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炭化ケイ素（SiC）は、国家防衛の安全保障にとって重要な技術であるだけでなく、世界の自動車およびエネルギー産業の進歩を牽引する主要な材料でもあります。 SiC単結晶の加工チェーンにおいて、成長したインゴットをウェーハにスライスすることは最初のステップであり、このスライス段階の性能が、その後の薄化および研磨プロセスの効率と品質を決定します。 しかし、ウェーハのスライスは、表面およびサブサーフェスのクラックを誘発することが多く、ウェーハの破損率と全体的な製造コストを大幅に増加させます。 したがって、スライス中の表面クラック損傷を制御することは、SiCデバイス製造の進歩にとって非常に重要です。

現在、SiCインゴットのスライスは2つの大きな課題に直面しています。

1. 従来のマルチワイヤーソーイングにおける高い材料損失
   SiCは非常に硬くて脆い材料であり、切断と研磨を非常に困難にします。 従来のマルチワイヤーソーイングは、加工中に著しい反り、歪み、およびクラックを引き起こすことが多く、かなりの材料損失をもたらします。 Infineonのデータによると、従来の往復固定研磨ダイヤモンドワイヤーソーイング法では、スライス中の材料利用率は約50％にすぎません。 その後の研削と研磨の後、累積損失は75％（ウェーハあたり約250μm）にも達し、使用可能な部分は非常に限られています。

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1. 長い処理サイクルと低いスループット
   国際的な生産データによると、24時間連続運転で10,000枚のウェーハを生産するには、約273日かかる場合があります。 市場の需要を満たすには、大量のワイヤーソー設備と消耗品が必要です。 さらに、マルチワイヤーソーイングは、高い表面/界面粗さを導入し、粉塵や廃水などの深刻な汚染問題を引き起こします。

これらの重要な課題に対処するために、南京大学のXiangqian Xiu教授の研究チームは、大規模SiCレーザースライス装置を開発しました。 この革新的な技術は、ワイヤーソーイングの代わりにレーザースライスを採用し、材料損失を大幅に削減し、生産効率を向上させます。 たとえば、単一の20mm SiCインゴットを使用すると、レーザースライスで生産されるウェーハの数は、従来のワイヤーソーイングの2倍以上になります。 さらに、レーザーでスライスされたウェーハは、優れた幾何学的特性を示し、単一ウェーハの厚さは200μmまで薄くなり、ウェーハの出力がさらに増加します。

競争上の優位性
このプロジェクトは、4〜6インチの半絶縁性SiCウェーハ、および6インチの導電性SiCインゴットのスライスと薄化を達成する、大型プロトタイプレーザースライスシステムの開発に成功しました。 8インチSiCインゴットのスライスに関する検証が現在進行中です。 この装置は、スライス時間の短縮、年間ウェーハ出力の向上、ウェーハあたりの材料損失の削減など、複数の利点があり、全体的な生産歩留まりの改善は50％を超えています。

市場の見通し
大規模SiCレーザースライス装置は、将来の8インチSiCインゴット加工のコアツールになることが期待されています。 現在、そのような装置は日本からの輸入に大きく依存しており、高価であるだけでなく、輸出規制の対象にもなっています。 SiCレーザースライスおよび薄化装置の国内需要は1,000台を超えていますが、成熟した国内ソリューションは商業的に利用できません。 したがって、南京大学が開発した大規模SiCレーザースライス装置は、莫大な市場潜在力と経済的価値を持っています。

SiCアプリケーションを超えて、このレーザースライスシステムは、窒化ガリウム（GaN）、酸化ガリウム（Ga₂O₃）、ダイヤモンドなどの他の先進材料にも適用でき、その産業用途の見通しを広げています。