JP7210292B2 - ウエーハの生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、インゴットから生成されるウエーハ、及びインゴットからウエーハを生成する方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイスは、シリコン、サファイア等を素材としたウエーハの表面に機能層が積層され、分割予定ラインによって区画され形成される。

そして、切削装置、レーザー加工装置によってウエーハの分割予定ラインに加工が施されて個々のデバイスに分割されて携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

また、パワーデバイス、ＬＥＤ等は、単結晶ＳｉＣを素材としたウエーハの表面に機能層が積層されて分割予定ラインによって区画され形成される。デバイスが形成されるウエーハは、一般的にインゴットをワイヤーソーでスライスして生成され、スライスされたウエーハの表裏面を研磨して鏡面に仕上げられる（例えば、特許文献１を参照。）。

さらに、本出願人によって、単結晶ＳｉＣに対して透過性を有するレーザー光線の集光点をインゴットの内部に位置付けて照射し、切断予定面に分離層を形成してウエーハを分離する技術が提案されている（特許文献２を参照。）。

特開２０００－０９４２２１号公報 特開２０１６－１１１１４３号公報

ところで、上記したウエーハの生成方法において、該インゴットと該インゴットから生成されたウエーハ、及び該ウエーハから生成されるデバイスにおいては、その製造履歴における関連が明確でなく、特に、ウエーハからデバイスを生成する過程でデバイスに欠損が生じたような場合、欠損が認められたデバイスから遡って原因を十分に追究することができないという問題がある。

このような問題は、特許文献２に記載されたようなレーザー加工を用いてインゴットからウエーハを生成する技術に限定される問題ではなく、インゴットをワイヤーでスライスしてウエーハを生成する場合、又は、インゴットを内周刃でスライスしてウエーハを生成するような場合にも起こり得る問題である。

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、インゴットから生成されたウエーハから形成されるデバイスの製造履歴を、デバイスから確実に遡ることができるウエーハ、及びウエーハの生成方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、インゴットからウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、インゴットの端面からインゴットに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置付けて照射して剥離層を形成する剥離層形成工程と、ウエーハの表面に形成される複数のデバイスに対応する位置の内部にウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を位置付けて製造履歴を形成する製造履歴形成工程と、インゴットからウエーハを剥離するウエーハ剥離工程と、から少なくとも構成され、該製造履歴形成工程は、ウエーハ剥離工程を実施する前に実施するウエーハの生成方法が提供される。

該製造履歴には、少なくとも該インゴット固有の記号、該インゴットから生成されるウエーハの固有のナンバーのいずれかを含むことが好ましい。また、該インゴットはＳｉＣインゴットであり、該剥離層形成工程において、レーザー光線の集光点をインゴットの端面から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置付けると共に、インゴットの端面の垂線に対してＣ軸が傾き該端面とＣ面とでオフ角が形成される方向と直交する方向に相対的に移動して、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した分離帯と、該分離帯からＣ面に形成されるクラックが形成された剥離帯とをオフ角が形成される方向にインデックス送りして複数形成して剥離層を形成することができる。さらに、該製造履歴は、ＡＳＣIIコード、２次元バーコード、文字、モールス符号のいずれかで形成することができる。

本発明のウエーハの生成方法は、インゴットの端面からインゴットに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置付けて照射して剥離層を形成する剥離層形成工程と、ウエーハの表面に形成される複数のデバイスに対応する位置の内部にウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を位置付けて製造履歴を形成する製造履歴形成工程と、インゴットからウエーハを剥離するウエーハ剥離工程と、から少なくとも構成され、該製造履歴形成工程は、ウエーハ剥離工程を実施する前に実施することにより、ウエーハ上に複数のデバイスが形成されて、個々に分離された後であっても、インゴットまで遡って製造履歴を確認することができ、仮に、デバイスに欠損が生じていたとしても、インゴットまで遡って原因を追究することが可能である。

（ａ）単結晶ＳｉＣからなるインゴットの正面図、（ｂ）単結晶ＳｉＣからなるインゴットの平面図である。 （ａ）インゴットに剥離層を形成する剥離層形成工程を実施する態様を示す斜視図、（ｂ）（ａ）におけるＡ－Ａ断面図である。 （ａ）インゴットに製造履歴を形成する製造履歴形成工程を実施する態様を示す斜視図、（ｂ）（ａ）におけるＢ－Ｂ断面図である。 ウエーハ剥離工程を実施する態様を示す斜視図である。 本実施形態により生成されたウエーハの斜視図である。

