JP2023116216A - ウエーハの生成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】クラック層に沿ってインゴットからウエーハを剥離する際に、未熟なクラック層によってウエーハの剥離が妨げられることのないウエーハの生成方法を提供する。【解決手段】ウエーハの生成方法は、インゴット６２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インゴット６２の端面から生成すべきウエーハの厚みに相当する領域に位置づけてレーザー光線をインゴット６２に照射しクラック層７６を形成するクラック層形成工程と、クラック層７６の延長線上に切削ブレード３０を位置づけてクラック層７６に連なる切削溝８０をインゴット６２の外周に形成する切削溝形成工程と、インゴット６２の端面に超音波を付与してクラック層７６に沿って生成すべきウエーハを剥離する剥離工程と、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、インゴットからウエーハを生成するウエーハの生成方法に関する。
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、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の六方晶単結晶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チップに分割され、分割された各デバイスチップ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。生成されたウエーハの表面および裏面は、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およ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、ＳｉＣ、ＧａＮ等の六方晶単結晶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、インゴット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インゴットの内部に位置づけてインゴットにレーザー光線を照射して切断予定面にクラック層を形成し、クラック層が形成された切断予定面に沿って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（たとえば特許文献２参照）。
特開２０００－９４２２１号公報 特開２０１３－４９１６１号公報
しかし、クラック層の延長線上にあたるインゴットの外周では、レーザー光線が屈折もしくは乱反射し、または蹴られて、クラック層が未熟に形成されてしまう場合がある。このような場合には、インゴットからウエーハを剥離する際に、未熟なクラック層によってウエーハの剥離が妨げられ、ウエーハが破損するおそれがある。
本発明の課題は、クラック層に沿ってインゴットからウエーハを剥離する際に、未熟なクラック層によってウエーハの剥離が妨げられることのないウエーハの生成方法を提供することである。
本発明によれば、上記課題を解決する以下のウエーハの生成方法が提供される。すなわち、
「インゴットからウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、
インゴット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領域に位置づけてレーザー光線をインゴットに照射しクラック層を形成するクラック層形成工程と、
該クラック層の延長線上に切削ブレードを位置づけて該クラック層に連なる切削溝をインゴットの外周に形成する切削溝形成工程と、
インゴットの端面に超音波を付与して該クラック層に沿って生成すべきウエーハを剥離する剥離工程と、を含むウエーハの生成方法」が提供される。
該インゴットは、該端面を構成する第一の面と、該第一の面の反対側の第二の面と、該第一の面から該第二の面に至るｃ軸と、該ｃ軸に直交するｃ面とを有するＳｉＣインゴットであり、
該クラック層形成工程において、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と該インゴットとをオフ角が形成される方向と直交する方向に相対的に移動して直線状のクラック層を形成するクラック層形成ステップと、
該オフ角が形成される方向に該集光点と該インゴットとを相対的に移動して所定量インデックス送りするインデックスステップとを含むのが好ましい。
本発明のウエーハの生成方法は、
インゴット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領域に位置づけてレーザー光線をインゴットに照射しクラック層を形成するクラック層形成工程と、
該クラック層の延長線上に切削ブレードを位置づけて該クラック層に連なる切削溝をインゴットの外周に形成する切削溝形成工程と、
インゴットの端面に超音波を付与して該クラック層に沿って生成すべきウエーハを剥離する剥離工程と、を含むので、インゴットの外周に位置する未熟なクラック層が切削溝を形成する際に除去される。したがって、クラック層に沿ってインゴットからウエーハを剥離する際に、未熟なクラック層によってウエーハの剥離が妨げられることがなく、インゴットからウエーハを効率よく生成できる。
