特許 6858586 ウエーハ生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6858586

(24)【登録日】2021年3月26日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】ウエーハ生成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20210405BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20210405BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20210405BHJP

   B28D 5/00 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 611Z

   B23K26/53

   B23K26/08 D

   B28D5/00 Z

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-27113(P2017-27113)

(22)【出願日】2017年2月16日

(65)【公開番号】特開2018-133484(P2018-133484A)

(43)【公開日】2018年8月23日

【審査請求日】2019年12月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075177

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 尚純

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100202496

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿角 剛二

(74)【代理人】

【識別番号】100202692

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 吉文

(72)【発明者】

【氏名】平田 和也

(72)【発明者】

【氏名】山本 涼兵

【審査官】 三浦 みちる

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１２４０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１７−５００７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１２９９８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１００３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１５０１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４９１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−０８０１１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２０１３−５０４１７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２３Ｋ ２６／０８

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

Ｂ２８Ｄ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｃ軸とｃ軸に直交するｃ面とを有する単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハを生成するウエーハ生成方法であって、
単結晶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単結晶ＳｉＣインゴットの端面から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単結晶ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射してＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部と改質部からｃ面に等方的に形成されるクラックとからなる剥離層を形成する剥離層形成工程と、
剥離層が形成される外周領域の全部または一部に更にレーザー光線を照射してクラックを成長させて剥離のきっかけを形成する剥離きっかけ形成工程と、
キャビテーションの発生が抑制される温度として０〜２５℃に設定された水中に単結晶ＳｉＣインゴットを浸漬し単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数と近似する周波数以上の周波数を有する超音波を水を介して単結晶ＳｉＣインゴットに付与することによって、剥離層を界面として単結晶ＳｉＣインゴットの一部を剥離しウエーハを生成するウエーハ生成工程と、
から少なくとも構成されるウエーハ生成方法。

【請求項2】

単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数と近似する周波数は単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数の０．８倍である請求項１記載のウエーハ生成方法。

【請求項3】

該剥離層形成工程において、
単結晶ＳｉＣインゴットの端面の垂線とｃ軸とが一致している場合、連続的に形成された改質部からｃ面に等方的に形成されたクラックの幅を超えない範囲で単結晶ＳｉＣインゴットと集光点とを相対的にインデックス送りして改質部を連続的に形成してクラックとクラックとを連結させて剥離層を形成する請求項１記載のウエーハ生成方法。

【請求項4】

該剥離層形成工程において、
単結晶ＳｉＣインゴットの端面の垂線に対してｃ軸が傾いている場合、ｃ面と端面とでオフ角が形成される方向と直交する方向に改質部を連続的に形成して改質部からｃ面に等方的にクラックを形成し、該オフ角が形成される方向にクラックの幅を超えない範囲で単結晶ＳｉＣインゴットと集光点とを相対的にインデックス送りして該オフ角が形成される方向と直交する方向に改質部を連続的に形成して改質部からｃ面に等方的にクラックを順次形成して剥離層を形成する請求項１記載のウエーハ生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハを生成するウエーハ生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイスは、Ｓｉ（シリコン）やＡｌ_２Ｏ_３（サファイア）等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。また、パワーデバイス、ＬＥＤ等は単結晶ＳｉＣ（炭化ケイ素）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たウエーハは、切削装置、レーザー加工装置によって分割予定ラインに加工が施されて個々のデバイスに分割され、分割された各デバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

【0003】

デバイスが形成されるウエーハは、一般的に円柱形状のインゴットをワイヤーソーで薄く切断することにより生成される。切断されたウエーハの表面及び裏面は、研磨することにより鏡面に仕上げられる（特許文献１参照。）。しかし、インゴットをワイヤーソーで切断し、切断したウエーハの表面及び裏面を研磨すると、インゴットの大部分（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。特に単結晶ＳｉＣインゴットにおいては、硬度が高くワイヤーソーでの切断が困難であり相当の時間を要するため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を有している。

【0004】

そこで本出願人は、単結晶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単結晶ＳｉＣインゴットの内部に位置づけて単結晶ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射し切断予定面に剥離層を形成し、剥離層からウエーハを剥離する技術を提案した（特許文献２参照。）。ところが、剥離層からウエーハを剥離することが困難であり生産効率が悪いという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−９４２２１号公報

【特許文献2】特開２０１６−１１１１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハを効率よく剥離することができるウエーハ生成方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために本発明が提供するのは、以下のウエーハ生成方法である。すなわち、ｃ軸とｃ軸に直交するｃ面とを有する単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハを生成するウエーハ生成方法であって、単結晶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単結晶ＳｉＣインゴットの端面から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単結晶ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射してＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部と改質部からｃ面に等方的に形成されるクラックとからなる剥離層を形成する剥離層形成工程と、剥離層が形成される外周領域の全部または一部に更にレーザー光線を照射してクラックを成長させて剥離のきっかけを形成する剥離きっかけ形成工程と、キャビテーションの発生が抑制される温度として０〜２５℃に設定された水中に単結晶ＳｉＣインゴットを浸漬し単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数と近似する周波数以上の周波数を有する超音波を水を介して単結晶ＳｉＣインゴットに付与することによって、剥離層を界面として単結晶ＳｉＣインゴットの一部を剥離しウエーハを生成するウエーハ生成工程と、から少なくとも構成されるウエーハ生成方法である。

