング）している。レーザ光を用いてマーキングされるマークをレーザマークという。

特許文献１では、窒化ガリウム基板へレーザマーキングするレーザ光の波長を４００ｎｍ以下または５０００ｎｍ以上に規定する点が記載されている。

特許文献２では、窒化ガリウム基板へレーザマーキングする基板面をラップ面とし、その面粗さやレーザ光の波長、マーキングする文字の形状をライン状にすることなどを規定する点が記載されている。

また、特許文献３では、窒化ガリウム基板へレーザマーキングするレーザ光の波長を４５０ｎｍから１１００ｎｍまでに規定し、レーザ光のレーザ出力、レーザ波長、加工周波数、および加工速度の関係を規定する点が記載されている。

特開２００３−２０９０３２号公報特開２００８−１８１９７２号公報特開２００９−２９５７６７号公報

しかしながら、上述の特許文献１〜３では、レーザマーキング後の窒化物半導体ウェハの取扱いが十分に考慮されておらず、レーザマークの視認性を確保するために深くマーキングすることが多く、落下や衝突、振動などの衝撃を加えることによりレーザマークを起点とした割れやクラックが発生したりするおそれがあった。

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、レーザマークの良好な視認性を確保し、かつ、レーザマークを起点とした割れやクラックの発生を効果的に防止することが可能な窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体ウェハのマーキング方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、表面、裏面、もしくは端面部にレーザマークをマーキングした窒化物半導体ウェハであって、前記レーザマークが、ＳＥＭＩ規格に準拠したダブルドットによって形成される数字、英文字、もしくは記号を整列配置してなり、前記数字、英文字、もしくは記号の１文字あたりの最大高さが、０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下であり、前記レーザマークを構成するドットの最大深さが、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、かつ、ウェハ厚さに対して２７％以下である窒化物半導体ウェハである。

前記レーザマークをマーキングした窒化ガリウムウェハからなってもよい。

また、本発明は、表面、裏面、もしくは端面部にレーザマークをマーキングする窒化物半導体ウェハのマーキング方法であって、ＳＥＭＩ規格に準拠したダブルドットによって形成される数字、英文字、もしくは記号を整列配置してなり、前記数字、英文字、もしくは記号の１文字あたりの最大高さを０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とし、前記レーザマークを構成するドットの最大深さを１０μｍ以上１００μｍ以下とし、かつ、ウェハ厚さに対して２７％以下として前記レーザマークを形成する窒化物半導体ウェハのマーキング方法である。

本発明によれば、レーザマークの良好な視認性を確保し、かつ、レーザマークを起点とした割れやクラックの発生を効果的に防止することが可能な窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体ウェハのマーキング方法を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体ウェハを裏面から見た平面図およびそのレーザマークの刻印部分の拡大図である。本発明の実施例１の窒化物半導体ウェハにおけるレーザマークの刻印部分の顕微鏡写真である。本発明の比較例２の窒化物半導体ウェハにおけるレーザマークの刻印部分の顕微鏡写真である。本発明の比較例６の窒化物半導体ウェハにおけるレーザマークの刻印部分の顕微鏡写真である。本発明の比較例１１の窒化物半導体ウェハにおけるレーザマークの刻印部分の顕微鏡写真である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体ウェハを裏面から見た平面図およびそのレーザマークの刻印部分の拡大図である。

図１に示すように、窒化物半導体ウェハ１は、表面（デバイス作製面）、裏面（デバイス作製面と反対側の面）、もしくは端面部にレーザマーク２をマーキングしたものである。図１では、一例として裏面Ｒにレーザマーク２をマーキングする場合を示しているが、レーザマーク２をマークする面や位置等は特に限定されるものではない。

本実施の形態では、窒化物半導体ウェハ１として、低転位の自立型窒化ガリウムウェハ（窒化ガリウム基板）を用いる。低転位の自立型窒化ガリウムウェハは、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法やＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法などを用いて作製することができる。

また、窒化ガリウムウェハとしては、円筒研削機や面取機などを用いて、必要に応じて外形加工、ＯＦ（オリエンテーションフラット）加工、ＩＦ（インデックスフラット）加工、面取加工を行ったものを用いるとよく、さらに、平坦な面を得るために、必要に応じて研削加工（グラインディング）、ラップ加工（ラッピング）、エッチング加工、研磨加工（ポリッシング）などの平坦化加工を行ったものを用いるとよい。なお、平坦化加工後にＯＦ加工、ＩＦ加工、面取加工等を行うなど、加工の手順は適宜変更可能である。

