CN107790898A - SiC晶片的生成方法 - Google Patents

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Abstract

提供SiC晶片的生成方法，能够容易地将SiC晶片从单晶SiC锭剥离，并且实现生产性的提高。一种SiC晶片的生成方法，其中，该SiC晶片的生成方法包含剥离面生成工序，在形成有偏离角的方向上对锭和聚光点进行相对地转位进给而多次进行形成由改质层和从改质层沿着c面延伸的裂纹构成的分离层的分离层形成加工，形成多个分离层而生成剥离面。剥离面生成工序中的加工进给包含往路移动和返路移动，该往路移动使聚光点从锭的一方的端部向另一方的端部相对地移动，该返路移动使聚光点从另一方的端部向一方的端部相对地移动而追溯已经形成的分离层。

Description

SiC晶片的生成方法
技术领域
本发明涉及SiC晶片的生成方法，从单晶SiC锭生成SiC晶片。
背景技术
IC或LSI、LED等器件是在以Si(硅)或Al2O3(蓝宝石)等为原材料的晶片的正面上层叠功能层并通过分割预定线进行划分而形成的。并且，功率器件或LED等是在以单晶SiC(碳化硅)为原材料的晶片的正面上层叠功能层并通过分割预定线进行划分而形成的。通过切削装置或激光加工装置对分割预定线实施加工而将形成有器件的晶片分割成各个器件芯片。分割得到的各器件芯片被应用在移动电话或个人计算机等电子设备中。
形成器件的晶片通常是利用线切割机将圆柱形的锭较薄地切断而生成的。通过对切断得到的晶片的正面和背面进行研磨而精加工成镜面(参照专利文献1。)。然而，当利用线切割机将锭切断并对切断得到的晶片的正面和背面进行研磨时，锭的大部分(70～80％)被舍弃，存在不经济的问题。特别是在单晶SiC锭中，硬度较高因而利用线切割机进行的切断很困难，需要相当长的时间，所以生产性较差，并且锭的单价较高因而在高效地生成晶片方面存在课题。
因此，提出了如下技术：将对于SiC具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在SiC锭的内部而对SiC锭照射激光光线从而在切断预定面上形成改质层，将形成有改质层的切断预定面切断而从SiC锭生成SiC晶片(参照专利文献2。)。但是，要想从SiC锭生成SiC晶片，必须隔着10μm左右的间隔较密地形成改质层，存在生产性较差的问题。
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
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供SiC晶片的生成方法，能够容易地将SiC晶片从单晶SiC锭剥离，并且实现生产性的提高。
根据本发明，提供SiC晶片的生成方法，从单晶SiC锭生成SiC晶片，该单晶SiC锭具有：第一面；与该第一面相反的一侧的第二面；c轴，其从该第一面至该第二面相对于该第一面的垂线倾斜；以及c面，其与该c轴垂直，在该单晶SiC锭中通过该c面和该第一面形成偏离角，其中，该SiC晶片的生成方法包含如下的工序：剥离面生成工序，进行如下的分离层形成加工：将对于SiC具有透过性的波长的脉冲激光光线的聚光点定位在距离该第一面相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且一边在与形成有该偏离角的第2方向垂直的第1方向上对该单晶SiC锭和该聚光点相对地进行加工进给，一边对该单晶SiC锭照射脉冲激光光线，从而形成由改质层和裂纹构成的分离层，其中，通过对该单晶SiC锭照射脉冲激光光线而将SiC分离成Si和C，接下来照射的脉冲激光光线被之前形成的C吸收而连锁性地将SiC分离成Si和C从而形成所述改质层，所述裂纹从该改质层起沿着c面延伸，在形成有该偏离角的第2方向上对该单晶SiC锭和该聚光点进行相对地转位进给而多次进行所述分离层形成加工，形成多个分离层而生成剥离面；以及晶片生成工序，以该剥离面为界面将该单晶SiC锭的一部分剥离而生成SiC晶片，在该剥离面生成工序中，该加工进给包含往路移动和返路移动，该往路移动使该聚光点从该单晶SiC锭的一方的端部向另一方的端部相对地移动，该返路移动使该聚光点从该另一方的端部向该一方的端部相对地移动而追溯已经形成的分离层。