【0008】

好ましくは、上記単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数と近似する周波数は単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数の０．８倍である。該剥離層形成工程において、単結晶ＳｉＣインゴットの端面の垂線とｃ軸とが一致している場合、連続的に形成された改質部からｃ面に等方的に形成されたクラックの幅を超えない範囲で単結晶ＳｉＣインゴットと集光点とを相対的にインデックス送りして改質部を連続的に形成してクラックとクラックとを連結させて剥離層を形成するのが好都合である。該剥離層形成工程において、単結晶ＳｉＣインゴットの端面の垂線に対してｃ軸が傾いている場合、ｃ面と端面とでオフ角が形成される方向と直交する方向に改質部を連続的に形成して改質部からｃ面に等方的にクラックを形成し、該オフ角が形成される方向にクラックの幅を超えない範囲で単結晶ＳｉＣインゴットと集光点とを相対的にインデックス送りして該オフ角が形成される方向と直交する方向に改質部を連続的に形成して改質部からｃ面に等方的にクラックを順次形成して剥離層を形成するのが好ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明が提供するウエーハ生成方法は、単結晶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単結晶ＳｉＣインゴットの端面から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単結晶ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射してＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部と改質部からｃ面に等方的に形成されるクラックとからなる剥離層を形成する剥離層形成工程と、剥離層が形成される外周領域の全部または一部に更にレーザー光線を照射してクラックを成長させて剥離のきっかけを形成する剥離きっかけ形成工程と、キャビテーションの発生が抑制される温度として０〜２５℃に設定された水中に単結晶ＳｉＣインゴットを浸漬し単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数と近似する周波数以上の周波数を有する超音波を水を介して単結晶ＳｉＣインゴットに付与することによって、剥離層を界面として単結晶ＳｉＣインゴットの一部を剥離しウエーハを生成するウエーハ生成工程と、から少なくとも構成されているので、剥離のきっかけを介して単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハを効率よく剥離することができ、したがって生産性の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】端面の垂線とｃ軸とが一致している単結晶ＳｉＣインゴットの斜視図。

【図2】剥離層形成工程が実施されている状態を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）。

【図3】上方から見た改質部及びクラックを示す模式図。

【図4】上方から見た改質部を示す模式図。

【図5】剥離層形成工程において改質部が周方向に連続的に形成されている状態を示す斜視図。

【図6】剥離層が形成された外周領域の一部に剥離のきっかけが形成された単結晶ＳｉＣインゴットの斜視図。

【図7】剥離層が形成された外周領域の全部に剥離のきっかけが形成された単結晶ＳｉＣインゴットの斜視図。

【図8】ウエーハ生成工程が実施されている状態を示す正面図（ａ）及び生成されたウエーハの斜視図（ｂ）。

【図9】端面の垂線に対してｃ軸が傾いている単結晶ＳｉＣインゴットの正面図（ａ）、平面図（ｂ）及び斜視図（ｃ）。

【図10】剥離層形成工程が実施されている状態を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）。

【図11】剥離層が形成された単結晶ＳｉＣインゴットの平面図（ａ）、Ｂ−Ｂ線断面図。

【図12】剥離層が形成された外周領域の一部に剥離のきっかけが形成された単結晶ＳｉＣインゴットの斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明のウエーハ生成方法は、単結晶ＳｉＣインゴットのｃ軸が端面の垂線に対して傾いるか否かに関わらず使用することができるところ、まず、端面の垂線とｃ軸とが一致している単結晶ＳｉＣインゴットにおける本発明のウエーハ生成方法の実施形態について図１ないし図８を参照しつつ説明する。

【0012】

図１に示す円柱形状の六方晶単結晶ＳｉＣインゴット２（以下「インゴット２」という。）は、円形状の第一の面４（端面）と、第一の面４と反対側の円形状の第二の面６と、第一の面４及び第二の面６の間に位置する周面８と、第一の面４から第二の面６に至るｃ軸（＜０００１＞方向）と、ｃ軸に直交するｃ面（｛０００１｝面）とを有する。インゴット２においては、第一の面４の垂線１０に対してｃ軸が傾いておらず、垂線１０とｃ軸とが一致している。

【0013】

図示の実施形態では、まず、第一の面４から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さにＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部と改質部からｃ面に等方的に形成されるクラックとからなる剥離層を形成する剥離層形成工程を実施する。剥離層形成工程は、たとえば図２にその一部を示すレーザー加工装置１２を用いて実施することができる。レーザー加工装置１２は、被加工物を保持するチャックテーブル１４と、チャックテーブル１４に保持された被加工物にパルスレーザー光線ＬＢを照射する集光器１６とを備える。チャックテーブル１４は、回転手段によって上下方向に延びる軸線を中心として回転されると共に、Ｘ方向移動手段によってＸ方向に進退され、Ｙ方向移動手段によってＹ方向に進退される（いずれも図示していない。）。集光器１６は、レーザー加工装置１２のパルスレーザー光線発振器から発振され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ための集光レンズ（いずれも図示していない。）を含む。なお、Ｘ方向は図２に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ方向は図２に矢印Ｙで示す方向であってＸ方向に直交する方向である。Ｘ方向及びＹ方向が規定する平面は実質上水平である。

