CN116690814A - GaN基板的切断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GaN基板的切断方法，该GaN基板的切断方法通过使用在外周形成有槽部的刻划轮对GaN基板进行刻划，从而能够在GaN基板形成切断所需的刻划线，且能够在水平方向上不产生不需要的裂缝的情况下沿着该刻划线将GaN基板切断。本发明的GaN基板的切断方法使用在外周形成有槽部(5)的刻划轮(1)将GaN基板切断，该GaN基板的切断方法具有：刻划工序，在刻划工序中，使刻划轮(1)的刀尖(2)相对于GaN基板垂直接触，对刻划轮(1)施加载荷并使该刻划轮(1)滚动，从而形成刻划线(L)；断开工序，在断开工序中，将形成有刻划线(L)的GaN基板切断。
Description
本申请是国际申请日为2019年8月26日，国际申请号为PCT/JP2019/034318(申请号为201980063202.1)，发明名称为“GaN基板的切断方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及将在发光器件、电子器件的基板中使用的GaN(氮化镓)基板切断的技术。
背景技术
近年来，对于由脆性材料特别是由结晶性的材料形成的基板，也提出了一种脆性材料基板的割断方法，该割断方法使用刻划轮，在该脆性材料基板的表面形成转印有刻划轮的刀尖形状的线、即刻划线(参照图1)，并将在刻划线的下方形成有垂直裂缝的脆性材料基板断开(例如，参照专利文献1～3)。
在专利文献1中，对于由金刚石形成的刻划轮，公开了高品质地对蓝宝石基板进行刻划的技术。
在专利文献2、3中，公开了利用刀轮对碳化硅板作用压力并使该刀轮在碳化硅板上滚动，从而在碳化硅板刻划并形成刻划线的技术。
专利文献1：日本特开2018-086785号公报
专利文献2：国际公开第2012/093422号公报
专利文献3：日本特许5884852号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，关于在蓝宝石基板、SiC基板、氧化铝基板等脆性材料基板形成刻划线并将该脆性材料基板切断的技术，存在公知的技术。
此外，在脆性材料基板中存在GaN基板这样的基板。该GaN基板就用途而言，用于：高亮度LED用基板；投影仪(projectoe)光源、在蓝光光盘驱动器中使用的蓝色激光二极管(LD)等的发光器件用基板；功率器件、高频器件等的电子器件用基板等。
对于脆性材料基板中的GaN基板，通常通过切割加工、激光加工来切断。切割加工是通常较多使用的切断的方法，且是使轮状的砂轮(刀片)高速旋转来切削基板的加工方法。另外，切割加工由于在切削时产生热量，因此是用水对切削部分进行冷却的湿式切断法。
因此，切割加工的加工速度缓慢，且需要较多冷却水，另外，由于对基板进行切削而将基板切断，因此基板会失去与刀片的宽度相当的量。即，切割加工难以实现效率的大幅度提升，且认为从成品率的观点出发，通过切割加工将GaN基板切断的技术不是最佳的切断技术。
此外，如图5所示，例如，在使用外周整体成为刀尖的圆板状的刻划轮对玻璃基板、蓝宝石基板、SiC基板、氧化铝基板等通常的脆性材料基板进行刻划的情况下，会在刻划线L的下方产生垂直裂缝C，因此容易沿着刻划线L将基板(晶片)切断。
然而，在GaN基板中，即使使用外周整体成为刀尖的圆板状的刻划轮进行刻划，与通常的脆性材料基板相比较，也难以在刻划线的正下方产生垂直裂缝，从而不容易沿着刻划线将GaN基板切断。
即，即使欲沿着由外周整体成为刀尖的圆板状的刻划轮形成的刻划线将GaN基板切断，也有可能不是沿着刻划线而是在其他的位置切断、或者切断面粗糙、或者GaN基板本身缺损。
