CN106041294B - 晶片的生成方法 - Google Patents

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Abstract

提供晶片的生成方法，能够从锭高效地生成晶片。晶片的生成方法具有：端面测量步骤，对存在于锭的端面上的凹凸的起伏进行测量；分离面形成步骤，在实施了端面测量步骤之后，将对于锭具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使激光束的聚光点与锭相对地移动而形成包含改质层和裂痕的分离面。在分离面形成步骤中，根据形成激光束的聚光点的物镜的数值孔径NA、锭的折射率N以及存在于锭的端面上的凹凸的起伏而控制集光器的高度位置以便将激光束的聚光点定位在锭的同一平面上并形成分离面。

Description

晶片的生成方法
技术领域
本发明涉及晶片的生成方法，将六方晶单晶锭切片成晶片状。
背景技术
在以硅等作为原材料的晶片的正面上层叠功能层，在该功能层上在通过多个分割预定线划分出的区域中形成有IC、LSI等各种器件。并且，通过切削装置、激光加工装置等加工装置对晶片的分割预定线实施加工，将晶片分割成各个器件芯片，分割得到的器件芯片广泛应用于移动电话、个人计算机等各种电子设备。
并且，在以SiC、GaN等六方晶单晶作为材料的晶片的正面上层叠有功能层，在所层叠的功能层上通过形成为格子状的多条分割预定线进行划分而形成有功率器件或者LED、LD等光器件。
形成有器件的晶片通常是利用切片锯对锭进行切片而生成的，对切片得到的晶片的正面背面进行研磨而精加工成镜面(例如，参照日本特开2000-94221号公报)。
在该切片锯中，将直径约为100～300μm的钢琴丝等一根金属丝缠绕在通常设置于二～四条间隔辅助辊上的多个槽中，按照一定间距彼此平行配置且使金属丝在一定方向或者双向上行进，将锭切片成多个晶片。
但是，当利用切片锯将锭切断，并对正面背面进行研磨而生成晶片时，会浪费锭的70～80％，存在不经济这样的问题。特别是SiC、GaN等六方晶单晶锭的莫氏硬度较高，利用切片锯而进行的切断很困难，花费相当长的时间，生产性较差，在高效地生成晶片方面存在课题。
为了解决这些问题，在日本特开2013-49461号公报中记载了如下技术：将对于SiC具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在六方晶单晶锭的内部而进行照射，在切断预定面上形成改质层和裂痕，并施加外力而沿着形成有改质层和裂痕的切断预定面割断晶片，从锭分离晶片。
在该公开公报所记载的技术中，以脉冲激光束的第一照射点和距该第一照射点最近的第二照射点处于规定的位置的方式，将脉冲激光束的聚光点沿着切断预定面呈螺旋状照射，或者呈直线状照射，而在锭的切断预定面上形成非常高密度的改质层和裂痕。
专利文献1：日本特开2000-94221号公报
专利文献2：日本特开2013-49161号公报
但是，在专利文献2所记载的锭的切断方法中，激光束的照射方法相对于锭呈螺旋状或者直线状，对于在直线状的情况下扫描激光束的方向则没有任何规定。
在专利文献2所记载的锭的切断方法中，将激光束的第一照射点与距该第一照射点最近的第二照射点之间的间距设定为1μm～10μm。该间距是从改质层产生的裂纹沿着c面延伸的间距。
由于以这种方式照射激光束时的间距非常小，因此不论激光束的照射方法是螺旋状或者直线状，都需要以非常小的间距间隔照射激光束，存在无法充分实现生产性的提高这样的问题。
此外，当在锭的端面上存在凹凸的起伏时，则跟随起伏而在切断预定面上形成改质层，因此生成在正面和背面上具有起伏的晶片，必须通过研磨从正面和背面去除起伏，存在无法实质上高效地从锭生成晶片并且无法减轻从锭废弃的量这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的点而完成的，其目的在于，提供一种晶片的生成方法，能够高效地从锭生成晶片。
