JP6180223B2 - ウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、単結晶インゴットを分離してウェーハを製造するウェーハの製造方法に関する。

シリコン、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の単結晶からなる半導体ウェーハは、単結晶インゴットからワイヤーソーやバンドソーを用いて切り出され、表裏面が研磨されて製造される。ところで、半導体ウェーハの製造分野では、結晶軸にオフセットをもたせた半導体ウェーハ（以下、「オフセットウェハ」と称する）がデバイス製造工程から要求される場合がある。

このような場合には、Ｘ線回折法等を用いてインゴットの結晶軸を検出し、この結晶軸に対して所定角度傾斜した（オフセットした）分離面方向を設定し、ワイヤーソーやバンドソーでインゴットを分離面方向と平行にスライスして半導体ウェーハを切り出し、表裏面を研磨して半導体ウェーハを製造していた。

特開１０−２５６２０３号公報

しかし、ワイヤーソーやバンドソーによる切り出しでは、少なくともワイヤーやバンドの幅分の切り屑が発生し、取り代の無駄が多いという問題がある。また、ワイヤーソーやバンドソーの切り出しでは、１ｍｍ以下と薄く切り出すことが難しいため、必要以上に厚く切り出されたウェーハは、後に研削によって所望厚みに薄化されるため、研削屑として無駄が生じている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インゴットから切り出し時の除去量を抑え得るウェーハの製造方法を提供することである。

本発明によると、単結晶インゴットを分離してウェーハを製造するウェーハの製造方法であって、単結晶インゴットの結晶軸を検出して該結晶軸に対して所定角度傾斜した分離面方向を設定する結晶軸検出ステップと、該結晶軸検出ステップを実施した後、単結晶インゴットの上面を該分離面方向と平行に平坦化する平坦化ステップと、該平坦化ステップを実施した後、レーザビームの集光点を単結晶インゴットの内部に位置付けて平坦化された単結晶インゴットの該上面からレーザビームを照射して、該分離面方向に沿った改質面を単結晶インゴット内部に形成する改質面形成ステップと、該改質面形成ステップを実施した後、該改質面を境界に単結晶インゴットの上面側を分離してウェーハを製造する剥離ステップと、を備えたことを特徴とするウェーハの製造方法が提供される。

好ましくは、ウェーハの製造方法は、前記結晶軸検出ステップを実施した後、前記平坦化ステップを実施する前に、単結晶インゴットの該上面の背面である下面を研削して該分離面方向に平行な基準面を形成する基準面形成ステップを更に備え、該平坦化ステップと該改質面形成ステップは、単結晶インゴットの該基準面側を保持手段で保持した状態で実施される。

好ましくは、ウェーハの製造方法は、前記剥離ステップを実施した後、該剥離ステップで分離されて製造されたウェーハの該改質面側を研削又は研磨してウェーハに残存する該改質面を除去する除去ステップを更に備えている。

更に、本発明のウェーハの製造方法によると、前記剥離ステップを実施した後、単結晶インゴットの該改質面側を上面として前記平坦化ステップと、前記改質面形成ステップと、前記剥離ステップとを繰り返して実施する。

本発明のウェーハの製造方法によると、インゴットにレーザビームを照射して改質面を形成し、改質面を境にインゴットの一部を剥離してウェーハを製造するため、インゴットからウェーハを製造する際の除去量を従来に比べて大幅に抑えられる。また、所望厚みのウェーハを製造できるため、ウェーハを厚く切り出した後に薄化するという無駄を抑えることが可能である。

従来のウェーハの製造方法では、インゴットから切り出したウェーハにはワイヤーソーに起因した反りやうねりが発生し、これらの反りやうねりによって最終製品の反りやナノトポグラフィーを悪化させることがあった。

本発明では、ウェーハの切り出しにワイヤーソーを使用することがないため、最終製品の反りやナノトポグラフィー（ＰＶ値（Ｐｅａｋ−Ｖａｌｌｅｙ差）が例えば０．１〜０．２μｍ以下と極めて浅いうねり）を改善できる。

結晶軸検出ステップを説明する単結晶インゴットの斜視図である。 基準面形成ステップを説明する側面図である。 平坦化ステップを説明する側面図である。 改質面形成ステップを説明する側面図である。 改質面形成ステップ実施後の側面図である。 剥離ステップを説明する側面図である。 除去ステップを説明する側面図である。 平坦化ステップ、改質面形成ステップ及び剥離ステップの繰り返しを説明する側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、シリコンインゴット等の単結晶インゴット１０の斜視図が示されている。本実施形態のインゴット１０は、結晶軸１４が中心軸１２に対してオフセットしたインゴットであり、中心軸１２に対して垂直な上面１０ａ及び下面１０ｂを有している。

