CN109834858B - 剥离装置 - Google Patents

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Abstract

提供剥离装置，其能够容易地以剥离层为起点将晶片从锭剥离。剥离装置包含：锭保持单元，其使相当于晶片的部分向上而对锭(50)进行保持；超声波振荡单元，其振荡出超声波，该超声波振荡单元具有与相当于晶片的部分面对的端面；水提供单元，其对相当于晶片的部分与超声波振荡单元的端面之间提供水；以及剥离单元，其对相当于晶片的部分进行吸引保持并将晶片从锭剥离。

Description

剥离装置
技术领域
本发明涉及剥离装置，从形成有剥离层的锭剥离出晶片。
背景技术
IC、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)为原材料的晶片的正面上层叠功能层并由分割预定线划分而形成的。形成有器件的晶片通过切削装置、激光加工装置对分割预定线实施加工而分割成各个器件，分割得到的各器件被用于移动电话或个人计算机等电子设备。
供器件形成的晶片通常是利用划片锯将圆柱形状的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(例如，参照专利文献1)。但是，当利用划片锯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％)会被浪费，存在不经济的问题。特别是单晶SiC锭，其硬度高，难以利用划片锯切断，需要花费相当长的时间，因此生产率差，并且锭的单价高，在高效地生成晶片方面具有课题。
因此，本申请人提出了下述技术：将对于单晶SiC具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于单晶SiC锭的内部而对单晶SiC锭照射激光光线，在切断预定面形成剥离层，以剥离层为起点将晶片从单晶SiC锭剥离(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2000-94221号公报
专利文献2：日本特开2016-111143号公报
专利文献3：日本特开2011-060862号公报
但是，存在如下的问题：以剥离层为起点将晶片从锭剥离较困难，生产效率差。
另外，提出了下述技术：将对于Si(硅)具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于距离Si锭的端面相当于晶片的厚度的深度而对Si锭照射激光光线，在切断预定面形成改质层，以改质层为起点将晶片从Si锭剥离(例如，参照上述专利文献3)，但存在如下的问题：以改质层为起点将晶片从Si锭剥离较困难，生产效率差。
发明内容
鉴于上述事实而完成的本发明的课题在于提供剥离装置，其能够容易地以剥离层为起点将晶片从锭剥离。
为了解决上述课题，本发明所提供的是以下的剥离装置。即，一种剥离装置，其从将具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于相当于晶片的厚度的深度而照射激光光线从而形成有剥离层的锭将该晶片剥离，其中，该剥离装置包含：锭保持单元，其使相当于该晶片的部分向上而对锭进行保持；超声波振荡单元，其振荡出超声波，该超声波振荡单元具有与相当于该晶片的部分面对的端面；水提供单元，其对相当于该晶片的部分与该超声波振荡单元的该端面之间提供水；以及剥离单元，其对相当于该晶片的部分进行吸引保持并将该晶片从锭剥离。
优选所述锭是单晶SiC锭，其具有c轴和与c轴垂直的c面，所述剥离层由改质部和从改质部沿c面按照各向同性形成的裂纹构成，其中，所述改质部按照如下方式形成：将对于单晶SiC具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于距离单晶SiC锭的端面相当于该晶片的厚度的深度而对单晶SiC锭照射激光光线，使SiC分离成Si和C，从而形成该改质部。优选所述锭是c轴相对于端面的垂线倾斜并且通过c面和端面形成有偏离角的单晶SiC锭，所述剥离层按照如下方式形成：在与形成有偏离角的方向垂直的方向上连续地形成改质部并且从改质部沿c面按照各向同性生成裂纹，在形成有偏离角的方向上在不超过裂纹的宽度的范围内将单晶SiC锭与聚光点相对地进行转位进给，从而在与形成有偏离角的方向垂直的方向上连续地形成改质部，并且从改质部沿c面按照各向同性依次生成裂纹，从而形成该剥离层。
