JP7500261B2 - ウエーハの生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、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て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て形成される。そして、切削装置や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チップに分割され、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、ＳｉＣ、ＧａＮ等の六方晶単結晶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て形成される。

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）。

しかし、インゴットをワイヤーソーで切断し、表裏面を研磨してウエーハを生成すると、インゴットの７０％～８０％が捨てられることになり、不経済であるという問題がある。特に、ＳｉＣ、ＧａＮ等の六方晶単結晶インゴットは硬度が高く、ワイヤーソーでの切断が困難であることからスライスするのに相当の時間がかかり、生産性が悪いと共に、インゴットの単価が高く、効率よくウエーハを生成することに課題がある。

そこで、捨てられる比率を削減すべく、インゴット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上面から内部に位置付けて照射し、切断予定面に改質層を形成し剥離面としてウエーハを分離する技術が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２０００－０９４２２１号公報 特開２０１３－０４９１６１号公報

しかし、上記した特許文献２に記載の技術では、改質層を形成するレーザー光線を切断予定面の全域に対して１０μｍ程度の間隔で密に照射しなければならず、時間が掛かり、生産性が悪いという問題がある。

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、インゴットからウエーハを効率よく生成し、捨てられる量を軽減することができる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、上面と、下面と、側面とを備えた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位置の側面から内部に位置付けて照射して改質層を該側面の全周にわたって、又は円弧状に形成する改質層形成工程と、インゴットの上面から外力を付与して該改質層から内部に延びる亀裂に応力を集中させ該亀裂を側面側から内部に向かって進展させて剥離層を形成する剥離層形成工程と、該剥離層を起点として生成すべきウエーハをインゴットから剥離してウエーハを生成するウエーハ生成工程と、を含み構成され、該剥離層形成工程において、インゴットの上面から付与される外力は、レーザー光線であり、該レーザー光線は外周から内側に向かって螺旋状に照射されるか、又は割り出し送りしながら、直線状に照射され、該剥離層形成工程において照射されるレーザー光線は、インゴットに対して吸収性を有する波長であると共に、インゴットの内部に集光点が位置付けられても改質層が形成されない出力で照射されるものであり、該剥離層形成工程において照射されるレーザー光線の集光点が位置付けられる深さは、上面と改質層形成工程において形成された改質層との間に設定され、生成すべきウエーハを部分的に膨張させて該改質層に沿った亀裂を側面から内部に進展させるウエーハの生成方法が提供される。

該改質層形成工程と、該剥離層形成工程との間に、インゴットの側面から切削ブレードを位置付けて改質層を彫り込んで切込み溝を形成し、該改質層から内部に延びる亀裂を成長させることが好ましい。

該改質層形成工程において、生成すべき複数のウエーハに対応して改質層を複数形成することもでき、該改質層形成工程において、生成すべき複数のウエーハに対応して改質層を複数形成した場合、該ウエーハ生成工程で生成すべきウエーハをインゴットの上面から剥離した後、次に生成すべきウエーハに対応する改質層から内部に延びる剥離層を形成する剥離層形成工程を実施するようにすることが好ましい。

本発明のウエーハの生成方法は、上面と、下面と、側面とを備えた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位置の側面から内部に位置付けて照射して改質層を該側面の全周にわたって、又は円弧状に形成する改質層形成工程と、インゴットの上面から外力を付与して該改質層から内部に延びる亀裂に応力を集中させ該亀裂を側面側から内部に向かって進展させて剥離層を形成する剥離層形成工程と、該剥離層を起点として生成すべきウエーハをインゴットから剥離してウエーハを生成するウエーハ生成工程と、を含み構成され、該剥離層形成工程において、インゴットの上面から付与される外力は、レーザー光線であり、該レーザー光線は外周から内側に向かって螺旋状に照射されるか、又は割り出し送りしながら、直線状に照射され、該剥離層形成工程において照射されるレーザー光線は、インゴットに対して吸収性を有する波長であると共に、インゴットの内部に集光点が位置付けられても改質層が形成されない出力で照射されるものであり、該剥離層形成工程において照射されるレーザー光線の集光点が位置付けられる深さは、上面と改質層形成工程において形成された改質層との間に設定され、生成すべきウエーハを部分的に膨張させて該改質層に沿った亀裂を側面から内部に進展させることから、インゴットの側面側から形成された改質層から内部に延びるように形成された亀裂を効率よく内部に進展させて剥離層を形成でき、インゴットからウエーハを生成する際に捨てられる量を軽減することができると共に、効率よくウエーハを生成することができる。

