JP6506520B2 - ＳｉＣのスライス方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＳｉＣからなるインゴットをスライスしてＳｉＣ板を得る方法に関する。
円柱状や角柱状のインゴットは、複数枚の板状ワークにスライスされる。インゴットから板状ワークにスライスする方法としては、ワイヤーソーで切り出す方法がある。例えば、シリコンやガラスなどの材質で形成されるインゴットをワイヤーソーで個々の板状ワークに切り出すと、ワイヤーソーによる切り代（ワイヤーソーによって除去された部分の幅）が、１００〜１５０μｍの幅となる。そのため、スライスする際の切り代の幅を小さくするため、レーザー光線の集光点をインゴットの内部に位置付け、集光点を走査させてインゴットから板状ワークをスライスする方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１−３を参照）。
ここで、上記のようにインゴットがシリコンやガラスの場合は、レーザー光線で加工した部分、すなわちスライス断面が鏡面に加工される。そのため、インゴットの内部に分離層を形成するレーザー加工と、分離層を起点に板状ワークにスライスするスライス工程とを繰返し行うことで、インゴットから板状ワークを得ることができる。
特開２００５−２７７１３６号公報 特開２００４−２９９９６９号公報 特開２００５−２９４３２５号公報
しかし、スライスしようとするインゴットが、ＳｉＣインゴットである場合は、レーザー光線によって加工されたスライス断面が、鏡面とならずに梨地面の如くザラザラとした面となってしまう。そのため、ＳｉＣインゴットから１枚のＳｉＣ基板をスライスする毎に、レーザー加工したスライス断面を鏡面加工する必要があり、作業効率が極めて悪いという問題がある。
本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、ＳｉＣインゴットからＳｉＣ板を効率よく切り出すことに発明の解決すべき課題がある。
本発明は、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線をＳｉＣインゴットの端面から入射させ集光器でＳｉＣの内部に集光させた集光点を該端面に平行な分離予定面に沿って面状に走査させて分離層を形成し、該分離層で分離させることによりＳｉＣ板を得るＳｉＣのスライス方法であって、該集光点を該分離予定面に沿って該端面に平行に走査させ、該端面から離間した深さ位置に該分離層を形成する初期分離層形成工程と、該初期分離層形成工程の後、該集光点を、該分離層から該端面側に向けて該ＳｉＣ板の厚みと同じ距離ずつ順次移動させ、該端面に平行に走査させ、該分離層の形成を繰返し行い複数の該分離層を形成する繰返し工程と、該繰返し工程の後、該繰返し工程によって形成された複数の該分離層に外力を与えて該分離層を起点にＳｉＣ板を分離して複数枚のＳｉＣ板を取得する分離工程と、該初期分離層形成工程で形成し前記分離工程の後に残存した分離層をレーザー光線の入射を可能とする面に形成する表面処理工程と、を備え、該分離工程では、該ＳｉＣインゴットの側面部分に押圧力を加えることにより、該初期分離層形成工程及び該繰返し工程で形成した分離層を分離させ、該表面処理工程では、該初期分離層形成工程で形成し該分離工程の後に残存した分離層に液体を滴下して平坦な液面を形成する。
