KR102279621B1 - SiC 웨이퍼의 생성 방법 - Google Patents

SiC 웨이퍼의 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 효율적으로 박리할 수 있는 SiC 웨이퍼의 생성 방법을 제공한다.
SiC 웨이퍼의 생성 방법으로서, 단결정 SiC에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선(LB)의 집광점(FP)을 SiC 잉곳(2)의 제1 면(4)(단부면)으로부터 생성하여야 하는 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 SiC 잉곳(2)에 레이저 광선(LB)을 조사하여 SiC가 Si와 C로 분리된 개질부(18)와 개질부(18)로부터 c면에 등방적으로 형성되는 크랙(20)으로 이루어지는 박리층(22)을 형성하는 박리층 형성 공정과, SiC 잉곳(2)을 액체(26) 중에 침지하여 SiC 잉곳(2)의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파를 액체(26)를 통해 SiC 잉곳(2)에 부여함으로써, 박리층(22)을 계면으로서 SiC 잉곳(2)의 일부를 박리하여 SiC 웨이퍼(34)를 생성하는 SiC 웨이퍼 생성 공정을 포함한다.

Description

SiC 웨이퍼의 생성 방법{METHOD FOR PRODUCING SiC WAFER}
본 발명은 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 생성하는 SiC 웨이퍼의 생성 방법에 관한 것이다.
IC나 LSI, LED 등의 디바이스는, Si(실리콘)나 Al2O3(사파이어) 등을 소재로 한 웨이퍼의 표면에 기능층이 적층되어, 복수의 교차하는 분할 예정 라인에 의해 구획된 영역에 형성된다. 또한, 파워 디바이스나 LED 등은 단결정 SiC(탄화규소)를 소재로 한 웨이퍼의 표면에 기능층이 적층되어, 복수의 교차하는 분할 예정 라인에 의해 구획된 영역에 형성된다. 디바이스가 형성된 웨이퍼는, 절삭 장치나 레이저 가공 장치에 의해 분할 예정 라인에 가공이 실시되어 개개의 디바이스 칩으로 분할된다. 분할된 각 디바이스 칩은 휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용되고 있다.
디바이스가 형성되는 웨이퍼는, 일반적으로 원기둥 형상의 잉곳을 와이어 소우로 얇게 절단함으로써 생성된다. 절단된 웨이퍼의 표면 및 이면은, 연마함으로써 경면으로 마무리된다(특허문헌 1 참조). 그러나, 잉곳을 와이어 소우로 절단하고, 절단한 웨이퍼의 표면 및 이면을 연마하면, 잉곳의 대부분(70∼80％)이 버려지게 되어 비경제적이라고 하는 문제가 있다. 특히 단결정 SiC 잉곳에 있어서는, 경도가 높아 와이어 소우로의 절단이 곤란하며 상당한 시간을 요하기 때문에 생산성이 나쁘며, 잉곳의 단가가 높아 효율적으로 웨이퍼를 생성하는 것에 과제를 가지고 있다.
그래서 본 출원인은, SiC 잉곳에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 SiC 잉곳의 내부에 위치시켜 SiC 잉곳에 레이저 광선을 조사함으로써 절단 예정면에 박리층을 형성하고, 박리층으로부터 SiC 웨이퍼를 박리하는 기술을 제안하였다(특허문헌 2 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2000-94221호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2016-111143호 공보
그런데, 일본 특허 공개 제2016-111143호 공보에 기재된 방법에서는, 박리층으로부터 SiC 웨이퍼를 박리하는 것이 곤란하며 생산 효율이 나쁘다고 하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 효율적으로 박리할 수 있는 SiC 웨이퍼의 생성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, c축과 그 c축에 직교하는 c면을 갖는 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 생성하는 SiC 웨이퍼의 생성 방법으로서, 단결정 SiC에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광점을 단결정 SiC 잉곳의 단부면으로부터 생성하여야 하는 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 단결정 SiC 잉곳에 펄스 레이저 광선을 조사하여, SiC가 Si와 C로 분리된 개질부와 개질부로부터 c면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정과, 단결정 SiC 잉곳을 액체 중에 침지하여 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파를 액체를 통해 단결정 SiC 잉곳에 부여함으로써, 상기 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳의 일부를 박리하여 SiC 웨이퍼를 생성하는 SiC 웨이퍼 생성 공정을 구비한 SiC 웨이퍼의 생성 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수는 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 0.8배이다. 바람직하게는, 상기 액체는 물이고, 캐비테이션의 발생이 억제되는 온도로 설정된다. 물의 온도는 0∼25℃인 것이 적합하다. 바람직하게는, 상기 박리층 형성 공정에 있어서, 단결정 SiC 잉곳의 단부면의 수선과 c축이 일치하고 있는 경우, 연속적으로 형성된 개질부로부터 c면에 등방적으로 형성된 크랙의 폭을 넘지 않는 범위에서 단결정 SiC 잉곳과 집광점을 상대적으로 인덱스 이송하여 개질부를 연속적으로 형성하여 크랙과 크랙을 연결시켜 상기 박리층을 형성한다.
