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JP7229729B2 - Ｆａｃｅｔ領域の検出方法および検出装置ならびにウエーハの生成方法およびレーザー加工装置 - Google Patents

Ｆａｃｅｔ領域の検出方法および検出装置ならびにウエーハの生成方法およびレーザー加工装置 Download PDF

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Description

本発明は、ＳｉＣインゴットのFacet領域の検出方法および検出装置、ならびにＳｉＣインゴットからＳｉＣウエーハを生成するウエーハの生成方法およびＳｉＣインゴットに剥離層を形成するレーザー加工装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイスは、Ｓｉ（シリコン）やＡｌ２Ｏ３（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やパソコン等の電気機器に利用される。
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および裏面は、研磨することにより鏡面に仕上げられる（たとえば特許文献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およ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。
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ＳｉＣインゴットの内部に位置づけてＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射して切断予定面に剥離層を形成し、剥離層が形成された切断予定面に沿ってＳｉＣインゴットからウエーハを剥離する技術を提案した（たとえば特許文献２参照。）。
特開２０００－９４２２１号公報 特開２０１６－１１１１４３号公報
しかし、ＳｉＣインゴットの内部には、Facetと称される結晶構造が異なる領域が存在する場合があり、Facet領域は非Facet領域に比べて屈折率が高いと共にエネルギーの吸収率が高いため、レーザー光線の照射によってＳｉＣインゴットの内部に形成される剥離層の位置および出来具合が不均一となり、Facet領域と非Facet領域との間でウエーハに段差が生じてしまうという問題がある。
上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、Facet領域と非Facet領域とを検出することができるＳｉＣインゴットのFacet領域の検出方法および検出装置を提供すると共に、Facet領域と非Facet領域との間に段差のないウエーハの生成を可能とするウエーハの生成方法およびレーザー加工装置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の第一の局面が提供するのは以下のFacet領域の検出方法である。すなわち、ＳｉＣインゴットのFacet領域の検出方法であって、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出工程と、該蛍光輝度検出工程において、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域とし、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定工程と、から少なくとも構成されるFacet領域の検出方法である。
上記課題を解決するために本発明の第二の局面が提供するのは以下のウエーハの生成方法である。すなわち、ＳｉＣインゴットからＳｉＣウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、ＳｉＣインゴットの上面を研削して平坦面に形成する平坦面形成工程と、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出工程と、該蛍光輝度検出工程において、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定工程と、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線を集光器によって集光した集光点をＳｉＣインゴットの上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レーザー光線をＳｉＣインゴットに照射しながらＳｉＣインゴットと該集光点とを該Ｘ軸方向に相対的に加工送りしてＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した帯状の剥離層を形成する加工送り工程と、ＳｉＣインゴットと該集光点とを該Ｙ軸方向に相対的に割り出し送りして帯状の剥離層を該Ｙ軸方向に並設させる割り出し送り工程と、剥離層から生成すべきウエーハを剥離する剥離工程と、から少なくとも構成され、該加工送り工程において、該座標設定工程で設定した該Facet領域と該非Facet領域のＸ座標Ｙ座標に基づいて、該非Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーと該集光器の位置に対して、該Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーを上昇させると共に該集光器の位置を上昇させるウエーハの生成方法である。
上記課題を解決するために本発明の第三の局面が提供するのは以下のFacet領域の検出装置である。すなわち、ＳｉＣインゴットのFacet領域の検出装置であって、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出手段と、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、該蛍光輝度検出手段によって検出された蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域とし、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定手段と、から少なくとも構成されるFacet領域の検出装置である。
