JP2019096751A - 剥離装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】剥離層を起点としてインゴットからウエーハを容易に剥離することができる剥離装置を提供する。【解決手段】剥離装置２は、生成すべきウエーハを下にしてインゴット５０を垂下した状態で保持するインゴット保持手段４と、水が貯留された水槽６と、水槽６内の水に浸漬された超音波手段８と、インゴット保持手段４を上下方向に移動させ超音波手段８に対面させると共に少なくとも生成すべきウエーハを水槽６の水に浸漬させる移動手段１０と、生成すべきウエーハに向けて水を噴射して剥離を促進させるノズル１２とから少なくとも構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、剥離層を形成したインゴットから生成すべきウエーハを剥離する剥離装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイスは、Ｓｉ（シリコン）やＡｌ２Ｏ３（サファイア）等を素材としたウエーハの表面に機能層が積層され分割予定ラインによって区画されて形成される。また、パワーデバイス、ＬＥＤ等は単結晶ＳｉＣ（炭化ケイ素）を素材としたウエーハの表面に機能層が積層され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たウエーハは、切削装置、レーザー加工装置によって分割予定ラインに加工が施されて個々のデバイスに分割され、分割された各デバイスは携帯電話やパソコン等の電気機器に利用される。
デバイスが形成されるウエーハは、一般的に円柱形状のインゴットをワイヤーソーで薄く切断することにより生成される。切断されたウエーハの表面及び裏面は、研磨することにより鏡面に仕上げられる（たとえば特許文献１参照。）。しかし、インゴットをワイヤーソーで切断し、切断したウエーハの表面及び裏面を研磨すると、インゴットの大部分（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。特に単結晶ＳｉＣインゴットにおいては、硬度が高くワイヤーソーでの切断が困難であり相当の時間を要するため生産性が悪いと共に、インゴットの単価が高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。
そこで本出願人は、単結晶ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を単結晶ＳｉＣインゴットの内部に位置づけて単結晶ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射して切断予定面に剥離層を形成し、剥離層を起点として単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハを剥離する技術を提案した（たとえば特許文献２参照。）。
特開２０００−９４２２１号公報 特開２０１６−１１１１４３号公報 特開２０１１−０６０８６２号公報
ところが、剥離層を起点としてインゴットからウエーハを剥離することが困難であり生産効率が悪いという問題がある。
また、Ｓｉ（シリコン）に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をＳｉインゴットの端面からウエーハの厚みに相当する深さに位置づけてＳｉインゴットにレーザー光線を照射して切断予定面に改質層を形成し、改質層を起点としてＳｉインゴットからウエーハを剥離する技術が提案されているが（たとえば上記特許文献３参照。）、改質層を起点としてＳｉインゴットからウエーハを剥離することが困難であり生産効率が悪いという問題がある。
上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、剥離層を起点としてインゴットからウエーハを容易に剥離することができる剥離装置を提供することである。
上記課題を解決するために本発明が提供するのは以下の剥離装置である。すなわち、透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置づけてレーザー光線を照射して剥離層を形成したインゴットから生成すべきウエーハを剥離する剥離装置であって、生成すべきウエーハを下にしてインゴットを垂下した状態で保持するインゴット保持手段と、水が貯留された水槽と、該水槽内の水に浸漬された超音波手段と、該インゴット保持手段を上下方向に移動させ該超音波手段に対面させると共に少なくとも生成すべきウエーハを該水槽内の水に浸漬させる移動手段と、生成すべきウエーハに向けて水を噴射して剥離を促進させるノズルと、から少なくとも構成される剥離装置である。
