JP6444249B2 - ウエーハの生成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、化合物単結晶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等の各種デバイスは、シリコン等を素材としたウエーハの表面に機能層を積層し、この機能層に複数の分割予定ラインによって区画された領域に形成される。そして、切削装置、レーザー加工装置等の加工装置によってウエーハの分割予定ラインに加工が施され、ウエーハが個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。
また、パワーデバイス又はＬＥＤ、ＬＤ等の光デバイスは、ＳｉＣ、ＧａＮ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、積層された機能層に格子状に形成された複数の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るウエーハは、一般的にインゴットをワイヤーソーでスライスして生成され、スライスされたウエーハの表裏面を研磨して鏡面に仕上げられる（例えば、特開２０００−９４２２１号公報参照）。
このワイヤーソーでは、直径約１００〜３００μｍのピアノ線等の一本のワイヤーを通常二〜四本の間隔補助ローラー上に設けられた多数の溝に巻き付けて、一定ピッチで互いに平行に配置してワイヤーを一定方向又は双方向に走行させて、インゴットを複数のウエーハにスライスする。
しかし、インゴットをワイヤーソーで切断し、表裏面を研磨してウエーハを生成すると、インゴットの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等の化合物単結晶インゴットはモース硬度が高く、ワイヤーソーでの切断が困難であり相当な時間がかかり生産性が悪く、効率よくウエーハを生成することに課題を有している。
これらの問題を解決するために、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を化合物単結晶インゴットの内部に位置づけて照射し、切断予定面に改質層及びクラックを形成し、外力を付与してウエーハを改質層及びクラックが形成された切断予定面に沿って割断して、インゴットからウエーハを分離する技術が特開２０１３−４９１６１号公報に記載されている。
特開２０００−９４２２１号公報 特開２０１３−４９１６１号公報
ところが、特許文献２記載のインゴットの切断方法では、ウエーハを分離したインゴットの端面から再びレーザービームを照射して改質層と改質層から伝播したクラックとを含む分離面を形成するために、インゴットの端面を研削して平坦に仕上げる必要があり、インゴットの端面を研削する研削砥石の消耗量が激しいと共に時間がかかり生産性が悪いという課題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、化合物単結晶インゴットの端面を研削する平坦化工程において、研削砥石の消耗量を抑制できると共に研削時間を短縮することのできるウエーハの生成方法を提供することである。
本発明によると、第一の端面と該第一の端面と反対側の第二の端面を有する化合物単結晶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、化合物単結晶インゴットの該第二の端面をチャックテーブルで保持し、化合物単結晶インゴットに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を該第一の端面から生成するウエーハの厚みに相当する深さに位置付けると共に、該集光点と化合物単結晶インゴットとを相対的に移動して該レーザービームを該第一の端面に照射し、該第一の端面に平行な改質層及び該改質層から伸長するクラックからなる分離面を形成する分離面形成ステップと、該分離面形成ステップを実施した後、該分離面からウエーハの厚みに相当する板状物を化合物単結晶インゴットから分離してウエーハを生成するウエーハ生成ステップと、ウエーハ生成ステップを実施した後、ウエーハが分離した化合物単結晶インゴットの該第一の端面を研削して平坦化する平坦化ステップと、を備え、該分離面形成ステップにおいて、化合物単結晶インゴットを構成する原子量の大きい原子と原子量の小さい原子の内、原子量の小さい原子が並ぶ極性面を該第一の端面とし、該平坦化ステップにおいて、原子量の小さい原子が並ぶ極性面である該第一の端面を研削することを特徴とするウエーハの生成方法が提供される。
好ましくは、化合物単結晶インゴットはＳｉＣインゴットであり、炭素（Ｃ）が並ぶ極性面が第一の端面となる。或いは、化合物単結晶インゴットはＧａＮインゴットであり、窒素（Ｎ）が並ぶ極性面が第一の端面となる。