本発明のウエーハの生成方法を実施可能なウエーハ生成装置を示す斜視図。 （ａ）インゴットの斜視図、（ｂ）（ａ）に示すインゴットの平面図、（ｃ）（ａ）に示すインゴットの正面図。 （ａ）クラック層形成工程を示す斜視図、（ｂ）クラック層形成工程を示す正面図、（ｃ）クラック層が形成されたインゴットの断面図。 （ａ）切削溝形成工程を示す斜視図、（ｂ）切削溝が形成されたインゴットの断面図。 剥離工程を示す模式図。
以下、本発明のウエーハの生成方法の好適実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（ウエーハ生成装置２）
図１には、本発明のウエーハの生成方法を実施可能なウエーハ生成装置の一例が示されている。ウエーハ生成装置２は、インゴットを保持する保持手段４と、インゴット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領域に位置づけてレーザー光線をインゴットに照射しクラック層を形成するクラック層形成手段６と、クラック層の延長線上に切削ブレードを位置づけてクラック層に連なる切削溝をインゴットの外周に形成する切削溝形成手段８と、インゴットの端面に超音波を付与してクラック層に沿って生成すべきウエーハを剥離する剥離手段１０と、保持手段４を移動させる移動手段１２と、を備える。
（保持手段４）
保持手段４は、Ｘ軸方向に移動自在に基台１４に支持されたＸ軸可動板１６と、Ｙ軸方向に移動自在にＸ軸可動板１６に支持されたＹ軸可動板１８と、Ｙ軸可動板１８の上面に回転自在に支持された保持テーブル２０と、保持テーブル２０を回転させるモータ（図示していない。）とを含む。
なお、Ｘ軸方向は図１に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ軸方向は図１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軸方向およびＹ軸方向が規定するＸＹ平面は実質上水平である。
保持手段４においては、適宜の接着剤（たとえばエポキシ樹脂系接着剤）を介して保持テーブル２０の上面でインゴットを保持する。あるいは、保持テーブル２０の上面に複数の吸引孔が形成され、保持テーブル２０の上面に吸引力を生成してインゴットを吸引保持するようになっていてもよい。
（クラック層形成手段６）
クラック層形成手段６は、基台１４の上面から上方に延び次いで実質上水平に延びる筐体２２と、筐体２２に内蔵された発振器（図示していない。）と、筐体２２の先端下面に配置された集光器２４とを含む。
発振器は、被加工物であるインゴットに対して透過性を有する波長（たとえば、ＳｉＣインゴットの場合は１０６４ｎｍ）のパルスレーザー光線を発振する。集光器２４は、発振器が発振したレーザー光線を集光してインゴットに照射するようになっている。
（切削溝形成手段８）
切削溝形成手段８は、筐体２２の先端下面に昇降自在に装着されたスピンドルハウジング２６と、スピンドルハウジング２６を昇降させる昇降手段（図示していない。）と、スピンドルハウジング２６に回転自在に支持されたスピンドル２８と、スピンドル２８に装着された環状の切削ブレード３０とを含む。
昇降手段は、スピンドルハウジング２６に連結され上下方向に延びるボールねじと、このボールねじを回転させるモータとを有する構成でよい。スピンドル２８は上下方向に延びており、筐体２２に内蔵されたスピンドル用モータ（図示していない。）によって上下方向を軸心として回転されるようになっている。また、スピンドル２８の下端に固定されている切削ブレード３０は、ＸＹ平面に沿って配置されており、上下方向を軸心としてスピンドル２８と共に回転される。
（剥離手段１０）
剥離手段１０は、基台１４上の案内レール１４ａの端部から上方に延びるケーシング３２と、ケーシング３２に昇降自在に支持されＸ軸方向に延びるアーム３４とを含む。ケーシング３２には、アーム３４を昇降させる昇降手段（図示していない。）が内蔵されている。
アーム３４の先端にはモータ３６が付設され、モータ３６の下面には上下方向に延びる軸線を中心として回転自在に吸着片３８が連結されている。吸着片３８は吸引手段（図示していない。）に接続されており、吸着片３８の下面には複数の吸引孔（図示していない。）が形成されている。また、吸着片３８には、吸着片３８の下面に対して超音波振動を付与する超音波振動付与手段（図示していない。）が内蔵されている。
（移動手段１２）
移動手段１２は、クラック層形成手段６および切削溝形成手段８に対して保持手段４をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り手段４０と、クラック層形成手段６および切削溝形成手段８に対して保持手段４をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り手段４２とを含む。
（Ｘ軸送り手段４０）
Ｘ軸送り手段４０は、Ｘ軸可動板１６に連結されＸ軸方向に延びるボールねじ４４と、ボールねじ４４を回転させるモータ４６とを有する。Ｘ軸送り手段４０は、ボールねじ４４によりモータ４６の回転運動を直線運動に変換してＸ軸可動板１６に伝達し、基台１４上の案内レール１４ａに沿ってＸ軸可動板１６をＸ軸方向に移動させる。
（Ｙ軸送り手段４２）
Ｙ軸送り手段４２は、Ｙ軸可動板１８に連結されＹ軸方向に延びるボールねじ４８と、ボールねじ４８を回転させるモータ５０とを有する。Ｙ軸送り手段４２は、ボールねじ４８によりモータ５０の回転運動を直線運動に変換してＹ軸可動板１８に伝達し、Ｘ軸可動板１６上の案内レール１６ａに沿ってＹ軸可動板１８をＹ軸方向に移動させる。