好ましくは、インゴットから剥離されたウエーハを検出する検出手段が配設される。インゴットは、ｃ軸とｃ軸に対し直交するｃ面とを有する単結晶ＳｉＣインゴットであり、剥離層は、単結晶ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を単結晶ＳｉＣインゴットの端面から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置づけて単結晶ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射してＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部と改質部からｃ面に等方的に形成されるクラックとからなる剥離層であるのが好適である。インゴットは、端面の垂線に対してｃ軸が傾きｃ面と端面とでオフ角が形成されている単結晶ＳｉＣインゴットであり、剥離層は、オフ角が形成される方向と直交する方向に改質部を連続的に形成して改質部からｃ面に等方的にクラックを生成し、オフ角が形成される方向にクラックの幅を超えない範囲で単結晶ＳｉＣインゴットと集光点とを相対的にインデックス送りしてオフ角が形成される方向と直交する方向に改質部を連続的に形成して改質部からｃ面に等方的にクラックを順次生成した剥離層であるのが好都合である。
本発明が提供する剥離装置は、生成すべきウエーハを下にしてインゴットを垂下した状態で保持するインゴット保持手段と、水が貯留された水槽と、該水槽内の水に浸漬された超音波手段と、該インゴット保持手段を上下方向に移動させ該超音波手段に対面させると共に少なくとも生成すべきウエーハを該水槽内の水に浸漬させる移動手段と、生成すべきウエーハに向けて水を噴射して剥離を促進させるノズルと、から少なくとも構成されているので、剥離層を起点としてインゴットからウエーハを容易に剥離することができる。
本発明に従って構成された剥離装置の斜視図。 図１に示す剥離装置の分解斜視図。 （ａ）インゴットの正面図、（ｂ）インゴットの平面図。 （ａ）図３に示すインゴットに剥離層が形成されている状態を示す斜視図、（ｂ）図３に示すインゴットに剥離層が形成されている状態を示す正面図。 （ａ）剥離層が形成されたインゴットの平面図、（ｂ）（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図。 インゴットに超音波が付与されていると共に生成すべきウエーハに向けて水が噴射されている状態を示す剥離装置の断面図。 インゴットからウエーハが剥離された状態を示す剥離装置の断面図。
以下、本発明に従って構成された剥離装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１及び図２において全体を符号２で示す剥離装置は、生成すべきウエーハを下にしてインゴットを垂下した状態で保持するインゴット保持手段４と、水が貯留された水槽６と、水槽６内の水に浸漬された超音波手段８と、インゴット保持手段４を上下方向に移動させ超音波手段８に対面させると共に少なくとも生成すべきウエーハを水槽６内の水に浸漬させる移動手段１０と、生成すべきウエーハに向けて水を噴射して剥離を促進させるノズル１２と、から少なくとも構成される。なお、図１及び図２では、水槽６内の水面を符号Ｓで示している。
図１及び図２を参照してインゴット保持手段４について説明する。図示の実施形態におけるインゴット保持手段４は円板状の吸着片１４を備える。吸着片１４の下面には複数の吸引孔（図示していない。）が形成され、複数の吸引孔は吸引手段（図示していない。）に接続されている。そして、インゴット保持手段４においては、吸引手段で吸着片１４の下面に吸引力を生成することにより、インゴットの端面を吸着してインゴットを垂下した状態で保持することができる。
移動手段１０について説明する。図示の実施形態では図１及び図２に示すとおり、移動手段１０は、吸着片１４の上面から上方に延びる円柱状のピストンロッド１６と、ピストンロッド１６を昇降自在に支持する円筒状のシリンダチューブ１８と、ボールねじ（図示していない。）を介してピストンロッド１６を昇降させるモータ（図示していない。）とを有する電動シリンダから構成されている。そして移動手段１０は、モータでピストンロッド１６を昇降させることによりインゴット保持手段４の吸着片１４を昇降させることができ、かつ、吸着片１４を任意の位置で停止させることができる。また、図示の実施形態では、図１及び図２に矢印Ｘで示すＸ軸方向に延びるアーム２０の一端部がシリンダチューブ１８の上端部に接続されている。アーム２０の他端部は、図１及び図２に矢印Ｙで示すＹ軸方向にアーム２０を移動させるアーム移動機構２２に接続されている。アーム移動機構２２は、案内開口２４ａが形成された直方体状の枠体２４と、枠体２４の内部においてＹ軸方向に延びるボールねじ（図示していない。）と、このボールねじの片端部に連結されたモータ２６とを有する。アーム移動機構２２のボールねじのナット部（図示していない。）はアーム２０の基端部に固定されている。そしてアーム移動機構２２は、ボールねじによりモータ２６の回転運動を直線運動に変換してアーム２０に伝達し、案内開口２４ａに沿ってアーム２０をＹ軸方向に移動させる。なお、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは直交しており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向が規定する平面は実質上水平である。