根据技术方案1记载的发明，提供晶片的生成方法，从锭生成晶片，该晶片的生成方法的特征在于，具有如下的步骤：端面测量步骤，对存在于锭的端面上的凹凸的起伏进行测量；分离面形成步骤，在实施了该端面测量步骤之后，将对于锭具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使该聚光点与该锭相对地移动而对锭的该端面照射激光束，形成包含改质层和从该改质层伸长的裂痕的分离面；以及晶片分离步骤，在实施了该分离面形成步骤之后，从该分离面将相当于晶片的厚度的板状物从锭分离而生成晶片，在该分离面形成步骤中，根据形成激光束的聚光点的物镜的数值孔径NA、锭的折射率N以及存在于锭的该端面上的凹凸的起伏而进行控制以便将聚光点定位在同一平面上并形成分离面。
优选当将锭的该端面与激光束的聚光点所定位的分离面之间的距离设为h，将物镜的数值孔径NA设为sinβ，将物镜的焦距设为L，将锭的折射率N设为sinβ/sinα，将从锭的该端面到物镜的距离设为H时，在该分离面形成步骤中，进行控制以便将物镜定位在H＝L-h(tanα/tanβ)的位置上。
根据技术方案3记载的发明，提供一种晶片的生成方法，从六方晶单晶锭生成晶片，该六方晶单晶锭具有：第一面和位于该第一面的相反侧的第二面；从该第一面至该第二面的c轴；以及与该c轴垂直的c面，该晶片的生成方法的特征在于，具有如下的步骤：端面测量步骤，对存在于六方晶单晶锭的第一面上的凹凸的起伏进行测量；分离面形成步骤，在实施了该端面测量步骤之后，将对于六方晶单晶锭具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在锭内的距该第一面相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使该聚光点与该六方晶单晶锭相对地移动而对该第一面照射该激光束，形成包含与该第一面平行的改质层以及从该改质层起沿着c面伸长的裂痕的分离面；以及晶片剥离步骤，在实施了该分离面形成步骤之后，从该分离面将相当于晶片的厚度的板状物从该六方晶单晶锭剥离而生成六方晶单晶晶片，该分离面形成步骤包含如下的步骤：改质层形成步骤，该c轴相对于该第一面的垂线倾斜偏离角，使激光束的聚光点沿着与在该第一面和该c面之间形成偏离角的第二方向垂直的第一方向相对地移动，而形成在第一方向上延伸的直线状的改质层；以及转位步骤，在该第二方向上使该聚光点相对地移动而转位规定的量，在该分离面形成步骤中，根据形成激光束的聚光点的物镜的数值孔径NA、六方晶单晶锭的折射率N以及存在于六方晶单晶锭的该第一面的凹凸的起伏进行控制以便将聚光点定位在同一平面上并形成分离面。
根据本发明的晶片的生成方法，在实施分离面形成步骤之前，实施对存在于锭的端面上的凹凸的起伏进行测量的端面测量步骤，在分离面形成步骤中，根据形成激光束的聚光点的物镜的数值孔径NA、锭的折射率N以及存在于锭的端面的凹凸的起伏而进行控制以便在同一平面上形成分离面，因此即使在锭的端面上存在凹凸的起伏也不会受到起伏的影响，能够在锭的内部形成平坦的分离面，能够从锭高效地生成晶片并且减轻废弃的量。
附图说明
图1是适合实施本发明的晶片的生成方法的激光加工装置的立体图。
图2是激光束产生单元的框图。
图3的(A)是六方晶单晶锭的立体图，图3的(B)是其主视图。
图4是说明分离起点形成步骤的立体图。
图5是六方晶单晶锭的俯视图。
图6是说明改质层形成步骤的示意性剖面图。
图7是说明改质层形成步骤的示意性俯视图。
图8的(A)是说明转位步骤的示意性俯视图，图8的(B)是说明转位量的示意性俯视图。
图9是示出端面测量步骤的立体图。
图10是说明端面测量步骤的示意性俯视图。
图11是示出表示在端面测量步骤中测量出的端面的高度位置的对应图的一例的图。
图12是示出分离面形成步骤的示意性侧视图。
图13是对在分离面形成步骤中以在同一平面上形成分离面的方式进行控制的控制方法进行说明的放大示意图。
图14是说明晶片剥离步骤的立体图。
图15是所生成的六方晶单晶晶片的立体图。
标号说明
2：激光加工装置；11：六方晶单晶锭；11a：第一面(端面)；11b：第二面(背面)；13：第一定向平面；15：第二定向平面；17：第一面的垂线；19：c轴；21：c面；23：改质层；25：裂痕；26：支承工作台；30：激光束照射单元；36：聚光器(激光头)；50：物镜(聚光透镜)；54：按压机构；56：头；58：按压部件；60：端面测量装置。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。参照图1，示出了适合实施本发明的晶片的生成方法的激光加工装置2的立体图。激光加工装置2包含以能够在X轴方向上移动的方式搭载在静止基台4上的第一滑动块6。
