CN107030905B - 晶片生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供晶片的生成方法，能够从钽酸锂锭高效率地生成晶片并减少被舍弃的锭的量。一种晶片生成方法，从钽酸锂锭生成晶片，该晶片生成方法包含从具有与Y轴平行地形成的定向平面的42°旋转Y切锭即钽酸锂锭的端面将对于钽酸锂具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在锭内部而进行照射并一边对锭进行加工进给一边在锭内部形成改质层的工序、以及对锭施加外力而将板状物从锭剥离从而生成晶片的工序。在形成改质层的工序中，在与定向平面平行或垂直的方向上对锭进行相对地加工进给。

Description

晶片生成方法
技术领域
本发明涉及晶片生成方法，从钽酸锂锭高效率地生成晶片。
背景技术
SAW(表面弹性波：Surface Acoustic Wave)器件通过以下方式形成：在以钽酸锂(Lithium tantalate：LiTaO3)为原料的晶片的正面上层叠功能层并通过分割预定线来进行划分。然后，通过切削装置和激光加工装置沿着晶片的分割预定线实施加工而分割成各个SAW器件，并在应用于移动电话等移动通信设备、个人计算机、影像媒体设备等的高频滤波器等中使用。
并且，关于形成器件的晶片，一般公知利用线切割机对锭进行切片而生成晶片，并对切片得到的晶片的正背面进行研磨而精加工成镜面(例如，参照专利文献1。)。
专利文献1：日本特开2000-094221号公报
在利用线切割机将锭切断并对正背面进行研磨而生成晶片的情况下，为了应对器件的薄型化、轻量化而使要生成的晶片的厚度变薄是很不容易，并且，所生成的晶片的厚度越薄，在切断、研磨时被削掉的锭的比例越多，产生了不经济的问题。
特别是钽酸锂锭的莫氏硬度较高，由线切割机进行的切断需要相当长的时间而存在生产性差的问题，并且由于单价较高的锭在加工时被切削舍弃而造成浪费，所以优选开发出不使钽酸锂锭浪费的、将钽酸锂锭高效率地切断而生产出较薄的晶片的方法。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于，提供晶片的生成方法，能够从钽酸锂锭高效率地生成晶片，并且减少被舍弃的锭的量。
为了解决上述课题，根据本发明，提供晶片生成方法，从被称为42°旋转Y切锭的钽酸锂锭生成晶片，该42°旋转Y切锭具有相对于中心轴被垂直切断的端面并且具有与Y轴平行地形成的定向平面，该Y轴与钽酸锂的晶体轴垂直，该中心轴被设定为相对于Y轴具有42°的旋转角，该晶片生成方法的特征在于，具有如下的工序：改质层形成工序，从该钽酸锂锭的该端面将对于钽酸锂具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在深度相当于要生成的晶片的厚度的位置而照射激光光线，一边相对于激光光线对该钽酸锂锭相对地进行加工进给一边在该钽酸锂锭内部形成改质层；以及晶片生成工序，在实施了该改质层形成工序之后，对该钽酸锂锭施加外力而将板状物从该钽酸锂锭剥离从而生成晶片，当在该改质层形成工序中在钽酸锂锭内部形成改质层时，在相对于该定向平面平行或呈直角的方向上相对于激光光线对该钽酸锂锭相对地进行加工进给。
优选该晶片生成方法还包含如下的磨削步骤：对所生成的晶片的剥离面和钽酸锂锭的剥离面进行磨削而使它们平坦化。