水槽６、超音波手段８及びノズル１２について説明する。図示の実施形態における水槽６は、直方体状であり、矩形状の底壁２８と、底壁２８のＹ軸方向一端部から上方に延びる前壁３０と、底壁２８のＹ軸方向他端部から上方に延びる後壁３２と、底壁２８のＸ軸方向両端部から上方に延びる一対の側壁３４とを備え、上端部が開放されている。底壁２８には円板状の超音波手段８が載置され水槽６内の水に浸漬されている。超音波手段８は、圧電セラミックス等から形成され、超音波を発振するようになっている。図２に示すとおり、前壁３０にはＸ軸方向に延びる長方形状の供給口３０ａが形成され、後壁３２には円形の排出口３２ａが形成されている。供給口３０ａにはノズル１２が装着されている。供給口３０ａから水槽６の外側に突出するノズル１２の入口１２ａは円形状に形成されている。一方、供給口３０ａから水槽６の内側に突出するノズル１２の出口１２ｂは、供給口３０ａに対応する長方形状に形成されている。図１に示すとおり、水槽６の排出口３２ａには、蛇腹状の排出ホース４２を介して、フィルター（図示していない。）を内蔵するフィルターケース４０の入口（図示していない。）が接続されている。フィルターケース４０の出口はポンプ３８の吸入口（図示していない。）に連通している。また、ポンプ３８の吐出口３８ａは供給ホース３６を介してノズル１２の入口１２ａに接続されている。そして水槽６に貯留された水は、排出口３２ａから排出ホース４２及びフィルターを通り、フィルターで濾過された水がポンプ３８の吸入口に吸い込まれるようになっている。また、ポンプ３８から吐出された水は、供給ホース３６及びノズル１２を通って水槽６に供給されるようになっている。
図示の実施形態では、底壁２８における超音波手段８よりも下流側（排出口３２ａ側）部分には、下流側に向かって上面が下方に傾斜して延びるウエーハ載置部材４４が配置されている。インゴットから剥離されたウエーハが載置されるウエーハ載置部材４４は、水槽６内の水に浸漬されている。また、ウエーハ載置部材４４の上面には、インゴットから剥離されたウエーハを検出する検出手段４６が設けられている。検出手段４６は光電センサ等から構成され得る。
図３には、剥離層が形成される前の状態におけるインゴット５０が示されている。図示のインゴット５０は、六方晶単結晶ＳｉＣから全体として円柱形状に形成されており、円形状の第一の端面５２と、第一の端面５２と反対側の円形状の第二の端面５４と、第一の端面５２及び第二の端面５４の間に位置する周面５６と、第一の端面５２から第二の端面５４に至るｃ軸（＜０００１＞方向）と、ｃ軸に直交するｃ面（｛０００１｝面）とを有する。図示のインゴット５０においては、第一の端面５２の垂線５８に対してｃ軸が傾いており、ｃ面と第一の端面５２とでオフ角α（たとえばα＝１、３、６度）が形成されている。オフ角αが形成される方向を図３に矢印Ａで示す。また、インゴット５０の周面５６には、結晶方位を示す矩形状の第一のオリエンテーションフラット６０及び第二のオリエンテーションフラット６２が形成されている。第一のオリエンテーションフラット６０は、オフ角αが形成される方向Ａに平行であり、第二のオリエンテーションフラット６２は、オフ角αが形成される方向Ａに直交している。図３（ｂ）に示すとおり、上方からみて、第二のオリエンテーションフラット６２の長さＬ２は、第一のオリエンテーションフラット６０の長さＬ１よりも短い（Ｌ２＜Ｌ１）。なお、剥離層が形成された後に上述の剥離装置２によってウエーハが剥離され得るインゴットは、上記インゴット５０に限定されず、たとえば、第一の端面の垂線に対してｃ軸が傾いておらず、ｃ面と第一の端面とのオフ角が０度である（すなわち、第一の端面の垂線とｃ軸とが一致している）単結晶ＳｉＣインゴットでもよく、あるいはＳｉ（シリコン）やＧａＮ（窒化ガリウム）等の単結晶ＳｉＣ以外の素材から形成されているインゴットでもよい。
上述の剥離装置２でインゴット５０からウエーハを剥離するには、インゴット５０に剥離層を形成する必要があるところ、剥離層形成はたとえば図４に一部を示すレーザー加工装置６４を用いて実施することができる。レーザー加工装置６４は、被加工物を保持するチャックテーブル６６と、チャックテーブル６６に保持された被加工物にパルスレーザー光線ＬＢを照射する集光器６８とを備える。上面において被加工物を吸引保持するように構成されているチャックテーブル６６は、回転手段（図示していない。）で上下方向に延びる軸線を中心として回転されると共に、ｘ軸方向移動手段（図示していない。）でｘ軸方向に進退され、ｙ軸方向移動手段（図示していない。）でｙ軸方向に進退される。集光器６８は、レーザー加工装置６４のパルスレーザー光線発振器（図示していない。）が発振したパルスレーザー光線ＬＢを集光して被加工物に照射するための集光レンズ（図示していない。）を含む。なお、ｘ軸方向は図４に矢印ｘで示す方向であり、ｙ軸方向は図４に矢印ｙで示す方向であってｘ軸方向に直交する方向である。ｘ軸方向及びｙ軸方向が規定する平面は実質上水平である。また、図１及び図２に大文字のＸ及びＹで示すＸ軸方向及びＹ軸方向と図４に小文字のｘ及びｙで示すｘ軸方向及びｙ軸方向とは、一致していてもよく相違していてもよい。
