JP2021034680A - レーザースライシング装置及びそれを用いたスライシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材料歩留りが向上し、基板の分断面の品質に優れたレーザースライシング方法及びそれに適したレーザースライシング装置及びスライシング方法を提供する。【解決手段】単結晶化合物半導体のスライシング方法は、原材料の水平面に対してオフ角（α）からなる結晶面のオフ角（α）の形成方向に沿って且つ、所定の焦点深さに整合させつつ、レーザー光線を進行照射し、オフ角（α）面に沿ってヘキ開亀裂を生成させる。さらに、このヘキ開亀裂が繋がるように外力あるいは再度レーザー光線を照射することで、基板を所定の厚さに分断する。【選択図】図１

Description

本発明は、結晶系の化合物半導体のレーザー光線を用いたスライシング方法及びその装置に関する。

ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、バンドギャップが３．２６ｅＶとシリコンに比べて約３倍広く、またシリコンに対して熱伝導率は約３倍、絶縁破壊電圧は約１０倍という特性を有するため、パワー半導体素子として優れている。
ＳｉＣの結晶系には、立方晶，六方晶，菱面体晶が知られているが、半導体素子として使用されているものは、４Ｈ−ＳｉＣ，６Ｈ−ＳｉＣ等の六方晶及び１５Ｒ−ＳｉＣの菱面体晶である。
また、六方晶系であるＧａＮ（窒化ガリウム）等の化合物半導体等も新たな半導体素子として開発されている。
しかし、これらの化合物半導体は難削材であり、インゴットから各種サイズのウェハを製造するのが難しい技術的課題がある。

シリコンウェハの場合には、現在ワイヤソーを用いて切削によりインゴットからウェハをスライシング加工する方法が主流であるが、ＳｉＣ，ＧａＮ等の難削材の場合には次のような問題がある。
ＳｉＣウェハのインゴット長さは、現在２０〜３０ｍｍ程度が限界で有るが、マルチワイヤソーによるスライシング加工ではワイヤー径の切断ロス、加工ひずみによるソリや加工変質層からくるカーフロスがウェハ１枚当たり３００〜５００μｍ発生し、厚さ７５０μｍのウェハを１つのインゴットからは２８枚程度しか得られない。
一方、レーザーによるスライシングではカーフロスが１００μｍ程度で抑えられる。

例えば特許文献１には、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線を用いてウェハを生成する方法を開示する。
特許文献１の公報によれば、図３及び図４の説明として六方晶のＳｉＣ単結晶インゴットに対して、次のようにレーザー光線を照射する方法が記載されている。
六方晶単結晶ＳｉＣには、＜０００１＞方向のｃ軸に直交するｃ面（｛０００１｝面）を有し、このｃ面は数度のオフ角（α）からなる。
同公報には、オフ角（α）が４°の場合を例にとり、そのオフ角（α）が形成される方向をＡとすると、レーザー光線はこれとは直交するＸ方向に焦光点を移動しながら照射するものとなっている。
このような照射方法では、同公報図４に示すように焦光点の移動方向とは直交する方向にヘキ開クラックが発生してしまうことになる。
これでは、分断後の基板面が粗く、仕上げに工数がかかるのみならず、次にインゴットに照射する際には、その焦点深さを調整するためにインゴットの表面を平面研削しなければならない問題もある。

特開２０１８−３７４３２号公報

本発明は、材料歩留りが向上し、基板の分断面の品質に優れたレーザースライシング方法及びそれに適したレーザースライシング装置の提供を目的とする。

本発明に係るスライシング方法は、単結晶化合物半導体のスライシング方法であって、原材料の水平面に対してオフ角（α）からなる結晶面の前記オフ角（α）の形成方向に沿って且つ、所定の焦点深さに整合させつつ、レーザー光線を進行照射することを特徴とする。

ここでスライシングとは、例えばインゴット等の原材料から所定の厚さ及び大きさのウェハを分断し製造する方法をいい、従来のワイヤソーによる切断の替わりにレーザー光線を用いて分断することで、ウェハとなる基板をインゴットから分断する方法である。

レーザー光線には、単結晶化合物半導体を透過する波長域があり、そのような波長のレーザー光線を用いてインゴット等の原材料の表面に向けて照射するとともに、所定の深さに焦点を絞ることで、レーザー光線の照射熱で分断となる亀裂起点を生成することができる。

単結晶のＳｉＣ，ＧａＮ等は、ＳｉとＣとが１対１，ＧａとＮとが１対１の割合の結晶構造を有している。
例えばＳｉＣにあっては、インゴットの製造過程にて起因して、Ｓｉ面に２〜８°程度のオフ角（α）を有する。
本発明は、レーザー光線の照射にて、このＳｉ面に沿って分断させるのが分断しやすく、分断面の粗さが小さいことに着目したものである。
ＳｉＣには、立方晶，六方晶，菱面体晶が存在し、Ｓｉ面に着目すると立方晶では４５°の方位面、六方晶では６０°方位面にもヘキ開亀裂面を有する。