また、本発明は、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線をＳｉＣインゴットの端面から入射させ集光器でＳｉＣの内部に集光させた集光点を該端面に平行な分離予定面に沿って面状に走査させて分離層を形成し、該分離層で分離させることによりＳｉＣ板を得るＳｉＣのスライス方法であって、該集光点を該分離予定面に沿って該端面に平行に走査させ、該端面から離間した深さ位置に該分離層を形成する初期分離層形成工程と、 該初期分離層形成工程の後、該集光点を、該分離層から該端面側に向けて該ＳｉＣ板の厚みと同じ距離ずつ順次移動させ、該端面に平行に走査させ、該分離層の形成を繰返し行い複数の該分離層を形成する繰返し工程と、該繰返し工程の後、該繰返し工程によって形成された複数の該分離層に外力を与えて該分離層を起点にＳｉＣ板を分離して複数枚のＳｉＣ板を取得する分離工程と、該初期分離層形成工程で形成し前記分離工程の後に残存した分離層をレーザー光線の入射を可能とする面に形成する表面処理工程と、を備え、該分離工程では、該ＳｉＣインゴットを回転させながら、該ＳｉＣ板を上昇させて、該初期分離層形成工程及び該繰返し工程で形成した該分離層を分離させ、該表面処理工程では、該初期分離層形成工程で形成し該分離工程の後に残存した分離層に液体を滴下して平坦な液面を形成する。
本発明にかかるＳｉＣのスライス方法は、ＳｉＣインゴットの端面から離間した深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けてＳｉＣインゴットの内部に分離層を形成する初期分離層形成工程と、分離層からＳｉＣ板の厚みと同じ距離ずつレーザー光線の集光点を端面側に向けて移動させて分離層をＳｉＣインゴットの内部に複数形成する繰返し工程と、各分離層に外力を加えて複数枚のＳｉＣ板を取得する分離工程とを備えているため、ＳｉＣインゴットの内部に形成された複数の分離層を起点にして複数枚のＳｉＣ板を切り出すことができる。
このように、最初に形成した分離層から入射側の端面に向けてレーザー光線の集光点を移動させていくため、ＳｉＣインゴットにレーザー光線を入射しやすくするための端面の鏡面加工の回数を低減することができ、ＳｉＣインゴットから複数枚のＳｉＣ板を効率よく切り出すことができる。
また、初期分離層形成工程で形成し分離工程の後に残存した分離層、すなわち分離工程を実施した後の残存したＳｉＣインゴットの端面を、レーザー光線の入射を可能とする面に形成する表面処理工程を備えるため、残存したＳｉＣインゴットにさらに分離層を形成しスライスする際に、ＳｉＣインゴットに対してレーザー光線が入射しやすくなり、作業効率が向上する。
ＳｉＣインゴット及びレーザー照射手段の構成を示す斜視図である。 初期分離層形成工程を示す断面図である。 繰返し工程を示す断面図である。 分離工程のうち剥離手段をＳｉＣインゴットに接近させる状態を示す断面図である。 分離工程のうち接着剤がＳｉＣ板に接着された状態を示す断面図である。 分離工程のうち分離層を起点にＳｉＣ板が分離された状態を示す断面図である。 表面処理工程の第１例を示す断面図である。 表面処理工程の第２例を示す断面図である。
以下では、図１に示すＳｉＣインゴット１をレーザー加工によって複数枚のＳｉＣ板にスライスするスライス方法について説明する。ＳｉＣインゴット１は、炭化珪素からなるインゴットの一例であって、円柱状に形成されている。
初期分離層形成工程
図１に示すように、レーザー照射手段１０によってＳｉＣインゴット１の内部に分離起点となる分離層を形成する。レーザー照射手段１０は、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振するレーザー発振部１１と、レーザー発振部１１の下方側に配設されレーザー光線をＳｉＣインゴット１の内部の所定位置に集光させる集光器１２と、を少なくとも備えている。
まず、レーザー照射手段１０の下方にＳｉＣインゴット１を移動させる。レーザー照射手段１０は、集光器１２によって集光されるレーザー光線の集光点Ｐを、ＳｉＣインゴット１の内部の所定深さの中心に位置付ける。分離予定面４は、ＳｉＣインゴット１をＺ軸方向と直交する方向に分離する面であり、集光点Ｐの位置付けによって設定される。