바람직하게는, 상기 박리층 형성 공정에 있어서, 단결정 SiC 잉곳의 단부면의 수선에 대하여 c축이 경사져 있는 경우, c면과 단부면으로 오프각이 형성되는 제2 방향과 직교하는 제1 방향으로 개질부를 연속적으로 형성하여 개질부로부터 c면에 등방적으로 크랙을 형성하고, 상기 제2 방향으로 크랙의 폭을 넘지 않는 범위에서 단결정 SiC 잉곳과 집광점을 상대적으로 인덱스 이송하여 상기 제1 방향으로 개질부를 연속적으로 형성하여 개질부로부터 c면에 등방적으로 크랙을 순차 형성하여 상기 박리층을 형성한다.
본 발명의 웨이퍼의 생성 방법에 따르면, 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 효율적으로 박리할 수 있고, 따라서 생산성의 향상이 도모된다.
도 1은 단부면의 수선과 c축이 일치하고 있는 단결정 SiC 잉곳의 사시도이다.
도 2는 박리층 형성 공정이 실시되어 있는 상태를 나타내는 사시도(a) 및 정면도(b)이다.
도 3은 상방에서 본 개질부및 크랙을 나타내는 모식도이다.
도 4는 상방에서 본 개질부를 나타내는 모식도이다.
도 5는 박리층 형성 공정에 있어서 개질부가 둘레 방향으로 연속적으로 형성되어 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 SiC 웨이퍼의 생성 공정이 실시되어 있는 상태를 나타내는 정면도(a) 및 생성된 SiC 웨이퍼의 사시도(b)이다.
도 7은 단부면의 수선에 대하여 c축이 경사져 있는 단결정 SiC 잉곳의 평면도(a) 및 정면도(b)이다.
도 8은 박리층 형성 공정이 실시되어 있는 상태를 나타내는 사시도(a) 및 정면도(b)이다.
도 9는 박리층이 형성된 단결정 SiC 잉곳의 평면도(a) 및 B-B선 단면도이다.
본 발명의 SiC 웨이퍼의 생성 방법은, 단결정 SiC 잉곳의 c축이 단부면의 수선에 대하여 경사져 있는지의 여부에 상관없이 사용할 수 있는 바, 먼저, 단부면의 수선과 c축이 일치하고 있는 단결정 SiC 잉곳에 있어서의 본 발명의 SiC 웨이퍼의 생성 방법의 실시형태에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.
도 1에 나타내는 원기둥 형상의 육방정 단결정 SiC 잉곳(2)(이하 「잉곳(2)」이라고 함)은, 원형상의 제1 면(4)(단부면)과, 제1 면(4)과 반대측의 원형상의 제2 면(6)과, 제1 면(4) 및 제2 면(6) 사이에 위치하는 원통 형상의 둘레면(8)과, 제1 면(4)으로부터 제2 면(6)에 이르는 c축(<0001> 방향)과, c축에 직교하는 c면({0001}면)을 갖는다. 잉곳(2)에 있어서는, 제1 면(4)의 수선(10)에 대하여 c축이 경사져 있지 않고, 수선(10)과 c축이 일치하고 있다.