【0014】

剥離層形成工程では、まず、インゴット２の第二の面６とチャックテーブル１４の上面との間に接着剤（たとえばエポキシ樹脂系接着剤）を介在させ、チャックテーブル１４にインゴット２を固定する。あるいは、チャックテーブル１４の上面に複数の吸引孔が形成されており、チャックテーブル１４の上面に吸引力を生成してインゴット２を保持してもよい。次いで、レーザー加工装置１２の撮像手段（図示していない。）によって第一の面４の上方からインゴット２を撮像する。次いで、撮像手段によって撮像されたインゴット２の画像に基づいて、レーザー加工装置１２のＸ方向移動手段及びＹ方向移動手段によってチャックテーブル１４を移動させることによって、インゴット２と集光器１６とのＸＹ平面における位置を調整する。次いで、レーザー加工装置１２の集光点位置調整手段（図示していない。）によって集光器１６を昇降させ、第一の面４から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに集光点ＦＰを位置づける。次いで、インゴット２と集光点ＦＰとを相対的に移動させながら、単結晶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１６からインゴット２に照射する改質部形成加工を行う。図示の実施形態では図２に示すとおり、改質部形成加工において、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４を所定の加工送り速度でＸ方向移動手段によってＸ方向に加工送りしている。改質部形成加工によって、第一の面４から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した直線状の改質部１８をＸ方向に沿って連続的に形成することができると共に、図３に示すとおり、改質部１８からｃ面に沿って等方的に延びるクラック２０を形成することができる。図３に改質部１８を中心としてクラック２０が形成される領域を二点鎖線で示す。図４を参照して説明すると、改質部１８の直径をＤとし、加工送り方向において隣接する集光点ＦＰの間隔をＬとすると、Ｄ＞Ｌの関係（すなわち、加工送り方向であるＸ方向において隣接する改質部１８と改質部１８とが重複する関係）を有する領域で改質部１８からｃ面に沿って等方的にクラック２０が形成される。加工送り方向において隣接する集光点ＦＰの間隔Ｌは、集光点ＦＰとチャックテーブル１４との相対速度Ｖ、及びパルスレーザー光線ＬＢの繰り返し周波数Ｆにより規定される（Ｌ＝Ｖ／Ｆ）。図示の実施形態では、集光点ＦＰに対するチャックテーブル１４のＸ方向への加工送り速度Ｖと、パルスレーザー光線ＬＢの繰り返し周波数Ｆとを調整することによってＤ＞Ｌの関係を満たすことができる。

【0015】

剥離層形成工程では改質部形成加工に続いて、クラック２０の幅を超えない範囲で、インゴット２と集光点ＦＰとを相対的にインデックス送りする。図示の実施形態ではインデックス送りにおいて、クラック２０の幅を超えない範囲で、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４をＹ方向移動手段によってＹ方向に所定インデックス量Ｌｉだけインデックス送りしている。そして、改質部形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、Ｘ方向に沿って連続的に延びる改質部１８をＹ方向にインデックス量Ｌｉの間隔をおいて複数形成すると共に、Ｙ方向において隣接するクラック２０とクラック２０とを連結させる。これによって、第一の面４から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部１８と改質部１８からｃ面に等方的に形成されるクラック２０とからなる、インゴット２からウエーハを剥離するための剥離層２２を形成することができる。なお、剥離層形成工程では、改質部形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、インゴット２の同じ部分に改質部形成加工を複数回（たとえば４回）行ってもよい。

【0016】

剥離層形成工程の改質部形成加工においては、インゴット２と集光点ＦＰとを相対的に移動すればよく、たとえば図５に示すとおり、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４を上方からみて反時計回り（時計回りでもよい。）に所定の回転速度でレーザー加工装置１２の回転手段によって回転させながら、単結晶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１６からインゴット２に照射してもよい。これによって、第一の面４から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した環状の改質部１８をインゴット２の周方向に沿って連続的に形成することができると共に、改質部１８からｃ面に沿って等方的に延びるクラック２０を形成することができる。上述したとおり、改質部１８の直径をＤとし、加工送り方向において隣接する集光点ＦＰの間隔をＬとすると、Ｄ＞Ｌの関係を有する領域で改質部１８からｃ面に沿って等方的にクラック２０が形成され、また加工送り方向において隣接する集光点ＦＰの間隔Ｌは、集光点ＦＰとチャックテーブル１４との相対速度Ｖ、及びパルスレーザー光線ＬＢの繰り返し周波数Ｆにより規定される（Ｌ＝Ｖ／Ｆ）ところ、図５に示す場合には、集光点ＦＰ位置における集光点ＦＰに対するチャックテーブル１４の周速度Ｖと、パルスレーザー光線ＬＢの繰り返し周波数Ｆとを調整することによってＤ＞Ｌの関係を満たすことができる。