以下、本発明に基づいて構成されたウエーハの生成方法に係る実施形態について添付図面を参照して、詳細に説明する。

図１には、本実施形態に係るインゴット２が示されている。インゴット２は、例えば、直径が略１００ｍｍの六方晶単結晶ＳｉＣのインゴットであり、全体として略円柱形状に形成され、略円形状の第一の端面（上面）４と、第一の端面４と反対側の略円形状の第二の端面（下面）６と、第一の端面４及び第二の端面６の間に位置する周面８と、第一の端面４から第二の端面６に至るｃ軸（＜０００１＞方向）と、該ｃ軸に直交するｃ面（｛０００１｝面）とを有する。インゴット２においては、第一の端面４の垂線１０に対してｃ軸が傾斜しており、ｃ面と第一の端面４とでオフ角α（例えばα＝１、３、６度のいずれか。）が形成されている。オフ角αが形成される方向を図１に矢印Ａで示す。また、インゴット２の周面８には、結晶方位を示す矩形状の第一のオリエンテーションフラット１２、及び第二のオリエンテーションフラット１４が形成されている。第一のオリエンテーションフラット１２は、オフ角αが形成されている方向Ａに対して平行であり、第二のオリエンテーションフラット１４は、オフ角αが形成される方向Ａに直交する方向に形成される。インゴット２の平面図として示す図１（ｂ）に示すように、上方から見て、第二のオリエンテーションフラット１４の長さＬ２は、第一のオリエンテーションフラット１２の長さＬ１よりも短く（Ｌ１＞Ｌ２）なるように設定される。これにより、インゴット２の表裏に関わらず、オフ角αが形成される向きを判別することができる。なお、本発明に係るウエーハの生成方法に適用されるインゴットについては、上記した単結晶ＳｉＣのインゴット２に限定されるものではなく、第一の端面の垂線に対してｃ軸が傾いておらず、ｃ面と第一の端面とのオフ角αが０度である（すなわち、第一の端面の垂線と、ｃ軸とが一致している。）インゴットであってもよい。

本実施形態に係るウエーハを得るためのウエーハの生成方法を実施するに際し、まず、生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに透過性を有するレーザー光線の集光点を位置付けて照射し剥離層を形成する剥離層形成工程を実施する。以下に、図２を参照しながら該剥離層形成工程について説明する。

該剥離層形成工程を実施するには、まず、インゴット２を、図２（ａ）に示すレーザー加工装置２０（一部のみ示す。）に搬送する。レーザー加工装置２０に搬送されたインゴット２は、第二の端面６側に接着剤等が塗布され、支持テーブル２１の平坦な上面２１ａに載置されて保持される。なお、インゴット２の第一の端面４は、予め研削加工、及び研磨加工が施され凹凸が除去されて鏡面に加工されている。また、必要であれば、インゴット２の第二の端面６側にサブストレートを配設して、サブストレートを介して支持テーブル２１の上面２１ａに吸引保持する構成としてもよい。

図２（ａ）に示すように、レーザー加工装置２０は、上記した支持テーブル２１に加え、インゴット２にパルスレーザー光線ＬＢ１を照射する集光器２２を備える。支持テーブル２１は、支持テーブル２１の径方向中心を通って上下方向に延びる軸線を回転中心として支持テーブル用モータ（図示は省略する。）によって回転可能に構成されている。また、支持テーブル２１は、図２（ａ）において矢印Ｘで示すＸ軸方向において集光器２２に対して相対的に加工送りするＸ軸方向移動手段（図示は省略する。）、及びＸ軸方向に水平面において直交する矢印Ｙで示すＹ軸方向において集光器２２に対して相対的に加工送りするＹ軸方向移動手段（図示は省略する。）によって加工送りされる。集光器２２は、レーザー加工装置２０のレーザー光線照射手段（図示は省略する。）によって発振され出力等が調整されたパルスレーザー光線ＬＢ１を集光し、インゴット２に照射するための集光レンズ（図示は省略する。）を含む。

支持テーブル２１に保持されたインゴット２に剥離層２８を形成するには、レーザー加工装置２０に備えられた図示しない撮像手段によって、インゴット２の第一の端面４側からインゴット２を撮像する。次いで、該撮像手段によって撮像したインゴット２の画像によって判別される第一のオリエンテーションフラット１２、及び第二のオリエンテーションフラット１４に基づいて、支持テーブル２１を回転させると共に図示しないＸ軸方向移動手段及びＹ軸方向移動手段によって移動してインゴット２の向きを所定の向きに調整すると共に、インゴット２と集光器２２とのＸＹ平面における位置を調整する。