本発明のウエーハの生成方法によると、分離面形成ステップにおいて、化合物単結晶インゴットを構成する原子量の大きい原子と原子量の小さい原子の内、原子量の小さい原子が並ぶ極性面を第一の端面とし、平坦化ステップにおいて、原子量の小さい原子が並ぶ極性面である第一の端面を研削するように構成されているので、第二の端面を研削する場合に比べて研削砥石の摩耗量が１／２〜１／３に減少すると共に研削に要する時間も１／２〜１／３に減少する。
本発明のウエーハの生成方法を実施するのに適したレーザー加工装置の斜視図である。 レーザービーム発生ユニットのブロック図である。 図３（Ａ）は化合物単結晶インゴットの斜視図、図３（Ｂ）はその正面図である。 分離面形成ステップを説明する斜視図である。 改質層形成ステップを説明する模式的断面図である。 ウエーハ生成ステップを説明する斜視図である。 ウエーハ生成ステップで生成されたウエーハの斜視図である。 平坦化ステップを示す斜視図である。 平坦化ステップ実施後のチャックテーブルに保持された化合物単結晶インゴットの斜視図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明のウエーハの生成方法を実施するのに適したレーザー加工装置２の斜視図が示されている。レーザー加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第一スライドブロック６を含んでいる。
第一スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り機構１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。
第一スライドブロック６上には第二スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。即ち、第二スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り機構２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し送り方向、即ちＹ軸方向に移動される。
第二スライドブロック１６上には支持テーブル２６が搭載されている。支持テーブル２６は加工送り機構１２及び割り出し送り機構２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向方向に移動可能であると共に、第二スライドブロック１６中に収容されたモータにより回転される。
静止基台４にはコラム２８が立設されており、このコラム２８にレーザービーム照射機構（レーザービーム照射手段）３０が取り付けられている。レーザービーム照射機構３０は、ケーシング３２中に収容された図２に示すレーザービーム発生ユニット３４と、ケーシング３２の先端に取り付けられた集光器（レーザーヘッド）３６とから構成される。ケーシング３２の先端には集光器３６とＸ軸方向に整列して顕微鏡及びカメラを有する撮像ユニット３８が取り付けられている。
レーザービーム発生ユニット３４は、図２に示すように、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器４０と、繰り返し周波数設定手段４２と、パルス幅調整手段４４と、パワー調整手段４６とを含んでいる。特に図示しないが、レーザー発振器４０はブリュースター窓を有しており、レーザー発振器４０から出射されるレーザービームは直線偏光のレーザービームである。
レーザービーム発生ユニット３４のパワー調整手段４６により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、集光器３６のミラー４８により反射され、更に集光レンズ５０により支持テーブル２６に固定された被加工物である化合物単結晶インゴット１１の内部に集光点を位置づけられて照射される。
図３（Ａ）を参照すると、加工対象物である化合物単結晶インゴット１１の斜視図が示されている。図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示した化合物単結晶インゴット１１の正面図である。化合物単結晶インゴット（以下、単にインゴットと略称することがある）１１は、ＧａＮ単結晶インゴット、又はＳｉＣ単結晶インゴットから構成される。
インゴット１１は、第一の端面１１ａと第一の端面１１ａと反対側の第二の端面１１ｂを有している。インゴット１１の第一の端面１１ａは、レーザービームの照射面となるため鏡面に研磨されている。
