JP2022127088A - レーザー加工装置及びレーザー加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】インゴットからウエーハを切り出す際のカーフロスの低減が可能なレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供する。【解決手段】インゴットの上面に含まれる複数の領域のそれぞれに励起光が照射された際に生じる蛍光の光子数に応じて、当該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームの照射条件を設定する。ここで、蛍光の光子数はインゴットにドープされた不純物の濃度に依存する。そのため、インゴットに不純物濃度が異なる領域が含まれるような場合であってもインゴットの上面から一様な深さに剥離層を形成することができる。これにより、インゴットからウエーハを切り出す際のカーフロスを低減することが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、ウエーハを切り出すためにインゴットに剥離層を形成するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関する。
半導体デバイスのチップは、一般的に、円盤状のウエーハを用いて製造される。このウエーハは、例えば、ワイヤーソーを用いて円柱状の半導体インゴットから切り出されることによって生成される。ただし、このようにウエーハを生成すると、インゴットの大部分がカーフロス（切り代）として失われ、経済的ではないという問題がある。
さらに、パワーデバイス用の材料として用いられるＳｉＣ（炭化シリコン）単結晶は硬度が高い。そのため、ワイヤーソーを用いてＳｉＣ単結晶インゴットからウエーハを切り出す場合には、切り出しに時間がかかってしまい生産性が悪い。
これらの点に鑑み、ワイヤーソーを用いることなく、レーザービームを用いてインゴットからウエーハを切り出す方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法においては、インゴットを透過する波長のレーザービームの集光点がインゴットの内部に位置付けられるようにインゴットにレーザービームを照射する。
これにより、インゴットの内部に改質層と改質層から伸展するクラックとを含む剥離層が形成される。そして、剥離層が形成されたインゴットに超音波振動等によって外力を加えると、インゴットが剥離層において分離してウエーハが切り出される。
ところで、ＳｉＣ単結晶インゴットには、一般的に、導電性を付与するために窒素等の不純物がドープされている。ただし、ＳｉＣ単結晶インゴットにおいては、このような不純物が一様にドープされることなく、不純物濃度が異なる複数の領域が含まれることがある。
例えば、ＳｉＣ単結晶の成長過程において形成されるファセット領域と呼ばれる原子レベルで平坦な領域の不純物濃度は、その他の領域（非ファセット領域）よりも高い。そして、ファセット領域のように不純物濃度が高い領域は、非ファセット領域と比較して屈折率が高いとともにエネルギーの吸収率が高い。
そのため、上述した方法によってファセット領域を含むＳｉＣ単結晶インゴットに剥離層を形成する場合、剥離層が形成される位置（高さ）が不均一になり、カーフロスが大きくなるという問題がある。
この点に鑑み、ＳｉＣインゴットのファセット領域と非ファセット領域とを特定し、両領域に対して異なる照射条件でレーザービームを照射するレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１６－１１１１４３号公報 特開２０２０－７７７８３号公報
ファセット領域における不純物濃度は、一様にならず、その中心部と外周部とで異なることがある。このような場合には、非ファセット領域と異なる照射条件でファセット領域にレーザービームを照射しても、ファセット領域内において剥離層が形成される位置（高さ）がばらつくおそれがある。
さらに、非ファセット領域にも不純物濃度が異なる領域が含まれる場合もある。そのため、ファセット領域と非ファセット領域とに対して異なる照射条件でレーザービームを照射したとしてもカーフロスを十分に低減できないおそれがある。
この点に鑑み、本発明の目的は、インゴットからウエーハを切り出す際のカーフロスの低減が可能なレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することである。
本発明者らは、インゴットにドープされた不純物の濃度が高くなるほど、インゴットに励起光を照射することで生じる蛍光の光子数が少なくなることを見出し、本発明を完成させた。
例えば、本発明の一側面によれば、ウエーハを切り出すためにインゴットに剥離層を形成するレーザー加工装置であって、インゴットを保持する保持面を有する保持ユニットと、該インゴットの上方から所定波長の励起光を該インゴットに照射して該インゴットから生じた蛍光を検出する蛍光検出ユニットと、該インゴットを透過する波長のレーザービームの集光点を該インゴットから切り出されるウエーハの厚みに相当する該インゴットの上面からの深さに位置づけて照射し、剥離層を形成するレーザービーム照射ユニットと、該保持ユニットと該レーザービーム照射ユニットとを該保持面に平行な方向に相対的に移動させる水平移動機構と、制御ユニットと、を含み、該制御ユニットは、該保持面に平行な座標平面上の該インゴットの上面に含まれる複数の領域を示す複数の座標のそれぞれと、該複数の領域のそれぞれに該励起光が照射された際に該蛍光検出ユニットで検出される蛍光の光子数と、を紐付けて記憶する記憶部と、該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された該蛍光の光子数に応じて、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームの照射条件を設定する照射条件設定部と、を有する、レーザー加工装置が提供される。