第一滑动块6借助由滚珠丝杠8和脉冲电动机10构成的加工进给机构12沿着一对导轨14在加工进给方向、即X轴方向上移动。
第二滑动块16以能够在Y轴方向上移动的方式搭载在第一滑动块6上。即，第二滑动块16借助由滚珠丝杠18和脉冲电动机20构成的分度进给机构22沿着一对导轨24在分度进给方向、即Y轴方向上移动。
在第二滑动块16上搭载有支承工作台26。支承工作台26能够借助加工进给机构12和分度进给机构22在X轴方向和Y轴方向上移动，并且借助收纳在第二滑动块16中的电动机而旋转。
在静止基台4上竖立设置有柱28，在该柱28上安装有激光束照射机构(激光束照射构件)30。激光束照射机构30由收纳在外壳32中的图2所示的激光束产生单元34和安装于外壳32的前端的聚光器(激光头)36构成。在外壳32的前端安装有具有显微镜和照相机的摄像单元38，该摄像单元38与聚光器36在X轴方向上排列。
如图2所示，激光束产生单元34包含振荡出YAG激光或者YVO4激光的激光振荡器40、重复频率设定构件42、脉冲宽度调整构件44以及功率调整构件46。虽然未特别图示，但激光振荡器40具有布鲁斯特窗，从激光振荡器40射出的激光束是直线偏光的激光束。
借助激光束产生单元34的功率调整构件46被调整为规定的功率的脉冲激光束被聚光器36的反射镜48反射，进而借助聚光透镜50将聚光点定位在作为固定于支承工作台26的被加工物的六方晶单晶锭11的内部而进行照射。
参照图3的(A)，示出了作为加工对象物的六方晶单晶锭11的立体图。图3的(B)是图3的(A)所示的六方晶单晶锭11的主视图。六方晶单晶锭(以下，有时简称为锭)11由SiC单晶锭、GaN单晶锭或者ALN单晶锭构成。
锭11具有第一面(上表面)11a和与第一面11a相反侧的第二面(背面)11b。由于锭11的正面11a是激光束的照射面因此将其研磨成镜面。
锭11具有第一定向平面13和与第一定向平面13垂直的第二定向平面15。第一定向平面13的长度形成为比第二定向平面15的长度长。
锭11具有c轴19和c面21，该c轴19相对于正面11a的垂线17向第二定向平面15方向倾斜偏离角α，该c面21与c轴19垂直。c面21相对于锭11的正面11a倾斜偏离角α。通常在六方晶单晶锭11中，与较短的第二定向平面15的伸长方向垂直的方向是c轴的倾斜方向。
在锭11中按照锭11的分子级设定有无数个c面21。在本实施方式中，偏离角α被设定为4°。但是，偏离角α不限于4°，能够在例如1°～6°的范围中自由地设定而制造出锭11。
再次参照图1，在静止基台4的左侧固定有柱52，在该柱52上经由形成于柱52的开口53以能够在上下方向上移动的方式搭载有按压机构54。
在本实施方式的晶片的生成方法中，如图4所示，以锭11的第二定向平面15在X轴方向上排列的方式例如利用蜡或者粘接剂将锭11固定在支承工作台26上。
即，如图5所示，使箭头A方向与X轴相符而将锭11固定在支承工作台26上，其中，该A方向即是与形成有偏离角α的方向Y1、换言之c轴19的与正面11a的交点19a相对于锭11的正面11a的垂线17所存在的方向垂直的方向。
由此，沿着与形成有偏离角α的方向垂直的方向A扫描激光束。换言之，与形成有偏离角α的方向Y1垂直的A方向成为支承工作台26的加工进给方向。
在本发明的晶片的生成方法中，将从聚光器36射出的激光束的扫描方向设为与锭11的形成有偏离角α的方向Y1垂直的箭头A方向是很重要的。
即，本发明的晶片的生成方法的特征在于探索出如下情况：通过将激光束的扫描方向设定为上述这样的方向，从形成于锭11的内部的改质层传播的裂痕沿着c面21非常长地伸长。
在本实施方式的晶片的生成方法中，首先，实施分离起点形成步骤，将对于固定于支承工作台26的六方晶单晶锭11具有透过性的波长(例如1064nm的波长)的激光束的聚光点定位在距第一面(正面)11a相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使聚光点与六方晶单晶锭11相对地移动而对正面11a照射激光束，形成与正面11a平行的改质层23以及从改质层23沿着c面21传播的裂痕25而成为分离起点。
