KR20240021705A

KR20240021705A - 레이저 가공 장치 및 웨이퍼의 제조 방법

Info

Publication number: KR20240021705A
Application number: KR1020230100138A
Authority: KR
Inventors: 료혜 야마모토
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2023-08-01
Publication date: 2024-02-19
Also published as: US20240051064A1; TW202407795A; CN117583724A; DE102023207465A1; JP2024024975A

Abstract

(과제) SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 제조할 때의 생산성을 향상시키고, 버려지는 양을 저감시키는 것이 가능한 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 레이저 가공 장치의 레이저 발진 유닛은, 소정의 펄스 간격으로 펄스 레이저 빔을 출사하는 시드 레이저와, 시드 레이저가 출사한 펄스 레이저 빔을 적어도 제1 펄스 레이저 빔(LB1)과 제2 펄스 레이저 빔으로 분기하는 분기부와, 제1 펄스 레이저 빔 또는 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 지연부와, 제1 펄스 레이저 빔과 제2 펄스 레이저 빔을 합류시키는 합류부와, 증폭기를 포함한다.

Description

레이저 가공 장치 및 웨이퍼의 제조 방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING WAFER}

본 발명은, SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 제조하는 레이저 가공 장치 및 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.

IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 교차하는 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 실리콘(Si) 웨이퍼는, 다이싱 장치, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 디바이스 칩은 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.

SiC는, 밴드 갭이 실리콘의 3배 넓기 때문에, 파워 디바이스, LED 등의 디바이스를 형성할 때에 SiC 웨이퍼가 사용된다.

그러나, 종래의 웨이퍼의 제조 방법을 SiC 잉곳에 적용하고, 내주 날로 절단하여 웨이퍼를 형성한 경우는, 잉곳의 체적의 30% 정도밖에 SiC 웨이퍼로서 제조되지 않고, 나머지 70%가 버려져 비경제적이라는 문제가 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조).

또한, SiC의 폐기되는 양을 줄이기 위해, SiC 잉곳에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 빔의 집광점을, 제조하는 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하여 개질층을 형성하는 것에 의해, SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 분리하는 분리 기점을 형성하고, 상기 분리 기점을 경계로 상기 SiC 잉곳으로부터 박리하여 SiC 웨이퍼를 제조하는 방법도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2를 참조).

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2011-84469호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2016-111143호

특허문헌 2에 기재된 기술에 따르면, 내주 날을 사용하여 SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 제조하는 경우에 비해 버려지는 양을 저감하는 것은 가능하기는 하지만, 펄스 레이저 빔의 집광점을 내부에 위치시켜 형성한 개질층을 분리 기점으로 하여 SiC 웨이퍼를 제조한 경우, 펄스 레이저 빔의 집광점을 위치시켜 형성한 개질층을, 연삭·연마 가공하여 제거할 필요가 있어, 생산성이 나쁘다는 것과 함께 여전히 버려지는 부분이 많이 존재하여, 한층 더 개선이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 제조할 때의 생산성을 향상시키고, 버려지는 양을 저감시키는 것이 가능한 레이저 가공 장치, 및 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 제조하는 레이저 가공 장치로서,

SiC 잉곳을 유지하는 유지 테이블과, 상기 유지 테이블에 유지된 SiC 잉곳에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛을 구비하고, 상기 레이저 조사 유닛은, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진 유닛과, 상기 레이저 발진 유닛이 출사한 펄스 레이저 빔의 집광점을 SiC 잉곳의 단면(端面)으로부터 제조해야 할 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하는 집광기를 포함하고,

상기 레이저 발진 유닛은, 미리 정해진 펄스 간격으로 펄스 레이저 빔을 출사하는 시드 레이저와, 상기 시드 레이저가 출사한 펄스 레이저 빔을 적어도 제1 펄스 레이저 빔과 제2 펄스 레이저 빔으로 분기하는 분기부와, 상기 제1 펄스 레이저 빔 또는 상기 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 지연부와, 상기 제1 펄스 레이저 빔과 상기 제2 펄스 레이저 빔을 합류시키는 합류부와, 증폭기를 포함하고,

상기 제1 펄스 레이저 빔 또는 상기 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 것에 의해, 1 펄스당 에너지의 피크가 억제되고, SiC가 Si와 C로 적절하게 분리되어 박리층이 형성되는, 레이저 가공 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 제조하는 웨이퍼의 제조 방법으로서,