さらに、本発明のレーザー加工装置においては、該記憶部は、該蛍光検出ユニットで検出される該蛍光の光子数に応じて、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対して設定される該レーザービームの照射条件を予め記憶し、該照射条件設定部は、該記憶部に記憶された該蛍光の光子数に対応する該レーザービームの照射条件を参照して、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対する該レーザービームの照射条件を設定することが好ましい。
また、本発明のレーザー加工装置においては、該照射条件設定部は、該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された該蛍光の光子数に応じて、レーザービームの出力、レーザービームを集光する集光レンズの高さ及びレーザービームの重なり率の少なくとも一つを変更するように該レーザービームの照射条件を設定することが好ましい。
本発明の他の側面によれば、ウエーハを切り出すためにインゴットに剥離層を形成するレーザー加工方法であって、インゴットを保持する保持ステップと、該保持ステップの後、該インゴットの上方から所定波長の励起光を照射して該インゴットから生じた蛍光を検出する蛍光検出ステップと、該インゴットの上面に含まれる複数の領域を示す複数の座標のそれぞれと、該蛍光検出ステップにおいて該複数の領域のそれぞれに該所定波長の励起光が照射された際に検出した蛍光の光子数と、を紐付けて記憶する記憶ステップと、該インゴットを透過する波長のレーザービームの集光点を該インゴットから切り出されるウエーハの厚みに相当する該インゴットの上面からの深さに位置づけて照射した状態で、該集光点と該インゴットとを相対的に移動させることで該インゴットに剥離層を形成するレーザービーム照射ステップと、を含み、該レーザービーム照射ステップでは、該記憶ステップにおいて該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された該蛍光の光子数に応じて、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームの照射条件を変更しながら、該インゴットに該剥離層を形成する、レーザー加工方法が提供される。
さらに、本発明のレーザー加工方法においては、該インゴットに対して該所定波長の励起光を照射することで該インゴットから生じる該蛍光の光子数に応じて、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対して設定される該レーザービームの照射条件を予め記憶する照射条件記憶ステップを更に含み、該レーザービーム照射ステップでは、該照射条件記憶ステップにおいて記憶された該蛍光の光子数に対応する該レーザービームの照射条件を参照して、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対する該レーザービームの照射条件を設定することが好ましい。
また、本発明のレーザー加工方法においては、該レーザービームの照射条件として、該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された該蛍光の光子数に応じて、レーザービームの出力、レーザービームを集光する集光レンズの高さ及びレーザービームの重なり率の少なくとも一つが設定されることが好ましい。
本発明においては、インゴットの上面に含まれる複数の領域のそれぞれに励起光が照射された際に生じる蛍光の光子数に応じて、当該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームの照射条件が設定される。ここで、蛍光の光子数はインゴットにドープされた不純物の濃度に依存する。
そのため、本発明においては、インゴットに不純物濃度が異なる領域が含まれるような場合であってもインゴットの上面から一様な深さに剥離層を形成することができる。これにより、インゴットからウエーハを切り出す際のカーフロスを低減することが可能となる。
図１（Ａ）は、インゴットの一例を模式的に示す正面図であり、図１（Ｂ）は、インゴットの一例を模式的に示す上面図である。 図２は、レーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。 図３は、レーザー加工装置の内部でレーザービームが進行する様子を模式的に示す図である。 図４は、蛍光検出ユニットの一例を模式的に示す図である。 図５は、制御ユニットの一例を模式的に示す機能ブロック図である。 図６は、記憶部に記憶される複数の座標の一例を模式的に示す図である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）のそれぞれは、記憶部に記憶される蛍光の光子数とレーザービームの出力との対応関係を模式的に示すグラフであり、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）のそれぞれは、記憶部に記憶される蛍光の光子数と集光レンズの高さとの対応関係を模式的に示すグラフであり、図７（Ｅ）及び図７（Ｆ）のそれぞれは、記憶部に記憶される蛍光の光子数とレーザービームの重なり率との対応関係を模式的に示すグラフである。 図８は、レーザー加工方法の一例を模式的に示すフローチャートである。 図９は、蛍光検出ステップの一例を模式的に示す斜視図である。 図１０は、レーザービーム照射ステップの一例を模式的に示す斜視図である。 図１１は、レーザー加工方法の変形例を模式的に示すフローチャートである。
