(57)【要約】【課題】インゴットの切断代を縮小することができるインゴット切断方法を提供する。【解決手段】このインゴット切断方法では、インゴット１に集光点Ｐを合わせ、切断予定面５に沿う方向をレーザ光入射方向としてレーザ光Ｌを照射することで、インゴット１内部に改質領域７を切断予定面５に沿って形成する。その後、エッチング処理を施してエッチングを改質領域７に沿って進行させることで、インゴットを切断予定面に沿って切断する。ここで、上記のように切断予定面５に沿う方向をレーザ光入射方向とすると、切断予定面５に垂直な方向に改質領域７が広がるのを抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴットを切断予定面に沿って切断して基板を形成するインゴット切断方法であって、
前記インゴットに集光点を合わせ、前記切断予定面に沿う方向をレーザ光入射方向としてレーザ光を照射することで、前記インゴット内部に改質領域を前記切断予定面に沿って形成する第１工程と、
前記第１工程の後、エッチング処理を施してエッチングを前記改質領域に沿って進行させることで、前記インゴットを前記切断予定面に沿って切断する第２工程と、を含むことを特徴とするインゴット切断方法。
【請求項２】
前記インゴットは半導体材料で形成された円柱状の単結晶インゴット又は多結晶インゴットであり、前記基板は半導体ウエハであることを特徴とする請求項１記載のインゴット切断方法。
【請求項３】
前記切断予定面は、前記インゴットの軸線方向と交差する面であって、
前記第１工程では、前記インゴットの外周面から前記レーザ光を照射することで、前記切断予定面に沿う方向を前記レーザ光入射方向とすることを特徴とする請求項２記載のインゴット切断方法。
【請求項４】
前記第１工程では、前記レーザ光を照射しながら前記インゴットの軸線回り回転方向に前記インゴットを相対回転させることで、前記改質領域を前記切断予定面に沿う２次元状に形成することを特徴とする請求項２又は３記載のインゴット切断方法。
【請求項５】
前記第１工程では、前記インゴット内部において中心側領域から外縁側領域の順に前記改質領域を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載のインゴット切断方法。
【請求項６】
前記第１工程では、前記改質領域から前記レーザ光入射方向に沿って亀裂が発生するように前記改質領域を形成することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のインゴット切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴットを切断予定面に沿って切断して基板を形成するインゴット切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインゴット切断方法としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このようなインゴット切断方法では、インゴットに集光点を合わせてインゴットの上面からレーザ光を照射することで、インゴット内部において上面と平行な切断予定面に沿って改質領域を形成する。そして、この改質領域を溶解等することで、インゴットの一部を切断予定面に沿って剥離して基板を形成する。
【特許文献１】特開２００５−２９４３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、一般的に、インゴット内部に形成される改質領域は、レーザ光照射方向に沿う方向に広がって分布し易いという特徴を有している。この点、上記のインゴット切断方法では、切断予定面に垂直な方向がレーザ光入射方向となるようにレーザ光がインゴットに照射されることから、切断予定面に垂直な方向に改質領域が広がって分布し易い。よって、インゴットの切断代（つまり、切断時に除去される部分）が大きいという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、インゴットの切断代を縮小することができるインゴット切断方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係るインゴット切断方法は、インゴットを切断予定面に沿って切断して基板を形成するインゴット切断方法であって、インゴットに集光点を合わせ、切断予定面に沿う方向をレーザ光入射方向としてレーザ光を照射することで、インゴット内部に改質領域を切断予定面に沿って形成する第１工程と、第１工程の後、エッチング処理を施してエッチングを改質領域に沿って進行させることで、インゴットを切断予定面に沿って切断する第２工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
このインゴット切断方法では、切断予定面に沿う方向をレーザ光入射方向とするため、切断予定面に垂直な方向に改質領域が広がるのを抑制することができ、インゴットの切断代を縮小することが可能となる。
【０００７】
また、インゴットは半導体材料で形成された円柱状の単結晶インゴット又は多結晶インゴットであり、基板は半導体ウエハである場合がある。このとき、切断予定面は、インゴットの軸線方向と交差する面であって、第１工程では、インゴットの外周面からレーザ光を照射することで、切断予定面に沿う方向をレーザ光入射方向とする場合がある。