根据本发明，当在改质层形成工序中形成改质层时，通过使激光光线在与定向平面平行的方向或呈直角(垂直)的方向上相对地加工进给，由于相对于形成有改质层的方向，断裂方向存在于横向，所以裂纹能够与钽酸锂锭的端面平行地成长而能够容易地将晶片从钽酸锂锭剥离。因此，能够从钽酸锂锭高效率地生成晶片并且减少被舍弃的量。
附图说明
图1是激光加工装置的整体立体图。
图2是示出将作为被加工物的钽酸锂锭安装在图1所示的激光加工装置的保持工作台上的状态的立体图。
图3是示出形成钽酸锂锭的钽酸锂的1个晶体结构的示意图。
图4的(a)、(b)和(c)是示出对钽酸锂锭照射脉冲激光光线的状态的图。
图5是示出使晶片从钽酸锂锭剥离的状态的立体图。
图6的(a)和(b)是对根据钽酸锂锭的定向平面与加工进给方向之间的角度的效果进行说明的说明图。
标号说明
1：激光加工装置；2：静止基台；3：保持工作台机构；4：激光光线照射单元；5：激光光线照射构件；6：拍摄构件；7：钽酸锂锭；8：晶片剥离构件；31：导轨；34：保持工作台；82：剥离单元臂；84：晶片吸附构件。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的钽酸锂的晶片的生成方法的优选的实施方式进行说明。
在图1中示出了用于实施本发明的钽酸锂的晶片的生成方法的激光加工装置1的立体图。图1所示的激光加工装置1具有：静止基台2；保持工作台机构3，其以能够在箭头X所示的X轴方向上移动的方式配设在该静止基台2上，并用于对被加工物进行保持；以及激光光线照射单元4，其作为配设在静止基台2上的激光光线照射构件。
上述保持工作台机构3具有：一对导轨31、31，它们沿着X轴方向平行地配设在静止基台2上；第1滑动块32，其以能够在X轴方向上移动的方式配设在该导轨31、31上；第2滑动块33，其以能够在与X轴方向垂直的箭头Y所示的Y轴方向上移动的方式配设在该第1滑动块32上；以及保持工作台34，其在该第2滑动块33上形成为圆筒形状并通过在内部具有脉冲电动机而构成为能够旋转。在图1所示的激光加工装置中，在该保持工作台34上载置有图2所示的作为被加工物的钽酸锂锭7。
在上述第1滑动块32的下表面设置有与上述一对导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321，并且在上表面上设置有沿着Y轴方向平行形成的一对导轨322、322。这样构成的第1滑动块32通过被引导槽321、321与一对导轨31、31嵌合而构成为能够沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动。保持工作台机构3具有X轴方向移动构件35，该X轴方向移动构件35用于使第1滑动块32沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动。X轴方向移动构件35包含平行配设在上述一对导轨31与31之间的外螺纹杆351和用于旋转驱动该外螺纹杆351的脉冲电动机352等驱动源。外螺纹杆351的一端旋转自如地支承于在上述静止基台2上固定的轴承块353，其另一端与上述脉冲电动机352的输出轴传动连结。另外，外螺纹杆351与形成在朝向第1滑动块32的中央部下表面突出设置的未图示的内螺纹块中的贯通内螺纹孔螺合。因此，通过脉冲电动机352对外螺纹杆351进行正转和反转驱动，由此，使第1滑动块32沿着导轨31、31在X轴方向上移动。