该分离起点形成步骤包含：改质层形成步骤，c轴19相对于正面11a的垂线17倾斜偏离角α，在与在c面21和正面11a之间形成有偏离角α的方向即图5的箭头Y1方向垂直的方向即A方向上使激光束的聚光点相对地移动而在锭11的内部形成改质层23和从改质层23沿着c面21传播的裂痕25；以及转位步骤，如图7和图8所示，在形成有偏离角的方向即Y轴方向上使聚光点相对地移动且转位规定的量。
如图6和图7所示，当在X轴方向上将改质层23形成为直线状时，裂痕25从改质层23的两侧沿着c面21传播而形成。在本实施方式的晶片的生成方法中包含转位量设定步骤，对从直线状的改质层23起在c面方向上传播而形成的裂痕25的宽度进行测量，设定聚光点的转位量。
在转位量设定步骤中，如图6所示，当将从直线状的改质层23起在c面方向上传播而形成在改质层23的单侧的裂痕25的宽度设为W1的情况下，将应该进行转位的规定的量W2设定为W1以上2W1以下。
这里，以如下的方式设定优选的实施方式的改质层形成步骤的激光加工方法。
光源：Nd：YAG脉冲激光
波长：1064nm
重复频率：80kHz
平均输出：3.2W
脉冲宽度：4ns
光斑直径：10μm
聚光透镜的数值孔径(NA)：0.45
转位量：400μm
在上述的激光加工条件中，在图6中，将从改质层23沿着c面传播的裂痕25的宽度W1设定为大致250μm，将转位量W2设定为400μm。
但是，激光束的平均输出不限于3.2W，在本实施方式的加工方法中，将平均输出设定为2W～4.5W而得到良好的结果。在平均输出为2W的情况下，裂痕25的宽度W1为大致100μm，在平均输出为4.5W的情况下，裂痕25的宽度W1为大致350μm。
由于在平均输出小于2W的情况下和大于4.5W的情况下，无法在锭11的内部形成良好的改质层23，因此优选照射的激光束的平均输出在2W～4.5W的范围内，在本实施方式中对锭11照射平均输出为3.2W的激光束。在图6中，将形成改质层23的聚光点的距正面11a的深度D1设定为500μm。
参照图8的(A)，示出了用于说明激光束的扫描方向的示意图。利用往路X1和返路X2实施分离起点形成步骤，对于利用往路X1在六方晶单晶锭11中形成了改质层23的激光束的聚光点而言，在转位了规定的量之后，利用返路X2在六方晶单晶锭11中形成改质层23。
并且，在分离起点形成步骤中，在激光束的聚光点的应该进行转位的规定的量被设定为W以上2W以下的情况下，优选在六方晶单晶锭11中定位激光束的聚光点并将聚光点的转位量设定为W以下直到形成最初的改质层23为止。
例如，如图8的(B)所示，在应该对激光束的聚光点进行转位的规定的量为400μm的情况下，以转位量200μm执行多次激光束的扫描直到在锭11中形成最初的改质层23为止。
最初的激光束的扫描是空打，如果判明在锭11的内部最初形成了改质层23，则设定为转位量400μm而在锭11的内部形成改质层23。
接着，参照图9～图13，对端面测量步骤进行说明，在该端面测量步骤中，对存在于锭11的第一面(端面或者上表面)11a的凹凸的起伏进行测量。如果在锭11的端面11a上存在凹凸的起伏，则跟随起伏而在切断预定面上形成改质层23，因此当实施晶片剥离步骤而从锭分离晶片时，生成在正面背面具有起伏的晶片，必须通过研磨从正面背面去除起伏，存在实质上无法高效地从锭生成晶片这样的问题。
为了解决该问题，在本发明的晶片的生成方法中，在实施分离面形成步骤(分离起点形成步骤)之前实施端面测量步骤，对存在于锭11的端面11a的凹凸的起伏进行测量。
如图9所示，一边使支承在支承工作台26上的锭11在X轴方向和Y轴方向上移动一边使用对锭11的端面11a的高度位置进行测量的端面测量装置60来实施该端面测量步骤。
作为端面测量装置60可以使用以往公知的激光方式或者超声波方式的高度位置检测装置。如图10所示，通过使支承于支承工作台26上的锭11的端面11a的坐标位置(x1，y1)移动至端面测量装置60的正下方，并使支承工作台26在X轴方向上移动，从而连续性地测定坐标(x1，y1)处的端面11a的高度位置z1、坐标(x1-1，y1)处的端面11a的高度位置z1-1、坐标(x1-2，y1)处的端面11a的高度位置z1-2……坐标(x1-n，y1)处的端面11的高度位置z1-n，并将它们保存在激光加工装置2的控制构件(控制器)62的存储器中。
使支承工作台26在Y轴方向上分度进给，一边使支承工作台26在X轴方向上移动一边分别测量y2位置处的端面11a的高度位置，并将它们保存在控制构件62的存储器中。