加工装置の保持テーブルに載置され保持されたインゴットの斜視図である。 改質層形成工程の実施態様を示す斜視図である。 インゴットの側面から切削ブレードを位置付けて改質層を彫り込む態様を示す斜視図である。 （ａ）螺旋状にレーザー光線を照射して剥離層を形成する態様を示す斜視図、（ｂ）割り出し送りしながら直線状にレーザー光線を照射して剥離層を形成する態様を示す斜視図、（ｃ）レーザー光線を照射して、インゴットの内部に膨張領域を形成する態様を示す一部拡大断面図である。 ウエーハ生成工程の実施態様を示す斜視図である。 （ａ）改質層形成工程の別の実施態様を示す斜視図、（ｂ）（ａ）に示す改質層形成工程を施したインゴットの側面図である。 複数の改質層を形成したインゴットに対してレーザー光線を使用して剥離層形成工程を実施する態様を示す一部拡大断面図である。 図７に示す剥離層形成工程を実施した後に実施されるウエーハ生成工程の実施態様を示す斜視図である。 図７に示す剥離層形成工程の別の実施態様を示す一部拡大断面図である。 図７に示す剥離層形成工程のさらに別の実施態様を示す一部拡大断面図である。 インゴットに対して超音波付与手段を使用して剥離層形成工程を実施する態様を示す一部拡大断面図である。

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

図１には、本実施形態で加工が施されるインゴット２０が示されている。インゴット２０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）のインゴットであり、研磨加工が施された上面２０ａと、下面２０ｂと、側面２０ｃとからなる円柱状の部材である。インゴット２０は、直径が２００ｍｍ、高さ（厚み）が１００ｍｍである。インゴット２０は、加工装置３０（一部のみを示している）に搬送され、保持テーブル３２の上面であって平坦に形成された保持面３２ａに載置され、ワックス、接着剤等で固定されている。

本実施形態のウエーハの生成方法を実施するに際し、まず、図２に示すように、保持テーブル３２に固定されたインゴット２０の側面２０ｃと対向する位置に、レーザー光線照射手段３４の集光器３４１を位置付ける。レーザー光線照射手段３４は、インゴット２０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢ１を照射する手段である。図示は省略するが、レーザー光線照射手段３４は、所定のパルスレーザー光線ＬＢ１を発振する発振器を含む光学系を備えており、本実施形態では、以下のレーザー加工条件でレーザー光線ＬＢ１を照射するように設定されている。
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 ：φ５μｍ
開口率（ＮＡ） ：０．４５

レーザー光線照射手段３４の集光器３４１から照射されるレーザー光線ＬＢ１の集光点は、インゴット２０の上面２０ａからみて、生成すべきウエーハの厚みに相当する深さ（例えば、１ｍｍ）であって、側面２０ｃから１００μｍ内側の位置に設定される。該集光点の位置を設定したならば、レーザー光線照射手段３４を上記したレーザー加工条件で作動して、加工開始点（図中１００ａで示す）からレーザー光線ＬＢ１を照射すると共に、保持テーブル３２の回転駆動手段（図示は省略）を作動して、保持テーブル３２を矢印Ｒ１で示す方向に回転させて、インゴット２０の側面２０ｃの全周にわたり改質層１００を形成する（改質層形成工程）。なお、改質層１００を形成する際の送り速度は、例えば、４００ｍｍ／秒である。

上記した改質層形成工程を実施したならば、本実施形態においては、次工程の剥離層形成工程を実施する前に、図３に示すように、インゴット２０の側面２０ｃから切削手段４０を使用して改質層１００を彫り込み、改質層１００から内部に延びる亀裂を成長させる亀裂成長工程を実施する。図３を参照しながら、その手順についてより具体的に説明する。

