KR102599569B1 - 웨이퍼의 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 화합물 단결정 잉곳의 단부면을 연삭하는 평탄화 공정에 있어서, 연삭 지석의 소모량을 억제할 수 있음과 더불어 연삭 시간을 단축할 수 있는 웨이퍼의 생성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다
제1 단부면과 상기 제1 단부면과 반대측의 제2 단부면을 갖는 화합물 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼의 생성 방법으로서, 화합물 단결정 잉곳의 상기 제2 단부면을 척 테이블로 유지하고, 화합물 단결정 잉곳에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을 상기 제1 단부면으로부터 생성될 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시킴과 더불어, 상기 집광점과 화합물 단결정 잉곳을 상대적으로 이동시켜 상기 레이저 빔을 상기 제1 단부면으로 조사하고, 상기 제1 단부면에 평행한 개질층 및 상기 개질층으로부터 신장되는 크랙으로 이루어진 분리면을 형성하는 분리면 형성 단계를 포함한다. 상기 분리면 형성 단계에 있어서, 화합물 단결정 잉곳을 구성하는 원자량이 큰 원자와 원자량이 작은 원자 중, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면을 상기 제1 단부면으로 하고, 평탄화 단계에 있어서, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면인 제1 단부면을 연삭하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼의 생성 방법{WAFER PRODUCING METHOD}
본 발명은, 화합물 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼의 생성 방법에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 각종 디바이스는, 실리콘 등을 소재로 한 웨이퍼의 표면에 기능층을 적층하고, 이 기능층에 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 영역에 형성된다. 그리고, 절삭 장치, 레이저 가공 장치 등의 가공 장치에 의해 웨이퍼의 분할 예정 라인에 가공이 행해지고, 웨이퍼가 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 디바이스 칩은 휴대전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 각종 전자기기에 널리 이용되고 있다.
또한, 파워 디바이스 또는 LED, LD 등의 광 디바이스는, SiC, GaN 등의 육방정 단결정을 소재로 한 웨이퍼의 표면에 기능층이 적층되고, 적층된 기능층에 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획되어 형성된다.
디바이스가 형성되는 웨이퍼는, 일반적으로 잉곳을 와이어 톱으로 슬라이스하여 생성되고, 슬라이스된 웨이퍼의 표리면을 연마하여 경면으로 마무리된다(예컨대, 일본 특허 공개 제2000-94221호 공보 참조).
이 와이어 톱에서는, 직경 약 100∼300 ㎛의 피아노 선 등의 1줄의 와이어를 통상 2∼4줄의 간격으로 보조 롤러 상에 형성된 다수의 홈에 감아, 일정 피치로 서로 평행하게 배치하여 와이어를 일정 방향 또는 양방향으로 주행시켜, 잉곳을 복수의 웨이퍼로 슬라이스한다.
그러나, 잉곳을 와이어 톱으로 절단하고, 표리면을 연마하여 웨이퍼를 생성하면, 잉곳의 70∼80%가 버려지게 되어, 비경제적이이라는 문제가 있다. 특히, SiC, GaN 등의 화합물 단결정 잉곳은 모스 경도가 높아 와이어 톱에 의한 절단이 곤란하고, 상당한 시간이 걸려 생산성이 나쁘며, 효율적으로 웨이퍼를 생성하는 데 있어서 과제를 갖는다.