上記課題を解決するために本発明の第四の局面が提供するのは以下のレーザー加工装置である。すなわち、ＳｉＣインゴットに剥離層を形成するレーザー加工装置であって、ＳｉＣインゴットを保持する保持手段と、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出手段と、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、該蛍光輝度検出手段によって検出された蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定手段と、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ＳｉＣインゴットの上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レーザー光線をＳｉＣインゴットに照射しＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した剥離層を形成する集光器を含むレーザー光線照射手段と、該保持手段と該集光器とを該Ｘ軸方向に相対的に加工送りするＸ軸送り手段と、該保持手段と該集光器とを該Ｙ軸方向に相対的に割り出し送りするＹ軸送り手段と、該Facet領域と該非Facet領域のＸ座標Ｙ座標に基づいて、該非Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーと該集光器の位置に対して、該Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーを上昇させると共に該集光器の位置を上昇させる制御手段と、から少なくとも構成されるレーザー加工装置である。
本発明の第一の局面が提供するFacet領域の検出方法は、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出工程と、該蛍光輝度検出工程において、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域とし、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定工程と、から少なくとも構成されているので、Facet領域と非Facet領域とを検出することができる。したがって、検出したFacet領域と非Facet領域のデータに基づいて、ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射する加工条件を適切に制御することができ、Facet領域と非Facet領域との間に段差のないウエーハの生成が可能となる。
本発明の第二の局面が提供するウエーハの生成方法は、ＳｉＣインゴットの上面を研削して平坦面に形成する平坦面形成工程と、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出工程と、該蛍光輝度検出工程において、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定工程と、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線を集光器によって集光した集光点をＳｉＣインゴットの上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レーザー光線をＳｉＣインゴットに照射しながらＳｉＣインゴットと該集光点とを該Ｘ軸方向に相対的に加工送りしてＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した帯状の剥離層を形成する加工送り工程と、ＳｉＣインゴットと該集光点とを該Ｙ軸方向に相対的に割り出し送りして帯状の剥離層を該Ｙ軸方向に並設させる割り出し送り工程と、剥離層から生成すべきウエーハを剥離する剥離工程と、から少なくとも構成され、該加工送り工程において、該座標設定工程で設定した該Facet領域と該非Facet領域のＸ座標Ｙ座標に基づいて、該非Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーと該集光器の位置に対して、該Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーを上昇させると共に該集光器の位置を上昇させるように構成されているので、Facet領域と非Facet領域とに形成される剥離層の位置および出来具合が均一になり、Facet領域と非Facet領域との間に段差のないウエーハの生成が可能となる。
本発明の第三の局面が提供するFacet領域の検出装置は、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出手段と、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、該蛍光輝度検出手段によって検出された蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域とし、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定手段と、から少なくとも構成されているので、Facet領域と非Facet領域とを検出することができる。したがって、検出したFacet領域と非Facet領域のデータに基づいて、ＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射する加工条件を適切に制御することができ、Facet領域と非Facet領域との間に段差のないウエーハの生成が可能となる。