図３に示すように、切削手段４０は、電動モータ４１と、電動モータ４１によって矢印Ｒ２で示す方向に回転させられる切削ブレード４２と、切削ブレード４２をインゴット２０の側面２０ｃに向けて水平方向に切込み送りする駆動手段（図示は省略）を備えている。切削ブレード４２をインゴット２０の側面２０ｃに対向する位置であって、改質層１００が形成された深さ位置に位置付け、電動モータ４１を作動して側面２０ｃからインゴット２０の内部の方向に切込み送りし、これと同時に、保持テーブル３２を矢印Ｒ１で示す方向に回転させる。切込み送り量は、側面２０ｃから内部に向けて約１ｍｍ程度である。このように改質層１００を彫り込むことで、改質層１００が形成された位置に切込み溝１１０が形成され、さらに、改質層１００と共に形成されていた亀裂を内部方向に成長させることができる。なお、改質層１００を形成することで十分な亀裂が生成できている場合は、当該亀裂成長工程は省略してもよい。

上記したように、改質層形成工程、及び任意で実施される亀裂成長工程を実施したならば、インゴット２０の上面２０ａから外力を付与してインゴット２０の内部に形成された亀裂に応力を集中させ該亀裂を側面２０ｃ側から内部方向に進展させて剥離層を形成する剥離層形成工程を実施する。

本実施形態の剥離層形成工程において外力の付与を実施する方法は、種々の方法から選択することができ、例えば、インゴット２０の上面２０ａからレーザー光線を照射する方法を選択することができる。さらに、インゴット２０の上面２０ａからレーザー光線を照射する方法についても、複数の方法から選択することが可能である。

剥離層形成工程において外力を付与する第一の外力付与手段は、例えば、インゴット２０に対して吸収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内部の位置に位置付けて照射し、生成すべきウエーハの内部を部分的に膨張させて膨張領域を形成する手段を選択することができる。図４を参照しながら、より具体的に説明する。

図４には、第一の外力付与手段として使用されるレーザー光線照射手段５０（一部のみ示す）の集光器５２が示されている。レーザー光線照射手段５０から照射されるレーザー光線ＬＢ２のレーザー加工条件は、例えば、以下の通りである。なお、レーザー光線ＬＢ２は、パルスレーザー光線、連続波のレーザー光線のいずれであってもよい。
波長 ：９００～１１００ｎｍ
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ（パルスレーザー光線の場合）
平均出力 ：０．５Ｗ
パルス幅 ：１００ｎｓ（パルスレーザー光線の場合）
スポット径 ：φ１０μｍ
開口率（ＮＡ） ：０．８
送り速度 ：４００ｍｍ／秒
割り出し送り ：１ｍｍ

図４（ａ）に示すように、上記した集光器５２を、インゴット２０の上面２０ａの外周近傍に位置付け、図４（ｃ）に示すように、レーザー光線ＬＢ２の集光点Ｐ１を、上面２０ａと改質層１００が形成された深さ位置（点線で示している）との間、すなわち、生成すべきウエーハの内部に位置付ける。レーザー光線ＬＢ２は、上記したように、比較的弱い出力（０．５Ｗ）に設定されており、集光点Ｐ１の位置に改質層が形成されることがない出力であるが、集光点Ｐ１の近傍を加熱して膨張領域Ｌ１を形成する。集光点Ｐ１の位置は、レーザー光線ＬＢ２によって形成される膨張領域Ｌ１の下端Ｐ２が、改質層形成工程、又は亀裂成長工程において形成された亀裂Ｃ１の内側先端近傍になるように調整される。これにより、膨張領域Ｌ１の直下のインゴット２０が上方から下方に向けて押されることになり、結果として、亀裂Ｃ１の先端に応力が集中して、新たな亀裂Ｃ２が内部に進展させられる。また、これと同時に、保持テーブル３２を矢印Ｒ１で示す方向に回転させると共に、集光器５２を、インゴット２０の上面２０ａの中心に向かう矢印Ｒ３で示す方向に移動させる。これにより、レーザー光線ＬＢ２の集光点Ｐ１は外周から内側に向かって螺旋状に走査され、これと共に膨張領域Ｌ１が形成される位置も螺旋状に移動させられる。

このときの保持テーブル３２の回転速度は、レーザー光線ＬＢ２の照射位置の送り速度が４００ｍｍ／秒になるように設定され、集光器５２をＲ３で示す方向に移動させる際の移動速度は、レーザー光線ＬＢ２を螺旋状に照射する際の割り出し送りの間隔が１ｍｍ間隔になるように設定される。上記したように、レーザー光線ＬＢ２をインゴット２０の上面２０ａから内部に向けて照射することにより、上記した改質層１００が形成された深さ位置の全領域に亀裂Ｃ２が進展し、螺旋状の照射位置に沿って剥離層１２０が形成される。なお、図４（ａ）では、説明の都合上、剥離層１２０を点線で示しているが、実際は、剥離層１２０を外部から目視することはできない。