本发明提供的剥离装置包含：锭保持单元，其使相当于该晶片的部分向上而对锭进行保持；超声波振荡单元，其振荡出超声波，该超声波振荡单元具有与相当于该晶片的部分面对的端面；水提供单元，其对相当于该晶片的部分与该超声波振荡单元的该端面之间提供水；以及剥离单元，其对相当于该晶片的部分进行吸引保持并将该晶片从锭剥离，因此能够容易地以剥离层为起点将晶片从锭剥离。另外，在本发明的剥离装置中，通过从水提供单元对相当于晶片的部分与超声波振荡单元的端面之间提供水而生成水层，借助水层将超声波传递至锭，因此能够不使用水槽而将晶片从锭剥离，因此能够节约向水槽蓄水的时间及水的使用量，是经济的。
附图说明
图1是剥离装置的立体图。
图2是示出使锭保持于锭保持单元的情况的剥离装置的立体图。
图3的(a)是锭的主视图，图3的(b)是锭的俯视图。
图4的(a)是示出在图3的(a)和图3的(b)所示的锭中形成剥离层的情况的立体图，图4的(b)是示出在图3的(a)和图3的(b)所示的锭中形成剥离层的情况的主视图。
图5的(a)是形成有剥离层的锭的俯视图，图5的(b)是图5的(a)中的B-B线剖视图。
图6是示出对锭赋予超声波的状态的剥离装置的主视图。
图7是示出通过剥离单元对相当于晶片的部分进行吸引保持的状态的剥离装置的主视图。
图8是示出以剥离层为起点从锭剥离了晶片的状态的剥离装置的主视图。
标号说明
2：剥离装置；4：锭保持单元；6：超声波振荡单元；6a：超声波振荡单元的端面；8：水提供单元；10：剥离单元；50：锭；70：改质部；72：裂纹；74：剥离层；76：晶片。
具体实施方式
以下，参照附图对按照本发明构成的剥离装置的实施方式进行说明。
在图1中，整体用标号2表示的剥离装置包含：锭保持单元4，其使相当于要生成的晶片的部分向上而对锭进行保持；超声波振荡单元6，其振荡出超声波，并具有与相当于要生成的晶片的部分面对的端面6a；水提供单元8，其对相当于要生成的晶片的部分与超声波振荡单元6的端面6a之间提供水；以及剥离单元10，其对相当于要生成的晶片的部分进行吸引保持而从锭剥离出要生成的晶片。
参照图1和图2对锭保持单元4进行说明。本实施方式中的锭保持单元4具有：圆筒状的基台12；圆筒状的保持工作台14，其旋转自如地搭载于基台12的上表面上；以及电动机(未图示)，其使保持工作台14以通过保持工作台14的径向中心且在上下方向上延伸的轴线为中心进行旋转。锭保持单元4对借助适当的粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)而被固定在保持工作台14的上表面上的锭进行保持。或者，锭保持单元4可以为如下的结构：将与吸引单元(未图示)连接的多孔质的吸附卡盘(未图示)配置于保持工作台14的上端部分，利用吸引单元在吸附卡盘的上表面上生成吸引力，从而对锭进行吸引保持。
本实施方式中的剥离装置2还具有Y轴方向移动机构16，该Y轴方向移动机构16使超声波振荡单元6、水提供单元8和剥离单元10在图1中箭头Y所示的Y轴方向上移动。Y轴方向移动机构16包含：长方体状的框体18，其形成有沿Y轴方向延伸的长方形状的引导开口18a；第一滚珠丝杠(未图示)，其在框体18的内部沿Y轴方向延伸；第一移动片20，其从与第一滚珠丝杠连结的基端部沿图1中箭头X所示的X轴方向延伸；第一电动机22，其与第一滚珠丝杠的一个端部连结；第二滚珠丝杠(未图示)，其在框体18的内部沿Y轴方向延伸；第二移动片24，其从与第二滚珠丝杠连结的基端部沿X轴方向延伸；以及第二电动机26，其与第二滚珠丝杠的一个端部连结。并且，Y轴方向移动机构16通过第一滚珠丝杠将第一电动机22的旋转运动转换成直线运动而传递至第一移动片20，使第一移动片20沿着引导开口18a在Y轴方向上移动，并且通过第二滚珠丝杠将第二电动机26的旋转运动转换成直线运动而传递至第二移动片24，使第二移动片24沿着引导开口18a在Y轴方向上移动。另外，X轴方向和Y轴方向垂直，由X轴方向和Y轴方向所限定的平面实质上是水平的。
如图1所示，在本实施方式中，在第一移动片20的前端下表面上连接有向下方延伸的圆柱状的第一升降单元28，在第一升降单元28的下端连接有圆柱状的超声波振荡单元6。因此，通过第一移动片20在Y轴方向上移动，从而第一升降单元28和超声波振荡单元6在Y轴方向上移动。例如可由具有滚珠丝杠和电动机的电动气缸构成的第一升降单元28使超声波振荡单元6升降并且使超声波振荡单元6在任意的位置停止，从而使超声波振荡单元6的下侧的圆形状的端面6a与相当于要生成的晶片的部分面对。超声波振荡单元6由压电陶瓷等形成，振荡出超声波。