本実施形態のウェーハの製造方法では、例えば特開２００９−５８５３１号公報に開示されたようなＸ線回折を利用してインゴット１０の結晶軸１４を検出する。図１では、中心軸１２に対して傾斜した鉛直方向の結晶軸１４のみ図示してあるが、実際には鉛直方向の結晶軸方位１４と水平方向の結晶軸方位とをそれぞれ検出する。

そして、検出された鉛直方向の結晶軸１４と水平方向の結晶軸をもとに分離面方向１６を設定する。例えば、垂直方向の結晶軸１４に対して所定角度θ傾斜した面を分離面方向１６として設定する。

この所定角度θは９０°を含んでおり、この場合には、分離面方向１６は結晶軸１４に対して垂直である。代替実施形態として、図示してない水平方向の結晶軸に対して所定角度傾斜した面を分離面方向１６として設定しても良い。以下の説明では、分離面方向１６は結晶軸１４に対して垂直であるものとして説明する。

結晶軸検出ステップを実施した後、インゴット１０の上面１０ａの背面である下面１０ｂを研削して、分離面方向１６と平行な基準面を形成する基準面形成ステップを実施する。

この基準面形成ステップでは、まず、図２（Ａ）に示すように、研削装置の保持手段（チャックテーブル）１８でインゴット１０の上面１０ａを吸引保持して下面１０ｂを露出させる。次いで、図２（Ｂ）に示すように、インゴット１０の結晶軸１４が鉛直となるように保持手段１８を傾け、研削ユニット２０でインゴット１０の下面１０ｂを研削する。

図２（Ｂ）において、研削ユニット２０は回転駆動されるスピンドル２２と、スピンドル２２の先端に固定されたホイールマウント２４と、ホイールマウント２４に着脱可能に装着された研削ホイール２６とを含んでいる。研削ホイール２６は、環状基台２８と、環状基台２８の下面外周に固着された複数の研削砥石３０とから構成される。

基準面形成ステップでは、保持手段１８を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ホイール２６を矢印ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させながら研削砥石３０をインゴット１０の下面１０ｂに接触させて所定の研削送り速度で下面１０ｂを研削して、図２（Ｃ）に示すように、基準面１０ｃを形成する。この基準面１０ｃは分離面方向１６と平行である。

基準面形成ステップ実施後、インゴット１０の上面１０ａを分離面方向１６と平行に平坦化する平坦化ステップを実施する。この平坦化ステップでは、図３に示すように、インゴット１０の基準面１０ｃを保持手段１８で吸引保持し、インゴット１０の上面１０ａを露出させる。

そして、保持手段１８を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ホイール２６を例えば６０００ｒｍｐで回転させながら研削砥石３０をインゴット１０の上面１０ａに接触させて所定の研削送り速度で上面１０ａを研削する。研削終了後の上面１０ａは基準面１０ｃと平行、即ち分離面方向１６と平行となる。平坦化ステップ終了後のインゴット１０の縦断面は図４に示すように平行四辺形となる。

上述した実施形態では、平坦化ステップを研削により実施しているが、平坦化ステップは研磨で実施しても良いし、研削と研磨を組み合わせて実施しても良い。この平坦化ステップでは、平坦化された面を後述する改質面形成ステップでレーザビームが透過し易い粗さに仕上げるのが好ましい。

平坦化ステップを実施した後、図４に示すように、レーザビーム照射ヘッド３４から照射されるレーザビーム３５の集光点Ｐをインゴット１０の内部に位置付けるとともに、平坦化されたインゴット１０の上面１０ａに向けてレーザビームを照射して、インゴット１０の内部に分離面方向１６に沿った改質面を形成する改質面形成ステップを実施する。

この改質面形成ステップでは、インゴット１０を保持したレーザ加工装置の保持手段（チャックテーブル）３２を矢印Ａ方向に回転させつつ、レーザビーム照射手段３４を保持手段３２の保持面と平行方向に、例えば矢印Ｂ方向に相対移動させて改質面を形成する。

改質面はインゴット１０の横断面全面に形成する必要があるため、レーザビームは例えば特開２０１１−７９０４４号に開示されているようなマルチスポットを利用するのが好ましい。図５を参照すると、改質面３６形成後の保持手段３２に保持されたインゴット１０の側面図が示されている。