본 실시형태에서는, 먼저, 제1 면(4)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 c면에 SiC가 Si와 C로 분리된 개질부와 개질부로부터 c면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정을 실시한다. 박리층 형성 공정은, 예컨대 도 2에 그 일부를 나타내는 레이저 가공 장치(12)를 이용하여 실시할 수 있다. 레이저 가공 장치(12)는, 척 테이블(14) 및 집광기(16)를 구비한다. 척 테이블(14)은, 회전 수단에 의해 상하 방향으로 연장되는 축선을 중심으로 하여 회전되며, X 방향 이동 수단에 의해 X 방향으로 진퇴되고, Y 방향 이동 수단에 의해 Y 방향으로 진퇴된다(모두 도시하지 않음). 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 도시하지 않음)를 포함한다. 또한, X 방향은 도 2에 화살표(X)로 나타내는 방향이고, Y 방향은 도 2에 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 제2 면(6)과 척 테이블(14)의 상면 사이에 접착제(예컨대 에폭시 수지계 접착제)를 개재시켜, 척 테이블(14)에 잉곳(2)을 고정한다. 혹은, 척 테이블(14)의 상면에 복수의 흡인 구멍이 형성되어 있어, 척 테이블(14)의 상면에 흡인력을 생성하여 잉곳(2)을 유지하여도 좋다. 계속해서, 레이저 가공 장치(12)의 촬상 수단(도시하지 않음)에 의해 제1 면(4)의 상방으로부터 잉곳(2)을 촬상한다. 계속해서, 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. 계속해서, 레이저 가공 장치(12)의 집광점 위치 조정 수단(도시하지 않음)에 의해 집광기(16)를 승강시켜, 제1 면(4)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 위치에 집광점(FP)을 위치시킨다. 계속해서, 잉곳(2)과 집광점(FP)을 상대적으로 이동시키면서, 단결정 SiC에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선(LB)을 집광기(16)로부터 잉곳(2)에 조사하는 개질부 형성 가공을 행한다. 본 실시형태에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 개질부 형성 가공에 있어서, 집광점(FP)을 이동시키지 않고 집광점(FP)에 대하여 척 테이블(14)을 미리 정해진 가공 이송 속도로 X 방향 이동 수단에 의해 X 방향으로 가공 이송하면서 펄스 레이저 광선(LB)을 집광기(16)로부터 잉곳(2)에 조사하고 있다. 이에 의해, 제1 면(4)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 동일 c면에, X 방향을 따라 연속적으로 연장되는 직선형의 개질부(18)를 형성할 수 있으며, 도 3에 나타내는 바와 같이, 개질부(18)로부터 c면을 따라 등방적으로 연장되는 크랙(20)을 형성할 수 있다. 도 3에 개질부(18)를 중심으로 하여 크랙(20)이 형성되는 영역을 이점 쇄선으로 나타낸다. 도 4를 참조하여 설명하면, 개질부(18)의 직경을 D로 하고, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점(FP)의 간격을 L로 하면, D＞L의 관계(즉, 가공 이송 방향인 X 방향에 있어서 인접하는 개질부(18)와 개질부(18)가 중복되는 관계)를 갖는 영역에서 개질부(18)로부터 동일 c면을 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). 본 실시형태에서는, 집광점(FP)에 대한 척 테이블(14)의 X 방향으로의 가공 이송 속도(V)와, 펄스 레이저 광선(LB)의 반복 주파수(F)를 조정함으로써 D＞L의 관계를 만족시킬 수 있다.
박리층 형성 공정에서는 개질부 형성 가공에 이어서, 크랙(20)의 폭을 넘지 않는 범위에서, 집광점(FP)에 대하여 척 테이블(14)을 Y 방향 이동 수단에 의해 Y 방향으로 미리 정해진 인덱스량(Li)만큼 인덱스 이송한다. 그리고, 개질부 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, X 방향을 따라 연속적으로 연장되는 개질부(18)를 Y 방향으로 인덱스량(Li)의 간격을 두고 복수 형성하며, Y 방향에 있어서 인접하는 크랙(20)과 크랙(20)을 연결시킨다. 이에 의해, 제1 면(4)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 동일 c면에, 개질부(18) 및 크랙(20)으로 구성되는, 잉곳(2)으로부터 웨이퍼를 박리하기 위한 박리층(22)을 형성할 수 있다.
또한, 박리층 형성 공정의 개질부 형성 가공은, 집광점(FP)과 척 테이블(14)을 상대적으로 이동시키면 좋고, 예컨대 도 5에 나타내는 바와 같이, 집광점(FP)을 이동시키지 않고 집광점(FP)에 대하여 척 테이블(14)을 상방에서 보아 반시계 방향(시계 방향이어도 좋음)으로 미리 정해진 회전 속도로 레이저 가공 장치(12)의 회전 수단에 의해 회전시키면서, 단결정 SiC에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선(LB)을 집광기(16)로부터 잉곳(2)에 조사함으로써 행할 수도 있다. 이에 의해, 제1 면(4)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 c면에, 잉곳(2)의 둘레 방향을 따라 연속적으로 연장되는 환형의 개질부(18)를 형성할 수 있으며, 개질부(18)로부터 c면을 따라 등방적으로 연장되는 크랙(20)을 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 개질부(18)의 직경을 D로 하고, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점(FP)의 간격을 L로 하면, D＞L의 관계를 갖는 영역에서 개질부(18)로부터 c면을 따라 등방적으로 크랙(20)이 형성되고, 또한 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 5에 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＞L의 관계를 만족시킬 수 있다.
