CN107877011B - SiC晶片的生成方法 - Google Patents

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Abstract

提供实现生产率提高的SiC晶片生成方法。SiC晶片的生成方法从单晶SiC晶锭生成SiC晶片，包括：剥离面形成工序，在形成偏离角的方向进行晶锭的转位进给而进行2次以上的改质层形成加工，形成剥离面，该改质层形成加工中，将对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晶锭的上表面相当于要生成的晶片的厚度的深度，并在与形成偏离角的方向正交的方向进行晶锭的加工进给，从而在晶锭内部形成改质层和从该改质层沿c面传播的裂痕；晶片生成工序，以剥离面为界面将晶锭的一部分剥离，生成SiC晶片。SiC晶片的生成方法还包括：倒角加工工序，对剥离得到的SiC晶片的外周实施倒角加工而去除毛刺；磨削工序，对SiC晶片的剥离面进行磨削，精加工成平滑面。

Description

SiC晶片的生成方法
技术领域
本发明涉及一种SiC晶片的生成方法，其从单晶SiC晶锭生成SiC晶片。
背景技术
IC、LSI、LED等器件是将功能层层叠在以Si(硅)、Al2O3(蓝宝石)等作为材料的晶片的正面并利用分割预定线划分而形成的。另外，功率器件、LED等是将功能层层叠在以单晶SiC(碳化硅)作为材料的晶片的正面并利用分割预定线划分而形成的。形成有器件的晶片利用切削装置或激光加工装置对分割预定线实施加工而分割成各个器件芯片。分割得到的各器件芯片被用于移动电话、个人计算机等电气设备中。
形成器件的晶片通常是通过利用划片锯将圆柱形状的晶锭薄薄地切断而生成的。切断得到的晶片的正面和背面通过研磨而精加工成镜面(参见专利文献1)。但是，在利用划片锯将晶锭切断并对切断得到的晶片的正面和背面进行研磨时，晶锭的大部分(70％～80％)会被浪费，存在不经济的问题。特别是单晶SiC晶锭，其莫氏硬度高，难以利用划片锯进行切断，需要花费相当长的时间，因而生产率差，并且晶锭的单价高，在高效地生成晶片方面存在问题。
因此，有人提出了下述技术：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晶锭的内部来对SiC晶锭照射激光光线，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晶锭生成SiC晶片(参见专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
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
发明所要解决的课题
但是，在专利文献2所公开的现有技术中，为了从SiC晶锭生成SiC晶片，必须每隔10μm左右的间隔致密地形成改质层，存在生产率差的问题。
由此，本发明的目的在于提供实现生产率的提高的SiC晶片生成方法。
用于解决课题的手段
根据本发明，提供一种SiC晶片的生成方法，其从单晶SiC晶锭生成SiC晶片，该单晶SiC晶锭具有第一面、该第一面相反侧的第二面、从该第一面到该第二面且相对于该第一面的垂线倾斜的c轴、以及与该c轴正交的c面，在该c面与该第一面之间形成偏离角，该SiC晶片的生成方法包括下述工序：
剥离面形成工序，使该单晶SiC晶锭与对于SiC具有透过性的波长的脉冲激光光线的聚光点相对地在形成该偏离角的第二方向进行转位进给而进行2次以上的改质层形成加工，从而形成剥离面，该改质层形成加工中，将该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，并且使该单晶SiC晶锭与该聚光点相对地在与形成该偏离角的第二方向正交的第一方向进行加工进给的同时，对该单晶SiC晶锭照射脉冲激光光线，从而SiC分离成Si和C，接着照射的脉冲激光光线被先前形成的C吸收，SiC连锁地分离成Si和C而形成直线状的改质层，并且形成从该改质层沿着该c面传播的裂痕；