集光点Ｐの位置付け方法は、特に限定されるものではないが、集光器１２の焦点距離やレーザー光線の屈折率を考慮し、ＳｉＣインゴット１の内部においてレーザー光線の集光が可能な範囲内で端面２からなるべく離れた深さ位置に設定することが望ましい。
次いで、ＳｉＣインゴット１を回転させるとともに、レーザー照射手段１０は、レーザー発振器１１からＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線１３をＳｉＣインゴット１の端面２に向けて照射する。なお、ＳｉＣインゴット１の端面２は、レーザー光線が入射する側の面であり、レーザー光線の入射が妨げられないように平坦に鏡面加工されていることが望ましい。
レーザー照射手段１０は、レーザー発振器１１をＳｉＣインゴット１の径方向に移動させながら、集光点Ｐを端面２と平行な分離予定面４に沿って面状に走査させることにより、集光点Ｐに集光されたレーザー光線１３を、回転するＳｉＣインゴット１の中心から外周側に移動させて、端面２と平行な分離予定面４に対して照射する。その結果、図２に示すように、ＳｉＣインゴット１の内部に端面２と平行な分離層５を形成する。
このようにしてＳｉＣインゴット１の内部に最初の分離層５を形成することにより、ＳｉＣインゴット１のうち分離層５より上方側の部分が、後記の繰返し工程で複数の分離層を形成すべき第１インゴット１ａとして構成される。一方、ＳｉＣインゴット１のうち分離層５より下方側の部分は、第１インゴット１ａがスライスされた後に、第１インゴット１ａと同様にスライスされる第２インゴット１ｂとして構成される。
初期分離層形成工程においては、図１に示したＳｉＣインゴット１が回転しつつ、レーザー照射手段１０が径方向に移動しながら分離層５を形成するほか、例えば、レーザー照射手段１０を固定し、ＳｉＣインゴット１をＸ軸方向，Ｙ軸方向に順次相対移動させながら、ＳｉＣインゴット１の内部に分離層５を形成するようにしてもよい。
（２）繰返し工程
初期分離層形成工程を実施した後、図３に示すように、初期分離層形成工程で形成した分離層５と同様の分離層を第１インゴット１ａの内部に複数形成する。具体的には、図３（ａ）に示すように、レーザー照射手段１０は、レーザー光線１３の集光点Ｐを分離層５からＳｉＣインゴット１の端面２側に所定の距離だけ移動させる。所定の距離とは、第１インゴット１ａをスライスして得ようとする１枚のＳｉＣ板の厚みＤと同じ距離を意味する。ＳｉＣ板の厚みＤは、例えば１ｍｍに設定されている。
次いで、厚みＤと同じ距離だけ端面２側に移動させた集光点Ｐを端面２と平行に走査させ、レーザー光線１３を端面２と平行に第１インゴット１ａの内部に照射して分離層５を形成する。図３（ｂ）に示すように、厚みＤと同じ距離ずつ端面２側に集光点Pを移動させつつ、端面２と平行な分離層５の形成を繰返し行い、第１インゴット１ａの内部に分離層５を複数形成する。このようにして形成されたレーザー加工による切り代（分離層５の厚み）は、１０μｍ程度となるため、ワイヤーソーでＳｉＣインゴットをスライスするよりも切り代が小さくなり、後記の分離工程の作業効率が向上する。
分離工程
繰返し工程を実施した後、図４に示す剥離手段２０を用いて、繰返し工程によって形成された複数の分離層５に外力（例えば、接着力や押圧力）を加えて分離層５を起点に分離させ第１インゴット１ａからＳｉＣ板６を得る。剥離手段２０は、ＳｉＣインゴット１が載置される載置台２１と、載置台２１の上面に立設された立設基台２２とを備えている。載置台２１には、ＳｉＣインゴット１を保持するための保持ブロック２３が配設されており、ＳｉＣインゴット１を保持して固定することができる。また、載置台２１の内部には、回転手段２４が埋設されており、ＳｉＣインゴット１を所定の方向に回転させることができる。