SiC 잉곳을 유지 테이블에 유지하고, SiC 잉곳에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 빔의 집광점을 SiC 잉곳의 단면으로부터 제조해야 할 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하여 박리층을 형성하는 펄스 레이저 빔 조사 공정과, SiC 웨이퍼를 SiC 잉곳으로부터 분리하는 웨이퍼 제조 공정을 구비하고,

상기 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진 유닛은, 미리 정해진 펄스 간격으로 펄스 레이저 빔을 출사하는 시드 레이저와, 그 시드 레이저가 출사한 펄스 레이저 빔을 적어도 제1 펄스 레이저 빔과 제2 펄스 레이저 빔으로 분기하는 분기부와, 상기 제1 펄스 레이저 빔 또는 상기 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 지연부와, 상기 제1 펄스 레이저 빔과 상기 제2 펄스 레이저 빔을 합류시키는 합류부와, 증폭기를 포함하고,

상기 제1 펄스 레이저 빔 또는 상기 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 것에 의해, 1 펄스당의 에너지의 피크가 억제되고 SiC가 Si와 C로 적절하게 분리되어 박리층이 형성되는, 웨이퍼의 제조 방법이 제공된다.

상기 펄스 레이저 조사 공정에 있어서, SiC 잉곳의 상기 단면에 대해 C면이 경사 오프각이 형성되는 방향에 직교하는 방향을 X축으로 하고 그 X축에 직교하는 방향을 Y축으로 하여, 펄스 레이저 빔의 집광점을 제조해야 하는 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하여 X축 방향으로 가공 이송하면서 SiC가 Si와 C로 분리된 영역으로부터 C면을 따라 크랙이 신장되는 띠형의 박리대를 형성하는 박리대 형성 서브 공정과, 펄스 레이저 빔의 집광점을 상기 Y축 방향으로 인덱싱 이송하여 박리대를 Y축 방향으로 병설시키는 인덱싱 이송 서브 공정을 포함하고,

상기 박리대 형성 서브 공정과 상기 인덱싱 이송 서브 공정을 반복 실시하여, 인접하는 복수의 박리대로 이루어지는 박리층을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 펄스 레이저 빔을 분기·지연시키지 않고 조사하는 구성에 비해, 1 펄스당의 에너지의 피크가 억제되어, SiC가 Si와 C로 적절히 분리됨과 함께, 데미지가 적은 적절한 박리층을 형성하는 것이 가능해진다.

본 발명의 웨이퍼의 제조 방법에 의하면, 제1 펄스 레이저 빔 또는 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 것에 의해, 펄스 레이저 빔을 분기·지연시키지 않고 조사한 경우에 비해, 1 펄스당의 에너지의 피크가 억제되어, SiC가 Si와 C로 적절하게 분리됨과 함께, 데미지가 적은 적절한 박리층을 형성하는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 발명 실시 형태의 레이저 가공 장치의 전체 사시도이다.
도 2(a)는, SiC 잉곳의 평면도이고, 도 2(b)는, SiC 잉곳의 측면도이다.
도 3(a)는, 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 배치되는 레이저 조사 유닛의 광학계의 개략을 도시하는 블록도이고, 도 3(b)는, 도 3(a)에 도시하는 레이저 조사 유닛에 의해 발생되는 펄스 레이저 빔(LB3)의 펄스 파형을 도시하는 개념도이다.
도 4(a)는, 펄스 레이저 빔 조사 공정의 실시 형태를 도시하는 사시도이고, 도 4(b)는, 펄스 레이저 빔 조사 공정을 실시하고 있는 상태를 도시하는 웨이퍼의 단면도이다.
도 5는, 웨이퍼 제조 공정의 실시 양태를 도시하는 사시도이다.

이하, 본 발명 실시 형태의 레이저 가공 장치 및 웨이퍼의 제조 방법에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서, 상세하게 설명한다.

도 1에는, 본 실시 형태의 웨이퍼의 제조 방법을 실시하는 것이 가능한 레이저 가공 장치(1)의 전체 사시도가 도시되어 있다. 레이저 가공 장치(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같은 SiC 잉곳(10)을 유지하는 유지 유닛(3)과, 상기 유지 유닛(3)에 유지된 SiC 잉곳(10)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛(6)을 적어도 포함하고 있다.