이들 문제를 해결하기 위해서, SiC에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을 화합물 단결정 잉곳의 내부에 위치시켜 조사하고, 절단 예정면에 개질층 및 크랙을 형성하고, 외력을 부여하여 웨이퍼를 개질층 및 크랙이 형성된 절단 예정면을 따라 절단분할하여, 잉곳으로부터 웨이퍼를 분리하는 기술이 일본 특허 공개 제2013-49161호 공보에 기재되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-94221호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2013-49161호 공보
그러나, 특허문헌 2에 기재된 잉곳의 절단 방법에서는, 웨이퍼를 분리한 잉곳의 단부면으로부터 다시 레이저 빔을 조사하여 개질층과 개질층으로부터 전파된 크랙을 포함하는 분리면을 형성하기 위해서, 잉곳의 단부면을 연삭하여 평탄하게 마무리할 필요가 있어, 잉곳의 단부면을 연삭하는 연삭 지석의 소모량이 심함과 더불어 시간이 걸려 생산성이 나쁘다고 하는 과제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 화합물 단결정 잉곳의 단부면을 연삭하는 평탄화 공정에 있어서, 연삭 지석의 소모량을 억제할 수 있음과 더불어 연삭 시간을 단축할 수 있는 웨이퍼의 생성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 단부면과 상기 제1 단부면과 반대측의 제2 단부면을 갖는 화합물 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼의 생성 방법으로서, 화합물 단결정 잉곳의 상기 제2 단부면을 척 테이블로 유지하고, 화합물 단결정 잉곳에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을 상기 제1 단부면으로부터 생성될 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시킴과 더불어, 상기 집광점과 화합물 단결정 잉곳을 상대적으로 이동시켜 상기 레이저 빔을 상기 제1 단부면으로 조사하고, 상기 제1 단부면에 평행한 개질층 및 상기 개질층으로부터 신장되는 크랙으로 이루어진 분리면을 형성하는 분리면 형성 단계와, 상기 분리면 형성 단계를 실시한 후, 상기 분리면에서 웨이퍼의 두께에 상당하는 판상물을 화합물 단결정 잉곳으로부터 분리하여 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 단계와, 웨이퍼 생성 단계를 실시한 후, 웨이퍼가 분리된 화합물 단결정 잉곳의 상기 제1 단부면을 연삭하여 평탄화하는 평탄화 단계를 포함하고, 상기 분리면 형성 단계에 있어서, 화합물 단결정 잉곳을 구성하는 원자량이 큰 원자와 원자량이 작은 원자 중, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면을 상기 제1 단부면으로 하고, 상기 평탄화 단계에 있어서, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면인 상기 제1 단부면을 연삭하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 생성 방법이 제공된다.
바람직하게는, 화합물 단결정 잉곳은 SiC 잉곳으로서, 탄소(C)가 배열되는 극성면이 제1 단부면이 된다. 혹은, 화합물 단결정 잉곳은 GaN 잉곳으로서, 질소(N)가 배열되는 극성면이 제1 단부면이 된다.
본 발명의 웨이퍼의 생성 방법에 따르면, 분리면 형성 단계에 있어서, 화합물 단결정 잉곳을 구성하는 원자량이 큰 원자와 원자량이 작은 원자 중, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면을 제1 단부면으로 하고, 평탄화 단계에 있어서, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면인 제1 단부면을 연삭하도록 구성되어 있기 때문에, 제2 단부면을 연삭하는 경우에 비하여 연삭 지석의 마모량이 1/2∼1/3로 감소됨과 더불어 연삭에 필요한 시간도 1/2∼1/3로 감소된다.
도 1은 본 발명의 웨이퍼의 생성 방법을 실시하는 데 알맞은 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 레이저 빔 발생 유닛의 블록도이다.
도 3의 (A)는 화합물 단결정 잉곳의 사시도, 도 3의 (B)는 그 정면도이다.
도 4는 분리면 형성 단계를 설명한 사시도이다.
도 5는 개질층 형성 단계를 설명한 모식적 단면도이다.
도 6은 웨이퍼 생성 단계를 설명한 사시도이다.
도 7은 웨이퍼 생성 단계에서 생성된 웨이퍼의 사시도이다.
도 8은 평탄화 단계를 도시한 사시도이다.
도 9는 평탄화 단계 실시 후의 척 테이블에 유지된 화합물 단결정 잉곳의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 웨이퍼의 생성 방법을 실시하는 데 알맞은 레이저 가공 장치(2)의 사시도가 도시되어 있다. 레이저 가공 장치(2)는, 정지 베이스(4) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 탑재된 제1 슬라이드 블록(6)을 포함한다.
제1 슬라이드 블록(6)은, 볼나사(8) 및 펄스 모터(10)로 구성되는 가공 이송 기구(12)에 의해 한 쌍의 가이드 레일(14)을 따라 가공 이송 방향, 즉 X축 방향으로 이동하게 된다.
제1 슬라이드 블록(6) 상에는 제2 슬라이드 블록(16)이 Y축 방향으로 이동 가능하게 탑재된다. 즉, 제2 슬라이드 블록(16)은 볼나사(18) 및 펄스 모터(20)로 구성되는 인덱싱 이송 기구(22)에 의해 한 쌍의 가이드 레일(24)을 따라 인덱싱 이송 방향, 즉 Y축 방향으로 이동하게 된다.
제2 슬라이드 블록(16) 상에는 지지 테이블(26)이 탑재된다. 지지 테이블(26)은 가공 이송 기구(12) 및 인덱싱 이송 기구(22)에 의해 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동 가능함과 더불어, 제2 슬라이드 블록(16) 내에 수용된 모터에 의해 회전된다.