上記した実施形態では、剥離層形成工程においてレーザー光線ＬＢ２を照射する際に、集光点Ｐ１の位置が平面視で螺旋状の軌跡を描くように照射したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レーザー光線照射手段５０のレーザー加工条件を上記したのと同様に設定し、インゴット２０の上面２０ａの端部側にレーザー光線照射手段５０の集光器５２を位置付け、改質層形成工程によってインゴット２０の内部に形成された改質層１００から内部に向けて形成された亀裂Ｃ１に集光点Ｐ１を位置付ける。そして、図４（ｂ）に示すように、図中矢印Ｘで示すＸ軸方向に保持テーブル３２を移動させて、レーザー光線ＬＢ２を直線状に照射する。次いで、Ｘ軸方向と直交する矢印Ｙで示すＹ軸方向に、集光器５２を１ｍｍの間隔で割り出し送りして、繰り返しレーザー光線ＬＢ２を直線状に照射する。これにより、図４（ｃ）で示したのと同様に、亀裂Ｃ１から新たな亀裂Ｃ２が進展され、インゴット２０において改質層１００を生成した深さ位置の全領域に剥離層１３０が形成される。

なお、上記した実施形態では、改質層１００を、インゴット２０の側面２０ｃの全周にわたり形成したが、本発明はこれに限定されず、全周に満たない範囲で円弧を形成するようにしてもよく、例えば、半周にわたり形成するようにしてもよい。ただし、円弧状に改質層１００を形成した場合は、剥離層形成工程においてレーザー光線ＬＢ２を照射する際に、集光点Ｐ１の位置が平面視で螺旋状の軌跡を描くように照射しても、改質層１００を形成しなかった領域で新たな亀裂Ｃ２が十分に進展せず、全領域に剥離層を形成することが困難である。よって、その場合は、改質層１００を円弧状に形成した側から、図４（ｂ）に示すように、レーザー光線ＬＢ２を直線状に照射し、Ｘ軸方向と直交する矢印Ｙで示すＹ軸方向に、順次割り出し送りして、繰り返しレーザー光線ＬＢ２を直線状に照射して、剥離層を形成するようにすることが好ましい。また、改質層１００を円弧状に形成する場合は、半周以上の範囲で形成することが好ましい。

そして、上記したように、改質層１００を形成した深さ位置、すなわち、生成すべきウエーハの厚みに相当する深さ位置の全領域に剥離層が形成されたならば、図５に示すように、インゴット２０の上面２０ａ側を所定の吸引手段（図示は省略する）等により吸引して、上記した剥離層１２０、又は１３０を分割の起点として剥離し、ウエーハＷを生成する（ウエーハ生成工程）。

上記したように、インゴット２０に対して、改質層形成工程、剥離層形成工程、ウエーハ生成工程を実施したならば、必要に応じてインゴット２０の新たな上面２０ａ’（剥離面）を研磨して鏡面とする研磨加工を実施して平坦面とし、再び、上記した改質層形成工程、亀裂成長工程、剥離層形成工程、ウエーハ生成工程を実施してウエーハＷを生成する。これらを繰り返すことにより、インゴット２０からウエーハＷを効率よく生成することができる。

上記した実施形態では、生成すべきウエーハの厚み（１ｍｍ）に相当する深さ位置であって、インゴット２０の側面２０ｃの全周にわたり１段の改質層１００を形成する改質層形成工程を実施し、それに続き、上記した剥離層形成工程を実施したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６（ａ）に示すように、改質層形成工程において、生成すべき複数のウエーハに対応して複数段（例えば３段）、インゴット２０の側面２０ｃからレーザー光線ＬＢ１を照射し、図６（ｂ）に示すように、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃをまとめて形成しておくようにしてもよい。このように複数段の改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃをまとめて形成しておくことにより、剥離層形成工程、ウエーハ生成工程を連続して実施することができ、より一層の効率化を図ることができる。

上記したように、インゴット２０に対して複数段の改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃをまとめて形成した場合に、上記した第一の外力付与手段を用いてウエーハを生成する手順について、図６に加え図７も参照しながら、以下に説明する。

