KR20150130226A - 웨이퍼 가공 방법 - Google Patents

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겐야 가이
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가부시기가이샤 디스코
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단결정 잉곳을 슬라이스하여 형성한 웨이퍼에 휘어짐이 생기지 않도록 가공할 수 있는 웨이퍼 가공 방법을 제공한다.
단결정 잉곳을 슬라이스하여 형성한 웨이퍼 가공 방법으로서, 웨이퍼의 외주에 잔존하고 있는 결정 변형을 제거하는 결정 변형 제거 공정을 실시한다. 결정 변형 제거 공정에서는, 웨이퍼의 한쪽의 면측으로부터 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치에 외주 가장자리를 따라 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사하고, 웨이퍼의 한쪽의 면으로부터 다른쪽의 면에 걸쳐 세공과 이 세공을 실드하는 비정질을 성장시켜 환형의 실드 터널을 형성한다. 그리고, 실드 터널을 따라 외력을 부여함으로써 실드 터널의 영역에서 웨이퍼를 파단하여 결정 변형이 잔류하고 있는 외주부를 제거한다.

Description

웨이퍼 가공 방법{WAFER PROCESSING METHOD}
본 발명은 LED 등의 광 디바이스를 형성하는 발광층을 적층하는 기판이 되는 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 웨이퍼 가공 방법에 관한 것이다.
LED 등의 광 디바이스를 형성하는 발광층이 적층되는 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 웨이퍼는, 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 단결정 잉곳을 와이어 소우 등에 의해 소정의 두께로 슬라이스하여 형성된다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
단결정 잉곳을 슬라이스하여 형성한 웨이퍼는, 앞뒷면이 연삭되어 경면(鏡面)으로 마무리된다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-207988호 공보
그러나, 웨이퍼의 표면 또는 이면을 연삭하면, 웨이퍼에 휘어짐이 생겨 파손되는 경우가 있어 생산성이 나쁘다는 문제가 있다.
또한, 웨이퍼에 휘어짐이 생기면 발광층을 균일하게 적층할 수 없어, LED 등의 광 디바이스의 품질에 불균일이 생긴다고 하는 문제가 있다.
이와 같이 웨이퍼의 표면 또는 이면을 연삭함으로써 휘어짐이 발생하는 것은, 잉곳을 생성할 때에 외주부에 결정 변형이 잔존하고 있기 때문이라고 여겨진다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술 과제는, 단결정 잉곳을 슬라이스하여 형성한 웨이퍼에 휘어짐이 생기지 않도록 가공할 수 있는 웨이퍼 가공 방법을 제공하는 것이다.
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 단결정 잉곳을 슬라이스하여 형성한 웨이퍼 가공 방법으로서,
웨이퍼의 외주에 잔존하고 있는 결정 변형을 제거하는 결정 변형 제거 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가공 방법이 제공된다.
상기 결정 변형 제거 공정에서는, 웨이퍼의 한쪽의 면측으로부터 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치에서 외주 가장자리를 따라 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하고, 웨이퍼의 한쪽의 면으로부터 다른쪽의 면에 걸쳐 세공과 이 세공을 실드하는 비정질을 성장시켜 환형의 실드 터널을 형성하며, 상기 실드 터널을 따라 외력을 부여함으로써 상기 실드 터널의 영역에서 웨이퍼를 파단하여 결정 변형이 잔류하고 있는 외주부를 제거한다.
또한, 상기 결정 변형 제거 공정에서는, 웨이퍼의 한쪽의 면측으로부터 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치에서 외주 가장자리를 따라 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하고, 외주 가장자리를 따라 어블레이션(ablation) 가공을 실시하여 레이저 가공 홈을 형성함으로써, 결정 변형이 잔류하고 있는 웨이퍼의 외주부를 제거한다.
또한, 웨이퍼의 한쪽의 면의 레이저 광선 조사 영역의 내측에 결정 방위를 나타내는 마크를 형성하는 마크 형성 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 단결정 잉곳을 슬라이스하여 형성한 웨이퍼 가공 방법은, 웨이퍼의 외주에 잔존하고 있는 결정 변형을 제거하는 결정 변형 제거 공정을 실시하기 때문에, 웨이퍼의 한쪽의 면 또는 다른쪽의 면을 연삭하여도 결정 변형이 잔류하고 있는 것에 의한 휘어짐이 생기는 경우는 없다. 따라서, 후속 공정에 있어서 웨이퍼의 연삭된 한쪽의 면에 발광층을 적층할 때에, 휘어짐이 없기 때문에 균일한 두께의 발광층을 형성할 수 있다.