晶片生成工序，以该剥离面作为界面将该单晶SiC晶锭的一部分剥离而生成SiC晶片；
倒角加工工序，对剥离得到的SiC晶片的外周实施倒角加工而去除毛刺；以及
磨削工序，在实施该倒角加工工序后，对SiC晶片的剥离面进行磨削，精加工成平滑面。
发明效果
在本发明的SiC晶片的生成方法中，通过改质层形成加工，在同一c面上形成直线状的改质层，并且裂痕在改质层的两侧沿着c面传播。并且，在使单晶SiC晶锭与聚光点相对地在形成偏离角的第二方向进行转位进给而进行2次以上的改质层形成加工时，在形成偏离角的第二方向上相邻的改质层彼此通过裂痕而连结，因此通过以由2个以上的改质层和裂痕构成的剥离面作为界面将单晶SiC晶锭的一部分剥离，能够容易地生成所期望厚度的SiC晶片。从而，在本发明的SiC晶片的生成方法中，能够充分地实现生产率的提高，并且能够充分减轻被浪费的材料量，能够将其抑制在30％左右。
在改质层形成加工中，最初形成的改质层在激光光线的聚光点形成，接着最初的改质层形成的改质层在与聚光点相比逐渐变浅的位置形成，在距离单晶SiC晶锭的开始照射激光光线侧的端部几十微米左右的区域产生改质层的升高。并且，在单晶SiC晶锭的内部中，在改质层到达激光光线的功率密度达到特定值的深度时，改质层的升高停止，以激光光线的功率密度达到特定值的深度稳定地形成改质层。并且，在以剥离面作为界面将单晶SiC晶锭的一部分剥离时，由于产生改质层的升高，因而在SiC晶片的外周形成突状的毛刺。若在SiC晶片形成毛刺，则在磨削工序中磨削磨具与毛刺接触时，在毛刺的根部产生应力集中，可能会招致SiC晶片破裂等加工品质的降低，而在本发明的SiC晶片的生成方法中，在实施磨削工序之前实施倒角加工工序，对从单晶SiC晶锭剥离的SiC晶片的外周实施倒角加工而去除毛刺，因而在SiC晶片的外周形成的毛刺不会妨碍磨削工序，能够顺利地进行磨削工序，从而可加工品质稳定地实现生产率的提高。
附图说明
图1是单晶SiC晶锭的俯视图(a)和主视图(b)。
图2示出实施剥离面形成工序的状态的立体图(a)和主视图(b)。
图3是形成有剥离面的SiC晶锭的俯视图(a)、B-B线截面图(b)和D部放大图(c)。
图4是示出实施晶片生成工序的状态的立体图(a)以及剥离得到的晶片的部分截面图(b)。
图5是示出实施倒角加工工序的状态的主视图(a)以及实施倒角加工后的晶片的部分截面图(b)。
图6是示出实施磨削工序的状态的立体图。
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所示的作为整体为圆柱形状的六方晶单晶SiC晶锭2(下文中称为“晶锭2”)具有：圆形状的第一面4、第一面4相反侧的圆形状的第二面6、位于第一面4和第二面6之间的圆筒形状的周面8、从第一面4到第二面6的c轴(<0001>方向)、以及与c轴正交的c面({0001}面)。在晶锭2中，c轴相对于第一面4的垂线10倾斜，由c面与第一面4形成偏离角α(例如α＝4度)(形成偏离角α的方向在图1中由箭头A表示)。另外，在晶锭2的周面8形成有表示晶体取向的矩形状的第一定向平面12和第二定向平面14。第一定向平面12与形成偏离角α的方向A平行，第二定向平面14与形成偏离角α的方向A正交。如图1的(a)所示，从垂线10的方向看，第二定向平面14的长度L2比第一定向平面12的长度L1短(L2<L1)。
在本实施方式中，首先实施剥离面形成工序，在晶锭2的内部，在相当于要生成的晶片的厚度的深度形成剥离面。剥离面形成工序例如可以使用在图2示出其一部分的激光加工装置16来实施。激光加工装置16具备卡盘工作台18和聚光器20。卡盘工作台18利用旋转单元以在上下方向延伸的轴线为中心进行旋转，并且利用X方向移动单元在X方向进退，利用Y方向移动单元在Y方向进退(均未图示)。聚光器20包含聚光透镜，用于将从激光加工装置16的脉冲激光光线振荡器振荡出的脉冲激光光线LB会聚并照射到被加工物(均未图示)。需要说明的是，X方向为图2中箭头X表示的方向，Y方向为箭头Y表示的方向，该Y方向是与X方向正交的方向。X方向和Y方向所限定的平面实质上是水平的。