在上述第2滑动块33的下表面设置有一对被引导槽331、331，该一对被引导槽331、331与设置于上述第1滑动块32的上表面的一对导轨322、322嵌合，通过使该被引导槽331、331与一对导轨322、322嵌合，上述第2滑动块33构成为能够在Y轴方向上移动。保持工作台机构3具有Y轴方向移动构件36，该Y轴方向移动构件36用于使第2滑动块33沿着设置于第1滑动块32的一对导轨322、322移动。Y轴方向移动构件36包含平行配设在上述一对导轨322、322之间的外螺纹杆361和用于旋转驱动该外螺纹杆361的脉冲电动机362等驱动源。外螺纹杆361的一端旋转自如地支承于在上述第1滑动块32的上表面上固定的轴承块363，另一端与上述脉冲电动机362的输出轴传动连结。另外，通过使形成在朝向第2滑动块33的中央下表面突出设置的未图示的内螺纹块中的贯通内螺纹杆361正转和反转，外螺纹杆361使第2滑动块33沿着导轨322、322在Y轴方向上移动。
上述第1滑动块32、第2滑动块33分别具有未图示的对X轴方向位置进行检测的X轴方向位置检测构件、对Y轴方向位置进行检测的Y轴方向位置检测构件，能够通过后述的控制构件并根据检测出的各第1、第2滑动块32、33的位置，对上述各驱动源发送驱动信号而将保持工作台34控制在希望的位置处。
上述激光光线照射单元4具有：支承部件41，其配设在上述静止基台2上；外壳42，其被该支承部件41支承且实际上水平延伸；激光光线照射构件5，其配设在该外壳42上；以及拍摄构件6，其配设在该外壳42的前端部并检测待激光加工的加工区域。另外，拍摄构件6具有：照明构件，其对被加工物进行照明；光学系统，其捕捉被该照明构件照明的区域；以及拍摄元件(CCD)等，其对该光学系统所捕捉到的像进行拍摄，该拍摄构件6将拍摄得到的图像信号发送至后述的控制构件。
上述激光光线照射构件5具有聚光器51，该聚光器51对从收纳在外壳42内部的脉冲激光光线振荡构件振荡出的激光光线进行会聚，并对保持在保持工作台34上的被加工物进行照射。虽然省略了图示，但外壳42内的脉冲激光光线振荡构件由脉冲激光光线的输出调整构件、脉冲激光光线振荡器以及附设于该脉冲激光光线振荡器的重复频率设定构件等构成，对该脉冲激光光线振荡构件进行控制以便能够在与保持工作台的上表面即保持面垂直的方向(Z轴方向)上对该脉冲激光光线的聚光点位置进行调整。
进而，激光加工装置1具有晶片剥离构件8，该晶片剥离构件8配设在静止基台2上并设置在上述导轨31、31的终端部(对外螺纹杆351进行支承的轴承块353侧)附近。该晶片剥离构件8具有：剥离单元盒81；剥离单元臂82，其一部分被收纳在该剥离单元盒81内，并被支承为能够在箭头Z所示的Z轴方向(上下方向)上移动；剥离用脉冲电动机83，其配设在该剥离单元臂82的前端部；以及晶片吸附构件84，其在该剥离用脉冲电动机83的下部被该剥离用脉冲电动机83支承为能够旋转，并在其下表面具有能够通过未图示的吸引构件进行吸引的多个吸引孔。在该晶片吸附构件84中内设有超声波振动施加构件，该超声波振动施加构件对吸附面施加超声波振动。在该剥离单元盒81内具有在Z轴方向上对剥离单元臂82进行移动控制的Z轴方向移动构件，在Z轴方向移动构件中收纳有：未图示的外螺纹杆，其对该剥离单元臂82进行支承；轴承块，其对该外螺纹杆进行支承；以及脉冲电动机，其用于对该外螺纹杆进行正转、反转驱动。在该剥离单元盒81中具有未图示的Z轴方向位置检测构件，该Z轴方向位置检测构件对剥离单元臂82的Z轴方向的位置进行检测，该位置信号被发送至后述的控制构件。