改質面形成ステップで照射するレーザビーム３５は、インゴット１０に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）が好ましい。波長１０６４ｎｍのレーザビームは、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ４レーザの基本波である。

改質面形成ステップを実施した後、図６に示すように、剥離手段３８でインゴット１０の上面１０ａ側を吸着保持して、改質面３６を境界にインゴット１０の上面側を分離してウェーハ４０を製造する剥離ステップを実施する。

改質面３６は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。例えば、溶融再硬化領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等を含みこれらの領域が混在した領域も含むものであり、周囲に比較して強度が相当弱くなっているため、剥離手段３８で容易に剥離可能である。

剥離ステップを実施した後、剥離ステップで分離され製造されたウェーハ４０の改質面３６側を研削又は研磨してウェーハ４０に残存する改質面３６を除去する除去ステップを実施する。この除去ステップでは、図７に示すように、例えば研削装置の保持手段（チャックテーブル）１８でウェーハ４０の上面１０ａ側を吸引保持して改質面３６を露出させる。

保持手段１８を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ホイール２６の研削砥石３０をウェーハ４０の改質面３６に当接して、研削ホイール２６を矢印Ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させて研削ホイール２６を下方に研削送りすることにより、改質面３６を研削してウェーハ４０から除去する。

インゴットの状態で基準面１０ｃと平行に平坦化された面であるウェーハの上面１０ａ側を吸引保持して研削するため、ウェーハの上面及び下面はインゴットの基準面１０ｃ、即ち分離面方向１６と平行に形成される。

研削に替えて、研磨パッドを使用した研磨により改質面３６を研磨して除去するようにしても良い。あるいは、除去ステップは、研削、研磨、エッチングの何れか又はこれらの組合せにより実施するようにしても良い。

剥離ステップを実施した後、図８（Ａ）に示すように、インゴット１０の改質面３６を上面として改質面３６を研削して除去しインゴット１０の上面を平坦化する平坦化ステップを実施し、次いで、図８（Ｂ）に示すように、インゴット１０の上面１０ａ側からレーザビーム３５を照射してインゴット１０内部に改質面を形成する改質面形成ステップを実施し、次いで、図８（Ｃ）に示すように、改質面３６を境界にインゴット１０の上面を分離してウェーハ４０を製造する剥離ステップを実施する。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示す平坦化ステップ、改質面形成ステップ、剥離ステップを次々と繰り返してインゴット１０から複数枚のウェーハ４０を製造する。

１０ 単結晶インゴット
１０ａ 上面
１０ｂ 下面
１０ｃ 基準面
１２ 中心軸
１４ 結晶軸
１６ 分離面方向
２６ 研削ホイール
３４ レーザビーム照射ヘッド
３５ レーザビーム
３６ 改質面
３８ 剥離手段
４０ ウェーハ

Claims (4)

1. 単結晶インゴットを分離してウェーハを製造するウェーハの製造方法であって、
   単結晶インゴットの結晶軸を検出して該結晶軸に対して所定角度傾斜した分離面方向を設定する結晶軸検出ステップと、
   該結晶軸検出ステップを実施した後、単結晶インゴットの上面を該分離面方向と平行に平坦化する平坦化ステップと、
   該平坦化ステップを実施した後、レーザビームの集光点を単結晶インゴットの内部に位置付けて平坦化された単結晶インゴットの該上面からレーザビームを照射して、該分離面方向に沿った改質面を単結晶インゴット内部に形成する改質面形成ステップと、
   該改質面形成ステップを実施した後、該改質面を境界に単結晶インゴットの上面側を分離してウェーハを製造する剥離ステップと、
   を備えたことを特徴とするウェーハの製造方法。
2. 前記結晶軸検出ステップを実施した後、前記平坦化ステップを実施する前に、単結晶インゴットの該上面の背面である下面を研削して該分離面方向に平行な基準面を形成する基準面形成ステップを更に備え、
   該平坦化ステップと該改質面形成ステップは、単結晶インゴットの該基準面側を保持手段で保持した状態で実施される、請求項１記載のウェーハの製造方法。
3. 前記剥離ステップを実施した後、該剥離ステップで分離されて製造されたウェーハの該改質面側を研削又は研磨してウェーハに残存する該改質面を除去する除去ステップを更に備えた請求項１又は２記載のウェーハの製造方法。
4. 前記剥離ステップを実施した後、単結晶インゴットの該改質面側を上面として前記平坦化ステップと、前記改質面形成ステップと、前記剥離ステップと、を繰り返して実施する請求項１〜３の何れかに記載のウェーハの製造方法。

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