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、レーザー加工装置を用いてウエーハが切り出されるインゴットの一例を模式的に示す正面図であり、図１（Ｂ）は、このインゴットの上面図である。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるインゴット１１は、例えば、概ね平行な上面（表面）１１ａ及び下面（裏面）１１ｂを有する円柱状のＳｉＣ単結晶からなる。このインゴット１１は、ＳｉＣ単結晶のｃ軸１１ｃが表面１１ａ及び裏面１１ｂの垂線１１ｄに対して僅かに傾くようにエピタキシャル成長を利用して生成される。
例えば、ｃ軸１１ｃと垂線１１ｄとがなす角（オフ角）αは、１°～６°（代表的には、４°）である。また、インゴット１１の側面には、ＳｉＣ単結晶の結晶方位を示す２つの平部、すなわち、一次オリエンテーションフラット１３及び二次オリエンテーションフラット１５が形成されている。
一次オリエンテーションフラット１３は、二次オリエンテーションフラット１５よりも長い。また、二次オリエンテーションフラット１５は、ＳｉＣ単結晶のｃ面１１ｅに平行な面と表面１１ａ又は裏面１１ｂとが交差する交差線に平行になるように形成されている。
さらに、インゴット１１には、導電性を付与するために窒素等の不純物がドープされている。また、インゴット１１には、原子レベルで平坦な領域であるファセット領域１１ｆとファセット領域１１ｆ以外の領域である非ファセット領域１１ｇとが含まれる。
そして、ファセット領域１１ｆの不純物濃度は、非ファセット領域１１ｇの不純物濃度よりも高い。なお、図１（Ｂ）においては、ファセット領域１１ｆと非ファセット領域１１ｇの境界が点線で示されているが、この境界線は、仮想線であり、実際のインゴット１１には存在しない。
なお、インゴット１１の材料は、ＳｉＣに限定されず、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム：ＬＴ）又はＧａＮ（窒化ガリウム）であってもよい。また、インゴット１１の側面には、一次オリエンテーションフラット１３及び二次オリエンテーションフラット１５の一方又は双方が設けられていなくてもよい。
図２は、レーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図２に示されるＸ軸方向及びＹ軸方向は、水平面上において互いに直交する方向であり、また、Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向（鉛直方向）である。
図２に示されるレーザー加工装置２は、各構成要素を支持する基台４を有する。基台４の上面には、水平移動機構６が配置されている。水平移動機構６は、基台４の上面に固定され、かつ、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のＹ軸ガイドレール８を有する。
一対のＹ軸ガイドレール８の上部には、一対のＹ軸ガイドレール８に沿ってスライド可能な態様でＹ軸移動プレート１０が連結されている。また、一対のＹ軸ガイドレール８の間には、Ｙ軸方向に沿って延在するねじ軸１２が配置されている。ねじ軸１２の一端部には、ねじ軸１２を回転させるためのモーター１４が連結されている。
ねじ軸１２の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸１２の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、ねじ軸１２が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＹ軸方向に沿って移動する。
また、このナット部は、Ｙ軸移動プレート１０の下面側に固定されている。そのため、モーター１４でねじ軸１２を回転させれば、ナット部とともにＹ軸移動プレート１０がＹ軸方向に沿って移動する。
Ｙ軸移動プレート１０の上面には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のＸ軸ガイドレール１６が固定されている。一対のＸ軸ガイドレール１６の上部には、一対のＸ軸ガイドレール１６に沿ってスライド可能な態様でＸ軸移動プレート１８が連結されている。
また、一対のＸ軸ガイドレール１６の間には、Ｘ軸方向に沿って延在するねじ軸２０が配置されている。ねじ軸２０の一端部には、ねじ軸２０を回転させるためのモーター２２が連結されている。
ねじ軸２０の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸２０の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、ねじ軸２０が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＸ軸方向に沿って移動する。
また、このナット部は、Ｘ軸移動プレート１８の下面側に固定されている。そのため、モーター２２でねじ軸２０を回転させれば、ナット部とともにＸ軸移動プレート１８がＸ軸方向に沿って移動する。
Ｘ軸移動プレート１８の上面側には、円柱状のテーブル基台２４が配置されている。また、テーブル基台２４の上部には、インゴット１１を保持するチャックテーブル（保持ユニット）２６が配置されている。
