特許 7596035 単結晶炭化珪素基板の加工方法

(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】

(24)【登録日】2024-11-29

(45)【発行日】2024-12-09

(54)【発明の名称】単結晶炭化珪素基板の加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20241202BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 631

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021053588

(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公開番号】P2022150811

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2024-02-19

(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】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(74)【代理人】

【識別番号】100189773

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 英哲

(74)【代理人】

【識別番号】100184055

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 貴之

(74)【代理人】

【識別番号】100185959

【弁理士】

【氏名又は名称】今藤 敏和

(72)【発明者】

【氏名】村澤 尚樹

(72)【発明者】

【氏名】高橋 邦充

【審査官】杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－６７７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－６７７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１２３９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－３４６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６０９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１３６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２２１２８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１９５２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２２８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２３Ｋ ２６／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の面と、該第１の面の反対側に位置する第２の面と、を備え、該第１の面と該第２の面とに対してｃ軸が交差する単結晶炭化珪素基板を加工する際に用いられる単結晶炭化珪素基板の加工方法であって、
該単結晶炭化珪素基板に対し、波長が９μｍ～１１μｍのパルスレーザービームを該第１の面側に照射するレーザービーム照射ステップと、
該パルスレーザービームが照射された該単結晶炭化珪素基板の該第１の面側に対し、研削用の砥石を含む研削ホイールを回転させながら該砥石を接触させて、該単結晶炭化珪素基板を研削する研削ステップと、を含み、
該レーザービーム照射ステップでは、該単結晶炭化珪素基板に照射される該パルスレーザービームの該第１の面上の被照射領域と、該単結晶炭化珪素基板に次に照射される該パルスレーザービームの該第１の面上の被照射領域と、の一部が重なるように、該パルスレーザービームの照射予定領域を該第１の面上で移動させ、該パルスレーザービームの照射により該単結晶炭化珪素基板の被照射領域を含む部位を加熱することで、加熱された該部位を該単結晶炭化珪素基板の残りの部位から剥離させて除去する単結晶炭化珪素基板の加工方法。

【請求項2】

該レーザービーム照射ステップでは、該部位の深さが該第１の面から３０μｍ未満となる条件で、該パルスレーザービームを該単結晶炭化珪素基板に照射する請求項１に記載の単結晶炭化珪素基板の加工方法。

【請求項3】

該単結晶炭化珪素基板の該第２の面は、複数のデバイスを含むデバイス領域と、該デバイス領域を囲む外周余剰領域と、を有し、
該レーザービーム照射ステップでは、該単結晶炭化珪素基板の該デバイス領域とは反対側に位置する該第１の面側の領域に対し、該パルスレーザービームを照射し、
該研削ステップでは、該単結晶炭化珪素基板の該第１の面側の領域を研削し、円盤状の薄板部を形成するとともに、該薄板部を囲む環状の厚板部を形成する請求項１又は請求項２に記載の単結晶炭化珪素基板の加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、単結晶炭化珪素基板の加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

小型で軽量なデバイスチップを実現するために、集積回路等のデバイスが表面側に設けられた半導体基板（半導体ウェーハ）を薄く加工する機会が増えている。例えば、半導体基板の表面側をチャックテーブルで保持し、砥粒を含む研削用の砥石が固定された研削ホイールとチャックテーブルとを互いに回転させながら、半導体基板の裏面に砥石を押し当てることで、この半導体基板を研削して薄くできる。

【0003】

ところで、インバータに代表されるパワーエレクトロニクス機器には、電力の制御に適したパワーデバイスと呼ばれる半導体素子が組み込まれる。このパワーデバイスは、例えば、単結晶珪素（Ｓｉ）等に比べて高耐圧化及び低損失化の観点で有利な単結晶炭化珪素（ＳｉＣ）でなる基板（以下、単結晶炭化珪素基板）を用いて製造される。

【0004】

一方で、単結晶炭化珪素は非常に硬いため、上述した方法で単結晶炭化珪素基板を研削すると、砥石が大きく消耗してしまう。そこで、近年では、単結晶炭化珪素基板の表面から所定の深さの複数の領域をレーザービームで改質し、この複数の領域を含む面を境に、単結晶炭化珪素基板を薄い２枚の単結晶炭化珪素基板に分離する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

レーザービームによって改質された領域は他の領域に比べて脆く、また、隣接する２つの改質された領域の間にはクラックが発生するので、この技術を用いることで、単結晶炭化珪素基板を小さな力で簡単に２枚に分離して薄くできる。つまり、後の研削によって除去すべき量（厚み）が減るので、砥石の消耗を小さく抑えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－２８０７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上述した技術では、単結晶炭化珪素基板の表面から１００μｍ未満の浅い位置を改質し、この浅い位置で単結晶炭化珪素基板を２枚に分離することが難しい。そのため、例えば、単結晶炭化珪素基板から除去されるべき量が少ない場合（すなわち、表面から近い位置に分離の際の境界を配置すべき場合）には、上述の技術を採用できなかった。

【0008】

また、上述の技術では、砥石の消耗を小さく抑えることができる代わりに、単結晶炭化珪素基板をレーザービームによって改質する工程と、力を加えて単結晶炭化珪素基板を２枚に分離するという工程と、を新たに必要とする。そのため、加工に要するコスト等の観点から、より有利な技術が求められていた。

