JP7096657B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、スライスするよう切り出されることで複数のウェーハを形成するインゴット及びインゴットからウェーハを切り出すウェーハの加工方法に関する。
ICやLSI、LEDなどのデバイスが形成されるウェーハは、円柱状のインゴットからワイヤーソーで切り出されて形成されることが知られている(例えば、特許文献1参照)。切り出されたウェーハの表裏面にはワイヤーソーの加工歪みが発生するので、これを除去するためにウェーハの表裏面が研磨される。この研磨による除去量は、インゴットの7~8割に及ぶこととなり不経済である。そこで、レーザー光線を照射してインゴットの内部に分離起点となる改質層及びクラックを形成する加工方法が考案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2009-090387号公報 特開2016-127186号公報
しかしながら、特許文献2においては、1枚ウェーハを切り出す毎に研削加工及び研磨加工を行うため、それらの加工中にウェーハがどのインゴットから切り出したか不明になる場合がある。このように不明になると、ウェーハの切り出し元となるインゴットを特定不能となり、ウェーハのトレーサビリティが確保できなくなる、という問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、切り出した後のウェーハのトレーサビリティを容易に確保することができるウェーハの加工方法を提供することを目的の1つとする。
本発明の一態様のインゴットは、第1の面と、第1の面と反対側の第2の面と、第1の面及び第2の面に交差する方向に延在する外周面とが形成されたインゴットであって、第1の面及び第2の面に垂直な方向に且つ第1の面から第2の面に渡って延在する縞模様状マークがインゴットのIDとして外周面に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、インゴットの縞模様状マークの一部を、切り出された複数のウェーハそれぞれに同様に形成した状態にすることができる。従って、切り出された後の全てのウェーハが縞模様状マークによるインゴットIDを表示できるようになり、ウェーハがどのインゴットから切り出したものか検出可能としてトレーサビリティを容易に確保することができる。
上記インゴットにおいて、外周面は結晶方位を示すオリフラを含み、オリフラに縞模様状マークが形成されているとよい。
本発明の一態様のウェーハの加工方法は、第1の面と、第1の面と反対側の第2の面と、第1の面及び第2の面に交差する方向に延在する外周面とが形成されたインゴットからウェーハを切り出すウェーハの加工方法であって、外周面は結晶方位を示すオリフラを含み、ウェーハを切り出す方向と垂直な方向に第1の面から第2の面に渡って延在する縞模様状マークをインゴットのIDとしてオリフラに形成し、縞模様形状マークに並列して、第1の面から第2の面に渡って傾斜する傾斜線状マークをオリフラに形成するマーク形成ステップと、マーク形成ステップを実施した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第1の面から生成するウェーハの厚みに相当する深さに位置付けると共に、集光点とインゴットとを相対的に移動してレーザービームを第1の面に照射し、第1の面に平行な改質層及び改質層から伸長するクラックを形成して分離起点を形成する分離起点形成ステップと、分離起点形成ステップを実施した後、分離起点からウェーハの厚みに相当する板状物をインゴットから剥離してウェーハを生成するウェーハ剥離ステップと、を備え、剥離後のウェーハのオリフラに形成された縞模様状マークにて、何れのインゴットから切り出されたものか検出可能であり、剥離後のウェーハのオリフラに形成された縞模様状マーク及び傾斜線状マークの相対位置によって、何れのインゴットでのウェーハを切り出した順番を検出可能であること、を特徴とする。
上記ウェーハの加工方法においてマーク形成ステップにおいて、レーザーマーキングによってオリフラに縞模様状マーク及び傾斜線状マークを形成するとよい。
上記ウェーハの加工方法において、マーク形成ステップにおいて、インクジェット印刷によって縞模様状マーク及び傾斜線状マークを形成するとよい。
本発明によれば、縞模様状マークをインゴットのIDとして外周面に形成したので、切り出した後のウェーハそれぞれでインゴットのIDを簡単に検出可能となり、切り出した後のウェーハのトレーサビリティを容易に確保することができる。