本発明の第四の局面が提供するレーザー加工装置は、ＳｉＣインゴットを保持する保持手段と、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出手段と、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、該蛍光輝度検出手段によって検出された蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定手段と、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ＳｉＣインゴットの上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レーザー光線をＳｉＣインゴットに照射しＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した剥離層を形成する集光器を含むレーザー光線照射手段と、該保持手段と該集光器とを該Ｘ軸方向に相対的に加工送りするＸ軸送り手段と、該保持手段と該集光器とを該Ｙ軸方向に相対的に割り出し送りするＹ軸送り手段と、該Facet領域と該非Facet領域のＸ座標Ｙ座標に基づいて、該非Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーと該集光器の位置に対して、該Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーを上昇させると共に該集光器の位置を上昇させる制御手段と、から少なくとも構成されているので、Facet領域と非Facet領域とに形成される剥離層の位置および出来具合が均一になり、Facet領域と非Facet領域との間に段差のないウエーハの生成が可能となる。
本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図１に示す蛍光輝度検出手段の模式図。 励起光波長が３７０ｎｍおよび２７３ｎｍの場合におけるFacet領域と非Facet領域の蛍光波長と輝度との関係を示すグラフ。 平坦面形成工程を実施している状態を示す斜視図。 （ａ）ＳｉＣインゴットの正面図、（ｂ）ＳｉＣインゴットの平面図。 蛍光輝度検出工程を実施している状態を示す斜視図。 （ａ）蛍光輝度検出工程において撮像したＳｉＣインゴットの画像の模式図、（ｂ）座標設定工程で設定したFacet領域と非Facet領域との境界のＸ座標Ｙ座標の表。 （ａ）加工送り工程を実施している状態を示す斜視図、（ｂ）加工送り工程を実施している状態を示す断面図。 ＳｉＣインゴットの内部に形成された剥離層を示す断面図。 剥離工程を実施している状態を示す斜視図。
以下、本発明に係るFacet領域の検出方法および検出装置ならびにウエーハの生成方法およびレーザー加工装置の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１を参照して本発明に従って構成されたレーザー加工装置の実施形態について説明する。全体を符号２で示すレーザー加工装置は、ＳｉＣインゴットを保持する保持手段４と、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出手段６と、蛍光輝度検出手段６によって検出された蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域、蛍光輝度が所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定手段８と、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ＳｉＣインゴットの上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レーザー光線をＳｉＣインゴットに照射しＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した剥離層を形成する集光器１０を含むレーザー光線照射手段１２と、保持手段４と集光器１０とをＸ軸方向に相対的に加工送りするＸ軸送り手段１４と、保持手段４と集光器１０とをＹ軸方向に相対的に割り出し送りするＹ軸送り手段１６と、レーザー加工装置２の作動を制御する制御手段１８と、から少なくとも構成される。なお、Ｘ軸方向は図１に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ軸方向は図１に矢印Ｙで示す方向であってＸ軸方向に直交する方向である。また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が規定する平面は実質上水平である。
図１に示すとおり、保持手段４は、Ｘ軸方向に移動自在に基台２０に搭載されたＸ軸可動板２２と、Ｙ軸方向に移動自在にＸ軸可動板２２に搭載されたＹ軸可動板２４と、Ｙ軸可動板２４の上面に回転自在に搭載された保持テーブル２６と、保持テーブル２６を回転させる保持テーブル用モータ（図示していない。）とを含む。
図１および図２を参照して蛍光輝度検出手段６について説明する。図示の実施形態の蛍光輝度検出手段６は、基台２０の上面から上方に延び次いで実質上水平に延びる枠体２８に設けられており、枠体２８の先端下面に装着されたケース３０を含む。また、図２に示すとおり、蛍光輝度検出手段６は、ＳｉＣインゴットにレーザー加工を施さない程度の低出力（たとえば０．１Ｗ）で且つ所定波長（たとえば３７０ｎｍ）の励起光ＥＬを発振する光源３２と、光源３２から発振された所定波長の励起光ＥＬを反射すると共に上記所定波長を含む第一の所定波長域（たとえば３６５～３７５ｎｍ）以外の波長の光を透過するダイクロイックミラー３４と、ダイクロイックミラー３４で反射した励起光ＥＬを集光してＳｉＣインゴットに照射する集光レンズ３６と、第二の所定波長域（たとえば３９５～４３０ｎｍ）の光を透過させるバンドパスフィルター３８と、バンドパスフィルター３８を透過した光の輝度を検出するホトデテクター４０とを含む。