インゴット１１は、第一のオリエンテーションフラット１３と、第一のオリエンテーションフラット１３に直交する第二のオリエンテーションフラット１５を有している。第一のオリエンテーションフラット１３の長さは第二のオリエンテーションフラット１５の長さより長く形成されている。
第一の端面１１ａは、化合物単結晶インゴット１１を構成する原子量の大きい原子と原子量の小さい原子の内、原子量の小さい原子が並ぶ極性面である。従って、第二の端面１１ｂは原子量の大きい原子が並ぶ極性面となる。
化合物単結晶インゴット１１がＧａＮインゴットの場合には、第一の端面１１ａは−ｃ面である窒素（Ｎ）極性面となり、第二の端面１１ｂは＋ｃ面であるガリウム（Ｇａ）極性面となる。
一方、化合物単結晶インゴット１１がＳｉＣインゴットの場合には、第一の端面１１ａは−ｃ面である炭素（Ｃ）極性面となり、第二の端面１１ｂは＋ｃ面であるシリコン（Ｓｉ）極性面となる。
図１を再び参照すると、静止基台４の左側にはコラム５２が固定されており、このコラム５２にはコラム５２に形成された開口５３を介して押さえ機構５４が上下方向に移動可能に搭載されている。
本実施形態のウエーハの生成方法では、図４に示すように、化合物単結晶インゴット１１の第一の端面１１ａを上にしてインゴット１１を支持テーブル２６上に例えばワックス又は接着剤で固定する。
上述したように、第一の端面１１ａは、化合物単結晶インゴット１１を構成する原子量の大きい原子と原子量の小さい原子の内、原子量の小さい原子が並ぶ極性面であり、ＧａＮインゴットの場合にはＮ極性面、ＳｉＣインゴットの場合にはＣ極性面となる。
このように化合物単結晶インゴット１１を支持テーブル２６で支持した後、支持テーブル２６に固定された化合物単結晶インゴット１１に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍの波長）のレーザービームの集光点を第一の端面１１ａから生成するウエーハの厚みに相当する深さ（図５でＤ１）に位置付けると共に、集光点と化合物単結晶インゴット１１とを相対的に移動してレーザービームを第一の端面１１ａに照射し、図５に示すように、第一の端面１１ａに平行な改質層１７及び改質層１７から伝播するクラック１９を形成して分離面を形成する分離面形成ステップを実施する。
この分離面形成ステップは、Ｘ軸方向にレーザービームの集光点を相対的に移動してインゴット１１の内部に改質層１７及び改質層１７から伝播するクラック１９を含む改質層形成ステップと、Ｙ軸方向に集光点を相対的に移動して所定量インデックスするインデックスステップとを含んでいる。
ここで、好ましい実施形態の、レーザー加工方法は以下のように設定される。
光源 ：Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：３．２Ｗ
パルス幅 ：４ｎｓ
スポット径 ：１０μｍ
集光レンズの開口数（ＮＡ） ：０．４５
インデックス量 ：２５０μｍ
このように所定量インデックス送りしながら、インゴット１１の全領域の深さＤ１の位置に、複数の改質層１７及び改質層１７から伝播するクラックの形成が終了したならば、外力を付与して改質層１７及びクラック１９からなる分離面から形成すべきウエーハの厚みに相当する板状物を化合物単結晶インゴット１１から分離して化合物単結晶ウエーハ２１を生成するウエーハ生成ステップを実施する。
このウエーハ生成ステップは、例えば図６に示すような押圧機構５４により実施する。押圧機構５４は、コラム５２内に内蔵された移動機構により上下方向に移動するヘッド５６と、ヘッド５６に対して、図６（Ｂ）に示すように、矢印Ｒ方向に回転される押圧部材５８とを含んでいる。
図６（Ａ）に示すように、押圧機構５４を支持テーブル２６に固定されたインゴット１１の上方に位置づけ、図６（Ｂ）に示すように、押圧部材５８がインゴット１１の第一の端面１１ａに圧接するまでヘッド５６を下降する。
押圧部材５８をインゴット１１の第一の端面１１ａに圧接した状態で、押圧部材５８を矢印Ｒ方向に回転すると、インゴット１１にはねじり応力が発生し、改質層１７及びクラック１９が形成された分離起点からインゴット１１が破断され、化合物単結晶インゴット１１から図７に示す化合物単結晶ウエーハ２１を生成することができる。
ウエーハ生成ステップを実施した後、ウエーハ２１が分離した化合物単結晶インゴット１１の第一の端面１１ａを研削して平坦化する平坦化ステップを実施する。この平坦化ステップでは、図８に示すように、インゴット１１の第一の端面１１ａを上にしてインゴット１１を研削装置のチャックテーブル６０で吸引保持する。
図８において、研削ユニット６２のスピンドル６４の先端に固定されたホイールマウント６６には、複数のねじ６７により研削ホイール６８が着脱可能に装着されている。研削ホイール６８はホイール基台７０の自由端部（下端部）に複数の研削砥石７２を環状に固着して構成されている。