使支承工作台26分度进给到y1～ym而生成图11所示的对应图，并将其保存在控制构件62的存储器中。由此，能够在整个端面的范围内对锭11的端面11a的凹凸的起伏进行测量。
在实施了端面测量步骤之后，如图12所示，实施分离面形成步骤，将对于六方晶单晶锭11具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在距端面11a相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使聚光点与六方晶单晶锭11相对地移动而对端面11a照射激光束，在锭11的内部形成包含改质层23和裂痕25的分离面S。
在该分离面形成步骤中，根据形成激光束的聚光点的物镜50的数值孔径NA、锭11的折射率N以及在端面测量步骤中测量的存在于锭11的端面11a的凹凸的起伏，利用控制构件62控制集光器36的高度位置，而将聚光点定位在同一平面S上并形成分离面。
使用图13详细地对该控制方法进行说明。当将物镜50的焦距设为L，将从锭11的端面11a到分离面S的距离设为h(x)，将物镜50与锭11的端面11a之间的距离设为H(x)时，由于数值孔径NA为sinβ，锭11的折射率N为sinβ/sinα，因此(L-H(x))tanβ＝h(x)tanα。
因此，H(x)tanβ＝Ltanβ-h(x)tanα
得到H(x)＝L-h(x)(tan)α/tanβ。
由此，只要以将集光器36的物镜50定位于H(x)＝L-h(x)(tanα/tanβ)的位置的方式控制集光器36的高度位置即可。
这样，在一边控制集光器36的高度位置，一边在锭11的整个区域的分离面S的位置上形成多个改质层23和从改质层23沿着c面21延伸的裂痕25的形成结束之后，实施晶片剥离工序，施加外力而从包含改质层23和裂痕25的分离面S将相当于晶片的厚度的板状物从六方晶单晶锭11分离而生成六方晶单晶晶片27。
例如通过如图14所示的按压机构54实施该晶片剥离工序。按压机构54包含：头56，其借助内设于柱52内的移动机构而在上下方向上移动；以及按压部件58，其相对于头56如图14的(B)所示那样在箭头R方向上旋转。
如图14的(A)所示，将按压机构54定位在固定于支承工作台26的锭11的上方，如图14的(B)所示，使头56下降直到按压部件58压接于锭11的正面11a为止。
当在将按压部件58压接于锭11的正面11a的状态下使按压部件58在箭头R方向上旋转时，在锭11上产生扭转应力，锭11从形成有改质层23和裂痕25的分离起点断裂，能够将图15所示的六方晶单晶晶片27从六方晶单晶锭11分离。
优选在从锭11分离晶片27之后，对晶片27的分离面和锭11的分离面进行研磨而加工成镜面。

Claims (1)

1.一种晶片的生成方法，从六方晶单晶锭生成晶片，该六方晶单晶锭具有：第一面和位于该第一面的相反侧的第二面；从该第一面至该第二面的c轴；以及与该c轴垂直的c面，该晶片的生成方法的特征在于，具有如下的步骤：
端面测量步骤，对存在于六方晶单晶锭的第一面上的凹凸的起伏进行测量；
分离面形成步骤，在实施了该端面测量步骤之后，将对于六方晶单晶锭具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在锭内的距该第一面相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使该聚光点与该六方晶单晶锭相对地移动而对该第一面照射该激光束，形成包含与该第一面平行的改质层以及从该改质层起沿着c面伸长的裂痕的分离面；以及
晶片剥离步骤，在实施了该分离面形成步骤之后，从该分离面将相当于晶片的厚度的板状物从该六方晶单晶锭剥离而生成六方晶单晶晶片，
该分离面形成步骤包含如下的步骤：
改质层形成步骤，该c轴相对于该第一面的垂线倾斜偏离角，使激光束的聚光点沿着与在该第一面和该c面之间形成偏离角的第二方向垂直的第一方向相对地移动，而形成在第一方向上延伸的直线状的改质层；以及
转位步骤，在该第二方向上使该聚光点相对地移动而转位规定的量，
在该分离面形成步骤中，根据形成激光束的聚光点的物镜的数值孔径NA、六方晶单晶锭的折射率N以及存在于六方晶单晶锭的该第一面的凹凸的起伏进行控制以便将聚光点定位在同一平面上并形成分离面。
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