インゴット２の向きを所定の向きに調整するに際し、図２（ａ）に示すように、第二のオリエンテーションフラット１４をＸ軸方向に整合させることによって、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向をＸ軸方向に整合させると共に、オフ角αが形成される方向ＡをＹ軸方向に整合させる。次いで、集光点位置調整手段（図示は省略する。）によって集光器２２を昇降させて、図２（ｂ）に示すように、インゴット２の第一の端面４から、生成すべきウエーハの厚みに対応する深さ（例えば３００μｍ）に集光点を位置付ける。次いで、オフ角αが形成されている方向Ａと直交する所定の方向に整合しているＸ軸方向に支持テーブル２１を所定の送り速度で移動させながら、インゴット２を構成するＳｉＣに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢ１を集光器２２からインゴット２に照射するレーザー加工を実施して、分離帯２４を形成する。

分離帯２４は、パルスレーザー光線ＬＢ１の照射により、インゴット２を構成するＳｉＣがＳｉとＣとに分離し、次に照射されるパルスレーザー光線ＬＢ１が前に形成されたＣに吸収されて形成されるものであり、該分離帯２４は、支持テーブル２１のＸ軸方向への加工送りにより、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に連続的に形成される。これと共に、分離帯２４からｃ面に沿って等方的にクラックが延びて、所定幅の剥離帯２６が形成される。なお、上記した分離帯２４を形成するレーザー加工を実施する際には、支持テーブル２１を移動させるのに代えて、集光器２２側を所定の送り速度でＸ軸方向に移動させてもよい。

インゴット２の内部において、該所定の方向に分離帯２４及び剥離帯２６を形成したならば、Ｙ軸方向移動手段を作動して、支持テーブル２１を、オフ角αが形成される方向Ａに沿ったＹ軸方向に、インゴット２とパルスレーザー光線ＬＢ１の集光点とを上記した剥離帯２６が形成された所定幅を超えない範囲で設定される所定のインデックス量（たとえば、２５０μｍ～４００μｍ）だけインデックス送りする。このようにして、上記したレーザー加工と、インデックス送りとを繰り返すことにより、オフ角αが形成される方向Ａに所定のインデックス量の間隔で分離帯２４と、分離帯２４からｃ面に沿って等方的にクラックが延びる剥離帯２６とを順次生成する。本実施形態では、単結晶ＳｉＣインゴット２の第一の端面４の垂線に対してｃ軸が傾いていることによりオフ角αが形成されており、オフ角αが形成される方向Ａにおいて隣接する剥離帯２６が上下方向に見て重なるようにする。これにより、インゴット２の第一の端面４から生成すべきウエーハの厚みに対応する深さに、複数の分離帯２４及び剥離帯２６からなるインゴット２からウエーハを剥離するため強度が低下させられた剥離層２８が好適に形成される。

なお、上記した剥離層２８を形成する際のレーザー加工条件は、たとえば、以下のように設定される。
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：２Ｗ
パルス幅 ：１０ｎｓ
スポット径 ：３μｍ
集光レンズの開口率（ＮＡ） ：０．４３
インデックス量 ：２５０μｍ～４００μｍ
加工送り速度 ：１２０ｍｍ／秒～２６０ｍｍ／秒
集光点の位置 ：インゴット２の端面（上面４）から３００μｍ

以上のようにして剥離層形成工程が実施されることで、生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに剥離層２８が形成されたインゴット２を得ることができる。

上記した剥離層形成工程が実施されて剥離層２８が形成されたインゴット２を得たならば、次いで、インゴット２から生成されるウエーハの表面に形成される予定の複数のデバイスに対応する位置の内部にウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を位置付けて製造履歴を形成する製造履歴形成工程を実施する。図３を参照しながらより具体的に説明する。

本実施形態においては、以下に説明する製造履歴形成工程を、上記した剥離層形成工程を実施したレーザー加工装置２０を利用して実施するものとして説明する。図３（ａ）に示すように、先に実施した剥離層形成工程において図示しない撮像手段によって判別された第一のオリエンテーションフラット１２、及び第二のオリエンテーションフラット１４に基づいて、支持テーブル２１を回転させると共に図示しないＸ軸方向移動手段及びＹ軸方向移動手段によって移動してインゴット２の向きを所定の向きに調整すると共に、インゴット２と集光器２２とのＸＹ平面における位置を調整する。