개질부 형성 가공을 잉곳(2)의 둘레 방향을 따라 환형으로 행한 경우에는, 크랙(20)의 폭을 넘지 않는 범위에서, 집광점(FP)에 대하여 척 테이블(14)을 X 방향 이동 수단 또는 Y 방향 이동 수단에 의해 잉곳(2)의 직경 방향으로 미리 정해진 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 형성하며, 잉곳(2)의 직경 방향에 있어서 인접하는 크랙(20)과 크랙(20)을 연결시킨다. 이에 의해, 제1 면(4)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 동일 c면에, 개질부(18) 및 크랙(20)으로 구성되는, 잉곳(2)으로부터 웨이퍼를 박리하기 위한 박리층(22)을 형성할 수 있다.
박리층 형성 공정을 실시한 후, 박리층(22)을 계면으로 하여 잉곳(2)의 일부를 박리하여 웨이퍼를 생성하는 웨이퍼 생성 공정을 실시한다. 웨이퍼 생성 공정은, 예컨대 도 6에 나타내는 박리 장치(24)를 이용하여 실시할 수 있다. 박리 장치(24)는, 액체(26)를 수용하는 액조(28)와, 액조(28) 내에 배치된 초음파 진동자(30)와, 초음파 진동자(30)에 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동 부여 수단(32)을 포함한다.
웨이퍼 생성 공정에서는, 먼저, 박리층(22)이 형성된 잉곳(2)을 액조(28) 내에 넣고 액체(26) 중에 침지하며 초음파 진동자(30)의 상면에 싣는다. 계속해서, 잉곳(2)의 고유 진동수와 근사하는 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파 진동을 초음파 진동 부여 수단(32)으로부터 초음파 진동자(30)에 부여한다. 그렇게 하면, 잉곳(2)의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파가 초음파 진동자(30)로부터 액체(26)를 통해 잉곳(2)에 부여된다. 이에 의해, 박리층(22)을 계면으로 하여 잉곳(2)의 일부를 효율적으로 박리하여 웨이퍼(34)를 생성할 수 있고, 따라서 생산성의 향상이 도모된다.
또한, 상기 잉곳(2)의 고유 진동수와 근사한 주파수란, 잉곳(2)을 액체(26) 중에 침지하여 액체(26)를 통해 잉곳(2)에 초음파를 부여함으로써 박리층(22)을 계면으로 하여 잉곳(2)의 일부를 박리할 때에, 잉곳(2)의 고유 진동수보다 미리 정해진 양 낮은 주파수로부터 서서히 초음파의 주파수를 상승시켰을 때에, 박리층(22)을 계면으로 하는 잉곳(2)의 일부 박리가 개시되는 주파수이고, 잉곳(2)의 고유 진동수보다 작은 주파수이다. 구체적으로는, 상기 잉곳(2)의 고유 진동수와 근사한 주파수는 잉곳(2)의 고유 진동수의 0.8배 정도이다. 또한, 웨이퍼 생성 공정을 실시할 때의 액층(28) 내의 액체(26)는 물이고, 물의 온도는, 초음파 진동 부여 수단(32)으로부터 초음파 진동자(30)에 초음파 진동이 부여되었을 때에 캐비테이션의 발생이 억제되는 온도로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 물의 온도가 0∼25℃로 설정되어 있는 것이 적합하고, 이에 의해 초음파의 에너지가 캐비테이션으로 변환되는 일없이, 효과적으로 잉곳(2)에 초음파의 에너지를 부여할 수 있다.
다음에, 단부면의 수선에 대하여 c축이 경사져 있는 단결정 SiC 잉곳에 있어서의 본 발명의 SiC 웨이퍼의 생성 방법의 실시형태에 대해서 도 7 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.
