KR20180094785A - 웨이퍼 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼를 효율적으로 박리할 수 있는 웨이퍼 생성 방법을 제공한다.
(해결 수단) 본 발명의 웨이퍼 생성 방법은, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선 (LB) 의 집광점 (FP) 을 잉곳 (2) 의 제 1 면 (4) (단면) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시키고 잉곳 (2) 에 레이저 광선 (LB) 을 조사하여 SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부 (18) 와 개질부 (18) 로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙 (20) 으로 이루어지는 박리층 (22) 을 형성하는 박리층 형성 공정과, 박리층 (22) 이 형성되는 외주 영역의 전부 또는 일부에 더욱 레이저 광선 (LB) 을 조사하고 크랙 (20) 을 성장시켜 박리의 계기 (23) 를 형성하는 박리 계기 형성 공정과, 잉곳 (2) 을 액체 (26) 중에 침지하고 잉곳 (2) 의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파를 액체 (26) 를 통하여 잉곳 (2) 에 부여함으로써, 박리층 (22) 을 계면으로 하여 잉곳 (2) 의 일부를 박리하고 웨이퍼 (34) 를 생성하는 웨이퍼 생성 공정으로 적어도 구성된다.

Description

웨이퍼 생성 방법{METHOD FOR PRODUCING WAFER}
본 발명은, 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 방법에 관한 것이다.
IC, LSI, LED 등의 디바이스는, Si (실리콘) 나 Al2O3 (사파이어) 등을 소재로 한 웨이퍼의 표면에 기능층이 적층되고 분할 예정 라인에 의해 구획되어 형성된다. 또, 파워 디바이스, LED 등은 단결정 SiC (탄화규소) 를 소재로 한 웨이퍼의 표면에 기능층이 적층되고 분할 예정 라인에 의해 구획되어 형성된다. 디바이스가 형성된 웨이퍼는, 절삭 장치, 레이저 가공 장치에 의해 분할 예정 라인에 가공이 실시되어 개개의 디바이스로 분할되고, 분할된 각 디바이스는 휴대 전화, PC 등의 전기 기기에 이용된다.
디바이스가 형성되는 웨이퍼는, 일반적으로 원기둥 형상의 잉곳을 와이어 소로 얇게 절단함으로써 생성된다. 절단된 웨이퍼의 표면 및 이면은, 연마함으로써 경면으로 마무리된다 (특허문헌 1 참조). 그러나, 잉곳을 와이어 소로 절단하고, 절단한 웨이퍼의 표면 및 이면을 연마하면, 잉곳의 대부분 (70 ∼ 80 ％) 이 버려지게 되어 경제적이지 않다는 문제가 있다. 특히 단결정 SiC 잉곳에 있어서는, 경도가 높아 와이어 소로의 절단이 곤란하고 상당한 시간을 필요로 하기 때문에 생산성이 나쁨과 함께, 잉곳의 단가가 높아, 효율적으로 웨이퍼를 생성하는 것에 과제를 갖고 있다.
그래서 본 출원인은, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 단결정 SiC 잉곳의 내부에 위치시켜 단결정 SiC 잉곳에 레이저 광선을 조사하고 절단 예정면에 박리층을 형성하고, 박리층으로부터 웨이퍼를 박리하는 기술을 제안하였다 (특허문헌 2 참조). 그런데, 박리층으로부터 웨이퍼를 박리하는 것이 곤란하고 생산 효율이 나쁘다는 문제가 있다.
일본 공개특허공보 2000-94221호 일본 공개특허공보 2016-111143호
상기 사실을 감안하여 이루어진 본 발명의 과제는, 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼를 효율적으로 박리할 수 있는 웨이퍼 생성 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명이 제공하는 것은, 이하의 웨이퍼 생성 방법이다. 즉, c 축과 c 축에 직교하는 c 면을 갖는 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 방법으로서, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 단결정 SiC 잉곳의 단면 (端面) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시키고 단결정 SiC 잉곳에 레이저 광선을 조사하여 SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부와 개질부로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정과, 박리층이 형성되는 외주 영역의 전부 또는 일부에 추가로 레이저 광선을 조사하고 크랙을 성장시켜 박리의 계기를 형성하는 박리 계기 형성 공정과, 단결정 SiC 잉곳을 액체 중에 침지하고 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파를 액체를 통하여 단결정 SiC 잉곳에 부여함으로써, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳의 일부를 박리하고 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 공정으로 적어도 구성되는 웨이퍼 생성 방법이다.
바람직하게는, 상기 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수는 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 0.8 배이다. 그 액체는 물이며, 캐비테이션의 발생이 억제되는 온도로 설정되는 것이 바람직하다. 물의 온도는 0 ∼ 25 ℃ 인 것이 바람직하다. 그 박리층 형성 공정에 있어서, 단결정 SiC 잉곳의 단면의 수선과 c 축이 일치하고 있는 경우, 연속적으로 형성된 개질부로부터 c 면에 등방적으로 형성된 크랙의 폭을 초과하지 않는 범위에서 단결정 SiC 잉곳과 집광점을 상대적으로 인덱스 이송하여 개질부를 연속적으로 형성하고 크랙과 크랙을 연결시켜 박리층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 박리층 형성 공정에 있어서, 단결정 SiC 잉곳의 단면의 수선에 대해 c 축이 기울어 있는 경우, c 면과 단면으로 오프각이 형성되는 방향과 직교하는 방향에 개질부를 연속적으로 형성하여 개질부로부터 c 면에 등방적으로 크랙을 형성하고, 그 오프각이 형성되는 방향으로 크랙의 폭을 초과하지 않는 범위에서 단결정 SiC 잉곳과 집광점을 상대적으로 인덱스 이송하여 그 오프각이 형성되는 방향과 직교하는 방향에 개질부를 연속적으로 형성하고 개질부로부터 c 면에 등방적으로 크랙을 순차 형성하여 박리층을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명이 제공하는 웨이퍼 생성 방법은, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 단결정 SiC 잉곳의 단면으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시키고 단결정 SiC 잉곳에 레이저 광선을 조사하여 SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부와 개질부로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정과, 박리층이 형성되는 외주 영역의 전부 또는 일부에 추가로 레이저 광선을 조사하고 크랙을 성장시켜 박리의 계기를 형성하는 박리 계기 형성 공정과, 단결정 SiC 잉곳을 액체 중에 침지하고 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파를 액체를 통하여 단결정 SiC 잉곳에 부여함으로써, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳의 일부를 박리하고 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 공정으로 적어도 구성되어 있기 때문에, 박리의 계기를 통하여 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼를 효율적으로 박리할 수 있고, 따라서 생산성의 향상이 도모된다.
