CN106057737B - 薄板的分离方法 - Google Patents

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Abstract

提供薄板的分离方法。SiC基板具有：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，所述薄板的分离方法将在SiC基板的该第一面上通过外延生长而层叠的薄板从SiC基板分离，具有如下的步骤：分离起点形成步骤，从该第二面将对于SiC基板具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在SiC基板的该第一面附近，并且使该聚光点与SiC基板相对地移动而对该第二面照射该激光束，形成与该第一面平行的改质层和从该改质层沿着c面伸长的裂痕而形成分离起点；以及分离步骤，在实施了该分离起点形成步骤之后，施加外力而从该分离起点起将该薄板从SiC基板分离。

Description

薄板的分离方法
技术领域
本发明涉及薄板的分离方法，将通过外延生长而层叠在SiC基板上的薄板(薄膜)从SiC基板分离。
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。
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)。
并且，存在有如下的方法：在以SiC、GaN等六方晶单晶为材料的晶片的正面上层叠功能层而形成功率器件、LED、LD等光器件，对锭进行切片而形成晶片；以及通过外延生长使SiC薄板(薄膜)、GaN薄板(薄膜)层叠在SiC基板的上表面上，并在之后从SiC基板分离薄板而形成纯度高的晶片。
专利文献1：日本特开2000-94221号公报
然而，要想从SiC基板分离薄板，需要利用切片锯将SiC基板切断并对残留于薄板的背面的SiC基板的一部分进行研磨而生成仅由薄板构成的晶片。因此，存在SiC基板的很多部分被舍弃，不能进行SiC基板的再利用的不经济的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述点而完成的，其目的在于提供一种薄板的分离方法，高效率地将通过外延生长而层叠在SiC基板的上表面的薄板从SiC基板分离。
根据本发明，提供薄板的分离方法，从SiC基板分离薄板，该SiC基板具有：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，所述薄板的分离方法将在SiC基板的该第一面上通过外延生长而层叠的薄板从SiC基板分离，其特征在于，所述薄板的分离方法具有如下的步骤：分离起点形成步骤，从该第二面将对于SiC基板具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在SiC基板的该第一面附近，并且使该聚光点与SiC基板相对地移动而对该第二面照射该激光束，形成与该第一面平行的改质层和从该改质层沿着c面伸长的裂痕而形成分离起点；以及分离步骤，在实施了该分离起点形成步骤之后，施加外力而从该分离起点起将该薄板从SiC基板分离，该分离起点形成步骤包含如下的步骤：改质层形成步骤，该c轴相对于该第二面的垂线倾斜偏离角，使激光束的聚光点沿着与在该第二面和该c面之间形成偏离角的第二方向垂直的第一方向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，在该第二方向上相对地移动该聚光点而转位规定的量。
优选当在该分离起点形成步骤中将该聚光点定位在该薄板侧并实施该分离步骤时，在SiC基板侧残存有该薄板的一部分。
或者当在该分离起点形成步骤中将该聚光点定位在SiC基板侧并实施该分离步骤时，在该薄板侧残存有SiC基板的一部分。
根据本发明的薄板的分离方法，在c面上形成有呈直线状形成的改质层，并且裂痕在改质层的两侧沿着c面传播，由此改质层与邻接的改质层通过裂痕而连结而形成分离起点，能够容易地从分离起点将薄板分离，并且能够对薄板分离后的SiC基板进行再利用，经济效益高。
附图说明
图1是适合实施本发明的薄板的分离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SiC基板的立体图，图3的(B)是其主视图。
图4的(A)是Si基板的主视图，图4的(B)是具有通过外延生长而层叠在上表面上的薄板的SiC基板的示意性主视图。
图5是对分离起点形成步骤进行说明的立体图。
图6是SiC基板的俯视图。
图7是对改质层形成步骤进行说明的示意性剖视图。
图8是对改质层形成步骤进行说明的示意性俯视图。
图9是对薄板分离步骤进行说明的立体图。
图10是分离出的薄板的立体图。
图11是示出隔着基片将薄板保持在磨削装置的卡盘工作台上的情形的立体图。
图12是示出磨削步骤的立体图。
标号说明
2：激光加工装置；11：SiC基板；11a：第一面(正面)；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；27：薄板(薄膜)；30：激光束照射单元；36：聚光器(激光头)；54：按压机构；56：头部；58：按压部件。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。参照图1，示出了适合实施本发明的薄板的分离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，进而通过聚光透镜50将聚光点定位在固定于支承工作台上26的被加工物即SiC基板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SiC基板11的立体图。图3的(B)是图3的(A)所示的SiC基板11的主视图。SiC基板11具有第一面(正面)11a和处于第一面11a的相反侧的第二面(背面)11b。SiC基板11的正面11a和背面11b被研磨成镜面。
SiC基板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。
SiC基板11具有c轴19和与c轴19垂直的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。c面21相对于SiC基板11的正面11a倾斜偏离角α。通常在SiC基板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SiC基板11中按照SiC基板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并不限定于4°，可以在例如1°～6°的范围内自由地设定而制造出SiC基板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。
参照图4的(A)，示出了SiC基板11的主视图。SiC基板11具有例如约300μm～约1000μm的厚度且正面11a和背面11b被加工成镜面。
如图4的(B)所示，在SiC基板11的正面11a上通过外延生长而层叠有Si薄板(薄膜)或者GaN薄板(薄膜)等薄板(薄膜)27。薄膜27的厚度例如为大致200μm。
这里，外延生长是指薄膜晶体生长技术的一种，是在作为基板的晶体之上进行晶体生长，并与基底的基板的晶体面对齐而排列的生长方法。将基板与薄膜为相同物质的情况称为同质外延，将基板与薄膜为不同的物质的情况称为异质外延。