도 1은 단결정 잉곳을 슬라이스하여 형성된 웨이퍼의 사시도이다.
도 2는 결정 변형 제거 공정의 제1 실시형태를 실시하기 위한 레이저 가공 장치의 주요부 사시도이다.
도 3은 결정 변형 제거 공정의 제1 실시형태의 설명도이다.
도 4는 결정 변형 제거 공정의 제1 실시형태가 실시된 웨이퍼에 결정 방위를 나타내는 마크를 형성하는 마크 형성 공정의 설명도이다.
도 5는 결정 변형 제거 공정에 있어서의 외주부 제거 공정의 설명도이다.
도 6은 결정 변형 제거 공정의 제2 실시형태를 실시하기 위한 레이저 가공 장치의 주요부 사시도이다.
도 7은 결정 변형 제거 공정의 제2 실시형태의 설명도이다.
도 8은 연삭 공정의 설명도이다.
이하, 본 발명에 따른 웨이퍼 가공 방법에 대해서 첨부 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따른 웨이퍼 가공 방법에 따라 가공되는 웨이퍼의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 웨이퍼(2)는, 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 단결정 잉곳을 와이어 소우 등에 의해 소정의 두께(예컨대 700 ㎛∼800 ㎛)로 슬라이스하여 형성되어 있고, 외주에 결정 방위를 나타내는 노치(21)가 마련되어 있다. 이와 같이 단결정 잉곳을 슬라이스하여 형성된 웨이퍼(2)의 외주에는 결정 변형이 잔류하고 있다.
본 발명의 웨이퍼 가공 방법은, 웨이퍼(2)의 외주에 잔존하고 있는 결정 변형을 제거하는 결정 변형 제거 공정을 실시한다. 이 결정 변형 제거 공정의 제1 실시형태는, 도 2에 나타내는 레이저 가공 장치(3)를 이용하여 실시한다. 도 2에 나타내는 레이저 가공 장치(3)는, 피가공물을 유지하는 척 테이블(31)과, 상기 척 테이블(31) 상에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(32)을 구비하고 있다. 척 테이블(31)은, 피가공물을 흡인 유지하도록 구성되어 있고, 도시하지 않는 회전 기구에 의해 도 2에 있어서 화살표(31a)로 나타내는 방향으로 회전되도록 되어 있다.
상기 레이저 광선 조사 수단(32)은, 실질적으로 수평으로 배치된 원통 형상의 케이싱(321)을 포함하고 있다. 케이싱(321) 내에는 도시하지 않는 펄스 레이저 광선 발진기나 반복 주파수 설정 수단을 구비한 펄스 레이저 광선 발진 수단이 설치되어 있다. 상기 케이싱(321)의 선단부에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하기 위한 집광 렌즈(322a)(도 3 참조)를 구비한 집광기(322)가 장착되어 있다. 이 집광기(322)의 집광 렌즈(322a)는, 개구수(NA)가 다음과 같이 설정되어 있다. 즉, 집광 렌즈(322a)의 개구수(NA)는, 개구수(NA)를 단결정 기판의 굴절률(N)로 나눈 값이 0.05∼0.2의 범위로 설정된다(개구수 설정 공정). 또한, 레이저 광선 조사 수단(32)은, 집광기(322)의 집광 렌즈(322a)에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선의 집광점 위치를 조정하기 위한 집광점 위치 조정 수단(도시하지 않음)을 구비하고 있다.
전술한 레이저 가공 장치(3)를 이용하여 실시하는 결정 변형 제거 공정의 제1 실시형태에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다.
