TWI630971B - Wafer processing method - Google Patents

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Abstract

本發明的課題為提供一種可以在將單結晶晶棒切片後所形成的晶圓上，以不產生翹曲的方式進行加工之晶圓的加工方法。解決手段是將單結晶晶棒切片所形成的晶圓的加工方法，其實施將殘存在晶圓的外周之結晶應變予以去除的結晶應變去除步驟。在結晶應變去除步驟中，是從晶圓的其中一方之面側在離外周緣預定量內側的位置上，沿著外周緣照射對晶圓具有穿透性之波長的雷射光線，並從晶圓的其中一方之面延伸到另一方之面，讓細孔與屏護該細孔的非晶質成長而形成環狀的屏護通孔。然後，藉由沿著屏護通孔賦予外力，以在屏護通孔的區域上將晶圓破斷而將殘留有結晶應變的外周部去除。

Description

晶圓的加工方法 發明領域
本發明是有關於形成LED等光器件之成為積層發光層之基板的碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等之晶圓的加工方法。
發明背景
形成LED等光器件之積層有發光層之碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等晶圓是以線鋸等將碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等單結晶晶棒(ingot)切片成預定的厚度而形成(參照例如，專利文獻1)。
將單結晶晶棒切片後所形成的晶圓之正面、背面會受到磨削而被加工成鏡面。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2010-207988號公報
發明概要
但是，當磨削晶圓的正面或背面後，會在晶圓上 形成翹曲而導致有時會形成破損且有生產性不佳之問題。
又，當在晶圓上形成翹曲時，在無法將發光層均勻地積層的情形下，會有導致LED等光器件的品質參差不齊之問題。
像這樣因為磨削晶圓的正面或背面而產生翹曲的情形，被認為是在生成晶棒時於外周部殘存有結晶應變之故。
本發明是有鑒於上述事實而作成的發明，其主要技術課題為提供一種可以在將單結晶晶棒切片所形成的晶圓上，以不產生翹曲的方式進行加工之晶圓的加工方法。
為了解決上述主要的技術課題，依據本發明所提供的晶圓的加工方法，是將單結晶晶棒切片所形成的晶圓的加工方法，其特徵在於：實施將殘存於晶圓外周的結晶應變去除的結晶應變去除步驟。
在上述的結晶應變去除步驟中，是從晶圓的其中一方之面側在離外周緣預定量內側的位置上，沿著外周緣照射對晶圓具有穿透性之波長的雷射光線，並從晶圓的其中一方之面延伸至另一方之面，讓細孔與屏護該細孔的非晶質成長而形成環狀的屏護通孔，並藉由沿著該屏護通孔賦予外力以在該屏護通孔的區域上將晶圓破斷，並將殘留有結晶應變的外周部去除。
又，在上述的結晶應變去除步驟中，是從晶圓的其中一方之面側在離外周緣預定量內側的位置上，沿著外周緣照射對晶圓具有吸收性之波長的雷射光線，且沿著外周緣 施行燒蝕加工而形成雷射加工溝，藉此將殘留有結晶應變的晶圓的外周部去除。
此外，較理想的是，實施在晶圓的其中一方之面的雷射光線照射區域的內側形成表示結晶方位之標記的標記形成步驟。
依據本發明的單結晶晶棒切片所形成的晶圓的加工方法，因為實施將殘存於晶圓的外周的結晶應變予以去除之結晶應變去除步驟，所以即使磨削晶圓的其中一方之面或另一方之面，也不會發生結晶應變殘留所引起的翹曲情形。因此，在後續步驟中，將發光層積層在晶圓被磨削的一方之面上時，因為沒有翹曲，所以能夠形成均一的厚度的發光層。
2‧‧‧晶圓
2a‧‧‧晶圓的其中一方之面
2b‧‧‧晶圓的另一方之面
21‧‧‧凹口
22‧‧‧屏護通孔
221‧‧‧細孔
222‧‧‧非晶質
23‧‧‧表示結晶方位之標記
24‧‧‧外周部
25‧‧‧雷射加工溝
3‧‧‧雷射加工裝置
30‧‧‧雷射加工裝置
31‧‧‧雷射加工裝置的工作夾台
32‧‧‧雷射光線照射手段
321‧‧‧套殼
322‧‧‧聚光器
322a‧‧‧聚光透鏡
4‧‧‧磨削裝置
41‧‧‧磨削裝置的工作夾台
42‧‧‧磨削手段
421‧‧‧主軸殼體
422‧‧‧旋轉主軸
423‧‧‧安裝座
424‧‧‧磨削輪
425‧‧‧基台
426‧‧‧磨削磨石
427‧‧‧締結螺栓
31a、41a、424a、424b‧‧‧箭頭
LB‧‧‧脈衝雷射光線
P‧‧‧脈衝雷射光線的聚光點
圖1是將單結晶晶棒切片所形成的晶圓之立體圖。
圖2是用以實施結晶應變去除步驟的第1實施形態之雷射加工裝置的主要部位立體圖。
圖3(a)~(c)是結晶應變去除步驟的第1實施形態之說明圖。
圖4是在已實施結晶應變去除步驟的第1實施形態之晶圓上形成表示結晶方位之標記的標記形成步驟之說明圖。
圖5是結晶應變去除步驟中的外周部去除步驟之說明圖。
圖6是用以實施結晶應變去除步驟的第2實施形態之雷射加工裝置的主要部位立體圖。
圖7(a)、(b)是結晶應變去除步驟的第2實施形態之說明圖。
