晶片的生成方法
【專利摘要】提供晶片的生成方法，從錠高效地生成晶片。晶片的生成方法具有：分離起點形成步驟，將對于六方晶單晶錠具有透過性的波長的激光束聚光點定位在距錠的正面相當于要生成的晶片厚度的深度，并且使聚光點與六方晶單晶錠相對地移動而對錠的正面照射激光束，形成與正面平行的改質層和從改質層沿著c面伸長的裂痕而形成分離起點。分離起點形成步驟由如下的步驟構成：第1分離起點形成步驟，利用第1輸出形成分離起點；第2分離起點形成步驟，以與第1分離起點形成步驟中形成的改質層重疊的方式，利用比第1輸出大的第2輸出以每1脈沖的能量成為與第1分離起點形成步驟相同的能量的重復頻率照射激光束，而使改質層與裂痕乖離。
【專利說明】
晶片的生成方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及晶片的生成方法，將六方晶單晶錠切片成晶片狀。
【背景技術】
[0002]在以硅等作為原材料的晶片的正面上層疊功能層，在該功能層上在通過多個分割預定線劃分出的區(qū)域中形成有IC、LSI等各種器件。并且，通過切削裝置、激光加工裝置等加工裝置對晶片的分割預定線實施加工，將晶片分割成各個器件芯片，分割得到的器件芯片廣泛應用于移動電話、個人計算機等各種電子設備。
[0003]并且，在以SiC、GaN等六方晶單晶作為材料的晶片的正面上層疊有功能層，在所層疊的功能層上通過形成為格子狀的多條分割預定線進行劃分而形成有功率器件或者LED、LD等光器件。
[0004]形成有器件的晶片通常是利用線切割對錠進行切片而生成的，對切片得到的晶片的正面背面進行研磨而精加工成鏡面(例如，參照日本特開2000-94221號公報)。
[0005]在該線切割中，將直徑約為100?300μπι的鋼琴絲等一根金屬絲纏繞在通常設置于二?四條間隔輔助輥上的多個槽中，按照一定間距彼此平行配置且使金屬絲在一定方向或者雙向上行進，將錠切片成多個晶片。
[0006]但是，當利用線切割將錠切斷，并對正面背面進行研磨而生成晶片時，會浪費錠的70?80 %，存在不經(jīng)濟這樣的問題。特別是SiC、GaN等六方晶單晶錠的莫氏硬度較高，利用線切割而進行的切斷很困難，花費相當長的時間，生產(chǎn)性較差，在高效地生成晶片方面存在課題。
[0007]為了解決這些問題，在日本特開2013-49461號公報中記載了如下技術:將對于SiC等六方晶單晶具有透過性的波長的激光束的聚光點定位在六方晶單晶錠的內部而進行照射，在切斷預定面上形成改質層和裂痕，并施加外力而沿著形成有改質層和裂痕的切斷預定面割斷晶片，從錠分離晶片。
[0008]在該公開公報所記載的技術中，以脈沖激光束的第I照射點和距該第I照射點最近的第2照射點處于規(guī)定的位置的方式，將脈沖激光束的聚光點沿著切斷預定面呈螺旋狀照射，或者呈直線狀照射，而在錠的切斷預定面上形成非常高密度的改質層和裂痕。
[0009]專利文獻1:日本特開2000-94221號公報
[0010]專利文獻2:日本特開2013-49461號公報
[0011]但是，在專利文獻2所記載的錠的切斷方法中，激光束的照射方法相對于錠呈螺旋狀或者直線狀，對于在直線狀的情況下掃描激光束的方向則沒有任何規(guī)定。
[0012]在專利文獻2所記載的錠的切斷方法中，將激光束的第I照射點與距該第I照射點最近的第2照射點之間的間距設定為Ιμπι?ΙΟμπι。該間距是從改質層產(chǎn)生的裂紋延伸的間距。
