SiCウェーハの高速生産と素材ロス減を実現する新しいインゴットスライス手法

ディスコは、従来にないレーザー加工によるインゴットスライス手法「KABRA（Key Amorphous-Black Repetitive Absorption）」プロセスを開発した。

公開 2016年08月22日 09時01分

更新 2017年12月27日 17時30分

[TechFactory]

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KABRAプロセスにおける剥離後のウェーハ［φ4 インチ］（出典：ディスコ）

　ディスコは2016年8月8日、従来にないレーザー加工によるインゴットスライス手法「KABRA（Key Amorphous-Black Repetitive Absorption）」プロセスを開発したことを発表した。同プロセスを導入することで、次世代パワーデバイス素材として注目される炭化ケイ素（SiC）ウェーハ生産の高速化および取り枚数増を実現し、生産性を大幅に向上させることが可能になるという。

高速生産と素材ロスの大幅低減を実現する新たな加工手法

　SiCインゴットからウェーハを切り出す方法としては、これまでダイヤモンドワイヤソーによる加工が主流であった。しかし、SiCは硬質であるため加工に時間がかかり、切断部分の素材ロスが多く、インゴット1本当たりの取り枚数が少ないなどの課題があり、ウェーハ量産のために多数台のワイヤソーが必要であった。こうした点がSiCパワーデバイス生産時におけるコスト高の大きな要因につながり、市場への導入・普及の妨げの1つとなっていた。

既存プロセス例：ダイヤモンドワイヤソー（出典：ディスコ）

　今回開発した新プロセスは、SiCインゴットの上面からレーザーを連続的に垂直照射することで、光吸収する分離層（以下、KABRA層）を任意の深さへ扁平（へんぺい）状に形成させ、このKABRA層を起点に剥離・ウェーハ化するスライス加工方法である。

KABRAプロセスのフロー（出典：ディスコ）

　レーザ照射により形成される改質痕は、原理的に入射方向（縦長）に伸びるため、従来、レーザ加工はスライス用途には不向きな手法とされてきた。しかし、同社は集光されたレーザによりSiCが分解され、アモルファス状態のシリコン（Si）とカーボン（C）に分離する現象と、アモルファスカーボンの光吸収係数がSiCの約10万倍あることに着目して開発を進め、インゴット内部に対しレーザ入射方向と垂直方向にKABRA層を形成することに成功。スライス加工に最適なレーザ加工方法を見いだした。

改質痕形成方向の違い（出典：ディスコ）

　ちなみに、同プロセスは単結晶（4H・6H・半絶縁性）および多結晶のあらゆるSiCインゴットに適用でき、単結晶ではそのオフ角を問わないことも大きな特長となっている。

　以下にKABRAプロセスの優位性を示す。

	既存プロセス	KABRAプロセス
切断加工時間	2～3日	10分（レーザ照射＋剥離）
インゴットスライス総加工時間（1枚当たり）	1.6～2.4時間	25分
切断時素材ロス（1枚当たり）	約200μm	なし
研削に伴う素材ロス（1枚当たり）	約100μm（両面ラップ研削）	約100μm（加工痕研削）
1インゴットからのウェーハ取り枚数	30枚	44枚
ラップ研削	16時間（多枚同時加工）	不要
1インゴット当たり総加工時間	2.5～3.5日	18時間
表1　KABRAプロセスの優位性（φ4インチ、厚さ20mmのSiCインゴットから、指定厚350μmのウェーハを生産する場合）