図示の実施形態では図２に示すとおり、光源３２と、ダイクロイックミラー３４と、集光レンズ３６と、バンドパスフィルター３８とはケース３０内に配置されている。また、図示していないが、蛍光輝度検出手段６は、ケース３０を昇降させて励起光ＥＬの集光点の上下方向位置を調整する集光点位置調整手段を含み、この集光点位置調整手段は、ケース３０に連結され上下方向に延びるボールねじと、このボールねじを回転させるモータとから構成され得る。
光源３２から発振された励起光ＥＬは、ダイクロイックミラー３４で反射して集光レンズ３６に導かれ、集光レンズ３６において集光されＳｉＣインゴットに照射される。励起光ＥＬがＳｉＣインゴットに照射されると、励起光ＥＬの波長とは異なる波長（たとえば４１０ｎｍ程度）を含む蛍光（放射光）ＦＬがＳｉＣインゴットから放出される。蛍光ＦＬは集光レンズ３６およびダイクロイックミラー３４を透過した後、第二の所定波長域の蛍光ＦＬのみがバンドパスフィルター３８を透過し、バンドパスフィルター３８を透過した蛍光ＦＬの輝度がホトデテクター４０によって検出される。そして、蛍光輝度検出手段６においては、ＳｉＣインゴットとケース３０とを相対的に移動させながら、ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光ＥＬをＳｉＣインゴットに照射することによって、ＳｉＣインゴットの上面全体においてＳｉＣ固有の蛍光ＦＬの輝度を検出するようになっている。
図２に示すとおり、座標設定手段８は蛍光輝度検出手段６のホトデテクター４０に電気的に接続されており、ホトデテクター４０によって検出されたＳｉＣインゴットの各部分の蛍光輝度のデータが座標設定手段８に入力される。そして、座標設定手段８においては、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸としＸ軸に直交する方向をＹ軸として、蛍光輝度検出手段６によって検出された蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域、蛍光輝度が所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定するようになっている。なお、座標設定手段８が用いるＸ軸およびＹ軸は、図１に示す上述のＸ軸方向およびＹ軸方向と実質上同一である。
ここで、座標設定手段８がFacet領域と非Facet領域とに区別する判断基準としての輝度の所定値について説明する。ＳｉＣインゴットに対して、励起光ＥＬとして波長３７０ｎｍや波長２７３ｎｍの光を照射すると、図３に示すとおり、どちらの波長であってもＳｉＣインゴットから放出される蛍光ＦＬの波長が４１０ｎｍ付近において輝度のピーク値が出現する。一方、図３を参照することによって理解されるとおり、励起光ＥＬの波長が３７０ｎｍの場合におけるFacet領域および非Facet領域の輝度のピーク値と、励起光ＥＬの波長が２７３ｎｍの場合におけるFacet領域および非Facet領域の輝度のピーク値とは異なる。したがって、励起光ＥＬの波長に応じて、Facet領域の輝度のピーク値と非Facet領域の輝度のピーク値との間となるように、Facet領域と非Facet領域とに区別する判断基準としての輝度の所定値を設定する。この所定値は、Facet領域の輝度のピーク値と非Facet領域の輝度のピーク値との中間値程度でよく、たとえば励起光ＥＬの波長が３７０ｎｍの場合は、Facet領域の輝度のピーク値が４８Ａ．Ｕ．程度（図３中の細い実線を参照。）であり、非Facet領域の輝度のピーク値が６５Ａ．Ｕ．程度（図３中の細い点線を参照。）であるので、所定値を５５～５８Ａ．Ｕ．程度に設定することができる。また、励起光ＥＬの波長が２７３ｎｍの場合は、Facet領域の輝度のピーク値が２８Ａ．Ｕ．程度（図３中の太い実線を参照。）であり、非Facet領域の輝度のピーク値が４０Ａ．Ｕ．程度（図３中の太い点線を参照。）であるので、所定値を３３～３５Ａ．Ｕ．程度に設定することができる。
図１に示すとおり、レーザー光線照射手段１２の集光器１０は、蛍光輝度検出手段６のケース３０とＸ軸方向に間隔をおいて、枠体２８の先端下面に装着されている。また、図示していないが、レーザー光線照射手段１２は、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を発振する発振器と、発振器が発振したパルスレーザー光線の出力を調整するアッテネーターと、集光器１０を昇降させてパルスレーザー光線の集光点の上下方向位置を調整する集光点位置調整手段とを含む。集光点位置調整手段は、集光器１０に連結され上下方向に延びるボールねじと、このボールねじを回転させるモータとを有する構成でよい。
そして、レーザー光線照射手段１２においては、集光点位置調整手段で集光器１０を昇降させて、保持手段４に保持されたＳｉＣインゴットの上面から生成すべきウエーハの厚みに相当する深さに、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を位置づけた上で、発振器が発振しアッテネーターで出力を調整したパルスレーザー光線を集光器１０で集光してＳｉＣインゴットに照射することにより、強度が低下した剥離層をＳｉＣインゴットの内部に形成するようになっている。
図１に示すとおり、Ｘ軸送り手段１４は、Ｘ軸可動板２２に連結されＸ軸方向に延びるボールねじ４２と、ボールねじ４２の一端部に連結されたモータ４４とを有する。そして、Ｘ軸送り手段１４は、ボールねじ４２によりモータ４４の回転運動を直線運動に変換してＸ軸可動板２２に伝達し、基台２０上の案内レール２０ａに沿ってＸ軸可動板２２を集光器１０に対して相対的にＸ軸方向に進退させる。
Ｙ軸送り手段１６は、Ｙ軸可動板２４に連結されＹ軸方向に延びるボールねじ４６と、ボールねじ４６の一端部に連結されたモータ４８とを有する。そして、Ｙ軸送り手段１６は、ボールねじ４６によりモータ４８の回転運動を直線運動に変換してＹ軸可動板２４に伝達し、Ｘ軸可動板２２上の案内レール２２ａに沿ってＹ軸可動板２４を集光器１０に対して相対的にＹ軸方向に進退させる。
