CN108735578A - SiC晶片的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种SiC晶片的生成方法，其能够更经济地从单晶SiC晶锭生成晶片。该SiC晶片的生成方法包括下述工序：剥离层形成工序，将对晶锭(2)具有透过性的波长的脉冲激光光线LB的聚光点FP定位在距离晶锭(2)的平坦面相当于要生成的SiC晶片的厚度的深度，对晶锭(2)照射脉冲激光光线LB，形成剥离层(26)；晶片的剥离工序，以剥离层(26)作为起点，将要生成的SiC晶片(40)从晶锭(2)剥离；以及平坦面精整工序，对剥离SiC晶片(40)后的晶锭(2)的上表面(42)进行磨削，除去凹凸，精整成平坦面。平坦面精整工序包括：第一磨削步骤，对晶锭(2)的上表面(42)进行粗磨削，有残留地不完全除去凹凸；以及第二磨削步骤，对晶锭(2)的上表面(42)进行精磨削，除去残留的凹凸，精加工成平坦面。

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等器件是在以Si(硅)、Al2O3(蓝宝石)等为材料的晶片的表面层叠功能层并由分割预定线划分而形成的。另外，功率器件、LED等是在以单晶SiC(碳化硅)为材料的晶片的表面层叠功能层并由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、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。切断得到的晶片的表面和背面通过研磨而精加工成镜面(例如参见专利文献1)。但是，在利用划片锯切断晶锭并对切断得到的晶片的表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，其硬度高，难以利用划片锯切断，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，提出了下述技术：将对单晶SiC具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在单晶SiC晶锭的内部来对单晶SiC晶锭照射激光光线，在切断预定面形成改质层，沿着形成有改质层的切断预定面将SiC晶片从单晶SiC晶锭剥离(例如参见专利文献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，在将晶片从晶锭剥离时，晶锭的剥离面变凹凸，为了将激光光线的聚光点定位在适当的位置来生成下一个晶片，以超过凹凸的高度对剥离面进行磨削，精加工成平坦面，从而产生不经济的新问题。
由此，本发明的目的在于提供一种SiC晶片的生成方法，其能够更经济地从单晶SiC晶锭生成SiC晶片。
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SiC晶片的生成方法具备下述工序：剥离层形成工序，将对单晶SiC晶锭具有透过性的波长的脉冲激光光线的聚光点定位在距离单晶SiC晶锭的平坦面相当于要生成的SiC晶片的厚度的深度，对单晶SiC晶锭照射脉冲激光光线，形成剥离层；晶片的剥离工序，以该剥离层作为起点，将要生成的SiC晶片从单晶SiC晶锭剥离；以及平坦面精整工序，对剥离SiC晶片后的单晶SiC晶锭的上表面进行磨削，除去凹凸，精整成平坦面，该平坦面精整工序包括下述步骤：第一磨削步骤，对单晶SiC晶锭的上表面进行粗磨削，有残留地不完全除去凹凸；以及第二磨削步骤，在实施第一磨削步骤之后，对单晶SiC晶锭的上表面进行精磨削，除去残留的凹凸，精加工成平坦面。
优选该第一磨削步骤中使用的磨削磨具由#1000～2000的金刚石磨粒构成，该第二磨削步骤中使用的磨削磨具由#7000～8000的金刚石磨粒构成。优选在该第一磨削步骤中，对单晶SiC晶锭的上表面的凹凸的70～90％进行磨削，在该第二磨削步骤中，对单晶SiC晶锭的上表面的凹凸的10～30％进行磨削，精加工成平坦面。