テーブル基台２４の下部には、モーター等の回転駆動源（不図示）が連結されている。この回転駆動源から発生する力によって、チャックテーブル２６は、Ｚ軸方向に対して概ね平行な回転軸の周りに回転する。
また、テーブル基台２４及びチャックテーブル２６は、上述した水平移動機構６によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動する。チャックテーブル２６の上面の一部は、例えば、多孔質材で形成されており、インゴット１１を保持する保持面２６ａとして機能する。
この保持面２６ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して概ね平行である。また、保持面２６ａは、チャックテーブル２６の内部に設けられた流路（不図示）等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）に接続されている。この吸引源が動作すると、保持面２６ａに負圧が生じる。これにより、例えば、保持面２６ａに裏面１１ｂ側が載置されたインゴット１１が吸引保持される。
基台４のＹ軸方向の一方側の領域上には、Ｙ軸方向に対して概ね平行な側面を有する支持構造３０が設けられている。この支持構造３０の側面には、鉛直移動機構３２が配置されている。鉛直移動機構３２は、支持構造３０の側面に固定され、かつ、Ｚ軸方向に沿って延在する一対のＺ軸ガイドレール３４を有する。
一対のＺ軸ガイドレール３４の支持構造３０から遠い側の側部には、一対のＺ軸ガイドレール３４に沿ってスライド可能な態様でＺ軸移動プレート３６が連結されている。また、一対のＺ軸ガイドレール３４の間には、Ｚ軸方向に沿って延在するねじ軸（不図示）が配置されている。このねじ軸の一端部には、ねじ軸を回転させるためのモーター３８が連結されている。
このねじ軸の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、このねじ軸が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＺ軸方向に沿って移動する。
また、このナット部は、Ｚ軸移動プレート３６の支持構造３０に近い側の側面に固定されている。そのため、モーター３８でねじ軸を回転させれば、ナット部とともにＺ軸移動プレート３６がＺ軸方向に沿って移動する。
Ｚ軸移動プレート３６の支持構造３０から遠い側の側面には、支持具４０が固定されている。支持具４０は、レーザービーム照射ユニット４２の一部を支持する。図３は、レーザー加工装置２の内部でレーザービームＬが進行する様子を模式的に示す図である。なお、図３においては、レーザービーム照射ユニット４２の構成要素の一部が機能ブロックで示されている。
図２及び図３に示されるように、レーザービーム照射ユニット４２は、例えば、基台４に固定されたレーザー発振器４４と、支持具４０に支持され、かつ、Ｙ軸方向に長い筒状のハウジング４６と、ハウジング４６の端部（Ｙ軸方向の他方側の端部）に設けられた照射ヘッド４８とを含む。
レーザー発振器４４は、例えば、レーザー発振に適したＮｄ：ＹＡＧ等のレーザー媒質を有し、インゴット１１を透過する波長（例えば、１０６４ｎｍ）のレーザービームＬを生成してハウジング４６側に出射する。なお、レーザー発振器４４で行われるレーザー発振の態様は、連続波（ＣＷ）発振及びパルス発振のいずれでもよい。
ハウジング４６は、レーザービーム照射ユニット４２を構成する光学系の一部、例えば、図３に示されるミラー４６ａ，４６ｂを収容し、レーザー発振器４４から出射されたレーザービームＬを照射ヘッド４８へと導く。
照射ヘッド４８には、レーザービーム照射ユニット４２を構成する光学系の別の一部、例えば、ミラー４８ａ及び集光レンズ４８ｂが収容されている。そして、ハウジング４６から導かれるレーザービームＬは、ミラー４８ａによってその進路が下向きに変更され、また、集光レンズ４８ｂによってチャックテーブル２６側の所定の高さに集光される。
図２に示されるように、Ｘ軸方向において照射ヘッド４８と隣接する位置には、蛍光検出ユニット５０が配置されている。図４は、蛍光検出ユニット５０の一例を模式的に示す図である。なお、図４においては、蛍光検出ユニット５０の構成要素の一部が機能ブロックで示されている。
蛍光検出ユニット５０は、励起光源５２を有する。励起光源５２は、例えば、ＧａＮ系発光素子を有し、インゴット１１に吸収される波長（例えば、３６５ｎｍ）の励起光Ａを側方のミラー５４に向けて照射する。そして、ミラー５４によって反射された励起光Ａは、下方の集光レンズ５６によって集光される。
また、蛍光検出ユニット５０は、内側に反射面５８ａを有する円環状の楕円鏡５８を有する。なお、図４においては、楕円鏡５８の断面が示されている。この反射面５８ａは、鉛直方向に延在する長軸と水平方向に延在する短軸とを有する楕円５８ｂを、当該長軸を中心に回転させた回転楕円体の曲面の一部に相当する。
楕円鏡５８は、２つの焦点Ｆ１，Ｆ２を有し、その一方（例えば、焦点Ｆ１）から生じた光を他方（例えば、焦点Ｆ２）に集光する。なお、集光レンズ５６は、その焦点が焦点Ｆ１に概ね一致するように設計される。すなわち、励起光Ａは、焦点Ｆ１に集光される。
また、蛍光検出ユニット５０は、受光部６０を有する。受光部６０は、例えば、波長が９００ｎｍ以下である光を受光すると、この光の光子数を示す電気信号を出力する光電子増倍管等を有する。あるいは、受光部６０は、波長が１２００ｎｍ又は１５００ｎｍ以下である光を受光すると、この光の光子数を示す電気信号を出力する光電子増倍管等を有してもよい。なお、受光部６０は、受光面６０ａの中心が楕円鏡５８の焦点Ｆ２と一致するように設けられる。
