TW202139280A - SiC基板的切割方法 - Google Patents
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Abstract
[課題]提供一種SiC基板的切割方法，其雖可抑制切割刀片的破損及崩裂，但亦可抑制切割SiC基板時的切割刀片的消耗。[解決手段]一種SiC基板的切割方法，其係以切割刀片21切割SiC基板200之方法。SiC基板的切割方法係使切割刀片21的切割刀刃212一邊在徑方向進行超音波振動一邊切割保持於卡盤台10的SiC基板200，所述切割刀片21係以已燒結碳化鎢與鈷之結合材固定磨粒而成。
Description
本發明係關於一種SiC基板的切割方法。
SiC基板係作為形成功率半導體的基板而被廣泛使用並進行開發。SiC基板在分割成晶片時，使用由切割刀片所進行之切割（例如，參閱專利文獻1）。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-130315號公報
[發明所欲解決的課題]
然而，SiC基板因是難切割材，故需要以使用較易消耗的結合材而成之切割刀片進行切割，此種切割刀片消耗得非常快，而導致使用量變多。於是，雖欲將切割刀片的刀刃伸出量增長，使其即使消耗亦能耐久使用，但會擔心發生切割時的蛇行。並且，若使用難消耗的堅硬結合材例如電鑄結合材進行切割，則切割速度難以提升，進而因磨粒鈍化而增加切割中的加工負荷，導致發生切割刀片的破損或大崩裂。
本發明係鑑於此問題點而完成之發明，目的在於提供一種SiC基板的切割方法，其雖可抑制切割刀片的破損及崩裂，但亦可抑制切割SiC基板時的切割刀片的消耗。
[解決課題的技術手段]
為了解決上述課題並達成目的，本發明之SiC基板的切割方法係以切割刀片切割SiC基板之SiC基板的切割方法，其特徵在於，使該切割刀片一邊在徑方向進行超音波振動一邊切割保持於卡盤台的SiC基板，所述切割刀片係以已燒結碳化鎢與鈷之結合材固定磨粒而成。
在前述SiC基板的切割方法中，SiC基板可由露出Si之Si面與在該Si面的相反側的面露出C之C面形成正面及背面，將在該研削刀片與SiC基板的接觸點之該切割刀片的旋轉方向作為從該C面側朝向該Si面側的方向而切割SiC基板。
在前述SiC基板的切割方法中，該切割刀片的刀刃伸出量可被設定成刀刃厚度的20倍以上且30倍以下。
[發明功效]
本發明發揮雖可抑制切割刀片的破損及崩裂但亦可抑制切割SiC基板時的切割刀片的消耗之效果。
一邊參閱圖式一邊說明關於用於實施本發明之態樣（實施方式）。並非藉由以下的實施方式所記載之內容來限定本發明。並且，在以下所記載之構成要素中，包含本發明所屬技術領域中具有通常知識者能輕易思及者、實質上相同者。再者，以下所記載之構成能適當地組合。並且，在不脫離本發明的主旨之範圍內可進行構成的各種省略、取代或變更。
［實施方式1］
基於圖式說明本發明的實施方式1之SiC基板的切割方法。圖1為表示實施方式1之SiC基板的切割方法之立體圖。圖2為實施方式1之SiC基板的切割方法的加工對象的SiC基板之立體圖。圖3為實施圖1所示之SiC基板的切割方法之切割裝置的切割單元之剖面圖。圖4為圖3所示之切割單元的切割刀片之立體圖。圖5為表示圖1所示之SiC基板的切割方法之側視圖。
如圖1所示，實施方式1之SiC基板的切割方法係切割裝置1以切割刀片21切割SiC基板200之方法。實施方式1之SiC基板的切割方法的加工對象的SiC基板200係將SiC（碳化矽）作為基板201之圓板狀的半導體晶圓。
如圖2所示，SiC基板200係由露出Si（矽）之Si面202與在Si面202的相反側的面露出C（碳）之C面203形成正面204及背面205。SiC基板200係在Si面202之藉由網格狀分割預定線206所劃分的區域形成有元件207。此外，SiC基板200的C面203並未形成元件207。