在剥离面形成工序中，首先，在晶锭2的第二面6与激光加工装置16的卡盘工作台18的上表面之间夹设粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)，将晶锭2固定于卡盘工作台18。或者可以在卡盘工作台18的上表面形成2个以上的吸引孔，在卡盘工作台18的上表面生成吸引力来保持晶锭2。接着利用激光加工装置16的摄像单元(未图示)从第一面4的上方拍摄晶锭2。接下来，基于由摄像单元拍摄的晶锭2的图像，通过利用X方向移动单元、Y方向移动单元和旋转单元使卡盘工作台18移动和旋转而将晶锭2的朝向调整为规定的朝向，并且调整晶锭2与聚光器20在XY平面的位置。在将晶锭2的朝向调整为规定的朝向时，如图2的(a)所示，通过使第一定向平面12与Y方向一致、并且使第二定向平面14与X方向一致，从而使形成偏离角α的方向A与Y方向一致、并且使与形成偏离角α的方向A正交的方向与X方向一致。接下来，利用激光加工装置16的聚光点位置调整单元(未图示)使聚光器20升降，如图2的(b)所示，将聚光点FP定位在距离第一面4相当于要生成的晶片的厚度的深度的位置。接下来，进行改质层形成加工，利用X方向移动单元使卡盘工作台18以规定的加工进给速度沿X方向(即，与形成偏离角α的方向A正交的方向)相对于聚光点FP进行加工进给，同时将对于SiC具有透过性的波长的脉冲激光光线LB从聚光器20向晶锭2照射，由此形成改质层22和裂痕24。
在进行改质层形成加工时，如图3所示，形成直线状的改质层22和从改质层22沿着c面向改质层22的两侧传播的裂痕24，其中，随着脉冲激光光线LB的照射，SiC分离成Si(硅)和C(碳)，接着照射的脉冲激光光线LB被先前形成的C吸收，SiC连锁地分离成Si和C而形成直线状的改质层22，并且形成从改质层22沿着c面向改质层22的两侧传播的裂痕24。需要说明的是，在改质层形成加工中，在形成改质层22的深度，按照相邻的脉冲激光光线LB的光斑相互重叠的方式向使卡盘工作台18沿X方向进行加工进给的同时对晶锭2照射脉冲激光光线LB而分离出Si和C的改质层22再次照射脉冲激光光线LB。为了使相邻的光斑相互重叠，由脉冲激光光线LB的重复频率F(Hz)、卡盘工作台18的加工进给速度V(mm/s)和光斑的直径D(mm)所限定的G＝(V/F)-D需要为G<0。另外，相邻的光斑的重叠率由|G|/D来限定。
在改质层形成加工中，如图2的(b)所示，最初形成的改质层22在脉冲激光光线LB的聚光点FP形成，接着最初的改质层22形成的改质层22在与聚光点FP相比逐渐变浅的位置形成，在距离晶锭2的开始照射脉冲激光光线LB侧端部2a几十微米左右的的区域26产生距离聚光点FP的深度为30μm～50μm左右的改质层22的升高。晶锭2中的聚光点FP所通过的线在图2的(b)中由虚线表示。并且，在晶锭2的内部，在改质层22到达脉冲激光光线LB的功率密度达到特定值的深度时，改质层22的升高停止，以脉冲激光光线LB的功率密度达到特定值的深度稳定地形成改质层22。即，在改质层形成加工中，在从晶锭2的照射脉冲激光光线LB侧端部2a到另一端部2b之中，在产生改质层22的升高的区域26以外的区域28，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4侧)，在功率密度达到特定值的位置稳定地形成改质层22。需要说明的是，功率密度E(J/cm2)由平均输出功率P(W)、在比聚光点FP更浅的形成改质层22的位置的光斑面积S＝πD2/4(cm2)、以及重复频率F(Hz)来限定(E＝P/(S·F))。
