JP2015032771A - Method of manufacturing wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶インゴットを分離してウェーハを製造するウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to a wafer manufacturing method for manufacturing a wafer by separating a single crystal ingot.
シリコン、SiC(炭化珪素)、GaN(窒化ガリウム)等の単結晶からなる半導体ウェーハは、単結晶インゴットからワイヤーソーやバンドソーを用いて切り出され、表裏面が研磨されて製造される。ところで、半導体ウェーハの製造分野では、結晶軸にオフセットをもたせた半導体ウェーハ(以下、「オフセットウェハ」と称する)がデバイス製造工程から要求される場合がある。 A semiconductor wafer made of a single crystal such as silicon, SiC (silicon carbide), or GaN (gallium nitride) is cut from a single crystal ingot using a wire saw or a band saw, and the front and back surfaces are polished. By the way, in the semiconductor wafer manufacturing field, there are cases where a semiconductor wafer having a crystal axis offset (hereinafter referred to as “offset wafer”) is required from the device manufacturing process.
このような場合には、X線回折法等を用いてインゴットの結晶軸を検出し、この結晶軸に対して所定角度傾斜した(オフセットした)分離面方向を設定し、ワイヤーソーやバンドソーでインゴットを分離面方向と平行にスライスして半導体ウェーハを切り出し、表裏面を研磨して半導体ウェーハを製造していた。 In such a case, the crystal axis of the ingot is detected using an X-ray diffraction method or the like, the separation plane direction tilted (offset) by a predetermined angle with respect to the crystal axis is set, and the wire is ingot with a wire saw or a band saw. The semiconductor wafer was cut out by slicing in parallel with the separation surface direction, and the front and back surfaces were polished to manufacture the semiconductor wafer.
しかし、ワイヤーソーやバンドソーによる切り出しでは、少なくともワイヤーやバンドの幅分の切り屑が発生し、取り代の無駄が多いという問題がある。また、ワイヤーソーやバンドソーの切り出しでは、1mm以下と薄く切り出すことが難しいため、必要以上に厚く切り出されたウェーハは、後に研削によって所望厚みに薄化されるため、研削屑として無駄が生じている。 However, when cutting with a wire saw or a band saw, there is a problem in that chips corresponding to at least the width of the wire or band are generated, and there is a lot of waste in the machining allowance. Moreover, since it is difficult to cut a wire saw or a band saw as thin as 1 mm or less, a wafer cut out to be thicker than necessary is thinned to a desired thickness by grinding later, resulting in waste as grinding waste. .
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、インゴットから切り出し時の除去量を抑え得るウェーハの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a wafer manufacturing method capable of suppressing the amount of removal at the time of cutting out from an ingot.
本発明によると、インゴットを分離してウェーハを製造するウェーハの製造方法であって、インゴットの結晶軸を検出して該結晶軸に対して所定角度傾斜した分離面方向を設定する結晶軸検出ステップと、該結晶軸検出ステップを実施した後、インゴットの上面を該分離面方向と平行に平坦化する平坦化ステップと、該平坦化ステップを実施した後、レーザビームの集光点をインゴットの内部に位置付けて平坦化されたインゴットの該上面からレーザビームを照射して、該分離面方向に沿った改質面をインゴット内部に形成する改質面形成ステップと、該改質面形成ステップを実施した後、該改質面を境界にインゴットの上面側を分離してウェーハを製造する剥離ステップと、を備えたことを特徴とするウェーハの製造方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a wafer manufacturing method for manufacturing a wafer by separating an ingot, wherein a crystal axis detection step of detecting a crystal axis of the ingot and setting a separation plane direction inclined by a predetermined angle with respect to the crystal axis And after performing the crystal axis detection step, a flattening step for flattening the upper surface of the ingot parallel to the direction of the separation surface, and after performing the flattening step, the focal point of the laser beam is set inside the ingot. A modified surface forming step for forming a modified surface along the separation surface direction inside the ingot by irradiating a laser beam from the upper surface of the ingot that is positioned and flattened, and the modified surface forming step are performed. And a peeling step of manufacturing the wafer by separating the upper surface side of the ingot with the modified surface as a boundary. A method for manufacturing a wafer is provided.