【０００８】
また、第１工程では、レーザ光を照射しながらインゴットの軸線回り回転方向にインゴットを相対回転させることで、改質領域を切断予定面に沿う２次元状に形成することが好ましい。この場合、改質領域が切断予定面に沿って好適に形成されることとなる。
【０００９】
また、第１工程では、インゴット内部において中心側領域から外縁側領域の順に改質領域を形成することが好ましい。この場合、既成の改質領域をレーザ光が通過するのを抑制することができ、既成の改質領域によるレーザ光の散乱や吸収等を抑制することが可能となる。
【００１０】
また、第１工程では、改質領域からレーザ光入射方向に沿って亀裂が発生するように改質領域を形成することが好ましい。この場合、第２工程にて、エッチング液が亀裂を経由して切断予定面に沿って広く行き渡り易くなるため、エッチングを効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インゴットの切断代を縮小することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」「左」「右」の語は、図面に示される状態に基づいており便宜的なものである。 
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るインゴット切断方法を実施するためのレーザ加工装置を示す概略構成図である。図１に示すように、レーザ加工装置１００は、所定厚さの半導体ウエハ１０（図４（ｂ）参照：基板）をインゴット１から切り出す（スライス）ためのものであり、インゴット１内部の切断予定面５に沿って改質領域７を形成する。
【００１４】
インゴット１は、半導体材料や圧電材料等で形成されたものが用いられ、ここでのインゴット１は、シリコンカーバイドで形成された単結晶インゴットである。なお、インゴット１としては、ガラス又はサファイア等で形成された単結晶インゴットとしてもよく、ガラス、サファイア及びシリコンカーバイド等の少なくとも１つを含む多結晶インゴットであってもよい。
【００１５】
このインゴット１は、円柱状を呈しており、直径が例えば２００ｍｍとされている。インゴット１には、インゴット１を切断するための切断予定面５が設定されている。切断予定面５は、後述のエッチングによって切断面１１（図４（ｂ）参照）となるものであって、平面状に延びる仮想面である。ここでの切断予定面５は、インゴット１の軸線Ｇと交差（直交）するものであり、インゴット１において形成する半導体ウエハ１０の厚さに対応する所定間隔で軸線Ｇ方向に沿って並設されている、
【００１６】
このレーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、インゴット１を軸線Ｇ回りに回転させるための回転手段である回転ユニット１１５と、を備えている。
【００１７】
このレーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台（不図示）上に載置されたインゴット１の外周面（側面）３から当該インゴット１に入射される。そして、このレーザ光Ｌは、インゴット１内部の切断予定面５上に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、回転ユニット１１１によってインゴット１がその軸線Ｇ回りに回転され、レーザ光Ｌに対してインゴット１が軸線Ｇ回りに相対回転（相対移動）される。これにより、切断予定面５に沿った改質領域７がインゴット１に形成されることとなる。
【００１８】
なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定面５は、平面状に限らず曲面状であってもよい。また、改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域７は、列状でも点状でもよく、要は、少なくともインゴット１内部の切断予定面５に沿って形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、インゴット１の外周面３に露出していてもよい。
【００１９】
ちなみに、ここでは、レーザ光Ｌが、インゴット１を透過すると共にインゴット１内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、インゴット１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。よって、インゴット１の外周面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、インゴット１の外周面３が溶融することはない。一般的に、外表面から溶融・除去されて穴や溝等の除去部が形成される場合（表面吸収型レーザ加工の場合）、除去部の近傍にはエッチングレートを急伸させる改質領域が形成されない。
【００２０】
ところで、レーザ加工装置１００で形成される改質領域７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い、インゴット１において改質領域７以外の領域よりもエッチングレートが高い（エッチングレートを急伸させる）特徴を有している。例えば、インゴット１がシリコンで形成されている場合、改質領域７は３００μｍ／分以上のエッチングレート（単結晶Ｓｉ領域の約１０倍）を有するという特徴がある。