优选的是，单晶SiC晶锭具有作为平坦面的第一面、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，由该c面和该第一面形成偏离角，在该剥离层形成工序中，将对单晶SiC晶锭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SiC晶片的厚度的深度，并且使单晶SiC晶锭和该聚光点在与形成该偏离角的第2方向正交的第1方向上相对地移动，形成直线状的改质层和裂纹，其中，SiC分离成Si和C，接着照射的脉冲激光光线被之前形成的C吸收，SiC连锁地分离成Si和C从而形成直线状的改质层和裂纹；使单晶SiC晶锭和该聚光点在该第2方向上相对地移动，以规定量进行转位，形成剥离层。
发明效果
根据本发明，能够抑制由于磨削而被舍弃的单晶SiC晶锭的量，从而能够更经济地从单晶SiC晶锭生成SiC晶片。
附图说明
图1是单晶SiC晶锭的主视图(a)、俯视图(b)和立体图(c)。
图2是示出实施剥离层形成工序的状态的立体图(a)和主视图(b)。
图3是形成有剥离层的单晶SiC晶锭的俯视图(a)和B-B线剖视图(b)。
图4是示出实施SiC晶片的剥离工序的状态的立体图。
图5是剥离SiC晶片后的单晶SiC晶锭的立体图(a)和主视图(b)。
图6是示出实施平坦面精整工序的第一磨削步骤的状态的立体图(a)以及实施第一磨削步骤后的单晶SiC晶锭的立体图(b)。
图7是示出实施平坦面精整工序的第二磨削步骤的状态的立体图(a)以及实施第二磨削步骤后的单晶SiC晶锭的立体图(b)。
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(下文中简称为“晶锭2”)具有：作为平坦面的圆形状的第一面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面和第一面4形成偏离角α(例如α＝1、3、6度)。在图1中用箭头A表示形成偏离角α的方向。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(b)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，首先实施剥离层形成工序，将对晶锭2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2的平坦面相当于要生成的晶片的厚度的深度，对晶锭2照射脉冲激光光线，形成剥离层。剥离层形成工序例如可以使用在图2中示出其一部分的激光加工装置16来实施。激光加工装置16具备保持被加工物的卡盘工作台18、以及对卡盘工作台18所保持的被加工物照射脉冲激光光线LB的聚光器20。构成为在上表面吸附被加工物的卡盘工作台18利用旋转单元以沿上下方向延伸的轴线为中心进行旋转，并且利用X方向移动单元沿X方向进退，利用Y方向移动单元沿Y方向进退(均未图示)。聚光器20包含聚光透镜，该聚光透镜用于将激光加工装置16的脉冲激光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方向是图2的(a)中箭头X所示的方向，Y方向是图2的(a)中箭头Y所示的方向、是与X方向正交的方向。X方向和Y方向所规定的平面实质上为水平的。
在剥离层形成工序中，首先使晶锭2的作为平坦面的第一面4朝上，使晶锭2吸附在激光加工装置16的卡盘工作台18的上表面。或者也可以将粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)夹在晶锭2的第二面6与卡盘工作台18的上表面之间，将晶锭2固定于卡盘工作台18。接下来，利用激光加工装置16的摄像单元(未图示)从晶锭2的第一面4的上方对晶锭2进行拍摄。接着基于由摄像单元拍摄的晶锭2的图像，利用激光加工装置16的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，由此将晶锭2的朝向调整为规定的朝向，并且对晶锭2和聚光器20在XY平面的位置进行调整。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定位在距离晶锭2的第一面4相当于要生成的SiC晶片(下文中简称为“晶片”)的厚度的深度。接下来，进行剥离层形成加工，使晶锭2和聚光点FP在与正交于形成偏离角α的方向A的方向一致的X方向上相对地移动，同时从聚光器20向晶锭2照射对晶锭2具有透过性的波长的脉冲激光光线LB。在本实施方式中，如图2所示，在剥离层形成加工中，不使聚光点FP移动，而利用X方向移动单元以规定的加工进给速度使卡盘工作台18相对于聚光点FP在X方向进行加工进给。