図４を参照して説明を続けると、インゴット５０に剥離層を形成する際は、まず、インゴット５０の一方の端面（図示の実施形態では第一の端面５２）を上に向けて、チャックテーブル６６の上面にインゴット５０を吸引保持させる。あるいは、インゴット５０の他方の端面（図示の実施形態では第二の端面５４）とチャックテーブル６６の上面との間に接着剤（たとえばエポキシ樹脂系接着剤）を介在させ、インゴット５０をチャックテーブル６６に固定してもよい。次いで、レーザー加工装置６４の撮像手段（図示していない。）でインゴット５０の上方からインゴット５０を撮像する。次いで、撮像手段で撮像したインゴット５０の画像に基づいて、レーザー加工装置６４のｘ軸方向移動手段、ｙ軸方向移動手段及び回転手段でチャックテーブル６６を移動及び回転させることにより、インゴット５０の向きを所定の向きに調整すると共にインゴット５０と集光器６８とのｘｙ平面における位置を調整する。インゴット５０の向きを所定の向きに調整する際は、図４（ａ）に示すとおり、第二のオリエンテーションフラット６２をｘ軸方向に整合させることによって、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向をｘ軸方向に整合させると共に、オフ角αが形成される方向Ａをｙ軸方向に整合させる。次いで、レーザー加工装置６４の集光点位置調整手段（図示していない。）で集光器６８を昇降させ、図４（ｂ）に示すとおり、インゴット５０の第一の端面５２から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに集光点ＦＰを位置づける。次いで、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に整合しているｘ軸方向にチャックテーブル６６を移動させながら、単結晶ＳｉＣに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを集光器６８からインゴット５０に照射する剥離層形成加工を行う。剥離層形成加工を行うと、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すとおり、パルスレーザー光線ＬＢの照射によりＳｉＣがＳｉ（シリコン）とＣ（炭素）とに分離し次に照射されるパルスレーザー光線ＬＢが前に形成されたＣに吸収されて連鎖的にＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部７０が、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に連続的に形成されると共に、改質部７０からｃ面に沿って等方的に延びるクラック７２が生成される。
図４及び図５を参照して説明を続けると、剥離層形成加工に続いて、オフ角αが形成される方向Ａに整合しているｙ軸方向に、集光点ＦＰに対して相対的にチャックテーブル６６をクラック７２の幅を超えない範囲で所定インデックス量Ｌｉだけインデックス送りする。そして、剥離層形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に連続的に延びる改質部７０を、オフ角αが形成される方向Ａに所定インデックス量Ｌｉの間隔をおいて複数形成すると共に、改質部７０からｃ面に沿って等方的に延びるクラック７２を順次生成して、オフ角αが形成される方向Ａにおいて隣接するクラック７２とクラック７２とが上下方向にみて重なるようにする。これによって、インゴット５０の第一の端面５２から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、複数の改質部７０およびクラック７２からなる、インゴット５０からウエーハを剥離するための強度が低下した剥離層７４を形成することができる。なお、剥離層７４の形成は、たとえば以下の加工条件で行うことができる。
パルスレーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：６０ｋＨｚ
平均出力 ：１．５Ｗ
パルス幅 ：４ｎｓ
集光点の直径 ：３μｍ
集光レンズの開口数（ＮＡ） ：０．６５
集光点の上下方向位置 ：インゴットの第一の端面から３００μｍ
送り速度 ：２００ｍｍ／ｓ
インデックス量 ：２５０〜４００μｍ
