JP6974133B2

JP6974133B2 - ＳｉＣインゴットの成型方法

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Publication number: JP6974133B2
Application number: JP2017224509A
Authority: JP
Inventors: 和也平田; 敏行酒井
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: DE102018219942A1; US11534890B2; US20190152019A1; CN109807693B; TW201925091A; KR102544303B1; JP2019096723A; KR20190059206A; CN109807693A; MY198791A; TWI788466B

Description

本発明はＳｉＣインゴットの成型方法に関する。

パワーデバイス、ＬＥＤ等のデバイスは、分割予定ラインによって区画されＳｉＣ（炭化ケイ素）ウエーハの表面に複数形成される。

円盤状のＳｉＣウエーハは、円柱状のＳｉＣインゴットをワイヤーソー等でスライスして形成されるが、ワイヤーソーの切り代が比較的大きくＳｉＣインゴットの８０％近くが切削屑として廃棄され生産効率が悪いという問題がある（たとえば特許文献１参照。）。

そこで本出願人は、ＳｉＣ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づけてＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射し、ＳｉＣがＳｉ（シリコン）とＣ（炭素）とに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した改質層を形成してインゴットから生成すべきウエーハを剥離して生産効率の向上を図る技術を提案した（たとえば特許文献２参照。）。

特開２０１０−２５１６３８号公報特開２０１６−１１１１４３号公報

しかし、ＳｉＣインゴットを効率よく成型する方法は確立されていない。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、ＳｉＣインゴットを効率よく成型する方法を提供することである。

上記課題を解決するために本発明が提供するのは以下のＳｉＣインゴットの成型方法である。すなわち、インゴット成長基台から切断された原始インゴットの切断面を保持手段で保持する保持工程と、該保持手段に保持された原始インゴットの端面を研削して平坦化する平坦化工程と、平坦化された端面から原始インゴットのｃ面を検出するｃ面検出工程と、平坦化された端面を研削してｃ面に対してオフ角を持って傾斜した第一の端面を形成する第一の端面形成工程と、該第一の端面を保持手段で保持し原始インゴットの切断面を該第一の端面と平行になるように研削して第二の端面を形成する第二の端面形成工程と、から少なくとも構成され、該ｃ面検出工程において、該平坦化工程において平坦化された端面からＳｉＣ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原始インゴットの内部に位置づけてレーザー光線を原始インゴットに照射し、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にクラックがｃ面に沿って伸長する改質層を形成し、平坦化された端面から該改質層を観察してｃ面を検出するＳｉＣインゴットの成型方法である。

該第一の端面形成工程の後、原始インゴットの周面に、オフ角が形成される方向と平行に第一のオリエンテーションフラットを形成すると共に該第一の端面側から原始インゴットをみて該第一のオリエンテーションフラットの右側に第二のオリエンテーションフラットを形成するのが好適である。該第二のオリエンテーションフラットは該第一のオリエンテーションフラットより短く形成されるのが好都合である。

本発明が提供するＳｉＣインゴットの成型方法は、インゴット成長基台から切断された原始インゴットの切断面を保持手段で保持する保持工程と、該保持手段に保持された原始インゴットの端面を研削して平坦化する平坦化工程と、平坦化された端面から原始インゴットのｃ面を検出するｃ面検出工程と、平坦化された端面を研削してｃ面に対してオフ角を持って傾斜した第一の端面を形成する第一の端面形成工程と、該第一の端面を保持手段で保持し原始インゴットの切断面を該第一の端面と平行になるように研削して第二の端面を形成する第二の端面形成工程と、から少なくとも構成され、該ｃ面検出工程において、該平坦化工程において平坦化された端面からＳｉＣ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原始インゴットの内部に位置づけてレーザー光線を原始インゴットに照射し、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にクラックがｃ面に沿って伸長する改質層を形成し、平坦化された端面から該改質層を観察してｃ面を検出するので、廃棄される素材量を抑えて原始インゴットからＳｉＣインゴットを効率よく成型することができる。