在进行剥离层形成加工时，如图3所示，形成直线状的改质层22、以及从改质层22沿c面向改质层22的两侧传播的裂纹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被之前形成的C吸收，SiC连锁地分离成Si和C，从而形成直线状的改质层22、以及从改质层22沿c面向改质层22的两侧传播的裂纹24。需要说明的是，在剥离层形成加工中，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晶锭2和聚光点FP在X方向上相对地进行加工进给的同时对晶锭2照射脉冲激光光线LB，已分离出Si和C的改质层22再次被照射脉冲激光光线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、晶锭2和聚光点FP的相对速度V以及光斑的直径D所规定的G＝(V/F)-D需要为G<0。另外，相邻的光斑的重叠率由|G|/D来规定。
在剥离层形成工序中，接着剥离层形成加工，在与形成偏离角α的方向A一致的Y方向上使晶锭2和聚光点FP按照规定转位量Li相对地进行转位进给。在本实施方式的转位进给中，不使聚光点FP移动，而利用Y方向移动单元使卡盘工作台18相对于聚光点FP在Y方向上按照规定转位量Li进行转位进给。并且，通过在剥离层形成工序中交替重复进行剥离层形成加工和转位进给，在形成偏离角α的方向A上隔着规定转位量Li的间隔形成多个沿着与形成偏离角α的方向A正交的方向延伸的直线状的改质层22、并且在形成偏离角α的方向A上相邻的裂纹24和裂纹24连结。由此，能够在距离晶锭2的第一面4相当于要生成的晶片的厚度的深度形成由多个改质层22和裂纹24构成的、用于将晶片从晶锭2剥离的剥离层26。这样的剥离层形成工序例如可以在以下的激光加工条件下实施。
在实施剥离层形成工序之后，实施晶片的剥离工序，以剥离层26为起点，将要生成的晶片从晶锭2剥离。晶片的剥离工序例如可以使用在图4中示出其一部分的剥离装置28来实施。剥离装置28具备保持被加工物的卡盘工作台30、以及对卡盘工作台30所保持的被加工物的一部分进行剥离的剥离单元32。卡盘工作台30构成为在上表面吸附被加工物。剥离单元32包含实质上水平延伸的臂34、以及附设在臂34的前端的电动机36。在电动机36的下表面连结有圆盘状的吸附片38，该吸附片38以沿上下方向延伸的轴线为中心进行自由旋转。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的下表面施加超声波振动的超声波振动施加单元(未图示)。
参照图4继续进行说明，在晶片的剥离工序中，首先使晶锭2的第一面4朝上，使晶锭2吸附在剥离装置28的卡盘工作台30的上表面。或者可以将粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)夹在晶锭2的第二面6与卡盘工作台30的上表面之间，将晶锭2固定于卡盘工作台30。接下来，利用剥离装置28的升降单元(未图示)使臂34下降，如图4所示，使吸附片38的下表面吸附在晶锭2的第一面4。接着使超声波振动施加单元工作，对吸附片38的下表面施加超声波振动，并且使电动机36工作，使吸附片38旋转。由此，能够以剥离层26为起点将要生成的晶片40从晶锭2剥离。另外，如图5所示，剥离晶片40后的晶锭2的上表面42(剥离面)凹凸不平。剥离晶片40后的晶锭2的上表面42的凹凸的高度例如为100μm左右。
在实施晶片的剥离工序之后实施平坦面精整工序，对剥离晶片40后的晶锭2的上表面42进行磨削，除去凹凸，精整成平坦面。平坦面精整工序至少由第一磨削步骤和第二磨削步骤构成，在第一磨削步骤中，对晶锭2的上表面42进行粗磨削，有残留地不完全除去凹凸；在第二磨削步骤中，对晶锭2的上表面42进行精磨削，除去残留的凹凸，精加工成平坦面。从缩短工序时间的方面出发，优选第一磨削步骤中晶锭2的上表面42的凹凸的磨削量多于第二磨削步骤中晶锭2的上表面42的凹凸的磨削量。例如，在第一磨削步骤中将晶锭2的上表面42的凹凸磨削70～90％的程度、在第二磨削步骤中将晶锭2的上表面42的凹凸磨削10～30％的程度是合适的。进一步举出具体例，在晶锭2的上表面42的凹凸的高度为100μm的情况下，在第一磨削步骤中将晶锭2的上表面42的凹凸磨削80μm左右、在第二磨削步骤中将晶锭2的上表面42的凹凸磨削20μm左右，精加工成平坦面即可。