도 1 은 단면의 수선과 c 축이 일치하고 있는 단결정 SiC 잉곳의 사시도.
도 2 는 박리층 형성 공정이 실시되고 있는 상태를 나타내는 사시도 (a) 및 정면도 (b).
도 3 은 상방으로부터 본 개질부 및 크랙을 나타내는 모식도.
도 4 는 상방으로부터 본 개질부를 나타내는 모식도.
도 5 는 박리층 형성 공정에 있어서 개질부가 둘레 방향에 연속적으로 형성되어 있는 상태를 나타내는 사시도.
도 6 은 박리층이 형성된 외주 영역의 일부에 박리의 계기가 형성된 단결정 SiC 잉곳의 사시도.
도 7 은 박리층이 형성된 외주 영역의 전부에 박리의 계기가 형성된 단결정 SiC 잉곳의 사시도.
도 8 은 웨이퍼 생성 공정이 실시되고 있는 상태를 나타내는 정면도 (a) 및 생성된 웨이퍼의 사시도 (b).
도 9 는 단면의 수선에 대해 c 축이 기울어 있는 단결정 SiC 잉곳의 정면도 (a), 평면도 (b) 및 사시도 (c).
도 10 은 박리층 형성 공정이 실시되고 있는 상태를 나타내는 사시도 (a) 및 정면도 (b).
도 11 은 박리층이 형성된 단결정 SiC 잉곳의 평면도 (a), B-B 선 단면도.
도 12 는 박리층이 형성된 외주 영역의 일부에 박리의 계기가 형성된 단결정 SiC 잉곳의 사시도.
본 발명의 웨이퍼 생성 방법은, 단결정 SiC 잉곳의 c 축이 단면의 수선에 대해 기울어 있는지의 여부에 관계 없이 사용할 수 있는 바, 먼저, 단면의 수선과 c 축이 일치하고 있는 단결정 SiC 잉곳에 있어서의 본 발명의 웨이퍼 생성 방법의 실시형태에 대해 도 1 내지 도 8 을 참조하면서 설명한다.
도 1 에 나타내는 원기둥 형상의 육방정 단결정 SiC 잉곳 (2) (이하 「잉곳 (2)」이라고 한다.) 은, 원형상의 제 1 면 (4) (단면) 과, 제 1 면 (4) 과 반대측의 원형상의 제 2 면 (6) 과, 제 1 면 (4) 및 제 2 면 (6) 의 사이에 위치하는 둘레면 (8) 과, 제 1 면 (4) 으로부터 제 2 면 (6) 에 이르는 c 축 (＜0001＞ 방향) 과, c 축에 직교하는 c 면 (｛0001｝면) 을 갖는다. 잉곳 (2) 에 있어서는, 제 1 면 (4) 의 수선 (10) 에 대해 c 축이 기울어 있지 않고, 수선 (10) 과 c 축이 일치하고 있다.
도시한 실시형태에서는, 먼저, 제 1 면 (4) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부와 개질부로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정을 실시한다. 박리층 형성 공정은, 예를 들어 도 2 에 그 일부를 나타내는 레이저 가공 장치 (12) 를 사용하여 실시할 수 있다. 레이저 가공 장치 (12) 는, 피가공물을 유지하는 척 테이블 (14) 과, 척 테이블 (14) 에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선 (LB) 을 조사하는 집광기 (16) 를 구비한다. 척 테이블 (14) 은, 회전 수단에 의해 상하 방향으로 연장되는 축선을 중심으로 하여 회전됨과 함께, X 방향 이동 수단에 의해 X 방향으로 진퇴되고, Y 방향 이동 수단에 의해 Y 방향으로 진퇴된다 (모두 도시되어 있지 않다.). 집광기 (16) 는, 레이저 가공 장치 (12) 의 펄스 레이저 광선 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광하여 피가공물에 조사하기 위한 집광 렌즈 (모두 도시되어 있지 않다.) 를 포함한다. 또한, X 방향은 도 2 에 화살표 X 로 나타내는 방향이고, Y 방향은 도 2 에 화살표 Y 로 나타내는 방향으로서 X 방향에 직교하는 방향이다. X 방향 및 Y 방향이 규정하는 평면은 실질상 수평이다.
박리층 형성 공정에서는, 먼저, 잉곳 (2) 의 제 2 면 (6) 과 척 테이블 (14) 의 상면 사이에 접착제 (예를 들어 에폭시 수지계 접착제) 를 개재시키고, 척 테이블 (14) 에 잉곳 (2) 을 고정시킨다. 혹은, 척 테이블 (14) 의 상면에 복수의 흡인공 (吸引孔) 이 형성되어 있고, 척 테이블 (14) 의 상면에 흡인력을 생성하여 잉곳 (2) 을 유지해도 된다. 이어서, 레이저 가공 장치 (12) 의 촬상 수단 (도시되어 있지 않다.) 에 의해 제 1 면 (4) 의 상방으로부터 잉곳 (2) 을 촬상한다. 이어서, 촬상 수단에 의해 촬상된 잉곳 (2) 의 화상에 기초하여, 레이저 가공 장치 (12) 의 X 방향 이동 수단 및 Y 방향 이동 수단에 의해 척 테이블 (14) 을 이동시킴으로써, 잉곳 (2) 과 집광기 (16) 의 XY 평면에 있어서의 위치를 조정한다. 이어서, 레이저 가공 장치 (12) 의 집광점 위치 조정 수단 (도시하고 있지 않다.) 에 의해 집광기 (16) 를 승강시키고, 제 1 면 (4) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 집광점 (FP) 을 위치시킨다. 이어서, 잉곳 (2) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 이동시키면서, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광기 (16) 로부터 잉곳 (2) 에 조사하는 개질부 형성 가공을 실시한다. 도시한 실시형태에서는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 개질부 형성 가공에 있어서, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 소정의 가공 이송 속도로 X 방향 이동 수단에 의해 X 방향으로 가공 이송하고 있다. 개질부 형성 가공에 의해, 제 1 면 (4) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에, SiC 가 Si 와 C 로 분리된 직선상의 개질부 (18) 를 X 방향을 따라 연속적으로 형성할 수 있음과 함께, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 개질부 (18) 로부터 c 면을 따라 등방적으로 연장되는 크랙 (20) 을 형성할 수 있다. 도 3 에 개질부 (18) 를 중심으로 하여 크랙 (20) 이 형성되는 영역을 이점쇄선으로 나타낸다. 도 4 를 참조하여 설명하면, 개질부 (18) 의 직경을 D 로 하고, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점 (FP) 의 간격을 L 로 하면, D ＞ L 의 관계 (즉, 가공 이송 방향인 X 방향에 있어서 인접하는 개질부 (18) 와 개질부 (18) 가 중복되는 관계) 를 갖는 영역에서 개질부 (18) 로부터 c 면을 따라 등방적으로 크랙 (20) 이 형성된다. 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점 (FP) 의 간격 (L) 은, 집광점 (FP) 과 척 테이블 (14) 의 상대 속도 (V), 및 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 (F) 에 의해 규정된다 (L = V/F). 도시한 실시형태에서는, 집광점 (FP) 에 대한 척 테이블 (14) 의 X 방향에 대한 가공 이송 속도 (V) 와, 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 (F) 를 조정함으로써 D ＞ L 의 관계를 만족할 수 있다.