制御手段１８は、座標設定手段８に電気的に接続されており、座標設定手段８が設定したFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標が制御手段１８に入力される。そして、制御手段１８においては、Facet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標に基づいて、非Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーと集光器１０の位置に対して、Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーを上昇させると共に集光器１０の位置を上昇させるようになっている。なお、制御手段１８および座標設定手段８は、それぞれ別個のコンピュータから構成されていてもよいが、単一のコンピュータから構成されていてもよい。
図示の実施形態では図１に示すとおり、レーザー加工装置２は、さらに、保持手段４に保持されたＳｉＣインゴットを撮像する撮像手段５０と、撮像手段５０が撮像した画像を表示する表示手段５２と、保持手段４に保持されたＳｉＣインゴットの上面を研削する研削手段５４と、保持手段４に保持されたＳｉＣインゴットの剥離層から生成すべきウエーハを剥離する剥離手段５６とを備える。
撮像手段５０は、枠体２８の先端下面に装着されており、蛍光輝度検出手段６のケース３０とレーザー光線照射手段１２の集光器１０との間に配置されている。また、表示手段５２は枠体２８の上面に配置されている。
研削手段５４は、枠体２８の側面にＹ軸方向に移動自在に装着されたケーシング５８と、ケーシング５８をＹ軸方向に移動させるケーシング移動手段６０と、ケーシング５８に昇降自在に支持された基端からＹ軸方向に延びるアーム６２と、アーム６２を昇降させるアーム昇降手段（図示していない。）と、アーム６２の先端に装着されたスピンドルハウジング６４とを含む。
スピンドルハウジング６４には、上下方向に延びるスピンドル６６が回転自在に支持されていると共に、スピンドル６６を回転させるスピンドル用モータ（図示していない。）が内蔵されている。図４を参照して説明すると、スピンドル６６の下端には円板状のホイールマウント６８が固定され、ホイールマウント６８の下面にはボルト７０によって環状の研削ホイール７２が固定されている。研削ホイール７２の下面の外周縁部には、周方向に間隔をおいて環状に配置された複数の研削砥石７４が固定されている。
図１に示すとおり、剥離手段５６は、基台２０上の案内レール２０ａの終端部に配置されたケーシング７６と、ケーシング７６に昇降自在に支持された基端からＸ軸方向に延びるアーム７８と、アーム７８を昇降させるアーム昇降手段（図示していない。）とを含む。アーム７８の先端にはモータ８０が付設され、モータ８０の下面には上下方向に延びる軸線を中心として回転自在に吸着片８２が連結されている。吸着片８２の下面には複数の吸引孔（図示していない。）が形成され、吸着片８２は吸引手段（図示していない。）に接続されている。また、吸着片８２には、吸着片８２の下面に対して超音波振動を付与する超音波振動付与手段（図示していない。）が内蔵されている。
図５には、ＳｉＣから形成されたＳｉＣインゴット８４が示されている。ＳｉＣインゴット８４は、全体として円柱形状に形成され、円形状の第一の端面８６と、第一の端面８６と反対側の円形状の第二の端面８８と、第一の端面８６および第二の端面８８の間に位置する周面９０と、第一の端面８６から第二の端面８８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。
ＳｉＣインゴット８４においては、第一の端面８６の垂線９２に対してｃ軸が傾いており、ｃ面と第一の端面８６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５に矢印Ａで示す。また、ＳｉＣインゴット８４の周面９０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９４および第二のオリエンテーションフラット９６が形成されている。第一のオリエンテーションフラット９４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９６は、オフ角αが形成される方向Ａに直交している。図５（ｂ）に示すとおり、上方からみて、第二のオリエンテーションフラット９６の長さＬ２は、第一のオリエンテーションフラット９４の長さＬ１よりも短い（Ｌ２＜Ｌ１）。
また、図示のＳｉＣインゴット８４は、主として六方晶単結晶ＳｉＣから形成されているが、局所的に結晶構造が異なるFacet領域９８が存在する。Facet領域９８は、ＳｉＣインゴット８４の第一の端面８６から第二の端面８８まで柱状に形成され、ＳｉＣインゴット８４の厚み方向（上下方向）において金太郎あめの如く同形状である。なお、Facet領域９８以外の非Facet領域を符号１００で示す。
次に、本発明のウエーハの生成方法の実施形態について説明するが、ここでは上述のレーザー加工装置２を用いたウエーハの生成方法について説明する。図示の実施形態では、まず、適宜の接着剤（たとえばエポキシ樹脂系接着剤）を介してＳｉＣインゴット８４を保持テーブル２６の上面に固定する。なお、保持テーブル２６の上面に複数の吸引孔が形成され、保持テーブル２６の上面に吸引力を生成してＳｉＣインゴット８４を吸引保持してもよい。
ＳｉＣインゴット８４を保持テーブル２６に固定した後、ＳｉＣインゴット８４の上面が既に平坦に形成されている場合を除き、ＳｉＣインゴット８４の上面を研削して平坦面に形成する平坦面形成工程を実施する。
平坦面形成工程では、まず、保持テーブル２６を研削手段５４の研削ホイール７２の下方に位置づける。次いで、図４に示すとおり、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば３００ｒｐｍ）で保持テーブル２６を回転させる。また、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば６０００ｒｐｍ）でスピンドル６６を回転させる。次いで、アーム昇降手段でアーム６２を下降させ、ＳｉＣインゴット８４の上面（図示の実施形態では第一の端面８６）に研削砥石７４を接触させる。その後、所定の研削送り速度（たとえば０．１μｍ／ｓ）でアーム６２を下降させる。これによって、ＳｉＣインゴット８４の上面を研削して、レーザー光線の入射を妨げない程度の平坦面に形成することができる。