本実施形態においては、図６に基づいて説明したように、改質層形成工程において、予め改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃがまとめて形成され、また、上記した切削手段４０を使用して、インゴット２０の側面２０ｃ側から改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを彫り込み、切込み溝１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃが形成され、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが形成されていたそれぞれの位置から内部に延びる亀裂Ｃ１が進展させられている。なお、図７では、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが形成されていた深さ位置を点線で示している。

本実施形態においても、上記したレーザー光線ＬＢ２を上面２０ａから照射して、集光点Ｐ１を生成すべきウエーハの内部に位置づけ、膨張領域Ｌ１の下端Ｐ２が切込み溝１１０Ａから延びる亀裂Ｃ１の先端位置になるようにしている。これにより、膨張領域Ｌ１の直下のインゴット２０が、上方から下方に向けて押され、亀裂Ｃ１の先端に応力が集中して、新たな亀裂Ｃ２が内部に進展させられる。レーザー光線ＬＢ２の照射位置は、外周側から中心側へ、図中矢印Ｒ４で示す方向に走査、又は割り出し送りされ、インゴット２０の内部に形成される膨張領域Ｌ１の位置もこれに応じて移動させられる。なお、レーザー光線ＬＢ２をインゴット２０に対して走査、又は割り出し送りする方法は、上記した図４（ａ）又は図４（ｂ）に基づいて説明した方法に沿って実施することができる。そして、インゴット２０の上面２０ａから、インゴット２０の全域にわたりレーザー光線ＬＢ２を照射することにより、生成すべきウエーハの厚みに対応する位置に剥離層が形成される（剥離層形成工程）。このようにして剥離層が形成されたならば、図８に示すように、剥離層が形成された領域の上面２０ａ側を剥離することで、インゴット２０からウエーハＷが生成される（ウエーハ生成工程）。

上記したように、インゴット２０からウエーハＷが生成された後、必要に応じて、図８に示す新たな上面２０ａ’を研磨して鏡面とする研磨加工を実施する。次いで、次に生成すべきウエーハに対応する位置に形成された切込み溝１１０Ｂから延びるように形成された亀裂Ｃ１の先端位置に、レーザー光線ＬＢ２によって形成される膨張領域Ｌ１の先端を位置付ける。そして、インゴット２０の新たな上面２０ａ’から、インゴット２０の全域に、レーザー光線ＬＢ２を照射して、上記したのと同様に剥離層を形成する。該剥離層を形成したならば、上記したウエーハ生成工程を実施して、再びウエーハＷをインゴット２０から剥離する。これを繰り返すことで、予め改質層を形成しておいた数だけ、剥離層形成工程、ウエーハ生成工程を連続して実施することができ、ウエーハＷを効率よく生成することができる。

改質層形成工程が施されたインゴット２０に対して剥離層形成工程を実施すべくインゴット２０の上面から外力を付与する手段として、以下に説明する第二の外力付与手段を実施するものであってもよい。

第二の外力付与手段は、第一の外力付与手段と同様に、インゴット２０の上面２０ａからレーザー光線を照射する手段であるが、インゴット２０に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線をインゴット２０の上面２０ａに照射する手段である。図９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も、改質層形成工程において、予め改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃがまとめて形成され、さらに、上記した切削手段４０を使用して、図９に示すように、インゴット２０の側面２０ｃ側から改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが彫り込まれて、切込み溝１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃが形成されている。そして、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが形成されていたそれぞれの位置から内部に延びる亀裂Ｃ１が進展させられている。なお、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが形成されていた深さ位置を点線で示している。

レーザー光線ＬＢ３のレーザー加工条件は、例えば、以下の通りである。
波長 ：３５５ｎｍ、又は５３２ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
平均出力 ：１００Ｗ
パルス幅 ：１００ｎｓ
スポット径 ：φ１μｍ
送り速度 ：１００ｍｍ／秒
割り出し送り ：２ｍｍ