在實施方式1中，元件207雖係進行電力控制、電力供給之功率元件，但在本發明中並未受限於功率元件。
在實施方式1中，SiC基板200在外緣切入缺口，形成有互相正交的長邊部208與短邊部209。長邊部208較短邊部209長。此外，若以長邊部208位於前側之情形為基準，則如圖2所示，在Si面202於上方露出的狀態中，短邊部209位於長邊部208的左側，而在C面203於上方露出的狀態中，短邊部209位於長邊部208的右側。
在實施方式1中，SiC基板200係沿著分割預定線206被分割成一個個元件207，而被單體化成進行電力控制及電力供給之所謂的功率半導體。
並且，在實施方式1中，如圖2所示，C面203黏貼在直徑大於SiC基板200之切割台210的中央，並在切割台210的外緣部黏貼內徑大於SiC基板200的外徑之環狀框架221，而將SiC基板200支撐在環狀框架221的內側的開口222內。
實施方式1之SiC基板的切割方法係藉由在圖1表示重要部分之切割裝置1而實施。研削裝置1係加工裝置，其將SiC基板200保持於卡盤台10並以切割刀片21沿著分割預定線206進行切割，而將SiC基板200分割成一個個功率半導體。如圖1所示，切割裝置1具備：卡盤台10，其將SiC基板200吸引保持於保持面11；切割單元20，其以切割刀片21切割保持於卡盤台10之SiC基板200；及未圖式之攝像單元20，其拍攝保持於卡盤台10之SiC基板200。
並且，如圖1所示，切割裝置1具備：移動單元30，其使卡盤台10與切割單元20相對地移動。移動單元30具備：加工進給單元31，其使卡盤台10在與水平方向平行之加工進給方向亦即X軸方向移動；分度進給單元32，其使切割單元20在與水平方向平行且相對於X軸方向呈正交之分度進給方向亦即Y軸方向移動；切入進給單元33，其使切割單元20在平行於與X軸方向及Y軸方向雙方正交的垂直方向之切入進給方向亦即Z軸方向移動；及旋轉移動單元34，其將卡盤台10繞著與Z軸方向平行的軸心旋轉。
卡盤台10為圓盤形狀，保持SiC基板200之保持面11係由多孔陶瓷等所形成。並且，卡盤台10被設置成藉由加工進給單元31而在X軸方向移動自如，且被設置成藉由旋轉移動單元34而繞著與Z軸方向平行的軸心旋轉自如。卡盤台10係與未圖示的真空吸引源連接，並藉由被真空吸引源吸引，而如圖1所示，吸引、保持載置於保持面11之SiC基板200。在實施方式1中，卡盤台10透過切割台210吸引、保持SiC基板200的C面203側。並且，在卡盤台10的周圍設置有多個夾住環狀框架221之未圖示的夾具部。
切割單元20係加工單元，其具有裝卸自如地裝設切割刀片21之主軸23，所述切割刀片21切割保持於卡盤台10之SiC基板200。相對於保持於卡盤台10之SiC基板200，切割單元20被設置成藉由分度進給單元32而在Y軸方向移動自如，且被設置成藉由切入進給單元33而在Z軸方向移動自如。切割單元20可藉由分度進給單元32及切入進給單元33而將切割單片21定位於卡盤台10的保持面11的任意位置。
如圖3所示，切割單元20具備：切割刀片21；主軸外殼22，其被設置成藉由分度進給單元32及切入進給單元33而在Y軸方向及Z軸方向移動自如；主軸23，其被設置成能在主軸外殼22中繞著軸心旋轉，並在前端裝設切割刀片21；主軸馬達24，其使主軸23繞著軸心旋轉；超音波振動賦予單元25，其使裝設於主軸23的前端之切割刀片21振動；及圖1所示之噴嘴26，其對切割刀片21供給切割水。
切割刀片21係具有大致環形狀之極薄的環狀研削磨石。在實施方式1中，如圖3及圖4所示，研削刀片21係所謂的輪轂型刀片，其具備：圓柱狀的基台211；及圓環狀的切割刀刃212，其裝設於基台211並切割SiC基板200。
在實施方式1中，基台211一體地具備：小徑部213，其設置於軸心方向的兩端部且互相外徑同等；及大徑部214，其設置於小徑部213之間且外徑大於小徑部。小徑部213與大徑部214被配置成同軸。在實施方式1中，大徑部214的其中一側面固著有切割刀刃212。