박리층 형성 공정에서는 개질부 형성 가공에 이어서, 크랙 (20) 의 폭을 초과하지 않는 범위에서, 잉곳 (2) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 인덱스 이송한다. 도시한 실시형태에서는 인덱스 이송에 있어서, 크랙 (20) 의 폭을 초과하지 않는 범위에서, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 Y 방향 이동 수단에 의해 Y 방향으로 소정 인덱스량 (Li) 만큼 인덱스 이송하고 있다. 그리고, 개질부 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, X 방향을 따라 연속적으로 연장되는 개질부 (18) 를 Y 방향으로 인덱스량 (Li) 의 간격을 두고 복수 형성함과 함께, Y 방향에 있어서 인접하는 크랙 (20) 과 크랙 (20) 을 연결시킨다. 이로써, 제 1 면 (4) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에, SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부 (18) 와 개질부 (18) 로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙 (20) 으로 이루어지는, 잉곳 (2) 으로부터 웨이퍼를 박리하기 위한 박리층 (22) 을 형성할 수 있다. 또한, 박리층 형성 공정에서는, 개질부 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 잉곳 (2) 의 동일 부분에 개질부 형성 가공을 복수 회 (예를 들어 4 회) 실시해도 된다.
박리층 형성 공정의 개질부 형성 가공에 있어서는, 잉곳 (2) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 이동하면 되고, 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같이, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 상방으로부터 보아 반시계 방향 (시계 방향이어도 된다.) 으로 소정의 회전 속도로 레이저 가공 장치 (12) 의 회전 수단에 의해 회전시키면서, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광기 (16) 로부터 잉곳 (2) 에 조사해도 된다. 이로써, 제 1 면 (4) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에, SiC 가 Si 와 C 로 분리된 환상의 개질부 (18) 를 잉곳 (2) 의 둘레 방향을 따라 연속적으로 형성할 수 있음과 함께, 개질부 (18) 로부터 c 면을 따라 등방적으로 연장되는 크랙 (20) 을 형성할 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 개질부 (18) 의 직경을 D 로 하고, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점 (FP) 의 간격을 L 로 하면, D ＞ L 의 관계를 갖는 영역에서 개질부 (18) 로부터 c 면을 따라 등방적으로 크랙 (20) 이 형성되고, 또 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점 (FP) 의 간격 (L) 은, 집광점 (FP) 과 척 테이블 (14) 의 상대 속도 (V), 및 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 (F) 에 의해 규정되는 (L = V/F) 바, 도 5 에 나타내는 경우에는, 집광점 (FP) 위치에 있어서의 집광점 (FP) 에 대한 척 테이블 (14) 의 주속도 (V) 와, 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 (F) 를 조정함으로써 D ＞ L 의 관계를 만족할 수 있다.
개질부 형성 가공을 잉곳 (2) 의 둘레 방향을 따라 환상으로 실시한 경우에는, 크랙 (20) 의 폭을 초과하지 않는 범위에서, 예를 들어, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 X 방향 이동 수단 또는 Y 방향 이동 수단에 의해 잉곳 (2) 의 직경 방향으로 소정 인덱스량 (Li) 만큼 인덱스 이송한다. 그리고, 개질부 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 잉곳 (2) 의 둘레 방향을 따라 연속적으로 연장되는 개질부 (18) 를 잉곳 (2) 의 직경 방향으로 인덱스량 (Li) 의 간격을 두고 복수 형성함과 함께, 잉곳 (2) 의 직경 방향에 있어서 인접하는 크랙 (20) 과 크랙 (20) 을 연결시킨다. 이로써, 제 1 면 (4) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에, SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부 (18) 와 개질부 (18) 로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙 (20) 으로 이루어지는, 잉곳 (2) 으로부터 웨이퍼를 박리하기 위한 박리층 (22) 을 형성할 수 있다. 또한, 도 5 에 나타내는 경우에 있어서도, 개질부 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 잉곳 (2) 의 동일 부분에 개질부 형성 가공을 복수 회 (예를 들어 4 회) 실시해도 된다.
