JP6328485B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、LED等の光デバイスを形成する発光層を積層する基板となる炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム(GaN)等のウエーハの加工方法に関する。
LED等の光デバイスを形成する発光層が積層される炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム(GaN)等のウエーハは、炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム(GaN)等の単結晶インゴットをワイヤーソ等によって所定の厚みにスライスして形成される（例えば、特許文献１参照）。
上述したように単結晶インゴットをスライスして形成したウエーハは、表裏面が研削されて鏡面に仕上げられる。
特開２０１０−２０７９８８号公報
而して、ウエーハの表面または裏面を研削すると、ウエーハに反りが生じて破損する場合があり生産性が悪いという問題がある。
また、ウエーハに反りが生じると発光層を均一に積層することができず、LED等の光デバイスの品質にバラツキが生じるという問題がある。
このようにウエーハの表面または裏面を研削することにより反りが発生するのは、インゴットを生成する際に外周部に結晶歪が残存しているためと考えられる。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、単結晶インゴットをスライスして形成したウエーハに反りが生じないように加工することができるウエーハの加工方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、単結晶インゴットをスライスして形成したウエーハの加工方法であって、
ウエーハの一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの一方の面から他方の面に亘り細孔と該細孔をシールドする非晶質とを成長させて環状のシールドトンネルを形成し、該シールドトンネルに沿って外力を付与することにより該シールドトンネルの領域で破断し結晶歪が残留している外周部を除去することにより、ウエーハの外周に残存している結晶歪を除去する結晶歪除去工程を実施する、ウエーハの加工方法が提供される。
上記ウエーハの加工方法は、更に、ウエーハの一方の面のレーザー光線照射領域の内側に結晶方位を示すマークを形成するマーク形成工程を実施することが望ましい。
本発明による単結晶インゴットをスライスして形成したウエーハの加工方法は、ウエーハの一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの一方の面から他方の面に亘り細孔と該細孔をシールドする非晶質とを成長させて環状のシールドトンネルを形成し、該シールドトンネルに沿って外力を付与することにより該シールドトンネルの領域で破断し結晶歪が残留している外周部を除去することにより、ウエーハの外周に残存している結晶歪を除去する結晶歪除去工程を実施するので、ウエーハの一方の面または他方の面を研削しても結晶歪が残留していることによる反りが生じることはない。従って、後工程においてウエーハの研削された一方の面に発光層を積層する際に、反りがないため均一な厚みの発光層を形成することができる。
本発明によるウエーハの加工方法によって加工される単結晶インゴットをスライスして形成されたウエーハの斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における結晶歪除去工程の第１の実施形態を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における結晶歪除去工程の第１の実施形態の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における結晶歪除去工程の第１の実施形態が実施されたウエーハに結晶方位を示すマークを形成するマーク形成工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法の結晶歪除去工程における外周部除去工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における結晶歪除去工程の第２の実施形態を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における結晶歪除去工程の第２の実施形態の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における研削工程の説明図。
以下、本発明によるウエーハの加工方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図１には、本発明によるウエーハの加工方法によって加工されるウエーハの斜視図が示されている。図１に示すウエーハ２は、炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム(GaN)等の単結晶インゴットをワイヤーソ等によって所定の厚み（例えば７００〜８００μm）にスライスして形成されており、外周に結晶方位を示すノッチ２１が設けられている。このように単結晶インゴットをスライスして形成されたウエーハ２の外周には結晶歪が残留している。
上述したウエーハの加工方法は、ウエーハ２の外周に残存している結晶歪を除去する結晶歪除去工程を実施する。この結晶歪除去工程の第１の実施形態は、図２に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図２に示すレーザー加工装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２を具備している。チャックテーブル３１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転機構によって図２において矢印３１aで示す方向に回転せしめられるようになっている。