정지 베이스(4)에는 칼럼(28)이 세워져 있고, 이 칼럼(28)에 레이저 빔 조사 기구(레이저 빔 조사 수단)(30)가 부착된다. 레이저 빔 조사 기구(30)는, 케이싱(32) 내에 수용된 도 2에 도시된 레이저 빔 발생 유닛(34)과, 케이싱(32)의 선단에 부착된 집광기(레이저 헤드)(36)로 구성된다. 케이싱(32)의 선단에는, 집광기(36)와 X축 방향으로 정렬되며 그리고 현미경 및 카메라를 갖는, 촬상 유닛(38)이 부착된다.
레이저 빔 발생 유닛(34)은, 도 2에 도시된 바와 같이, YAG 레이저 또는 YVO4 레이저를 발진하는 레이저 발진기(40)와, 반복 주파수 설정 수단(42)과, 펄스폭 조정 수단(44)과, 파워 조정 수단(46)을 포함한다. 특히 도시하지 않지만, 레이저 발진기(40)는 브루스터 창(Brewster window)을 갖지며, 레이저 발진기(40)로부터 출사되는 레이저 빔은 직선 편광의 레이저 빔이다.
레이저 빔 발생 유닛(34)의 파워 조정 수단(46)에 의해 소정 파워로 조정된 펄스 레이저 빔은, 집광기(36)의 미러(48)에 의해 반사되고, 또한 집광 렌즈(50)에 의해 지지 테이블(26)에 고정된 피가공물인 화합물 단결정 잉곳(11)의 내부에 집광점을 위치시켜 조사하게 된다.
도 3의 (A)를 참조하면, 가공 대상물인 화합물 단결정 잉곳(11)의 사시도가 도시되어 있다. 도 3의 (B)는 도 3의 (A)에 도시된 화합물 단결정 잉곳(11)의 정면도이다. 화합물 단결정 잉곳(이하, 단순히 잉곳이라 약칭하는 경우가 있음)(11)은, GaN 단결정 잉곳, 또는 SiC 단결정 잉곳으로 구성된다.
잉곳(11)은, 제1 단부면(11a)과 제1 단부면(11a)과 반대측의 제2 단부면(11b)을 갖는다. 잉곳(11)의 제1 단부면(11a)은, 레이저 빔의 조사면이 되기 때문에 경면으로 연마된다.
잉곳(11)은, 제1 오리엔테이션 플랫(13)과, 제1 오리엔테이션 플랫(13)에 직교하는 제2 오리엔테이션 플랫(15)을 갖는다. 제1 오리엔테이션 플랫(13)의 길이는 제2 오리엔테이션 플랫(15)의 길이보다 길게 형성된다.
제1 단부면(11a)은, 화합물 단결정 잉곳(11)을 구성하는 원자량이 큰 원자와 원자량이 작은 원자 중, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면이다. 따라서, 제2 단부면(11b)은 원자량이 큰 원자가 배열되는 극성면이 된다.
화합물 단결정 잉곳(11)이 GaN 잉곳인 경우에는, 제1 단부면(11a)은 -c면인 질소(N) 극성면이 되고, 제2 단부면(11b)은 +c면인 갈륨(Ga) 극성면이 된다.
한편, 화합물 단결정 잉곳(11)이 SiC 잉곳인 경우에는, 제1 단부면(11a)은 -c면인 탄소(C) 극성면이 되고, 제2 단부면(11b)은 +c면인 실리콘(Si) 극성면이 된다.
도 1을 다시 참조하면, 정지 베이스(4)의 좌측에는 칼럼(52)이 고정되어 있고, 이 칼럼(52)에는 칼럼(52)에 형성된 개구(53)를 통해 압박 기구(54)가 상하 방향으로 이동 가능하게 탑재된다.
본 실시형태의 웨이퍼의 생성 방법에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 화합물 단결정 잉곳(11)의 제1 단부면(11a)을 위로 하여 잉곳(11)을 지지 테이블(26) 상에 예컨대 왁스 또는 접착제로 고정한다.
전술한 바와 같이, 제1 단부면(11a)은, 화합물 단결정 잉곳(11)을 구성하는 원자량이 큰 원자와 원자량이 작은 원자 중, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면이며, GaN 잉곳의 경우에는 N 극성면, SiC 잉곳의 경우에는 C 극성면이 된다.