如图1所示，在本实施方式中，水提供单元8包含：圆筒状的连接口30，其附设于第一移动片20的前端上表面上；喷嘴32，其升降自如地支承于第一移动片20的前端下表面上；以及喷嘴升降机构(未图示)，其使喷嘴32升降。因此，通过第一移动片20进行移动，从而水提供单元8在Y轴方向上移动。连接口30经由适当的供水软管(未图示)而与水提供源(未图示)连接。喷嘴32与超声波振荡单元6在Y轴方向上隔开间隔地从第一移动片20的前端下表面向下方延伸，接着朝向超声波振荡单元6略微向下方倾斜并且沿Y轴方向延伸。中空状的喷嘴32与连接口30连通。例如能够由电动气缸构成的喷嘴升降机构使喷嘴32升降并且使喷嘴32在任意的位置停止，从而能够将喷嘴32的出口32a定位于相当于要生成的晶片的部分与超声波振荡单元6的端面6a之间。并且，水提供单元8将从水提供源提供至连接口30的水从喷嘴32的出口32a提供至相当于要生成的晶片的部分与超声波振荡单元6的端面6a之间，生成水层。
参照图1继续进行说明，在第二移动片24的前端下表面上连接有向下方延伸的圆柱状的第二升降单元34，在第二升降单元34的下端连接有圆板状的剥离单元10。因此，通过第二移动片24在Y轴方向上移动，从而第二升降单元34和剥离单元10在Y轴方向上移动。例如能够由电动气缸构成的第二升降单元34使剥离单元10升降并且使剥离单元10在任意的位置停止，从而能够使剥离单元10的下表面与相当于要生成的晶片的部分接触。剥离单元10在下表面上形成有多个吸引孔(未图示)，并与吸引单元(未图示)连接。并且，在使剥离单元10的下表面与相当于要生成的晶片的部分接触的状态下，利用吸引单元在剥离单元10的下表面上生成吸引力，从而能够利用剥离单元10对相当于要生成的晶片的部分进行吸引保持。
在图3的(a)和图3的(b)中示出了形成剥离层之前的状态的锭50。图示的锭50由六方晶单晶SiC整体形成为圆柱形状，其具有：圆形状的第一端面52；与第一端面52相反的一侧的圆形状的第二端面54；位于第一端面52与第二端面54之间的周面56；从第一端面52至第二端面54的c轴(＜0001＞方向)；以及与c轴垂直的c面({0001}面)。在图示的锭50中，c轴相对于第一端面52的垂线58倾斜，通过c面和第一端面52形成有偏离角α(例如α＝1、3、6度)。在图3中用箭头表示c轴相对于垂线58倾斜的方向、即形成有偏离角α的方向A。另外，在锭50的周面56上形成有表示晶体取向的矩形状的第一定向平面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。如图3的(b)所示，从上方观察，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)。另外，能够在形成了剥离层之后通过上述的剥离装置2剥离出晶片的锭不限于上述锭50，例如可以为c轴相对于第一端面的垂线不倾斜、c面与第一端面的偏离角为0度(即，第一端面的垂线与c轴一致)的单晶SiC锭，或者可以为由Si(硅)或GaN(氮化镓)等单晶SiC以外的原材料形成的锭。
要想利用上述剥离装置2从锭50剥离出晶片，需要在锭50中形成剥离层，例如可以使用在图4的(a)和图4的(b)中示出一部分的激光加工装置64来实施剥离层形成。激光加工装置64具有：卡盘工作台66，其对被加工物进行保持；以及聚光器68，其对卡盘工作台66所保持的被加工物照射脉冲激光光线LB。构成为在上表面上对被加工物进行吸引保持的卡盘工作台66利用旋转单元(未图示)以在上下方向上延伸的轴线为中心进行旋转，并且利用x轴方向移动单元(未图示)在x轴方向上进退，利用y轴方向移动单元(未图示)在y轴方向上进退。聚光器68包含聚光透镜，该聚光透镜用于对激光加工装置64的脉冲激光光线振荡器(未图示)所振荡出的脉冲激光光线LB进行会聚而照射至被加工物。另外，x轴方向是图4的(a)和图4的(b)中箭头x所示的方向，y轴方向是图4的(a)中箭头y所示的方向，是与x轴方向垂直的方向。由x轴方向和y轴方向所限定的平面实质上是水平的。另外，在图1和图2中用大写的X和Y表示的X轴方向和Y轴方向与在图4的(a)和图4的(b)中用小写的x和y表示的x轴方向和y轴方向可以一致，也可以不同。