切割刀刃212係以已燒結碳化鎢與鈷之金屬結合材固定金剛石或CBN（Cubic Boron Nitride，立方氮化硼）等磨粒而成並形成預定的厚度。在實施方式1中，切割刀片21之從基台211的大徑部214至切割刀刃212的外緣為止之刀刃伸出量215，被形成為切割刀刃212的厚度亦即刀刃厚度216的20倍以上且30倍以下。
亦即，若將刀刃伸出量215除以刀刃厚度216的值作為縱橫比，則實施方式1之SiC基板的切割方法所使用之切割刀片21的縱橫比為20以上且30以下。
在實施方式1中，螺栓27通過在軸心方向貫通基台211的中央之貫通孔217內，並將螺栓27螺合於主軸23的前端部的螺桿孔231，而將切割刀片21裝設於主軸23的前端。
此外，在本發明中，切割刀片21可為僅以切割刀刃212構成之所謂的墊圈型刀片。此情形，從將切割刀片21固定於主軸23前端的安裝件起至切割刀刃212的外緣為止之刀刃伸出量215，被形成為切割刀刃212的刀刃厚度216的20倍以上且30倍以下。
主軸馬達24設置於主軸23，且具備：轉子241，其與主軸23一體地旋轉；及定子242，其在轉子241的外周側且配設於主軸外殼22，並使轉子241旋轉。主軸馬達24的定子242使轉子241旋轉，而使主軸23繞著軸心旋轉。
超音波振動賦予單元25係使切割刀片21在與Y軸方向正交之徑方向進行超音波振動之單元。此外，本發明所謂的超音波振動，係指以20kHz以上且數GHz以下的頻率且以從數µm至數十µm為止的振幅進行振動。超音波振動賦予單元25具備：超音波振動子251，其設置於主軸23；及旋轉變壓器252，其設置於主軸23的後端部。旋轉變壓器252具備：受電手段253，其配設在主軸23的後端部；及給電手段254，其配設在主軸外殼22的後端部。給電手段254連接超音波電源部28。
超音波振動賦予單元25透過給電手段254與受電手段253將來自超音波電源部28的電力供給至超音波振動子251，使超音波振動子251進行超音波振動，並使裝設於主軸23的前端之切割刀片21在徑方向進行超音波振動。
此外，在超音波電源部28連接電源29，從電源29供給電力。並且，電源29亦連接定子242，並對定子242供給電力。
研削單元20的切割刀片21及主軸23的軸心係與Y軸方向平行。
攝像單元係以與切割單元20一體地移動之方式，被固定於切割單元20。攝像單元具備：攝像元件，其拍攝保持於卡盤台10之切割前的SiC基板200的應分割區域。攝像元件例如為CCD（Charge-coupled Device，電荷耦合元件）攝像元件或CMOS（Complementary MOS，互補式金屬氧化物半導體）攝像元件。攝像單元拍攝保持於卡盤台10之SiC基板200，獲得用於執行進行SiC基板200與切割刀片21的對位之對準等的影像，並將所獲得的影像輸出至控制單元。
控制單元分別控制切割裝置1的上述各單元，並使研削裝置1實施對於SiC基板200的加工動作。此外，控制單元係有以下裝置之電腦：運算處理裝置，其具有如CPU（Central processing unit，中央處理單元）般的微處理器；記憶裝置，其具有如ROM（read only memory，唯讀記憶體）或RAM（random access memory，隨機存取記憶體）般的記憶體；及輸入輸出界面裝置。控制單元的運算處理裝置中，運算處理裝置依據記憶於記憶裝置之電腦程式實施運算處理，透過輸入輸出界面裝置將用於控制切割裝置1的控制訊號輸出至切割裝置1的上述構成要素。
並且，控制單元連接：藉由顯示加工動作的狀態或影像等之液晶顯示裝置等所構成的顯示單元；及操作員登錄加工內容資訊等時所使用的輸入單元。輸入單元係藉由設置於顯示單元之觸碰螢幕、與鍵盤等外部輸入裝置中至少一者所構成。