【００２１】
この改質領域７としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域７としては、その密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。
【００２２】
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更にそれら領域の内部や改質領域と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。
【００２３】
次に、上述したレーザ加工装置１００を用いて実施されるインゴット切断方法について、図２〜４に示す工程図を参照しつつ説明する。
【００２４】
まず、図２（ａ）に示すように、インゴット１に設定された複数の切断予定面５のうちの一の切断予定面５ａ上において中心側領域に集光点を合わせ、切断予定面５ａに沿う方向がレーザ光入射方向となるようにインゴット１の外周面３からレーザ光Ｌを照射する。これと共に、回転ユニット１１５によってインゴット１を相対回転する。これにより、インゴット１内部の中心側領域に、切断予定面５ａに沿う（レーザ光入射方向に沿う）と共に軸線Ｇ回りに延びる環状（２次元状：ここではリング状）の改質領域Ｍ１を形成する。これに加え、形成した改質領域Ｍ１から、切断予定面５ａに沿って（レーザ光入射方向に沿って）径方向に延びる亀裂を発生させる。つまり、改質領域Ｍ１から亀裂が発生するように改質領域Ｍ１を形成する。
【００２５】
続いて、図２（ｂ）に示すように、インゴット１内部の切断予定面５ａ上において改質領域Ｍ１を形成した中心側領域よりも外側領域に集光点を合わせ、切断予定面５ａに沿う方向がレーザ光入射方向となるようにインゴット１の外周面３からレーザ光Ｌを照射する。これと共に、回転ユニット１１５によってインゴット１を相対回転する。これにより、インゴット１内部における改質領域Ｍ１の外側領域に、切断予定面５ａに沿うと共に軸線Ｇ回りに延びる環状の改質領域Ｍ２を形成する。これに加え、形成した改質領域Ｍ２から、切断予定面５ａに沿って径方向に延びる亀裂を発生させる。なお、改質領域Ｍ２から亀裂が発生する亀裂は、改質領域Ｍ１及び該改質領域Ｍ１から発生する亀裂と連続するように発生させてもよいし、連続しないように発生させてもよい。
【００２６】
続いて、図３に示すように、上述した改質領域Ｍ２の形成工程と同様にして、インゴット１内部の切断予定面５ａに沿って、複数の環状の改質領域Ｍ１〜Ｍｎ（ｎは２以上の整数）を同軸にこの順で形成すると共に、改質領域Ｍ１〜Ｍｎから亀裂を発生させる。そして、図４（ａ）に示すように、上述した改質領域Ｍ１〜Ｍｎの形成工程と同様にして、インゴット１内部の複数の切断予定面５ｂに沿って、改質領域Ｍ１〜Ｍｎを同軸にこの順で形成すると共に改質領域Ｍ１〜Ｍｎから亀裂を発生させる。
【００２７】
続いて、エッチング処理を施してエッチングを改質領域７に沿って進行させ、インゴット１を切断予定面５に沿って切断する。ここでは、エッチング処理としてディッピング方式を採用している。具体的には、例えばＫＯＨ溶液等のエッチング液を貯留し、このエッチング液にインゴット１を浸漬する。これにより、図４（ｂ）に示すように、改質領域７が選択的にエッチングされて、インゴット１が複数の半導体ウエハ１０に分断（切断）されることとなる。
【００２８】
このとき、上述したように改質領域７から亀裂が延びていることから、毛細管現象によって、インゴット１の亀裂を介して改質領域７へエッチング液が積極的に浸潤し、エッチング速度の速い改質領域７のエッチングが亀裂面に沿って積極的に進む。よって、本実施形態では、エッチング速度は一層速くなっている。
【００２９】
なお、エッチング処理としては、インゴット１を回転させつつエッチング液を外周面３に塗布するスピンエッチング方式を採用してもよい。また、エッチング液は、常温〜１００℃前後の温度で用いられ、必要とされるエッチングレート等に応じて適宜の温度に設定されている。ちなみに、図示する例では、切断予定面５上で所定間隔だけ離間するように改質領域Ｍ１〜Ｍｎが設けられているが、互いに重なるように改質領域Ｍ１〜Ｍｎが設けられていてもよい。
【００３０】
ところで、一般的に、インゴット１内部に形成される改質領域７は、エネルギ密度の高い領域であり、レーザ光照射方向に沿う方向に広がって分布し易いという光学的特徴を有している。この点、図６に示すように、切断予定面５に垂直な方向（半導体ウエハ１０の厚さ方向）をレーザ光入射方向とする従来のインゴット切断方法（以下、単に「従来方法」という）では、切断予定面５に垂直な方向に改質領域７が広がって分布し易い。よって、エッチングで除去される領域である改質領域の軸線Ｇ方向の長さ、すなわち、インゴット１の切断代Ｈ０が大きくなってしまう。
【００３１】
また、近年の大径化が進むインゴット１では、その内部にレーザ光Ｌの集光点を合わせると、集光点付近の収差が特に大きくなる傾向にあるため、レーザ光入射方向に改質領域７が一層広がって分布してしまう。よって、この点においても、従来方法ではインゴット１の切断代Ｈ０が一層大きくなる。