参照图4的(a)和图4的(b)继续进行说明，当在锭50中形成剥离层时，首先使锭50的一个端面(在本实施方式中为第一端面52)朝上而使锭50吸引保持于卡盘工作台66的上表面上。或者，也可以在锭50的另一个端面(在本实施方式中为第二端面54)与卡盘工作台66的上表面之间夹设粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)而将锭50固定于卡盘工作台66。接着，利用激光加工装置64的拍摄单元(未图示)从锭50的上方对锭50进行拍摄。接着，根据拍摄单元所拍摄的锭50的图像，利用激光加工装置64的x轴方向移动单元、y轴方向移动单元和旋转单元使卡盘工作台66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68在xy平面上的位置进行调整。在将锭50的朝向调整为规定的朝向时，如图4的(a)所示，使第二定向平面62与x轴方向一致，从而使与形成有偏离角α的方向A垂直的方向与x轴方向一致，并且使形成有偏离角α的方向A与y轴方向一致。接着，利用激光加工装置64的聚光点位置调整单元(未图示)使聚光器68升降，如图4的(b)所示，将聚光点FP定位于距离锭50的第一端面52相当于要生成的晶片的厚度的深度。接着，进行剥离层形成加工，一边使卡盘工作台66在与垂直于形成有偏离角α的方向A的方向一致的x轴方向上移动，一边从聚光器68对锭50照射对于单晶SiC具有透过性的波长的脉冲激光光线LB。当进行剥离层形成加工时，如图5的(a)和图5的(b)所示，在与形成有偏离角α的方向A垂直的方向上连续地形成改质部70，并且生成从改质部70沿着c面按照各向同性延伸的裂纹72，其中，随着脉冲激光光线LB的照射，使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，使SiC连锁地分离成Si和C，形成改质部70。
参照图4的(a)、图4的(b)、图5的(a)和图5的(b)继续进行说明，接着剥离层形成加工而继续使卡盘工作台66在不超过裂纹72的宽度的范围内在与形成有偏离角α的方向A一致的y轴方向上相对于聚光点FP相对地按照规定的转位量Li进行转位进给。并且，交替重复进行剥离层形成加工和转位进给，从而在形成有偏离角α的方向A上隔开规定的转位量Li的间隔而形成多个在与形成有偏离角α的方向A垂直的方向上连续地延伸的改质部70，并且依次生成从改质部70沿着c面按照各向同性延伸的裂纹72，从而从上下方向观察，在形成有偏离角α的方向A上相邻的裂纹72与裂纹72重叠。由此，能够在距离锭50的第一端面52相当于要生成的晶片的厚度的深度形成由多个改质部70和裂纹72构成的、用于从锭50剥离晶片的强度降低的剥离层74。另外，剥离层74的形成例如可以在以下的加工条件下进行。
Figure BDA0001879176670000071
对使用上述剥离装置2从形成有剥离层74的锭50剥离晶片的剥离方法进行说明。在本实施方式中，如图2所示，首先使相当于要生成的晶片的部分向上(即，使作为接近剥离层74的端面的第一端面52朝上)而利用锭保持单元4对锭50进行保持。此时，可以在锭50的第二端面54与保持工作台14的上表面之间夹设粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)而将锭50固定于保持工作台14，或者可以在保持工作台14的上表面上生成吸引力而对锭50进行吸引保持。接着，利用Y轴方向移动机构16的第一电动机22使第一移动片20移动，如图1所示，使超声波振荡单元6的端面6a与相当于要生成的晶片的部分(在本实施方式中为从第一端面52至剥离层74的部分)面对。接着，利用第一升降单元28使超声波振荡单元6下降，若第一端面52与超声波振荡单元6的端面6a之间达到了规定的尺寸(例如2mm～3mm左右)，则停止第一升降单元28的动作。另外，利用喷嘴升降机构使喷嘴32移动而将喷嘴32的出口32a定位于第一端面52与端面6a之间。接着，利用电动机使保持工作台14旋转，并且如图6所示，一边利用第一电动机22使第一移动片20在Y轴方向上移动，一边从喷嘴32的出口32a对第一端面52与端面6a之间提供水而生成水层LW，并且从超声波振荡单元6振荡出超声波。此时，按照超声波振荡单元6在第一端面52整体通过的方式使保持工作台14旋转并且使第一移动片20在Y轴方向上移动，从而对剥离层74整体赋予超声波。由此，能够借助水层LW将超声波传递至锭50而使剥离层74的裂纹72延伸，能够进一步降低剥离层74的强度。接着，停止超声波振荡单元6的动作并且停止水提供源的动作。