결정 변형 제거 공정의 제1 실시형태는, 우선 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이 레이저 가공 장치(3)의 척 테이블(31) 상에 웨이퍼(2)의 한쪽의 면(2a)을 위로 하여 다른쪽의 면(2b)을 배치하고, 상기 척 테이블(31) 상에 웨이퍼(2)를 흡인 유지한다. 웨이퍼(2)를 흡인 유지한 척 테이블(31)을 도시하지 않는 이동 기구에 의해 집광기(322)가 위치하는 가공 영역으로 이동시켜, 도 3에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(2)의 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치가 집광기(322)의 바로 아래가 되도록 위치 부여한다. 그리고, 집광기(322)의 집광 렌즈(322a)에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선(LB)의 집광점(P)이 웨이퍼(2)의 두께 방향의 원하는 위치에 위치 부여되도록 도시하지 않는 집광점 위치 조정 수단을 작동시켜 집광기(322)를 광축 방향으로 이동시킨다(위치 부여 공정). 또한, 본 실시형태에 있어서는, 펄스 레이저 광선의 집광점(P)은, 웨이퍼(2)에 있어서의 펄스 레이저 광선이 조사되는 상면[한쪽의 면(2a)측]으로부터 원하는 위치[예컨대 한쪽의 면(2a)으로부터 5 ㎛∼10 ㎛ 다른쪽의 면(2b)측의 위치]에 설정되어 있다.
다음에, 집광기(322)로부터 웨이퍼(2)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선(LB)를 조사하면서 척 테이블(31)을 도 3의 (a)에 있어서 화살표(31a)로 나타내는 방향으로 회전시킨다(실드 터널 형성 공정). 그리고, 척 테이블(31)이 1회전하였다면 도 3의 (b)에서 나타내는 바와 같이 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하며 척 테이블(31)의 회전을 정지한다.
전술한 실드 터널 형성 공정을 실시함으로써, 웨이퍼(2)의 내부에는, 도 3의 (b) 및 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이 펄스 레이저 광선(LB)의 집광점(P) 부근[상면인 한쪽의 면(2a)]으로부터 하면인 다른쪽의 면(2b)을 향하여 세공(221)과 이 세공(221)의 주위에 형성된 비정질(222)이 성장하여, 웨이퍼(2)의 외주 가장자리를 따라 비정질의 실드 터널(22)이 환형으로 형성된다. 이 실드 터널(22)은, 서로 인접하는 비정질(222)끼리가 이어지도록 형성된다. 또한, 전술한 실드 터널 형성 공정에 있어서 형성되는 비정질의 실드 터널(22)은, 웨이퍼(2)의 상면인 한쪽의 면(2a)으로부터 하면인 다른쪽의 면(2b)에 걸쳐 형성할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 두께가 두꺼워도 펄스 레이저 광선을 1회 조사하면 되기 때문에, 생산성이 매우 양호해진다.
또한, 실드 터널 형성 공정에 있어서의 가공 조건은, 다음과 같이 설정되어 있다.
레이저 광선의 파장: 1030 ㎚
반복 주파수: 50 ㎑
펄스 폭: 10 ㎰
평균 출력: 6 W
스폿 직경: φ 3.3 ㎛∼13 ㎛
[스폿 직경(d)=(2λ)/(π·NA)의 식으로 구할 수 있다. 파장(λ)=1030 ㎚로 하여 계산하면, NA 0.2일 때 d=3.3 ㎛, NA 0.05일 때 d=약 13 ㎛]
주속도: 200 ㎜/초
또한, 전술한 바와 같이실드 터널 형성 공정이 실시된 웨이퍼(2)의 상면[한쪽의 면(2a)]에는, 도 4에 나타내는 바와 같이 레이저 광선 조사 영역의 내측에 있어서의 노치(21)와 대응하는 위치의 바로 위에 집광기(322)를 위치 부여하여 펄스 레이저 광선을 조사함으로써, 결정 방위를 나타내는 마크(23)를 형성하는 마크 형성 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이 마크 형성 공정은, 상기 실드 터널 형성 공정을 실시하기 전에 실시하여도 좋다. 또한, 마크 형성 공정은, 레이저 광선에 한정되는 일없이 다른 인자 수단에 의해 결정 방위를 나타내는 마크(23)를 형성하여도 좋다.