【0017】

改質部形成加工をインゴット２の周方向に沿って環状に行った場合には、クラック２０の幅を超えない範囲で、たとえば、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４をＸ方向移動手段又はＹ方向移動手段によってインゴット２の径方向に所定インデックス量Ｌｉだけインデックス送りする。そして、改質部形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、インゴット２の周方向に沿って連続的に延びる改質部１８をインゴット２の径方向にインデックス量Ｌｉの間隔をおいて複数形成すると共に、インゴット２の径方向において隣接するクラック２０とクラック２０とを連結させる。これによって、第一の面４から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部１８と改質部１８からｃ面に等方的に形成されるクラック２０とからなる、インゴット２からウエーハを剥離するための剥離層２２を形成することができる。なお、図５に示す場合においても、改質部形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、インゴット２の同じ部分に改質部形成加工を複数回（たとえば４回）行ってもよい。

【0018】

図６を参照して説明する。剥離層形成工程を実施した後、剥離層２２が形成される外周領域の全部または一部に更にレーザー光線を照射してクラック２０を成長させて適宜の幅Ｌｓの剥離のきっかけ２３を形成する剥離きっかけ形成工程を実施する。剥離きっかけ形成工程は、上述のレーザー加工装置１２を用いて実施することができる。剥離きっかけ形成工程では、剥離層形成工程においてレーザー加工装置１２の撮像手段によって撮像されたインゴット２の画像に基づいて、レーザー加工装置１２のＸ方向移動手段及びＹ方向移動手段によって、インゴット２を固定したチャックテーブル１４を移動させることによって、剥離層２２が形成されたインゴット２の外周の上方に集光器１６を位置づける。集光点ＦＰの上下方向位置は、剥離層形成工程における集光点ＦＰの上下方向位置と同一であり、すなわち、第一の面４から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さである。次いで、インゴット２と集光点ＦＰとを相対的に移動させながら、単結晶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１６からインゴット２に照射してクラック２０を成長させる剥離きっかけ形成加工を行う。図示の実施形態では剥離きっかけ形成加工において、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４を所定の加工送り速度でＸ方向移動手段によってＸ方向に加工送りしている。

【0019】

剥離きっかけ形成工程では剥離きっかけ形成加工に続いて、インゴット２と集光点ＦＰとを相対的にインデックス送りする。図示の実施形態ではインデックス送りにおいて、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４をＹ方向移動手段によってＹ方向に所定インデックス量Ｌｉだけインデックス送りしている。剥離きっかけ形成工程のインデックス送りにおけるインデックス量は、剥離層形成工程のインデックス送りにおけるインデックス量と同一でよい。そして、剥離きっかけ形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、剥離層２２が形成される外周領域の全部または一部（図示の実施形態では図６に示すとおり、剥離層２２が形成された外周領域の一部）に剥離のきっかけ２３を形成することができる。剥離のきっかけ２３は、剥離層２２における他の部分と比較して、パルスレーザー光線ＬＢの照射回数が多く強度がより低下しているため剥離が生じやすく、剥離の起点となる部分である。剥離のきっかけ２３の幅Ｌｓ（図示の実施形態ではＹ方向における幅）は１０ｍｍ程度でよい。なお、剥離きっかけ形成工程では、剥離きっかけ形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、インゴット２の同じ部分に剥離きっかけ形成加工を複数回（たとえば４回）行ってもよい。また、剥離きっかけ形成工程は剥離層形成工程の前に実施してもよい。

【0020】

剥離きっかけ形成工程の剥離きっかけ形成加工においては、インゴット２と集光点ＦＰとを相対的に移動すればよく、たとえば上述の図５に示す場合には、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４を上方からみて反時計回り（時計回りでもよい。）に所定の回転速度でレーザー加工装置１２の回転手段によって回転させながら、単結晶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１６からインゴット２に照射してクラック２０を成長させることもできる。

【0021】

剥離きっかけ形成加工をインゴット２の周方向に沿って環状に行った場合には、たとえば、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４をＸ方向移動手段又はＹ方向移動手段によってインゴット２の径方向に所定インデックス量Ｌｉだけインデックス送りする。剥離きっかけ形成加工をインゴット２の周方向に沿って環状に行った場合にも、剥離きっかけ形成工程のインデックス送りにおけるインデックス量は、剥離層形成工程のインデックス送りにおけるインデックス量と同一でよい。剥離きっかけ形成加工をインゴット２の周方向に沿って環状に行って剥離層２２が形成された外周領域の全部に剥離のきっかけ２３を形成した場合を図７に示す。図７に示す場合においても、剥離のきっかけ２３の幅Ｌｓ（インゴット２の径方向における幅）は１０ｍｍ程度でよく、また、剥離きっかけ形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、インゴット２の同じ部分に剥離きっかけ形成加工を複数回（たとえば４回）行ってもよい。

【0022】

剥離きっかけ形成工程を実施した後、剥離層２２を界面としてインゴット２の一部を剥離してウエーハを生成するウエーハ生成工程を実施する。ウエーハ生成工程は、たとえば図８に示す剥離装置２４を用いて実施することができる。剥離装置２４は、液体２６を収容する液槽２８と、液槽２８内に配置された超音波振動板３０と、超音波振動板３０に超音波振動を付与する超音波振動付与手段３２とを備える。