于是，本发明鉴于上述问题点，其目的在于，提供一种GaN基板的切断方法，该GaN基板的切断方法通过使用在外周形成有槽部的刻划轮对GaN基板进行刻划，从而能够在GaN基板形成切断所需的刻划线，且能够在水平方向上不产生不需要的裂缝的情况下沿着该刻划线将GaN基板切断。
用于解决课题的方案
为了达成上述的目的，在本发明中采取了以下的技术方案。
本发明的GaN基板的切断方法使用在外周形成有槽部的刻划轮将GaN基板切断，所述GaN基板的切断方法的特征在于，具有：刻划工序，在所述刻划工序中，使所述刻划轮的刀尖相对于所述GaN基板的Ga面垂直接触，对所述刻划轮施加载荷并使所述刻划轮滚动，从而形成刻划线；以及断开工序，在所述断开工序中，将形成有所述刻划线的GaN基板切断，在所述刻划工序中，在所述刻划线的凹部的下方不产生垂直裂缝，仅在所述GaN基板的表层从所述刻划线的凹部沿所述刻划线的方向产生微细的裂缝。
优选的是，将所述刻划轮的棱线的两侧的倾斜面的表面粗糙度Ra设为1nm以上且150nm以下。
优选的是，在所述刻划工序中，将刻划时的载荷设为1.2N以上且6.2N以下。
发明效果
根据本发明，通过使用在外周形成有槽部的刻划轮来对GaN基板进行刻划，从而能够在GaN基板形成切断所需的刻划线，且能够在水平方向上不产生不需要的裂缝的情况下沿着该刻划线将GaN基板切断。
附图说明
图1是示出由多个打痕形成的刻划线的例子的图像。
图2是在GaN基板的Ga面侧对沿相对于定向平面(OF)平行的方向形成的刻划线的状况进行拍摄而得到的图像。
图3是在GaN基板的Ga面侧对沿相对于定向平面(OF)垂直的方向形成的刻划线的状况进行拍摄而得到的图像。
图4是对GaN基板的剖面处的刻划线下方的状况进行研究的图。
图5是示出在玻璃等形成的通常的刻划线的状况的图像。
图6是刻划轮的主视图。
图7是将图6的由双点划线包围的部分放大而得到的图，且是刻划轮的刀尖的棱线部分的放大图。
附图标记说明
1刻划轮
2刀尖
3 贯通孔
4 棱线
5 槽部
6 侧部
L 刻划线
C 垂直裂缝。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的GaN基板的切断方法的实施方式进行说明。
需要说明的是，以下说明的实施方式是将本发明具体化的一例，且不以该具体例来限定本发明的结构。
本发明是使用在外周形成有槽部5的刻划轮1将GaN(氮化镓)基板10切断的技术，且具有使用刻划轮1将刻划线L形成于GaN基板的刻划工序以及将形成有刻划线L的GaN基板切断的断开工序。
首先，对刻划工序进行说明。
刻划工序是利用刻划装置(未图示)将成为切断的引导的刻划线L形成于GaN基板的工序。首先，将GaN基板设置于刻划装置。在该刻划装置中具备刻划工具。在刻划工具安装有旋转自如的刻划轮1。刻划轮1的外周成为形成刻划线L的刀尖2。
另外，在本实施方式中，在刻划轮1的外周等间隔地形成有槽部(详细情况在后叙述)。
因此，在使刻划轮1的刀尖2相对于GaN基板垂直接触，并一边以规定的载荷按压一边使刻划轮行进时，刻划轮1在GaN基板上滚动，从而将由多个打痕形成的刻划线L形成于GaN基板的表面。如图1所示，该刻划线L的凹部在行进方向上以一定的间隔连续。
在本实施方式的刻划工序中，从GaN基板的Ga面形成刻划线L，但也可以从N面形成刻划线L。
在此，参照图6、图7，对刻划轮1的结构进行说明。
如图6所示，刻划轮1在主视下是圆板状的构件，且利用外周的刀尖2形成刻划线L。该刻划轮1的直径设为0.5mm以上且5mm以下。另外，在刻划轮1的中心形成有供旋转轴插入的贯通孔3(轴孔)。刻划轮1被支承为绕插入贯通孔3的旋转轴的轴心旋转自如。刻划轮1的外周在侧视下形成为由棱线4与该棱线4两侧的倾斜面构成的V形状。