도 7에 나타내는 전체로서 원기둥 형상의 육방정 단결정 SiC 잉곳(40)(이하 「잉곳(40)」이라고 함)은, 원형상의 제1 면(42)(단부면)과, 제1 면(42)과 반대측의 원형상의 제2 면(44)과, 제1 면(42) 및 제2 면(44) 사이에 위치하는 원통 형상의 둘레면(46)과, 제1 면(42)으로부터 제2 면(44)에 이르는 c축(<0001> 방향)과, c축에 직교하는 c면({0001}면)을 갖는다. 잉곳(40)에 있어서는, 제1 면(42)의 수선(48)에 대하여 c축이 경사져 있고, c면과 제1 면(42)으로 오프각(α)(예컨대 α=4도)이 형성되어 있다(오프각(α)이 형성되는 방향을 도 7에 화살표(A)로 나타냄). 또한 잉곳(40)의 둘레면(46)에는, 결정 방위를 나타내는 직사각 형상의 제1 오리엔테이션 플랫(50) 및 제2 오리엔테이션 플랫(52)이 형성되어 있다. 제1 오리엔테이션 플랫(50)은, 오프각(α)이 형성되는 방향(A)에 평행이고, 제2 오리엔테이션 플랫(52)은, 오프각(α)이 형성되는 방향(A)에 직교하고 있다. 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 수선(48)의 방향에서 보아, 제2 오리엔테이션 플랫(52)의 길이(L2)는, 제1 오리엔테이션 플랫(50)의 길이(L1)보다 짧다(L2＜L1).
본 실시형태에서는, 먼저, 제1 면(42)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 c면에 SiC가 Si와 C로 분리된 개질부와 개질부로부터 c면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정을 실시한다. 박리층 형성 공정은, 예컨대 전술한 레이저 가공 장치(12)를 이용하여 실시할 수 있다. 박리층 형성 공정에서는, 먼저, 잉곳(40)의 제2 면(44)과 척 테이블(14)의 상면 사이에 접착제(예컨대 에폭시 수지계 접착제)를 개재시켜, 척 테이블(14)에 잉곳(40)을 고정한다. 혹은, 척 테이블(14)의 상면에 복수의 흡인 구멍이 형성되어 있어, 척 테이블(14)의 상면에 흡인력을 생성하여 잉곳(40)을 유지하여도 좋다. 계속해서, 레이저 가공 장치(12)의 촬상 수단에 의해 제1 면(42)의 상방으로부터 잉곳(40)을 촬상한다. 계속해서, 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 미리 정해진 방향으로 조정하며, 잉곳(40)과 집광기(16)의 XY 평면에 있어서의 위치를 조정한다. 잉곳(40)의 방향을 미리 정해진 방향으로 조정할 때는, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 오리엔테이션 플랫(50)을 Y 방향으로 정합시키며, 제2 오리엔테이션 플랫(52)을 X 방향으로 정합시킴으로써, 오프각(α)이 형성되는 방향(A)을 Y 방향으로 정합시키며, 오프각(α)이 형성되는 방향(A)과 직교하는 방향을 X 방향으로 정합시킨다. 계속해서, 레이저 가공 장치(12)의 집광점 위치 조정 수단에 의해 집광기(16)를 승강시켜, 제1 면(42)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 위치에 집광점(FP)을 위치시킨다. 계속해서, 오프각(α)이 형성되는 방향(A)과 직교하는 방향과 정합하고 있는 X 방향으로, 잉곳(40)과 집광점(FP)을 상대적으로 이동시키면서, 단결정 SiC에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선(LB)을 집광기(16)로부터 잉곳(40)에 조사하는 개질부 형성 가공을 행한다. 본 실시형태에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 개질부 형성 가공에 있어서, 집광점(FP)을 이동시키지 않고 집광점(FP)에 대하여 척 테이블(14)을 미리 정해진 가공 이송 속도로 X 방향 이동 수단에 의해, 오프각(α)이 형성되는 방향(A)과 직교하는 방향(X 방향)으로 가공 이송하면서 펄스 레이저 광선(LB)을 집광기(16)로부터 잉곳(40)에 조사하고 있다. 이에 의해, 제1 면(42)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 동일 c면에, 오프각(α)이 형성되는 방향(A)과 직교하는 방향(X 방향)을 따라 연속적으로 연장되는 직선형의 개질부(54)를 형성할 수 있으며, 도 9에 나타내는 바와 같이, 개질부(54)로부터 동일 c면을 따라 등방적으로 연장되는 크랙(56)을 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 개질부(54)의 직경을 D로 하고, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점(FP)의 간격을 L로 하면, D＞L의 관계를 갖는 영역에서 개질부(54)로부터 동일 c면을 따라 등방적으로 크랙(56)이 형성된다. 또한 전술한 바와 같이, 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 방향으로의 가공 이송 속도(V)와, 펄스 레이저 광선(LB)의 반복 주파수(F)를 조정함으로써 D＞L의 관계를 만족시킬 수 있다.