インゴット２の向きを所定の向きに調整するに際し、図３（ａ）に示すように、第二のオリエンテーションフラット１４をＸ軸方向に整合させることによって、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向をＸ軸方向に整合させると共に、オフ角αが形成される方向ＡをＹ軸方向に整合させる。次いで、集光点位置調整手段（図示は省略する。）によって集光器２２を昇降させて、図３（ｂ）に示すように、インゴット２の第一の端面４から、製造履歴を生成すべきウエーハの内部位置に対応する深さ（例えば１００μｍ）に集光点を位置付ける。なお、この製造履歴を生成すべきウエーハの内部位置の深さは、インゴット２からウエーハを生成した後、裏面を研削・研磨したり、表面にデバイスを形成したりする際に影響を受けない領域として設定される。次いで、オフ角αが形成されている方向Ａと直交する所定の方向に整合しているＸ軸方向に支持テーブル２１を所定の送り速度で移動させながら、インゴット２を構成するＳｉＣに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢ２を集光器２２からインゴット２に照射するレーザー加工を実施して、製造履歴３０を形成する。当該製造履歴形成工程によって形成される製造履歴３０について、さらに具体的に説明する。

なお、製造履歴形成工程を実施するためのレーザー加工条件は、集光位置に打痕を形成し、且つクラックが形成されないように、剥離層形成工程を実施した際のレーザー加工条件から以下のように変更される。
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：２Ｗ
パルス幅 ：１０ｎｓ
スポット径 ：１００μｍ
焦点距離 ：１５０ｍｍ
集光レンズの開口率（ＮＡ） ：０．３
集光点の位置 ：インゴット２の第一の端面４から１００μｍ

パルスレーザー光線ＬＢ２を照射して図３（ａ）に示す製造履歴３０を生成するに際し、レーザー加工装置２０の制御手段（図示は省略する。）には、インゴット２から生成されるウエーハの表面に形成される複数のデバイスの形成予定位置に対応した製造履歴３０を形成する製造履歴形成位置が記憶されている。そして、インゴット２から生成される予定のウエーハの表面に形成される複数のデバイスに対応する位置、すなわち上記した製造履歴形成位置の内部にウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢ２の集光点を位置付けて照射する。

図３（ａ）のＢ－Ｂ断面図として示す図３（ｂ）から理解されるように、パルスレーザー光線ＬＢ２の照射により、インゴット２を構成するＳｉＣがＳｉとＣとに分離される改質部が打痕として形成される。そして、図３（ａ）に示すように、該打痕を、所定の位置、所定の方向で規定される領域に、例えば８ｂｉｔＡＳＣIIコードに則って形成することで、例えば「ＫＦ８３７－３」なる製造履歴３０を形成する。このＡＳＣIIコードによって表現される製造履歴３０は、例えば、ウエーハを生成するための加工方法、インゴット固有の記号、当該インゴットから生成されたウエーハ固有のナンバー、該デバイスのウエーハ上の位置等を表すものであり、生成されたウエーハが個々のデバイスに分割されても、各デバイスに対応して形成された製造履歴３０を確認することができる。

上記したように、インゴット２に対して剥離層２８を形成する剥離層形成工程、及び製造履歴３０を形成する製造履歴形成工程を終了したならば、外力を付与して剥離層２８を起点として生成すべきウエーハの厚みに相当する板状物をインゴット２から分離して、図５に示すようなウエーハ２Ａを生成するウエーハ剥離工程を実施する。

このウエーハ剥離工程は、例えば図４に示すような押圧機構５０（一部のみ示している。）により実施する。押圧機構５０は、レーザー加工装置２０に配設することができ、レーザー加工装置２０に内蔵された図示しない移動機構により上下方向に移動するヘッド５２と、ヘッド５２に対して、矢印Ｒ方向に回転される押圧部材５４とを含んでいる。

図４に示すように、押圧機構５０を支持テーブル２１に固定されたインゴット２の上方に位置づけ、図に示すように、押圧部材５４をインゴット２の第一の端面４に圧接するまでヘッド５２を下降させる。

押圧部材５４をインゴット２に圧接した状態で、押圧部材５４を矢印Ｒ方向に回転すると、インゴット２にはねじり応力が発生し、剥離層２８からインゴット２が破断され、インゴット２からウエーハ２Ａを分離することができる。図５に示すように、ウエーハ２Ａは、ウエーハ２Ａの表面に形成される複数のデバイスに対応する位置の内部にウエーハ２Ａに対して透過性を有する波長のレーザー光線（上記したパルスレーザー光線ＬＢ２）の集光点を位置付けて製造履歴３０が形成されている。よって、この後、ウエーハ２Ａ上に複数のデバイスが形成されて、個々に分離された後であっても、インゴットまで遡って製造履歴を確認することができ、仮に、デバイスに欠損が生じていたとしても、インゴットまで遡って原因を追究することが可能である。