【0009】

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、除去すべき量が少ない場合（除去すべき厚みが小さい場合）に採用でき、加工に要するコストも低く抑えられる新たな単結晶炭化珪素基板の加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一側面によれば、第１の面と、該第１の面の反対側に位置する第２の面と、を備え、該第１の面と該第２の面とに対してｃ軸が交差する単結晶炭化珪素基板を加工する際に用いられる単結晶炭化珪素基板の加工方法であって、該単結晶炭化珪素基板に対し、波長が９μｍ～１１μｍのパルスレーザービームを該第１の面側に照射するレーザービーム照射ステップと、該パルスレーザービームが照射された該単結晶炭化珪素基板の該第１の面側に対し、研削用の砥石を含む研削ホイールを回転させながら該砥石を接触させて、該単結晶炭化珪素基板を研削する研削ステップと、を含み、該レーザービーム照射ステップでは、該単結晶炭化珪素基板に照射される該パルスレーザービームの該第１の面上の被照射領域と、該単結晶炭化珪素基板に次に照射される該パルスレーザービームの該第１の面上の被照射領域と、の一部が重なるように、該パルスレーザービームの照射予定領域を該第１の面上で移動させ、該パルスレーザービームの照射により該単結晶炭化珪素基板の被照射領域を含む部位を加熱することで、加熱された該部位を該単結晶炭化珪素基板の残りの部位から剥離させて除去する単結晶炭化珪素基板の加工方法が提供される。

【0011】

好ましくは、該レーザービーム照射ステップでは、該部位の深さが該第１の面から３０μｍ未満となる条件で、該パルスレーザービームを該単結晶炭化珪素基板に照射する。

【0012】

好ましくは、該単結晶炭化珪素基板の該第２の面は、複数のデバイスを含むデバイス領域と、該デバイス領域を囲む外周余剰領域と、を有し、該レーザービーム照射ステップでは、該単結晶炭化珪素基板の該デバイス領域とは反対側に位置する該第１の面側の領域に対し、該パルスレーザービームを照射し、該研削ステップでは、該単結晶炭化珪素基板の該第１の面側の領域を研削し、円盤状の薄板部を形成するとともに、該薄板部を囲む環状の厚板部を形成する。

【発明の効果】

【0013】

本発明の一側面にかかる単結晶炭化珪素基板の加工方法では、単結晶炭化珪素基板にパルスレーザービームを照射する際に、パルスレーザービームの被照射領域が部分的に重なるようにパルスレーザービームの照射予定領域を移動させ、パルスレーザービームの照射により単結晶炭化珪素基板の被照射領域を含む部位を加熱することで、加熱された部位を単結晶炭化珪素基板の残りの部位から剥離させて除去する。

【0014】

そのため、パルスレーザービームの照射の条件を変更するだけで、単結晶炭化珪素基板の除去される部位の大きさを容易に調整できる。すなわち、除去すべき量が少ない場合（除去すべき厚みが小さい場合）にも、本発明の一側面にかかる単結晶炭化珪素基板の加工方法を採用できる。

【0015】

また、パルスレーザービームの照射に伴う加熱の影響で、単結晶炭化珪素基板の加熱された部位が自然に剥離されるので、パルスレーザービームを照射した後に、剥離のための力を単結晶炭化珪素基板に加えて、加熱された部位を剥離する必要がない。よって、レーザービームを照射した後に力を加える必要のある従来の方法に比べて、加工に要するコストを低く抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、単結晶炭化珪素基板の例を示す斜視図である。

【図2】図２は、単結晶炭化珪素基板の例を示す側面図である。

【図3】図３は、レーザー加工装置の例を示す斜視図である。

【図4】図４は、単結晶炭化珪素基板がチャックテーブルにより保持される様子を示す斜視図である。

【図5】図５は、単結晶炭化珪素基板にパルスレーザービームが照射される様子を示す斜視図である。

【図6】図６は、パルスレーザービームの被照射領域の例を示す平面図である。

【図7】図７は、パルスレーザービームにより加熱された部位の例を示す断面図である。

【図8】図８は、加熱された部位が除去された単結晶炭化珪素基板の例を示す断面図である。

【図9】図９は、研削装置の例を示す斜視図である。

【図10】図１０は、単結晶炭化珪素基板が研削される様子を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる単結晶炭化珪素基板の加工方法で加工される単結晶炭化珪素基板１１の例を示す斜視図であり、図２は、単結晶炭化珪素基板１１の例を示す側面図である。図１及び図２に示すように、単結晶炭化珪素基板１１は、六方晶の単結晶炭化珪素（ＳｉＣ）により構成された円盤状のウェーハである。

【0018】

この単結晶炭化珪素基板１１は、円形状の第１の面１１ａと、第１の面１１ａの反対側に位置し第１の面１１ａに対して概ね平行な円形状の第２の面１１ｂと、を備えている。単結晶炭化珪素基板１１の外周部には、第１の面１１ａ（又は第２の面１１ｂ）に対して垂直な方向から見て概ね直線状の第１のオリエンテーションフラット１３ａ及び第２のオリエンテーションフラット１３ｂが形成されている。