【0023】

図８を参照して説明を続けると、ウエーハ生成工程では、まず、剥離層２２及び剥離のきっかけ２３から近い方の端面である第一の面４を上に向けて、インゴット２を液槽２８内に入れ液体２６中に浸漬すると共に超音波振動板３０の上面に載せる。次いで、インゴット２の固有振動数と近似する周波数以上の周波数を有する超音波振動を超音波振動付与手段３２から超音波振動板３０に付与する。そうすると、インゴット２の固有振動数と近似する周波数以上の周波数を有する超音波が超音波振動板３０から液体２６を介してインゴット２に付与される。これによって、剥離のきっかけ２３を起点に剥離層２２を界面としてインゴット２の一部を効率よく剥離してウエーハ３４を生成することができ、したがって生産性の向上が図られる。

【0024】

なお、インゴット２の固有振動数と近似する周波数とは、インゴット２を液体２６中に浸漬し液体２６を介してインゴット２に超音波を付与することによって剥離層２２を界面としてインゴット２の一部を剥離する際に、インゴット２の固有振動数よりも所定量低い周波数から徐々に超音波の周波数を上昇させたときに、剥離のきっかけ２３を起点に剥離層２２を界面とするインゴット２の一部剥離が開始する周波数であり、インゴット２の固有振動数よりも小さい周波数である。具体的には、インゴット２の固有振動数と近似する周波数はインゴット２の固有振動数の０．８倍程度である。また、ウエーハ生成工程を実施する際の液層２８内の液体２６は水であり、水の温度は、超音波振動付与手段３２から超音波振動板３０に超音波振動が付与された際にキャビテーションの発生が抑制される温度に設定されているのが好ましい。具体的には、水の温度が０〜２５℃に設定されているのが好適であり、これによって超音波のエネルギーがキャビテーションに変換されることなく、効果的にインゴット２に超音波のエネルギーを付与することができる。

【0025】

次に、端面の垂線に対してｃ軸が傾いている単結晶ＳｉＣインゴットにおける本発明のウエーハ生成方法の実施形態について図９ないし図１２を参照しつつ説明する。

【0026】

図９に示す全体として円柱形状の六方晶単結晶ＳｉＣインゴット４０（以下「インゴット４０」という。）は、円形状の第一の面４２（端面）と、第一の面４２と反対側の円形状の第二の面４４と、第一の面４２及び第二の面４４の間に位置する周面４６と、第一の面４２から第二の面４４に至るｃ軸（＜０００１＞方向）と、ｃ軸に直交するｃ面（｛０００１｝面）とを有する。インゴット４０においては、第一の面４２の垂線４８に対してｃ軸が傾いており、ｃ面と第一の面４２とでオフ角α（たとえばα＝１、３、６度）が形成されている。オフ角αが形成される方向を図９に矢印Ａで示す。また、インゴット４０の周面４６には、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５０及び第二のオリエンテーションフラット５２が形成されている。第一のオリエンテーションフラット５０は、オフ角αが形成される方向Ａに平行であり、第二のオリエンテーションフラット５２は、オフ角αが形成される方向Ａに直交している。図９（ｂ）に示すとおり、垂線４８の方向にみて、第二のオリエンテーションフラット５２の長さＬ２は、第一のオリエンテーションフラット５０の長さＬ１よりも短い（Ｌ２＜Ｌ１）。

【0027】

図示の実施形態では、まず、第一の面４２から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さにＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部と改質部からｃ面に等方的に形成されるクラックとからなる剥離層を形成する剥離層形成工程を実施する。剥離層形成工程は、上述のレーザー加工装置１２を用いて実施することができる。剥離層形成工程では、まず、インゴット４０の第二の面４４とチャックテーブル１４の上面との間に接着剤（たとえばエポキシ樹脂系接着剤）を介在させ、チャックテーブル１４にインゴット４０を固定する。あるいは、チャックテーブル１４の上面に複数の吸引孔が形成されており、チャックテーブル１４の上面に吸引力を生成してインゴット４０を保持してもよい。次いで、レーザー加工装置１２の撮像手段によって第一の面４２の上方からインゴット４０を撮像する。次いで、撮像手段によって撮像されたインゴット４０の画像に基づいて、レーザー加工装置１２のＸ方向移動手段、Ｙ方向移動手段及び回転手段によってチャックテーブル１４を移動及び回転させることによって、インゴット４０の向きを所定の向きに調整すると共に、インゴット４０と集光器１６とのＸＹ平面における位置を調整する。インゴット４０の向きを所定の向きに調整する際は、図１０（ａ）に示すとおり、第一のオリエンテーションフラット５０をＹ方向に整合させると共に、第二のオリエンテーションフラット５２をＸ方向に整合させることによって、オフ角αが形成される方向ＡをＹ方向に整合させると共に、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向をＸ方向に整合させる。次いで、レーザー加工装置１２の集光点位置調整手段によって集光器１６を昇降させ、第一の面４２から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに集光点ＦＰを位置づける。次いで、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向と整合しているＸ方向にインゴット４０と集光点ＦＰとを相対的に移動させながら、単結晶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１６からインゴット４０に照射する改質部形成加工を行う。図示の実施形態では図１０に示すとおり、改質部形成加工において、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４を所定の加工送り速度でＸ方向移動手段によってＸ方向に加工送りしている。改質部形成加工によって、第一の面４２から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した直線状の改質部１８をオフ角αが形成される方向Ａと直交する方向（Ｘ方向）に沿って連続的に形成することができると共に、図１１に示すとおり、改質部５４からｃ面に沿って等方的に延びるクラック５６を形成することができる。上述したとおり、改質部５４の直径をＤとし、加工送り方向において隣接する集光点ＦＰの間隔をＬとすると、Ｄ＞Ｌの関係を有する領域で改質部５４からｃ面に沿って等方的にクラック５６が形成され、また加工送り方向において隣接する集光点ＦＰの間隔Ｌは、集光点ＦＰとチャックテーブル１４との相対速度Ｖ、及びパルスレーザー光線ＬＢの繰り返し周波数Ｆにより規定される（Ｌ＝Ｖ／Ｆ）ところ、本実施形態では、集光点ＦＰに対するチャックテーブル１４のＸ方向への加工送り速度Ｖと、パルスレーザー光線ＬＢの繰り返し周波数Ｆとを調整することによってＤ＞Ｌの関係を満たすことができる。