激光加工装置1具有控制构件。该控制构件由计算机构成，并具有根据控制程序进行演算处理的中央处理装置、对控制程序进行储存的只读存储器(ROM)、对演算结果等进行储存的可读写的随机存取存储器(RAM)、以及输入、输出接口。对该控制构件的输入接口输入来自上述的X轴方向位置检测构件、Y轴方向位置检测构件、Z轴方向位置检测构件、拍摄构件6等的检测信号，并从输出接口向上述X轴方向移动构件35、Y轴方向移动构件36、剥离单元盒81内的Z轴方向移动构件、脉冲激光光线的聚光点位置控制构件、脉冲激光光线的输出控制构件、剥离用脉冲电动机83等输出控制信号。
以下，对使用以上那样构成的激光加工装置1来实施的本发明的钽酸锂晶片的生成方法进行说明。在图2中示出了由本发明的第1实施方式的晶片的生成方法加工的作为被加工物的钽酸锂锭7载置在保持工作台34上的状态。
图2所示的作为被加工物的钽酸锂锭7大致为圆形，在周缘的一部分形成有示出了晶体方位的直线状的定向平面71。钽酸锂的晶体示出了三方晶钛铁矿构造，形成该锭的钽酸锂的1个晶体结构、即晶元单元7A能够如图3所示示意性地以六棱柱形状表示。本实施方式的作为被加工物的钽酸锂锭7是42°旋转Y切单晶体锭，厚度为257μm，其中，该42°旋转Y切单晶体锭具有相对于中心轴O垂直切断的端面并且具有与该Y轴平行形成的定向平面71，该中心轴O被设定为相对于与该晶体的晶体轴(图中Z轴所示)垂直的Y轴具有θ＝42度的旋转角。在本说明书和权利要求书中使用的钽酸锂锭为42°旋转Y切单晶体锭。
如图2所示，在保持工作台34上固定有上述钽酸锂锭7。该固定是通过存在于保持工作台34与钽酸锂锭7之间的结合剂(例如，环氧树脂)来进行的。与使用了用于对在一般的激光加工装置中使用的被加工物进行固定的吸引构件的情况相比，被更牢固地固定(被加工物支承工序)。另外，该钽酸锂锭7的正面被未图示的磨削装置磨削成不妨碍后述的使用了具有透过性的波长的激光光线的入射的程度。
(改质层形成工序)
在实施了上述的被加工物支承工序之后，通过X轴方向移动构件35和Y轴方向移动构件36将保持着钽酸锂锭7的保持工作台34定位在拍摄构件6的正下方。当保持工作台34被定位在拍摄构件6的正下方时，执行对准工序，通过拍摄构件6和所述控制构件对执行钽酸锂锭7的激光加工的区域和载置在保持工作台34上的钽酸锂锭7的正面高度进行检测。
在执行了对准工序之后，使上述X轴方向移动构件35、Y轴方向移动构件36工作而将该钽酸锂锭7定位在开始该激光加工的地点，并且根据由对准工序检测出的钽酸锂锭7的正面高度位置，通过未图示的聚光点位置调整构件使该脉冲激光光线的聚光点对齐距固定在保持工作台34上的钽酸锂锭7的正面规定的距离(例如85μm)内侧。然后，使脉冲激光光线照射构件工作并开始照射对于钽酸锂具有透过性的脉冲激光光线。如图4的(a)～(c)所示，开始照射脉冲激光光线并且使X轴方向移动构件工作而使保持工作台34在X轴的箭头方向上相对地移动。另外，在该实施方式中，使保持工作台34相对于激光光线照射构件5移动，但也可以使激光光线照射构件5相对于保持工作台34移动。
使用上述脉冲激光光线的加工条件例如按照以下方式进行设定。
(被加工物)
锭：LiTaO3 42°旋转Y切
厚度：257μm
生成晶片厚度：85μm
(激光加工条件)
波长：1064nm
平均输出：0.55W
重复频率：60kHz
脉冲宽度：3ns
光斑直径：
Figure BDA0001193229410000071
进给速度：120mm/s
转位量：50～70μm
路径数：1
重叠率：80％
进而，对本申请发明的改质层形成工序进行详细地说明。当沿着由预先设定在该控制构件中的脉冲激光光线加工的加工线开始脉冲激光光线的照射时，在最初的脉冲激光光线的聚光点及其附近形成初期的改质层。在该状态下通过所述X轴方向移动构件35来使上述保持工作台34以上述规定的加工进给速度移动，并且根据预先设定的上述重复频率来照射接下来的脉冲激光光线。