第二の外力付与手段によって剥離層形成工程を実施するに際し、まず、上記した第一の外力付与手段と同様に、インゴット２０の上面２０ａの上方に集光器（図示は省略）を位置付ける。そして、該集光器を、インゴット２０の上面２０ａの外周近傍に位置付け、レーザー光線ＬＢ３を上面２０ａに照射する。レーザー光線ＬＢ３は、上記したように、比較的強い平均出力（１００Ｗ）に設定されているが、インゴット２０に対して吸収性を有する波長に設定されていると共に、集光点がインゴット２０の内部の深い位置になるように設定されていることから、インゴット２０の上面２０ａを損傷させることなく、上面２０ａを瞬時に加熱して応力波Ｌ２を生成する。上面２０ａにおいて生成された応力波Ｌ２は、インゴット２０の上面２０ａから矢印Ｒ５で示す方向に伝播する。そして、応力波Ｌ２が、インゴット２０の内部、より具体的には、生成すべきウエーハの厚みに相当する位置であって、改質層形成工程において形成されていた亀裂Ｃ１に至ることで、亀裂Ｃ１にて反射する際に生じる応力によって新たな亀裂Ｃ２を側面２０ｃ側から内部に向かって進展させる。また、これと同時に、図４（ａ）で示したのと同様に、保持テーブル３２を回転させると共に、レーザー光線ＬＢ３を照射する該集光器を、インゴット２０の上面２０ａの中心に向かう矢印Ｒ６で示す方向に移動させる。これにより、レーザー光線ＬＢ３の照射位置はインゴット２０の上面２０ａの外周から内側に向かって螺旋状に走査され、これと共にレーザー光線ＬＢ３が照射される位置も螺旋状に移動される。この結果、インゴット２０の上面２０ａから生成すべきウエーハの厚みに相当する深さ位置に剥離層が形成される（剥離層形成工程）。なお、本実施形態においては、レーザー光線ＬＢ３を照射する際の送り速度が１００ｍｍ／秒、割り出し送りが２ｍｍとなるように、保持テーブル３２の回転速度、及び該集光器の移動速度が設定される。

上記したように剥離層が形成されたならば、図８を参照しながら説明したのと同様にしてウエーハ生成工程を実施して、インゴット２０からウエーハＷを生成する。そして、上面に形成される新たな上面２０ａ’に対して必要に応じて研磨工程を実施し、さらに、同様にして、上記の第二の外力付与手段を作動して、再び、剥離層形成工程、ウエーハ生成工程を実施して、ウエーハＷを生成する。

さらに、本発明は、上記した第一の外力付与手段、第二の外力付与手段に限定されず、以下に説明する第三の外力付与手段を使用することにより剥離層形成工程を実施するものであってもよい。以下に、図１０を参照しながら、第三の外力付与手段について説明する。

第三の外力付与手段は、第一の外力付与手段、第二の外力付与手段と同様に、インゴット２０の上面２０ａからレーザー光線を照射する手段であるが、インゴット２０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢ４をインゴット２０の上面２０ａに照射する手段である。本実施形態においても、改質層形成工程において、予め改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃがまとめて形成され、さらに、上記した切削手段４０を使用して、図１０に示すように、インゴット２０の側面２０ｃ側から改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを彫り込み、切込み溝１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃが形成されている。そして、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが形成されていたそれぞれの位置から内部に延びる亀裂Ｃ１が進展させられている。なお、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが形成されていた深さ位置を点線で示している。

レーザー光線ＬＢ４のレーザー加工条件は、例えば、以下の通りである。なお、レーザー光線ＬＢ４は、パルスレーザー光線である。
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：０．５Ｗ
パルス幅 ：１００ｎｓ
スポット径 ：φ０．５μｍ
開口率（ＮＡ） ：０．４５
送り速度 ：４００ｍｍ／秒
割り出し送り ：１ｍｍ