在剥离面形成工序中，利用Y方向移动单元使卡盘工作台18以规定的转位量Li沿Y方向(即形成偏离角α的方向A)相对于聚光点FP进行转位进给而进行2次以上的改质层形成加工。由此，如图3所示，能够在晶锭2的内部在相当于要生成的晶片的厚度的深度形成由2个以上的改质层22和裂痕24构成的剥离面30。在剥离面30中，在形成偏离角α的方向A上相邻的改质层22彼此通过裂痕24连结。这样的剥离面形成工序例如一例在以下的激光加工条件下实施。
Figure BDA0001388985420000061
在实施剥离面形成工序后实施晶片生成工序，以剥离面30作为界面将晶锭2的一部分剥离而生成晶片。晶片生成工序例如可以使用在图4的(a)中示出其一部分的剥离装置32来实施。剥离装置32具备实质上水平延伸的臂34、以及附设在臂34的前端的马达36。在马达36的下表面以在上下方向延伸的轴线为中心旋转自如地连结有圆盘状的吸附片38。在构成为在下表面吸附被加工物的吸附片38中内置有对吸附片38的下表面赋予超声波振动的超声波振动赋予单元(未图示)。
在晶片生成工序中，首先利用激光加工装置16的X方向移动单元和Y方向移动单元使卡盘工作台18向剥离装置32的吸附片38的下方移动。接下来，利用剥离装置32的升降单元(未图示)使臂34下降，如图4的(a)所示，使吸附片38的下表面吸附在晶锭2的第一面4。接下来，使超声波振动赋予单元工作而对吸附片38的下表面赋予超声波振动，并且使马达36工作而使吸附片38旋转。由此，能够以剥离面30作为界面将晶锭2的一部分剥离，能够生成所期望的厚度(例如800μm～1000μm)的晶片40。如图4的(b)所示，在所生成的晶片40的剥离面42的外周，由于在剥离面形成工序产生改质层22的升高，而形成距离剥离面42的突出量为30μm～50μm左右的突状的毛刺44。
在实施晶片生成工序后实施倒角加工工序，对从晶锭2剥离得到的晶片40的外周实施倒角加工而去除毛刺44。在本发明的SiC晶片的生成方法中，在实施后述的磨削工序之前实施倒角加工工序这一点是很重要的。倒角加工工序例如可以使用在图5的(a)中示出其一部分的倒角加工装置46来实施。倒角加工装置46具备保持单元48和倒角单元50。保持单元48包含圆形状的卡盘工作台52、以及以在上下方向延伸的轴线为中心使卡盘工作台52旋转的马达54。直径小于晶片40的直径的卡盘工作台52构成为在上表面吸附被加工物。倒角单元50包含磨削磨具56、以及以在上下方向延伸的轴线为中心使磨削磨具56旋转的马达58。上下方向的中间部收缩的磨削磨具56具有直径从上方向下方逐渐减小的倒圆锥台状部56a、以及直径从倒圆锥台状部56a的下端侧向下方逐渐增大的圆锥台状部56b。
在倒角加工工序中，首先，在使晶片40的中心与卡盘工作台52的旋转中心一致的状态下，使晶片40吸附在卡盘工作台52的上表面。接下来，利用马达54使卡盘工作台52从上方看逆时针地以规定的旋转速度(例如10rpm)进行旋转。另外，利用马达58使磨削磨具56从上方看逆时针地以规定的旋转速度(例如500rpm)旋转。接下来，利用倒角加工装置46的移动单元(未图示)使倒角单元50向着保持单元48移动，使磨削磨具56的倒圆锥台状部56a和圆锥台状部56b与晶片40的外周接触。在磨削磨具56与晶片40的外周接触后，使倒角单元50以规定的进给速度移动。由此，如图5的(b)所示，可以在晶片40的一面侧和另一面侧同时实施倒角加工，除去毛刺44。需要说明的是，在倒角加工工序中，也可以在晶片40的一面侧实施倒角加工，之后在晶片40的另一面侧实施倒角加工。