根据本发明的SiC晶片的生成方法，通过分离层形成加工在同一c面上形成直线状的改质层，并且使裂纹在改质层的两侧沿着c面传播从而形成分离层。并且，由于当在形成有偏离角的方向上对单晶SiC锭和聚光点进行相对地转位进给而多次进行分离层形成加工时，在形成有偏离角的方向上相邻的分离层彼此通过裂纹连结，所以通过以由多个分离层构成的剥离面为界面将单晶SiC锭的一部分剥离，能够容易地生成希望的厚度的SiC晶片。因此，在本发明的SiC晶片的生成方法中，能够充分地实现生产性的提高，并且充分减少所舍弃的原材料量而将其控制30％左右。
在往路移动中，由激光光线的聚光点形成最初形成的改质层，继最初的改质层而形成的改质层在比聚光点稍浅的位置形成，在开始进行激光光线的照射的、距离单晶SiC锭的一方的端部为数十μm左右的区域中，产生改质层的爬升。然后，当改质层在单晶SiC锭的内部达到激光光线的功率密度成为规定的值的深度时，改质层的爬升停止，在激光光线的功率密度为规定的值的深度稳定地形成改质层。即，在往路移动中，在从激光光线所照射的单晶SiC锭的一方的端部到另一方的端部的区域中，在除了产生改质层的爬升的区域以外的区域，在激光光线的聚光点的近前方且在功率密度为规定的值的位置稳定地形成改质层。产生了改质层的爬升的区域成为以剥离面为界面将单晶SiC锭的一部分剥离时的妨碍，但由于在本发明的SiC晶片的生成方法中，在剥离面生成工序中，加工进给包含使聚光点从单晶SiC锭的一方的端部向另一方的端部相对地移动的往路移动和使聚光点从另一方的端部向一方的端部相对地移动而追溯已经形成的分离层的返路移动，所以虽然在往路移动中在距离单晶SiC锭的一方的端部为数十μm左右的区域内产生改质层的爬升，但由于在返路移动中在激光光线的功率密度为规定的值的深度已经形成了改质层，所以不会产生改质层的爬升，在激光光线的聚光点的近前方且在功率密度为规定的值的位置从单晶SiC锭的另一方的端部到一方的端部稳定地改质层。因此，在本发明的SiC晶片的生成方法中，在以剥离面为界面将单晶SiC锭的一部分剥离时，产生了改质层的爬升的区域不会成为剥离的妨碍，能够以剥离面为界面将单晶SiC锭的一部分容易地剥离。
附图说明
图1是激光加工装置的立体图。
图2的(a)和(b)是单晶SiC锭的俯视图和主视图。
图3是示出实施剥离面生成工序的状态的立体图。
图4的(a)是生成了剥离面的单晶SiC锭的俯视图，图4的(b)是B-B线剖视图，图4的(c)是D部放大图。
图5的(a)是示出进行往路移动的状态的侧视图，图5的(b)是示出进行返路移动的状态的侧视图。
图6是示出实施晶片生成工序的状态的立体图。
标号说明
50：单晶SiC锭；50a：单晶SiC锭的一方的端部；50b：单晶SiC锭的另一方的端部；52：第一面；54：第二面；58：垂线；64：分离层；66：改质层；68：裂纹；70：剥离面；76：晶片；α：偏离角；A：形成有偏离角的方向；FP：聚光点；LB：脉冲激光光线。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的SiC晶片的生成方法的实施方式进行说明。
图1所示的激光加工装置2具有：基台4；保持单元6；使保持单元6移动的移动单元8；激光光线照射单元10；拍摄单元12；显示单元14；以及剥离单元16。
保持单元6包含：矩形的X方向可动板18，其在X方向上自由移动地搭载在基台4上；矩形的Y方向可动板20，其在Y方向上自由移动地搭载在X方向可动板18上；以及圆筒形的卡盘工作台22，其自由旋转地搭载在Y方向可动板20的上表面上。另外，X方向是图1中箭头X所示的方向，Y方向是图1中箭头Y所示的方向，是与X方向垂直的方向。X方向和Y方向所规定的XY平面是实际上水平的。