도 6 을 참조하여 설명한다. 박리층 형성 공정을 실시한 후, 박리층 (22) 이 형성되는 외주 영역의 전부 또는 일부에 더욱 레이저 광선을 조사하고 크랙 (20) 을 성장시켜 적당한 폭 (Ls) 의 박리의 계기 (23) 를 형성하는 박리 계기 형성 공정을 실시한다. 박리 계기 형성 공정은, 상기 서술한 레이저 가공 장치 (12) 를 사용하여 실시할 수 있다. 박리 계기 형성 공정에서는, 박리층 형성 공정에 있어서 레이저 가공 장치 (12) 의 촬상 수단에 의해 촬상된 잉곳 (2) 의 화상에 기초하여, 레이저 가공 장치 (12) 의 X 방향 이동 수단 및 Y 방향 이동 수단에 의해, 잉곳 (2) 을 고정시킨 척 테이블 (14) 을 이동시킴으로써, 박리층 (22) 이 형성된 잉곳 (2) 의 외주의 상방에 집광기 (16) 를 위치시킨다. 집광점 (FP) 의 상하 방향 위치는, 박리층 형성 공정에 있어서의 집광점 (FP) 의 상하 방향 위치와 동일하고, 즉, 제 1 면 (4) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이이다. 이어서, 잉곳 (2) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 이동시키면서, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광기 (16) 로부터 잉곳 (2) 에 조사하여 크랙 (20) 을 성장시키는 박리 계기 형성 가공을 실시한다. 도시한 실시형태에서는 박리 계기 형성 가공에 있어서, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 소정의 가공 이송 속도로 X 방향 이동 수단에 의해 X 방향으로 가공 이송하고 있다.
박리 계기 형성 공정에서는 박리 계기 형성 가공에 이어서, 잉곳 (2) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 인덱스 이송한다. 도시한 실시형태에서는 인덱스 이송에 있어서, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 Y 방향 이동 수단에 의해 Y 방향으로 소정 인덱스량 (Li) 만큼 인덱스 이송하고 있다. 박리 계기 형성 공정의 인덱스 이송에 있어서의 인덱스량은, 박리층 형성 공정의 인덱스 이송에 있어서의 인덱스량과 동일하면 된다. 그리고, 박리 계기 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 박리층 (22) 이 형성되는 외주 영역의 전부 또는 일부 (도시한 실시형태에서는 도 6 에 나타내는 바와 같이, 박리층 (22) 이 형성된 외주 영역의 일부) 에 박리의 계기 (23) 를 형성할 수 있다. 박리의 계기 (23) 는, 박리층 (22) 에 있어서의 다른 부분과 비교하여, 펄스 레이저 광선 (LB) 의 조사 횟수가 많고 강도가 보다 저하되어 있기 때문에 박리가 발생하기 쉽고, 박리의 기점이 되는 부분이다. 박리의 계기 (23) 의 폭 (Ls) (도시한 실시형태에서는 Y 방향에 있어서의 폭) 은 10 ㎜ 정도이면 된다. 또한, 박리 계기 형성 공정에서는, 박리 계기 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 잉곳 (2) 의 동일 부분에 박리 계기 형성 가공을 복수 회 (예를 들어 4 회) 실시해도 된다. 또, 박리 계기 형성 공정은 박리층 형성 공정 전에 실시해도 된다.
박리 계기 형성 공정의 박리 계기 형성 가공에 있어서는, 잉곳 (2) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 이동하면 되고, 예를 들어 상기 서술한 도 5 에 나타내는 경우에는, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 상방으로부터 보아 반시계 방향 (시계 방향이어도 된다.) 으로 소정의 회전 속도로 레이저 가공 장치 (12) 의 회전 수단에 의해 회전시키면서, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광기 (16) 로부터 잉곳 (2) 에 조사하여 크랙 (20) 을 성장시킬 수도 있다.
박리 계기 형성 가공을 잉곳 (2) 의 둘레 방향을 따라 환상으로 실시한 경우에는, 예를 들어, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 X 방향 이동 수단 또는 Y 방향 이동 수단에 의해 잉곳 (2) 의 직경 방향으로 소정 인덱스량 (Li) 만큼 인덱스 이송한다. 박리 계기 형성 가공을 잉곳 (2) 의 둘레 방향을 따라 환상으로 실시한 경우에도, 박리 계기 형성 공정의 인덱스 이송에 있어서의 인덱스량은, 박리층 형성 공정의 인덱스 이송에 있어서의 인덱스량과 동일하면 된다. 박리 계기 형성 가공을 잉곳 (2) 의 둘레 방향을 따라 환상으로 실시하여 박리층 (22) 이 형성된 외주 영역의 전부에 박리의 계기 (23) 를 형성한 경우를 도 7 에 나타낸다. 도 7 에 나타내는 경우에 있어서도, 박리의 계기 (23) 의 폭 (Ls) (잉곳 (2) 의 직경 방향에 있어서의 폭) 은 10 ㎜ 정도이면 되고, 또, 박리 계기 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 잉곳 (2) 의 동일 부분에 박리 계기 형성 가공을 복수 회 (예를 들어 4 회) 실시해도 된다.
박리 계기 형성 공정을 실시한 후, 박리층 (22) 을 계면으로 하여 잉곳 (2) 의 일부를 박리하고 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 공정을 실시한다. 웨이퍼 생성 공정은, 예를 들어 도 8 에 나타내는 박리 장치 (24) 를 사용하여 실시할 수 있다. 박리 장치 (24) 는, 액체 (26) 를 수용하는 액조 (28) 와, 액조 (28) 내에 배치된 초음파 진동판 (30) 과, 초음파 진동판 (30) 에 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동 부여 수단 (32) 을 구비한다.
도 8 을 참조하여 설명을 계속하면, 웨이퍼 생성 공정에서는, 먼저, 박리층 (22) 및 박리의 계기 (23) 로부터 가까운 쪽의 단면인 제 1 면 (4) 을 위를 향하게 하여, 잉곳 (2) 을 액조 (28) 내에 넣고 액체 (26) 중에 침지함과 함께 초음파 진동판 (30) 의 상면에 놓는다. 이어서, 잉곳 (2) 의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파 진동을 초음파 진동 부여 수단 (32) 으로부터 초음파 진동판 (30) 에 부여한다. 그렇게 하면, 잉곳 (2) 의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파가 초음파 진동판 (30) 으로부터 액체 (26) 를 통하여 잉곳 (2) 에 부여된다. 이로써, 박리의 계기 (23) 를 기점으로 박리층 (22) 을 계면으로 하여 잉곳 (2) 의 일부를 효율적으로 박리하고 웨이퍼 (34) 를 생성할 수 있고, 따라서 생산성의 향상이 도모된다.