若控制單元接收藉由操作員所登錄的加工內容資訊，且控制單元接收來自操作員的加工動作的開始指示，則前述構成的切割裝置1開始加工動作亦即實施方式1之SiC基板的切割方法。在SiC基板的切割方法中，切割裝置1透過切割膠膜210將SiC基板200吸引保持於卡盤台10的保持面11，且以夾具部夾住環狀框架221。
在SiC基板的切割方法中，切割裝置1將主軸23繞著軸心旋轉，藉由移動單元30將卡盤台10移動至攝像單元的下方，藉由攝像單元拍攝吸引保持於卡盤台10之SiC基板200，並執行對位。
在SiC基板的切割方法中，切割裝置1係由噴嘴26供給切割水，一邊使切割刀片21在徑方向進行超音波振動，一邊基於加工內容資訊，藉由移動單元30使切割刀片21與SiC基板200沿著分割預定線206相對地移動，並如圖1所示，將切割刀片21切入保持於卡盤台10之SiC基板200的分割預定線206進行切割直至到達切割膠膜210為止。
此外，在實施方式1之SiC基板的切割方法中，如圖5所示，將在切割刀片21的切割刀刃212與SiC基板200的接觸點之切割刀片21的旋轉方向218作為從C面203側朝向Si面202側的方向，切割SiC基板200。如圖5所示，在C面203側透過切割膠膜210保持於卡盤台10之情形，相對於加工進給單元31的卡盤台10的移動方向亦即加工進給方向311，在切割刀片21的切割刀刃212與SiC基板200的接觸點之切割刀片21的旋轉方向218為反方向。
並且，在Si面202側透過切割膠膜210保持於卡盤台10之情形，在切割刀片21與SiC基板200的接觸點之切割刀片21的旋轉方向與加工進給方向311為同方向。切割裝置1若切割SiC基板200的全部的分割預定線206，則結束加工動作亦即SiC基板的切割方法。
以上所說明的實施方式1之SiC基板的切割方法，因係使以已燒結碳化鎢與鈷之結合材固定磨粒而成之難以消耗的堅硬切割刀片21的切割刀刃212一邊在徑方向進行超音波振動一邊切入SiC基板200，故雖可抑制切割刀片21的破損及崩裂，但亦可穩定地切割SiC基板200，且具有可抑制在切割SiC基板200時的切割刀片21的切割刀刃212的消耗之效果。
接著，本發明的發明人等確認到實施方式1之SiC基板的切割方法的效果。將結果表示於以下的表1、表2、表3及表4。
[表1]
| 實施例1 | 實施例2 | |
| 結合材種類 | 碳化鎢+鈷 | 碳化鎢+鈷 |
| 刀刃伸出量（mm） （縱橫比） | 1.0 （縱橫比20） | 1.5 （縱橫比30） |
| 崩裂的平均尺寸 （µm） | 17 | 17 |
| 消耗量 （µm/m） | 0.5 | 0.5 |
| 主軸負荷電流值 | 穩定 | 穩定 |
| 超音波振幅量 （µm） | 5 | 5 |
[表2]
| 比較例1 | 比較例2 | 比較例3 | |
| 結合材種類 | 鎳 （電鑄） | 鎳 （電鑄） | 鎳 （電鑄） |
| 刀刃伸出量（mm） （縱橫比） | 1.0 （縱橫比20） | 1.2 （縱橫比24） | 1.5 （縱橫比30） |
| 崩裂的平均尺寸 （µm） | 16 | 發生刀片破損不能測量 | 發生刀片破損不能測量 |
| 消耗量 （µm/m） | 4.3 | 同上 | 同上 |
| 主軸負荷電流值 | 穩定 | 上升傾向 | 上升傾向 |
| 超音波振幅量 （µm） | 5 | 5 | 5 |
[表3]
| 比較例4 | 比較例5 | |
| 結合材種類 | 碳化鎢+鈷 | 鎳 （電鑄） |
| 刀刃伸出量（mm） （縱橫比） | 1.0 （縱橫比20） | 1.0 （縱橫比20） |
| 崩裂的平均尺寸 （µm） | 發生刀片破損不能測量 | 發生刀片破損不能測量 |
| 消耗量 （µm/m） | 同上 | 同上 |
| 主軸負荷電流值 | 上升傾向 | 上升傾向 |
| 超音波振幅量 （µm） | 0 | 0 |
[表4]
| 比較例6 | 比較例7 | 比較例8 | |
| 結合材種類 | 金屬 | 樹脂 | 陶瓷 |