【0019】

第１のオリエンテーションフラット１３ａの伸びる方向と第２のオリエンテーションフラット１３ｂの伸びる方向とは、互いに概ね垂直である。また、第１の面１１ａに平行な方向での第１のオリエンテーションフラット１３ａの長さは、第１の面１１ａに平行な方向での第２のオリエンテーションフラット１３ｂの長さよりも長い。

【0020】

単結晶炭化珪素基板１１を構成する単結晶炭化珪素のｃ軸１５は、第１の面１１ａの垂線（第２の面１１ｂの垂線）１７に対して、第２のオリエンテーションフラット１３ｂの方向にαの角度（オフ角と呼ばれる）で傾斜している。つまり、ｃ軸１５に対して垂直なｃ面１９も、第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂに対してαの角度をなしている。αは、代表的には、４°である。ただし、αは、１°～６°の範囲で自由に設定され得る。

【0021】

単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂは、例えば、概ね円形状のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに区画される。デバイス領域は、互いに交差する複数のストリート（分割予定ライン）によって更に複数の小領域に区画されており、各小領域には、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）等のデバイスが形成されている。すなわち、デバイス領域は、複数のデバイスを含む。

【0022】

なお、単結晶炭化珪素基板１１に形成されるデバイスの種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等に制限はない。本実施形態では、第２の面１１ｂにデバイスが形成された単結晶炭化珪素基板１１を被加工物としているが、本発明にかかる単結晶炭化珪素基板の加工方法は、デバイスが設けられていない単結晶炭化珪素基板１１にも適用され得る。

【0023】

本実施形態にかかる単結晶炭化珪素基板の加工方法では、単結晶炭化珪素基板１１を第１の面１１ａ側から加工して薄くする。具体的には、まず、この単結晶炭化珪素基板１１に対し、波長が９μｍ～１１μｍのパルスレーザービームを第１の面１１ａ側に照射する（レーザービーム照射ステップ）。

【0024】

図３は、本実施形態で使用されるレーザー加工装置２の例を示す斜視図である。なお、図３では、レーザー加工装置２の一部の構成要素を機能ブロックで示している。また、以下の説明で用いられるＸ１軸方向（加工送り方向）、Ｙ１軸方向（割り出し送り方向）、及びＺ１軸方向（鉛直方向）は、互いに垂直である。

【0025】

図３に示すように、レーザー加工装置２は、各構成要素が搭載される基台４を備えている。基台４の上面には、水平移動機構（加工送り機構、割り出し送り機構）６が配置されている。水平移動機構６は、基台４の上面に固定されＹ１軸方向に対して概ね平行な一対のＹ１軸ガイドレール８を備えている。Ｙ１軸ガイドレール８には、Ｙ１軸移動プレート１０がＹ１軸方向に沿ってスライドできる態様で取り付けられている。

【0026】

Ｙ１軸移動プレート１０の下面側には、ボールネジを構成するナット部（不図示）が設けられている。このナット部には、Ｙ１軸ガイドレール８に対して概ね平行なネジ軸１２が回転できる態様で連結されている。ネジ軸１２の一端部には、Ｙ１軸パルスモーター１４が接続されている。Ｙ１軸パルスモーター１４でネジ軸１２を回転させれば、Ｙ１軸移動プレート１０は、Ｙ１軸ガイドレール８に沿ってＹ１軸方向に移動する。

【0027】

Ｙ１軸移動プレート１０の上面には、Ｘ１軸方向に対して概ね平行な一対のＸ１軸ガイドレール１６が設けられている。Ｘ１軸ガイドレール１６には、Ｘ１軸移動プレート１８がＸ１軸方向に沿ってスライドできる態様で取り付けられている。Ｘ１軸移動プレート１８の下面側には、ボールネジを構成するナット部（不図示）が設けられている。

【0028】

このナット部には、Ｘ１軸ガイドレール１６に対して概ね平行なネジ軸２０が回転できる態様で連結されている。ネジ軸２０の一端部には、Ｘ１軸パルスモーター２２が接続されている。Ｘ１軸パルスモーター２２でネジ軸２０を回転させれば、Ｘ１軸移動プレート１８は、Ｘ１軸ガイドレール１６に沿ってＸ１軸方向に移動する。

【0029】

Ｘ１軸移動プレート１８の上面側には、円柱状のテーブル基台２４が配置されている。また、テーブル基台２４の上部には、被加工物となる単結晶炭化珪素基板１１の保持に使用されるチャックテーブル（保持テーブル）２６が配置されている。テーブル基台２４の下部には、モーター等の回転駆動源（不図示）が連結されている。

【0030】

この回転駆動源から発生する力によって、チャックテーブル２６は、Ｚ１軸方向に対して概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、テーブル基台２４及びチャックテーブル２６は、上述した水平移動機構６によって、Ｘ１軸方向及びＹ１軸方向に移動する（加工送り、割り出し送り）。

【0031】

なお、このレーザー加工装置２では、テープ２１を介して環状のフレーム２３に支持された状態の単結晶炭化珪素基板１１を加工することが想定されている。つまり、レーザー加工装置２で単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａにパルスレーザービームを照射する前には、単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂ側に、単結晶炭化珪素基板１１よりも径の大きいテープ２１が貼付される。