박리층 형성 공정에서는 개질부 형성 가공에 이어서, 크랙(56)의 폭을 넘지 않는 범위에서, 집광점(FP)에 대하여 척 테이블(14)을 Y 방향 이동 수단에 의해 Y 방향(즉, 오프각(α)이 형성되는 방향(A))으로 미리 정해진 인덱스량(Li')만큼 인덱스 이송한다. 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 형성하며, 오프각(α)이 형성되는 방향(A)에 있어서 인접하는 크랙(56)과 크랙(56)을 연결시킨다. 이에 의해, 제1 면(42)으로부터 생성하여야 하는 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에, 개질부(54) 및 크랙(56)으로 구성되는, 잉곳(40)으로부터 웨이퍼를 박리하기 위한 박리층(58)을 형성할 수 있다.
박리층 형성 공정을 실시한 후, 박리층(58)을 계면으로 하여 잉곳(40)의 일부를 박리하여 SiC 웨이퍼를 생성하는 SiC 웨이퍼 생성 공정을 실시한다. SiC 웨이퍼 생성 공정은, 예컨대 전술한 박리 장치(24)를 이용하여 실시할 수 있다. SiC 웨이퍼 생성 공정에서는, 먼저, 박리층(58)이 형성된 잉곳(40)을 액조(28) 내에 넣어 액체(26) 중에 침지하며 초음파 진동자(30)의 상면에 싣는다. 계속해서, 잉곳(40)의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파 진동을 초음파 진동 부여 수단(32)으로부터 초음파 진동자(30)에 부여한다. 그렇게 하면, 잉곳(40)의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파가 초음파 진동자(30)로부터 액체(26)를 통해 잉곳(40)에 부여된다. 이에 의해, 박리층(58)을 계면으로 하여 잉곳(40)의 일부를 효율적으로 박리하여 SiC 웨이퍼를 생성할 수 있어, 따라서 생산성의 향상이 도모된다.
본 실시형태에 있어서도, 상기 잉곳(40)의 고유 진동수와 근사한 주파수란, 잉곳(40)을 액체(26) 중에 침지하여 액체(26)를 통해 잉곳(40)에 초음파를 부여함으로써 박리층(58)을 계면으로 하여 잉곳(2)의 일부를 박리할 때에, 잉곳(40)의 고유 진동수보다 미리 정해진 양 낮은 주파수로부터 서서히 초음파의 주파수를 상승시켰을 때에, 박리층(58)을 계면으로 하는 잉곳(40)의 일부 박리가 개시되는 주파수이고, 잉곳(40)의 고유 진동수보다 작은 주파수이다. 구체적으로는, 상기 잉곳(40)의 고유 진동수와 근사한 주파수는 잉곳(2)의 고유 진동수의 0.8배 정도이다. 또한, SiC 웨이퍼 생성 공정을 실시할 때의 액층(28) 내의 액체(26)는 물이고, 물의 온도는, 초음파 진동 부여 수단(32)으로부터 초음파 진동자(30)에 초음파 진동이 부여되었을 때에 캐비테이션의 발생이 억제되는 온도로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 물의 온도가 0∼25℃로 설정되어 있는 것이 적합하고, 이에 의해 초음파의 에너지가 캐비테이션으로 변환되는 일없이, 효과적으로 잉곳(40)에 초음파의 에너지를 부여할 수 있다.
여기서, 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수와, 박리 장치의 액조에 수용하는 액체의 온도에 대해서, 하기의 레이저 가공 조건 하에서 본 발명자가 행한 실험의 결과에 기초하여 설명한다.
[레이저 가공 조건]
펄스 레이저 광선의 파장: 1064 ㎚
반복 주파수(F): 60 ㎑
평균 출력: 1.5 W
펄스 폭: 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 단부면으로부터 100 ㎛ 내측에 펄스 레이저 광선의 집광점을 위치시켜 단결정 SiC 잉곳에 펄스 레이저 광선을 조사하여, SiC가 Si와 C로 분리된 직경 17 ㎛의 개질부를 형성하고, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 개질부끼리의 중첩률(R=80％)로 연속적으로 개질부를 형성하고, 개질부로부터 c면에 등방적으로 직경 150 ㎛의 크랙을 형성하였다. 그 후, 집광기를 150 ㎛ 인덱스 이송하여 동일하게 개질부를 연속적으로 형성하며 크랙을 형성하여 웨이퍼의 두께에 상당하는 100 ㎛의 깊이에 박리층을 형성하였다. 또한, 개질부끼리의 중첩률(R)은, 개질부의 직경(D=17 ㎛)과, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점끼리의 간격(L)으로부터, 다음과 같이 산출된다. 또한, 가공 이송 방향에 있어서 인접하는 집광점끼리의 간격(L)은, 전술한 바와 같이, 가공 이송 속도(V)(본 실험에서는 200 ㎜/s)와, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수(F)(본 실험에서는 60 ㎑)로 규정된다(L=V/F).