【0028】

剥離層形成工程では改質部形成加工に続いて、クラック５６の幅を超えない範囲で、オフ角αが形成される方向Ａに整合しているＹ方向にインゴット４０と集光点ＦＰとを相対的にインデックス送りする。図示の実施形態ではインデックス送りにおいて、クラック５６の幅を超えない範囲で、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４をＹ方向移動手段によってＹ方向に所定インデックス量Ｌｉ’だけインデックス送りしている。そして、改質部形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に沿って連続的に延びる改質部５４を、オフ角αが形成される方向Ａにインデックス量Ｌｉ’の間隔をおいて複数形成すると共に、オフ角αが形成される方向Ａにおいて隣接するクラック５６とクラック５６とを連結させる。これによって、第一の面４２から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した改質部５４と改質部５４からｃ面に等方的に形成されるクラック５６とからなる、インゴット４０からウエーハを剥離するための剥離層５８を形成することができる。なお、剥離層形成工程では、改質部形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、インゴット４０の同じ部分に改質部形成加工を複数回（たとえば４回）行ってもよい。

【0029】

図１２を参照して説明する。剥離層形成工程を実施した後、剥離層５８が形成される外周領域の全部または一部に更にレーザー光線を照射してクラック５６を成長させて適宜の幅Ｌｓ’の剥離のきっかけ５９を形成する剥離きっかけ形成工程を実施する。剥離きっかけ形成工程は、上述のレーザー加工装置１２を用いて実施することができる。剥離きっかけ形成工程では、剥離層形成工程においてレーザー加工装置１２の撮像手段によって撮像されたインゴット４０の画像に基づいて、レーザー加工装置１２のＸ方向移動手段、Ｙ方向移動手段及び回転手段によって、インゴット４０を固定したチャックテーブル１４を移動及び回転させることによって、剥離層５８が形成されたインゴット４０の向きを調整すると共に、インゴット４０の外周の上方に集光器１６を位置づける。インゴット４０の向きについては、剥離層形成工程と同様に、第一のオリエンテーションフラット５０をＹ方向に整合させると共に、第二のオリエンテーションフラット５２をＸ方向に整合させることによって、オフ角αが形成される方向ＡをＹ方向に整合させると共に、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向をＸ方向に整合させる。また、集光点ＦＰの上下方向位置は、剥離層形成工程における集光点ＦＰの上下方向位置と同一であり、すなわち、第一の面４２から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さである。次いで、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向と整合しているＸ方向にインゴット４０と集光点ＦＰとを相対的に移動させながら、単結晶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１６からインゴット４０に照射してクラック５６を成長させる剥離きっかけ形成加工を行う。図示の実施形態では剥離きっかけ形成加工において、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４を所定の加工送り速度でＸ方向移動手段によってＸ方向に加工送りしている。

【0030】

剥離きっかけ形成工程では剥離きっかけ形成加工に続いて、オフ角αが形成される方向Ａに整合しているＹ方向にインゴット４０と集光点ＦＰとを相対的にインデックス送りする。図示の実施形態ではインデックス送りにおいて、集光点ＦＰを移動させずに集光点ＦＰに対してチャックテーブル１４をＹ方向移動手段によってＹ方向に所定インデックス量Ｌｉ’だけインデックス送りしている。剥離きっかけ形成工程のインデックス送りにおけるインデックス量は、剥離層形成工程のインデックス送りにおけるインデックス量と同一でよい。そして、剥離きっかけ形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、剥離層５８が形成される外周領域の全部または一部（図示の実施形態では図１２に示すとおり、剥離層５８が形成された外周領域の一部）に剥離のきっかけ５９を形成することができる。剥離のきっかけ５９は、剥離層５８における他の部分と比較して、パルスレーザー光線ＬＢの照射回数が多く強度がより低下しているため剥離が生じやすく、剥離の起点となる部分である。剥離のきっかけ５９の幅Ｌｓ（図示の実施形態ではＹ方向における幅）は１０ｍｍ程度でよい。なお、剥離きっかけ形成工程では、剥離きっかけ形成加工とインデックス送りとを交互に繰り返すことにより、インゴット４０の同じ部分に剥離きっかけ形成加工を複数回（たとえば４回）行ってもよい。また、剥離きっかけ形成工程は剥離層形成工程の前に実施してもよい。