| 刀刃伸出量（mm） （縱橫比） | 1.0 （縱橫比20） | 1.0 （縱橫比20） | 1.0 （縱橫比20） |
| 崩裂的平均尺寸 （µm） | 發生刀片破損不能測量 | 發生刀片破損不能測量 | 發生刀片破損不能測量 |
| 消耗量 （µm/m） | 同上 | 同上 | 同上 |
| 主軸負荷電流值 | 上升傾向 | 上升傾向 | 上升傾向 |
| 超音波振幅量 （µm） | 5 | 5 | 5 |
表1、表2、表3及表4係在實施例1、實施例2、比較例1、比較例2、比較例3、比較例4、比較例5、比較例6、比較例7及比較例8中，表示以具有包含＃1700的磨粒且外徑為76.2mm且刀刃厚度216為0.05mm的切割刃212之切割刀片21，以加工進給方向311的卡盤台10的速度亦即加工進給速度20mm/sec切割厚度100µm的SiC基板200時之崩裂的平均尺寸、切割刀刃212的消耗量（µm/m）、及主軸負荷電流值的測量結果。此外，主軸負荷電流值係流至主軸馬達24的定子242之電流值，其因由切割時的切割刀刃212的蛇行或磨粒鈍化所導致之加工負荷上升等，若切割抵抗增加，則隨著時間經過而呈上升傾向。
並且，表1、表2及表4的實施例1、實施例2、比較例1、比較例2、比較例3、比較例6、比較例7、及比較例8，係以頻率50kHz且振幅5µm使切割刀片21的切割刀刃212在徑方向進行超音波振動。表2的比較例4及比較例5並未使切割刀片21的切割刀刃212在徑方向進行超音波振動。
實施例1係利用以已燒結碳化鎢與鈷之結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.0µm（亦即縱橫比20）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。實施例2係利用以已燒結碳化鎢與鈷之結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.5µm（亦即縱橫比30）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。
比較例1係利用以包含鎳的電鑄結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.0µm（亦即縱橫比20）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。比較例2係利用以包含鎳的電鑄結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.2µm（亦即縱橫比24）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。比較例3係利用以包含鎳的電鑄結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.5µm（亦即縱橫比30）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。
比較例4係利用以已燒結碳化鎢與鈷的結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.0µm（亦即縱橫比20）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。比較例5係利用以包含鎳的電鑄結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.0µm（亦即縱橫比20）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。