[0013]由于以這種方式照射激光束時的間距非常小，因此不論激光束的照射方法是螺旋狀或者直線狀，都需要以非常小的間距間隔照射激光束，存在無法充分實現(xiàn)生產(chǎn)性的提高這樣的問題。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明是鑒于這樣的點而完成的，其目的在于，提供一種晶片的生成方法，能夠高效地從錠生成晶片。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，提供一種晶片的生成方法，從六方晶單晶錠生成晶片，該六方晶單晶錠具有:第I面和位于該第I面的相反側的第2面;從該第I面至該第2面的c軸；以及與該c軸垂直的c面，該晶片的生成方法的特征在于，具有如下的步驟:分離起點形成步驟，將對于六方晶單晶錠具有透過性的波長的激光束的聚光點定位在距該第I面相當于要生成的晶片的厚度的深度，并且使該聚光點與該六方晶單晶錠相對地移動而對該第I面照射該激光束，形成與該第I面平行的改質層和從該改質層伸長的裂痕而形成分離起點；以及晶片剝離步驟，在實施了該分離起點形成步驟之后，從該分離起點將相當于晶片的厚度的板狀物從該六方晶單晶錠剝離而生成六方晶單晶晶片，該分離起點形成步驟包含如下的步驟:改質層形成步驟，該c軸相對于該第I面的垂線傾斜偏離角，使激光束的聚光點沿著與在該第I面和該c面之間形成偏離角的方向垂直的方向相對地移動而形成直線狀的改質層；以及轉位步驟，在形成該偏離角的方向上使該聚光點相對地移動而轉位規(guī)定的量，該分離起點形成步驟包含:第I分離起點形成步驟，利用第I輸出形成分離起點；以及第2分離起點形成步驟，以與該第I分離起點形成步驟中形成的改質層重疊的方式，利用比該第I輸出大的第2輸出以每I脈沖的能量成為與該第I分離起點形成步驟相同的能量的重復頻率照射激光束，而使改質層與裂痕乖1?。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的晶片的生成方法，使該分離起點形成步驟由如下步驟構成:第I分離起點形成步驟，利用第I輸出形成分離起點；以及第2分離起點形成步驟，以與該第I分離起點形成步驟中形成的改質層重疊的方式，利用比第I輸出大的第2輸出以每I脈沖的能量成為與該第I分離起點形成步驟相同的能量的重復頻率照射激光束，而使改質層與裂痕乖離。
[0017]由于第2分離起點形成步驟的重復頻率較大，因此如果實施一次第2分離起點形成步驟，則在第I分離起點形成步驟所形成的改質層中會聚多次激光束。因此，通過實施一次激光束的重復頻率較大的第2分離起點形成步驟而能夠使改質層與裂痕乖離。
[0018]其結果為，能夠從分離起點將相當于晶片的厚度的板狀物從六方晶單晶錠容易地剝離而生成六方晶単結晶晶片。因此，能夠充分實現(xiàn)生產(chǎn)性的提高，能夠充分減輕所舍棄的錠的量而將其抑制為30%左右。
【附圖說明】
[0019]圖1是適合實施本發(fā)明的晶片的生成方法的激光加工裝置的立體圖。
[0020]圖2是激光束產(chǎn)生單元的框圖。
[0021]圖3的(A)是六方晶單晶錠的立體圖，圖3的(B)是其主視圖。
[0022]圖4是說明分離起點形成步驟的立體圖。
[0023]圖5是六方晶單晶徒的俯視圖。
[0024]圖6是說明改質層形成步驟的示意性剖面圖。
[0025]圖7是說明改質層形成步驟的示意性俯視圖。
[0026]圖8的(A)是說明轉位步驟的示意性俯視圖，圖8的(B)是說明轉位量的示意性俯視圖。
[0027]圖9是說明晶片剝離步驟的立體圖。
[0028]圖10是所生成的六方晶單晶晶片的立體圖。