（ａ）インゴット成長基台の正面図、（ｂ）インゴット成長基台から切断された原始インゴットの斜視図。（ａ）原始インゴット及びサブストレートの斜視図、（ｂ）サブストレートが装着された原始インゴット及び保持手段の斜視図、（ｃ）保持工程が実施された状態を示す斜視図。平坦化工程が実施されている状態を示す斜視図。（ａ）ｃ面検出工程において原始インゴットの内部に改質層が形成されている状態を示す斜視図、（ｂ）ｃ面検出工程において原始インゴットの内部に改質層が形成されている状態を示す正面図、（ｃ）内部に改質層が形成された原始インゴットの正面図。（ａ）保持手段とサブストレートとの間に楔が設置された状態を示す正面図、（ｂ）第一の端面形成工程が実施されている状態を示す正面図。（ａ）第一及び第二のオリエンテーションフラットが形成された原始インゴットの正面図、（ｂ）第一及び第二のオリエンテーションフラットが形成された原始インゴットの平面図。（ａ）第二の端面形成工程が実施されている状態を示す正面図、（ｂ）ＳｉＣインゴットの正面図、（ｃ）ＳｉＣインゴットの斜視図。

以下、本発明のＳｉＣインゴットの成型方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）には、適宜の結晶成長方法によってＳｉＣ（炭化ケイ素）種結晶から成長させた円柱状の六方晶単結晶ＳｉＣのインゴット成長基台２が示されている。図示の実施形態では、ワイヤーソーやインナーソー等の切断装置によってインゴット成長基台２から適宜の軸方向寸法（たとえば３ｃｍ程度）に切断した円柱状の原始インゴット４を、成型すべきＳｉＣインゴットの素材として用いる。図１（ｂ）に示すとおり、原始インゴット４は、インゴット成長基台２から切断された際に形成された切断面６と、インゴット成長基台２の結晶成長の際に形成された成長端面８とを有する。軸方向における一方の端面である切断面６は、全体としては平坦であるが凹凸を有する。軸方向における他方の端面である成長端面８は、全体としてドーム状（半球形状）であり凹凸を有する。なお、本発明のＳｉＣインゴットの成型方法が実施される原始インゴットは、軸方向における両方の端面が切断面であってもよい。

図示の実施形態では、まず、インゴット成長基台２から切断された原始インゴット４の切断面６を保持手段で保持する保持工程を実施する。図２（ａ）を参照して説明すると、保持工程では、まず、原始インゴット４の切断面６に適宜の接着剤を介して平坦な円板状のサブストレート１０を装着させる。サブストレート１０の直径は原始インゴット４の直径よりも若干大きい。また、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すとおり、保持工程で用いることができる保持手段１２は、円形状のチャックテーブル１４と、チャックテーブル１４の上面に配置された円形状の吸着チャック１６とを含む。チャックテーブル１４は、チャックテーブル１４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回転手段（図示していない。）によって回転されると共に、図２（ｃ）において矢印Ｘで示す実質上水平なＸ軸方向に送り手段（図示していない。）によって進退されるようになっている。多孔質の吸着チャック１６は吸引手段（図示していない。）に接続されており、また、吸着チャック１６の直径はサブストレート１０の直径よりも若干小さい。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）を参照して説明を続けると、保持工程では、上述のとおり原始インゴット４の切断面６にサブストレート１０を装着させた後、サブストレート１０を下に向けて原始インゴット４をチャックテーブル１４に載せる。原始インゴット４をチャックテーブル１４に載せる際は、原始インゴット４の径方向中心とチャックテーブル１４の径方向中心（回転中心）とを整合させる。次いで、吸着チャック１６に接続された吸引手段を作動して吸着チャック１６の上面に吸引力を生成する。これによって、吸着チャック１６によって所定の吸引力でサブストレート１０を吸着し、サブストレート１０を介して原始インゴット４の切断面６を保持手段１２で保持することができる。なお、保持工程において原始インゴット４の切断面６にサブストレート１０を装着させるのは、凹凸を有する切断面６を保持手段１２で保持するためである。原始インゴット４の切断面６は凹凸を有しているから切断面６と吸着チャック１６とが密着せず、このため吸引手段を作動させても切断面６と吸着チャック１６との間に生じた隙間からエアーが吸い込まれてしまい、吸着チャック１６によって切断面６を吸着することができない。そこで、吸引手段を作動させた際に吸着チャック１６によって吸着される程度に平坦なサブストレート１０を原始インゴット４の切断面６に装着せることにより、サブストレート１０を介して原始インゴット４の切断面６を保持手段１２で保持することができる。

保持工程を実施した後、保持手段１２に保持された原始インゴット４の端面（図示の実施形態では成長端面８）を研削して平坦化する平坦化工程を実施する。平坦化工程は、たとえば図３に一部を示す研削装置１８を用いて実施することができる。研削装置１８は、モータ（図示していない。）に連結され上下方向に延びる円柱状のスピンドル２０と、スピンドル２０の下端に固定された円板状のホイールマウント２２とを含む。ホイールマウント２２の下面にはボルト２４によって環状の研削ホイール２６が固定されている。研削ホイール２６の下面の外周縁部には、周方向に間隔をおいて環状に配置された複数の研削砥石２８が固定されている。