比較例6係利用以包含銅或錫的金屬結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.0µm（亦即縱橫比20）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。比較例7係利用以樹脂結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.0µm（亦即縱橫比20）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。比較例8係利用以陶瓷結合材固定磨粒而成且刀片伸出量為1.0µm（亦即縱橫比20）的切割刀片21的切割刀刃212切割前述SiC基板200。
根據表2，比較例1的主軸負荷電流值穩定，崩裂的平均尺寸為16µm，可抑制崩裂，但切割刀刃212的消耗量大至4.3µm。並且，根據表2、表3、表4，比較例2、比較例3、比較例6、比較例7、及比較例8，主軸負荷電流值呈上升傾向，切割刀片21會破損，無法測量崩裂的平均尺寸及切割刀刃212的消耗量。
相對於如此的比較例1、比較例2、比較例3、比較例4、比較例5、比較例6、比較例7及比較例8，根據表1，實施例1及實施例2的主軸負荷電流值穩定，崩裂的平均尺寸為17µm，可抑制崩裂，切割刀刃212的消耗量抑制在0.5µm。因此，根據表1、表2、表3及表4可知，藉由使以已燒結碳化鎢與鈷的結合材固定磨粒而成之切割刀片21的切割刀刃212一邊在徑方向進行超音波振動一邊切割保持於卡盤台10的SiC基板200，而雖可抑制切割刀片21的破損及崩裂，但亦可抑制切割SiC基板200時的切割刀片21的消耗。
並且，根據表1可知，因實施例1及實施例2的主軸負荷電流值穩定，崩裂的平均尺寸為17µm，可抑制崩裂，且將切割刀刃212的消耗量抑制在0.5µm，故藉由將切割刀片21的切割刀刃212的刀刃伸出量215設定成刀刃厚度216的20倍以上且30倍以下，而雖可抑制切割刀片21的破損及崩裂，但亦可抑制切割SiC基板200時的切割刀片21的消耗。
此外，本發明並未限定於上述實施方式。亦即，在不脫離本發明目的之範圍內可進行各種變更並實施。
10:卡盤台
21:切割刀片
200:SiC基板
202:Si面
203:C面
204:正面
205:背面
215:刀刃伸出量
216:刀刃厚度
218:旋轉方向
圖1為表示實施方式1之SiC基板的切割方法之立體圖。
圖2為實施方式1之SiC基板的切割方法的加工對象的SiC基板之立體圖。
圖3為實施圖1所示之SiC基板的切割方法之切割裝置的切割單元之剖面圖。
圖4為圖3所示之切割單元的切割刀片之立體圖。
圖5為表示圖1所示之SiC基板的切割方法之側視圖。
1:切割裝置
10:卡盤台
11:保持面
20:切割單元
21:切割刀片
22:主軸外殼
23:主軸
26:噴嘴
27:螺栓
30:移動單元
31:加工進給單元
32:分度進給單元
33:切入進給單元
34:旋轉移動單元
200:SiC基板
201:基板
202:Si面
203:C面
204:正面
205:背面
206:分割預定線
207:元件
208:長邊部
209:短邊部
210:切割台
211:基台
212:切割刀刃
218:旋轉方向
221:環狀框架
222:開口
311:加工進給方向
Claims (3)
- 一種SiC基板的切割方法，其以切割刀片切割SiC基板，且使該切割刀片一邊在徑方向進行超音波振動一邊切割保持於卡盤台的SiC基板，該切割刀片係以已燒結碳化鎢與鈷之結合材固定磨粒而成。
- 如請求項1之SiC基板的切割方法，其中，SiC基板係由露出Si之Si面與在該Si面的相反側的面露出C之C面形成正面及背面，將在該研削刀片與SiC基板的接觸點之該切割刀片的旋轉方向作為從該C面側朝向該Si面側的方向而切割SiC基板。
- 如請求項1或2之SiC基板的切割方法，其中，該切割刀片的刀刃伸出量被設定成刀刃厚度的20倍以上且30倍以下。
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