作为晶体生长方法可以采用分子线外延法、有机金属气相沉积法、液相外延法中的任意一种。要想产生外延生长，需要选择基板的晶格常数与在基板上生长出的薄膜的晶格常数大致相等的晶体，基于温度的膨胀系数必须相近。在SiC基板11上通过外延生长而层叠的薄板27的c轴和c面与SiC基板11的c轴和c面的方向一致。
在本实施方式的薄板的分离方法中，如图5所示，以SiC基板11的第二定向平面15与X轴方向对准的方式使层叠在SiC基板上的薄板27朝下并利用例如蜡或者粘接剂将薄板27固定在支承工作台26上。
即，如图6所示，以箭头A方向与X轴对齐的方式将SiC基板11固定在支承工作台26上，其中，该A方向是与形成有偏离角α的方向Y1垂直的方向，换言之该方向Y1为c轴19与背面11b的交点19a相对于SiC基板11的背面11b的垂线17所存在的方向。
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。
在本发明的薄板的分离方法中，将从聚光器36射出的激光束的扫描方向设为与SiC基板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，本发明的薄板的分离方法的特征在于探索出了如下的情况：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SiC基板11的内部的改质层传播的裂痕沿着c面21非常长地伸长。
在本实施方式的薄板的分离方法中，首先，实施分离起点形成步骤，将对于固定在支承工作台26上的SiC基板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SiC基板11的第一面(正面)11a的附近，并且使聚光点与SiC基板11相对地移动而对SiC基板11的背面11b照射激光束，形成与背面11b平行的改质层23和从改质层23沿着c面21传播的裂痕25而成为分离起点。
在该分离起点形成步骤的第一实施方式中，如图7所示，将激光束的聚光点定位在基板11侧，在正面11a附近形成改质层23和从改质层23沿着c面21传播的裂痕25而作为分离起点。
在分离起点形成步骤的第二实施方式中，将激光束的聚光点定位在薄板27侧，在薄板27内形成改质层23和从改质层23沿着c面21传播的裂痕25而作为分离起点。
该分离起点形成步骤包含：改质层形成步骤，使激光束的聚光点在图6与的箭头Y1方向垂直的方向即A方向上相对地移动而在SiC基板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，其中，图6的箭头Y1方向为在c面21和正面11a之间形成有偏离角α的方向，该偏离角α为c轴19相对于背面11b的垂线17倾斜的角度；以及转位步骤，如图8所示，使聚光点在形成有偏离角的方向即Y轴方向上相对地移动而转位规定的量。
如图7和图8所示，当在X轴方向上直线状地形成改质层23时，裂痕25从改质层23的两侧沿着c面21传播而形成。在本实施方式的薄板的分离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，并设定聚光点的转位量。
在转位量设定步骤中，如图7所示，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，在该情况下，将应转位的规定的量W2设定为W1以上2W1以下。
这里，优选的实施方式的分离起点形成步骤的激光加工方法以如下的方式进行设定。
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7中，从改质层23沿着c面传播的裂痕25的宽度W1被设定为大致250μm，转位量W2被设定为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而得到了良好的结果。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。
由于在平均输出不到2W的情况以及比4.5W大的情况下，不能在SiC基板11的内部形成良好的改质层23，所以优选所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SiC基板11照射平均输出为3.2W的激光束。
如果在Y轴方向上转位进给规定的量，并且完成了在SiC基板11的整个区域的正面11a附近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，则实施分离步骤，施加外力从由改质层23和裂痕25构成的分离起点起将薄板27从SiC基板11分离。
该晶片分离步骤通过例如图9所示的按压机构54来实施。按压机构54包含：头部56，其通过内置在柱52内的移动机构而在上下方向上移动；以及按压部件58，其相对于头部56如图9的(B)所示在箭头R方向上旋转。
如图9的(A)所示，将按压机构54定位在固定在支承工作台26上的SiC基板11的上方，如图9的(B)所示，将头部56下降到按压部件58压接于层叠在SiC基板11上的薄板27为止。
当在将按压部件58压接于薄板27的状态下使按压部件58在箭头R方向上旋转时，在SiC基板11上产生扭转应力，薄板27从形成有改质层23和裂痕25的分离起点断裂，能够从SiC基板11分离出图10所示的薄板27。
当从SiC基板11分离出薄板27时，在薄板27的背面残存有SiC基板11的一部分。因此，在本实施方式的薄板的分离方法中，在实施分离步骤之后，实施磨削步骤，对残存在薄板27的背面上的SiC基板的一部分进行磨削而去除该部分。
在该磨削步骤中，实施如下的保持步骤：如图11所示，利用蜡或者粘结剂等将薄板27固定在基片29上，并隔着基片29将薄板27吸引保持在磨削装置的卡盘工作台60的保持面60a上。
一边这样隔着基片29将薄板27保持在卡盘工作台60上，一边如图12所示实施磨削步骤，通过磨削单元62对残存在薄板27上的SiC基板11的一部分11c进行磨削而去除该部分。
在图12中，在轮座66上通过多个螺纹部件67以能够拆装的方式安装有磨削磨轮68，该轮座66被固定在磨削单元62的主轴64的前端。磨削磨轮68构成为：在轮基台70的自由端部(下端部)呈环状地固定安装着多个磨削磨具72。
在磨削步骤中，一边使卡盘工作台60在箭头a所示的方向上以例如300rpm旋转，一边使磨削磨轮68在箭头b所示的方向上以例如6000rpm进行旋转，并且驱动未图示的磨削单元进给机构而使磨削磨轮68的磨削磨具72与残存在薄板27的背面上的SiC基板11的一部分11c接触。
并且，一边以规定的磨削进给速度(例如0.1μm/s)对磨削磨轮68进行磨削进给，一边对残存在薄板27的背面上的SiC基板11的一部分11c进行磨削而去除该部分。由此，能够得到通过外延生长而形成的纯度高的SiC晶片。
在分离起点形成步骤的第二实施方式中，在将聚光点定位在薄板27侧的情况下，在分离步骤中在SiC基板11的正面11a侧残存有薄板27的一部分。
因此，在该情况下，在磨削步骤中，对残存在SiC基板11上的薄板27的一部分进行磨削而去除该部分。在第二实施方式的情况下，由于能够维持SiC基板11的原来的厚度，所以具有无论多少次都能够再利用的优点。
同样在采用了第一实施方式的分离起点形成步骤的情况下，虽然SiC基板11由于磨削步骤而逐渐薄化因而存在限定次数，但也能够对Sic基板11进行多次再利用。