이와 같이 화합물 단결정 잉곳(11)을 지지 테이블(26)로 지지한 후, 지지 테이블(26)에 고정된 화합물 단결정 잉곳(11)에 대하여 투과성을 갖는 파장(예컨대 1064 ㎚ 파장)의 레이저 빔의 집광점을 제1 단부면(11a)으로부터 생성될 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이(도 5에서 D1)에 위치시킴과 더불어, 집광점과 화합물 단결정 잉곳(11)을 상대적으로 이동시켜 레이저 빔을 제1 단부면(11a)으로 조사하고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 단부면(11a)에 평행한 개질층(17) 및 개질층(17)으로부터 전파되는 크랙(19)을 형성하여 분리면을 형성하는 분리면 형성 단계를 실시한다.
이 분리면 형성 단계는, X축 방향으로 레이저 빔의 집광점을 상대적으로 이동시켜 잉곳(11)의 내부에 개질층(17) 및 개질층(17)으로부터 전파되는 크랙(19)을 포함하는 분리면을 형성하는 개질층 형성 단계와, Y축 방향으로 집광점을 상대적으로 이동시켜 소정량 인덱싱하는 인덱싱 단계를 포함한다.
여기서, 바람직한 실시형태의 개질층 형성 단계의 레이저 가공 방법은 이하와 같이 설정된다.
광원 : Nd:YAG 펄스 레이저
파장 : 1064 ㎚
반복 주파수 : 80 kHz
평균 출력 : 3.2 W
펄스 폭 : 4 ns
스폿 직경 : 10 ㎛
집광 렌즈의 개구수(NA) : 0.45
인덱싱량 : 250 ㎛
이와 같이 소정량 인덱싱 이송하면서, 잉곳(11)의 전체 영역의 깊이(D1)의 위치에, 복수의 개질층(17) 및 개질층(17)으로부터 전파되는 크랙의 형성이 종료되었다면, 외력을 부여하여 개질층(17) 및 크랙(19)으로 이루어진 분리면에서 형성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 판상물을 화합물 단결정 잉곳(11)으로부터 분리하여 화합물 단결정 웨이퍼(21)를 생성하는 웨이퍼 생성 단계를 실시한다.
이 웨이퍼 생성 단계는, 예컨대 도 6에 도시된 바와 같은 압박 기구(54)에 의해 실시한다. 압박 기구(54)는, 칼럼(52) 내에 내장된 이동 기구에 의해 상하 방향으로 이동하는 헤드(56)와, 헤드(56)에 대하여, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 화살표(R) 방향으로 회전하게 되는 압박 부재(58)를 포함한다.
도 6의 (A)에 도시된 바와 같이, 압박 기구(54)를 지지 테이블(26)에 고정된 잉곳(11)의 위쪽에 위치시키고, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 압박 부재(58)가 잉곳(11)의 제1 단부면(11a)에 압접할 때까지 헤드(56)를 하강시킨다.
압박 부재(58)를 잉곳(11)의 제1 단부면(11a)에 압접한 상태에서 압박 부재(58)를 화살표(R) 방향으로 회전시키면, 잉곳(11)에는 비틀림 응력이 발생하여, 개질층(17) 및 크랙(19)이 형성된 분리 기점으로부터 잉곳(11)이 파단되고, 화합물 단결정 잉곳(11)으로부터 도 7에 도시된 화합물 단결정 웨이퍼(21)를 생성할 수 있다.
웨이퍼 생성 단계를 실시한 후, 웨이퍼(21)가 분리된 화합물 단결정 잉곳(11)의 제1 단부면(11a)을 연삭하여 평탄화하는 평탄화 단계를 실시한다. 이 평탄화 단계에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 잉곳(11)의 제1 단부면(11a)을 위로 하여 잉곳(11)을 연삭 장치의 척 테이블(60)로 흡인 유지한다.
도 8에 있어서, 연삭 유닛(62)의 스핀들(64)의 선단에 고정된 휠 마운트(66)에는, 복수의 나사(67)에 의해 연삭 휠(68)이 착탈 가능하게 장착된다. 연삭 휠(68)은 휠 베이스(70)의 자유 단부(하단부)에 복수의 연삭 지석(72)을 환상으로 고착하여 구성된다.
평탄화 단계에서는, 척 테이블(60)을 화살표 a로 나타내는 방향으로 예컨대 300 rpm으로 회전시키면서, 연삭 휠(68)을 화살표 b로 나타내는 방향으로 예컨대 6000 rpm으로 회전시킴과 더불어, 도시하지 않은 연삭 유닛 이송 기구를 구동하여 연삭 휠(68)의 연삭 지석(72)을 잉곳(11)의 제1 단부면(11a)에 접촉시킨다.