なお、研削加工とは、ダイヤモンドのカップホイール砥石を用いて、窒化ガリウムウェハと砥石とを擦り合わせて削る工程であり、ラップ加工とは、錫や銅などの比較的柔らかい定盤を用い、定盤の最上部に一定の周期を持たせた溝を作製し、そこへダイヤモンド砥粒を分散させたラップ材を埋込み、その上へ窒化ガリウムウェハを擦り合わせて磨く工程である。研磨加工は、不織布や発泡ポリウレタン、または硬質ウレタンなどの研磨布を硬い定盤に貼り、そこへコロイダルシリカなどを含む強酸もしくは強アルカリ性の研磨剤を流しながら、窒化ガリウムウェハを研磨布に擦り合わせてミラー面に磨き上げる工程である。

レーザマーク２は、ドットマトリクスにより形成されている。本実施の形態に係る窒化物半導体ウェハ１では、レーザマーク２が、ＳＥＭＩ規格に準拠したダブルドット（ダブルドットマトリクス）によって形成される数字、英文字、もしくは記号（以下、文字等という）からなる。ＳＥＭＩ規格（ＳＥＭＩ−ＯＣＲフォント）のダブルドットは、最大縦１０個、横１８個のドットマトリクスにより文字等を表現するものであり、文字等を構成する線分が２列（または３列）のドット３により表されるようになっている。なお、レーザマーク２は、文字として数字や英文字等を含み、記号として各種符号やバーコード等を含む。

レーザマーク２の文字等をドットマトリクスで形成することにより、レーザマーク２の文字等をライン状に形成する場合と比較して、レーザ光を照射した際にウェハに導入される歪量を大幅に抑えることが可能になる。レーザマーク２の文字等をライン状に形成した場合、歪量が多い領域が直線状に連続してウェハに導入されることとなり、直線状の深いキズやスクラッチと同様にレーザマーク２を起点に割れやクラックが発生し易くなる。

また、レーザマーク２の文字等をＳＥＭＩ規格に準じたダブルドットで形成することにより、縦５個、横９個のドットマトリクスで表されるシングルドット（シングルドットマトリクス）で形成した場合と比較して、視認性を格段に向上させることが可能になる。シングルドットで形成したレーザマーク２の視認性を良好に保つためには、レーザマークの深さを１００μｍより大きくする必要があり、ウェハが割れ易くなってしまうと共にレーザマーキング時間も長くなる。

レーザマーク２は、複数の文字等を横方向（または縦方向）に整列配置してなる。本実施の形態では、複数の文字等の１文字あたりの最大高さ（以下、文字等の最大高さという）ｈを、０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とすることが好ましい。ここで、文字等の最大高さｈとは、図１に示すように、１文字の最上辺を構成するダブルドットの上下ドット間の中心を通る架空線ａと、最下辺を構成するダブルドットの上下ドット間の中心を通る架空線ｂの距離と定義する。また、文字等の１文字あたりの横幅の大きさｗは、最大高さｈの１／２であることが好ましい。なお、横幅の大きさｗは、最大高さｈと同様に、左右の辺を構成するダブルドットの左右ドット間中心を通るそれぞれの架空線間の距離と定義することができる。

これは、文字等の最大高さｈが０．７ｍｍ未満であると、文字等の大きさが小さくなることにより内容識別が困難となり、結果的に視認性が悪くなってしまい、文字等の最大高さｈが１．３ｍｍより大きくなると、ドット３の間隔が広くなり文字等が存在することを認識し難くなり、視認性が悪化してしまうためである。視認性をより向上させるためには、レーザマーク２の文字等の最大高さｈを０．９５ｍｍ以上１．０５ｍｍ以下とすることがより望ましい。

また、本実施の形態では、レーザマーク２を構成するドット３の最大深さ（マーキング最大深さ）を、１０μｍ以上１００μｍ以下とした。これは、レーザマーク２を構成するドット３の最大深さを１０μｍ未満とすると、レーザマーク２の良好な視認性が得られず、１００μｍより大きいとウェハが割れ易くなってしまうためである。視認性をより高めウェハの割れをより効果的に抑制するためには、レーザマーク２を構成するドット３の最大深さを４０μｍ以上６０μｍ以下とすることがより好ましい。なお、ウェハ厚さによっては、ドット３の最大深さが１００μｍに近くなると割れ易くなる場合もあるため、レーザマーク２を構成するドットの最大深さは、ウェハ厚さに対して２７％以下とする。