如图7所示，在刻划轮1的外周以一定间隔形成有多个微小的槽部5。具体而言，槽部5以将刻划轮1的环绕外周的棱线4切断的方式，在整周的范围内以一定间隔形成。该刻划轮1的外周处的棱线4也可以说是断续地形成。
即，以连接于槽部5和与其相邻的槽部5之间的方式形成的凸形状的部分成为形成刻划线L的刀尖2。
需要说明的是，各槽部5的长度(刻划轮1的外周方向的长度)、槽部5的深度(刻划轮1的径内方向的长度)、棱线4的长度、槽部5的长度与棱线4的长度之比(刀尖2的节距)等被设为规定的数值。即，对于刻划轮1的结构，外径、厚度、内径(贯通孔3)、刀尖角度、槽部5的数量(棱线4的分割数量)等被设为规定的数值。
对于在本实施方式中使用的刻划轮1，至少将成为刀尖2的外周由单晶金刚石形成。如果使刻划轮1的材质例如为烧结金刚石，则会在早期产生损伤。根据发现，仅形成一次刻划线L，就会产生无法使用的损伤。
另一方面，如果使刻划轮1的材质为单晶金刚石，则不会在早期产生损伤。因此，优选由单晶金刚石形成刻划轮1。同样地，也可以使刻划轮1的刀尖2的材质为不包含烧结助剂的多结晶金刚石。
另外，发现了刻划轮1的外周(刀尖2)处的表面粗糙度Ra优选为1nm以上且150nm以下。优选的是，至少将棱线4以及棱线4的两侧的倾斜面的表面粗糙度Ra设为1nm以上且150nm以下，该棱线4在刻划时与GaN基板接触且将在刻划轮1形成的槽部5和与该槽部5相邻的槽部5连结。
即，优选的是，刀尖2的表面光滑。
需要说明的是，刻划线L设为以一定的间隔形成的非连续的凹部。也就是说，刻划线L是如图1所示的那样沿行进方向形成有多个凹部的虚线状的线。换言之，刻划线L未成为连续的一条线。
通过如在上面详细说明的那样在刻划轮1的外侧整周形成槽部5，从而棱线4以及槽部5的侧部6(斜边)成为凸形状的刀尖2，并通过使该刀尖2陷入GaN基板的Ga面侧表层，从而利用刀尖2在行进方向上转印多个凹部，并形成切断所需的刻划线L。
也就是说，如果使用在外周具备多个槽部5(凸形状的刀尖2)的刻划轮1从GaN基板的Ga面侧进行刻划，则尽管龟裂没有沿GaN基板的厚度方向进入刻划线的下方，也会形成适合切断的刻划线L。
在本实施方式的刻划工序中，将刻划时的载荷设为1.2N以上且6.2N以下。根据发现，在刻划时的载荷为范围外时，不是沿着刻划线L而是在其他的位置切断、或者不能沿着刻划线L断开(切断)。另外，还存在切断面粗糙、或者GaN基板本身缺损、或者不能将GaN基板切断的问题。
另一方面，如果使刻划时的载荷为范围内，则能够沿着刻划线L断开。另外，切断面也良好，也没有GaN基板本身的缺损。因此，将刻划时的载荷设为上述的范围。
接下来，对断开工序进行说明。
断开工序例如是利用采用了三点弯曲方式的断开装置(未图示)沿着成为切断的引导的刻划线L将GaN基板切断的工序。首先，在断开装置的载置部设置形成有刻划线L的GaN基板。载置部具备沿着刻划线L与其两旁部分接触的左右一对的承接部，以使刻划线L位于这些承接部之间的中心的方式，在使该刻划线L向下的状态下载置GaN基板。在断开装置中，具备在前端设置有刃的断开构件。使断开构件接近未形成刻划线L的面的与刻划线L对应的位置。推压断开构件的刀尖，而对与刻划线L对应的位置进行按压。这样一来，GaN基板被沿着刻划线L切断。
[实验例]
在此，基于本实验例，对GaN基板的在Ga面侧形成的刻划线L的状况进行研究。
在图2中，示出在GaN基板的Ga面侧对沿相对于定向平面平行的方向形成的刻划线L的状况进行放大拍摄而得到的图像。需要说明的是，关于图2，设为刻划载荷＝2.6N。
在图3中，示出在GaN基板的Ga面侧对沿相对于定向平面垂直的方向形成的刻划线L的状况进行放大拍摄而得到图像。需要说明的是，关于图3，设为刻划载荷＝1.3N。