本実施の形態の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。 インゴットの概略構成図である。 マーク形成ステップの説明図である。 分離起点形成ステップの説明図である。 分離起点形成ステップの説明図である。 分離起点形成ステップの説明図である。 分離起点形成ステップの説明図である。 分離起点形成ステップの説明図である。 ウェーハ剥離ステップの説明図である。 ウェーハ剥離ステップの説明図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態のウェーハの加工方法に用いるレーザー加工装置について説明する。図1は、本実施の形態のレーザー加工装置の斜視図である。図2は、レーザービーム発生ユニットのブロック図である。なお、レーザー加工装置は、本実施の形態のインゴットからウェーハを加工可能な構成であればよく、図1に示す構成に限定されない。
図1に示すように、レーザー加工装置1は、レーザー光線を照射するレーザー加工手段31とインゴット60(図3参照)を保持した保持テーブル21とを相対移動させて、インゴット60をレーザー加工するように構成されている。
レーザー加工装置1の基台10上には、レーザー加工手段31に対して保持テーブル21をX軸方向及びY軸方向に移動するテーブル移動手段11が設けられている。テーブル移動手段11は、基台10上に配置されたX軸方向に平行な一対のガイドレール12と、一対のガイドレール12にスライド可能に設置されたモータ駆動のX軸テーブル14とを有している。また、テーブル移動手段11は、X軸テーブル14の上面に配置されY軸方向に平行な一対のガイドレール13と、一対のガイドレール13にスライド可能に設置されたモータ駆動のY軸テーブル15とを有している。
X軸テーブル14及びY軸テーブル15の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成されており、これらのナット部にボールネジ16、17が螺合されている。そして、ボールネジ16、17の一端部に連結された駆動モータ18、19が回転駆動されることで、保持テーブル21がガイドレール12、13に沿ってX軸方向及びY軸方向に移動される。また、Y軸テーブル15上には、インゴット60を保持する保持テーブル21が設けられている。保持テーブル21の上面には保持面22が形成されている。
基台10において、保持テーブル21の後方には立壁部25が立設されており、この立壁部25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により保持テーブル21に固定された被加工物であるインゴット60の内部に集光点を位置づけられて照射される。
図1に戻り、基台10の図1中左側にはコラム52が設けられ、このコラム52に形成された開口53を介して押圧機構54が昇降可能に搭載されている。
続いて、加工対象物となるインゴット60について、図3を参照して説明する。図3Aはインゴットの斜視図、図3Bは図3Aのインゴットの正面図である。インゴット60は、六方晶単結晶インゴットとされ、SiC、GaN、リチウムタンタレート、リチウムナイオベート、シリコン、サファイアにより構成される。
インゴット60は、第1の面(上面)61aと、第1の面61aと反対側の第2の面(裏面)61bとを有している。また、インゴット60は外周面61cを有しており、外周面61cは、第1の面61a及び第2の面61bの外縁に連なり、それらに直交する方向に延在している。インゴット60の表面61a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60の外周面61cは、第1のオリフラ(オリエンテーションフラット)63と、第1のオリエンテーションフラット63に直交する第2のオリフラ(オリエンテーションフラット)65とを有している。第1のオリフラ63の長さは第2のオリフラ65の長さより長く形成されている。第1のオリフラ63及び第2のオリフラ65はインゴット60の結晶方位を示すものである。
インゴット60は、表面61aの垂線67に対して第2のオリフラ65方向にオフ角α傾斜したc軸68と、c軸68に直交するc面69とを有している。c面69はインゴット60の表面61aに対してオフ角α傾斜している。一般的に、六方晶単結晶のインゴット60では、短い第2のオリフラ65の伸長方向に直交する方向がc軸の傾斜方向である。
c面69はインゴット60中にインゴット60の分子レベルで無数に設定される。本実施形態では、オフ角αは4°に設定されている。しかし、オフ角αは4°に限定されるものではなく、例えば1°~6°の範囲で自由に設定してインゴット60を製造することができる。
次いで、本実施の形態のウェーハの生成方法について図4乃至図11を参照して説明する。図4はマーク形成ステップ、図5乃至図9は分離起点形成ステップ、図10及び図11はウェーハ剥離ステップの説明図をそれぞれ示している。なお、上記の各図に示すステップは、あくまでも一例に過ぎず、この構成に限定されるものではない。