レーザマーク２をマーキングする際には、まず、平坦化加工および外径・外周加工を施した窒化ガリウムウェハを、レーザマーキングする面（ここでは裏面Ｒ）を上面にして、レーザマーキング装置のステージに搭載する。

その後、レーザマーキング装置を操作して、レーザマーク２のフォント（ここではＳＥＭＩ規格に準じたダブルドット）を選択し、レーザマーク２のマーキング深さ（レーザマーク２の文字等を構成するドット３の最大深さ）を、周波数、電流値、重ね打ち回数により調整して設定する（なお、従来のようにレーザマークをライン状とする場合には、深さをマーキングスピードを調整して設定することになる）。文字等の最大高さｈは、レーザマーキング装置に数値を入力することにより設定可能である。

レーザマーキングの条件を設定した後、窒化ガリウムウェハの所定の面（所望の部位）にレーザマーキングを行う。そして、レーザマーキング終了後に、ステージから窒化ガリウムウェハを取り外す。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体ウェハを得ることができる。

なお、レーザマーキングの条件としては、周波数２０ｋＨｚのレーザ光を使用する場合、重ね打ち回数を３回とすることが好ましく、これにより、ドット３の深さを増し、ドット３の（溝の）断面形状もＶ字状からＵ字状に近づいて、視認性をより向上させることが可能になる。なお、重ね打ち回数は特に規定されるものではないが、１０回を超えて重ね打ちした場合、ドット３の深さが深くなりすぎ、ウェハが割れ易くなる。

以上説明したように、本実施の形態に係る窒化物半導体ウェハ１では、レーザマーク２が、ＳＥＭＩ規格に準拠したダブルドットによって形成される数字、英文字、もしくは記号を整列配置してなり、数字、英文字、もしくは記号の１文字あたりの最大高さを０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とし、レーザマーク２を構成するドット３の最大深さを１０μｍ以上１００μｍ以下とし、かつ、ウェハ厚さに対して２７％以下としている。

これにより、レーザマーク２の視認性を向上させ、かつ、取扱い時の落下や衝突、振動などの外部衝撃を加えても、レーザマーク２を起点とした割れやクラック等の発生を格段に抑制することが可能となる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

表面をミラー面、裏面Ｒをラップエッチ面を有する窒化ガリウムウェハの裏面にレーザマーキングを行い、実施例１〜９の窒化物半導体ウェハ１を作製した。

まず、レーザマーキング装置のステージに裏面が上面になるように窒化ガリウムウェハをセットし、ＯＦ部により位置合わせを行った。その後、レーザマーキングの条件として、レーザマーク２の文字等にＳＥＭＩ規格に準じたダブルドットのフォントを選定し、ドット３の最大深さが１５、５０、９０μｍ程度になるように、電流値を１８．５Ａ、周波数を２０ｋＨｚ、重ね打ち回数を１、３、１０回に設定し、文字等の最大高さｈが１．０ｍｍになるように設定して、レーザマーキングを実施した。

さらに、比較のために、実施例１〜９と同様の窒化ガリウムウェハに対して下記のようにレーザマーキングを実施し、比較例１〜１４の窒化物半導体ウェハを作製した。

比較例１〜３では、電流値１８．５Ａ、周波数５ｋＨｚ、マーキングスピード１、２、１０ｍｍ／ｓとしてライン状のレーザマークを形成した。

比較例４〜６では、電流値１８．５Ａ、周波数２０ｋＨｚ、重ね打ち回数１０回として、ＳＥＭＩ規格に準拠したシングルドットとなるようにフォントを選定してレーザマークを形成した。

比較例７〜１４では、ＳＥＭＩ規格に準拠したダブルドットとなるようにフォントを選定してレーザマークを形成した。

比較例７では、電流値１８．５Ａ、周波数５ｋＨｚ、重ね打ち回数１回として、レーザマークのドットの最大深さが１０μｍ未満の８μｍとなるように調整した。比較例１４では、電流値１８．５Ａ、周波数２０ｋＨｚ、重ね打ち回数１２回として、ドットの最大深さが１００μｍより大きく１０５μｍとなるように調整した。

比較例８〜１１では、電流値１８．５Ａ、周波数２０ｋＨｚ、重ね打ち回数３回または１０回とし、文字等の最大高さｈを０．７ｍｍ未満の０．４ｍｍ、あるいは１．３ｍｍより大きい１．８ｍｍとして、レーザマーキングを実施した。

比較例１２、１３では、電流値１８．５Ａ、周波数２０ｋＨｚ、重ね打ち回数１０回とし、ドットの最大深さがウェハ厚さに対して２７％より大きい２９％、２８％となるように調整して、レーザマーキングを実施した。