好ましくは、ウェーハの製造方法は、前記結晶軸検出ステップを実施した後、前記平坦化ステップを実施する前に、インゴットの該上面の背面である下面を研削して該分離面方向に平行な基準面を形成する基準面形成ステップを更に備え、該平坦化ステップと該改質面形成ステップは、インゴットの該基準面側を保持手段で保持した状態で実施される。 Preferably, in the method of manufacturing a wafer, after performing the crystal axis detection step and before performing the planarization step, the lower surface, which is the back surface of the upper surface of an ingot, is ground to be parallel to the separation surface direction. A reference surface forming step for forming a surface is further provided, and the flattening step and the modified surface forming step are performed in a state where the reference surface side of the ingot is held by a holding means.
好ましくは、ウェーハの製造方法は、前記剥離ステップを実施した後、該剥離ステップで分離されて製造されたウェーハの該改質面側を研削又は研磨してウェーハに残存する該改質面を除去する除去ステップを更に備えている。 Preferably, in the wafer manufacturing method, after the peeling step is performed, the modified surface side of the wafer separated and manufactured in the peeling step is ground or polished to remove the modified surface remaining on the wafer. And a removal step.
更に、本発明のウェーハの製造方法によると、前記剥離ステップを実施した後、インゴットの該改質面側を上面として前記平坦化ステップと、前記改質面形成ステップと、前記剥離ステップとを繰り返して実施する。 Furthermore, according to the method for manufacturing a wafer of the present invention, after performing the peeling step, the planarizing step, the modified surface forming step, and the peeling step are repeated with the modified surface side of the ingot as an upper surface. To implement.
本発明のウェーハの製造方法によると、インゴットにレーザビームを照射して改質面を形成し、改質面を境にインゴットの一部を剥離してウェーハを製造するため、インゴットからウェーハを製造する際の除去量を従来に比べて大幅に抑えられる。また、所望厚みのウェーハを製造できるため、ウェーハを厚く切り出した後に薄化するという無駄を抑えることが可能である。 According to the method of manufacturing a wafer of the present invention, a wafer is manufactured from an ingot because a modified surface is formed by irradiating the ingot with a laser beam, and a part of the ingot is peeled off at the modified surface as a boundary. The amount of removal during the process can be greatly reduced compared to the conventional method. In addition, since a wafer having a desired thickness can be manufactured, it is possible to suppress the waste of thinning the wafer after it is cut out thickly.
従来のウェーハの製造方法では、インゴットから切り出したウェーハにはワイヤーソーに起因した反りやうねりが発生し、これらの反りやうねりによって最終製品の反りやナノトポグラフィーを悪化させることがあった。 In the conventional wafer manufacturing method, warpage or undulation caused by a wire saw occurs in a wafer cut out from an ingot, and the warpage or nanotopography of the final product may be deteriorated by these warpage or undulation.
本発明では、ウェーハの切り出しにワイヤーソーを使用することがないため、最終製品の反りやナノトポグラフィー(PV値(Peak−Valley差)が例えば0.1〜0.2μm以下と極めて浅いうねり)を改善できる。 In the present invention, since a wire saw is not used to cut out a wafer, warping of the final product and nanotopography (PV value (Peak-Valley difference) is, for example, a very shallow wave of 0.1 to 0.2 μm or less) Can be improved.
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、シリコンインゴット等の単結晶インゴット10の斜視図が示されている。本実施形態のインゴット10は、結晶軸14が中心軸12に対してオフセットしたインゴットであり、中心軸12に対して垂直な上面10a及び下面10bを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, a perspective view of a
本実施形態のウェーハの製造方法では、例えば特開2009−58531号公報に開示されたようなX線回折を利用してインゴット10の結晶軸14を検出する。図1では、中心軸12に対して傾斜した鉛直方向の結晶軸14のみ図示してあるが、実際には鉛直方向の結晶軸方位14と水平方向の結晶軸方位とをそれぞれ検出する。
In the wafer manufacturing method of the present embodiment, the