【0031】

剥離きっかけ形成工程を実施した後、剥離層５８を界面としてインゴット４０の一部を剥離してウエーハを生成するウエーハ生成工程を実施する。ウエーハ生成工程は、上述の剥離装置２４を用いて実施することができる。ウエーハ生成工程では、まず、剥離層５８及び剥離のきっかけ５９から近い方の端面である第一の面４２を上に向けて、インゴット４０を液槽２８内に入れ液体２６中に浸漬すると共に超音波振動板３０の上面に載せる。次いで、インゴット４０の固有振動数と近似する周波数以上の周波数を有する超音波振動を超音波振動付与手段３２から超音波振動板３０に付与する。そうすると、インゴット４０の固有振動数と近似する周波数以上の周波数を有する超音波が超音波振動板３０から液体２６を介してインゴット４０に付与される。これによって、剥離のきっかけ５９を起点に剥離層５８を界面としてインゴット４０の一部を効率よく剥離してウエーハを生成することができ、したがって生産性の向上が図られる。

【0032】

本実施形態においても、インゴット４０の固有振動数と近似する周波数とは、インゴット４０を液体２６中に浸漬し液体２６を介してインゴット４０に超音波を付与することによって剥離層５８を界面としてインゴット４０の一部を剥離する際に、インゴット４０の固有振動数よりも所定量低い周波数から徐々に超音波の周波数を上昇させたときに、剥離のきっかけ５９を起点に剥離層５８を界面とするインゴット４０の一部剥離が開始する周波数であり、インゴット４０の固有振動数よりも小さい周波数である。具体的には、インゴット４０の固有振動数と近似する周波数はインゴット４０の固有振動数の０．８倍程度である。また、ウエーハ生成工程を実施する際の液層２８内の液体２６は水であり、水の温度は、超音波振動付与手段３２から超音波振動板３０に超音波振動が付与された際にキャビテーションの発生が抑制される温度に設定されているのが好ましい。具体的には、水の温度が０〜２５℃に設定されているのが好適であり、これによって超音波のエネルギーがキャビテーションに変換されることなく、効果的にインゴット４０に超音波のエネルギーを付与することができる。

【0033】

ここで、単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数と近似する周波数と、剥離装置の液槽に収容する液体の温度とについて、下記のレーザー加工条件下で本発明者が行った実験の結果に基づいて説明する。

【0034】

［レーザー加工条件］
パルスレーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数Ｆ ：６０ｋＨｚ
平均出力 ：１．５Ｗ
パルス幅 ：４ｎｓ
スポット径 ：３μｍ
集光レンズの開口数（ＮＡ） ：０．６５
加工送り速度Ｖ ：２００ｍｍ／ｓ

【0035】

［実験１］適正な剥離層の形成
厚み３ｍｍの単結晶ＳｉＣインゴットの端面から１００μｍ内側にパルスレーザー光線の集光点を位置づけて単結晶ＳｉＣインゴットにパルスレーザー光線を照射し、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した直径φ１７μｍの改質部を形成し、加工送り方向において隣接する改質部同士の重なり率Ｒ＝８０％で連続的に改質部を形成し、改質部からｃ面に等方的に直径φ１５０μｍのクラックを形成した。その後、集光器を１５０μｍインデックス送りして同様に改質部を連続的に形成すると共にクラックを形成してウエーハの厚みに相当する１００μｍの深さに剥離層を形成した。なお、改質部同士の重なり率Ｒは、改質部の直径Ｄ＝φ１７μｍと、加工送り方向において隣接する集光点同士の間隔Ｌとから、次のとおりに算出される。また、加工送り方向において隣接する集光点同士の間隔Ｌは、上述のとおり、加工送り速度Ｖ（本実験では２００ｍｍ／ｓ）と、パルスレーザー光線の繰り返し周波数Ｆ（本実験では６０ｋＨｚ）とで規定される（Ｌ＝Ｖ／Ｆ）。
Ｒ＝（Ｄ−Ｌ）／Ｄ
＝｛Ｄ−（Ｖ／Ｆ）｝／Ｄ
＝［１７（μｍ）−｛２００（ｍｍ／ｓ）／６０（ｋＨｚ）｝］／１７（μｍ）
＝［１７×１０^−６（ｍ）−｛２００×１０^−３（ｍ／ｓ）／６０×１０^３（Ｈｚ）
｝］／１７×１０^−６（ｍ）
＝０．８