【0032】

また、テープ２１の外周部には、単結晶炭化珪素基板１１を囲むことができるように構成された環状のフレーム２３が固定される。もちろん、本発明にかかる単結晶炭化珪素基板の加工方法では、テープ２１が貼付されていない状態や、フレーム２３に支持されていない状態の単結晶炭化珪素基板１１にパルスレーザービームを照射して良い。

【0033】

チャックテーブル２６の上面の一部は、例えば、多孔質材で形成されており、テープ２１（テープ２１が貼付されない場合には単結晶炭化珪素基板１１）と接触して単結晶炭化珪素基板１１を保持する保持面２６ａとして機能する。この保持面２６ａは、Ｘ１軸方向及びＹ１軸方向に対して概ね平行である。

【0034】

また、保持面２６ａは、チャックテーブル２６の内部に設けられた流路（不図示）等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル２６の周囲には、単結晶炭化珪素基板１１を支持する環状のフレーム２３を固定できる４個のクランプ２８が設けられている。

【0035】

水平移動機構６のＹ１軸方向の一方側の領域には、Ｘ１軸方向に対して概ね垂直な側面を持つ支持構造３０が設けられている。この支持構造３０の側面には、鉛直移動機構（高さ調整機構）３２が配置されている。鉛直移動機構３２は、支持構造３０の側面に固定されＺ１軸方向に対して概ね平行な一対のＺ１軸ガイドレール３４を備えている。Ｚ１軸ガイドレール３４には、Ｚ１軸移動プレート３６がＺ１軸方向に沿ってスライドできる態様で取り付けられている。

【0036】

Ｚ１軸移動プレート３６の裏面側（Ｚ１軸ガイドレール３４側）には、ボールネジを構成するナット部（不図示）が設けられている。このナット部には、Ｚ１軸ガイドレール３４に対して概ね平行なネジ軸（不図示）が回転できる態様で連結されている。ネジ軸の一端部には、Ｚ１軸パルスモーター３８が接続されている。Ｚ１軸パルスモーター３８でネジ軸を回転させれば、Ｚ１軸移動プレート３６は、Ｚ１軸ガイドレール３４に沿ってＺ１軸方向に移動する。

【0037】

Ｚ１軸移動プレート３６の表面側には、支持具４０が固定されており、この支持具４０には、レーザービーム照射ユニット４２の一部が支持されている。レーザービーム照射ユニット４２は、例えば、基台４に固定されたレーザー発振器（不図示）と、支持具４０に支持されＹ１軸方向に長い筒状のハウジング４４と、ハウジング４４の端部（Ｙ１軸方向の他方側の端部）に設けられた照射ヘッド４６と、を含む。

【0038】

レーザー発振器は、例えば、炭酸ガスをレーザー媒質として使用し、単結晶炭化珪素基板１１の加工に適した大出力のパルスレーザービームを生成してハウジング４４側に放射する。本実施形態では、このレーザー発振器によって、単結晶炭化珪素基板１１に吸収される波長（１０．６μｍ）のパルスレーザービームが生成される。なお、単結晶炭化珪素は、９μｍ～１１μｍに吸収帯を有している。

【0039】

ハウジング４４は、レーザービーム照射ユニット４２を構成する光学系の一部を収容しており、レーザー発振器から放射されたパルスレーザービームを端部の照射ヘッド４６へと導く。照射ヘッド４６には、レーザービーム照射ユニット４２を構成する光学系の別の一部が収容されている。例えば、この照射ヘッド４６は、ハウジング４４から導かれるパルスレーザービームの進路をミラー等の光学素子で下向きに変え、集光用のレンズでチャックテーブル２６側の所定の高さの位置に集光する。

【0040】

照射ヘッド４６のＸ１軸方向の一方側の領域には、ハウジング４４に固定されたカメラ（撮像ユニット）４８が配置されている。カメラ４８は、例えば、可視光に感度を持つＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の２次元光センサを含んでおり、チャックテーブル２６によって保持される単結晶炭化珪素基板１１等を撮像する際に使用される。

【0041】

レーザービーム照射ユニット４２のハウジング４４及び照射ヘッド４６は、上述したカメラ４８とともに、鉛直移動機構３２によってＺ１軸方向に移動する。つまり、鉛直移動機構３２は、照射ヘッド４６に設けられている光学素子やレンズ等の構成要素を、チャックテーブル２６の保持面２６ａに対して概ね垂直な方向に移動させる。

【0042】

なお、本実施形態では、レーザー発振器が基台４に固定されている場合を例に挙げて説明したが、レーザー発振器は、ハウジング４４等とともに鉛直移動機構３２によって支持され、Ｚ１軸方向に移動できるように構成されても良い。また、照射ヘッド４６の内部のレンズのみを独立してＺ１軸方向に移動させることができるように、照射ヘッド４６にアクチュエーター等が設けられても良い。