전술한 실드 터널 형성 공정을 실시함으로써 웨이퍼(2)의 외주부에 환형으로 형성된 실드 터널(22)은 강도가 저하되어 있기 때문에, 이 환형으로 형성된 실드 터널(22)을 따라 외력을 부여함으로써, 도 5에 나타내는 바와 같이 실드 터널(22)의 영역에서 파단하여 결정 변형이 잔류하고 있는 외주부(24)가 제거된다(외주부 제거 공정). 또한, 외주부 제거 공정을 실시함으로써, 웨이퍼(2)의 외주에 형성된 결정 방위를 나타내는 노치(21)는 외주부(24)와 함께 제거되지만, 실드 터널(22)의 내측에는 상기 마크 형성 공정에 있어서 노치(21)와 대응하는 위치에 결정 방위를 나타내는 마크(23)가 형성되어 있기 때문에, 외주부(24)가 제거된 후에 있어서도 결정 방위를 확인할 수 있다.
다음에, 웨이퍼(2)의 외주에 잔존하고 있는 결정 변형을 제거하는 결정 변형 제거 공정의 제2 실시형태에 대해서, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 제2 실시형태를 실시하는 레이저 가공 장치(30)는 상기 도 2에 나타내는 레이저 가공 장치(3)와 실질적으로 동일한 구성이기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
제2 실시형태는, 웨이퍼(2)의 한쪽의 면측으로부터 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치에서 외주 가장자리를 따라 웨이퍼(2)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하고, 외주 가장자리를 따라 어블레이션 가공을 실시하여 레이저 가공 홈을 형성함으로써, 결정 변형이 잔류하고 있는 외주부를 제거한다. 즉, 도 6 및 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이 척 테이블(31)에 유지된 웨이퍼(2)의 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치를 집광기(322)의 바로 아래가 되도록 위치 부여한다. 그리고, 집광기(322)로부터 웨이퍼(2)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(31)을 도 7의 (a)에 있어서 화살표(31a)로 나타내는 방향으로 1회전시킨다. 이때, 집광기(322)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 반도체 웨이퍼(2)의 상면인 한쪽의 면(2a) 부근에 맞춘다. 이 결과, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(2)에는 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치에 상면인 한쪽의 면(2a)으로부터 하면인 다른쪽의 면(2b)에 달하는 환형의 레이저 가공 홈(25)이 형성되어, 환형의 레이저 가공 홈(25)의 외측의 결정 변형이 잔류하고 있는 외주부(24)가 제거된다(레이저 가공 홈 형성 공정).
상기 레이저 가공 홈 형성 공정에 있어서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.
레이저 광선의 파장: 355 ㎚
반복 주파수: 10 ㎑
펄스 폭: 50 ㎱
평균 출력: 7 W
스폿 직경: φ 5 ㎛∼15 ㎛
주속도: 500 ㎜/초
또한, 전술한 바와 같이 레이저 가공 홈 형성 공정의 실시 후 또는 실시하기 전에 웨이퍼(2)의 상면[한쪽의 면(2a)]에는, 레이저 광선 조사 영역의 내측에 있어서의 노치(21)와 대응하는 위치의 바로 위에 집광기(322)를 위치 부여하여 펄스 레이저 광선을 조사함으로써, 결정 방위를 나타내는 마크(23)(도 6 참조)를 형성하는 마크 형성 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
전술한 실드 터널 형성 공정이나 레이저 가공 홈 형성 공정으로 이루어지는 결정 변형 제거 공정을 실시하였다면, 외주부가 제거된 웨이퍼의 한쪽의 면을 연삭하여 소정의 마무리 두께로 형성하는 연삭 공정을 실시한다. 이 연삭 공정은, 도 8의 (a)에 나타내는 연삭 장치(4)를 이용하여 실시한다. 도 8의 (a)에 나타내는 연삭 장치(4)는, 피가공물을 유지하는 척 테이블(41)과, 상기 척 테이블(41)에 유지된 피가공물을 연삭하는 연삭 수단(42)을 구비하고 있다. 척 테이블(41)은, 유지면인 상면에 피가공물을 흡인 유지하도록 구성되어 있고, 도시하지 않는 회전 구동 기구에 의해 도 8의 (a)에 있어서 화살표(41a)로 나타내는 방향으로 회전된다. 연삭 수단(42)은, 스핀들 하우징(421)과, 상기 스핀들 하우징(421)에 회전 가능하게 지지되어 도시하지 않는 회전 구동 기구에 의해 회전되는 회전 스핀들(422)과, 상기 회전 스핀들(422)의 하단에 장착된 마운터(423)와, 상기 마운터(423)의 하면에 부착된 연삭 휠(424)을 구비하고 있다. 이 연삭 휠(424)은, 원환형의 베이스(425)와, 상기 베이스(425)의 하면에 환형으로 장착된 연삭 지석(426)으로 이루어져 있고, 베이스(425)가 마운터(423)의 하면에 체결 볼트(427)에 의해 부착되어 있다.