Claims (5)

1.一种薄板的分离方法，从SiC基板分离出薄板，该SiC基板具有：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，所述薄板的分离方法将在SiC基板的该第一面上通过外延生长而层叠的薄板从SiC基板分离，其特征在于，所述薄板的分离方法具有如下的步骤：
分离起点形成步骤，从该第二面将对于SiC基板具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在SiC基板侧的靠近该SiC基板的该第一面的位置或者定位在薄板侧的靠近该SiC基板的该第一面的位置，并且使该聚光点与SiC基板相对地移动而对该第二面照射该激光束，形成与该第一面平行的改质层和从该改质层沿着c面伸长的裂痕而形成分离起点；以及
分离步骤，在实施了该分离起点形成步骤之后，施加外力而从该分离起点起将该薄板从SiC基板分离，
该分离起点形成步骤包含如下的步骤：
改质层形成步骤，该c轴相对于该第二面的垂线倾斜偏离角，使激光束的聚光点沿着与在该第二面和该c面之间形成偏离角的第二方向垂直的第一方向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，在该第二方向上相对地移动该聚光点而转位规定的量。
2.根据权利要求1所述的薄板的分离方法，其中，
当在该分离起点形成步骤中将该聚光点定位在该薄板侧并实施该分离步骤时，在SiC基板侧残存有该薄板的一部分。
3.根据权利要求1所述的薄板的分离方法，其中，
当在该分离起点形成步骤中将该聚光点定位在SiC基板侧并实施该分离步骤时，在该薄板侧残存有SiC基板的一部分。
4.根据权利要求2所述的薄板的分离方法，其中，
该薄板的分离方法还具有磨削步骤，在实施了该分离步骤之后，对残存在SiC基板上的该薄板的一部分进行磨削而去除。
5.根据权利要求3所述的薄板的分离方法，其中，
该薄板的分离方法还具有磨削步骤，在实施了该分离步骤之后，对残存在该薄板的背面上的SiC基板的一部分进行磨削而去除。
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