平坦面精整工序的第一磨削步骤例如可以使用在图6中示出其一部分的第一磨削装置44来实施。第一磨削装置44具备保持被加工物的卡盘工作台46、以及对卡盘工作台46所保持的被加工物进行磨削的磨削单元48。构成为在上表面吸附被加工物的卡盘工作台46利用旋转单元(未图示)以沿上下方向延伸的轴线为中心旋转。磨削单元48与电动机(未图示)连结，并且包含沿上下方向延伸的圆柱状的主轴50、以及固定在主轴50的下端的圆盘状的磨轮安装座52。在磨轮安装座52的下表面利用螺栓54固定有环状的磨削磨轮56。在磨削磨轮56的下表面的外周边部沿周向隔着间隔固定有呈环状配置的多个第一磨削磨具58。第一磨削步骤中使用的第一磨削磨具58例如可以为利用陶瓷粘合剂以集中度150固定粒度为#1000～2000的金刚石磨粒而得到的磨具。如图6所示，磨削磨轮56的旋转中心相对于卡盘工作台46的旋转中心进行位移，以使得第一磨削磨具58通过卡盘工作台46的旋转中心。因此，一边使卡盘工作台46与磨削磨轮56相互旋转，一边使保持于卡盘工作台46的上表面的被加工物的上表面与第一磨削磨具58接触的情况下，被加工物的整个上表面被第一磨削磨具58磨削。
参照图6继续进行说明，在平坦面精整工序的第一磨削步骤中，首先使剥离晶片40后的晶锭2的上表面42朝上，使晶锭2吸附在第一磨削装置44的卡盘工作台46的上表面。或者可以将粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)夹在晶锭2的第二面6与卡盘工作台46的上表面之间，将晶锭2固定于卡盘工作台46。接下来，利用旋转单元使卡盘工作台46从上方看逆时针地以规定的旋转速度(例如300rpm)进行旋转。另外，利用电动机使主轴50从上方看逆时针地以规定的旋转速度(例如6000rpm)进行旋转。接下来，利用第一磨削装置44的升降单元(未图示)使主轴50下降，使第一磨削磨具58与晶锭2的上表面42接触。使第一磨削磨具58与晶锭2的上表面42接触后，使主轴50以规定的磨削进给速度(例如0.1μm/s)下降规定量。由此，能够对晶锭2的上表面42进行粗磨削，有残留地不完全除去凹凸。
在平坦面精整工序中，在实施第一磨削步骤之后实施第二磨削步骤。平坦面精整工序的第二磨削步骤例如可以使用在图7中示出其一部分的第二磨削装置60来实施。第二磨削装置60具备保持被加工物的卡盘工作台62、以及对卡盘工作台62所保持的被加工物进行磨削的磨削单元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)以沿上下方向延伸的轴线为中心旋转。磨削单元64与电动机(未图示)连结，并且包含沿上下方向延伸的圆柱状的主轴66、以及固定在主轴66的下端的圆盘状的磨轮安装座68。在磨轮安装座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呈环状配置的多个第二磨削磨具74。第二磨削步骤中使用的第二磨削磨具74由比第一磨削磨具58的磨粒的粒度小的磨粒构成，例如可以为利用陶瓷粘合剂以集中度150固定粒度为#7000～8000的金刚石磨粒而得到的磨具。如图7所示，第二磨削装置60也与第一磨削装置44同样地，磨削磨轮72的旋转中心相对于卡盘工作台62的旋转中心进行位移，以使得第二磨削磨具74通过卡盘工作台62的旋转中心。因此，一边使卡盘工作台62与磨削磨轮72相互旋转，一边使保持于卡盘工作台62的上表面的被加工物的上表面与第二磨削磨具74接触的情况下，被加工物的整个上表面被第二磨削磨具74磨削。
参照图7继续进行说明，在平坦面精整工序的第二磨削步骤中，首先使第一磨削步骤中进行了粗磨削后的晶锭2的上表面42朝上，使晶锭2吸附在第二磨削装置60的卡盘工作台62的上表面。或者可以将粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)夹在晶锭2的第二面6与卡盘工作台62的上表面之间，将晶锭2固定于卡盘工作台62。接下来，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300rpm)进行旋转。另外，利用电动机使主轴66从上方看逆时针地以规定的旋转速度(例如6000rpm)进行旋转。接下来，利用第二磨削装置60的升降单元(未图示)使主轴66下降，使第二磨削磨具74与晶锭2的上表面42接触。在使第二磨削磨具74与晶锭2的上表面42接触后，使主轴66以规定的磨削进给速度(例如0.05μm/s)下降规定量。由此，能够对晶锭2的上表面42进行精磨削，除去残留的凹凸，将晶锭2的上表面42精加工成平坦面。