【0036】

［実験２］固有振動数に対する超音波の周波数依存性
厚み３ｍｍの上記単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数を求めたところ２５ｋＨｚであった。そこで実験２では、実験１で剥離層を形成した上記単結晶ＳｉＣインゴットを２５℃の水に浸漬して付与する超音波の出力を１００Ｗとし、超音波の周波数を１０ｋＨｚ、１５ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、２３ｋＨｚ、２５ｋＨｚ、２７ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１２０ｋＨｚ、１５０ｋＨｚと上昇させ、実験１で形成した剥離層を界面として上記単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハが剥離する時間を計測して周波数依存性を検証した。
［実験２の結果］
周波数 剥離時間
１０ｋＨｚ １０分経過しても剥離しなかった：ＮＧ
１５ｋＨｚ １０分経過しても剥離しなかった：ＮＧ
２０ｋＨｚ ９０秒で剥離した
２３ｋＨｚ ３０秒で剥離した
２５ｋＨｚ ２５秒で剥離した
２７ｋＨｚ ３０秒で剥離した
３０ｋＨｚ ７０秒で剥離した
４０ｋＨｚ １７０秒で剥離した
５０ｋＨｚ ２００秒で剥離した
１００ｋＨｚ ２２０秒で剥離した
１２０ｋＨｚ ２４０秒で剥離した
１５０ｋＨｚ ３００秒で剥離した

【0037】

［実験３］超音波の出力依存性
実験２では超音波の出力を１００Ｗに固定し、超音波の周波数を変化させて、実験１で剥離層を形成した上記単結晶ＳｉＣインゴットからのウエーハの剥離時間を計測したが、実験３では、超音波の周波数毎に超音波の出力を２００Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗ、５００Ｗと上昇させ、実験１で形成した剥離層を界面として上記単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハが剥離する時間を計測して出力依存性を検証した。なお、下記「ＮＧ」は、実験２の結果と同様に、単結晶ＳｉＣインゴットに超音波の付与を開始してから１０分経過しても単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハが剥離しなかったことを意味する。
［実験３の結果］
出力毎の剥離時間
周波数 ２００Ｗ ３００Ｗ ４００Ｗ ５００Ｗ
１０ｋＨｚ ＮＧ ＮＧ ＮＧ ＮＧ
１５ｋＨｚ ＮＧ ＮＧ ＮＧ ＮＧ
２０ｋＨｚ ５０秒 ３３秒 １５秒 ６秒
２３ｋＨｚ １６秒 １０秒 ４秒 ３秒
２５ｋＨｚ ３秒 １秒 １秒以下 １秒以下
２７ｋＨｚ １５秒 １１秒 ５秒 ２秒
３０ｋＨｚ ４８秒 ４０秒 １８秒 ３秒
４０ｋＨｚ ９０秒 ４７秒 ２３秒 ４秒
５０ｋＨｚ １００秒 ５８秒 ２４秒 ６秒
１００ｋＨｚ １２６秒 ６３秒 ２６秒 ７秒
１２０ｋＨｚ １５０秒 ７０秒 ２７秒 ８秒
１５０ｋＨｚ １７０秒 ８２秒 ４２秒 ２０秒

【0038】

［実験４］温度依存性
実験４では、実験１で剥離層を形成した上記単結晶ＳｉＣインゴットを浸漬する水の温度を０℃から上昇させ、実験１で形成した剥離層を界面として上記単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハが剥離する時間を計測して温度依存性を検証した。なお、実験４では、超音波の周波数を２５ｋＨｚに設定し、超音波の出力を５００Ｗに設定した。
［実験４の結果］
温度 剥離時間
０℃ ０．０７秒
５℃ ０．０９秒
１０℃ ０．１２秒
１５℃ ０．６秒
２０℃ ０．８秒
２５℃ ０．９秒
３０℃ ３．７秒
３５℃ ４．２秒
４０℃ ６．１秒
４５℃ ７．１秒
５０℃ ８．２秒

【0039】

実験２の結果から、剥離層を界面として単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハを剥離するための超音波の周波数は単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数（本実験で用いた単結晶ＳｉＣインゴットにおいては２５ｋＨｚ）に依存し、単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数と近似する２０ｋＨｚ（単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数の０．８倍の周波数）であることを確認することができた。また、単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数の近傍の２０〜３０ｋＨｚ（単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数の０．８〜１．５倍の周波数）で、剥離層を界面として単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハが効果的に（比較的短い時間で）剥離することを確認することができた。また、実験３の結果から、単結晶ＳｉＣインゴットの固有振動数の近傍の２０〜３０ｋＨｚを超える周波数であっても、超音波の出力を高めることにより、剥離層を界面として単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハが効果的に剥離することを確認することができた。さらに、実験４の結果から、剥離装置の液槽に収容する液体が水である場合に、水の温度が２５℃を超えると超音波のエネルギーがキャビテーションに変換されてしまうため、剥離層を界面として単結晶ＳｉＣインゴットからウエーハを効果的に剥離することができないことを確認することができた。

【符号の説明】

【0040】

２：端面の垂線とｃ軸とが一致している単結晶ＳｉＣインゴット
４：第一の面（端面）
１０：垂線
１８：改質部
２０：クラック
２２：剥離層
２３：剥離のきっかけ
２６：液体
３４：ウエーハ
４０：端面の垂線に対してｃ軸が傾いている単結晶ＳｉＣインゴット
４２：第一の面（端面）
４８：垂線
５４：改質部
５６：クラック
５８：剥離層
５９：剥離のきっかけ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】