在实施倒角加工工序后实施磨削工序，对从晶锭2剥离得到的晶片40的剥离面42进行磨削，精加工成平滑面。磨削工序例如可以使用在图6中示出其一部分的磨削装置60来实施。磨削装置60具备卡盘工作台62和磨削单元64。构成为在上表面吸附被加工物的卡盘工作台62利用旋转单元(未图示)以在上下方向延伸的轴线为中心进行旋转。磨削单元64与马达(未图示)连结，包含在上下方向延伸的圆柱状的主轴66、以及固定在主轴66的下端的圆盘状的轮座68。在轮座68的下表面利用螺栓70固定有环状的磨削磨轮72。在磨削磨轮72的下表面的外周边部沿周向隔着间隔固定有以环状配置的2个以上的磨削磨具74。如图6所示，磨削磨轮72的旋转中心相对于卡盘工作台62的旋转中心移位。
在磨削工序中，首先在晶片40的与剥离面42相反侧的面上粘贴合成树脂制的保护部件76。接着将粘贴有保护部件76的面作为下侧(即，将剥离面42作为上侧)使晶片40吸附在卡盘工作台62的上表面。接着利用旋转单元使卡盘工作台62从上方看逆时针地以规定的旋转速度(例如500rpm)旋转。另外，利用马达使主轴66从上方看逆时针地以规定的旋转速度(例如3000rpm)旋转。接下来，利用磨削装置60的升降单元(未图示)使主轴66下降，使磨削磨具74与晶片40的剥离面42接触。在使磨削磨具74与晶片40的剥离面42接触后，使主轴66以规定的磨削进给速度(例如0.1μm/s)下降。由此能够将晶片40的剥离面42精加工成平滑面。
如上所述，在本发明的SiC晶片的生成方法中，通过以由2个以上的改质层22和裂痕24构成的剥离面30作为界面将晶锭2的一部分剥离，能够容易地生成所期望的厚度的晶片40，因而能够充分地实现生产率的提高，并且能够充分地减轻被浪费的材料量，能够将其抑制在30％左右。另外，在本发明的SiC晶片的生成方法中，由于在实施磨削工序之前实施倒角加工工序，对从晶锭2剥离得到的晶片40的外周实施倒角加工而去除毛刺44，因而在晶片40的外周形成的毛刺44不会妨碍磨削工序，能够顺利地进行磨削工序，从而可加工品质稳定地实现生产率的提高。
符号说明
2：单晶SiC晶锭
4：第一面
6：第二面
10：垂线
22：改质层
24：裂痕
30：晶锭中所形成的剥离面
40：晶片
42：晶片的剥离面
44：毛刺
α：偏离角
A：形成偏离角的方向
FP：聚光点
LB：脉冲激光光线

Claims (1)

1.一种SiC晶片的生成方法，其从单晶SiC晶锭生成SiC晶片，该单晶SiC晶锭具有第一面、该第一面相反侧的第二面、从该第一面到该第二面且相对于该第一面的垂线倾斜的c轴、以及与该c轴正交的c面，在该c面与该第一面之间形成偏离角，该SiC晶片的生成方法包括下述工序：
剥离面形成工序，使该单晶SiC晶锭与对于SiC具有透过性的波长的脉冲激光光线的聚光点相对地在形成该偏离角的第二方向进行转位进给而进行2次以上的改质层形成加工，从而形成剥离面，该改质层形成加工中，将该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，并且使该单晶SiC晶锭与该聚光点相对地在与形成该偏离角的第二方向正交的第一方向进行加工进给的同时，对该单晶SiC晶锭照射脉冲激光光线，从而SiC分离成Si和C，接着照射的脉冲激光光线被先前形成的C吸收，SiC连锁地分离成Si和C而形成的直线状的改质层，并且形成从该改质层沿着该c面传播的裂痕，该改质层形成加工中，在该聚光点形成最初形成的改质层，接着最初的改质层形成的改质层形成在与该聚光点相比逐渐变浅的位置，从单晶SiC晶锭的开始照射脉冲激光光线侧的端部产生改质层的升高，在该单晶SiC晶锭的内部中，在改质层到达脉冲激光光线的功率密度达到特定值的深度后，在功率密度达到该特定值的深度形成改质层；
晶片生成工序，以该剥离面作为界面将该单晶SiC晶锭的一部分剥离而生成SiC晶片；
倒角加工工序，对剥离得到的SiC晶片的外周实施倒角加工而去除晶片的外周因改质层的升高所形成的突状毛刺；以及
磨削工序，在实施该倒角加工工序后，对SiC晶片的剥离面进行磨削，精加工成平滑面。
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