레이저 가공 장치(1)는, 유지 유닛(3) 및 레이저 조사 유닛(6)이 배치되는 베이스(2)를 구비하고, 유지 유닛(3)을 X축 방향, 및 그 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 이동시키는 이동 기구(4)와, 얼라이먼트를 실행하기 위한 촬상 유닛(7)과, 박리 유닛(8)과, 표시 유닛(9)을 포함하고 있다.

유지 유닛(3)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, X축 방향에 있어서 이동 가능하게 베이스(2)에 탑재된 직사각 형상의 X축 방향 가동판(31)과, Y축 방향에 있어서 이동 가능하게 X축 방향 가동판(31)에 탑재된 직사각 형상의 Y축 방향 가동판(32)과, Y축 방향 가동판(32) 상에 배치되고, 내부에 펄스 모터를 구비하는 것에 의해 회전 가능하게 구성되며 평탄한 유지면(33a)을 갖는 유지 테이블(33)을 구비하고 있다.

이동 기구(4)는, 유지 테이블(33)을 X축 방향으로 이동시키는 X축 이동 기구(41)와, 유지 테이블(33)을 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 이동 기구(42)를 구비하고 있다. X축 이동 기구(41)는, 모터(43)의 회전 운동을, 단부(端部)가 베어링 블록(44a)에 지지된 볼 나사(44)를 통해 직선 운동으로 변환하여 X축 방향 가동판(31)에 전달한다. X축 방향 가동판(31)은, 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 배치된 한 쌍의 안내 레일(2a, 2a)을 따라 X축 방향으로 이동된다. Y축 이동 기구(42)는, 모터(45)의 회전 운동을, 볼 나사(46)를 통해 직선 운동으로 변환하여 Y축 방향 가동판(32)에 전달하고, X축 방향 가동판(31) 상에 있어서 Y축 방향을 따라 배치된 한 쌍의 안내 레일(35, 35)을 따라 Y축 방향 가동판(32)을 Y축 방향으로 이동시킨다.

레이저 가공 장치(1)는, 베이스(2) 상의 X축 이동 기구(41), 및 Y축 이동 기구(42)의 측방에 세워져 설치되는 수직 벽부(5a) 및 수직 벽부(5a)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 벽부(5b)로 이루어진 프레임체(5)를 구비하고 있다. 프레임체(5)의 수평 벽부(5b)의 내부에는, 상기 레이저 조사 유닛(6)을 구성하는 광학계, 및 촬상 유닛(7)이 수용되어 있다.

본 실시 형태의 웨이퍼 박리 유닛(8)은, 정지 베이스(2)에 배치되고, 상기한 안내 레일(2a, 2a)의 종단부(베어링 블록(44a) 측) 근방에 설치되어 있다. 웨이퍼 박리 유닛(8)은, 박리 유닛 케이스(81)와, 이 박리 유닛 케이스(81) 내에 그 일부가 수납되어 Z축 방향(상하 방향)으로 승강 가능하게 지지된 박리 유닛 아암(82)과, 이 박리 유닛 아암(82)의 선단부에 배치된 박리용 펄스 모터(83)와, 이 박리용 펄스 모터(83)의 하부에, 이 박리용 펄스 모터(83)에 의해 회전 가능하게 지지됨과 함께 하면에 복수의 흡인 구멍을 구비한 흡착 유닛(84)을 구비하고 있다. 그 박리 유닛 케이스(81) 내에는, 박리 유닛 아암(82)을 Z축 방향으로 이동 제어하는 도시를 생략하는 Z축 이동 기구가 구비되어 있다. 그 박리 유닛 케이스(81)에는, 박리 유닛 아암(82)의 Z축 방향의 위치를 검출하는 도시되지 않은 Z축 방향 위치 검출 유닛이 구비되어 있고, 상기한 컨트롤러에 그 위치 신호가 보내진다.

상기한 컨트롤러는, 컴퓨터에 의해 구성되고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 연산 처리 장치(CPU)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)와, 검출한 검출치, 연산 결과 등을 일시적으로 저장하기 위한 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)와, 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 구비하고 있다(상세에 대한 도시는 생략함). 상기 컨트롤러에는, 상기 레이저 조사 유닛(6) 외에, 촬상 유닛(7), X축 이동 기구(41), Y축 이동 기구(42), 웨이퍼 박리 유닛(8), 표시 유닛(9) 등이 접속되어 제어된다.