図示していないが、ウエーハ生成装置２の筐体２２には、クラック層形成手段６によってレーザー加工を施すべき領域を検出する撮像手段が設けられている。撮像手段によって撮像された画像は、筐体２２の上面に配置された表示手段５２に表示される。
（インゴット６２）
図２には、本発明のウエーハの生成方法によって加工が施される円柱状のインゴット６２が示されている。図示のインゴット６２は、単結晶ＳｉＣ（炭化ケイ素）から形成されている。
インゴット６２は、円形状の第一の面６４と、第一の面６４の反対側に位置する円形状の第二の面６６と、第一の面６４および第二の面６６の間に位置する周面６８と、第一の面６４から第二の面６６に至るｃ軸と、ｃ軸に直交するｃ面（図２（ｃ）参照）とを有する。少なくとも第一の面６４は、レーザー光線ＬＢの入射を妨げない程度に研削または研磨によって平坦化されている。
インゴット６２においては、第一の面６４の垂線７０に対してｃ軸が傾いており、ｃ面と第一の面６４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２に矢印Ａで示す。
インゴット６２の周面６８には、いずれも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７２および第二のオリエンテーションフラット７４が形成されている。第一のオリエンテーションフラット７２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７４は、オフ角αが形成される方向Ａに直交している。図２（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７４の長さＬ２は、第一のオリエンテーションフラット７２の長さＬ１よりも短い（Ｌ２＜Ｌ１）。
なお、本発明のウエーハの生成方法によって加工が施されるインゴットは、上記インゴット６２に限定されず、第一の面の垂線に対してｃ軸が傾いておらず、ｃ面と第一の面とのオフ角αが０度である（すなわち、第一の面の垂線とｃ軸とが一致している）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ＳｉＣ以外の素材から形成されているインゴットであってもよい。
（ウエーハの生成方法）
次に、上述のウエーハ生成装置２を用いて、インゴットからウエーハを生成する方法について説明する。
（保持工程）
図示の実施形態では、まず、保持手段４によってインゴット６２を保持する保持工程を実施する。保持工程においては、第一の面６４を上に向けて、適宜の接着剤（たとえばエポキシ樹脂系接着剤）を介してインゴット６２を保持テーブル２０の上面に固定する。なお、保持テーブル２０の上面に複数の吸引孔が形成され、保持テーブル２０の上面に吸引力を生成してインゴット６２を吸引保持してもよい。
（クラック層形成工程）
保持工程を実施した後、インゴット６２に対して透過性を有する波長のレーザー光線ＬＢの集光点をインゴット６２の端面から生成すべきウエーハの厚みに相当する領域に位置づけて、レーザー光線ＬＢをインゴット６２に照射しクラック層を形成するクラック層形成工程を実施する。
クラック層形成工程においては、まず、Ｘ軸送り手段４０を作動させ、保持テーブル２０を撮像手段の直下に位置づける。次いで、撮像手段でインゴット６２を撮像し、撮像手段で撮像したインゴット６２の画像に基づいて、インゴット６２の向きを所定の向きに調整すると共にインゴット６２と集光器２４との位置関係を調整する。
インゴット６２の向きを所定の向きに調整する際は、図３（ａ）に示すとおり、第二のオリエンテーションフラット７４をＸ軸方向に整合させる。これによって、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向がＸ軸方向に整合すると共に、オフ角αが形成される方向ＡがＹ軸方向に整合する。
次いで、インゴット６２の端面（第一の面６４）から、生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、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の集光点ＦＰ（図３（ｂ）参照。）を位置づける。次いで、集光点ＦＰとインゴット６２とを相対的に所定の送り速度でＸ軸方向に移動する。これによって、図３（ｃ）に示すとおり、ＳｉＣがＳｉ（シリコン）とＣ（炭素）とに分離した直線状のクラック層７６をＸ軸方向に沿って形成することができる（クラック層形成ステップ）。このクラック層７６は、ｃ面に沿って広がっている。
次いで、集光点ＦＰとインゴット６２とを相対的にＹ軸方向に移動して所定量インデックス送りする（インデックスステップ）。インデックス量Ｌｉは、クラック層７６の幅を超えない長さとして、Ｙ軸方向において隣接するクラック層７６とクラック層７６が上下方向に見て重なるようにする。そして、クラック層形成ステップと、インデックスステップとを交互に繰り返すことにより、生成すべきウエーハの厚みに相当する深さ（切断予定面）に複数のクラック層７６を形成する。
ただし、クラック層７６の延長線上にあたるインゴット６２の外周では、レーザー光線ＬＢの集光点ＦＰが屈折若しくは乱反射し、または蹴られて、クラック層７６が未熟に形成されてしまう場合がある。図３（ｃ）において、インゴット６２の外周に形成された未熟なクラック層を符号７８で示す。