这里，由于该接下来照射的脉冲激光光线在X轴方向上按照预先设定的重叠率以与初期形成的该初期的改质层重叠的方式进行照射，所以该接下来照射的脉冲激光光线被该初期形成的改质层吸收，其结果是，改质层连锁地形成。
并且，当对全部的图4的(b)所示的加工预定线执行上述的脉冲激光光线的照射时，在钽酸锂锭的内部的、距正面规定的距离的区域的整个区域内形成改质层，该改质层成为用于将比距上述正面规定的距离靠上表面侧作为钽酸锂的晶片来进行分离的界面。
(晶片剥离工序)
当所述改质层形成工序结束时，对X轴方向移动构件35和Y轴方向移动构件36进行控制而使载置有钽酸锂锭7的保持工作台34移动至配设有将钽酸锂晶片剥离的剥离构件8的终端部侧，并定位在晶片吸附构件84的正下方。根据刚检测出并输入到控制构件中的距钽酸锂锭7的正面的位置来使剥离单元臂82下降，并使其与该钽酸锂锭7的上表面密接，并且使未图示的吸引构件工作而使晶片吸附构件84吸附并固定在钽酸锂锭7上(参照图5)。然后，在该晶片吸附构件84和钽酸锂锭7被固定的状态下通过未图示的超声波振动施加构件来施加超声波振动，并且通过使剥离用脉冲电动机83工作而使该晶片吸附构件84旋转驱动从而对钽酸锂锭7施加扭转力，以该界面为界将钽酸锂锭7的上部侧剥离，能够得到1张钽酸锂晶片7′。
在从上述的钽酸锂锭7得到钽酸锂晶片7′之后，在对该钽酸锂晶片7′的下表面进行磨削并且从钽酸锂锭7进一步得到钽酸锂晶片7′的情况下，通过设置在静止基台2上的未图示的磨削构件对钽酸锂锭7的上表面进行磨削，并作为新的钽酸锂锭7而从头开始重复执行上述的工序，由此，不会浪费作为被加工物的钽酸锂，能够得到多张钽酸锂晶片7′。
这里，本申请发明的发明人发现：在进行通过未图示的聚光点位置调整构件使该脉冲激光光线的聚光点对齐距固定在保持工作台34上的钽酸锂锭7的正面规定的距离内侧，并使保持工作台34与激光光线照射构件5相对地移动而形成改质层并将晶片剥离的加工的情况下，根据对钽酸锂锭7连续地照射激光光线的加工进给的方向与载置在保持工作台34上的钽酸锂锭7的定向平面71所呈的角度，存在晶片良好地剥离的情况和没有良好地剥离的情况，即存在对于锭7的定向平面71的激光加工的角度依存性。以下对该角度依存性进行说明。
在上述的改质层形成工序中，将对脉冲激光光线所照射的保持工作台34进行加工进给的方向变更成以载置在该保持工作台34上的钽酸锂锭7的定向平面71为基准为0°(平行)、45°、90°(直角)、135°的4个方向(参照图6的(a))，除了当载置在该保持工作台34上时的钽酸锂锭的、定向平面71相对于加工进给方向的角度以外，以全部相同的加工条件进行改质层形成工序，并实施了剥离工序。
并且，当在上述各加工条件下生成晶片时，如图6的(b)所示，判明了根据载置在保持工作台34上的钽酸锂锭7的定向平面71与加工进给方向所呈的加工角度而产生特征性的差值。即，如图4的(b)所示，当将钽酸锂锭7载置在保持工作台34上而以定向平面71为基准将照射脉冲激光光线时的进行加工进给的方向设定为0°(平行)时，确认了裂纹层从激光加工中的激光照射位置在横向上以70～80μm的长度延伸，而裂纹层在纵(深)向上仅在10～20μm的范围内延伸。这意味着被剥离的界面形成为与锭的端面平行，能够在剥离工序中良好地进行剥离、以及在剥离后的剥离面的正面粗糙度为良好的状态下形成晶片。同样地，如图4的(c)所示，在以定向平面71为基准将照射脉冲激光光线时的进行加工进给的方向设定为90°(直角)而实施了激光加工的情况下，如图6的(b)所示，也判明了裂纹层从激光照射位置在横向上以大约50μm的长度产生，而裂纹层在纵(深)向上仅产生20μm左右，确认了在以定向平面71为基准将照射脉冲激光光线时的进行加工进给的方向设定为90°(直角)而实施了激光加工的情况下，界面也形成为与锭的端面平行，能够在剥离工序中良好地进行剥离。