도 1에 부가하여, 도 2(a), 도 2(b)에는, 상기한 레이저 가공 장치(1)에 의해 가공되어 SiC 웨이퍼를 제조하기 위한 SiC 잉곳(10)이 도시되어 있다. 도시된 SiC 잉곳(10)은, 후술하는 박리층이 형성되기 전의 상태를 나타내고 있다. SiC 잉곳(10)은, 육방정 단결정 SiC로 형성되어 있고, 전체적으로 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있다. SiC 잉곳(10)은, 원 형상의 제1 단면(端面)(12a)(상면)과, 제1 단면(12a)과 반대 측이며 상기한 유지 테이블(33)의 유지면(33a)에 재치되는 제2 단면(端面)(12b)(하면)과, 제1 단면(12a) 및 제2 단면(12b) 사이에 위치하는 둘레면(13)과, 제1 단면(12a)으로부터 제2 단면(12b)에 이르는 C축(19)(<0001> 방향)과, C축(19)에 직교하는 C면(20)({0001}면)을 갖는다. 도시된 SiC 잉곳(10)에 있어서는, 도 2(a)에 도시하는 제1 단면(12a)의 중심점(16)을 통과하는 수선(18)에 대하여 C축(19)이 도면 중 α로 나타내는 바와 같이 기울어져 있고(도 2(b)를 참조), C면(20)과 제1 단면(12a)으로 오프각(α)(예를 들어, α＝1, 3, 6도)이 형성된다.

그 오프각(α)이 형성되는 방향을 도 2(a), 도 2(b)에 화살표(R)로 나타낸다. 또한, SiC 잉곳(10)의 둘레면(13)에는, 결정 방위를 도시하는 직사각 형상의 제1 오리엔테이션 플랫(14) 및 제2 오리엔테이션 플랫(15)이 형성되어 있다. 제1 오리엔테이션 플랫(14)은, 오프각(α)이 형성되는 방향(R)에 평행하고, 제2 오리엔테이션 플랫(15)은, 오프각(α)이 형성되는 방향(R)에 직교하고 있다. 제2 오리엔테이션 플랫(15)의 길이는, 제1 오리엔테이션 플랫(14)의 길이보다 짧게 설정되어 있고, 이에 따라, SiC 잉곳(10)의 표리, 오프각(α)의 경사 방향이 특정된다.

상기한 SiC 잉곳(10)을 레이저 가공하여 SiC 웨이퍼를 제조하는 데 적합한 레이저 조사 유닛(6)의 광학계에 대해서, 도 3(a)를 참조하면서 설명한다.

도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 레이저 조사 유닛(6)은, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진 유닛(62)과, 레이저 발진 유닛(62)이 출사한 펄스 레이저 빔의 집광점을, 유지 테이블(33)에 유지된 SiC 잉곳(10)의 단면(본 실시 형태에서는 제1 단면(12a))으로부터 제조해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하는 집광기(61)로 적어도 구성된다.

레이저 발진 유닛(62)은, 소정의 펄스 간격으로 펄스 레이저 빔(LB0)을 출사하는 시드 레이저(시더라고 불리는 경우도 있음)(621)와 , 시드 레이저(621)가 출사한 펄스 레이저 빔(LB0)을 적어도 제1 펄스 레이저 빔(LB1)과 제2 펄스 레이저 빔(LB2)으로 분기하는 분기부(622)와, 제1 펄스 레이저 빔(LB1) 또는 제2 펄스 레이저 빔(LB2) 중 어느 하나를 지연시키는 지연부(623)와, 제1 펄스 레이저 빔(LB1)과 제2 펄스 레이저 빔(LB2)을 합류하여 펄스 레이저 빔(LB3)을 생성하는 합류부(624)와, 그 펄스 레이저 빔(LB3)을 증폭하는 증폭기(625)를 포함하여 구성된다. 분기부(622) 및 합류부(624)는, 예를 들어, 파이버 커플러에 의해 구성된다. 지연부(623)는, 광 파이버에 의해 구성되고, 후술하는 지연 시간을, 예를 들어, 80ns로 설정하기 위해, 굴절률이 1.5이며 길이 48m의 광 파이버를 채용하고 있다. 상기한 바와 같이 구성된 레이저 발진 유닛(62)으로부터 출사된 펄스 레이저 빔(LB3)은, 도 3(b)에 도시하는 바와 같은 펄스 파형(횡축이 시간, 종축은 에너지를 나타냄)을 구비한 펄스 레이저 빔(LB3)으로 가공되고, 어테뉴에이터(63)에 의해 출력이 조정됨과 함께 집광기(61)의 집광 렌즈(61a)에 의해 집광되어, SiC 잉곳(10)의 제1 단면(12a)에 조사된다.