図３を参照して説明を続けると、平坦化工程では、まず、原始インゴット４を保持している保持手段１２を研削砥石２８の下方に位置づける。この際は、チャックテーブル１４の回転中心を研削砥石２８が通るように、研削ホイール２６の回転中心に対してチャックテーブル１４の回転中心を変位させる。次いで、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば３００ｒｐｍ）でチャックテーブル１４を回転手段で回転させる。また、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば６０００ｒｐｍ）でスピンドル２０をモータで回転させる。次いで、研削装置１８の昇降手段（図示していない。）でスピンドル２０を下降させ、原始インゴット４の成長端面８に研削砥石２８を接触させる。上述のとおり、原始インゴット４の径方向中心とチャックテーブル１４の回転中心とを整合させていると共に、チャックテーブル１４の回転中心を研削砥石２８が通るように研削ホイール２６の回転中心に対してチャックテーブル１４の回転中心を変位させているため、チャックテーブル１４と研削ホイール２６とが相互に回転しながら成長端面８と研削砥石２８とが接触すると、成長端面８の全体が研削砥石２８によって研削される。そして、成長端面８に研削砥石２８を接触させた後は所定の研削送り速度（たとえば０．１μｍ／ｓ）でスピンドル２０を下降させる。これによって、保持手段１２に保持された原始インゴット４の成長端面８を研削して平坦化することができる。

平坦化工程を実施した後、平坦化された端面から原始インゴット４のｃ面（｛０００１｝面）を検出するｃ面検出工程を実施する。ｃ面検出工程は、たとえば図４（ａ）に一部を示すレーザー加工装置３０を用いて実施することができる。レーザー加工装置３０は、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを発振する発振器（図示していない。）と、発振器が発振したパルスレーザー光線ＬＢを集光して被加工物に照射する集光器３２とを備える。なお、図４において、原始インゴット４の成長端面８が平坦化された端面を符号８’で示す。

ｃ面検出工程では、まず、図４（ａ）に示すとおり、原始インゴット４を保持している保持手段１２を集光器３２の下方に位置づける。次いで、図４（ｂ）に示すとおり、集光点位置調整手段（図示していない。）でパルスレーザー光線ＬＢの集光点ＦＰを平坦化された端面８’から原始インゴット４の内部に位置づける。次いで、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを集光器３２から原始インゴット４に照射する。そうすると、図４（ｃ）に示すとおり、パルスレーザー光線ＬＢの照射によりＳｉＣがＳｉ（シリコン）とＣ（炭素）とに分離すると共にＳｉとＣとに分離した部分からクラックがｃ面に沿って伸長する改質層３４が形成される。そして、平坦化された端面８’から改質層３４を観察してｃ面を検出する。具体的には、改質層３４のクラックがｃ面に沿って伸長することから、単一の改質層３４から伸長するクラックの平坦化された端面８’からの深さを複数箇所で測定してクラックの傾斜角度及び傾斜方向を検出することにより、平坦化された端面８’に対するｃ面の傾斜角度及び傾斜方向を検出する。図示の実施形態では図４（ｃ）に示すとおり、平坦化された端面８’に対するｃ面の傾き角度は０．５度である。なお、ｃ面を検出するには、１個の改質層３４を形成すればよく、したがって１発のパルスレーザー光線ＬＢを原始インゴット４に照射すればよいところ、１発のみのパルスレーザー光線ＬＢを原始インゴット４に照射するのは困難であるため、パルスレーザー光線ＬＢを原始インゴット４に照射する際は原始インゴット４と集光点ＦＰとを相対的に適宜の送り速度で移動させ、原始インゴット４に複数の改質層３４を形成してもよい。原始インゴット４と集光点ＦＰとを相対的に移動させる際は、集光点ＦＰに対して原始インゴット４を保持しているチャックテーブル１４を上記送り手段で移動させてもよく、あるいは原始インゴット４に対して集光器３２を適宜の移動手段（図示していない。）で移動させてもよい。このようなレーザー加工装置３０を用いるｃ面検出工程は、たとえば以下の加工条件で実施することができる。
パルスレーザー光線の波長：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数：１４０ｋＨｚ
平均出力：１４Ｗ
パルス幅：４ｎｓ
集光点の直径：３μｍ
開口数（ＮＡ）：０．７
送り速度：７６５ｍｍ／ｓ
集光点の位置：平坦化された端面から５０μｍの深さ