移动单元8包含X方向移动单元24、Y方向移动单元26以及旋转单元(未图示。)。X方向移动单元24具有：滚珠丝杠28，其在基台4上沿X方向延伸；以及电动机30，其与滚珠丝杠28的一端部连结。滚珠丝杠28的螺母部(未图示。)固定在X方向可动板18的下表面上。并且X方向移动单元24通过滚珠丝杠28将电动机30的旋转运动转换成直线运动而传递给X方向可动板18，使X方向可动板18沿着基台4上的导轨4a在X方向上进退。Y方向移动单元26具有：滚珠丝杠32，其在X方向可动板18上沿Y方向延伸；以及电动机34，其与滚珠丝杠32的一端部连结。滚珠丝杠32的螺母部(未图示。)固定在Y方向可动板20的下表面上。并且Y方向移动单元26通过滚珠丝杠32将电动机34的旋转运动转换成直线运动而传递给Y方向可动板20，使Y方向可动板20沿着X方向可动板18上的导轨18a在Y方向上进退。旋转单元具有内设在卡盘工作台22中的电动机(未图示。)而使卡盘工作台22相对于Y方向可动板20进行旋转。
激光光线照射单元10包含：壳体36，其从基台4的上表面向上方延伸随后实际上水平延伸；振荡单元(未图示。)，其内设在壳体36中；聚光器38，其配置在壳体36的前端下表面上；以及聚光点位置调整单元(未图示。)。振荡单元具有(均未图示。)：振荡器，其振荡出脉冲激光光线LB；设定器，其对振荡器所振荡出的脉冲激光光线LB的重复频率进行设定；以及调整器，其对振荡器所振荡出的脉冲激光光线LB的输出进行调整。聚光器38具有对振荡器所振荡出的脉冲激光光线LB进行会聚的聚光透镜(未图示。)。并且，拍摄单元12与聚光器38在X方向上隔开间隔而附设在壳体36的前端下表面上。显示单元14对拍摄单元12所拍摄的图像进行显示，该显示单元14搭载在壳体36的前端上表面上。
剥离单元16包含：长方体状的外壳40，其从基台4上的导轨4a的终端部向上方延伸；以及臂42，其从基端沿X方向延伸，被外壳40支承为自由升降。在外壳40中内设有使臂42升降的升降单元(未图示。)。在臂42的前端附设有电动机44，在电动机44的下表面上连结有圆盘状的吸附片46，该吸附片46以沿上下方向延伸的轴线为中心而自由旋转。在吸附片46的下表面上形成有多个吸引孔(未图示。)，该吸附片46通过流路与吸引单元(未图示。)连接。并且在吸附片46中内设有对吸附片46的下表面施加超声波振动的超声波振动施加单元(未图示。)。
图2所示的整体为圆柱形的六方晶单晶SiC锭50(以下称为“锭50”。)具有：圆形的第一面52；圆形的第二面54，其处于第一面52的相反侧；圆筒形的周面56，其位于第一面52和第二面54之间；c轴(<0001>方向)，其从第一面52至第二面54；以及c面({0001}面)，其与c轴垂直。在锭50中，c轴相对于第一面52的垂线58倾斜，通过c面和第一面52形成偏离角α(例如α＝4度)(在图2中用箭头A表示形成偏离角α的方向。)。并且在锭50的周面56上形成有表示晶体取向的矩形的第一定向平面60和第二定向平面62。第一定向平面60与形成有偏离角α的方向A平行，第二定向平面62与形成有偏离角α的方向A垂直。如在图2的(a)中所示的那样，在垂线58的方向上观察，第二定向平面62的长度L2比第一定向平面60的长度L1短(L2<L1)。
在使用了激光加工装置2而进行的SiC晶片的生成方法中，首先，使粘接剂(例如环氧树脂类粘接剂)介于锭50的第二面54与激光加工装置2的卡盘工作台22的上表面之间，如图1所示，将锭50固定在卡盘工作台22上。另外，也可以在卡盘工作台22的上表面上形成多个吸引孔而在卡盘工作台22的上表面上生成吸引力从而对锭50进行保持。接着，通过移动单元8使卡盘工作台22移动到拍摄单元12的下方，通过拍摄单元12对锭50进行拍摄。