【0043】

基台４の上部は、各構成要素を収容できるカバー（不図示）によって覆われている。このカバーの側面には、ユーザーインターフェースとなるタッチスクリーン（入出力装置）５０が配置されている。例えば、単結晶炭化珪素基板１１を加工する際に適用される種々の条件は、このタッチスクリーン５０に入力される。なお、表示装置（出力装置）と入力装置とが一体になったタッチスクリーン５０の代わりに、液晶ディスプレイ等の表示装置（出力装置）と、キーボードやマウス等の入力装置と、をそれぞれ設けても良い。

【0044】

水平移動機構６、鉛直移動機構３２、レーザービーム照射ユニット４２、カメラ４８、タッチスクリーン５０等の構成要素は、それぞれ、制御ユニット５２に接続されている。制御ユニット５２は、単結晶炭化珪素基板１１の加工に必要な一連の工程に合わせて、上述した各構成要素を制御する。

【0045】

制御ユニット５２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置と、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の主記憶装置と、ハードディスクドライブやフラッシュメモリ等の補助記憶装置と、を含むコンピュータによって構成される。補助記憶装置に記憶されるソフトウェアに従い処理装置等を動作させることによって、制御ユニット５２の機能が実現される。ただし、制御ユニット５２は、ハードウェアのみによって実現されても良い。

【0046】

単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａにパルスレーザービームを照射する際には、まず、上述したレーザー加工装置２のチャックテーブル２６によって単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂ側を保持する。具体的には、例えば、単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂに貼付されているテープ２１をチャックテーブル２６の保持面２６ａに接触させるように、単結晶炭化珪素基板１１をチャックテーブル２６に載せる。

【0047】

そして、チャックテーブル２６の保持面２６ａに吸引源の負圧を作用させる。これにより、単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂ側がテープ２１を介してチャックテーブル２６に保持され、第１の面１１ａが上方に露出する。なお、テープ２１に貼付されているフレーム２３は、４個のクランプ２８で固定される。図４は、単結晶炭化珪素基板１１がチャックテーブル２６に載せられる様子を示す斜視図である。なお、図４では、説明の便宜上、テープ２１、フレーム２３、及びクランプ２８等が省略されている。

【0048】

チャックテーブル２６によって単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂ側を保持した後には、この単結晶炭化珪素基板１１の露出した第１の面１１ａに、炭酸ガスを媒質として生成されるパルスレーザービーム（波長が９μｍ～１１μｍのパルスレーザービーム）を照射する。図５は、単結晶炭化珪素基板１１にパルスレーザービーム３１が照射される様子を示す斜視図である。なお、図５でも、テープ２１、フレーム２３、及びクランプ２８等が省略されている。

【0049】

具体的には、例えば、照射ヘッド４６の直下に位置するパルスレーザービーム３１の照射予定領域４６ａが、単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａ上に配置されるように、チャックテーブル２６と照射ヘッド４６との位置の関係を水平移動機構６等で調整する。そして、レーザー発振器で生成されたパルスレーザービーム３１を、この照射予定領域４６ａに向けて放射する。これにより、第１の面１１ａの照射予定領域４６ａと重なる部分（被照射領域）に、パルスレーザービーム３１が照射される。

【0050】

上述のように、本実施形態では、単結晶炭化珪素基板１１に吸収される波長のパルスレーザービーム３１が使用される。よって、第１の面１１ａの被照射領域に照射されたパルスレーザービーム３１の大部分は、単結晶炭化珪素基板１１で吸収され、熱へと変換される。これにより、単結晶炭化珪素基板１１の被照射領域を含む部位が急速に加熱され、その後、急速に冷却される。

【0051】

レーザービーム照射ユニット４２のレーザー発振器は、所定の繰り返し周波数でパルスレーザービーム３１を生成できるように構成されている。そのため、レーザー発振器でパルスレーザービーム３１を生成しながら水平移動機構６を動作させ、パルスレーザービーム３１の照射予定領域４６ａを第１の面１１ａに対して移動させれば、この第１の面１１ａ上の異なる複数の部分（被照射領域）にパルスレーザービーム３１を照射できる。

【0052】

図６は、パルスレーザービーム３１の被照射領域１１ｃの例を示す平面図であり、図７は、パルスレーザービーム３１により加熱された部位１１ｄの例を示す断面図である。図６及び図７に示すように、本実施形態では、あるタイミングで単結晶炭化珪素基板１１に照射されるパルスレーザービーム３１の第１の面１１ａ上の被照射領域１１ｃと、次のタイミングで単結晶炭化珪素基板１１に照射されるパルスレーザービーム３１の第１の面１１ａ上の被照射領域１１ｃと、の一部を重ねる。

【0053】

つまり、パルスレーザービーム３１の第１の面１１ａ上の被照射領域１１ｃと、次に照射されるパルスレーザービーム３１の第１の面１１ａ上の被照射領域１１ｃと、の一部が重なるように、パルスレーザービーム３１の繰り返し周波数や被照射領域１１ｃの大きさ等に応じて、パルスレーザービーム３１の照射予定領域４６ａを第１の面１１ａ上で移動させる。これにより、被照射領域１１ｃを含む加熱された部位１１ｄを、単結晶炭化珪素基板１１の残りの部位１１ｅから剥離させて除去できる。

