ディスコ、新たな加工手法によるレーザスライス技術・カブラプロセスを開発

SiCウェーハの高速生産・素材ロス大幅低減を実現
新たな加工手法によるレーザスライス技術・KABRA（カブラ）(R)（※１）プロセスを開発

　※１：特許出願中（関連４０件・８月８日時点）／商標登録済（登録第５８５０３２４号）


　半導体製造装置メーカー・株式会社ディスコ（本社：東京都大田区、社長：関家一馬）は、従来にないレーザ加工によるインゴットスライス手法「KABRA」プロセスを開発しました。本プロセス導入により、次世代パワーデバイス素材として期待される炭化ケイ素（SiC）ウェーハ生産の高速化、取り枚数増を実現し、生産性を劇的に向上させることが可能になります。なお、客先ワークによるテスト加工を既に開始しております。

【開発の背景】
　従来、SiCインゴットからウェーハを切り出す方法は、ダイヤモンドワイヤソーでの加工が主流でした。しかしSiCは硬質であるため加工に時間がかかる点と、切断部分の素材ロスが多く、インゴット１本あたりの取り枚数の少なさといった課題から、ウェーハ量産のためには多数台のワイヤソーが必要でした。これらが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となっており、ひいては市場への導入・普及の妨げのひとつとなっていました。

【KABRAプロセスの特徴】
　本プロセスは、SiCインゴットの上面からレーザ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（※２））を任意の深さへ扁平状に形成させ、このKABRA層を起点に剥離・ウェーハ化するという従来にないスライス加工方法です。
　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でした（Fig．１、a）。しかし当社は、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ました。その結果、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（※３）、スライス加工に最適なレーザ加工方法を見出しました（Fig．１、b）。
　なお、本プロセスは単結晶（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です。

　＊参考画像は添付の関連資料「参考画像１」を参照

　※２：Key　Amorphous−Black　Repetitive　Absorptionの略。連続的なレーザ照射により、SiCをアモルファスシリコンとアモルファスカーボンに分解後、黒色のアモルファスカーボン（Amorphous−Black）へ効率的に光吸収させることで剥離の基点となる層を形成することを現します。
　※３：特許出願中

【KABRAプロセス・フロー】

　＊添付の関連資料を参照

【アドバンテージ】
１．加工時間の大幅短縮
　従来、φ４インチSiCインゴットからウェーハを切り出すまでの加工時間は、１枚あたり２時間前後（１インゴットあたり２〜３日）（※４、５）でしたが、本プロセスでは１枚あたり２５分（同、約１８時間）（※６）へと大幅に短縮します。
　また、φ６インチの場合も、既存プロセスで１枚あたり３時間強（※５）だった加工時間を約３０分（※６）に短縮可能です（Photo２）。

　＊参考画像は添付の関連資料「参考画像２」を参照

２．ラップ研削工程不要
　ワイヤ加工の場合、ウェーハ表面に生じる５０μm程度（※５）のうねりを除去するためのラップ研削が必要でした。しかし本プロセスでは、剥離後のウェーハのうねりを抑制できるため、ラップ研削は不要です（Fig．２）。これによりイニシャルコストおよびランニングコストの大幅な低減が可能です。

３．ウェーハ生産枚数が１．５倍に増加
　ワイヤ加工では切断部分の素材ロス（カーフロス）がウェーハ１枚あたり２００μm程度（※５）ありますが、本プロセスでは切断時点での素材ロスはありません。また、剥離後のKABRA層の除去分は１００μm程度に抑えられるため、インゴット１本あたりのウェーハ取り枚数は、従来比約１．５倍となります。

　※４：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
　※５：ユーザヒアリングに基づく一般値
　※６：レーザ照射、剥離、インゴット研削の合計時間

　＊リリース詳細は添付の関連資料を参照