如上所述，本实施方式中的平坦面精整工序至少由第一磨削步骤和第二磨削步骤构成，在第一磨削步骤中，对晶锭2的上表面42进行粗磨削，有残留地不完全除去凹凸；在第二磨削步骤中，对晶锭2的上表面42进行精磨削，除去残留的凹凸，精加工成平坦面，因此能够抑制由于磨削而被舍弃的晶锭2的量，从而能够更经济地从晶锭2生成晶片。
需要说明的是，在本实施方式中，对于在剥离层形成工序中在与形成偏离角α的方向A正交的方向上使晶锭2和聚光点FP相对地移动、并且在转位进给中在形成偏离角α的方向A上使晶锭2和聚光点FP相对地移动的示例进行了说明，但晶锭2和聚光点FP的相对移动方向也可以不是与形成偏离角α的方向A正交的方向，并且转位进给中的晶锭2和聚光点FP的相对移动方向也可以不是形成偏离角α的方向A。进而，在本实施方式中，对于c轴相对于第一面4的垂线10倾斜、由c面和第一面4形成偏离角α的晶锭2的示例进行了说明，但即使在c轴相对于第一面的垂线不倾斜、c面与第一面的偏离角为0度(即，第一面的垂线与c轴一致)的单晶SiC晶锭的情况下，也能够实施本发明的晶片的生成方法。
符号说明
2：单晶SiC晶锭
4：第一面(平坦面)
6：第二面
10：垂线
22：改质层
24：裂纹
26：剥离层
40：晶片
42：剥离晶片后的单晶SiC晶锭的上表面
58：第一磨削磨具(第一磨削步骤中使用的磨削磨具)
74：第二磨削磨具(第二磨削步骤中使用的磨削磨具)
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 (4)

1.一种SiC晶片的生成方法，其从单晶SiC晶锭生成SiC晶片，
该SiC晶片的生成方法具备下述工序：
剥离层形成工序，将对单晶SiC晶锭具有透过性的波长的脉冲激光光线的聚光点定位在距离单晶SiC晶锭的平坦面相当于要生成的SiC晶片的厚度的深度，对单晶SiC晶锭照射脉冲激光光线，形成剥离层；
晶片的剥离工序，以该剥离层作为起点，将要生成的SiC晶片从单晶SiC晶锭剥离；以及
平坦面精整工序，对剥离SiC晶片后的单晶SiC晶锭的上表面进行磨削，除去凹凸，精整成平坦面，
该平坦面精整工序包括下述步骤：
第一磨削步骤，对单晶SiC晶锭的上表面进行粗磨削，有残留地不完全除去凹凸；以及
第二磨削步骤，在实施第一磨削步骤之后，对单晶SiC晶锭的上表面进行精磨削，除去残留的凹凸，精加工成平坦面。
2.如权利要求1所述的SiC晶片的生成方法，其中，
该第一磨削步骤中使用的磨削磨具由#1000～#2000的金刚石磨粒构成，
该第二磨削步骤中使用的磨削磨具由#7000～#8000的金刚石磨粒构成。
3.如权利要求1所述的SiC晶片的生成方法，其中，
在该第一磨削步骤中，对单晶SiC晶锭的上表面的凹凸的70％～90％进行磨削，
在该第二磨削步骤中，对单晶SiC晶锭的上表面的凹凸的10％～30％进行磨削，精加工成平坦面。
4.如权利要求1所述的SiC晶片的生成方法，其中，
单晶SiC晶锭具有作为平坦面的第一面、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，由该c面和该第一面形成偏离角，
在该剥离层形成工序中，
将对单晶SiC晶锭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SiC晶片的厚度的深度，并且使单晶SiC晶锭和该聚光点在与形成该偏离角的第2方向正交的第1方向上相对地移动，形成直线状的改质层和裂纹，其中，SiC分离成Si和C，接着照射的脉冲激光光线被之前形成的C吸收，SiC连锁地分离成Si和C从而形成直线状的改质层和裂纹；使单晶SiC晶锭和该聚光点在该第2方向上相对地移动，以规定量进行转位，形成剥离层。
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