上記レーザー光線照射手段３２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング３２１を含んでいる。ケーシング３２１内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング３２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光レンズ３２２a（図３参照）を備えた集光器３２２が装着されている。この集光器３２２の集光レンズ３２２aは、開口数(NA)が次のよう設定されている。即ち、集光レンズ３２２aの開口数(NA)は、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値が０．０５〜０．２の範囲に設定される（開口数設定工程）。なお、レーザー光線照射手段３２は、集光器３２２の集光レンズ３２２aによって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。
上述したレーザー加工装置３を用いて実施する結晶歪除去工程の第１の実施形態について、図３を参照して説明する。
結晶歪除去工程の第１の実施形態は、先ず図３の（ａ）に示すようにレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上にウエーハ２の一方の面２aを上にして他方の面２bを載置し、該チャックテーブル３１上にウエーハ２を吸引保持する。ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル３１を図示しない移動機構によって集光器３２２が位置する加工領域に移動し、図３に示すようにウエーハ２の外周縁より所定量内側の位置が集光器３２２の直下となるように位置付ける。そして、集光器３２２の集光レンズ３２２aによって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点Pがウエーハ２の厚み方向の所望の位置に位置付けられるように図示しない集光点位置調整手段を作動して集光器３２２を光軸方向に移動する（位置付け工程）。なお、図示の実施形態においては、パルスレーザー光線の集光点Pは、ウエーハ２におけるパルスレーザー光線が入射される上面（一方の面２a側）から所望位置（例えば一方の面２aから５〜１０μm他方の面２b側の位置）に設定されている。
次に、集光器３２２からウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LBを照射しつつチャックテーブル３１を図３の（ａ）において矢印３１aで示す方向に回転せしめる（シールドトンネル形成工程）。そして、チャックテーブル３１が１回転したら図３の（ｂ）で示すようにパルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３１の回転を停止する。
上述したシールドトンネル形成工程を実施することにより、ウエーハ２の内部には、図３の（b）および図３の（c）に示すようにパルスレーザー光線LBの集光点P付近（上面である一方の面２aから下面である他方の面２bに向けて細孔２２１と該細孔２２１の周囲に形成された非晶質２２２が成長し、ウエーハ２の外周縁に沿って非晶質のシールドトンネル２２が環状に形成される。このシールドトンネル２２は、互いに隣接する非晶質２２２同士がつながるように形成される。なお、上述したシールドトンネル形成工程において形成される非晶質のシールドトンネル２２は、ウエーハ２の上面である一方の面２aから下面である他方の面２bに亘って形成することができるため、ウエーハの厚みが厚くてもパルスレーザー光線を１回照射すればよいので、生産性が極めて良好となる。
なお、シールドトンネル形成工程における加工条件は、次の通り設定されている。
レーザー光線の波長 ：１０３０ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ps
平均出力 ：６Ｗ
スポット径 ：φ３．３〜１３μm
(スポット径d＝（２λ）／(π・NA)の式で求める
ことができる。波長λ＝１０３０ｎｍとして計算
すると、NA０．２のときd＝３．３μm、NA０．
０５のときd＝約１３μm)
周速度 ：２００ｍｍ／秒
なお、上述したようにシールドトンネル形成工程が実施されたウエーハ２の上面（一方の面２a）には、図４に示すようにレーザー光線照射領域の内側におけるノッチ２１と対応する位置の直上に集光器３２２を位置付けてパルスレーザー光線を照射することにより、結晶方位を示すマーク２３を形成するマーク形成工程を実施することが望ましい。このマーク形成工程は、上記シールドトンネル形成工程を実施する前に実施してもよい。なお、マーク形成工程は、レーザー光線に限ることなく他の印字手段によって結晶方位を示すマーク２３を形成してもよい。
上述したシールドトンネル形成工程を実施することによりウエーハ２の外周部に環状に形成されたシールドトンネル２２は強度が低下せしめられているので、この環状に形成されたシールドトンネル２２に沿って外力を付与することにより、図５に示すようにシールドトンネル２２の領域で破断し結晶歪が残留している外周部２４が除去される(外周部除去工程)。なお、外周部除去工程を実施することにより、ウエーハ２の外周に形成された結晶方位を示すノッチ２１は外周部２４とともに除去されるが、シールドトンネル２２の内側には上記マーク形成工程においてノッチ２１と対応する位置に結晶方位を示すマーク２３が形成されているので、外周部２４が除去された後においても結晶方位を確認することができる。
