JP2018006575A - 積層ウエーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧａＮ層の品質の低下を防止することができる積層ウエーハの加工方法を提供する。【解決手段】本発明の積層ウエーハの加工方法は、シリコン基板２の上面にＧａＮ層４を積層させ積層ウエーハ６を生成する積層ウエーハ生成工程と、シリコン基板２の外周近傍の内部に集光点ＦＰを位置付け、積層ウエーハ６に対して透過性を有する波長のレーザー光線ＬＢを積層ウエーハに照射することによって、シリコン基板２の外周近傍の内部に環状の改質層１６を形成すると共に環状の改質層１６からＧａＮ層４の上面に至る環状のクラック１８をＧａＮ層４の外周近傍に形成する環状クラック形成工程とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、シリコン基板の上面にＧａＮ（窒化ガリウム）層を積層させた積層ウエーハの加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ、パワーデバイス等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、切削ブレードを回転可能に備えたダイシング装置、レーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工装置等によって個々のデバイスに分割される。分割された各デバイスは、携帯電話、パソコン、照明機器等の電気機器に利用されている。

一般的にＩＣ、ＬＳＩはシリコン基板の上面に複数の回路が積層されて形成されるが、ＬＥＤ、パワーデバイスは、ＳｉＣ（炭化ケイ素）基板、ＧａＮ基板の上面に複数の回路が積層されて形成される。また、ＧａＮ基板を生成するには生産性が悪くコストが掛かり高額になることから、シリコン基板の上面にＧａＮ層を成長させて積層させる技術が提案されている（たとえば特許文献１及び２参照。）。

特開２０１３−１２３０５２号公報 特表２００６−５２３０３３号公報

しかし、シリコン基板の上面にＧａＮ層を積層させた後、時間経過に伴ってＧａＮ層の外周部から亀裂が入り徐々にＧａＮ層の内側部に至り、ＧａＮ層の品質の低下を招くといった問題がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、ＧａＮ層の品質の低下を防止することができる積層ウエーハの加工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、以下の積層ウエーハの加工方法である。すなわち、シリコン基板の上面にＧａＮ層を積層させた積層ウエーハの加工方法であって、シリコン基板の上面にＧａＮ層を積層させ積層ウエーハを生成する積層ウエーハ生成工程と、シリコン基板の外周近傍の内部に集光点を位置付け、積層ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を積層ウエーハに照射することによって、シリコン基板の外周近傍の内部に環状の改質層を形成すると共に環状の改質層からＧａＮ層の上面に至る環状のクラックをＧａＮ層の外周近傍に形成する環状クラック形成工程とを含む積層ウエーハの加工方法である。

好ましくは、該環状クラック形成工程において、レーザー光線をＧａＮ層側から照射する。該環状クラック形成工程において、レーザー光線をシリコン基板側から照射するのが好適である。

本発明が提供する積層ウエーハの加工方法では、ＧａＮ層の外周近傍に形成した環状のクラックによってＧａＮ層の外周部から生じる亀裂を遮断することができ、したがってＧａＮ層の内側部に亀裂が至ることがなくＧａＮ層の品質の低下を防止することができる。

シリコン基板の斜視図（ａ）、積層ウエーハの斜視図（ｂ）、及び積層ウエーハの断面図（ｃ）。 ＧａＮ層側からレーザー光線が照射されて環状クラック形成工程が実施されている状態を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）、並びに改質層及びクラックが形成された積層ウエーハの外周近傍の断面図（ｃ）。 シリコン基板側からレーザー光線が照射されて環状クラック形成工程が実施されている状態を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）、並びに改質層及びクラックが形成された積層ウエーハの外周近傍の断面図（ｃ）。 参考のための、ＧａＮ層に環状溝が形成された積層ウエーハの外周近傍の断面図。

以下、本発明の積層ウエーハの加工方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

本発明の積層ウエーハの加工方法では、まず、積層ウエーハ生成工程を実施する。積層ウエーハ生成工程では、図１に示すシリコン基板２の上面にＧａＮ層４を積層させて積層ウエーハ６を生成する。シリコン基板２は、たとえば直径２００ｍｍ、厚さ２００μｍ程度の寸法のものを用いることができる。図１（ｃ）に示すとおり、シリコン基板２の上面にＧａＮ層４を積層させると、ＧａＮ層４の外周部４ａにおける層厚Ｔ１がＧａＮ層４の内側部４ｂの層厚Ｔ２よりも若干厚くなる。具体的には、外周部４ａの径方向内側に位置する円形状の内側部４ｂの層厚Ｔ２が５μｍ程度であると、環状の外周部４ａの層厚Ｔ１は８μｍ程度になり、また内側部４ｂの層厚Ｔ２よりもＧａＮ層４の層厚が厚い外周部４ａの径方向の幅Ｗは０．５〜１ｍｍ程度になる。

積層ウエーハ生成工程を実施した後に、シリコン基板２の内部に環状の改質層を形成すると共に環状の改質層からＧａＮ層４の上面に至る環状のクラックをＧａＮ層４の外周近傍に形成する環状クラック形成工程を実施する。環状クラック形成工程は、たとえば図２にその一部を示すレーザー加工装置８を用いて実施することができる。レーザー加工装置８は、チャックテーブル１０及び集光器１２を備える。上面において被加工物を吸着するように構成されているチャックテーブル１０は、回転手段（図示していない。）によって上下方向に延びる回転軸Ｚ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１２は、レーザー加工装置８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。