R=(D-L)/D
={D-(V/F)}/D
=[17(㎛)-{200(㎜/s)/60(㎑)}]/17(㎛)
=[17×10-6(m)-{200×10-3(m/s)/60×103(㎐)}]/17×10-6(m)
=0.8
[실험 2] 고유 진동수에 대한 초음파의 주파수 의존성
두께 3 ㎜의 상기 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수를 구한 바 25 ㎑였다. 그래서 실험 2에서는, 실험 1에서 박리층을 형성한 상기 단결정 SiC 잉곳을 25℃의 물에 침지하여 부여하는 초음파의 출력을 100 W로 하고, 초음파의 주파수를 10 ㎑, 15 ㎑, 20 ㎑, 23 ㎑, 25 ㎑, 27 ㎑, 30 ㎑, 40 ㎑, 50 ㎑, 100 ㎑, 120 ㎑, 150 ㎑로 상승시켜, 실험 1에서 형성한 박리층을 계면으로 하여 상기 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼가 박리되는 시간을 계측하여 주파수 의존성을 검증하였다.
[실험 2의 결과]
주파수 박리 시간
10 ㎑ 10분 경과하여도 박리되지 않았다: NG
15 ㎑ 10분 경과하여도 박리되지 않았다: NG
20 ㎑ 90초에서 박리됨
23 ㎑ 30초에서 박리됨
25 ㎑ 25초에서 박리됨
27 ㎑ 30초에서 박리됨
30 ㎑ 70초에서 박리됨
40 ㎑ 170초에서 박리됨
50 ㎑ 200초에서 박리됨
100 ㎑ 220초에서 박리됨
120 ㎑ 240초에서 박리됨
150 ㎑ 300초에서 박리됨
[실험 3] 초음파의 출력 의존성
실험 2에서는 초음파의 출력을 100 W로 고정하고, 초음파의 주파수를 변화시켜, 실험 1에서 박리층을 형성한 상기 단결정 SiC 잉곳으로부터의 SiC 웨이퍼의 박리 시간을 계측하였지만, 실험 3에서는, 초음파의 주파수마다 초음파의 출력을 200 W, 300 W, 400 W, 500 W로 상승시켜, 실험 1에서 형성한 박리층을 계면으로 하여 상기 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼가 박리하는 시간을 계측하여 출력 의존성을 검증하였다. 또한, 하기 「NG」는, 실험 2의 결과와 마찬가지로, 단결정 SiC 잉곳에 초음파의 부여를 개시하고 나서 10분 경과하여도 단결정 SiC 잉곳으로부터 웨이퍼가 박리되지 않은 것을 의미한다.
[실험 3의 결과]
출력마다의 박리 시간
주파수 200 W 300 W 400 W 500 W
10 ㎑ NG NG NG NG
15 ㎑ NG NG NG NG
20 ㎑ 50초 33초 15초 6초
23 ㎑ 16초 10초 4초 3초
25 ㎑ 3초 1초 1초 이하 1초 이하
27 ㎑ 15초 11초 5초 2초
30 ㎑ 48초 40초 18초 3초
40 ㎑ 90초 47초 23초 4초
50 ㎑ 100초 58초 24초 6초
100 ㎑ 126초 63초 26초 7초
120 ㎑ 150초 70초 27초 8초
150 ㎑ 170초 82초 42초 20초
[실험 4] 온도 의존성
실험 4에서는, 실험 1에서 박리층을 형성한 상기 단결정 SiC 잉곳을 침지하는 물의 온도를 0℃로부터 상승시켜, 실험 1에서 형성한 박리층을 계면으로 하여 상기 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼가 박리하는 시간을 계측하여 온도 의존성을 검증하였다. 또한, 실험 4에서는, 초음파의 주파수를 25 ㎑로 설정하고, 초음파의 출력을 500 W로 설정하였다.