【0054】

図８は、加熱された部位１１ｄが除去された単結晶炭化珪素基板１１の例を示す断面図である。上述の方法で加熱された部位１１ｄが良好に剥離されるのは、各部位１１ｄの熱膨張及び熱収縮、並びに、隣接する被照射領域１１ｃの部分的な重なりに起因する熱勾配が、部位１１ｄと部位１１ｅとの境界に沿うクラックの発生を促進させるためと推測される。このように、加熱された部位１１ｄを除去して単結晶炭化珪素基板１１を実質的に薄くすることで、後の研削により除去すべき量を少なくできる。

【0055】

なお、単結晶炭化珪素基板１１は、ｃ軸１５に対して垂直なｃ面１９に沿って劈開し易いという性質を備えている。そのため、上述したクラックは、主に単結晶炭化珪素基板１１のｃ面１９に沿う方向に伸展している考えられる。したがって、加熱された部位１１ｄは、部位１１ｅとの境界において主にｃ面１９に沿って分離される、と言い換えることもできる。

【0056】

パルスレーザービーム３１の照射にかかる条件は、単結晶炭化珪素基板１１から除去すべき量（厚み）に応じて任意に設定、変更され得る。ただし、パルスレーザービーム３１の照射によって加熱される部位１１ｄが大きくなり過ぎると、この部位１１ｄと残りの部位１１ｅとの境界でクラックが発生し難くなる。よって、この部位１１ｄの深さが第１の面１１ａから３０μｍ未満となる条件で、パルスレーザービーム３１を単結晶炭化珪素基板１１に照射することが望ましい。

【0057】

一方、部位１１ｄが小さくなり過ぎると、後の研削により除去すべき量を十分に少なくすることができず、単結晶炭化珪素基板１１にパルスレーザービームを照射する意義が低下する。よって、この部位１１ｄの深さが第１の面１１ａから２μｍ以上となる条件で、パルスレーザービーム３１を単結晶炭化珪素基板１１に照射することが望ましい。

【0058】

より具体的には、パルスレーザービーム３１の出力を、例えば、１２０Ｗ～１３０Ｗに設定し、繰り返し周波数を、例えば、１ｋＨｚ～２００ｋＨｚに設定する。また、第１の面１１ａに対して照射予定領域４６ａを移動させる速度を、例えば、２００ｍｍ／ｓに設定し、被照射領域１１ｃの大きさ（直径）を、例えば、１００μｍ～２００μｍに設定する。このような条件を適用した場合には、第１の面１１ａから２０μｍ程度の深さの部位１１ｄを単結晶炭化珪素基板１１から除去できる。

【0059】

例えば、単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａの概ね全体にパルスレーザービーム３１を照射し、単結晶炭化珪素基板１１の全体が実質的に薄くなると、パルスレーザービーム３１の照射を終了する。なお、本実施形態では、第１の面１１ａに対して照射予定領域４６ａを直線的に移動させているが、第１の面１１ａに対して照射予定領域４６ａを曲線的に移動させても良い。例えば、螺旋状の軌跡を描くように照射予定領域４６ａを移動させることもできる。

【0060】

パルスレーザービーム３１を単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａ側に照射し、加熱された部位１１ｄを除去した後には、この単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａ側を研削する（研削ステップ）。図９は、本実施形態で使用される研削装置１０２を示す斜視図である。なお、以下の説明で用いられるＸ２軸方向（前後方向）、Ｙ２軸方向（左右方向）、及びＺ２軸方向（鉛直方向）は、互いに垂直である。

【0061】

図９に示すように、研削装置１０２は、各構成要素が搭載される基台１０４を備えている。基台１０４の後端には、柱状の支持構造１０６が設けられている。基台１０４の上面には、Ｘ２軸方向に長い開口部１０４ａが形成されている。開口部１０４ａ内には、ボールネジ式のＸ２軸移動機構１０８が配置されている。

【0062】

Ｘ２軸移動機構１０８は、Ｘ２軸移動テーブル（不図示）を備えており、このＸ２軸移動テーブルをＸ軸方向に移動させる。Ｘ２軸移動テーブルの上方には、第１カバー１１０ａが配置されている。第１カバー１１０ａの前後には、蛇腹状の第２カバー１１０ｂが接続されている。これにより、Ｘ２軸移動機構１０８の上部は、第１カバー１１０ａと第２カバー１１０ｂとで覆われている。開口部１０４ａの前方には、研削の条件等を入力する際に使用される操作パネル１１２が設けられている。

【0063】

Ｘ２軸移動テーブルの上部には、単結晶炭化珪素基板１１の保持に使用されるチャックテーブル（保持テーブル）１１４が、第１カバー１１０ａの上方で露出するように設けられている。チャックテーブル１１４の上面の一部は、例えば、多孔質材で形成され、単結晶炭化珪素基板１１を保持するための保持面１１４ａとして機能する。保持面１１４ａは、例えば、円錐の側面に相当する形状を持ち、チャックテーブル１１４の内部に設けられた流路（不図示）等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）に接続されている。

【0064】

チャックテーブル１１４は、モーター等の回転駆動源（不図示）に連結されており、円錐の頂点に相当する保持面１１４ａの頂点が回転の中心となるように、Ｚ２軸方向に対して平行な回転軸、又はＺ２軸方向に対して僅かに傾いた回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル１１４は、上述したＸ２軸移動機構１０８によって、Ｘ２軸移動テーブルとともにＸ２軸方向に移動する。