[0029]圖11是本發(fā)明實施方式的分離起點形成步驟的說明圖。
[0030]標號說明
[0031]2:激光加工裝置;11:六方晶單晶錠;Ila:第I面(正面)；Ilb:第2面(背面)；13:第I定向平面；15:第2定向平面；17:第I面的垂線；19:c軸;21: c面;23:改質層;25:裂痕;26:支承工作臺；30:激光束照射單元;36:聚光器(激光頭)；60:水槽;62:超聲波裝置;64:純水。
【具體實施方式】
[0032]以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。參照圖1，示出了適合實施本發(fā)明的晶片的生成方法的激光加工裝置2的立體圖。激光加工裝置2包含以能夠在X軸方向上移動的方式搭載在靜止基臺4上的第I滑動塊6。
[0033 ]第I滑動塊6借助由滾珠絲杠8和脈沖電動機1構成的加工進給機構12沿著一對導軌14在加工進給方向、S卩X軸方向上移動。
[0034]第2滑動塊16以能夠在Y軸方向上移動的方式搭載在第I滑動塊6上。即，第2滑動塊16借助由滾珠絲杠18和脈沖電動機20構成的分度進給機構22沿著一對導軌24在分度進給方向、即Y軸方向上移動。
[0035]在第2滑動塊16上搭載有支承工作臺26。支承工作臺26能夠借助加工進給機構12和分度進給機構22在X軸方向和Y軸方向上移動，并且借助收納在第2滑動塊16中的電動機而旋轉。
[0036]在靜止基臺4上豎立設置有柱28，在該柱28上安裝有激光束照射機構(激光束照射構件)30。激光束照射機構30由收納在外殼32中的圖2所示的激光束產(chǎn)生單元34和安裝于外殼32的前端的聚光器(激光頭)36構成。在外殼32的前端安裝有具有顯微鏡和照相機的攝像單元38，該攝像單元38與聚光器36在X軸方向上排列。
[0037]如圖2所示，激光束產(chǎn)生單元34包含振蕩出YAG激光或者YV04激光的激光振蕩器40、重復頻率設定構件42、脈沖寬度調整構件44以及功率調整構件46。雖然未特別圖示，但激光振蕩器40具有布魯斯特窗，從激光振蕩器40射出的激光束是直線偏光的激光束。
[0038]借助激光束產(chǎn)生單元34的功率調整構件46被調整為規(guī)定的功率的脈沖激光束被聚光器36的反射鏡48反射，進而借助聚光透鏡50將聚光點定位在作為固定于支承工作臺26的被加工物的六方晶單晶錠11的內部而進行照射。
[0039]參照圖3的(A)，示出了作為加工對象物的六方晶單晶錠11的立體圖。圖3的(B)是圖3的(A)所示的六方晶單晶錠11的主視圖。六方晶單晶錠(以下，有時簡稱為錠)11由SiC單晶錠或者GaN單晶錠構成。
[0040]錠11具有第I面(上表面)lla和與第I面Ila相反側的第2面(背面)llb。由于錠11的正面Ila是激光束的照射面因此將其研磨成鏡面。
[0041]錠11具有第I定向平面13和與第I定向平面13垂直的第2定向平面15。第I定向平面13的長度形成為比第2定向平面15的長度長。
[0042]錠11具有c軸19和c面21，該c軸19相對于正面Ila的垂線17向第2定向平面15方向傾斜偏離角α，該c面21與c軸19垂直。c面21相對于錠11的正面I Ia傾斜偏離角α。通常在六方晶單晶錠11中，與較短的第2定向平面15的伸長方向垂直的方向是c軸的傾斜方向。
[0043]在錠11中按照錠11的分子級設定有無數(shù)個c面21。在本實施方式中，偏離角α被設定為4°。但是，偏離角α不限于4°，能夠在例如1°?6°的范圍中自由地設定而制造出錠11。