図６及び図７を参照して、上述の剥離装置２を用いて、剥離層７４が形成されたインゴット５０からウエーハを剥離する剥離方法について説明する。図示の実施形態では、まず、生成すべきウエーハを下にして（すなわち、剥離層７４に近い端面である第一の端面５２を下に向けて）、インゴット５０を垂下した状態で吸着片１４によって第二の端面５４側からインゴット５０を吸着して保持する。次いで、アーム移動機構２２でアーム２０を移動させ、水槽６内の水に浸漬された超音波手段８にインゴッ５０の第一の端面５２を対面させる。次いで、移動手段１０で吸着片１４を下降させ、インゴット５０の第一の端面５２を超音波手段８の上面から０．５〜２．０ｍｍ離間して位置に位置づけると共に、インゴット５０の少なくとも生成すべきウエーハ（図示の実施形態では第一の端面５２から剥離層７４までの部分）を水槽６内の水に浸漬させる。図示の実施形態では図６に示すとおり、剥離層７４と第二の端面５４との間に水面Ｓが位置している。次いで、超音波手段８から超音波を発振すると共に、ポンプ３８を作動させ、ノズル１２の出口１２ｂから生成すべきウエーハに向かって水を噴射する。これによって図７に示すとおり、剥離層７４を起点として生成すべきウエーハ７６をインゴット５０から剥離することができる。剥離したウエーハ７６は、ポンプ３８で生成された流れによってウエーハ載置部材４４に運ばれ載置される。そして、ウエーハ７６がウエーハ載置部材４４に載置されたことが検出手段４６によって検出される。
以上のとおり、図示の実施形態における剥離装置２は、生成すべきウエーハを下にしてインゴット５０を垂下した状態で保持するインゴット保持手段４と、水が貯留された水槽６と、水槽６内の水に浸漬された超音波手段８と、インゴット保持手段４を上下方向に移動させ超音波手段８に対面させると共に少なくとも生成すべきウエーハを水槽６内の水に浸漬させる移動手段１０と、生成すべきウエーハに向けて水を噴射して剥離を促進させるノズル１２と、から少なくとも構成されているので、剥離層７４を起点としてインゴット５０からウエーハ７６を容易に剥離することができる。
なお、図示の実施形態では、インゴット５０に剥離層７４を形成する際に、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に集光点ＦＰに対してインゴット５０を相対的に移動させ、かつインデックス送りにおいてオフ角αが形成される方向Ａに集光点ＦＰに対してインゴット５０を相対的に移動させる例を説明したが、インゴット５０と集光点ＦＰとの相対的な移動方向はオフ角αが形成される方向Ａと直交する方向でなくてもよく、また、インデックス送りにおけるインゴット５０と集光点ＦＰとの相対的な移動方向はオフ角αが形成される方向Ａでなくてもよい。
２：剥離装置
４：インゴット保持手段
６：水槽
８：超音波手段
１０：移動手段
１２：ノズル
１２ａ：ノズルの入口
１２ｂ：ノズルの出口
４６：検出手段
５０：インゴット
７０：改質部
７２：クラック
７４：剥離層
７６：ウエーハ

Claims (4)

  1. 透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置づけてレーザー光線を照射して剥離層を形成したインゴットから生成すべきウエーハを剥離する剥離装置であって、
    生成すべきウエーハを下にしてインゴットを垂下した状態で保持するインゴット保持手段と、
    水が貯留された水槽と、
    該水槽内の水に浸漬された超音波手段と、
    該インゴット保持手段を上下方向に移動させ該超音波手段に対面させると共に少なくとも生成すべきウエーハを該水槽内の水に浸漬させる移動手段と、
    生成すべきウエーハに向けて水を噴射して剥離を促進させるノズルと、
    から少なくとも構成される剥離装置。
  2. インゴットから剥離されたウエーハを検出する検出手段が配設される請求項１記載の剥離装置。
  3. インゴットは、ｃ軸とｃ軸に対し直交するｃ面とを有する単結晶ＳｉＣインゴットであり、
    剥離層は、単結晶ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を単結晶ＳｉＣインゴットの端面から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置づけて単結晶ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射してＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部と改質部からｃ面に等方的に形成されるクラックとからなる剥離層である請求項１記載の剥離装置。
  4. インゴットは、端面の垂線に対してｃ軸が傾きｃ面と端面とでオフ角が形成されている単結晶ＳｉＣインゴットであり、
    剥離層は、オフ角が形成される方向と直交する方向に改質部を連続的に形成して改質部からｃ面に等方的にクラックを生成し、オフ角が形成される方向にクラックの幅を超えない範囲で単結晶ＳｉＣインゴットと集光点とを相対的にインデックス送りしてオフ角が形成される方向と直交する方向に改質部を連続的に形成して改質部からｃ面に等方的にクラックを順次生成した剥離層である請求項３記載の剥離装置。
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