また、蛍光検出ユニット５０においては、焦点Ｆ１で生じ、かつ、楕円鏡５８によって反射された光がフィルタ６２を通って焦点Ｆ２に向かう。すなわち、フィルタ６２は、楕円鏡５８の焦点Ｆ１と焦点Ｆ２との間の光路に設けられている。フィルタ６２は、例えば、７５０ｎｍ以上の波長の光を透過させ、かつ、７５０ｎｍ未満の波長の光を遮断するＩＲフィルタを有する。
なお、蛍光検出ユニット５０は、レーザービーム照射ユニット４２のハウジング４６に固定されている。そのため、鉛直移動機構３２が動作すると、レーザービーム照射ユニット４２のハウジング４６及び照射ヘッド４８並びに蛍光検出ユニット５０がＺ軸方向に移動する。
さらに、基台４の上部は、各構成要素を収容するカバー（不図示）によって覆われている。このカバーの一面には、図２に示されるように、タッチパネル６４が配置されている。タッチパネル６４は、例えば、静電容量方式のタッチセンサ又は抵抗膜方式のタッチセンサ等の入力装置と、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置とによって構成される。
上述したレーザー加工装置２の構成要素のそれぞれの動作は、レーザー加工装置２に内蔵される制御ユニットによって制御される。図５は、このような制御ユニットの一例を模式的に示す機能ブロック図である。図５に示される制御ユニット６６は、例えば、各構成要素を動作させるための各種の信号を生成する処理部６８と、処理部において用いられる各種の情報（データ及びプログラム等）を記憶する記憶部７０とを有する。
処理部６８の機能は、記憶部７０に記憶されたプログラムを読みだして実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって具現される。また、記憶部７０の機能は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の半導体メモリと、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶装置との少なくとも一つによって具現される。
処理部６８は、チャックテーブル２６の保持面２６ａに裏面１１ｂ側が吸引保持されたインゴット１１に対してレーザービーム照射ユニット４２から照射されるレーザービームＬの照射条件を設定する照射条件設定部７２を有する。例えば、照射条件設定部７２は、保持面２６ａに平行な座標平面上のインゴット１１の表面１１ａに含まれる複数の領域を示す複数の座標のいずれかに焦点Ｆ１が一致した状態で励起光源５２から励起光Ａを照射させる。
この時、蛍光検出ユニット５０の受光部６０は、焦点Ｆ１において生じる蛍光Ｂを受光して、その光子数を示す電気信号を生成する。そして、照射条件設定部７２は、焦点Ｆ１と一致する座標と、この座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの領域に励起光Ａが照射された際に蛍光検出ユニット５０で検出される蛍光Ｂの光子数と、を紐付けて記憶部７０に記憶させる。
同様に、照射条件設定部７２は、複数の座標の残りのそれぞれに焦点Ｆ１を一致させた状態で、励起光源５２から励起光Ａを照射させる。その結果、蛍光Ｂの光子数を示す電気信号が複数の座標の残数と同じ数だけ生成される。そして、照射条件設定部７２は、複数の座標の残りのそれぞれと、複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域の残りのそれぞれに励起光Ａが照射された際に蛍光検出ユニット５０で検出される蛍光Ｂの光子数と、を紐付けて記憶部７０に記憶させる。
図６は、記憶部７０に記憶される複数の座標の一例を模式的に示す図である。また、表１は、当該複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域のそれぞれに励起光Ａが照射された際に蛍光検出ユニット５０で検出される蛍光Ｂの光子数（ｃｏｕｎｔ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ：ｃｐｓ）の一例を模式的に示す表である。
Figure 2022127088000002
すなわち、記憶部７０においては、例えば、６つの座標（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ１）、（ｘ３，ｙ１）、（ｘ４，ｙ１）、（ｘ５，ｙ１）、（ｘ６，ｙ１）と、６つの光子数（５０００ｃｐｓ）、（５０００ｃｐｓ）、（４０００ｃｐｓ）、（２５００ｃｐｓ）、（１０００ｃｐｓ）、（３０００ｃｐｓ）と、がそれぞれ紐付けられて記憶される。
さらに、記憶部７０には、蛍光検出ユニット５０で検出される蛍光Ｂの光子数に応じて、複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域のそれぞれに対して設定されるレーザービームの照射条件が予め記憶されている。そして、照射条件設定部７２は、記憶部７０から蛍光Ｂの光子数に対応するレーザービームＬの照射条件を参照して、複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域のそれぞれに対するレーザービームＬの照射条件を設定する。
ここで、記憶部７０に記憶される蛍光Ｂの光子数に応じて、複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域のそれぞれに対して設定されるレーザービームＬの照射条件について説明する。まず、インゴット１１に励起光Ａを照射することで生じる蛍光Ｂの光子数は、インゴット１１にドープされた不純物（窒素等）の濃度が高くなるほど少なくなる。そして、インゴット１１の不純物濃度が高い領域ほど屈折率が高いとともにエネルギーの吸収率が高い。