【0065】

支持構造１０６の前面には、Ｚ２軸移動機構１１６が設けられている。Ｚ２軸移動機構１１６は、Ｚ２軸方向に対して概ね平行な一対のＺ２軸ガイドレール１１８を備えており、このＺ２軸ガイドレール１１８には、Ｚ２軸移動プレート１２０がスライドできる態様で取り付けられている。Ｚ２軸移動プレート１２０の後面側（裏面側）には、ボールネジを構成するナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ２軸ガイドレール１１８に対して概ね平行なネジ軸１２２が回転できる態様で連結されている。

【0066】

ネジ軸１２２の一端部には、Ｚ２軸パルスモーター１２４が接続されている。Ｚ２軸パルスモーター１２４によってネジ軸１２２を回転させることにより、Ｚ２軸移動プレート１２０はＺ２軸ガイドレール１１８に沿ってＺ２軸方向に移動する。Ｚ２軸移動プレート１２０の前面（表面）には、前方に突出する支持具１２６が設けられている。

【0067】

支持具１２６には、単結晶炭化珪素基板１１を研削するための研削ユニット１２８が支持されている。研削ユニット１２８は、支持具１２６に固定されるスピンドルハウジング１３０を含んでいる。スピンドルハウジング１３０には、回転軸となるスピンドル１３２が回転できる状態で収容されている。

【0068】

スピンドル１３２の下端部は、スピンドルハウジング１３０の外部に露出している。このスピンドル１３２の下端部には、円盤状のマウント１３４が設けられている。マウント１３４の外周部には、このマウント１３４を厚さの方向に貫通する複数の穴（不図示）が設けられており、各穴には、ボルト１３６等が挿入される。マウント１３４の下面には、マウント１３４と概ね直径が等しい円盤状の研削ホイール１３８が、ボルト１３６等によって固定されている。

【0069】

研削ホイール１３８は、ステンレスやアルミニウム等でなる円盤状（円環状）のホイール基台１４０（図１０）を備えている。ホイール基台１４０は、互いに概ね平行な上面と下面とを有し、その中央には、ホイール基台１４０を上面から下面まで貫通する円形の開口部が形成されている。また、ホイール基台１４０の内部には、純水等の液体（加工液）を下方に供給するための流路が設けられている。

【0070】

ホイール基台１４０の下面には、樹脂や金属等の結合剤にダイヤモンドやｃＢＮ（cubic Boron Nitride）等の砥粒を分散させてなる研削用の複数の砥石１４２が環状に配列されている。砥石１４２を構成する結合剤の種類（材質）や、砥粒の材質、大きさ等は、求められる平坦度等に合わせて、単結晶炭化珪素基板１１を適切に研削できるように調整される。

【0071】

単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａ側を研削する際には、まず、上述した研削装置１０２のチャックテーブル１１４によって単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂ側を保持する。具体的には、例えば、単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂに貼付されているテープ２１をチャックテーブル１１４の保持面１１４ａに接触させるように、単結晶炭化珪素基板１１をチャックテーブル１１４に載せる。

【0072】

そして、チャックテーブル１１４の保持面１１４ａに吸引源の負圧を作用させる。これにより、単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂ側がテープ２１を介してチャックテーブル１１４に保持され、第１の面１１ａが上方に露出する。なお、単結晶炭化珪素基板１１をチャックテーブル１１４に載せる前には、単結晶炭化珪素基板１１の外縁に沿ってテープ２１を切断し、単結晶炭化珪素基板１１をフレーム２３から分離しておくと良い。

【0073】

チャックテーブル１１４によって単結晶炭化珪素基板１１の第２の面１１ｂ側を保持した後には、この単結晶炭化珪素基板１１の露出した第１の面１１ａ側に砥石１４２を接触させて、単結晶炭化珪素基板１１を研削する。図１０は、単結晶炭化珪素基板１１が研削される様子を示す斜視図である。

【0074】

具体的には、まず、Ｘ２軸移動機構１０８を動作させて、チャックテーブル１１４を研削ホイール１３８の直下に移動させる。次に、チャックテーブル１１４と研削ホイール１３８とを所定の方向にそれぞれ所定の回転数で回転させる。チャックテーブル１１４の回転数は、例えば、１０ｒｐｍ～３００ｒｐｍであり、研削ホイール１３８の回転数は、例えば、１０００ｒｐｍ～７０００ｒｐｍである。ただし、チャックテーブル１１４の回転数及び研削ホイール１３８の回転数は、これらに限定されない。

【0075】

そして、ホイール基台１４０の流路等を通じてチャックテーブル１１４上の単結晶炭化珪素基板１１に液体（加工液）を供給しながら、単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａ側に砥石１４２を押し当てるように、研削ホイール１３８を所定の速度で下降させる。これにより、図１０に示すように、砥石１４２によって単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａ側を削り取るように加工して、単結晶炭化珪素基板１１を薄くできる。