立設基台２２の側部には、昇降手段２５を介してＳｉＣ板を剥離するための保持部２６を備えている。保持部２６には、供給孔２６０が形成されており、該供給孔２６０には接着剤供給源２７が接続されている。昇降手段２５は、立設基台２２と平行にのびるボールネジ２５０と、ボールネジ２５０の一端に接続されたモータ２５１と、一方側が立設基台２２に摺接し他方側に保持部２６が連結された昇降部２５２とを備えている。昇降部２５２の内部には、ナットが形成されており、該ナットがボールネジ２５０に螺合している。そして、モータ２５１がボールネジ２５０を回動させることにより、昇降部２５２とともに保持部２６を昇降させることができる。
剥離手段２０を用いて、第１インゴット１ａから複数枚のＳｉＣ板６を得る際には、まず、図４に示すように、ＳｉＣインゴット１を載置台２１に載置するとともに、保持ブロック２３によってＳｉＣインゴット１を固定する。
次いで、昇降手段２５は、昇降部２５２とともに保持部２６をＳｉＣインゴット１の端面２に接近する方向に下降させる。次いで、保持部２６が端面２に当接する直前で保持部２６の下降を停止し、図５に示すように、接着剤供給源２７から供給孔２６０に接着剤２８を流入させ、接着剤２８を介して、第１インゴット１ａのうち最上部にあるＳｉＣ板６を保持部２６に固着させる。
保持部２６が接着剤２８を介してＳｉＣインゴット１を保持すると、図６に示すように、昇降手段２５は、保持部２６を上昇させることにより、分離層５を起点にして１枚のＳｉＣ板６を第１インゴット１ａから剥離する。このとき、回転手段２４が作動し、ＳｉＣインゴット１を例えば矢印Ａ方向に回転させることにより、分離層５を分離しやすくすることができる。その後は、次のＳｉＣ板６に対して上記同様の剥離動作を繰返し行う。そして、全ての分離層５を起点に分離させて第１インゴット１ａから複数枚のＳｉＣ板６を得る。
なお、分離工程においては、図示しない押圧手段を用いてＳｉＣインゴット１の側面部分に押圧力を加えて分離層５を分離させ、第１インゴット１ａから複数枚のＳｉＣ板６を取得するようにしてもよい。
表面処理工程
分離工程を実施した後、図７に示す第２インゴット１ｂの端面３には、凹凸が形成されているため、例えば研削手段３０を用いて端面３に対して所望の研削加工を行う。研削手段３０は、回転可能なスピンドル３１と、スピンドル３１の下端にマウント３２を介して装着された研削ホイール３３と、研削ホイール３３の下部に環状に固着された砥石３４とを少なくとも備えている。
研削手段３０は、スピンドル３１が回転することにより研削ホイール３３を回転させながら、研削ホイール３３を第２インゴット１ｂの端面３に向けて下降させる。続いて回転する砥石３４によって、第２インゴット１ｂの端面３を押圧しながら、端面３を点線で示す平坦な加工面７に至るまで研削し、凹凸を除去して平坦化する。これにより、第２インゴット１ｂに対して上記した初期分離層形成工程及び繰返し工程を実施する際に、加工面７においてレーザー光線が適正に入射し、所望の集光点に集光させることができ、第２インゴット１ｂを良好にスライスすることが可能となる。
また、端面３の研削に代えて、図８に示すように、ＳｉＣインゴット１ｂの上方に配設された液体供給部４０から第２インゴット１ｂの端面３にＳｉＣの屈折率に近い屈折率を有する液体４１を滴下して、該端面３に平坦な液面４２を形成することにより、上記したレーザー光線１３を第２インゴット１ｂの内部に適正に入射するようにしてもよい。
さらには、例えば研磨ホイールを用いて第２インゴット１ｂの端面３を鏡面加工して平坦な加工面を形成するようにしてもよい。
このように、本実施形態に示すＳｉＣのスライス方法では、初期分離層形成工程を実施してＳｉＣインゴット１の端面２から離れた位置にレーザー光線１３の集光点Ｐを位置付けて最初の分離層５を形成し、繰返し工程を実施してＳｉＣ板の厚みＤと同じ距離ずつ集光点を端面２側に移動させＳｉＣインゴット１の内部に複数の分離層５を形成した後に、分離工程を実施するため、ＳｉＣインゴット１から複数枚のＳｉＣ板６を効率よく得ることができる。