전술한 연삭 장치(4)를 이용하여 상기 연삭 공정을 실시하기 위해서는, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이 척 테이블(41)의 상면(유지면)에 상기 웨이퍼(2)의 다른쪽의 면(2b)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동시킴으로써 척 테이블(41) 상에 웨이퍼(2)를 흡착 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 이와 같이 척 테이블(41) 상에 웨이퍼(2)를 흡인 유지하였다면, 척 테이블(41)을 도 8의 (a)에 있어서 화살표(41a)로 나타내는 방향으로 예컨대 300 rpm으로 회전시키면서, 연삭 수단(42)의 연삭 휠(424)을 도 8의 (a)에 있어서 화살표(424a)로 나타내는 방향으로 예컨대 6000 rpm으로 회전시켜, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이 연삭 휠(424)을 구성하는 연삭 지석(426)을 피가공면인 웨이퍼(2)의 상면인 한쪽의 면(2a)에 접촉시키고, 연삭 휠(424)을 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 있어서 화살표(424b)로 나타내는 바와 같이 예컨대 1 ㎛/초의 연삭 이송 속도로 하방[척 테이블(41)의 유지면에 대하여 수직인 방향]으로 미리 정해진 양 연삭 이송한다. 이 결과, 웨이퍼(2)의 상면인 한쪽의 면(2a)이 연삭되어 웨이퍼(2)는 소정의 두께(예컨대 300 ㎛)로 형성된다. 이와 같이 웨이퍼(2)를 연삭하여 소정의 두께로 형성하여도, 전술한 바와 같이 웨이퍼(2)에 있어서의 결정 변형이 잔류하고 있는 외주부가 제거되어 있기 때문에, 휘어짐이 생기는 경우는 없다. 따라서, 후속 공정에 있어서 웨이퍼(2)의 연삭된 한쪽의 면에 발광층을 적층할 때에, 휘어짐이 없기 때문에 균일한 두께의 발광층을 형성할 수 있다.
2: 웨이퍼
21: 노치
22: 실드 터널
23: 결정 방위를 나타내는 마크
3, 30: 레이저 가공 장치
31: 레이저 가공 장치의 척 테이블
32: 레이저 광선 조사 수단
322: 집광기
4: 연삭 장치
41: 연삭 장치의 척 테이블
42: 연삭 수단
424: 연삭 휠

Claims (4)

  1. 단결정 잉곳(ingot)을 슬라이스하여 형성한 웨이퍼 가공 방법에 있어서,
    웨이퍼의 외주에 잔존하고 있는 결정 변형을 제거하는 결정 변형 제거 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정 변형 제거 공정에서는, 웨이퍼의 한쪽의 면측으로부터 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치에서 외주 가장자리를 따라 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하고, 웨이퍼의 한쪽의 면으로부터 다른쪽의 면에 걸쳐 세공과 상기 세공을 실드하는 비정질을 성장시켜 환형의 실드 터널을 형성하며, 상기 실드 터널을 따라 외력을 부여함으로써 상기 실드 터널의 영역에서 웨이퍼를 파단하여 결정 변형이 잔류하고 있는 외주부를 제거하는 것인 웨이퍼 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결정 변형 제거 공정에서는, 웨이퍼의 한쪽의 면측으로부터 외주 가장자리보다 미리 정해진 양 내측의 위치에서 외주 가장자리를 따라 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하고, 외주 가장자리를 따라 어블레이션(ablation) 가공을 실시하여 레이저 가공 홈을 형성함으로써, 결정 변형이 잔류하고 있는 웨이퍼의 외주부를 제거하는 것인 웨이퍼 가공 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    웨이퍼의 한쪽의 면의 레이저 광선 조사 영역의 내측에 결정 방위를 나타내는 마크를 형성하는 마크 형성 공정을 실시하는 것인 웨이퍼 가공 방법.
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