그리고, 연삭 휠(68)을 소정의 연삭 이송 속도(예컨대 0.1 ㎛/s)로 연삭 이송하여, 제1 단부면(11a)을 소정량 연삭함으로써 제1 단부면(11a)을 평탄화한다. 바람직하게는, 이 평탄화 단계를 실시한 후, 연삭된 제1 단부면(11a)을 연마하여 경면으로 가공한다.
평탄화 단계를 실시하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 화합물 단결정 잉곳(11)의 제1 단부면(11a)은 평탄화되고, 바람직하게는 연마 가공에 의해 제1 단부면(11a)이 경면으로 가공된 후, 분리면 형성 단계가 다시 실시된다.
여기서, 평탄화 단계에 있어서, 연삭 가공하는 면이 제1 단부면(11a)인 경우와, 제2 단부면(11b)인 경우에 대해서 비교한 가공 결과에 대해서 이하에 나타낸다.
연삭 가공 비교예 (1)
화합물 단결정 잉곳 : GaN 잉곳
연삭량 : 5 ㎛
Ga 극성면의 연삭 : 지석의 마모량(6.3 ㎛), 연삭 시간(2.5분)
N 극성면의 연삭 : 지석의 마모량(2.5 ㎛), 연삭 시간(1분)
연삭 가공 비교예 (2)
화합물 단결정 잉곳 : SiC 잉곳
연삭량 : 5 ㎛
Si 극성면의 연삭 : 지석의 마모량(7.5 ㎛), 연삭 시간(3분)
C 극성면의 연삭 : 지석의 마모량(3.5 ㎛), 연삭 시간(1.5분)
전술한 실시형태에 따르면, 분리면 형성 단계에 있어서, 화합물 단결정 잉곳(11)을 구성하는 원자량이 큰 원자와 원자량이 작은 원자 중, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면인 제1 단부면(11a) 측으로부터 레이저 빔을 조사하여 잉곳(11)의 내부에 개질층(17) 및 크랙(19)으로 이루어진 분리면을 형성하고, 평탄화 단계에 있어서, 원자량이 작은 원자가 배열되는 극성면인 제1 단부면(11a)을 연삭하도록 구성되어 있기 때문에, 제2 단부면(11b)을 연삭하는 경우에 비해 연삭 지석(72)의 소모량이 1/2∼1/3로 감소됨과 더불어, 연삭에 필요한 시간도 1/2∼1/3로 감소되었다.
2 : 레이저 가공 장치 11 : 화합물 단결정 잉곳
11a : 제1 단부면 11b : 제2 단부면
13 : 제1 오리엔테이션 플랫 15 : 제2 오리엔테이션 플랫
17 : 개질층 19 : 크랙
21 : 화합물 단결정 웨이퍼 26 : 지지 테이블
30 : 레이저 빔 조사 유닛 36 : 집광기(레이저 헤드)
54 : 압박 기구 56 : 헤드
58 : 압박 부재 62 : 연삭 유닛
68 : 연삭 휠 72 : 연삭 지석

Claims (3)

  1. 제1 단부면과 상기 제1 단부면과 반대측의 제2 단부면을 갖는 GaN 잉곳으로부터 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼의 생성 방법으로서,
    GaN 잉곳의 상기 제2 단부면을 척 테이블로 유지하고, GaN 잉곳에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을 상기 제1 단부면으로부터 생성될 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시킴과 더불어, 상기 집광점과 GaN 잉곳을 상대적으로 이동시켜 상기 레이저 빔을 상기 제1 단부면으로 조사하고, 상기 제1 단부면에 평행한 개질층 및 상기 개질층으로부터 신장되는 크랙으로 이루어진 분리면을 형성하는 분리면 형성 단계와,
    상기 분리면 형성 단계를 실시한 후, 상기 분리면에서 웨이퍼의 두께에 상당하는 판상물을 GaN 잉곳으로부터 분리하여 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 단계와,
    상기 웨이퍼 생성 단계를 실시한 후, 웨이퍼가 분리된 GaN 잉곳의 상기 제1 단부면을 연삭하여 평탄화하는 평탄화 단계
    를 포함하고,
    상기 분리면 형성 단계에 있어서, GaN 잉곳을 구성하는 원자량이 큰 원자와 원자량이 작은 원자 중, 질소(N)가 배열되는 극성면을 상기 제1 단부면으로 하고,
    상기 평탄화 단계에 있어서, 질소(N)가 배열되는 극성면인 상기 제1 단부면을 연삭하고,
    상기 평탄화 단계를 실시한 후, 연삭된 상기 제1 단부면을 연마하여 경면으로 가공하는 것을 특징으로 하는 것인, 웨이퍼의 생성 방법.
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