[실험 4의 결과]
온도 박리 시간
0℃ 0.07초
5℃ 0.09초
10℃ 0.12초
15℃ 0.6초
20℃ 0.8초
25℃ 0.9초
30℃ 3.7초
35℃ 4.2초
40℃ 6.1초
45℃ 7.1초
50℃ 8.2초
실험 2의 결과로부터, 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 박리하기 위한 초음파의 주파수는 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수(본 실험에서 이용한 단결정 SiC 잉곳에 있어서는 25 ㎑)에 의존하여, 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 20 ㎑(단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 0.8배의 주파수)인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 근방의 20∼30 ㎑(단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 0.8∼1.5배의 주파수)에서, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼가 효과적으로(비교적 짧은 시간에) 박리되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실험 3의 결과로부터, 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 근방의 20∼30 ㎑를 넘는 주파수라도, 초음파의 출력을 높임으로써, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼가 효과적으로 박리되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실험 4의 결과로부터, 박리 장치의 액조에 수용하는 액체가 물인 경우에, 물의 온도가 25℃를 넘으면 초음파의 에너지가 캐비테이션으로 변환되어 버리기 때문에, 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 효과적으로 박리할 수 없는 것을 확인할 수 있었다.
2: 단부면의 수선과 c축이 일치하고 있는 단결정 SiC 잉곳
4: 제1 면(단부면) 10: 수선
18: 개질부 20: 크랙
22: 박리층 26: 액체
34: 웨이퍼
40: 단부면의 수선에 대하여 c축이 경사져 있는 단결정 SiC 잉곳
42: 제1 면(단부면) 48: 수선
54: 개질부 56: 크랙
68: 박리층 FP: 집광점
LB: 펄스 레이저 광선 α: 오프각
A: 오프각이 형성되는 방향

Claims (6)

  1. c축과 상기 c축에 직교하는 c면을 갖는 단결정 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 생성하는 SiC 웨이퍼의 생성 방법으로서,
    단결정 SiC에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광점을 단결정 SiC 잉곳의 단부면으로부터 생성하여야 하는 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 단결정 SiC 잉곳에 펄스 레이저 광선을 조사하여, SiC가 Si와 C로 분리된 개질부와 개질부로부터 c면에 등방적으로 형성되는 크랙으로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정과,
    단결정 SiC 잉곳을 액체 중에 침지하고 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파를 액체를 통해 단결정 SiC 잉곳에 부여함으로써, 상기 박리층을 계면으로 하여 단결정 SiC 잉곳의 일부를 박리하여 SiC 웨이퍼를 생성하는 SiC 웨이퍼 생성 공정을 포함하고,
    상기 액체는 물이고, 캐비테이션의 발생이 억제되는 온도로 설정되는 것인,
    SiC 웨이퍼의 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수와 근사한 주파수는 단결정 SiC 잉곳의 고유 진동수의 0.8배인 것인 SiC 웨이퍼의 생성 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    물의 온도는 0℃∼25℃인 것인 SiC 웨이퍼의 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박리층 형성 공정에 있어서,
    단결정 SiC 잉곳의 단부면의 수선(垂線)과 c축이 일치하고 있는 경우, 연속적으로 형성된 개질부로부터 c면에 등방적으로 형성된 크랙의 폭을 넘지 않는 범위에서 단결정 SiC 잉곳과 집광점을 상대적으로 인덱스 이송하여 개질부를 연속적으로 형성하여 크랙과 크랙을 연결시켜 상기 박리층을 형성하는 것인 SiC 웨이퍼의 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박리층 형성 공정에 있어서,
    단결정 SiC 잉곳의 단부면의 수선에 대하여 c축이 경사져 있는 경우, c면과 단부면으로 오프각이 형성되는 제2 방향과 직교하는 제1 방향으로 개질부를 연속적으로 형성하여 개질부로부터 c면에 등방적으로 크랙을 형성하고, 상기 제2 방향으로 크랙의 폭을 넘지 않는 범위에서 단결정 SiC 잉곳과 집광점을 상대적으로 인덱스 이송하여 상기 제1 방향으로 개질부를 연속적으로 형성하여 개질부로부터 c면에 등방적으로 크랙을 순차 형성하여 상기 박리층을 형성하는 것인 SiC 웨이퍼의 생성 방법.
KR1020170160546A 2016-12-06 2017-11-28 SiC 웨이퍼의 생성 방법 KR102279621B1 (ko)

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