接着，实施剥离面生成工序。在剥离面生成工序中，首先，根据拍摄单元12所拍摄的锭50的图像，通过移动单元8使卡盘工作台22移动和旋转，从而将锭50的朝向调整为规定的朝向，并且对锭50和聚光器38在XY平面中的位置进行调整。在将锭50的朝向调整为规定的朝向时，如图3所示，将第一定向平面60与Y方向对齐，并且将第二定向平面62与X方向对齐，由此，将形成有偏离角α的方向A与Y方向对齐，并且将与形成有偏离角α的方向A垂直的方向与X方向对齐。接着，如图5所示，通过聚光点位置调整单元使聚光器38升降，将聚光点FP定位在距离第一面52相当于要生成的晶片的厚度的深度。接着，进行分离层形成加工，一边对锭50和聚光点FP在X方向上相对地进行加工进给，一边从聚光器38向锭50照射对于SiC具有透过性的波长的脉冲激光光线LB，从而形成分离层64，其中，该X方向与垂直于形成有偏离角α的方向A的方向对齐。如图4所示，当进行分离层形成加工时，形成由改质层66和裂纹68构成的分离层64，其中，通过脉冲激光光线LB的照射将SiC分离成Si(硅)和C(碳)，接下来照射的脉冲激光光线LB被之前形成的C吸收而将SiC连锁性地分离成Si和C从而形成所述改质层66，该裂纹68从改质层66起沿着c面在改质层66的两侧延伸，另外，在分离层形成加工中，一边对卡盘工作台22在X方向上进行加工进给一边对锭50照射脉冲激光光线LB而对分离成Si和C的改质层66再次照射脉冲激光光线LB，以使得在形成改质层66的深度处相邻的光斑相互重叠。要想使相邻的光斑相互重叠，需要使由脉冲激光光线LB的重复频率F(Hz)、卡盘工作台22的加工进给速度V(mm/s)和光斑的直径D(mm)规定的G＝(V/F)-D满足G<0。并且，相邻的光斑的重叠率由|G|/D来规定。
在剥离面生成工序中，通过Y方向移动单元26使卡盘工作台22相对于聚光点FP在Y方向(即，形成有偏离角α的方向A)上按照规定的转位量Li进行转位进给而进行多次分离层形成加工，如图4所示，形成多个分离层64而生成剥离面70。在剥离面70上，在形成有偏离角α的方向A上相邻的分离层64彼此通过裂纹68而连结。
在本发明的SiC晶片的生成方法中，在剥离面生成工序中，分离层形成加工的加工进给包含使聚光点FP从锭50的一方的端部50a向锭50的另一方的端部50b相对地移动的往路移动(参照图5的(a)。)和使聚光点FP从锭50的另一方的端部50b起向锭50的一方的端部50a相对地移动而追溯已经形成的分离层64的返路移动(参照图5的(b)。)是很重要的。
在本实施方式中如图5的(a)所示，通过X方向移动单元24使卡盘工作台22相对于聚光点FP以规定的加工进给速度从图5的右侧朝向左侧移动，从而进行往路移动。在往路移动中，由脉冲激光光线LB的聚光点FP形成最初形成的改质层66，继最初的改质层66而形成的改质层66在比聚光点FP稍浅的位置形成，在开始进行脉冲激光光线LB的照射的、距离锭50的一方的端部50a为数十μm左右的区域72中，按照距离聚光点FP的深度30～50μm左右而产生改质层66的爬升。在图5中以虚线示出聚光点FP在锭50中穿过的线。然后，当改质层66在锭50的内部达到脉冲激光光线LB的功率密度成为规定的值的深度时，改质层66的爬升停止，在脉冲激光光线LB的功率密度为规定的值的深度稳定地形成改质层66。即，在往路移动中，在从脉冲激光光线LB所照射的锭50的一方的端部50a到另一方的端部50b的区域中，在除了产生改质层66的爬升的区域72以外的区域74，在脉冲激光光线LB的聚光点FP的近前方(作为照射面的第一面52侧)且在功率密度为规定的值的位置稳定地形成改质层66。另外，功率密度E(J/cm2)由平均输出P(W)、比聚光点FP浅的位置即形成改质层66的位置处的光斑的面积S＝πD2/4(cm2)以及重复频率F(Hz)来规定(E＝P/(S·F))。
在本实施方式中，如图5的(b)所示，在进行了往路移动之后，不进行转位进给而通过X方向移动单元24使卡盘工作台22相对于聚光点FP以规定的加工进给速度从图5的左侧朝向右侧移动，从而进行返路移动。在返路移动中，由于已经在脉冲激光光线LB的功率密度为规定的值的深度形成有改质层66，所以不会产生改质层66的爬升，从锭50的另一方的端部50b到一方的端部50a，在脉冲激光光线LB的聚光点FP的近前方且在功率密度为规定的值的位置稳定地形成改质层66。因此，通过对卡盘工作台22进行转位进给而进行多次包含往路移动和返路移动的分离层形成加工，在聚光点FP的近前方且在功率密度为规定的值的位置形成剥离面70。例如能够按照以下的加工条件实施这样的剥离面生成工序。另外，下述光斑是比聚光点FP浅的位置即形成有改质层66的位置处的光斑。