平坦化ステップでは、チャックテーブル６０を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール６８を矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、図示しない研削ユニット送り機構を駆動して研削ホイール６８の研削砥石７２をインゴット１１の第一の端面１１ａに接触させる。
そして、研削ホイール６８を所定の研削送り速度（例えば０．１μｍ／ｓ）で研削送りして、第一の端面１１ａを所定量研削して第一の端面１１ａを平坦化する。好ましくは、この平坦化ステップを実施した後、研削された第一の端面１１ａを研磨して鏡面に加工する。
平坦化ステップを実施すると、図９に示すように、化合物単結晶インゴット１１の第一の端面１１ａは平坦化され、好ましくは研磨加工により第一の端面１１ａが鏡面に加工された後、分離面形成ステップが再び実施される。
ここで、平坦化ステップにおいて、研削加工する面が第一の端面１１ａである場合と、第二の端面１１ｂである場合について比較した加工結果について以下に示す。
研削加工比較例（１）
化合物単結晶インゴット ：ＧａＮインゴット
研削量 ：５μｍ
Ｇａ極性面の研削 ：砥石の摩耗量（６．３μｍ）、研削時間（２．５分）
Ｎ極性面の研削 ：砥石の摩耗量（２．５μｍ）、研削時間（１分）
研削加工比較例（２）
化合物単結晶インゴット ：ＳｉＣインゴット
研削量 ：５μｍ
Ｓｉ極性面の研削 ：砥石の摩耗量（７．５μｍ）、研削時間（３分）
Ｃ極性面の研削 ：砥石の摩耗量（３．５μｍ）、研削時間（１．５分）
上述した実施形態によると、分離面形成ステップにおいて、化合物単結晶インゴット１１を構成する原子量の大きい原子と原子量の小さい原子の内、原子量の小さい原子が並ぶ極性面である第一の端面１１ａ側からレーザービームを照射してインゴット１１の内部に改質層１７及びクラック１９からなる分離面を形成し、平坦化ステップにおいて、原子量の小さい原子が並ぶ極性面である第一の端面１１ａを研削するように構成されているので、第二の端面１１ｂを研削する場合に比べ研削砥石７２の消耗量が１／２〜１／３に減少すると共に、研削に要する時間も１／２〜１／３に減少した。
２ レーザー加工装置
１１ 化合物単結晶インゴット
１１ａ 第一の端面
１１ｂ 第二の端面
１３ 第一のオリエンテーションフラット
１５ 第二のオリエンテーションフラット
１７ 改質層
１９ クラック
２１ 化合物単結晶ウエーハ
２６ 支持テーブル
３０ レーザービーム照射ユニット
３６ 集光器（レーザーヘッド）
５４ 押圧機構
５６ ヘッド
５８ 押圧部材
６２ 研削ユニット
６８ 研削ホイール
７２ 研削砥石

Claims (3)

  1. 第一の端面と該第一の端面と反対側の第二の端面を有する化合物単結晶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、
    化合物単結晶インゴットの該第二の端面をチャックテーブルで保持し、化合物単結晶インゴットに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を該第一の端面から生成するウエーハの厚みに相当する深さに位置付けると共に、該集光点と化合物単結晶インゴットとを相対的に移動して該レーザービームを該第一の端面に照射し、該第一の端面に平行な改質層及び該改質層から伸長するクラックからなる分離面を形成する分離面形成ステップと、
    該分離面形成ステップを実施した後、該分離面からウエーハの厚みに相当する板状物を化合物単結晶インゴットから分離してウエーハを生成するウエーハ生成ステップと、
    ウエーハ生成ステップを実施した後、ウエーハが分離した化合物単結晶インゴットの該第一の端面を研削して平坦化する平坦化ステップと、を備え、
    該分離面形成ステップにおいて、化合物単結晶インゴットを構成する原子量の大きい原子と原子量の小さい原子の内、原子量の小さい原子が並ぶ極性面を該第一の端面とし、
    該平坦化ステップにおいて、原子量の小さい原子が並ぶ極性面である該第一の端面を研削することを特徴とするウエーハの生成方法。
  2. 該化合物単結晶インゴットはＳｉＣインゴットであり、炭素（Ｃ）が並ぶ極性面が該第一の端面となる請求項１記載のウエーハの生成方法。
  3. 該化合物単結晶インゴットはＧａＮインゴットであり、窒素（Ｎ）が並ぶ極性面が該第一の端面となる請求項１記載のウエーハの生成方法。
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