そこで、本発明に係るスライシング方法は、単結晶化合物半導体はＳｉＣであり、オフ角（α）のＳｉ面のオフ角の形成方向又は、前記Ｓｉ面に対して４５°又は６０°のヘキ開方向に沿って且つ、所定の焦点深さに整合させつつ、レーザー光線を進行照射するものであってもよい。

上記のようなスライシング方法に適した本発明に係るスライシング装置は、レーザー光線の焦点位置とワークとの相対的なＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向の制御手段又は／及び旋回制御手段と、単結晶化合物半導体のオフ角（α）の形成方向の検出手段と、前記オフ角（α）の形成方向又は所定の方位面に沿って前記レーザー光線を進行させる進行方向制御手段と、前記レーザー光線照射後の基板の剥離手段とを備えたことを特徴とする。

インゴット等の原材料の表面が平面研削されていて、終端Ｓｉ面にオフ角（α）を有する。
そこで、本発明に係るスライシング方法は、レーザー光線を照射する焦点をオフ角（α）を有するＳｉ面を検知しながら、原材料の表面から所定の深さになるように制御する必要がある。
また、レーザー光線をオフ角（α）の形成方向に沿って進行制御させる必要がある。
そこで、本発明に係るレーザースライシング装置にあっては、オフ角（α）の形成方向を検出手段にて検出し、分断する分断面に合せて、レーザー光線の焦点位置をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に少なくとも三次元制御可能にしたものである。
また、ＳｉＣのＳｉの方位面を考慮して、４５°又は６０°の方向にレーザー光線の焦点を進行制御してもよい。
さらには、ワークを旋回制御しながらレーザー光線を照射してもよい。

本発明に係るスライシング方法は、結晶面のオフ角（α）形成方向にレーザー光線を進行照射することで、オフ角（α）面に沿ってヘキ開亀裂を生成させることができるので、その後にこのヘキ開亀裂が繋がるように外力あるいは再度、レーザー光線を照射することで、所定の厚さのウェハに分断することができる。
これにより、特許文献１よりも分断面の粗さが小さくなり、材料歩留り率が向上し、基板の分断面の品質も向上する。

レーザー光線の照射によりヘキ開亀裂基点を生成する方法を模式的に示す。 分断面の生成方法を模式的に示す。 ６０°の方位に照射する例を示す。 分断面の写真例を示す。 亀裂断面の写真例を示す。 レーザー光線を６０°に走査させた例を示す。

以下図に基づいて、本発明に係るスライシング方法の実施例を説明する。
六方晶ＳｉＣインゴットには、オフ角（α）の形成方向を示すために、オリエンテーションフラットが設けられているので、それらの情報を参考にしてレーザースライシング装置にインゴットを装着する。
レーザー光線は、その照射手段と光線の絞り制御手段を有する。
インゴットを所定の厚さに分断するために、焦点のＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向の少なくとも三次元方向の制御手段を有する。

図１には、オフ角（α）からなる六方晶の結晶面（Ｓｉ面）を円として模式的に表現した。
レーザー光線の焦点１が分断するウェハ（基板）の厚さに合せて、インゴットの表面からの深さが制御されている。
レーザー光線は、所定間隔毎にドット照射しながら矢印の方向に進行させる。
インゴットの縦断面を図２に模式的に示す。
レーザー光線の焦点１を中心にオフ角（α）面に沿って、複数のヘキ開亀裂１ａが生成される。
この隣り同士のヘキ開亀裂１ａが繋がるように外力を加えるか、レーザー光線を再照射することで、図２に示すように分断部４が生成され、全体として分断面が形成されることで、所定の厚さの基板がスライシングされる。

このようにして、分断された基板の表面の写真を図４に示し、ヘキ開亀裂が生成された断面写真を図５に示す。
分断面の粗さが小さく、分断品質が良好であった。

本発明に係るスライシング方向は、図３に示すように結晶の方位角に合せて、レーザー光線を進行させてもよい。
図６に６０°の方向にレーザ走査させた例を示す。
この場合にも分断面の品質が良好であった。

１ 焦点
１ａ ヘキ開亀裂
２ オフ角（α）
３ Ｓｉ面
４ 分断面
５ 方位角

Claims (3)

1. 単結晶化合物半導体のスライシング方法であって、
   原材料の水平面に対してオフ角（α）からなる結晶面の前記オフ角（α）の形成方向に沿って且つ、所定の焦点深さに整合させつつ、レーザー光線を進行照射することを特徴とするスライシング方法。
2. 前記単結晶化合物半導体はＳｉＣであり、オフ角（α）のＳｉ面のオフ角の形成方向又は、前記Ｓｉ面に対して４５°又は６０°のヘキ開方向に沿って且つ、所定の焦点深さに整合させつつ、レーザー光線を進行照射することを特徴とする請求項１記載のスライシング方法。
3. レーザー光線の焦点位置とワークとの相対的なＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向の制御手段又は／及び旋回制御手段と、
   単結晶化合物半導体のオフ角（α）の形成方向の検出手段と、
   前記オフ角（α）の形成方向又は所定の方位面に沿って前記レーザー光線を進行させる進行方向制御手段と、
   前記レーザー光線照射後の基板の剥離手段とを備えたことを特徴とする単結晶化合物半導体のレーザースライシング装置。