[0044]再次參照圖1，在靜止基臺4的左側固定有柱52，在該柱52上經(jīng)由形成于柱52的開口 53以能夠在上下方向上移動的方式搭載有按壓機構54。
[0045]在本實施方式的晶片的生成方法中，如圖4所示，以錠11的第2定向平面15在X軸方向上排列的方式例如利用蠟或者粘接劑將錠11固定在支承工作臺26上。
[0046]g卩，如圖5所示，使箭頭A方向與X軸相符而將錠11固定在支承工作臺26上，其中，該A方向即是與形成有偏離角α的方向Yl、換言之c軸19的與正面Ila的交點19a相對于錠11的正面Ila的垂線17所存在的方向垂直的方向。
[0047]由此，沿著與形成有偏離角α的方向垂直的方向A掃描激光束。換言之，與形成有偏離角α的方向Yl垂直的A方向成為支承工作臺26的加工進給方向。
[0048]在本發(fā)明的晶片的生成方法中，將從聚光器36射出的激光束的掃描方向設為與錠11的形成有偏離角α的方向Yl垂直的箭頭A方向是很重要的。
[0049]S卩，本發(fā)明的晶片的生成方法的特征在于探索出如下情況:通過將激光束的掃描方向設定為上述這樣的方向，從形成于錠11的內部的改質層傳播的裂痕沿著c面21非常長地伸長。
[0050]在本實施方式的晶片的生成方法中，首先，實施分離起點形成步驟，將對于固定于支承工作臺26的六方晶單晶錠11具有透過性的波長(例如1064nm的波長)的激光束的聚光點定位在距第I面(正面Hla相當于要生成的晶片的厚度的深度，并且使聚光點與六方晶單晶錠11相對地移動而對正面Ila照射激光束，形成與正面Ila平行的改質層23以及從改質層23沿著c面21傳播的裂痕25而成為分離起點。
[0051]該分離起點形成步驟包含:改質層形成步驟，c軸19相對于正面Ila的垂線17傾斜偏離角α，在與在c面21和正面Ila之間形成有偏離角α的方向垂直的方向即圖5中與箭頭Yl方向垂直的方向即A方向上使激光束的聚光點相對地移動而在錠11的內部形成改質層23和從改質層23沿著c面21傳播的裂痕25;以及轉位步驟，如圖7和圖8所示，在形成有偏離角的方向即Y軸方向上使聚光點相對地移動且轉位規(guī)定的量。
[0052]如圖6和圖7所示，當在X軸方向上將改質層23形成為直線狀時，裂痕25從改質層23的兩側沿著c面21傳播而形成。在本實施方式的晶片的生成方法中包含轉位量設定步驟，對從直線狀的改質層23起在c面方向上傳播而形成的裂痕25的寬度進行測量，設定聚光點的轉位量。
[0053]在轉位量設定步驟中，如圖6所示，當將從直線狀的改質層23起在c面方向上傳播而形成在改質層23的單側的裂痕25的寬度設為Wl的情況下，將應該進行轉位的規(guī)定的量W2設定為Wl以上2W1以下。
[0054]這里，以如下的方式設定優(yōu)選的實施方式的激光加工方法。
[0055]光源:Nd: YAG脈沖激光
[0056]波長:1064nm
[0057]重復頻率:80kHz
[0058]平均輸出:3.2W
[0059]脈沖寬度:4ns
[0060]光斑直徑:10μπι
[0061 ] 聚光透鏡的數(shù)值孔徑(NA):0.45
[0062]轉位量:400μπι
[0063]在上述的激光加工條件中，在圖6中，將從改質層23沿著c面?zhèn)鞑サ牧押?5的寬度Wl設定為大致250μπι，將轉位量W2設定為400μπι。