또한, 잉곳 (2) 의 고유 진동수와 근사한 주파수란, 잉곳 (2) 을 액체 (26) 중에 침지하고 액체 (26) 를 통하여 잉곳 (2) 에 초음파를 부여함으로써 박리층 (22) 을 계면으로 하여 잉곳 (2) 의 일부를 박리할 때에, 잉곳 (2) 의 고유 진동수보다 소정량 낮은 주파수로부터 서서히 초음파의 주파수를 상승시켰을 때에, 박리의 계기 (23) 를 기점으로 박리층 (22) 을 계면으로 하는 잉곳 (2) 의 일부 박리가 개시되는 주파수이며, 잉곳 (2) 의 고유 진동수보다 작은 주파수이다. 구체적으로는, 잉곳 (2) 의 고유 진동수와 근사한 주파수는 잉곳 (2) 의 고유 진동수의 0.8 배 정도이다. 또, 웨이퍼 생성 공정을 실시할 때의 액층 (28) 내의 액체 (26) 는 물이며, 물의 온도는, 초음파 진동 부여 수단 (32) 으로부터 초음파 진동판 (30) 에 초음파 진동이 부여되었을 때에 캐비테이션의 발생이 억제되는 온도로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 물의 온도가 0 ∼ 25 ℃ 로 설정되어 있는 것이 바람직하고, 이로써 초음파의 에너지가 캐비테이션으로 변환되지 않고, 효과적으로 잉곳 (2) 에 초음파의 에너지를 부여할 수 있다.
다음으로, 단면의 수선에 대해 c 축이 기울어 있는 단결정 SiC 잉곳에 있어서의 본 발명의 웨이퍼 생성 방법의 실시형태에 대해 도 9 내지 도 12 를 참조하면서 설명한다.
도 9 에 나타내는 전체로서 원기둥 형상의 육방정 단결정 SiC 잉곳 (40) (이하 「잉곳 (40)」이라고 한다.) 은, 원형상의 제 1 면 (42) (단면) 과, 제 1 면 (42) 과 반대측의 원형상의 제 2 면 (44) 과, 제 1 면 (42) 및 제 2 면 (44) 사이에 위치하는 둘레면 (46) 과, 제 1 면 (42) 으로부터 제 2 면 (44) 에 이르는 c 축 (＜0001＞ 방향) 과, c 축에 직교하는 c 면 (｛0001｝면) 을 갖는다. 잉곳 (40) 에 있어서는, 제 1 면 (42) 의 수선 (48) 에 대해 c 축이 기울어 있고, c 면과 제 1 면 (42) 으로 오프각 (α) (예를 들어 α = 1, 3, 6 도) 이 형성되어 있다. 오프각 (α) 이 형성되는 방향을 도 9 에 화살표 A 로 나타낸다. 또, 잉곳 (40) 의 둘레면 (46) 에는, 결정 방위를 나타내는 사각형상의 제 1 오리엔테이션 플랫 (50) 및 제 2 오리엔테이션 플랫 (52) 이 형성되어 있다. 제 1 오리엔테이션 플랫 (50) 은, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 에 평행하고, 제 2 오리엔테이션 플랫 (52) 은, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 에 직교하고 있다. 도 9(b) 에 나타내는 바와 같이, 수선 (48) 의 방향으로 보아, 제 2 오리엔테이션 플랫 (52) 의 길이 (L2) 는, 제 1 오리엔테이션 플랫 (50) 의 길이 (L1) 보다 짧다 (L2 ＜ L1).
도시한 실시형태에서는, 먼저, 제 1 면 (42) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부와 개질부로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정을 실시한다. 박리층 형성 공정은, 상기 서술한 레이저 가공 장치 (12) 를 사용하여 실시할 수 있다. 박리층 형성 공정에서는, 먼저, 잉곳 (40) 의 제 2 면 (44) 과 척 테이블 (14) 의 상면 사이에 접착제 (예를 들어 에폭시 수지계 접착제) 를 개재시키고, 척 테이블 (14) 에 잉곳 (40) 을 고정시킨다. 혹은, 척 테이블 (14) 의 상면에 복수의 흡인공이 형성되어 있고, 척 테이블 (14) 의 상면에 흡인력을 생성하여 잉곳 (40) 을 유지해도 된다. 이어서, 레이저 가공 장치 (12) 의 촬상 수단에 의해 제 1 면 (42) 의 상방으로부터 잉곳 (40) 을 촬상한다. 이어서, 촬상 수단에 의해 촬상된 잉곳 (40) 의 화상에 기초하여, 레이저 가공 장치 (12) 의 X 방향 이동 수단, Y 방향 이동 수단 및 회전 수단에 의해 척 테이블 (14) 을 이동 및 회전시킴으로써, 잉곳 (40) 의 방향을 소정의 방향으로 조정함과 함께, 잉곳 (40) 과 집광기 (16) 의 XY 평면에 있어서의 위치를 조정한다. 잉곳 (40) 의 방향을 소정의 방향으로 조정할 때에는, 도 10(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 오리엔테이션 플랫 (50) 을 Y 방향으로 정합시킴과 함께, 제 2 오리엔테이션 플랫 (52) 을 X 방향으로 정합시킴으로써, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 을 Y 방향으로 정합시킴과 함께, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 과 직교하는 방향을 X 방향으로 정합시킨다. 이어서, 레이저 가공 장치 (12) 의 집광점 위치 조정 수단에 의해 집광기 (16) 를 승강시키고, 제 1 면 (42) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 집광점 (FP) 을 위치시킨다. 이어서, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 과 직교하는 방향과 정합하고 있는 X 방향으로 잉곳 (40) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 이동시키면서, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광기 (16) 로부터 잉곳 (40) 에 조사하는 개질부 형성 가공을 실시한다. 도시한 실시형태에서는 도 10 에 나타내는 바와 같이, 개질부 형성 가공에 있어서, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 소정의 가공 이송 속도로 X 방향 이동 수단에 의해 X 방향으로 가공 이송하고 있다. 개질부 형성 가공에 의해, 제 1 면 (42) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에, SiC 가 Si 와 C 로 분리된 직선상의 개질부 (18) 를 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 과 직교하는 방향 (X 방향) 을 따라 연속적으로 형성할 수 있음과 함께, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 개질부 (54) 로부터 c 면을 따라 등방적으로 연장되는 크랙 (56) 을 형성할 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 개질부 (54) 의 직경을 D 로 하고, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점 (FP) 의 간격을 L 로 하면, D ＞ L 의 관계를 갖는 영역에서 개질부 (54) 로부터 c 면을 따라 등방적으로 크랙 (56) 이 형성되고, 또 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점 (FP) 의 간격 (L) 은, 집광점 (FP) 과 척 테이블 (14) 의 상대 속도 (V), 및 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 (F) 에 의해 규정되는 (L = V/F) 바, 본 실시형태에서는, 집광점 (FP) 에 대한 척 테이블 (14) 의 X 방향에 대한 가공 이송 속도 (V) 와, 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 (F) 를 조정함으로써 D ＞ L 의 관계를 만족할 수 있다.