平坦面形成工程を実施した後、ＳｉＣインゴット８４の上面から所定波長の励起光ＥＬをＳｉＣインゴット８４に照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出工程を実施する。
蛍光輝度検出工程では、まず、保持テーブル２６を撮像手段５０の下方に位置づけ、撮像手段５０で上面からＳｉＣインゴット８４を撮像する。次いで、撮像手段５０で撮像したＳｉＣインゴット８４の画像に基づいて、Ｘ軸送り手段１４、Ｙ軸送り手段１６および保持テーブル用モータで保持テーブル２６を移動および回転させることにより、ＳｉＣインゴット８４の向きを所定の向きに調整すると共にＳｉＣインゴット８４と蛍光輝度検出手段６のケース３０とのＸＹ平面における位置を調整する。ＳｉＣインゴット８４の向きを所定の向きに調整する際は、図６に示すとおり、第二のオリエンテーションフラット９６をＸ軸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と直交する方向をＸ軸方向に整合させると共に、オフ角αが形成される方向ＡをＹ軸方向に整合させる。
次いで、集光点位置調整手段でケース３０を昇降させ、励起光ＥＬの集光点をＳｉＣインゴット８４の適宜の位置（たとえば第一の端面８６）に位置づける。次いで、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に整合しているＸ軸方向にＸ軸送り手段１４で保持テーブル２６を移動させながら、ＳｉＣインゴット８４にレーザー加工を施さない程度の低出力（たとえば０．１Ｗ）で且つ所定波長（たとえば３７０ｎｍ）の励起光ＥＬをＳｉＣインゴット８４に照射する。そうすると、図２に示すとおり、励起光ＥＬの波長とは異なる波長（たとえば４１０ｎｍ程度）を含む蛍光（放射光）ＦＬがＳｉＣインゴット８４から放出される。蛍光ＦＬは集光レンズ３６およびダイクロイックミラー３４を透過した後、第二の所定波長域（たとえば３９５～４３０ｎｍ）の蛍光ＦＬのみがバンドパスフィルター３８を透過し、バンドパスフィルター３８を透過した蛍光ＦＬの輝度がホトデテクター４０によって検出される。
次いで、Ｙ軸送り手段１６で保持テーブル２６を移動させることにより、オフ角αが形成される方向Ａに整合しているＹ軸方向に、励起光ＥＬの集光点に対して相対的にＳｉＣインゴット８４を割り出し送りする。そして、励起光ＥＬの照射と割り出し送りとを交互に繰り返すことにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向においてＳｉＣインゴット８４の第一の端面８６全体を適宜のサイズのメッシュに分割した微小領域のそれぞれの蛍光ＦＬの輝度をＸ座標Ｙ座標に関連づけて検出する。ホトデテクター４０で検出した蛍光ＦＬの輝度のデータは、Ｘ座標Ｙ座標に関連づけて座標設定手段８に送られる。
このような蛍光輝度検出工程において、ＳｉＣインゴット８４の上面（図示の実施形態実施形態では第一の端面８６）に対してｃ面が傾きオフ角αが形成される方向Ａに直交する方向をＸ軸としＸ軸に直交する方向をＹ軸として、蛍光ＦＬの輝度が所定値（たとえば励起光ＥＬの波長が３７０ｎｍの場合には５５～５８Ａ．Ｕ．程度）以上の領域を非Facet領域１００、蛍光ＦＬの輝度が所定値よりも低い領域をFacet領域９８としてFacet領域９８と非Facet領域１００のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定工程を座標設定手段８によって実施する。図示の実施形態における座標設定工程では、蛍光輝度検出手段６のホトデテクター４０から送られた蛍光ＦＬの輝度のデータに基づいて、図７に示すとおり、Facet領域９８と非Facet領域１００との境界の複数個（たとえば、ａ点からｘ点までの２４点）のＸ座標Ｙ座標を座標設定手段８によって設定する。座標設定手段８で設定したFacet領域９８と非Facet領域１００との境界の複数個のＸ座標Ｙ座標のデータは制御手段１８に送られる。なお、座標設定工程では、Facet領域９８全体のＸ座標Ｙ座標を設定すると共に、非Facet領域１００全体のＸ座標Ｙ座標を設定して制御手段１８に送るようにしてもよい。
座標設定工程を実施した後、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線を集光器１０によって集光した集光点を、ＳｉＣインゴット８４の上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、レーザー光線をＳｉＣインゴット８４に照射しながらＳｉＣインゴット８４と集光点とをＸ軸方向に相対的に加工送りして、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した帯状の剥離層を形成する加工送り工程を実施する。
加工送り工程では、まず、蛍光輝度検出工程において撮像手段５０で撮像したＳｉＣインゴット８４の画像に基づいて、保持テーブル２６をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることにより、ＳｉＣインゴット８４と集光器１０とのＸＹ平面における位置を調整する。次いで、集光点位置調整手段で集光器１０を昇降させ、非Facet領域１００において、ＳｉＣインゴット８４の上面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（図８（ｂ）参照。）を位置づける。次いで、図８（ａ）に示すとおり、オフ角αが形成される方向Ａと直交する方向に整合しているＸ軸方向に保持テーブル２６を所定の送り速度で移動させながら、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１０からＳｉＣインゴット８４に照射する。そうすると、図９に示すとおり、パルスレーザー光線ＬＢの照射によりＳｉＣがＳｉ（シリコン）とＣ（炭素）とに分離し次に照射されるパルスレーザー光線ＬＢが前に形成されたＣに吸収されて連鎖的にＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共に、ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した部分１０２からｃ面に沿って等方的にクラック１０４が伸長した帯状の剥離層１０６がＸ軸方向に沿って形成される。