次に、ウエーハ２の外周に残存している結晶歪を除去する結晶歪除去工程の第２の実施形態について、図６および図７を参照して説明する。なお、第２の実施形態を実施するレーザー加工装置３０は上記図２に示すレーザー加工装置３と実質的に同様の構成であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示す実施形態は、ウエーハ２の一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってウエーハ２に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、外周縁に沿ってアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成することにより、結晶歪が残留している外周部を除去する。即ち、図６および図７の（a）に示すようにチャックテーブル３１に保持されたウエーハ２の外周縁より所定量内側の位置を集光器３２２の直下となるように位置付ける。そして、集光器３２２からウエーハ２に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３１を図７の（a）において矢印３１aで示す方向に１回転させる。このとき、集光器３２２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の上面である一方の面２a付近に合わせる。この結果、図７の（b）に示すようにウエーハ２には外周縁より所定量内側の位置に上面である一方の面２aから下面である他方の面２bに達する環状のレーザー加工溝２５が形成され、環状のレーザー加工溝２５の外側の結晶歪が残留している外周部２４が除去される（レーザー加工溝形成工程）。
上記レーザー加工溝形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線の波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
パルス幅 ：５０ns
平均出力 ：７Ｗ
スポット径 ：φ５〜１５μm
周速度 ：５００ｍｍ／秒
なお、上述したようにレーザー加工溝形成工程の実施後または実施する前にウエーハ２の上面（一方の面２a）には、レーザー光線照射領域の内側におけるノッチ２１と対応する位置の直上に集光器３２２を位置付けてパルスレーザー光線を照射することにより、結晶方位を示すマーク２３(図６参照)を形成するマーク形成工程を実施することが望ましい。
上述したシールドトンネル形成工程やレーザー加工溝形成工程からなる結晶歪除去工程を実施したならば、外周部が除去されたウエーハの一方の面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する研削工程を実施する。この研削工程は、図８の(a)に示す研削装置４用いて実施する。図８の(a)に示す研削装置４は、被加工物を保持するチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１に保持された被加工物を研削する研削手段４２を具備している。チャックテーブル４１は、保持面である上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転駆動機構によって図８の(a)において矢印４１aで示す方向に回転せしめられる。研削手段４２は、スピンドルハウジング４２１と、該スピンドルハウジング４２１に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル４２２と、該回転スピンドル４２２の下端に装着されたマウンター４２３と、該マウンター４２３の下面に取り付けられた研削ホイール４２４とを具備している。この研削ホイール４２４は、円環状の基台４２５と、該基台４２５の下面に環状に装着された研削砥石４２６とからなっており、基台４２５がマウンター４２３の下面に締結ボルト４２７によって取り付けられている。
上述した研削装置４を用いて上記研削工程を実施するには、図８の(a)に示すようにチャックテーブル４１の上面（保持面）に上記ウエーハ２の他方の面２b側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル４１上にウエーハ２を吸着保持する（ウエーハ保持工程）。このようにチャックテーブル４１上にウエーハ２を吸引保持したならば、チャックテーブル４１を図８の(a)において矢印４１aで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削手段４２の研削ホイール４２４を図８の(a)において矢印４２４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転せしめて、図８の(ｂ)に示すように研削ホイール４２４を構成する研削砥石４２６を被加工面であるウエーハ２の上面である一方の面２aに接触せしめ、研削ホイール４２４を図８の(a)および図８の(b)において矢印４２４bで示すように例えば１μm／秒の研削送り速度で下方（チャックテーブル４１の保持面に対し垂直な方向）に所定量研削送りする。この結果、ウエーハ２の上面である一方の面２aが研削されてウエーハ２は所定の厚み（例えば３００μm）に形成される。このようにウエーハ２を研削して所定の厚みに形成しても、上述したようにウエーハ２における結晶歪が残留している外周部が除去されているので、反りが生じることはない。従って、後工程においてウエーハ２の研削された一方の面に発光層を積層する際に、反りがないため均一な厚みの発光層を形成することができる。
２：ウエーハ
２１：ノッチ
２２：シールドトンネル
２３：結晶方位を示すマーク
３、３０：レーザー加工装置
３１：レーザー加工装置のチャックテーブル
３２：レーザー光線照射手段
３２２：集光器
４：研削装置
４１：研削装置のチャックテーブル
４２：研削手段
４２４：研削ホイール

Claims (2)

  1. 単結晶インゴットをスライスして形成したウエーハの加工方法であって、
    ウエーハの一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの一方の面から他方の面に亘り細孔と該細孔をシールドする非晶質とを成長させて環状のシールドトンネルを形成し、該シールドトンネルに沿って外力を付与することにより該シールドトンネルの領域で破断し結晶歪が残留している外周部を除去することにより、ウエーハの外周に残存している結晶歪を除去する結晶歪除去工程を実施する、ウエーハの加工方法。
  2. ウエーハの一方の面のレーザー光線照射領域の内側に結晶方位を示すマークを形成するマーク形成工程を実施する、請求項１に記載のウエーハの加工方法。
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