박리층 형성 공정에서는 개질부 형성 가공에 이어서, 크랙 (56) 의 폭을 초과하지 않는 범위에서, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 으로 정합하고 있는 Y 방향으로 잉곳 (40) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 인덱스 이송한다. 도시한 실시형태에서는 인덱스 이송에 있어서, 크랙 (56) 의 폭을 초과하지 않는 범위에서, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 Y 방향 이동 수단에 의해 Y 방향으로 소정 인덱스량 (Li') 만큼 인덱스 이송하고 있다. 그리고, 개질부 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 과 직교하는 방향을 따라 연속적으로 연장되는 개질부 (54) 를, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 으로 인덱스량 (Li') 의 간격을 두고 복수 형성함과 함께, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 에 있어서 인접하는 크랙 (56) 과 크랙 (56) 을 연결시킨다. 이로써, 제 1 면 (42) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에, SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부 (54) 와 개질부 (54) 로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙 (56) 으로 이루어지는, 잉곳 (40) 으로부터 웨이퍼를 박리하기 위한 박리층 (58) 을 형성할 수 있다. 또한, 박리층 형성 공정에서는, 개질부 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 잉곳 (40) 의 동일 부분에 개질부 형성 가공을 복수 회 (예를 들어 4 회) 실시해도 된다.
도 12 를 참조하여 설명한다. 박리층 형성 공정을 실시한 후, 박리층 (58) 이 형성되는 외주 영역의 전부 또는 일부에 더욱 레이저 광선을 조사하고 크랙 (56) 을 성장시켜 적절한 폭 (Ls') 의 박리의 계기 (59) 를 형성하는 박리 계기 형성 공정을 실시한다. 박리 계기 형성 공정은, 상기 서술한 레이저 가공 장치 (12) 를 사용하여 실시할 수 있다. 박리 계기 형성 공정에서는, 박리층 형성 공정에 있어서 레이저 가공 장치 (12) 의 촬상 수단에 의해 촬상된 잉곳 (40) 의 화상에 기초하여, 레이저 가공 장치 (12) 의 X 방향 이동 수단, Y 방향 이동 수단 및 회전 수단에 의해, 잉곳 (40) 을 고정시킨 척 테이블 (14) 을 이동 및 회전시킴으로써, 박리층 (58) 이 형성된 잉곳 (40) 의 방향을 조정함과 함께, 잉곳 (40) 의 외주의 상방에 집광기 (16) 를 위치시킨다. 잉곳 (40) 의 방향에 대해서는, 박리층 형성 공정과 동일하게, 제 1 오리엔테이션 플랫 (50) 을 Y 방향으로 정합시킴과 함께, 제 2 오리엔테이션 플랫 (52) 을 X 방향으로 정합시킴으로써, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 을 Y 방향으로 정합시킴과 함께, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 과 직교하는 방향을 X 방향으로 정합시킨다. 또, 집광점 (FP) 의 상하 방향 위치는, 박리층 형성 공정에 있어서의 집광점 (FP) 의 상하 방향 위치와 동일하고, 즉, 제 1 면 (42) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이이다. 이어서, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 과 직교하는 방향과 정합하고 있는 X 방향으로 잉곳 (40) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 이동시키면서, 단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광기 (16) 로부터 잉곳 (40) 에 조사하여 크랙 (56) 을 성장시키는 박리 계기 형성 가공을 실시한다. 도시한 실시형태에서는 박리 계기 형성 가공에 있어서, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 소정의 가공 이송 속도로 X 방향 이동 수단에 의해 X 방향으로 가공 이송하고 있다.
박리 계기 형성 공정에서는 박리 계기 형성 가공에 이어서, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 (A) 으로 정합하고 있는 Y 방향으로 잉곳 (40) 과 집광점 (FP) 을 상대적으로 인덱스 이송한다. 도시한 실시형태에서는 인덱스 이송에 있어서, 집광점 (FP) 을 이동시키지 않고 집광점 (FP) 에 대해 척 테이블 (14) 을 Y 방향 이동 수단에 의해 Y 방향으로 소정 인덱스량 (Li') 만큼 인덱스 이송하고 있다. 박리 계기 형성 공정의 인덱스 이송에 있어서의 인덱스량은, 박리층 형성 공정의 인덱스 이송에 있어서의 인덱스량과 동일하면 된다. 그리고, 박리 계기 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 박리층 (58) 이 형성되는 외주 영역의 전부 또는 일부 (도시한 실시형태에서는 도 12 에 나타내는 바와 같이, 박리층 (58) 이 형성된 외주 영역의 일부) 에 박리의 계기 (59) 를 형성할 수 있다. 박리의 계기 (59) 는, 박리층 (58) 에 있어서의 다른 부분과 비교하여, 펄스 레이저 광선 (LB) 의 조사 횟수가 많고 강도가 보다 저하되어 있기 때문에 박리가 발생하기 쉽고, 박리의 기점이 되는 부분이다. 박리의 계기 (59) 의 폭 (Ls) (도시한 실시형태에서는 Y 방향에 있어서의 폭) 은 10 ㎜ 정도이면 된다. 또한, 박리 계기 형성 공정에서는, 박리 계기 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 잉곳 (40) 의 동일 부분에 박리 계기 형성 가공을 복수 회 (예를 들어 4 회) 실시해도 된다. 또, 박리 계기 형성 공정은 박리층 형성 공정 전에 실시해도 된다.