そして、検出された鉛直方向の結晶軸14と水平方向の結晶軸をもとに分離面方向16を設定する。例えば、垂直方向の結晶軸14に対して所定角度θ傾斜した面を分離面方向16として設定する。
Then, a
この所定角度θは90°を含んでおり、この場合には、分離面方向16は結晶軸14に対して垂直である。代替実施形態として、図示してない水平方向の結晶軸に対して所定角度傾斜した面を分離面方向16として設定しても良い。以下の説明では、分離面方向16は結晶軸14に対して垂直であるものとして説明する。
The predetermined angle θ includes 90 °. In this case, the
結晶軸検出ステップを実施した後、インゴット10の上面10aの背面である下面10bを研削して、分離面方向16と平行な基準面を形成する基準面形成ステップを実施する。
After performing the crystal axis detection step, a reference surface forming step is performed in which the
この基準面形成ステップでは、まず、図2(A)に示すように、研削装置の保持手段(チャックテーブル)18でインゴット10の上面10aを吸引保持して下面10bを露出させる。次いで、図2(B)に示すように、インゴット10の結晶軸14が鉛直となるように保持手段18を傾け、研削ユニット20でインゴット10の下面10bを研削する。
In this reference surface forming step, first, as shown in FIG. 2A, the
図2(B)において、研削ユニット20は回転駆動されるスピンドル22と、スピンドル22の先端に固定されたホイールマウント24と、ホイールマウント24に着脱可能に装着された研削ホイール26とを含んでいる。研削ホイール26は、環状基台28と、環状基台28の下面外周に固着された複数の研削砥石30とから構成される。
2B, the
基準面形成ステップでは、保持手段18を矢印a方向に例えば300rpmで回転させるとともに、研削ホイール26を矢印b方向に例えば6000rpmで回転させながら研削砥石30をインゴット10の下面10bに接触させて所定の研削送り速度で下面10bを研削して、図2(C)に示すように、基準面10cを形成する。この基準面10cは分離面方向16と平行である。
In the reference surface forming step, the
基準面形成ステップ実施後、インゴット10の上面10aを分離面方向16と平行に平坦化する平坦化ステップを実施する。この平坦化ステップでは、図3に示すように、インゴット10の基準面10cを保持手段18で吸引保持し、インゴット10の上面10aを露出させる。
After performing the reference surface forming step, a flattening step for flattening the
そして、保持手段18を矢印a方向に例えば300rpmで回転させるとともに、研削ホイール26を例えば6000rmpで回転させながら研削砥石30をインゴット10の上面10aに接触させて所定の研削送り速度で上面10aを研削する。研削終了後の上面10aは基準面10cと平行、即ち分離面方向16と平行となる。平坦化ステップ終了後のインゴット10の縦断面は図4に示すように平行四辺形となる。
Then, the
上述した実施形態では、平坦化ステップを研削により実施しているが、平坦化ステップは研磨で実施しても良いし、研削と研磨を組み合わせて実施しても良い。この平坦化ステップでは、平坦化された面を後述する改質面形成ステップでレーザビームが透過し易い粗さに仕上げるのが好ましい。 In the above-described embodiment, the planarization step is performed by grinding. However, the planarization step may be performed by polishing, or may be performed by combining grinding and polishing. In this flattening step, it is preferable to finish the flattened surface to a roughness that allows easy transmission of the laser beam in the modified surface forming step described later.
平坦化ステップを実施した後、図4に示すように、レーザビーム照射ヘッド34から照射されるレーザビーム35の集光点Pをインゴット10の内部に位置付けるとともに、平坦化されたインゴット10の上面10aに向けてレーザビームを照射して、インゴット10の内部に分離面方向16に沿った改質面を形成する改質面形成ステップを実施する。
After performing the flattening step, as shown in FIG. 4, the condensing point P of the
この改質面形成ステップでは、インゴット10を保持したレーザ加工装置の保持手段(チャックテーブル)32を矢印A方向に回転させつつ、レーザビーム照射手段34を保持手段32の保持面と平行方向に、例えば矢印B方向に相対移動させて改質面を形成する。
In this modified surface forming step, the laser beam irradiation means 34 is moved in the direction parallel to the holding surface of the holding means 32 while rotating the holding means (chuck table) 32 of the laser processing apparatus holding the
改質面はインゴット10の横断面全面に形成する必要があるため、レーザビームは例えば特開2011−79044号に開示されているようなマルチスポットを利用するのが好ましい。図5を参照すると、改質面36形成後の保持手段32に保持されたインゴット10の側面図が示されている。
Since the modified surface needs to be formed on the entire cross section of the
改質面形成ステップで照射するレーザビーム35は、インゴット10に対して透過性を有する波長(例えば1064nm)が好ましい。波長1064nmのレーザビームは、YAGレーザまたはYVO4レーザの基本波である。
The
改質面形成ステップを実施した後、図6に示すように、剥離手段38でインゴット10の上面10a側を吸着保持して、改質面36を境界にインゴット10の上面側を分離してウェーハ40を製造する剥離ステップを実施する。
After performing the modified surface forming step, as shown in FIG. 6, the
改質面36は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。例えば、溶融再硬化領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等を含みこれらの領域が混在した領域も含むものであり、周囲に比較して強度が相当弱くなっているため、剥離手段38で容易に剥離可能である。