脉冲激光光线LB的波长：1064nm
重复频率：60kHz
平均输出：1.5W
聚光点FP的直径：3μm
光斑的直径：5.3μm
聚光点FP的位置：距离第一面为80μm
转位量Li：250～400μm
加工进给速度：60mm/s
相邻的光斑的重叠率：80％
在实施了剥离面生成工序之后，实施晶片生成工序，以剥离面70为界面将锭50的一部分剥离而生成SiC晶片。在晶片生成工序中，首先，通过移动单元8使卡盘工作台22移动到剥离单元16的吸附片46的下方。接着，通过升降单元使臂42下降，如图6所示，使吸附片46的下表面与锭50的第一面52紧贴。接着，使吸引单元进行动作，使吸附片46的下表面吸附在锭50的第一面52上。接着，超声波振动施加单元进行动作，对吸附片46的下表面施加超声波振动，并且使电动机44进行动作而使吸附片46旋转。在剥离面70上，由于在形成有偏离角α的方向A上相邻的分离层64彼此通过裂纹68连结，所以能够以剥离面70为界面将锭50的一部分剥离，能够容易地生成希望的厚度的晶片76。因此在本发明SiC晶片的生成方法中，能够充分地实现生产性的提高，并且充分减少所舍弃的原材料量而将其抑制为30％左右。在生成了晶片76之后，通过设置在基台4上的研磨单元(未图示。)对锭50的剥离面70进行研磨，依次实施剥离面生成工序和晶片生成工序，从而能够从锭50生成多张晶片。
在本发明的SiC晶片的生成方法中，在剥离面生成工序中，由于加工进给包含使聚光点FP从锭50的一方的端部50a向另一方的端部50b相对地移动的往路移动和使聚光点FP从另一方的端部50b向一方的端部50a相对地移动而追溯已经形成的分离层64的返路移动，所以虽然在往路移动中在距离锭50的一方的端部50a数十μm左右的区域72内产生改质层66的爬升，但在返路移动中由于在脉冲激光光线LB的功率密度为规定的值的深度已经形成了改质层66，所以不会产生改质层66的爬升，从锭50的另一方的端部50b到一方的端部50a，在脉冲激光光线LB的聚光点FP的近前方且在功率密度为规定的值的位置稳定地形成改质层66。因此，在本发明的SiC晶片的生成方法中，在以剥离面70为界面将锭50的一部分剥离时，产生了改质层66的爬升的区域72不会成为剥离的妨碍，能够以剥离面70为界面容易地将锭50的一部分剥离。

Claims (1)

1.一种SiC晶片的生成方法，从单晶SiC锭生成SiC晶片，该单晶SiC锭具有：第一面；与该第一面相反的一侧的第二面；c轴，其从该第一面至该第二面相对于该第一面的垂线倾斜；以及c面，其与该c轴垂直，在该单晶SiC锭中通过该c面和该第一面形成偏离角，其中，
该SiC晶片的生成方法包含如下的工序：
剥离面生成工序，进行如下的分离层形成加工：将对于SiC具有透过性的波长的脉冲激光光线的聚光点定位在距离该第一面相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且一边在与形成有该偏离角的第2方向垂直的第1方向上对该单晶SiC锭和该聚光点相对地进行加工进给，一边对该单晶SiC锭照射脉冲激光光线，从而形成由改质层和裂纹构成的分离层，其中，通过对该单晶SiC锭照射脉冲激光光线而将SiC分离成Si和C，接下来照射的脉冲激光光线被之前形成的C吸收而连锁性地将SiC分离成Si和C从而形成所述改质层，所述裂纹从该改质层起沿着c面延伸，在形成有该偏离角的第2方向上对该单晶SiC锭和该聚光点进行相对地转位进给而多次进行所述分离层形成加工，形成多个分离层而生成剥离面；以及
晶片生成工序，以该剥离面为界面将该单晶SiC锭的一部分剥离而生成SiC晶片，
在该剥离面生成工序中，
该加工进给包含往路移动和返路移动，该往路移动使该聚光点从该单晶SiC锭的一方的端部向另一方的端部相对地移动，该返路移动使该聚光点从该另一方的端部向该一方的端部相对地移动而追溯已经形成的分离层。
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