박리 계기 형성 공정을 실시한 후, 박리층 (58) 을 계면으로 하여 잉곳 (40) 의 일부를 박리하고 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 공정을 실시한다. 웨이퍼 생성 공정은, 상기 서술한 박리 장치 (24) 를 사용하여 실시할 수 있다. 웨이퍼 생성 공정에서는, 먼저, 박리층 (58) 및 박리의 계기 (59) 로부터 가까운 쪽의 단면인 제 1 면 (42) 을 위를 향하게 하여, 잉곳 (40) 을 액조 (28) 내에 넣고 액체 (26) 중에 침지함과 함께 초음파 진동판 (30) 의 상면에 놓는다. 이어서, 잉곳 (40) 의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파 진동을 초음파 진동 부여 수단 (32) 으로부터 초음파 진동판 (30) 에 부여한다. 그렇게 하면, 잉곳 (40) 의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파가 초음파 진동판 (30) 으로부터 액체 (26) 를 통하여 잉곳 (40) 에 부여된다. 이로써, 박리의 계기 (59) 를 기점으로 박리층 (58) 을 계면으로 하여 잉곳 (40) 의 일부를 효율적으로 박리하고 웨이퍼를 생성할 수 있고, 따라서 생산성의 향상이 도모된다.
본 실시형태에 있어서도, 잉곳 (40) 의 고유 진동수와 근사한 주파수란, 잉곳 (40) 을 액체 (26) 중에 침지하고 액체 (26) 를 통하여 잉곳 (40) 에 초음파를 부여함으로써 박리층 (58) 을 계면으로 하여 잉곳 (40) 의 일부를 박리할 때에, 잉곳 (40) 의 고유 진동수보다 소정량 낮은 주파수로부터 서서히 초음파의 주파수를 상승시켰을 때에, 박리의 계기 (59) 를 기점으로 박리층 (58) 을 계면으로 하는 잉곳 (40) 의 일부 박리가 개시되는 주파수이며, 잉곳 (40) 의 고유 진동수보다 작은 주파수이다. 구체적으로는, 잉곳 (40) 의 고유 진동수와 근사한 주파수는 잉곳 (40) 의 고유 진동수의 0.8 배 정도이다. 또, 웨이퍼 생성 공정을 실시할 때의 액층 (28) 내의 액체 (26) 는 물이며, 물의 온도는, 초음파 진동 부여 수단 (32) 으로부터 초음파 진동판 (30) 에 초음파 진동이 부여되었을 때에 캐비테이션의 발생이 억제되는 온도로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 물의 온도가 0 ∼ 25 ℃ 로 설정되어 있는 것이 바람직하고, 이로써 초음파의 에너지가 캐비테이션으로 변환되지 않고, 효과적으로 잉곳 (40) 에 초음파의 에너지를 부여할 수 있다.
여기서, 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수와, 박리 장치의 액조에 수용하는 액체의 온도에 대해, 하기의 레이저 가공 조건하에서 본 발명자가 실시한 실험 결과에 기초하여 설명한다.
[레이저 가공 조건]
펄스 레이저 광선의 파장 : 1064 ㎚
반복 주파수 (F) : 60 kHz
평균 출력 : 1.5 W
펄스폭 : 4 ns
스폿 직경 : 3 ㎛
집광 렌즈의 개구수 (NA) : 0.65
가공 이송 속도 (V) : 200 ㎜/s
[실험 1] 적정한 박리층의 형성
두께 3 ㎜ 의 단결정 SiC 잉곳의 단면으로부터 100 ㎛ 내측에 펄스 레이저 광선의 집광점을 위치시켜 단결정 SiC 잉곳에 펄스 레이저 광선을 조사하고, SiC 가 Si 와 C 로 분리된 직경 φ 17 ㎛ 의 개질부를 형성하고, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 개질부끼리의 중첩률 (R) = 80 ％ 로 연속적으로 개질부를 형성하고, 개질부로부터 c 면에 등방적으로 직경 φ 150 ㎛ 의 크랙을 형성하였다. 그 후, 집광기를 150 ㎛ 인덱스 이송하여 동일하게 개질부를 연속적으로 형성함과 함께 크랙을 형성하여 웨이퍼의 두께에 상당하는 100 ㎛ 의 깊이에 박리층을 형성하였다. 또한, 개질부끼리의 중첩률 (R) 은, 개질부의 직경 (D) = φ 17 ㎛ 와, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점끼리의 간격 (L) 으로부터, 다음과 같이 산출된다. 또, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점끼리의 간격 (L) 은, 상기 서술한 바와 같이, 가공 이송 속도 (V) (본 실험에서는 200 ㎜/s) 와, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 (F) (본 실험에서는 60 kHz) 로 규정된다 (L = V/F).
R = (D-L)/D
=｛D-(V/F)｝/D
= [17(㎛) -｛200(㎜/s)/60(kHz)｝]/17(㎛)
=[17 × 10-6(m) -｛200 × 10-3(m/s)/60 × 103(Hz)｝]/17 × 10-6(m)
= 0.8
[실험 2] 고유 진동수에 대한 초음파의 주파수 의존성
두께 3 ㎜ 의 상기 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수를 구한 결과, 25 kHz 였다. 그래서 실험 2 에서는, 실험 1 에서 박리층을 형성한 상기 단결정 SiC 잉곳을 25 ℃ 의 물에 침지하여 부여하는 초음파의 출력을 100 W 로 하고, 초음파의 주파수를 10 kHz, 15 kHz, 20 kHz, 23 kHz, 25 kHz, 27 kHz, 30 kHz, 40 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 120 kHz, 150 kHz 로 상승시키고, 실험 1 에서 형성한 박리층을 계면으로 하여 상기 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼가 박리되는 시간을 계측하여 주파수 의존성을 검증하였다.
[실험 2 의 결과]
주파수 박리 시간
10 kHz 10 분 경과해도 박리되지 않았다 : NG
15 kHz 10 분 경과해도 박리되지 않았다 : NG
20 kHz 90 초에 박리되었다
23 kHz 30 초에 박리되었다
25 kHz 25 초에 박리되었다
27 kHz 30 초에 박리되었다
30 kHz 70 초에 박리되었다
40 kHz 170 초에 박리되었다
50 kHz 200 초에 박리되었다
100 kHz 220 초에 박리되었다
120 kHz 240 초에 박리되었다
150 kHz 300 초에 박리되었다
[실험 3] 초음파의 출력 의존성
실험 2 에서는 초음파의 출력을 100 W 로 고정시키고, 초음파의 주파수를 변화시켜, 실험 1 에서 박리층을 형성한 상기 단결정 SiC 잉곳으로부터의 웨이퍼의 박리 시간을 계측했는데, 실험 3 에서는, 초음파의 주파수마다 초음파의 출력을 200 W, 300 W, 400 W, 500 W 로 상승시키고, 실험 1 에서 형성한 박리층을 계면으로 하여 상기 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼가 박리되는 시간을 계측하여 출력 의존성을 검증하였다. 또한, 하기 「NG」는, 실험 2 의 결과와 동일하게, 단결정 SiC 잉곳에 초음파의 부여를 개시하고 나서 10 분 경과해도 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼가 박리되지 않은 것을 의미한다.