[0064]但是，激光束的平均輸出不限于3.2W，在本實施方式的加工方法中，將平均輸出設定為2W?4.5W而得到良好的結果。在平均輸出為2W的情況下，裂痕25的寬度Wl為大致100μm，在平均輸出為4.5W的情況下，裂痕25的寬度Wl為大致350μπι。
[0065]由于在平均輸出小于2W的情況下和大于4.5W的情況下，無法在錠11的內部形成良好的改質層23，因此優(yōu)選照射的激光束的平均輸出在2W?4.5W的范圍內，在本實施方式中對錠11照射平均輸出為3.2W的激光束。在圖6中，將形成改質層23的聚光點的距正面I Ia的深度Dl設定為500μηι。
[0066]參照圖8的(A)，示出了用于說明激光束的掃描方向的示意圖。利用往路Xl和返路Χ2實施分離起點形成步驟，對于利用往路Xl在六方晶單晶錠11中形成了改質層23的激光束的聚光點而言，在轉位了規(guī)定的量之后，利用返路Χ2在六方晶單晶錠11中形成改質層23。
[0067]并且，在分離起點形成步驟中，在激光束的聚光點的應該進行轉位的規(guī)定的量被設定為W以上2W以下的情況下，優(yōu)選在六方晶單晶錠11中定位激光束的聚光點并將聚光點的轉位量設定為W以下直到形成最初的改質層23為止。
[0068]例如，如圖8的(B)所示，在應該對激光束的聚光點進行轉位的規(guī)定的量為400μπι的情況下，以轉位量200μπι執(zhí)行多次激光束的掃描直到在錠11中形成最初的改質層23為止。
[0069]最初的激光束的掃描是空打，如果判明在錠11的內部最初形成了改質層23，則設定為轉位量400μπι而在錠11的內部形成改質層23。
[0070]如果以這種方式轉位進給規(guī)定的量，并且完成了在錠11的整個區(qū)域的深度為Dl的位置上形成多個改質層23和從改質層23沿著c面21延伸的裂痕25，則實施晶片剝離工序，從由改質層23和裂痕25構成的分離起點將相當于要形成的晶片的厚度的板狀物從六方晶單晶錠11分離而生成六方晶單晶晶片2 7。
[0071]在該晶片剝離工序中，如圖9所示，在水槽60中載置超聲波裝置62，在該超聲波裝置62上搭載形成有分離起點的六方晶單晶錠11。并且，在水槽60中填滿純水64，將六方晶單晶錠11浸漬在水槽60的純水64中并且對超聲波裝置62施加電壓而產(chǎn)生例如40kHz的超聲波振動。
[0072]該超聲波振動傳遞到六方晶單晶錠11，能夠從形成于錠11的分離起點將相當于晶片的厚度的板狀物剝離，從六方晶單晶錠11生成圖10所示的六方晶單晶晶片27。另外，收納純水64的容器不限于水槽60，當然也可以使用其他的容器。
[0073]作為產(chǎn)生超聲波振動的超聲波裝置62，例如可以使用ASONE(亞速旺、TX'P V)公司提供的AS超聲波清洗器US-2R。在該超聲波裝置62中，能夠利用輸出80W產(chǎn)生40kHz的超聲波振動。在晶片剝離工序中賦予的超聲波振動優(yōu)選為30kHz?50kHz的超聲波振動，更優(yōu)選為35kHz?45kHz的超聲波振動。
[0074]接著，參照圖11對本發(fā)明實施方式的分離起點形成步驟詳細地進行說明。如圖11的(A)所示，將激光束LB的聚光點P定位在要生成的晶片的深度而將激光束LB照射到錠11的正面11a，在聚光點P周圍形成改質層23，并且裂痕25從改質層23的周圍沿著c面形成為放射狀。
[0075]S卩，如果以規(guī)定的重復頻率將第I輸出的激光束LB照射到六方晶單晶錠11，則如圖11的(B)所示，改質層23和從改質層23傳播的裂痕25沿著c面形成在改質層23的周圍(第I分離起點形成步驟)。