ｃ面検出工程を実施した後、平坦化された端面８’を研削してｃ面に対してオフ角を持って傾斜した第一の端面を形成する第一の端面形成工程を実施する。形成すべき第一の端面とｃ面とで形成されるオフ角は、１度、４度、６度など任意に設定され得るところ、図示の実施形態ではオフ角が４度である場合について説明する。上述のとおり図示の実施形態では、平坦化された端面８’に対するｃ面の傾斜角度は０．５度であるので、第一の端面形成工程では、まず、図５（ａ）に示すとおり、オフ角α（４度）とｃ面の傾斜角度０．５度との差である３．５度だけ、チャックテーブル１４の上面に対して平坦化された端面８’を傾斜させるための楔３６をチャックテーブル１４の上面とサブストレート１０の下面との間に設置する。これによって、チャックテーブル１４の上面と形成すべき第一の端面８”とを平行にすると共に、形成すべき第一の端面８”とｃ面とで形成されるオフ角αが４度となるようにする。形成すべき第一の端面８”は、平坦化された端面８’側であってｃ面検出工程において形成した改質層３４よりも下方に設定される。楔３６を設置する際は、まず、吸着チャック１６に接続された吸引手段の作動を停止させ、吸着チャック１６の吸引力を解除し、原始インゴット４をチャックテーブル１４から取り外す。次いで、上面と下面とのなす角度が３．５度の円板状の楔３６を吸着チャック１６に吸着させると共に、適宜の接着剤を介して楔３６とサブストレート１０とを固定する。

図５（ｂ）を参照して第一の端面形成工程についての説明を続けると、楔３６を設置した後に平坦化された端面８’を研削するところ、平坦化された端面８’の研削には上述の研削装置１８を用いることができる。平坦化された端面８’を研削装置１８で研削する際は、まず、研削装置１８の直下からＸ軸方向に離間した位置に、原始インゴット４を保持している保持手段１２を位置づける。次いで、研削装置１８の昇降手段でスピンドル２０を下降させ、形成すべき第一の端面８”の上下方向位置と研削砥石２８の下面の上下方向位置とを整合させる。研削砥石２８の下面はチャックテーブル１４の上面と平行に配置されているため、研削砥石２８の下面と形成すべき第一の端面８”とは平行である。次いで、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば６０００ｒｐｍ）でスピンドル２０をモータで回転させる。次いで、チャックテーブル１４を適宜の送り速度で送り手段によってＸ軸方向に移動させ、平坦化された端面８’を研削砥石２８に接触させる。これによって、平坦化された端面８’を研削してｃ面に対してオフ角α（図示の実施形態では４度）を持って傾斜した平坦な第一の端面８”を形成することができる。なお、第一の端面８”を形成する際は、平坦化工程と同様に、原始インゴット４を保持しているチャックテーブル１４を回転させ、回転している研削砥石２８を原始インゴット４に向かって下降させることによって、平坦化された端面８’を研削してもよい。

図示の実施形態では、第一の端面形成工程を実施した後、原始インゴット４の周面に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及び第二のオリエンテーションフラットを形成する。第一及び第二のオリエンテーションフラットを形成する際は、まず、吸着チャック１６の吸引力を解除して原始インゴット４をチャックテーブル１４から取り外すと共に、原始インゴット４からサブストレート１０を取り外す。そして、公知の研削装置（図示していない。）又は公知の切削装置（図示していない。）を用いて、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すとおり、オフ角αが形成される方向Ａと平行に第一のオリエンテーションフラット３８を形成すると共に、第一の端面８”側から原始インゴット４をみて第一のオリエンテーションフラット３８の右側に第二のオリエンテーションフラット４０を形成する。第二のオリエンテーションフラット４０はオフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に形成されており、上方からみて、第二のオリエンテーションフラット４０の長さＬ２は第一のオリエンテーションフラット３８の長さＬ１よりも短く形成されている（Ｌ２＜Ｌ１）。