[실험 3 의 결과]
출력마다의 박리 시간
주파수 200 W 300 W 400 W 500 W
10 kHz NG NG NG NG
15 kHz NG NG NG NG
20 kHz 50 초 33 초 15 초 6 초
23 kHz 16 초 10 초 4 초 3 초
25 kHz 3 초 1 초 1 초 이하 1 초 이하
27 kHz 15 초 11 초 5 초 2 초
30 kHz 48 초 40 초 18 초 3 초
40 kHz 90 초 47 초 23 초 4 초
50 kHz 100 초 58 초 24 초 6 초
100 kHz 126 초 63 초 26 초 7 초
120 kHz 150 초 70 초 27 초 8 초
150 kHz 170 초 82 초 42 초 20 초
[실험 4] 온도 의존성
실험 4 에서는, 실험 1 에서 박리층을 형성한 상기 단결정 SiC 잉곳을 침지하는 물의 온도를 0 ℃ 로부터 상승시키고, 실험 1 에서 형성한 박리층을 계면으로 하여 상기 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼가 박리되는 시간을 계측하여 온도 의존성을 검증하였다. 또한, 실험 4 에서는, 초음파의 주파수를 25 kHz 로 설정하고, 초음파의 출력을 500 W 로 설정하였다.
[실험 4 의 결과]
온도 박리 시간
0 ℃ 0.07 초
5 ℃ 0.09 초
10 ℃ 0.12 초
15 ℃ 0.6 초
20 ℃ 0.8 초
25 ℃ 0.9 초
30 ℃ 3.7 초
35 ℃ 4.2 초
40 ℃ 6.1 초
45 ℃ 7.1 초
50 ℃ 8.2 초
실험 2 의 결과로부터, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼를 박리하기 위한 초음파의 주파수는 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수 (본 실험에서 사용한 단결정 SiC 잉곳에 있어서는 25 kHz) 에 의존하고, 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 20 kHz (단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 0.8 배의 주파수) 인 것을 확인할 수 있었다. 또, 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수 근방의 20 ∼ 30 kHz (단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 0.8 ∼ 1.5 배의 주파수) 로, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼가 효과적으로 (비교적 짧은 시간에) 박리되는 것을 확인할 수 있었다. 또, 실험 3 의 결과로부터, 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수 근방의 20 ∼ 30 kHz 를 초과하는 주파수이어도, 초음파의 출력을 높임으로써, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼가 효과적으로 박리되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실험 4 의 결과로부터, 박리 장치의 액조에 수용하는 액체가 물인 경우에, 물의 온도가 25 ℃ 를 초과하면 초음파의 에너지가 캐비테이션으로 변환되므로, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼를 효과적으로 박리할 수 없는 것을 확인할 수 있었다.
2 : 단면의 수선과 c 축이 일치하고 있는 단결정 SiC 잉곳
4 : 제 1 면 (단면)
10 : 수선
18 : 개질부
20 : 크랙
22 : 박리층
23 : 박리의 계기
26 : 액체
34 : 웨이퍼
40 : 단면의 수선에 대해 c 축이 기울어 있는 단결정 SiC 잉곳
42 : 제 1 면 (단면)
48 : 수선
54 : 개질부
56 : 크랙
58 : 박리층
59 : 박리의 계기

Claims (6)

  1. c 축과 c 축에 직교하는 c 면을 갖는 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 방법으로서,
    단결정 SiC 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 단결정 SiC 잉곳의 단면으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시키고 단결정 SiC 잉곳에 레이저 광선을 조사하여 SiC 가 Si 와 C 로 분리된 개질부와 개질부로부터 c 면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정과,
    박리층이 형성되는 외주 영역의 전부 또는 일부에 추가로 레이저 광선을 조사하고 크랙을 성장시켜 박리의 계기를 형성하는 박리 계기 형성 공정과,
    단결정 SiC 잉곳을 액체 중에 침지하고 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파를 액체를 통하여 단결정 SiC 잉곳에 부여함으로써, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳의 일부를 박리하고 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 공정으로 적어도 구성되는, 웨이퍼 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수는 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 0.8 배인, 웨이퍼 생성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    그 액체는 물이며, 캐비테이션의 발생이 억제되는 온도로 설정되는, 웨이퍼 생성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    물의 온도는 0 ∼ 25 ℃ 인, 웨이퍼 생성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    그 박리층 형성 공정에 있어서,
    단결정 SiC 잉곳의 단면의 수선과 c 축이 일치하고 있는 경우, 연속적으로 형성된 개질부로부터 c 면에 등방적으로 형성된 크랙의 폭을 초과하지 않는 범위에서 단결정 SiC 잉곳과 집광점을 상대적으로 인덱스 이송하여 개질부를 연속적으로 형성하고 크랙과 크랙을 연결시켜 박리층을 형성하는, 웨이퍼 생성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    그 박리층 형성 공정에 있어서,
    단결정 SiC 잉곳의 단면의 수선에 대해 c 축이 기울어 있는 경우, c 면과 단면으로 오프각이 형성되는 방향과 직교하는 방향에 개질부를 연속적으로 형성하여 개질부로부터 c 면에 등방적으로 크랙을 형성하고, 그 오프각이 형성되는 방향으로 크랙의 폭을 초과하지 않는 범위에서 단결정 SiC 잉곳과 집광점을 상대적으로 인덱스 이송하여 그 오프각이 형성되는 방향과 직교하는 방향에 개질부를 연속적으로 형성하고 개질부로부터 c 면에 등방적으로 크랙을 순차 형성하여 박리층을 형성하는, 웨이퍼 생성 방법.
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