図２を参照して説明する。環状クラック形成工程では、まず、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の合成樹脂シートから形成され得る円形状の保護部材１４をシリコン基板２側の面に貼り付ける。次いで、ＧａＮ層４側の面を上に向け、かつチャックテーブル１０の回転軸Ｚに積層ウエーハ６の中心Ｏを整合させた状態で、チャックテーブル１０の上面に積層ウエーハ６を載せる。次いで、シリコン基板２側（保護部材１４側）の面をチャックテーブル１０の上面に吸着させ、積層ウエーハ６をチャックテーブル１０に固定する。次いで、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１０を移動させ、積層ウエーハ６の外周近傍を集光器１２の直下に位置付ける。次いで、パルスレーザー光線ＬＢの集光点ＦＰを、シリコン基板２の外周近傍（たとえば、シリコン基板２の外周縁から２〜５ｍｍ程度、径方向内側の位置）の内部に位置付ける。すなわち、集光点ＦＰの径方向位置を、ＧａＮ層４の外周部４ａよりも径方向内側に位置付ける。次いで、上方からみて反時計回りにチャックテーブル１０を所定回転数で回転手段によって回転させながら、積層ウエーハ６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１２から積層ウエーハ６に照射する。これによって、シリコン基板２の外周近傍の内部に環状の改質層１６を形成することができる。シリコン基板２の内部に改質層１６が形成される際は、図２（ｃ）に示すとおり、改質層１６の上方及び下方に向かって改質層１６からクラック１８が伝播する。ＧａＮ層４側に延びるクラック１８は、シリコン基板２とＧａＮ層４との界面２０を越えてＧａＮ層４の上面まで延びる。したがって、シリコン基板２の外周近傍の内部に環状の改質層１６が形成されると、環状の改質層１６からＧａＮ層４の上面に至る環状のクラック１８がＧａＮ層４の外周近傍に形成される。環状のクラック１８が形成されるＧａＮ層４の外周近傍とは、複数のデバイスが形成されるデバイス領域を囲む外周余剰領域を意味し、ＧａＮ層４の外周部４ａよりも径方向内側である。このような環状クラック形成工程は、たとえば以下の加工条件で実施することができる。
レーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：１Ｗ
加工送り速度（集光点位置における周速度）：１００ｍｍ／ｓ

本発明の積層ウエーハの加工方法では、図２（ｃ）に示すとおり、ＧａＮ層４の外周近傍に形成した環状のクラック１８によってＧａＮ層４の外周部４ａから生じる亀裂２２を遮断することができ、したがってＧａＮ層４の内側部４ｂに亀裂が至ることがなくＧａＮ層４の品質の低下を防止することができる。

上述の環状クラック形成工程の説明では、パルスレーザー光線ＬＢをＧａＮ層４側から照射する例を説明したが、環状クラック形成工程においては、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すとおり、パルスレーザー光線ＬＢをシリコン基板２側から照射してもよい。パルスレーザー光線ＬＢをシリコン基板２側から照射した場合も、図３（ｃ）に示すとおり、シリコン基板２の外周近傍の内側部４ｂに環状の改質層１６を形成することができると共に、環状の改質層１６からＧａＮ層４の上面に至る環状のクラック１８をＧａＮ層４の外周近傍に形成することができる。

なお、ＧａＮ層４の外周近傍の上面に集光点を位置付け、積層ウエーハ６に対して吸収性を有する波長のレーザー光線をＧａＮ層４に照射することによって、アブレーション加工をＧａＮ層４に施して、ＧａＮ層４の上面から界面２０まで延びる図４に示すとおりの環状溝２４をＧａＮ層４の外周近傍に形成し、環状溝２４によってＧａＮ層４の外周部４ａから生じる亀裂２２を遮断することもできる。しかし、ＧａＮ層４に環状溝２４を形成する場合は、アブレーション加工をＧａＮ層４に施す際に生じるデブリがＧａＮ層４の表面に付着して、ＧａＮ層４の品質を低下させるという問題がある。この点、本発明の積層ウエーハの加工方法では、環状クラック形成工程において、シリコン基板２の外周近傍の内部に集光点ＦＰを位置付け、積層ウエーハ６に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを積層ウエーハ６に照射することによって、シリコン基板２の外周近傍の内部に環状の改質層１６を形成すると共に環状の改質層１６からＧａＮ層４の上面に至る環状のクラック１８をＧａＮ層４の外周近傍に形成する（すなわち、積層ウエーハ６の内部に加工を施す）ので、デブリが生じず、ＧａＮ層４の品質を低下させることがない。

２：シリコン基板
４：ＧａＮ層
６：積層ウエーハ
１６：改質層
１８：クラック
ＬＢ：パルスレーザー光線
ＦＰ：集光点

Claims (3)

1. シリコン基板の上面にＧａＮ層を積層させた積層ウエーハの加工方法であって、
   シリコン基板の上面にＧａＮ層を積層させ積層ウエーハを生成する積層ウエーハ生成工程と、
   シリコン基板の外周近傍の内部に集光点を位置付け、積層ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を積層ウエーハに照射することによって、シリコン基板の外周近傍の内部に環状の改質層を形成すると共に環状の改質層からＧａＮ層の上面に至る環状のクラックをＧａＮ層の外周近傍に形成する環状クラック形成工程とを含む積層ウエーハの加工方法。
2. 該環状クラック形成工程において、レーザー光線をＧａＮ層側から照射する請求項１記載の積層ウエーハの加工方法。
3. 該環状クラック形成工程において、レーザー光線をシリコン基板側から照射する請求項２記載の積層ウエーハの加工方法。