【0076】

研削ホイール１３８を下降させる速度は、例えば、０．１μｍ／ｓ～５．０μｍ／ｓであり、液体の供給量は、例えば、１．０Ｌ／ｍｉｎ～１０．０Ｌ／ｍｉｎである。ただし、研削ホイール１３８を下降させる速度及び液体の供給量は、これらに限定されない。単結晶炭化珪素基板１１が所定の仕上げ厚みまで加工されたタイミングで、研削ホイール１３８の下降を停止させて、単結晶炭化珪素基板１１の研削を終了する。

【0077】

本実施形態にかかる単結晶炭化珪素基板の加工方法では、単結晶炭化珪素基板１１にパルスレーザービーム３１を照射する際に、パルスレーザービーム３１の被照射領域１１ｃが部分的に重なるようにパルスレーザービーム３１の照射予定領域４６ａを移動させ、パルスレーザービーム３１の照射により単結晶炭化珪素基板１１の被照射領域１１ｃを含む部位１１ｄを加熱することで、加熱された部位１１ｄを単結晶炭化珪素基板１１の残りの部位１１ｅから剥離させて除去している。

【0078】

そのため、後の研削により除去すべき量（厚み）を少なくして、砥石１４２の消耗を小さく抑えることができる。また、パルスレーザービーム３１の照射の条件を変更するだけで、単結晶炭化珪素基板１１の除去される部位１１ｄの大きさを容易に調整できる。すなわち、除去すべき量が少ない場合（除去すべき厚みが小さい場合）にも、本実施形態にかかる単結晶炭化珪素基板の加工方法を採用できる。

【0079】

更に、パルスレーザービーム３１の照射に伴う加熱の影響で、単結晶炭化珪素基板１１の加熱された部位１１ｄが自然に剥離されるので、パルスレーザービーム３１を照射した後に、剥離のための力を単結晶炭化珪素基板１１に加えて、加熱された部位１１ｄを剥離する必要がない。よって、レーザービームを照射した後に力を加える必要のある従来の方法に比べて、加工に要するコストを低く抑えられる。

【0080】

なお、本発明は、上述した実施形態の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、上述した実施形態では、レーザー加工装置２と研削装置１０２との双方を用いて単結晶炭化珪素基板１１を加工しているが、レーザー加工装置２の機能と研削装置１０２の機能とを併せ持つ複合装置を用いて単結晶炭化珪素基板１１を加工しても良い。

【0081】

また、上述した実施形態では、単結晶炭化珪素基板１１の第１の面１１ａ側の全体を加工する例について説明したが、単結晶炭化珪素基板１１の一部のみを加工する場合にも、本発明は有効である。例えば、デバイス領域の反対側に位置する第１の面１１ａ側の領域に対してのみ、パルスレーザービーム３１を照射し、その後、パルスレーザービーム３１が照射された第１の面１１ａ側の領域のみを研削することもできる。この場合には、円盤状の薄板部と、薄板部を囲む環状の厚板部とが形成されることになる。

【0082】

その他、上述した実施形態や変形例にかかる構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて変更して実施できる。

【符号の説明】

【0083】

１１ ：単結晶炭化珪素基板
１１ａ ：第１の面
１１ｂ ：第２の面
１１ｃ ：被照射領域
１１ｄ ：部位
１１ｅ ：部位
１３ａ ：第１のオリエンテーションフラット
１３ｂ ：第２のオリエンテーションフラット
１５ ：ｃ軸
１７ ：垂線
１９ ：ｃ面
２１ ：テープ
２３ ：フレーム
３１ ：パルスレーザービーム
２ ：レーザー加工装置
４ ：基台
６ ：水平移動機構
８ ：Ｙ１軸ガイドレール
１０ ：Ｙ１軸移動プレート
１２ ：ネジ軸
１４ ：Ｙ１軸パルスモーター
１６ ：Ｘ１軸ガイドレール
１８ ：Ｘ１軸移動プレート
２０ ：ネジ軸
２２ ：Ｘ１軸パルスモーター
２４ ：テーブル基台
２６ ：チャックテーブル
２６ａ ：保持面
２８ ：クランプ
３０ ：支持構造
３２ ：鉛直移動機構
３４ ：Ｚ１軸ガイドレール
３６ ：Ｚ１軸移動プレート
３８ ：Ｚ１軸パルスモーター
４０ ：支持具
４２ ：レーザービーム照射ユニット
４４ ：ハウジング
４６ ：照射ヘッド
４６ａ ：照射予定領域
４８ ：カメラ
５０ ：タッチスクリーン
５２ ：制御ユニット
１０２ ：研削装置
１０４ ：基台
１０４ａ ：開口部
１０６ ：支持構造
１０８ ：Ｘ２軸移動機構
１１０ａ ：第１カバー
１１０ｂ ：第２カバー
１１２ ：操作パネル
１１４ ：チャックテーブル
１１４ａ ：保持面
１１６ ：Ｚ２軸移動機構
１１８ ：Ｚ２軸ガイドレール
１２０ ：Ｚ２軸移動プレート
１２２ ：ネジ軸
１２４ ：Ｚ２軸パルスモーター
１２６ ：支持具
１２８ ：研削ユニット
１３０ ：スピンドルハウジング
１３２ ：スピンドル
１３４ ：マウント
１３６ ：ボルト
１３８ ：研削ホイール
１４０ ：ホイール基台
１４２ ：砥石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】