１：ＳｉＣインゴット １ａ：第１インゴット １ｂ：第２インゴット
２，３：端面 ４：分離予定面 ５：分離層 ６：ＳｉＣ板 ７：加工面
１０：レーザー照射手段 １１：レーザー発振器 １２：集光器 １３：レーザー光線
２０：剥離手段 ２１：載置台 ２２：立設基台 ２３：保持ブロック ２４：回転手段
２５：昇降手段 ２５０：ボールネジ ２５１：モータ ２５２：昇降部
２６：保持部 ２６０：供給孔
２７：接着剤供給源 ２８：接着剤
３０：研削手段 ３１：スピンドル ３２：マウント ３３：研削ホイール ３４：砥石
４０：液体供給部 ４１：液体 ４２：液面

Claims (2)

  1. ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線をＳｉＣインゴットの端面から入射させ集光器でＳｉＣの内部に集光させた集光点を該端面に平行な分離予定面に沿って面状に走査させて分離層を形成し、該分離層で分離させることによりＳｉＣ板を得るＳｉＣのスライス方法であって、
    該集光点を該分離予定面に沿って該端面に平行に走査させ、該端面から離間した深さ位置に該分離層を形成する初期分離層形成工程と、
    該初期分離層形成工程の後、該集光点を、該分離層から該端面側に向けて該ＳｉＣ板の厚みと同じ距離ずつ順次移動させ、該端面に平行に走査させ、該分離層の形成を繰返し行い複数の該分離層を形成する繰返し工程と、
    該繰返し工程の後、該繰返し工程によって形成された複数の該分離層に外力を与えて該分離層を起点にＳｉＣ板を分離して複数枚のＳｉＣ板を取得する分離工程と、
    該初期分離層形成工程で形成し該分離工程の後に残存した分離層をレーザー光線の入射を可能とする面に形成する表面処理工程と、
    を備え、
    該分離工程では、該ＳｉＣインゴットの側面部分に押圧力を加えることにより、該初期分離層形成工程及び該繰返し工程で形成した分離層を分離させ、
    該表面処理工程では、該初期分離層形成工程で形成し該分離工程の後に残存した分離層に液体を滴下して平坦な液面を形成する
    ＳｉＣのスライス方法。
  2. ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線をＳｉＣインゴットの端面から入射させ集光器でＳｉＣの内部に集光させた集光点を該端面に平行な分離予定面に沿って面状に走査させて分離層を形成し、該分離層で分離させることによりＳｉＣ板を得るＳｉＣのスライス方法であって、
    該集光点を該分離予定面に沿って該端面に平行に走査させ、該端面から離間した深さ位置に該分離層を形成する初期分離層形成工程と、
    該初期分離層形成工程の後、該集光点を、該分離層から該端面側に向けて該ＳｉＣ板の厚みと同じ距離ずつ順次移動させ、該端面に平行に走査させ、該分離層の形成を繰返し行い複数の該分離層を形成する繰返し工程と、
    該繰返し工程の後、該繰返し工程によって形成された複数の該分離層に外力を与えて該分離層を起点にＳｉＣ板を分離して複数枚のＳｉＣ板を取得する分離工程と、
    該初期分離層形成工程で形成し該分離工程の後に残存した分離層をレーザー光線の入射を可能とする面に形成する表面処理工程と、
    を備え、
    該分離工程では、該ＳｉＣインゴットを回転させながら、該ＳｉＣ板を上昇させて、該初期分離層形成工程及び該繰返し工程で形成した分離層を分離させ、
    該表面処理工程では、該初期分離層形成工程で形成し該分離工程の後に残存した分離層に液体を滴下して平坦な液面を形成する
    ＳｉＣのスライス方法。
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