如上所述，在使剥离层74的裂纹72延伸之后，利用第一电动机22使第一移动片20移动，使超声波振荡单元6和喷嘴32从锭50的上方远离，并且利用第二电动机26使第二移动片24移动，将剥离单元10定位于锭50的上方。接着，如图7所示，利用第二升降单元34使剥离单元10下降，使剥离单元10的下表面与第一端面52接触。接着，使与剥离单元10连接的吸引单元进行动作，在剥离单元10的下表面上生成吸引力，利用剥离单元10对相当于要生成的晶片的部分进行吸引保持。接着，利用第二升降单元34使剥离单元10上升。由此，如图8所示，能够以剥离层74为起点将要生成的晶片76从锭50剥离。
如上所述，本实施方式中的剥离装置2包含：锭保持单元4，其使相当于晶片的部分向上而对锭50进行保持；超声波振荡单元6，其振荡出超声波，该超声波振荡单元6具有与相当于晶片的部分面对的端面6a；水提供单元8，其对相当于晶片的部分与超声波振荡单元6的端面6a之间提供水；以及剥离单元10，其对相当于晶片的部分进行吸引保持而将晶片从锭50剥离，因此能够容易地以剥离层74为起点将从晶片76锭50剥离。另外，在本实施方式中，从水提供单元8对相当于晶片的部分与超声波振荡单元6的端面6a之间提供水，从而在相当于晶片的部分与超声波振荡单元6的端面6a之间生成水层LW，借助水层LW将超声波传递至锭50，因此能够不使用水槽而将晶片76从锭50剥离，因此能够节约向水槽蓄水的时间及水的使用量，是经济的。
另外，在本实施方式中对如下的例子进行了说明：当在锭50中形成剥离层74时，使锭50在与形成有偏离角α的方向A垂直的方向上相对于聚光点FP相对地移动，并且在转位进给中，使锭50在形成有偏离角α的方向A上相对于聚光点FP相对地移动，不过，锭50与聚光点FP的相对的移动方向可以不是与形成有偏离角α的方向A垂直的方向，另外，转位进给中的锭50与聚光点FP的相对的移动方向可以不是形成有偏离角α的方向A。另外，在本实施方式中，对使超声波振荡单元6升降的第一升降单元28和使喷嘴32升降的喷嘴升降机构为不同的结构的例子进行了说明，但也可以利用设置于第一移动片20的通用的升降机构使超声波振荡单元6和喷嘴32升降，或者也可以通过使Y轴方向移动机构16的框体18升降从而使超声波振荡单元6、喷嘴32以及剥离单元10升降。

Claims (3)

1.一种剥离装置，其从将具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于相当于晶片的厚度的深度而照射激光光线从而形成有剥离层的锭将该晶片剥离，其中，
该剥离装置包含：
锭保持单元，其使锭的相当于该晶片的部分向上而对锭进行保持；
超声波振荡单元，其振荡出超声波，该超声波振荡单元具有与锭的相当于该晶片的部分面对的端面；
水提供单元，其对锭的相当于该晶片的部分与该超声波振荡单元的该端面之间提供水，从而在该锭的相当于该晶片的部分与该超声波振荡单元的该端面之间生成水层，借助该水层将超声波传递至该锭；以及
剥离单元，其对锭的相当于该晶片的部分进行吸引保持并将该晶片从锭剥离。
2.根据权利要求1所述的剥离装置，其中，
所述锭是单晶SiC锭，其具有c轴和与c轴垂直的c面，
所述剥离层由改质部和从改质部沿c面按照各向同性形成的裂纹构成，其中，所述改质部按照如下方式形成：将对于单晶SiC具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于距离单晶SiC锭的端面相当于该晶片的厚度的深度而对单晶SiC锭照射激光光线，使SiC分离成Si和C，从而形成该改质部。
3.根据权利要求2所述的剥离装置，其中，
所述锭是c轴相对于端面的垂线倾斜并且通过c面和端面形成有偏离角的单晶SiC锭，
所述剥离层按照如下方式形成：在与形成有偏离角的方向垂直的方向上连续地形成改质部并且从改质部沿c面按照各向同性生成裂纹，在形成有偏离角的方向上在不超过裂纹的宽度的范围内将单晶SiC锭与聚光点相对地进行转位进给，从而在与形成有偏离角的方向垂直的方向上连续地形成改质部，并且从改质部沿c面按照各向同性依次生成裂纹，从而形成该剥离层。
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