상기한 실시 형태에서는, 지연부(623)에 의해 제2 펄스 레이저 빔(LB2)을 지연시키고 있지만, 제1 펄스 레이저 빔(LB1)을 지연시켜도 된다. 본 실시 형태의 시드 레이저(621)가 출사하는 펄스 레이저 빔(LB0)의 소정의 펄스 간격은 10μs, 펄스폭은 10nm이며, 레이저 발진 유닛(62)에 의해 생성되는 펄스 레이저 빔(LB3)은, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 제1 펄스 레이저 빔(LB1)의 펄스(P1)와, 상기 펄스(P1)에 대하여 지연부(623)의 작용에 의해 지연된 제2 펄스 레이저 빔(LB2)의 펄스(P2)를 구비하여 조사된다.

본 실시 형태의 레이저 가공 장치(1)는, 대략 상기한 바와 같은 구성을 구비하고 있고, 이 레이저 가공 장치(1)를 사용하여 실시되는 웨이퍼의 제조 방법의 실시 형태에 대해, 이하에 설명한다.

본 실시 형태의 웨이퍼의 제조 방법을 실시할 때에, 우선, 복수의 SiC 웨이퍼를 제조할 수 있는 소정의 두께를 갖는 SiC 잉곳(10)을 준비하고, SiC 잉곳(10)의 제2 단면(12b)(하면)과 레이저 가공 장치(1)의 유지 테이블(33)의 유지면(33a) 사이에 접착제(예를 들어, 에폭시 수지계 접착제)를 개재시켜, SiC 잉곳(10)을 유지 테이블(33)에 고정한다. 계속해서, 상기한 이동 기구(4)를 작동하여 유지 테이블(33)을 촬상 유닛(7)의 하방으로 이동시키고, 촬상 유닛(7)에 의해 SiC 잉곳(10)을 촬상한다.

계속해서, SiC 잉곳(10)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 빔(LB3)의 집광점(FP)을 SiC 잉곳(10)의 제1 단면(12a)으로부터 제조해야 할 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하여 박리층을 형성하는 펄스 레이저 빔 조사 공정을 실시한다. 본 실시 형태의 펄스 레이저 빔 조사 공정은, 이하에 설명하는 박리대 형성 단계와, 인덱싱 이송 단계를 포함한다.

펄스 레이저 빔 조사 공정을 실시할 때에, 우선, 촬상 유닛(7)에 의해 촬상된 SiC 잉곳(10)의 화상에 기초하여, 이동 기구(4)를 작동하여, 유지 테이블(33)을 이동 및 회전시키는 것에 의해, SiC 잉곳(10)의 방향을 소정의 방향으로 조정함과 함께, SiC 잉곳(10)과 집광기(61)와의 XY 평면에 있어서의 위치를 조정한다. SiC 잉곳(10)의 방향을 소정의 방향으로 조정할 때에는, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 제1 오리엔테이션 플랫(14)을 Y축 방향에 정합시킴과 함께, 제2 오리엔테이션 플랫(15)을 X축 방향에 정합시킨다. 이에 의해, 오프각(α)이 형성되는 방향(R)을 Y축 방향에 정합시킴과 함께, 오프각(α)이 형성되는 방향(R)과 직교하는 방향을 X축 방향에 정합시킨다.

계속해서, 도시를 생략하는 집광점 위치 조정 기구에 의해 집광기(61)를 승강시켜, 도 4(a)의 A-A 단면으로서 도시하는 도 4(b)로부터 이해되는 바와 같이, 제1 단면(12a)으로부터 제조해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 위치에 집광점(FP)을 위치시킨다. 본 실시 형태에서는, 그 깊이는, 제1 단면(12a)으로부터 450㎛의 깊이로 설정되어 있다. 계속해서, 이동 기구(4)의 X축 이동 기구(41)를 작동하여, 오프각(α)이 형성되는 방향(R)과 직교하는 방향과 정합하고 있는 X축 방향으로, SiC 잉곳(10)을 가공 이송하면서, SiC에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 빔(LB3)을 집광기(61)로부터 SiC 잉곳(10)에 조사한다. 이 때, 집광점(FP)의 위치에 있어서, 펄스 레이저 빔(LB3)의 조사에 의해 SiC가 Si(실리콘)와 C(탄소)로 분리되고, 다음에 조사되는 펄스 레이저 빔(LB3)이 전에 형성된 C에 흡수되어 연쇄적으로 SiC가 Si와 C로 분리된 개질 영역(100)이 형성되고, 개질 영역(100)으로부터 C면을 따라 개질 영역(100)의 양측으로 연장되는 크랙(102)이 신장된다. 이 결과, 개질 영역(100)과 크랙(102)에 의해 X축 방향으로 연장되는 띠형의 박리대(110)가 형성된다(박리대 형성 단계).