クラック層形成工程は、たとえば、以下の加工条件で実施することができる。
パルスレーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
パルス幅 ：３ｎｓ
繰り返し周波数 ：１２０ｋＨｚ
送り速度 ：７５０ｍｍ／ｓ
第一の面からの集光点までの距離：７００μｍ
（切削溝形成工程）
クラック層形成工程を実施した後、クラック層７６の延長線上に切削ブレード３０を位置づけて、クラック層７６に連なる切削溝をインゴット６２の外周に形成する切削溝形成工程を実施する。
切削溝形成工程では、まず、保持テーブル２０を切削溝形成手段８の下方に移動させ、切削溝形成手段８の切削ブレード３０とインゴット６２との位置関係を調整する。この際は、切削ブレード３０の高さをインゴット６２のクラック層７６の高さに合わせ、クラック層７６の延長線上に切削ブレード３０を位置づける。
次いで、図４（ａ）に示すとおり、切削ブレード３０を矢印Ｒ１で示す方向に回転させる。また、保持テーブル２０を矢印Ｒ２で示す方向に回転させる。次いで、保持テーブル２０を切削ブレード３０に向かって移動させ、切削ブレード３０の刃先を所定深さまでインゴット６２の外周に切り込ませると共に、切削ブレード３０の刃先を切り込ませる部分に切削水を供給する。これによって、図４（ｂ）に示すとおり、未熟なクラック層７８を除去すると共に、クラック層７６に連なる切削溝８０をインゴット６２の外周に形成することができる。
上記のとおり、図示の実施形態のインゴット６２には、第一・第二のオリエンテーションフラット７２、７４が形成されている。このため、第一・第二のオリエンテーションフラット７２、７４に切削ブレード３０が差し掛かった際には、保持テーブル２０をＸ軸方向およびＹ軸方向に適宜移動させ、第一・第二のオリエンテーションフラット７２、７４に沿って切削溝８０を形成する。このようにして、クラック層７６に連なる所定深さの切削溝８０をインゴット６２の全周にわたって形成する。
切削溝形成工程は、たとえば、以下の加工条件で実施することができる。
切削ブレード ：ニッケル電柱ブレード
切削ブレードの厚み ：６０μｍ
切削ブレードの直径 ：５２ｍｍ
切削ブレードの回転数 ：３６００ｒｐｍ
切り込み深さ ：２００μｍ
送り速度 ：１ｍｍ／ｓ
（剥離工程）
切削溝形成工程を実施した後、インゴット６２の端面に超音波を付与してクラック層７６に沿って、生成すべきウエーハを剥離する剥離工程を実施する。
剥離工程では、まず、Ｘ軸送り手段４０を作動させ、剥離手段１０の吸着片３８の下方に保持テーブル２０を位置づける。次いで、図５に示すとおり、アーム３４を下降させて吸着片３８の下面をインゴット６２の上面（第一の面６４）に密着させる。次いで、吸引手段を作動させ、吸着片３８の下面をインゴット６２の上面に吸着させる。
そして、超音波付与手段を作動させ、インゴット６２の上面に超音波を付与する。これにより、生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに形成したクラック層７６に沿って、インゴット６２からウエーハ８２を剥離することができる。超音波を付与する際は、モータ３６で吸着片３８を回転させて、インゴット６２にねじり応力を付与してもよい。なお、ウエーハ８２を剥離したら、インゴット６２の剥離面およびウエーハ８２の剥離面を研削または研磨によって平坦化する。
以上のとおりであり、図示の実施形態では、切削溝形成工程において、インゴット６２の外周に位置する未熟なクラック層７８を除去するので、クラック層７６に沿ってウエーハ８２を剥離する際に、未熟なクラック層７８によってウエーハ８２の剥離が妨げられることがない。したがって、ウエーハ８２を破損することなく、インゴット６２からウエーハ８２を効率よく生成できる。
３０：切削ブレード
６２：インゴット
６４：第一の面
６６：第二の面
７６：クラック層
７８：未熟なクラック層
ＬＢ：レーザー光線
ＦＰ：集光点
８０：切削溝
８２：ウエーハ

Claims (2)

  1. インゴットからウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、
    インゴット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領域に位置づけてレーザー光線をインゴットに照射しクラック層を形成するクラック層形成工程と、
    該クラック層の延長線上に切削ブレードを位置づけて該クラック層に連なる切削溝をインゴットの外周に形成する切削溝形成工程と、
    インゴットの端面に超音波を付与して該クラック層に沿って生成すべきウエーハを剥離する剥離工程と、を含むウエーハの生成方法。
  2. 該インゴットは、該端面を構成する第一の面と、該第一の面の反対側の第二の面と、該第一の面から該第二の面に至るｃ軸と、該ｃ軸に直交するｃ面とを有するＳｉＣインゴットであり、
    該クラック層形成工程において、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と該インゴットとをオフ角が形成される方向と直交する方向に相対的に移動して直線状のクラック層を形成するクラック層形成ステップと、
    該オフ角が形成される方向に該集光点と該インゴットとを相対的に移動して所定量インデックス送りするインデックスステップとを含む請求項１記載のウエーハの生成方法。
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