図4に示すように、先ず、インゴット60に対してマーク形成ステップを実施する。マーク形成ステップは、インゴット60の第1のオリフラ63に縞模様状マーク71及び傾斜線状マーク72を形成する。縞模様状マーク71及び傾斜線状マーク72の形成は、特に限定されるものでないが、レーザーマーキングやインクジェット印刷等の手段が例示できる。縞模様状マーク71は、第1の面61aから第2の面61bに渡って延在しており、ウェーハW(図11参照)を切り出す方向と垂直な方向、すなわち、各面61a、61bに直交する方向と平行な方向に延在している。縞模様状マーク71は、バーコードと同様にして、線の太さや間隔により各種情報が得られるものであり、インゴット60のIDとして複数のインゴットから区別し得る識別情報を含むものである。
傾斜線状マーク72は、第1のオリフラ63にて縞模様状マーク71に並列して形成されている。傾斜線状マーク72は、第1の面61aから第2の面61bに渡って傾斜しており、本実施の形態では、第2の面61bに近付くに従い隣接する縞模様状マーク71に対して次第に離れる方向に傾いて形成されている。なお、傾斜線状マーク72の傾斜方向は、図4にて上下反転する方向としてもよい。
マーク形成ステップを実施した後、分離起点形成ステップを実施する。分離起点形成ステップは、先ず、図5に示すように、インゴット60の第2のオリフラ65がX軸方向に整列するようにインゴット60を保持テーブル21上に例えばワックス又は接着剤で固定する。この固定では、図6に示すように、オフ角α(図3参照)が形成されるY1方向に直交する方向、すなわち矢印A方向をX軸に合わせる。これにより、オフ角αが形成される方向に直交するA方向に沿ってレーザービームが走査される。換言すると、オフ角αが形成される方向Y1に直交するA方向が保持テーブル21の加工送り方向となる。
インゴット60の固定と前後して、レーザービームの波長をインゴット60に対して透過性を有する波長(例えば1064nmの波長)に設定する。そして、図7に示すように、レーザービームLBの集光点を、インゴット60の第1の面(表面)61aから生成すべきウェーハW(図11参照)の厚みに相当する深さD1に位置づける。その後、レーザービームLBの集光点とインゴット60とを相対的にX軸方向(A方向)に移動してレーザービームLBを第1の面61a側から照射する。すると、インゴット60にて第1の面61aに平行な改質層75が形成されると共に、改質層75からc面69(図3参照)に沿って伝播するクラック76が形成され、これら改質層75及びクラック76が分離起点として形成される(図8参照)。改質層75は、レーザービームLBの照射によってインゴット60の内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層75は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。
分離起点形成ステップは、上記のようにレーザービームLBを照射して改質層75及びクラック76を形成する改質層形成ステップと、オフ角が形成される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。
インデックスステップでは、インゴット60を矢印Y1方向に移動することで、レーザービームLBの集光点をオフ角が形成される方向で且つc面69(図3参照)が下り坂となる矢印Y2方向に所定量インデックスする。インデックス方向をこのように設定すると、直線状となる改質層75がc面69上に形成されると共に改質層75の両側にc面69に沿ってクラック76が伝播して形成されても、次に照射されるレーザービームLBの照射をクラック76が妨げなくなる。
また、分離起点形成ステップは、直線状の改質層75からc面方向に伝播して形成されるクラック76の幅を計測し、集光点のインデックス量を設定するインデックス量設定ステップを含んでいる。
インデックス量設定ステップにおいて、図7に示すように、直線状の改質層75からc面69(図3参照)方向に伝播して改質層75の片側に形成されるクラック76の幅をW1とした場合、インデックスすべき所定量W2は、幅W1以上であり幅W1を2倍した値以下(W1≦W2≦2*W1)に設定される。
ここで、好ましい実施の形態でのレーザー加工条件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:400μm
上述したレーザー加工条件においては、図7において、改質層75からc面69(図3参照)に沿って伝播するクラック76の幅W1が略250μmに設定され、インデックス量W2が400μmに設定される。