そして、このような加工送り工程において、座標設定工程で設定したFacet領域９８と非Facet領域１００のＸ座標Ｙ座標に基づいて、非Facet領域１００にパルスレーザー光線ＬＢを照射する際のパルスレーザー光線ＬＢのエネルギーと集光器１０の位置に対して、Facet領域９８にパルスレーザー光線ＬＢを照射する際のパルスレーザー光線ＬＢのエネルギーを上昇させると共に集光器１０の位置を上昇させるように、制御手段１８でレーザー光線照射手段１２を制御する。非Facet領域１００の屈折率よりもFacet領域９８の屈折率の方が高いところ、上述のように制御することで、図８（ｂ）に示すとおり、Facet領域９８と非Facet領域１００とにおいて集光点ＦＰの深さを実質上同一にすることができ、Facet領域９８と非Facet領域１００とに形成される剥離層１０６の深さを実質上均一にすることができる。また、Facet領域９８は非Facet領域１００に比べてエネルギーの吸収率も高いが、Facet領域９８に照射するパルスレーザー光線ＬＢのエネルギーを、非Facet領域１００に照射するパルスレーザー光線ＬＢのエネルギーよりも上昇させることにより、Facet領域９８と非Facet領域１００とに形成される剥離層１０６の出来具合を均一にすることができる。
このような加工送り工程は、たとえば以下の加工条件で行うことができる。なお、下記デフォーカスは、ＳｉＣインゴット８４の上面にパルスレーザー光線ＬＢの集光点ＦＰを位置づけた状態からＳｉＣインゴット８４の上面に向かって集光器１０を移動させたときの移動量である。
（非Facet領域：屈折率２．６５）
パルスレーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
平均出力 ：７Ｗ
繰り返し周波数 ：３０ｋＨｚ
パルス幅 ：３ｎｓ
送り速度 ：１６５ｍｍ／ｓ
デフォーカス ：１８８μｍ
ＳｉＣインゴットの上面からの剥離層の位置 ：５００μｍ
（Facet領域：屈折率２．７９）
パルスレーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
平均出力 ：９．１Ｗ
繰り返し周波数 ：３０ｋＨｚ
パルス幅 ：３ｎｓ
送り速度 ：１６５ｍｍ／ｓ
デフォーカス ：１７９μｍ
ＳｉＣインゴットの上面からの剥離層の位置 ：５００μｍ
また、ＳｉＣインゴット８４と集光点ＦＰとをＹ軸方向に相対的に割り出し送りして帯状の剥離層１０６をＹ軸方向に並設させる割り出し送り工程を実施する。図示の実施形態では、所定割り出し送り量Ｌｉ（図８（ａ）および図９参照。）だけ、集光点ＦＰに対してＳｉＣインゴット８４をＹ軸方向に相対的に割り出し送りしながら、上述の加工送り工程を繰り返す。これによって、ＳｉＣインゴット８４の内部に、Ｘ軸方向に延びる帯状の剥離層１０６をＹ軸方向に並設させることができる。また、割り出し送り量Ｌｉをクラック１０４の幅を超えない範囲とし、Ｙ軸方向において隣接する剥離層１０６のクラック１０４同士を上下方向にみて重複させることにより、下記剥離工程におけるウエーハの剥離が容易になる。
加工送り工程および割り出し送り工程を実施してＳｉＣインゴット８４に複数の帯状の剥離層１０６を生成した後、剥離層１０６から生成すべきウエーハを剥離する剥離工程を実施する。剥離工程では、まず、剥離手段５６の吸着片８２の下方に保持テーブル２６を移動させる。次いで、アーム昇降手段でアーム７８を下降させ、図１０に示すとおり、吸着片８２の下面をＳｉＣインゴット８４の第一の端面８６に密着させる。次いで、吸引手段を作動させ、吸着片８２の下面をＳｉＣインゴット８４の第一の端面８６に吸着させる。次いで、超音波振動付与手段を作動させ、吸着片８２の下面に対して超音波振動を付与すると共に、モータ８０で吸着片８２を回転させる。これによって、剥離層１０６から生成すべきＳｉＣウエーハ１０８を剥離することができる。
また、ＳｉＣウエーハ１０８を剥離したＳｉＣインゴット８４に対して、上述の平坦面形成工程を実施して剥離面を平坦化した上で、加工送り工程、割り出し送り工程および剥離工程を繰り返すことにより、ＳｉＣインゴット８４から複数のＳｉＣウエーハ１０８を生成することができる。蛍光輝度検出工程および座標設定工程については、Facet領域９８がＳｉＣインゴット８４の上面から下面まで柱状に形成され厚み方向において金太郎あめの如く同形状であることから、ＳｉＣインゴット８４から最初のＳｉＣウエーハ１０８を生成する際に実施すればよく、２枚目以降のＳｉＣウエーハ１０８を生成する際には実施しなくてもよい。
以上のとおり図示の実施形態では、Facet領域９８と非Facet領域１００とに形成される剥離層１０６の位置および出来具合を均一にすることができるので、Facet領域９８と非Facet領域１００との間に段差のないＳｉＣウエーハ１０８の生成が可能となる。したがって、Facet領域９８と非Facet領域１００との間の段差を見込んでＳｉＣウエーハ１０８を厚めに剥離する必要がなく、効率化を図ることができる。
なお、蛍光輝度検出手段６および座標設定手段８については、上述の図示の実施形態ではレーザー加工装置２に組み込まれている例を説明したが、レーザー加工装置２に組み込まれていなくてもよい。すなわち、蛍光輝度検出手段６および座標設定手段８は、蛍光輝度検出手段６と座標設定手段８とから少なくとも構成されるFacet領域の検出装置の構成要素であってもよい。そして、蛍光輝度検出手段６と座標設定手段８とから少なくとも構成されるFacet領域の検出装置を用いて、上述の蛍光輝度検出工程と座標設定工程とから少なくとも構成されるFacet領域の検出方法を実施するようにしてもよい。これによって、ＳｉＣインゴット８４のFacet領域９８と非Facet領域１００とを検出することができるので、検出したFacet領域９８と非Facet領域１００のデータに基づいて、ＳｉＣインゴット８４にパルスレーザー光線ＬＢを照射する加工条件を適切に制御することができ、Facet領域９８と非Facet領域１００との間に段差のないＳｉＣウエーハ１０８の生成が可能となる。