そのため、不純物濃度が異なる領域が存在するインゴット１１に対して同一の照射条件で、インゴット１１を透過する波長のレーザービームＬを表面１１ａ側から照射すると、不純物濃度が高い領域ほど表面１１ａから深い位置に剥離層が形成される。換言すると、レーザービームＬの集光点は、不純物濃度が高い領域ほど表面１１ａから深くなる。
したがって、不純物濃度が異なる領域が存在するインゴット１１において表面１１ａからの深さが一様な剥離層を形成するためには、レーザービームＬの照射条件を不純物濃度に応じて設定することが必要となる。
このように設定されるレーザービームＬの照射条件としては、レーザービームＬの出力及びレーザービームＬを集光する集光レンズ４８ｂの高さ等が挙げられる。さらに、レーザービームＬがパルスレーザービームである場合（レーザー発振器４４がパルス発振を行う場合）には、レーザービームＬの重なり率がレーザービームＬの照射条件に含まれてもよい。
例えば、照射条件設定部７２は、蛍光Ｂの光子数が多くなるほどレーザービームＬの出力が線形に（図７（Ａ）参照）又は段階的に（図７（Ｂ）参照）低くなるようにレーザービームＬの照射条件を設定する。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）のそれぞれは、記憶部７０に記憶される蛍光Ｂの光子数とレーザービームＬの出力との対応関係を模式的に示すグラフである。この場合、不純物濃度が異なる領域が存在するインゴット１１に形成される剥離層の表面１１ａからの深さのばらつきを低減することができる。
また、照射条件設定部７２は、蛍光検出ユニット５０で検出される蛍光Ｂの光子数が多くなるほどレーザービームＬを集光する集光レンズ４８ｂの位置（高さ）が線形に（図７（Ｃ）参照）又は段階的に（図７（Ｄ）参照）高くなるようにレーザービームＬの照射条件を設定してもよい。なお、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）のそれぞれは、記憶部７０に記憶される蛍光Ｂの光子数と集光レンズ４８ｂの高さとの対応関係を模式的に示すグラフである。この場合、不純物濃度が異なる領域が存在するインゴット１１に形成される剥離層の表面１１ａからの深さのばらつきを低減することができる。
また、照射条件設定部７２は、蛍光検出ユニット５０で検出される蛍光Ｂの光子数が多くなるほどパルスレーザービームであるレーザービームＬの重なり率が線形に（図７（Ｅ）参照）又は段階的に（図７（Ｆ）参照）低くなるようにレーザービームＬの照射条件を設定してもよい。なお、図７（Ｅ）及び図７（Ｆ）のそれぞれは、記憶部７０に記憶される蛍光Ｂの光子数とレーザービームＬの重なり率との対応関係を模式的に示すグラフである。この場合、不純物濃度が異なる領域が存在するインゴット１１に形成される剥離層の表面１１ａからの深さのばらつきを低減することができる。
レーザー加工装置２においては、インゴット１１の上面（表面）１１ａに含まれる複数の領域のそれぞれに励起光Ａが照射された際に生じる蛍光Ｂの光子数に応じて、当該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームＬの照射条件を設定することができる。ここで、蛍光Ｂの光子数はインゴット１１にドープされた不純物の濃度に依存する。
そのため、レーザー加工装置２においては、インゴット１１に不純物濃度が異なる領域が含まれるような場合であってもインゴット１１の上面（表面）１１ａから一様な深さに剥離層を形成することができる。これにより、インゴット１１からウエーハを切り出す際のカーフロスを低減することが可能となる。
図８は、ウエーハを切り出すためにインゴット１１に剥離層を形成するレーザー加工方法の一例を模式的に示すフローチャートである。この方法においては、まず、インゴット１１を保持する（保持ステップ：Ｓ１）。
例えば、インゴット１１の表面１１ａが上を向くようにインゴット１１をチャックテーブル２６の保持面２６ａに載置する。そして、保持面２６ａに接続されている吸引源を動作させる。これにより、保持面２６ａに裏面１１ｂ側が載置されたインゴット１１が吸引保持される。
次いで、インゴット１１の上方から所定波長（例えば、３６５ｎｍ）の励起光Ａを照射してインゴット１１から生じた蛍光Ｂを検出する（蛍光検出ステップ：Ｓ２）。図９は、蛍光検出ステップ（Ｓ２）の一例を模式的に示す斜視図である。
蛍光検出ステップ（Ｓ２）においては、蛍光検出ユニット５０の楕円鏡５８の焦点Ｆ１、すなわち、励起光Ａの集光点の高さをインゴット１１の表面１１ａに合わせた状態で励起光Ａをインゴット１１に照射する。この時、保持面２６ａに平行な座標平面上の複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域に励起光Ａが照射されるように、励起光Ａの集光点とインゴット１１とを水平方向に相対的に移動させる。
例えば、まず、インゴット１１の表面１１ａの外周近傍の座標によって示される領域に励起光Ａを照射する。そして、インゴット１１に励起光Ａを照射しながら、チャックテーブル２６が回転するように回転駆動源を動作させ、かつ、保持面２６ａの中心が励起光Ａの集光点に徐々に近づくようにＹ軸方向に沿って延在するねじ軸１２に連結されたモーター１４を動作させる。