与此相对，在以定向平面71为基准将照射脉冲激光光线时的进行加工进给的方向设定为45°、135°的情况下，裂纹从在激光加工中形成的改质层起在横向上以35～45μm的长度延伸，而裂纹在纵(深)向上也在35～45μm的范围内产生，不能良好地形成与钽酸锂锭7的端面平行的界面。
当按照以上情况来进行考察时，可获知：当以定向平面71为基准将照射脉冲激光光线时的进行加工进给的方向设定为0°、90°时，通过形成改质层的激光加工而形成裂纹在横向(水平方向)上比纵(深)向上更长地延伸的界面，能够容易地使晶片与锭的端面平行地剥离，与设定成45°、135°相比，由于裂纹在横向上延伸得较长，所以能够扩大分度进给(转位)间隔而实施激光加工，也能够提高加工效率。
并且，在以定向平面71为基准将照射脉冲激光光线时的进行加工进给的方向设定为0°、90°的情况下，由于在纵向上产生的裂纹较短，所以晶片的剥离面的面粗糙度较为良好，加工后的磨削工序也能够在短时间内结束，在晶片生成工序中被舍弃的锭的量也减少，也有助于加工效率的提高。另外，从图6的(b)明显看出，通过以定向平面71为基准将照射脉冲激光光线时的进行加工进给的方向设定为0°，与设定为90°相比，能够更长地产生横向上的裂纹，并能够将纵向上的裂纹抑制得较短，因此，能够容易地高效率地将钽酸锂的晶片剥离，并能够使锭中的被舍弃的量也进一步减少，在该点上优选设定为0°。

Claims (2)

1.一种晶片生成方法，从被称为42°旋转Y切锭的钽酸锂锭生成晶片，该42°旋转Y切锭具有相对于中心轴被垂直切断的端面并且具有与Y轴平行地形成的定向平面，其中，该Y轴与钽酸锂的晶体轴垂直，该中心轴被设定为相对于Y轴具有42°的旋转角，该晶片生成方法的特征在于，具有如下的工序：
改质层形成工序，从该钽酸锂锭的该端面将对于钽酸锂具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在深度相当于要生成的晶片的厚度的位置而照射激光光线，一边相对于激光光线对该钽酸锂锭相对地进行加工进给一边在该钽酸锂锭内部形成改质层；以及
晶片生成工序，在实施了该改质层形成工序之后，对该钽酸锂锭施加外力而将板状物从该钽酸锂锭剥离从而生成晶片，
当在该改质层形成工序中在钽酸锂锭内部形成改质层时，选择相对于定向平面呈0°的方向或呈90°的方向中的任意方向相对于激光光线对该钽酸锂锭相对地进行加工进给，在相对于定向平面呈0°的方向或呈90°的方向中的任意方向的情况下，产生比在相对于定向平面呈45°的方向或呈135°的方向上使激光光线相对地进行加工进给的情况下在纵向上延伸的任意裂纹短的纵向上的裂纹，并且产生比在相对于定向平面呈45°的方向或呈135°的方向上使激光光线相对地进行加工进给的情况下在横向上延伸的任意裂纹长的横向上的裂纹。
2.根据权利要求1所述的晶片生成方法，其中，
该晶片生成方法还具有如下的磨削步骤：对所生成的晶片的剥离面和该钽酸锂锭的剥离面进行磨削而使它们平坦化。
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