レーザービームLBの平均出力は3.2Wに限定されるものではなく、本実施の形態の加工方法では、平均出力を2W~4.5Wに設定して良好な結果が得られた。平均出力2Wの場合、クラック76の幅W1は略100μmとなり、平均出力4.5Wの場合には、クラック76の幅W1は略350μmとなった。
平均出力が2W未満の場合及び4.5Wより大きい場合には、インゴット60の内部に良好な改質層75を形成することができないため、照射するレーザービームLBの平均出力は2W~4.5Wの範囲内が好ましく、本実施形態では平均出力3.2WのレーザービームLBをインゴット60に照射した。図7において、改質層75を形成する集光点の第1の面61aからの深さD1は500μmに設定した。
図9A及び図9Bは、分離起点形成ステップにおけるレーザービームの走査方向を説明するための模式図である。図9Aに示すように、分離起点形成ステップは往路X1及び復路X2で実施され、往路X1でインゴット60に改質層75を形成したレーザービームの集光点は、所定量インデックスされた後、復路X2でインゴット60に改質層75を形成する。
また、分離起点形成ステップにおいて、レーザービームの集光点のインデックスすべき所定量W2がクラック76の幅W1以上であり幅W1を2倍した値以下に設定された場合、インゴット60にレーザービームの集光点が位置づけられ最初の改質層75が形成されるまでの集光点のインデックス量W2は幅W1以下に設定されるのが好ましい。
例えば、図9Bに示すように、レーザービームの集光点をインデックスすべき所定量が400μmの場合には、インゴット60に最初の改質層75が形成されるまでは、インデックス量200μmでレーザービームの走査を複数回実行する。
最初の方のレーザービームの走査は空打ちであり、インゴット60の内部に最初に改質層75を形成したのが判明したならば、インデックス量400μmに設定してインゴット60の内部に改質層75を形成する。
分離起点形成ステップを実施した後、外力を付与して改質層75及びクラック76からなる分離起点から形成すべきウェーハWの厚みに相当する板状物をインゴット60から剥離してウェーハWを生成するウェーハ剥離ステップを実施する。ウェーハ剥離ステップは、例えば図10A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(図1参照)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10B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10Aに示すように、押圧機構54を保持テーブル21に固定されたインゴット60の上方に位置づけ、図10Bに示すように、押圧部材58がインゴット60の第1の面(表面)61a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60の第1の面61a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60にねじり応力が発生し、改質層75及びクラック76(図7参照)が形成された分離起点からインゴット60が破断される。これにより、インゴット60から図11に示すウェーハWが剥離され、インゴット60からウェーハWが切り出されることとなる。なお、ウェーハWをインゴット60から剥離後、ウェーハWの分離面及びインゴット60の分離面を研磨して鏡面に加工するのが好ましい。
図11に示すように、インゴット60から剥離された後の複数のウェーハWには、それぞれの第1のオリフラ63に縞模様状マーク71が形成される。単一のインゴット60から複数のウェーハWを切り出して剥離しても、各ウェーハWには同一の縞模様状マーク71が形成される。これにより、ウェーハWの縞模様状マーク71をバーコードリーダ等の検出装置で読み取ることで、切り出し元となるインゴット60のIDを取得でき、ウェーハWについて何れのインゴット60から切り出されたものかを検出することが可能となる。
また、単一のインゴット60から切り出される複数のウェーハWには傾斜線状マーク72も形成される。インゴット60にて傾斜線状マーク72を上述のように傾斜する方向に形成したので、各ウェーハWでの傾斜線状マーク72は、第1のオリフラ63の延出方向(図11中左右方向)にて形成位置がそれぞれ異なることとなる。例えば、図11にて、1枚目に切り出したウェーハWの縞模様状マーク71から傾斜線状マーク72までの距離a1と、2枚目に切り出したウェーハWの縞模様状マーク71から傾斜線状マーク72までの距離a2とは異なっている。従って、剥離後のウェーハWの第1のオリフラ63に形成された縞模様状マーク71と傾斜線状マーク72との相対位置によって、ウェーハWが何れのインゴット60の何番目に切り出されたものか検出することが可能となる。