상기 박리대 형성 단계를 실시하였다면, 박리대(110)를 Y축 방향으로 병설시키기 위해, 이동 기구(4)의 Y축 이동 기구(42)를 작동하여, 펄스 레이저 빔(LB3)의 집광점(FP)을 소정의 인덱스량(본 실시 형태에서는 250㎛)만큼 상기 Y축 방향으로 인덱싱 이송한다. 이와 같이 하여 인덱싱 이송 단계를 실시했다면, 상기한 박리대 형성 단계를 실시하여 먼저 형성한 박리대(110)에 인접하는 새로운 박리대(110)를 형성한다. 이와 같이, 박리대 형성 단계와 인덱싱 이송 단계를 SiC 잉곳의 제1 단면(12a)의 전체면에 걸쳐 실시하는 것에 의해, 인접한 복수의 박리대(110)로 이루어지는 박리층(120)이 형성된다.

또한, 상기한 펄스 레이저 빔 조사 공정을 실시할 때의 레이저 가공 조건은, 예를 들어, 이하와 같이 설정된다.

파장: 1064nm

반복 주파수: 100kHz

펄스 폭: 10ns

지연 시간: 30~100ns

평균 출력: 4W

* 분기되지 않은 경우의 1 펄스당 에너지 = 0.00004(J)

집광 렌즈 개구수(NA): 0.7

스폿 사이즈: 6.7㎛

가공 이송 속도: 50~135mm/s

박리층 위치(깊이): 450㎛

인덱스량: 250㎛

상기한 펄스 레이저 빔 조사 공정에서는, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 시드 레이저(621)에 의해 발진된 하나의 펄스가, 제1 펄스 레이저 빔(LB1)에 의해 형성되는 펄스(P1)와, 제2 펄스 레이저 빔(LB2)에 의해 형성되는 펄스(P2)로 분할되어, 한쪽의 펄스(P2)가 지연부(623)에 의해 지연 시간을 가지고 조사된다. 이 때의 지연 시간은, 제1 펄스 레이저 빔(LB1)에 의해 형성된 펄스(P1)에 의한 에너지(열)가, SiC 잉곳(10)에 잔존하고 있는 동안에 제2 펄스 레이저 빔(LB2)에 의해 형성된 펄스(P2)가 조사되도록 약간의 지연 시간이 되도록 설정되며, 예를 들어, 30ns~100ns로 설정된다. 이에 의해, 본 실시 형태를 구비하지 않고, 분기되지 않고 1펄스로 조사된 경우에 비해, 1 펄스당의 에너지의 피크가 억제되어, 깊이 방향으로의 누설광의 영향이 억제되어, SiC가 Si와 C로 적절하게 분리됨과 함께, C면 방향으로 개질 영역(100) 및 크랙(102)이 적절하게 형성되어, 데미지가 적은 적절한 박리층(120)이 형성된다.

상기한 펄스 레이저 빔 조사 공정을 실시하여 박리층(120)을 형성하였다면, SiC 잉곳(10)으로부터 박리층(120)을 기점으로 하여 SiC 웨이퍼(W)를 분리하는 웨이퍼 제조 공정을 실시한다.