第三の外力付与手段によって剥離層形成工程を実施するに際し、まず、上記した第一の外力付与手段、第二の外力付与手段と同様に、インゴット２０の上面２０ａの上方に集光器（図示は省略）を位置付ける。さらに、該集光器から照射されるレーザー光線ＬＢ４の集光点Ｐ３の位置が、インゴット２０の内部であって、亀裂Ｃ１の内側端部の位置になるように設定されている。そして、該集光器を、インゴット２０の上面２０ａの外周近傍に位置付け、レーザー光線ＬＢ４を上面２０ａに照射する。レーザー光線ＬＢ４は、上記したように、インゴット２０に対して透過性を有する波長に設定されており、集光点Ｐ３が形成された位置において、多光子吸収等の非線形吸収による応力が発生させられる。この際、レーザー光線ＬＢ４は、比較的弱い平均出力（０．５Ｗ）に設定されていることから、改質層等を生じさせることなく、亀裂Ｃ１にて生じる応力によって新たな亀裂Ｃ２を側面２０ｃ側から内部に向かって進展させる。また、これと同時に、図４（ａ）で示したのと同様に、保持テーブル３２を回転させると共に、レーザー光線ＬＢ４を照射する該集光器を、インゴット２０の上面２０ａの中心に向かう矢印Ｒ７で示す方向に移動させる。これにより、レーザー光線ＬＢ４の照射位置はインゴット２０の上面２０ａの外周から内側に向かって螺旋状に走査され、これと共にレーザー光線ＬＢ４が照射される位置も螺旋状に移動させられる。この結果、インゴット２０の上面２０ａから生成すべきウエーハの厚みに相当する深さ位置に剥離層が形成される（剥離層形成工程）。なお、本実施形態においては、レーザー光線ＬＢ３を照射する際の送り速度が１００ｍｍ／秒、割り出し送りが２ｍｍとなるように、保持テーブル３２の回転速度、及び該集光器の移動速度が設定される。

上記したように剥離層が形成されたならば、図８を参照しながら説明したのと同様にしてウエーハ生成工程を実施して、インゴット２０からウエーハＷを生成する。そして、上面に形成される新たな上面２０ａ’に対して必要に応じて研磨工程を実施し、さらに、同様にして、上記の第三の外力付与手段を作動して、再び、剥離層形成工程、ウエーハ生成工程を実施して、ウエーハＷを生成する。

上記した第一の外力付与手段、第二の外力付与手段、及び第三の外力付与手段は、いずれも、インゴット２０の上面２０ａからレーザー光線を照射することによって外力を付与する手段であるが、本発明はそれに限定されず、レーザー光線を照射する手段以外の方法によって外力を付与するものであってもよい。以下に、インゴット２０の上面２０ａから超音波を付与して改質層１００から内部に延びる亀裂Ｃ１に応力を集中させ新たな亀裂を側面２０ｃ側から内部に向かって進展させて剥離層を形成する第四の外力付与手段について、図１１を参照しながら説明する。

本実施形態においても、改質層形成工程において、予め改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃがまとめて形成され、さらに、上記した切削手段４０を使用して、図１１に示すように、インゴット２０の側面２０ｃ側から改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが彫り込まれて、切込み溝１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃが形成されている。そして、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが形成されていたそれぞれの位置から内部に延びる亀裂Ｃ１が進展させられている。なお、改質層１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが形成されていた深さ位置を点線で示している。

第四の外力付与手段は、インゴット２０の上面２０ａ側から、上面２０ａに対して超音波振動を付与する超音波付与手段として機能する直径が１０ｍｍの超音波振動子６２を備えている。この第四の外力付与手段によって剥離層形成工程を実施するに際し、まず、インゴット２０の上面２０ａの上方であって、インゴット２０の上面２０ａの外周近傍に超音波振動子６２を位置付ける。なお、超音波振動子６２によって付与される超音波の付与条件は、例えば、以下のように設定される。
超音波 ：２４ｋＨｚ
平均出力 ：２０Ｗ
送り速度 ：１０ｍｍ／秒
超音波付与径 ：φ１０ｍｍ
割り出し送り ：１０ｍｍ

本実施形態においては、上記した超音波振動子６２を上面２０ａの外周に位置付けると共に、切削手段４０の切削ブレード４２をインゴット２０の側面２０ｃから位置付けて改質層１００Ａを彫り込むことで形成された切込み溝１００Ａに、図１１に示すような楔７０を位置付けて当接させる。次いで、超音波振動子６２を作動して、上面２０ａに付与された超音波Ｌ３が、インゴット２０の上面２０ａから矢印Ｒ８で示す方向に伝播する。そして、超音波Ｌ３が、インゴット２０の内部、より具体的には、生成すべきウエーハの厚みに相当する位置であって、改質層形成工程において形成されていた亀裂Ｃ１に至り亀裂Ｃ１にて反射する際に生じる応力、及び上記した楔７０の作用により、新たな亀裂Ｃ２を側面２０ｃ側から内部に向かって進展させる。また、これと同時に、図４（ａ）で示したのと同様に、保持テーブル３２を回転させると共に、超音波を付与する超音波振動子６２を、インゴット２０の上面２０ａの中心に向かう矢印Ｒ９で示す方向に移動させる。これにより、超音波Ｌ３を付与する位置は、インゴット２０の上面２０ａの外周から内側に向かって螺旋状に移動させられ、これと共に超音波が付与される位置も螺旋状に移動される。この結果、亀裂Ｃ２がインゴット２０の中心まで進展させられ、生成すべきウエーハの厚みに相当する深さ位置の全領域に剥離層が形成される（剥離層形成工程）。なお、本実施形態においては、超音波振動子６２によって超音波Ｌ３を付与する位置の送り速度は１０ｍｍ／秒、割り出し送りが１０ｍｍとなるように、保持テーブル３２の回転速度、及び超音波振動子６２の移動速度が設定される。また、超音波振動子６２を移動させる方法は、上記した螺旋状に限定されず、図４（ｂ）に基づいて説明したように、割り出し送りしながら、Ｘ軸方向に直線状に移動させるものであってもよい。