以上のように、本実施の形態のインゴット60によれば、切り出された複数のウェーハWそれぞれにインゴット60の縞模様状マーク71の一部を同様に形成することができる。これにより、インゴット60から切り出された全てのウェーハWが縞模様状マーク71によるインゴット60のIDを表示することができる。これにより、切り出し後にウェーハWに研削や研磨等の各種加工を実施し、複数のインゴット60から切り出されるウェーハWが混在しても、ウェーハWがどのインゴットから切り出したものか検出でき、トレーサビリティを容易に確保することができる。
また、本実施の形態では、切り出された複数のウェーハWにそれぞれ位置が異なる傾斜線状マーク72を形成することができる。これにより、ウェーハWの傾斜線状マーク72の位置を検出することで、インゴット60にてウェーハWを切り出した順番を検出することができる。
また、図7に示すように、インデックス方向を矢印Y2方向とし、改質層75の両側にc面69(図3参照)に沿ってクラック76が形成されても、次の改質層75を形成するためのレーザービームLBの照射をクラック76が妨げなくなる。これにより、改質層75及びクラック76からなる分離起点からウェーハWの厚みに相当する板状物をインゴット60から容易に剥離してウェーハWを生成することができる。
なお、縞模様状マーク71及び傾斜線状マーク72の形成位置は、第2のオリフラ65としたり、オリフラ63、65以外の外周面61cに形成したり、オリフラ63、65を有しないインゴット60の外周面61cに形成したりしてもよい。但し、オリフラ63、65に各マーク71、72を形成する方が作業性の観点から有利となる。
また、本実施の形態では、レーザー加工装置で分離起点形成ステップ、ウェーハ剥離ステップが実施される構成にしたが、この構成に限定されない。それらのステップは、それぞれ専用の装置で実施されてもよい。
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本発明の実施の形態及び変形例は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
また、本実施の形態では、本発明をインゴットに適用した構成について説明したが、改質層によって良好に分割可能な被加工物に適用することが可能である。
以上説明したように、本発明は、切り出した後のウェーハのトレーサビリティを容易に確保することができるという効果を有し、特に、レーザー加工でウェーハ等の複数の板状物が切り出されるインゴットに有用である。
60 インゴット
61a 第1の面
61b 第2の面
61c 外周面
63 第1のオリフラ
71 縞模様状マーク
72 傾斜線状マーク
75 改質層
76 クラック
LB レーザービーム
W ウェーハ

Claims (3)

  1. 第1の面と、該第1の面と反対側の第2の面と、該第1の面及び該第2の面に交差する方向に延在する外周面とが形成されたインゴットからウェーハを切り出すウェーハの加工方法であって、
    該外周面は結晶方位を示すオリフラを含み、
    ウェーハを切り出す方向と垂直な方向に該第1の面から該第2の面に渡って延在する縞模様状マークをインゴットのIDとして該オリフラに形成し、該縞模様形状マークに並列して、該第1の面から該第2の面に渡って傾斜する傾斜線状マークを該オリフラに形成するマーク形成ステップと、
    該マーク形成ステップを実施した該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1の面から生成するウェーハの厚みに相当する深さに位置付けると共に、該集光点と該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1の面に照射し、該第1の面に平行な改質層及び該改質層から伸長するクラックを形成して分離起点を形成する分離起点形成ステップと、
    該分離起点形成ステップを実施した後、該分離起点からウェーハの厚みに相当する板状物を該インゴットから剥離してウェーハを生成するウェーハ剥離ステップと、を備え、
    該剥離後のウェーハの該オリフラに形成された該縞模様状マークにて、何れのインゴットから切り出されたものか検出可能であり、該剥離後のウェーハの該オリフラに形成された該縞模様状マーク及び該傾斜線状マークの相対位置によって、該何れのインゴットでのウェーハを切り出した順番を検出可能であること、を特徴とするウェーハの加工方法。
  2. 該マーク形成ステップにおいて、レーザーマーキングによって該縞模様状マーク及び該傾斜線状マークを形成することを特徴とする請求項1記載のウェーハの加工方法。
  3. 該マーク形成ステップにおいて、インクジェット印刷によって該縞模様状マーク及び該傾斜線状マークを形成することを特徴とする請求項1記載のウェーハの加工方法。
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