웨이퍼 제조 공정을 실시할 때에는, 우선, 상기한 이동 기구(4)를 작동하여, 웨이퍼 박리 유닛(8)의 흡착 유닛(84)의 아래쪽에 유지 테이블(33)을 위치시킨다. 계속해서, 도시를 생략하는 Z축 이동 기구에 의해 박리 유닛 아암(82)을 하강시켜, 도 5에 도시하는 바와 같이, 흡착 유닛(84)의 하면을 SiC 잉곳(10)에 밀착시키고, 흡착시킨다. 계속해서, 도시를 생략하는 초음파 진동 부여 유닛을 작동시켜, 흡착 유닛(84)의 하면에 대해 초음파 진동을 부여함과 함께, 박리용 펄스 모터(83)로 흡착 유닛(84)을 시계 방향 및 반시계 방향으로 반복하여 회전시킨다. 이에 따라, SiC 잉곳(10)에 형성한 박리층(120)을 기점으로 하여, SiC 웨이퍼(W)를 박리할 수 있다. SiC 잉곳(10)으로부터 SiC 웨이퍼(W)를 박리했다면, SiC 잉곳(10)의 상면(새로운 제1 단면(12a))을 연마하고, 그 후에는, 상기한 펄스 레이저 빔 조사 공정과, 웨이퍼 제조 공정을 반복하는 것에 의해, 복수 매의 SiC 웨이퍼(W)를 형성할 수 있다. SiC 잉곳(10)으로부터 박리한 SiC 웨이퍼(W)도 필요에 따라 박리면이 연마되어, 한쪽의 면에 디바이스를 형성하는 것이 가능한 SiC 웨이퍼(W)가 제조된다.

상기한 바와 같이, 본 실시 형태의 펄스 레이저 빔 조사 공정에서는, 레이저 발진 유닛(62)의 작용에 의해 1 펄스당의 에너지의 피크가 억제되어, SiC가 Si와 C로 적절하게 분리되어 데미지가 적은 박리층(120)이 형성되어 있기 때문에, 박리한 후의 SiC 잉곳(10)의 새로운 제1 단면(12a) 및 박리하여 취출한 SiC 웨이퍼(W)의 박리면(하면 측)을 연마할 때의 연마량을 적게 할 수 있어, SiC 잉곳(10)으로부터 버려지는 SiC의 양을 저감할 수 있다. 그 결과로서, 생산 효율이 향상됨과 함께, 동일 두께의 SiC 잉곳(10)으로부터 생산되는 SiC 웨이퍼의 양을 늘릴 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같은 두께가 있는 SiC 잉곳(10)으로부터, SiC 웨이퍼(W)를 복수 매 취출하는 경우에 적용되는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 두께가 1 mm 정도인 얇은 SiC 기판을 잉곳으로 하여 본 발명을 적용하고, 상기한 웨이퍼의 제조 방법을 실시하는 것에 의해 두께 방향의 중앙에 박리층(120)을 형성하여, 2 매의 SiC 웨이퍼(W)를 제조하는 경우도 포함된다.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이, 시드 레이저(621)가 출사한 펄스 레이저 빔(LB0)을 제1 펄스 레이저 빔(LB1)과 제2 펄스 레이저 빔(LB2)으로만 분기하는 것에 한정되지 않고, 3개 이상의 펄스 레이저 빔으로 분기하여, 3개 이상의 복수의 펄스가 소정의 지연 시간으로 연속하여 조사되도록 하여도 좋다.

상기한 실시 형태에서는, 펄스 레이저 빔 조사 공정에 있어서, SiC 잉곳(10)의 제1 단면(12a)에 대해 C면이 경사 오프각(α)이 형성되는 방향에 직교하는 방향을 X축으로 하고 그 X축에 직교하는 방향을 Y축으로 하여, 펄스 레이저 빔(LB3)의 집광점(FP)을 제조해야 할 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하여 X축 방향으로 가공 이송하면서 SiC가 Si와 C로 분리된 개질 영역(100)으로부터 C면을 따라 크랙(102)이 신장하는 띠형의 박리대(110)를 형성하는 박리대 형성 단계와, 펄스 레이저 빔(LB3)의 집광점(FP)을 상기 Y축 방향으로 인덱싱 이송하여 박리대(110)를 Y축 방향으로 병설시키는 인덱싱 이송 단계를 반복하고, 인접하는 복수의 박리대(110)로 이루어지는 박리층(120)을 형성하도록 하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, SiC 잉곳(100)에 대하여 펄스 레이저 빔(LB3)을 나선형으로 조사하거나, 랜덤하게 분산하여 균일하게 조사하거나 하여 박리층을 형성해도 좋다. 다만, 도 4에 기초하여 설명한 실시 형태와 같이 펄스 레이저 빔(LB3)을 조사하는 것에 의해, 박리대(110) 및 박리층(120)을 보다 적절하게 형성하는 것이 가능하여, 보다 바람직하다.