これにより、図９に点線で示される螺旋状の軌跡で蛍光検出ユニット５０から励起光Ａがインゴット１１に照射される。そして、インゴット１１の表面１１ａに含まれる複数の領域のそれぞれから生じる蛍光Ｂを蛍光検出ユニット５０の受光部６０が検出する。なお、励起光Ａの照射は、チャックテーブル２６が回転するように回転駆動源を動作させ、かつ、Ｘ軸方向に沿って延在するねじ軸２０に連結されたモーター２２を動作させながら行われてもよい。
次いで、複数の座標と蛍光Ｂの光子数とを紐付けて記憶する（記憶ステップ：Ｓ３）。具体的には、インゴット１１の表面１１ａに含まれる複数の領域を示す複数の座標のそれぞれと、蛍光検出ステップ（Ｓ２）において複数の領域のそれぞれに励起光Ａが照射された際に検出した蛍光Ｂの光子数と、を紐付けて制御ユニット６６の記憶部７０が記憶する。
次いで、蛍光Ｂの光子数に応じて複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域に対するレーザービームＬの照射条件を変更しながらレーザービームＬをインゴット１１に照射して剥離層を形成する（レーザービーム照射ステップ：Ｓ４）。図１０は、レーザービーム照射ステップ（Ｓ４）の一例を模式的に示す斜視図である。
レーザービーム照射ステップ（Ｓ４）においては、インゴット１１を透過する波長（例えば、１０６４ｎｍ）のレーザービームＬの集光点をインゴット１１の表面１１ａから切り出されるウエーハの厚みに相当する深さに位置づけて照射する。
例えば、まず、インゴット１１の表面１１ａのＸ軸方向における一端にレーザービームＬを照射する。そして、インゴット１１にレーザービームＬを照射しながら、チャックテーブル２６をＸ軸方向に沿って移動させてインゴット１１の表面１１ａのＸ軸方向における他端にレーザービームＬの集光点が至るまで水平移動機構６に含まれるモーター２２を動作させる。
さらに、チャックテーブル２６をＹ軸方向に沿って移動させるように水平移動機構６に含まれるモーター１４を動作させた後、同様の操作を繰り返す。これにより、図１０に点線で示される複数の直線状の軌跡で照射ヘッド４８からレーザービームＬがインゴット１１に照射される。その結果、インゴット１１に剥離層が形成される。
ここで、レーザービームＬの照射は、蛍光検出ステップ（Ｓ２）において記憶部７０に記憶された複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域を通るように行われる。また、当該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームＬの照射条件は、当該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された蛍光Ｂの光子数に応じて設定される。すなわち、レーザービームＬの照射は、記憶ステップ（Ｓ３）において複数の座標のそれぞれと紐付けて記憶された蛍光Ｂの光子数に応じて条件が変更されながら実施される。
図８に示されるレーザー加工方法においては、インゴット１１の上面（表面）１１ａに含まれる複数の領域のそれぞれに励起光Ａが照射された際に生じる蛍光Ｂの光子数に応じて、当該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームＬの照射条件を設定する。ここで、蛍光Ｂの光子数はインゴット１１にドープされた不純物の濃度に依存する。
そのため、この方法においては、インゴット１１に不純物濃度が異なる領域が含まれるような場合であってもインゴット１１の上面（表面）１１ａから一様な深さに剥離層を形成することができる。これにより、インゴット１１からウエーハを切り出す際のカーフロスを低減することが可能となる。
なお、図８に示されるレーザー加工方法は本発明の一態様であって、本発明のレーザー加工方法は図８に示される方法に限定されない。例えば、本発明のレーザー加工方法においては、保持ステップ（Ｓ１）に先立って、蛍光Ｂの光子数に応じて複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域のそれぞれに設定されるレーザービームＬの照射条件が記憶部７０に予め記憶されてもよい（図１１参照）。
換言すると、本発明のレーザー加工方法は、蛍光Ｂの光子数に応じて、複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域のそれぞれに対して設定されるレーザービームＬの照射条件を予め記憶する照射条件記憶ステップ（Ｓ５）を更に含んでもよい。この場合、レーザービーム照射ステップ（Ｓ４）では、照射条件記憶ステップ（Ｓ５）において記憶された蛍光Ｂの光子数に対応するレーザービームＬの照射条件を参照して、複数の座標によって示されるインゴット１１の表面１１ａの複数の領域のそれぞれに対するレーザービームＬの照射条件を設定する。
その他、上述した実施形態にかかる構造及び方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
１１ ：インゴット
（１１ａ：上面（表面）、１１ｂ：下面（裏面）、１１ｃ：ｃ軸）
（１１ｄ：垂線、１１ｅ：ｃ面）
（１１ｆ：ファセット領域、１１ｇ：非ファセット領域）
１３ ：一次オリエンテーションフラット
１５ ：二次オリエンテーションフラット
２ ：レーザー加工装置
４ ：基台
６ ：水平移動機構
８ ：Ｙ軸ガイドレール
１０ ：Ｙ軸移動プレート
１２ ：ねじ軸
１４ ：モーター
１６ ：Ｘ軸ガイドレール
１８ ：Ｘ軸移動プレート
２０ ：ねじ軸
２２ ：モーター
２４ ：テーブル基台
２６ ：チャックテーブル（保持ユニット）（２６ａ：保持面）
３０ ：支持構造
３２ ：鉛直移動機構
３４ ：Ｚ軸ガイドレール
３６ ：Ｚ軸移動プレート