[0076]在本實施方式的分離起點形成步驟中，在實施了上述的第I分離起點形成步驟之后，以與第I分離起點形成步驟中形成的改質層23重疊的方式，利用比第I輸出大的第2輸出將每I脈沖的能量成為與第I分離起點形成步驟相同的能量的重復頻率的激光束照射到六方晶單晶錠11，而如圖11的(C)所示，改質層23與裂痕25乖離而將改質層23的兩側的裂痕25彼此連結。
[0077]這樣如果裂痕25與改質層23乖離而將裂痕彼此連結，則能夠非常容易地實施剝離步驟，能夠從分離起點將相當于晶片的厚度的板狀物從六方晶單晶錠11容易地剝離，而容易地生成六方晶單晶晶片27。
[0078]這里，第I分離起點形成步驟的加工條件例如如下。
[0079]光源:Nd: YAG脈沖激光
[0080]波長:1064nm[0081 ] 重復頻率:80kHz
[0082]平均輸出:3.2W
[0083]脈沖寬度:4ns
[0084]光斑直徑:10μπι
[0085]聚光透鏡的數(shù)值孔徑(NA):0.45
[0086]轉位量:400μπι
[0087]加工進給速度:400mm/s
[0088]并且，第2分離起點形成步驟的加工條件例如如下。
[0089]光源:Nd: YAG脈沖激光
[0090]波長:1064nm
[0091]重復頻率:400kHz
[0092]平均輸出:16W
[0093]脈沖寬度:4ns
[0094]光斑直徑:10μπι
[0095]聚光透鏡的數(shù)值孔徑(NA):0.45
[0096]轉位量:400μπι
[0097]加工進給速度:400mm/s
【主權項】
1.一種晶片的生成方法，從六方晶單晶錠生成晶片，該六方晶單晶錠具有:第I面和位于該第I面的相反側的第2面;從該第I面至該第2面的C軸；以及與該C軸垂直的C面，該晶片的生成方法的特征在于，具有如下的步驟: 分離起點形成步驟，將對于六方晶單晶錠具有透過性的波長的激光束的聚光點定位在距該第I面相當于要生成的晶片的厚度的深度，并且使該聚光點與該六方晶單晶錠相對地移動而對該第I面照射該激光束，形成與該第I面平行的改質層和從該改質層伸長的裂痕而形成分離起點；以及 晶片剝離步驟，在實施了該分離起點形成步驟之后，從該分離起點將相當于晶片的厚度的板狀物從該六方晶單晶錠剝離而生成六方晶單晶晶片， 該分離起點形成步驟包含如下的步驟: 改質層形成步驟，該c軸相對于該第I面的垂線傾斜偏離角，使激光束的聚光點沿著與在該第I面和該c面之間形成偏離角的方向垂直的方向相對地移動而形成直線狀的改質層；以及 轉位步驟，在形成該偏離角的方向上使該聚光點相對地移動而轉位規(guī)定的量， 該分離起點形成步驟包含:第I分離起點形成步驟，利用第I輸出形成分離起點；以及第2分離起點形成步驟，以與該第I分離起點形成步驟中形成的改質層重疊的方式，利用比該第I輸出大的第2輸出以每I脈沖的能量成為與該第I分離起點形成步驟相同的能量的重復頻率照射激光束，而使改質層與裂痕乖離。2.根據(jù)權利要求1所述的晶片的生成方法，其中， 在該晶片剝離步驟中，將六方晶單晶錠浸漬在水中，并且賦予超聲波而將板狀物從六方晶單晶錠剝離從而生成六方晶單晶晶片。3.根據(jù)權利要求1或2所述的晶片的生成方法，其中， 六方晶單晶錠從SiC錠或者GaN錠中進行選擇。
【文檔編號】B23K26/40GK105855732SQ201610080065
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月4日
【發(fā)明人】平田和也, 西野曜子, 高橋邦充
【申請人】株式會社迪思科