ウエーハ２Ａをインゴット２から分離した後、ウエーハ２Ａの分離面（下面側）及びインゴット２の分離面を研磨して鏡面に加工することが好ましい。

本発明によれば、上記した実施形態に限定されず、種々の変形例が提供される。例えば、上記実施形態では、インゴット２として、六方晶単結晶ＳｉＣのインゴットであり、第一の端面４の垂線１０に対してｃ軸が傾斜しており、ｃ面と第一の端面４とでオフ角α（例えばα＝１、３、６度のいずれか。）が形成されたものを採用した例を示したが、本発明は必ずしもこれに限定されず、ｃ面と第一の端面４とでオフ角αが形成されていない他のインゴットであってもよい。その際には、剥離層形成工程を実施する際の加工送り方向や、インデックス送り方向を、オフ角αを基準にして決定する必要がなく、任意の方向をＸ軸方向に沿って位置付けてレーザー加工を実施することができる。

また、上記した実施形態では、剥離層形成工程と製造履歴形成工程を実施した後に、ウエーハ剥離工程を実施したが、本発明はこれに限定されず、剥離層形成工程を実施してウエーハ剥離工程を実施した後に、製造履歴形成工程を実施することもできる。さらに、上記した実施形態では、製造履歴形成工程を実施する際の支持テーブル２１の加工送り方向を、剥離層形成工程を実施した際の支持テーブル２１の加工送り方向と一致するようにしたが、製造履歴形成工程は、打痕からクラックを形成するものではないため、必ずしも製造履歴形成工程を実施する際の支持テーブル２１の移動方向を、剥離層形成工程を実施する際の移動方向と一致させる必要はなく、異なる加工送り方向とすることもできる。

また、上記した実施形態では、剥離層形成工程と、製造履歴形成工程とを、同一のレーザー加工装置２０で実施するようにしたが、本発明はこれに限定されず、剥離層形成工程と、製造履歴形成工程とを、別のレーザー加工装置によって実施してもよい。さらに、上記した実施形態では、製造履歴３０を、８ｂｉｔＡＳＣIIコードによって形成したが、必ずしもこれに限定されず、２次元バーコード、文字、モールス符号等に基づいて形成することもできる。

また、上記した実施形態では、本発明が適用されるウエーハを、インゴットに対してレーザー光線を照射し剥離層を形成して該剥離層から剥離して生成する例を示したが、本発明のウエーハを生成する方法はこれに限定されず、例えば、インゴットをワイヤーソー、インナーソー等でスライスして生成するウエーハにも適用することが可能である。なお、その際には、製造履歴を形成するためのレーザー光線を照射する前に、上面を研磨する等して平坦化する。

２：インゴット
２Ａ：ウエーハ
４：第一の端面
６：第二の端面
８：周面
１０：垂線
１２：第一のオリエンテーションフラット
１４：第二のオリエンテーションフラット
２０：レーザー加工装置
２１：支持テーブル
２２：集光器
２４：分離帯
２６：剥離帯
２８：剥離層
３０：製造履歴
５０：押圧機構
５２：ヘッド
５４：押圧部材

Claims (4)

1. インゴットからウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、
   インゴットの端面からインゴットに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置付けて照射して剥離層を形成する剥離層形成工程と、
   ウエーハの表面に形成される複数のデバイスに対応する位置の内部にウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を位置付けて製造履歴を形成する製造履歴形成工程と、
   インゴットからウエーハを剥離するウエーハ剥離工程と、
   から少なくとも構成され、
   該製造履歴形成工程は、ウエーハ剥離工程を実施する前に実施するウエーハの生成方法。
2. 該製造履歴には、少なくとも該インゴット固有の記号、該インゴットから生成されるウエーハの固有のナンバーのいずれかを含む請求項１に記載のウエーハの生成方法。
3. 該インゴットはＳｉＣインゴットであり、
   該剥離層形成工程において、レーザー光線の集光点をインゴットの端面から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに位置付けると共に、インゴットの端面の垂線に対してＣ軸が傾き該端面とＣ面とでオフ角が形成される方向と直交する方向に相対的に移動して、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した分離帯と、該分離帯からＣ面に形成されるクラックが形成された剥離帯とをオフ角が形成される方向にインデックス送りして複数形成して剥離層を形成する請求項１又は２に記載のウエーハの生成方法。
4. 該製造履歴は、ＡＳＣIIコード、２次元バーコード、文字、モールス符号のいずれかで形成される請求項１から３のいずれかに記載のウエーハの生成方法。

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