The modified
剥離ステップを実施した後、剥離ステップで分離され製造されたウェーハ40の改質面36側を研削又は研磨してウェーハ40に残存する改質面36を除去する除去ステップを実施する。この除去ステップでは、図7に示すように、例えば研削装置の保持手段(チャックテーブル)18でウェーハ40の上面10a側を吸引保持して改質面36を露出させる。
After performing the peeling step, a removing step is performed in which the modified
保持手段18を矢印a方向に例えば300rpmで回転させるとともに、研削ホイール26の研削砥石30をウェーハ40の改質面36に当接して、研削ホイール26を矢印B方向に例えば6000rpmで回転させて研削ホイール26を下方に研削送りすることにより、改質面36を研削してウェーハ40から除去する。
The holding means 18 is rotated in the direction of arrow a at, for example, 300 rpm, the grinding
インゴットの状態で基準面10cと平行に平坦化された面であるウェーハの上面10a側を吸引保持して研削するため、ウェーハの上面及び下面はインゴットの基準面10c、即ち分離面方向16と平行に形成される。
Since the
研削に替えて、研磨パッドを使用した研磨により改質面36を研磨して除去するようにしても良い。あるいは、除去ステップは、研削、研磨、エッチングの何れか又はこれらの組合せにより実施するようにしても良い。
Instead of grinding, the modified
剥離ステップを実施した後、図8(A)に示すように、インゴット10の改質面36を上面として改質面36を研削して除去しインゴット10の上面を平坦化する平坦化ステップを実施し、次いで、図8(B)に示すように、インゴット10の上面10a側からレーザビーム35を照射してインゴット10内部に改質面を形成する改質面形成ステップを実施し、次いで、図8(C)に示すように、改質面36を境界にインゴット10の上面を分離してウェーハ40を製造する剥離ステップを実施する。
After performing the peeling step, as shown in FIG. 8A, a planarization step is performed in which the modified
図8(A)〜図8(C)に示す平坦化ステップ、改質面形成ステップ、剥離ステップを次々と繰り返してインゴット10から複数枚のウェーハ40を製造する。
A plurality of
10 単結晶インゴット
10a 上面
10b 下面
10c 基準面
12 中心軸
14 結晶軸
16 分離面方向
26 研削ホイール
34 レーザビーム照射ヘッド
35 レーザビーム
36 改質面
38 剥離手段
40 ウェーハ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
インゴットの結晶軸を検出して該結晶軸に対して所定角度傾斜した分離面方向を設定する結晶軸検出ステップと、
該結晶軸検出ステップを実施した後、インゴットの上面を該分離面方向と平行に平坦化する平坦化ステップと、
該平坦化ステップを実施した後、レーザビームの集光点をインゴットの内部に位置付けて平坦化されたインゴットの該上面からレーザビームを照射して、該分離面方向に沿った改質面をインゴット内部に形成する改質面形成ステップと、
該改質面形成ステップを実施した後、該改質面を境界にインゴットの上面側を分離してウェーハを製造する剥離ステップと、
を備えたことを特徴とするウェーハの製造方法。 A wafer manufacturing method for manufacturing a wafer by separating an ingot,
A crystal axis detection step of detecting a crystal axis of the ingot and setting a separation plane direction inclined by a predetermined angle with respect to the crystal axis;
After performing the crystal axis detection step, flattening step of flattening the upper surface of the ingot parallel to the direction of the separation surface;
After performing the flattening step, the laser beam is irradiated from the top surface of the flattened ingot with the focal point of the laser beam positioned inside the ingot, and the modified surface along the separation surface direction is ingot. A modified surface forming step formed inside;
After performing the modified surface forming step, a separation step of manufacturing a wafer by separating the upper surface side of the ingot with the modified surface as a boundary;
A method for producing a wafer, comprising:
該平坦化ステップと該改質面形成ステップは、インゴットの該基準面側を保持手段で保持した状態で実施される、請求項1記載のウェーハの製造方法。 After performing the crystal axis detecting step and before performing the flattening step, a reference surface forming step of grinding a lower surface which is the back surface of the upper surface of the ingot to form a reference surface parallel to the separation surface direction. In addition,
The method for manufacturing a wafer according to claim 1, wherein the planarizing step and the modified surface forming step are performed in a state where the reference surface side of the ingot is held by a holding unit.
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