２：レーザー加工装置
４：保持手段
６：蛍光輝度検出手段
８：座標設定手段
１０：集光器
１２：レーザー光線照射手段
１４：Ｘ軸送り手段
１６：Ｙ軸送り手段
１８：制御手段
８４：ＳｉＣインゴット
９８：Facet領域
１００：非Facet領域
１０２：ＳｉＣがＳｉとＣとに分離した部分
１０４：クラック
１０６：剥離層
１０８：ＳｉＣウエーハ
ＥＬ：励起光
ＦＬ：蛍光

Claims (4)

  1. ＳｉＣインゴットのFacet領域の検出方法であって、
    ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出工程と、
    該蛍光輝度検出工程において、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域とし、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定工程と、
    から少なくとも構成されるFacet領域の検出方法。
  2. ＳｉＣインゴットからＳｉＣウエーハを生成するウエーハの生成方法であって、
    ＳｉＣインゴットの上面を研削して平坦面に形成する平坦面形成工程と、
    ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出工程と、
    該蛍光輝度検出工程において、ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定工程と、
    ＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線を集光器によって集光した集光点をＳｉＣインゴットの上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レーザー光線をＳｉＣインゴットに照射しながらＳｉＣインゴットと該集光点とを該Ｘ軸方向に相対的に加工送りしてＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した帯状の剥離層を形成する加工送り工程と、
    ＳｉＣインゴットと該集光点とを該Ｙ軸方向に相対的に割り出し送りして帯状の剥離層を該Ｙ軸方向に並設させる割り出し送り工程と、
    剥離層から生成すべきウエーハを剥離する剥離工程と、
    から少なくとも構成され、
    該加工送り工程において、該座標設定工程で設定した該Facet領域と該非Facet領域のＸ座標Ｙ座標に基づいて、該非Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーと該集光器の位置に対して、該Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーを上昇させると共に該集光器の位置を上昇させるウエーハの生成方法。
  3. ＳｉＣインゴットのFacet領域の検出装置であって、
    ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出手段と、
    ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、該蛍光輝度検出手段によって検出された蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域とし、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定手段と、
    から少なくとも構成されるFacet領域の検出装置。
  4. ＳｉＣインゴットに剥離層を形成するレーザー加工装置であって、
    ＳｉＣインゴットを保持する保持手段と、
    ＳｉＣインゴットの上面から所定波長の励起光をＳｉＣインゴットに照射してＳｉＣ固有の蛍光輝度を検出する蛍光輝度検出手段と、
    ＳｉＣインゴットの上面に対してｃ面が傾きオフ角が形成される方向に直交する方向をＸ軸とし該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として、該蛍光輝度検出手段によって検出された蛍光輝度が所定値以上の領域を非Facet領域、蛍光輝度が該所定値よりも低い領域をFacet領域としてFacet領域と非Facet領域のＸ座標Ｙ座標を設定する座標設定手段と、
    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ＳｉＣインゴットの上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レーザー光線をＳｉＣインゴットに照射しＳｉＣがＳｉとＣとに分離すると共にｃ面に沿ってクラックが伸長した剥離層を形成する集光器を含むレーザー光線照射手段と、
    該保持手段と該集光器とを該Ｘ軸方向に相対的に加工送りするＸ軸送り手段と、
    該保持手段と該集光器とを該Ｙ軸方向に相対的に割り出し送りするＹ軸送り手段と、
    該Facet領域と該非Facet領域のＸ座標Ｙ座標に基づいて、該非Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーと該集光器の位置に対して、該Facet領域にレーザー光線を照射する際のレーザー光線のエネルギーを上昇させると共に該集光器の位置を上昇させる制御手段と、
    から少なくとも構成されるレーザー加工装置。
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