作製した実施例１〜９および比較例１〜１４の窒化物半導体ウェハのレーザマークのドットの最大深さを測定すると共に、レーザマークの視認性、および外部衝撃を加えた際の割れやクラックの発生状況を評価した。

視認性の評価は、照度１０００〜２０００ルクスの蛍光灯下で、窒化物半導体ウェハから１０〜３０ｃｍ離れた位置で目視にて確認し、レーザマークを識別できるかどうかで評価した。レーザマークが問題なく識別できれば「○」、識別にやや難がある場合は「△」、識別できなければ「×」とした。

外部衝撃後の状況の評価は、評価対象となる窒化物半導体ウェハを３枚用意し、各窒化物半導体ウェハをウェハトレイに収納した状態で、高さ３０ｃｍの位置から床と水平に自然落下させ、３枚中何枚割れが発生したかを評価した。割れが発生しない場合を「○」、１枚でも割れが発生した場合を「×」とした。

また、総合判定として、視認性と外部衝撃の評価結果がどちらも「○」である場合を「○」、どちらか一方が「○」で他方が「△」である場合を「△」、どちらか一方の評価が「×」である場合を「×」とした。

表１に、実施例１〜９および比較例１〜１４それぞれのレーザマーキングの条件、および視認性、外部衝撃後の状況の評価結果をまとめて示す。また、実施例１、比較例２、比較例６、比較例１１のレーザマーク周辺の顕微鏡写真を図２〜５にそれぞれ示す。

表１および図２に示すように、マーキングタイプをダブルドットとし、ドット３の最大深さを１０μｍより大きく１００μｍ以下とし、かつ、文字等の最大高さｈを０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とした実施例１〜９では、視認性が良好で外部衝撃後も割れ等が発生せず、総合判定で良好な結果が得られた。

これに対して、表１および図３に示すように、マーキングタイプをライン状とした比較例１〜３では、視認性は良好であるものの、外部衝撃によりレーザマークを起点とした割れが発生した。

また、表１および図４に示すように、マーキングタイプをシングルドットとした比較例４〜６では、良好な視認性が得られなかった。

さらに、マーキングタイプをダブルドットとした場合であっても、ドットの最大深さを１０μｍ未満とした比較例７では良好な視認性が得られず、ドットの最大深さを１００μｍより大きくした比較例１４では外部衝撃によりレーザマークを起点とした割れが発生した。

さらにまた、マーキングタイプをダブルドットとし、ドットの最大深さを１０μｍ以上１００μｍ以下とした場合であっても、文字等の最大高さｈを０．７ｍｍ未満とした比較例８、１０では文字が小さすぎて良好な視認性が得られず、文字等の最大高さを１．３ｍｍより大きくした比較例９、１１では、図５に示されるとおり、ドットの最大深さは十分であっても、ドットの間隔が広くなり良好な視認性は得られなかった。

また、マーキングタイプをダブルドットとし、ドットの最大深さを１０μｍ以上１００μｍ以下とし、かつ、文字等の最大高さｈを０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とした場合であっても、ドットの最大深さをウェハ厚さに対して２７％より大きくした比較例１２、１３では、外部衝撃によりレーザマークを起点とした割れが発生した。

１窒化物半導体ウェハ
２レーザマーク
３ドット

Claims

表面、裏面、もしくは端面部にレーザマークをマーキングした窒化物半導体ウェハであって、
前記レーザマークが、ＳＥＭＩ規格に準拠したダブルドットによって形成される数字、英文字、もしくは記号を整列配置してなり、
前記数字、英文字、もしくは記号の１文字あたりの最大高さが、０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下であり、
前記レーザマークを構成するドットの最大深さが、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、かつ、ウェハ厚さに対して２７％以下である
ことを特徴とする窒化物半導体ウェハ。
前記レーザマークをマーキングした窒化ガリウムウェハからなる
請求項１記載の窒化物半導体ウェハ。
表面、裏面、もしくは端面部にレーザマークをマーキングする窒化物半導体ウェハのマーキング方法であって、
ＳＥＭＩ規格に準拠したダブルドットによって形成される数字、英文字、もしくは記号を整列配置してなり、
前記数字、英文字、もしくは記号の１文字あたりの最大高さを０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とし、
前記レーザマークを構成するドットの最大深さを１０μｍ以上１００μｍ以下とし、かつ、ウェハ厚さに対して２７％以下として前記レーザマークを形成する
ことを特徴とする窒化物半導体ウェハのマーキング方法。