図示の実施形態では、第一のオリエンテーションフラット３８及び第二のオリエンテーションフラット４０を形成した後、第一の端面８”を保持手段１２で保持し原始インゴット４の切断面６を第一の端面８”と平行になるように研削して第二の端面を形成する第二の端面形成工程を実施する。第二の端面形成工程は、たとえば上述の研削装置１８を用いて実施することができる。第二の端面形成工程では、まず、第一の端面８”を下に向けて原始インゴット４をチャックテーブル１４に載せ、吸着チャック１６の上面に吸引力を生成し、吸着チャック１６で第一の端面８”を吸着して保持する。次いで、研削装置１８の直下からＸ軸方向に離間した位置に、原始インゴット４を保持している保持手段１２を位置づける。次いで、研削装置１８の昇降手段でスピンドル２０を下降させ、形成すべき第二の端面６’の上下方向位置と研削砥石２８の下面の上下方向位置とを整合させる。次いで、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば６０００ｒｐｍ）でスピンドル２０をモータで回転させる。次いで、チャックテーブル１４を適宜の送り速度で送り手段によってＸ軸方向に移動させ、原始インゴット４の切断面６を研削砥石２８に接触させる。これによって、切断面６を第一の端面８”と平行になるように研削して平坦な第二の端面６’を形成することができる。このようにして、図７（ｃ）に示すとおり、ｃ面に対してオフ角α（図示の実施形態では４度）を持って傾斜した第一の端面８”と、第一の端面８”と平行な第二の端面６’と、結晶方位を示す第一のオリエンテーションフラット３８及び第二のオリエンテーションフラット４０とを有するＳｉＣインゴット４’を成型することができる。なお、第二の端面６’を形成する際は、平坦化工程や第一の端面形成工程と同様に、原始インゴット４を保持しているチャックテーブル１４を回転させ、回転している研削砥石２８を原始インゴット４に向かって下降させることによって、切断面６を研削してもよい。

以上のとおり図示の実施形態は、インゴット成長基台２から切断された原始インゴット４の切断面６を保持手段１２で保持する保持工程と、保持手段１２に保持された原始インゴット４の成長端面８を研削して平坦化する平坦化工程と、平坦化された端面８’から原始インゴット４のｃ面を検出するｃ面検出工程と、平坦化された端面８’を研削してｃ面に対してオフ角αを持って傾斜した第一の端面８”を形成する第一の端面形成工程と、第一の端面８”を保持手段１２で保持し原始インゴット４の切断面６を第一の端面８”と平行になるように研削して第二の端面６’を形成する第二の端面形成工程と、から少なくとも構成されているので、研削等によって廃棄される素材量を抑えて原始インゴット４からＳｉＣインゴット４’を効率よく成型することができる。

なお、第一の端面形成工程については、図示の実施形態ではチャックテーブル１４の上面とサブストレート１０の下面との間に楔３６を設置する例を説明したが、楔３６を設置せず楔３６の角度の分だけ、原始インゴット４を保持しているチャックテーブル１４を傾斜させてもよい。また、ｃ面検出工程においては公知のラウエ法を用いてもよい。

２：インゴット成長基台
４：原始インゴット
４’：ＳｉＣインゴット
６：切断面
６’：第二の端面
８：成長端面
８’：平坦化された端面
８”：第一の端面
１２：保持手段
３４：改質層
３８：第一のオリエンテーションフラット
４０：第二のオリエンテーションフラット
ＬＢ：パルスレーザー光線
ＦＰ：集光点
α：オフ角
Ａ：オフ角が形成される方向

Claims

ＳｉＣインゴットの成型方法であって、
インゴット成長基台から切断された原始インゴットの切断面を保持手段で保持する保持工程と、
該保持手段に保持された原始インゴットの端面を研削して平坦化する平坦化工程と、
平坦化された端面から原始インゴットのｃ面を検出するｃ面検出工程と、
平坦化された端面を研削してｃ面に対してオフ角を持って傾斜した第一の端面を形成する第一の端面形成工程と、
該第一の端面を保持手段で保持し原始インゴットの切断面を該第一の端面と平行になるように研削して第二の端面を形成する第二の端面形成工程と、
から少なくとも構成され、
該ｃ面検出工程において、該平坦化工程において平坦化された端面からＳｉＣ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原始インゴットの内部に位置づけてレーザー光線を原始インゴットに照射し、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にクラックがｃ面に沿って伸長する改質層を形成し、平坦化された端面から該改質層を観察してｃ面を検出するＳｉＣインゴットの成型方法。
該第一の端面形成工程の後、原始インゴットの周面に、オフ角が形成される方向と平行に第一のオリエンテーションフラットを形成すると共に該第一の端面側から原始インゴットをみて該第一のオリエンテーションフラットの右側に第二のオリエンテーションフラットを形成する請求項１記載のＳｉＣインゴットの成型方法。
該第二のオリエンテーションフラットは該第一のオリエンテーションフラットより短く形成される請求項２記載のＳｉＣインゴットの成型方法。