【００３２】
これに対し、図５に示すように、本実施形態では、切断予定面５に沿う方向をレーザ光入射方向とすることから、切断予定面５に垂直な方向に改質領域７が広がるのを抑制することができ、インゴット１の切断代Ｈを縮小することが可能となる。むしろ、本実施形態では、上記光学的特徴を利用し、改質領域７がレーザ光照射方向に沿う方向に積極的に広げることで、単位時間当たりの切断予定面５に沿った改質領域７の形成面積を増大させることができる。その結果、スループットを向上することが可能となる。
【００３３】
なお、通常、集光点位置においてのレーザ光Ｌのエネルギ分布は、ガウシアン形状になっている。そのため、従来方法においては、例えばレーザ光Ｌを重畳させながら２次元的な改質領域７を形成すると、かかる重畳領域でのエネルギ密度を均一化することが困難となり、凹凸状の改質面（軸線Ｇ方向における改質領域７の端面）が形成されるおそれがある。この点、本実施形態では、レーザ光入射方向が切断予定面５に沿うため、レーザ光Ｌを重畳させる必要性（要求）がなく、よって、平滑な改質面の改質領域７を形成することができ、平滑な切断面１１を得ることが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態では、上述したように、インゴット1内部において改質領域Ｍ１〜Ｍｎがこの順に形成されている。つまり、インゴット１内部において、中心側領域から外縁側領域の順に改質領域７が形成されている。よって、既成の改質領域７をレーザ光Ｌが通過するのを抑制することができ、既成の改質領域７によるレーザ光Ｌの散乱や吸収等を抑制することが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態では、上述したように、レーザ光入射方向に沿って亀裂が発生するように改質領域７が形成されているため、エッチング処理を施す際、亀裂を利用してエッチングの進行を促進することができ、エッチング速度を速めることが可能となる。つまり、エッチング液が亀裂を経由して切断予定面５に沿って広く行き渡り易くなっており、エッチングを効率的に行うことができる。また、本実施形態では、改質領域７もレーザ光入射方向に沿って縦長方向に主に延びていることから、同様に、エッチング液が切断予定面５に沿って広く行き渡り易くなっている。
【００３６】
ちなみに、本実施形態では、改質領域７が亀裂を内包することから、亀裂を通じて改質領域７全域にエッチング液が充分且つ迅速に浸潤する。そのため、本実施形態では、従来のエッチングに比べ、改質領域７内においてのエッチングの進行が促されており、エッチング速度をより高めるという効果が顕著となっている。なお、改質領域７にはレーザ光入射方向に沿って亀裂が内包していることが好ましく、この場合、エッチング液が、内包する亀裂を経由して切断予定面５の沿って一層広く行き渡り易くなる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、円柱形状のインゴット１を切断したが、多角形柱形状や直方体／立方体形状のインゴットを切断してもよい。また、上記実施形態では、切断予定面５に沿う環状の改質領域７を形成したが、切断予定面５に沿った改質領域であれば種々の形状の改質領域を形成してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、エッチングの進行を促進すべく亀裂が発生するように改質領域７をしたが、亀裂が発生しないように改質領域を形成してもよい。また、インゴット１内部において、中心側領域から外縁側領域の順に改質領域７を形成したが、外縁側領域から中心側領域でもよく、改質領域を形成する領域の順序は、限定されるものではない。
【００４０】
また、上記実施形態では、回転ユニット１１５でインゴット１を移動（回転）させてインゴット１とレーザ光Ｌを相対移動させたが、レーザ光Ｌを移動させてインゴット１とレーザ光Ｌを相対移動させてもよい。
【００４１】
なお、レーザ加工装置１００に空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）を含んで構成された多焦点光学系を搭載することで、切断予定面５に沿った複数位置に複数の改質領域７を同時に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態のインゴット切断方法を実施するためのレーザ加工装置を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態のインゴット切断方法の工程図である。
【図３】図２の続きを示す工程図である。
【図４】図３の続きを示す工程図である。
【図５】本実施形態のインゴット切断方法の説明図である。
【図６】従来のインゴット切断方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…インゴット、３…外周面、５…切断予定面、７，Ｍ１〜Ｍｎ…改質領域、１０…半導体ウエハ（基板）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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