1: 레이저 가공 장치
2: 베이스
3: 유지 유닛
31: X축 방향 가동판
32: Y축 방향 가동판
33: 유지 테이블
33a: 유지면
4: 이동 기구
41: X축 이동 기구
42: Y축 이동 기구
5: 프레임체
5b: 수평 벽부
6: 레이저 조사 유닛
61: 집광기
61a: 집광 렌즈
62: 레이저 발진 유닛
621: 시드 레이저(시더)
622: 분기부
623: 지연부
624: 합류부
625: 증폭기
63: 어테뉴에이터
7: 촬상 유닛
8: 웨이퍼 박리 유닛
82: 박리 유닛 아암
83: 박리용 펄스 모터
84: 흡착 유닛
9: 표시 유닛
10: 잉곳
12a: 제1 단면
12b: 제2 단면
13: 둘레면
14: 제1 오리엔테이션 플랫
15: 제2 오리엔테이션 플랫
18: 수선
19: C축
20: C면
100: 개질 영역
102: 크랙
110: 박리대
120: 박리층

Claims

SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 제조하는 레이저 가공 장치로서,
SiC 잉곳을 유지하는 유지 테이블과,
상기 유지 테이블에 유지된 SiC 잉곳에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛을 구비하고,
상기 레이저 조사 유닛은, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진 유닛과,
상기 레이저 발진 유닛이 출사한 펄스 레이저 빔의 집광점을 SiC 잉곳의 단면(端面)으로부터 제조해야 할 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하는 집광기를 포함하고,
상기 레이저 발진 유닛은, 미리 정해진 펄스 간격으로 펄스 레이저 빔을 출사하는 시드 레이저와,
상기 시드 레이저가 출사한 펄스 레이저 빔을 적어도 제1 펄스 레이저 빔과 제2 펄스 레이저 빔으로 분기하는 분기부와,
상기 제1 펄스 레이저 빔 또는 상기 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 지연부와,
상기 제1 펄스 레이저 빔과 상기 제2 펄스 레이저 빔을 합류시키는 합류부와,
증폭기를 포함하고,
상기 제1 펄스 레이저 빔 또는 상기 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 것에 의해, 1 펄스당 에너지의 피크가 억제되고, SiC가 Si와 C로 적절하게 분리되어 박리층이 형성되는, 레이저 가공 장치.
SiC 잉곳으로부터 SiC 웨이퍼를 제조하는 웨이퍼의 제조 방법으로서,
SiC 잉곳을 유지 테이블에 유지하고, SiC 잉곳에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 빔의 집광점을 SiC 잉곳의 단면(端面)으로부터 제조해야 할 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하여 박리층을 형성하는 펄스 레이저 빔 조사 공정과,
SiC 웨이퍼를 SiC 잉곳으로부터 분리하는 웨이퍼 제조 공정을 구비하고,
상기 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진 유닛은, 미리 정해진 펄스 간격으로 펄스 레이저 빔을 출사하는 시드 레이저와, 그 시드 레이저가 출사한 펄스 레이저 빔을 적어도 제1 펄스 레이저 빔과 제2 펄스 레이저 빔으로 분기하는 분기부와, 상기 제1 펄스 레이저 빔 또는 상기 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 지연부와, 상기 제1 펄스 레이저 빔과 상기 제2 펄스 레이저 빔을 합류시키는 합류부와, 증폭기를 포함하고,
상기 제1 펄스 레이저 빔 또는 상기 제2 펄스 레이저 빔을 지연시키는 것에 의해, 1 펄스당의 에너지의 피크가 억제되고 SiC가 Si와 C로 적절하게 분리되어 박리층이 형성되는, 웨이퍼의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 펄스 레이저 빔 조사 공정은,
SiC 잉곳의 상기 단면에 대해 C면이 경사 오프각이 형성되는 방향에 직교하는 방향을 X축으로 하고 그 X축에 직교하는 방향을 Y축으로 하여, 펄스 레이저 빔의 집광점을 제조해야 하는 SiC 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시켜 조사하여 X축 방향으로 가공 이송하면서 SiC가 Si와 C로 분리된 영역으로부터 C면을 따라 크랙이 신장되는 띠형의 박리대를 형성하는 박리대 형성 서브 공정과,
펄스 레이저 빔의 집광점을 상기 Y축 방향으로 인덱싱 이송하여 박리대를 Y축 방향으로 병설시키는 인덱싱 이송 서브 공정을 포함하고,
상기 박리대 형성 서브 공정과 상기 인덱싱 이송 서브 공정을 반복 실시하여, 인접하는 복수의 박리대로 이루어지는 박리층을 형성하는, 웨이퍼의 제조 방법.