３８ ：モーター
４０ ：支持具
４２ ：レーザービーム照射ユニット
４４ ：レーザー発振器
４６ ：ハウジング（４６ａ，４６ｂ：ミラー）
４８ ：照射ヘッド（４８ａ：ミラー、４８ｂ：集光レンズ）
５０ ：蛍光検出ユニット
５２ ：励起光源
５４ ：ミラー
５６ ：集光レンズ
５８ ：楕円鏡（５８ａ：反射面、５８ｂ：楕円）
６０ ：受光部（６０ａ：受光面）
６２ ：フィルタ
６４ ：タッチパネル
６６ ：制御ユニット
６８ ：処理部
７０ ：記憶部
７２ ：照射条件設定部

Claims (6)

  1. ウエーハを切り出すためにインゴットに剥離層を形成するレーザー加工装置であって、
    インゴットを保持する保持面を有する保持ユニットと、
    該インゴットの上方から所定波長の励起光を該インゴットに照射して該インゴットから生じた蛍光を検出する蛍光検出ユニットと、
    該インゴットを透過する波長のレーザービームの集光点を該インゴットから切り出されるウエーハの厚みに相当する該インゴットの上面からの深さに位置づけて照射し、剥離層を形成するレーザービーム照射ユニットと、
    該保持ユニットと該レーザービーム照射ユニットとを該保持面に平行な方向に相対的に移動させる水平移動機構と、
    制御ユニットと、を含み、
    該制御ユニットは、
    該保持面に平行な座標平面上の該インゴットの上面に含まれる複数の領域を示す複数の座標のそれぞれと、該複数の領域のそれぞれに該励起光が照射された際に該蛍光検出ユニットで検出される蛍光の光子数と、を紐付けて記憶する記憶部と、
    該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された該蛍光の光子数に応じて、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームの照射条件を設定する照射条件設定部と、を有することを特徴とする、レーザー加工装置。
  2. 該記憶部は、該蛍光検出ユニットで検出される該蛍光の光子数に応じて、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対して設定される該レーザービームの照射条件を予め記憶し、
    該照射条件設定部は、該記憶部に記憶された該蛍光の光子数に対応する該レーザービームの照射条件を参照して、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対する該レーザービームの照射条件を設定することを特徴とする、請求項１に記載のレーザー加工装置。
  3. 該照射条件設定部は、
    該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された該蛍光の光子数に応じて、レーザービームの出力、レーザービームを集光する集光レンズの高さ及びレーザービームの重なり率の少なくとも一つを変更するように該レーザービームの照射条件を設定することを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザー加工装置。
  4. ウエーハを切り出すためにインゴットに剥離層を形成するレーザー加工方法であって、
    インゴットを保持する保持ステップと、
    該保持ステップの後、該インゴットの上方から所定波長の励起光を照射して該インゴットから生じた蛍光を検出する蛍光検出ステップと、
    該インゴットの上面に含まれる複数の領域を示す複数の座標のそれぞれと、該蛍光検出ステップにおいて該複数の領域のそれぞれに該所定波長の励起光が照射された際に検出した蛍光の光子数と、を紐付けて記憶する記憶ステップと、
    該インゴットを透過する波長のレーザービームの集光点を該インゴットから切り出されるウエーハの厚みに相当する該インゴットの上面からの深さに位置づけて照射した状態で、該集光点と該インゴットとを相対的に移動させることで該インゴットに剥離層を形成するレーザービーム照射ステップと、を含み、
    該レーザービーム照射ステップでは、
    該記憶ステップにおいて該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された該蛍光の光子数に応じて、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対するレーザービームの照射条件を変更しながら、該インゴットに該剥離層を形成することを特徴とする、レーザー加工方法。
  5. 該インゴットに対して該所定波長の励起光を照射することで該インゴットから生じる該蛍光の光子数に応じて、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対して設定される該レーザービームの照射条件を予め記憶する照射条件記憶ステップを更に含み、
    該レーザービーム照射ステップでは、該照射条件記憶ステップにおいて記憶された該蛍光の光子数に対応する該レーザービームの照射条件を参照して、該複数の座標によって示される該複数の領域のそれぞれに対する該レーザービームの照射条件を設定することを特徴とする、請求項４に記載のレーザー加工方法。
  6. 該レーザービームの照射条件として、該複数の座標のそれぞれに紐付けて記憶された該蛍光の光子数に応じて、レーザービームの出力、レーザービームを集光する集光レンズの高さ及びレーザービームの重なり率の少なくとも一つが設定されることを特徴とする、請求項４または５に記載のレーザー加工方法。
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