上記したように剥離層が形成されたならば、図８を参照しながら説明したのと同様にしてウエーハ生成工程を実施して、インゴット２０からウエーハＷを生成する。そして、上面に形成される新たな上面２０ａ’に対して必要に応じて研磨工程を実施し、さらに、同様にして、上記の第四の外力付与手段を作動して、再び、剥離層形成工程、ウエーハ生成工程を実施して、ウエーハＷを生成する。

上記した実施形態によれば、インゴット２０の外周を構成する側面２０ｃ側から形成された改質層１００から内部に延びるように形成された亀裂Ｃ１を効率よく進展させて剥離層を形成していることから、インゴット２０からウエーハＷを生成する際に捨てられる量を軽減することができると共に、効率よくウエーハＷを生成することができる。

２０：インゴット
２０ａ、２０ａ’：上面
２０ｂ：側面
２０ｃ：下面
３０：加工装置
３２：保持テーブル
３４：レーザー光線照射手段
３４１：集光器
４０：切削手段
４１：電動モータ
４２：切削ブレード
５０：レーザー光線照射手段
５２：集光器
６０：超音波付与手段
６２：超音波振動子
１００：改質層
１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃ：改質層
１１０：切込み溝
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ：切込み溝
１２０、１３０：剥離層
Ｃ１、Ｃ２：亀裂
Ｗ：ウエーハ

Claims (4)

1. 上面と、下面と、側面とを備えた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位置の側面から内部に位置付けて照射して改質層を該側面の全周にわたって、又は円弧状に形成する改質層形成工程と、
   インゴットの上面から外力を付与して該改質層から内部に延びる亀裂に応力を集中させ該亀裂を側面側から内部に向かって進展させて剥離層を形成する剥離層形成工程と、
   該剥離層を起点として生成すべきウエーハをインゴットから剥離してウエーハを生成するウエーハ生成工程と、
   を含み構成され、
   該剥離層形成工程において、インゴットの上面から付与される外力は、レーザー光線であり、該レーザー光線は外周から内側に向かって螺旋状に照射されるか、又は割り出し送りしながら、直線状に照射され、
   該剥離層形成工程において照射されるレーザー光線は、インゴットに対して吸収性を有する波長であると共に、インゴットの内部に集光点が位置付けられても改質層が形成されない出力で照射されるものであり、該剥離層形成工程において照射されるレーザー光線の集光点が位置付けられる深さは、上面と改質層形成工程において形成された改質層との間に設定され、生成すべきウエーハを部分的に膨張させて該改質層に沿った亀裂を側面から内部に進展させるウエーハの生成方法。
2. 該改質層形成工程と、該剥離層形成工程との間に、インゴットの側面から切削ブレードを位置付けて改質層を彫り込んで切込み溝を形成し、該改質層から内部に延びる亀裂を成長させる請求項１に記載のウエーハの生成方法。
3. 該改質層形成工程において、生成すべき複数のウエーハに対応して改質層を複数形成する請求項１又は２に記載のウエーハの生成方法。
4. 該改質層形成工程において、生成すべき複数のウエーハに対応して改質層を複数形成した場合、該ウエーハ生成工程で生成すべきウエーハをインゴットの上面から剥離した後、次に生成すべきウエーハに対応する改質層から内部に延びる剥離層を形成する剥離層形成工程を実施する、請求項３に記載のウエーハの生成方法。