需要说明的是，定向平面(Orientation Flat(OF))是指，将圆板状的GaN基板的外周的一部分切为直线状而得到的切口，该切口表示结晶轴的方向。
对于本实验例的刻划轮1，使用了如下结构，外径：2mm，厚度：0.65mm，内径(贯通孔3)：0.8mm，刀尖角度：120°，槽部5的数量(棱线4的分割数量)：370个，槽部5的深度：3.0μm。该刻划轮1的结构为一例。
如图2所示，在将刻划线L沿相对于定向平面(OF)平行的方向形成于GaN基板的Ga面侧的情况下，能够确认形成了凹部。
如图3所示，在将刻划线L沿相对于定向平面(OF)垂直的方向形成于GaN基板的Ga面侧的情况下，能够确认形成了凹部。
需要说明的是，在图2、图3中，沿着刻划线L的方向而从凹部起沿长度方向产生的线是在刻划时形成的、仅产生于GaN基板的表层的细微且较浅的裂缝。该裂缝被认为在刻划时产生，在本实施方式中认为，不是垂直裂缝而是该表层的细微的裂缝也成为了切断的起点。
在图4中，示出对GaN基板的剖面上的刻划线L的凹部的下方的状况进行研究的情况。
如图4所示，如果使用上述的刻划轮1，则在刻划线L的下方不会产生图5那样的垂直方向的裂缝C(朝向基板的内层的、厚度方向的龟裂)，但能够产生作为切断的起点所需的刻划线L。
以上，根据本发明的GaN基板的切断方法，通过使用在外周形成有槽部5的刻划轮1从GaN基板的Ga面侧进行刻划，能够将沿行进方向具有多个凹部的刻划线L形成于GaN基板的Ga面侧。另一方面，在该刻划线L中，不会产生刻划线正下方的图5那样的垂直方向的裂缝C(朝向基板的内层的、厚度方向的龟裂)。但是，由于能够在断开工序中沿着表层的细微裂缝切断，因此能够在水平方向上不产生不需要的裂缝的情况下沿着刻划线L将GaN基板切断。
另外，如果使用本发明，则不管在GaN基板的Ga面侧，沿相对于定向平面垂直的方向、平行的方向中的哪个方向形成刻划线L，均能够沿着该刻划线L将GaN基板切断。
综上所述，本发明的将GaN基板切断的方法的特征在于，具有：刻划工序，在刻划工序中，使刻划轮的刀尖相对于GaN基板垂直接触，对刻划轮施加载荷并使该刻划轮滚动，从而形成刻划线；以及断开工序，在断开工序中，将形成有刻划线的GaN基板切断。
进一步，在前述的刻划工序中，在刻划线的下方不产生垂直裂缝。此外，在刻划工序中，将刻划时的载荷设为1.2N以上且6.2N以下。
需要说明的是，应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是例示，而并没有进行限制的意思。
特别地，在本次公开的实施方式中未明示的事项、例如工作条件、操作条件、结构物的尺寸、重量等并未脱离本领域技术人员所通常实施的范围，而采用了只要是通常的本领域技术人员就能够容易地想到的事项。
Claims (3)
1.一种GaN基板的切断方法，其使用在外周形成有槽部的刻划轮将GaN基板切断，
所述GaN基板的切断方法的特征在于，具有：
刻划工序，在所述刻划工序中，使所述刻划轮的刀尖相对于所述GaN基板的Ga面垂直接触，对所述刻划轮施加载荷并使所述刻划轮滚动，从而形成刻划线；以及
断开工序，在所述断开工序中，将形成有所述刻划线的GaN基板切断，
在所述刻划工序中，在所述刻划线的凹部的下方不产生垂直裂缝，仅在所述GaN基板的表层从所述刻划线的凹部沿所述刻划线的方向产生微细的裂缝。
2.根据权利要求1所述的GaN基板的切断方法，其特征在于，
将所述刻划轮的棱线的两侧的倾斜面的表面粗糙度Ra设为1nm以上且1 50nm以下。
3.根据权利要求1或2所述的GaN基板的切断方法，其特征在于，
在所述刻划工序中，将刻划时的载荷设为1.2N以上且6.2N以下。
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