圖8(a)、(b)是磨削步驟之說明圖。
用以實施發明之形態
以下，參照附加的圖式更加詳細地說明本發明的晶圓的加工方法。
圖1中所示為以本發明的晶圓的加工方法所加工的晶圓之立體圖。圖1所示的晶圓2是以線鋸等將碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等單結晶晶棒切片成預定的厚度(例如700~800μm)而形成的，並於外周設有表示結晶方位的凹口21。在像這樣將單結晶晶棒切片所形成的晶圓2的外周上會殘留著結晶應變。
本發明的晶圓的加工方法是實施將殘存在晶圓2的外周之結晶應變予以去除的結晶應變去除步驟。此結晶應變去除步驟的第1實施形態是使用圖2所示的雷射加工裝置3來實施。圖2所示的雷射加工裝置3具備有保持被加工物的工作夾台31、將雷射光線照射在被保持在該工作夾台31上的被加工物上之雷射光線照射手段32。工作夾台31是構成為可吸引保持被加工物，並形成為在圖2中以圖未示的旋轉機構使其在箭頭31a所示的方向上旋轉。
上述雷射光線照射手段32包含有實質上配置成 水平的圓筒形狀之套殼321。套殼321內配設有具備了圖未示的脈衝雷射光線振盪器與重複頻率設定手段之脈衝雷射光線振盪手段。上述套殼321的前端部裝設有聚光器322，該聚光器322具備有用以將從脈衝雷射光線振盪手段振盪發射出的脈衝雷射光線聚光之聚光透鏡322a(參照圖3)。此聚光器322的聚光透鏡322a，是將數值孔徑(NA)設定如下。亦即，是將聚光透鏡322a之數值孔徑(NA)設定成使數值孔徑(NA)除以單結晶基板的折射率(N)後之值在0.05~0.2的範圍內(數值孔徑設定步驟)。再者，雷射光線照射手段32具備有用於調整以聚光器322的聚光透鏡322a所聚光之脈衝雷射光線的聚光點位置之聚光點位置調整手段(圖未示)。
關於使用上述雷射加工裝置3實施的結晶應變去除步驟之第1實施形態，參照圖3來說明。
結晶應變去除步驟的第1實施形態為，首先如圖3(a)所示，將晶圓2的其中一方之面2a朝上以將另一方之面2b載置在雷射加工裝置3的工作夾台31上，而將晶圓2吸引保持在該工作夾台31上。將吸引保持有晶圓2的工作夾台31以圖未示的移動機構移動到聚光器322所在的加工區域，並如圖3所示，定位成使離晶圓2的外周緣預定量內側的位置在聚光器322的正下方。並且，作動圖未示的聚光點調整手段而在光軸方向上移動聚光器322以將由聚光器322的聚光透鏡322a所聚光之脈衝雷射光線LB的聚光點P定位在晶圓2的厚度方向之期望位置上(定位步驟)。再者，在本實施形態中， 是將脈衝雷射光線的聚光點P從晶圓2中的受到脈衝雷射光線所照射的上表面(其中一方之面2a側)起設定到所期望的位置處(例如從其中一方之面2a起5~10μm的另一方之面2b側的位置)。
其次，在從聚光器322照射出對晶圓2具有穿透性之波長的脈衝雷射光線LB時，使工作夾台31在圖3(a)中朝箭頭31a所示之方向旋轉(屏護通孔形成步驟)。並且，當工作夾台31轉1圈後，即如圖3(b)所示，停止脈衝雷射光線的照射，並且也停止工作夾台31的旋轉。
藉由實施上述之屏護通孔形成步驟，以如圖3(b)及圖3(c)所示，在晶圓2的內部，從脈衝雷射光線LB的聚光點P附近(作為上表面之其中一方之面2a朝向作為下表面之另一方之面2b使細孔221與形成於該細孔221周圍的非晶質222成長，並沿著晶圓2的外周緣將非晶質之屏護通孔22形成為環狀。此屏護通孔22是形成為使互相鄰接的非晶質222彼此連接。再者，在上述之屏護通孔形成步驟中所形成的非晶質之屏護通孔22，因為能夠從作為晶圓2之上表面的其中一方之面2a延伸到作為下表面的另一方之面2b而形成，因此即使晶圓的厚度比較厚，也只需照射1次脈衝雷射光線即可，所以可使生產性變得非常良好。
再者，屏護通孔形成步驟中的加工條件可設定成如下所示。
雷射光線的波長：1030nm
重複頻率：50kHz
脈衝寬度：10ps
平均輸出：6W
點徑：φ3.3~13μm
(可用點徑d=(2λ)/(π‧NA)的公式求出。若設成波長λ=1030nm來進行計算時，則NA為0.2時的d=3.3μm、NA為0.05時的d=約13μm)
圓周速度：200mm/秒
再者，較理想的是實施標記形成步驟，該標記形成步驟是在如上所述地已實施屏護通孔形成步驟的晶圓2之上表面(其中一方之面2a)上，如圖4所示，將聚光器322定位在雷射光線照射區域的內側中的與凹口21對應的位置之正上方來照射脈衝雷射光線，藉此形成表示結晶方位的標記23。此標記形成步驟也可在實施上述屏護通孔形成步驟之前實施。再者，標記形成步驟不限於雷射光線，也可利用其他打印手段形成表示結晶方位的標記23。
藉由實施上述之屏護通孔形成步驟而在晶圓2的外周部形成為環狀的屏護通孔22會使其強度降低，因此可藉由沿著形成此環狀的屏護通孔22賦予外力，以如圖5所示，在屏護通孔22的區域上進行破斷、將殘留有結晶應變的外周部24去除(外周部去除步驟)。再者，藉由實施外周部去除步驟，雖然會將形成在晶圓2的外周之表示結晶方位的凹口21與外周部24一起去除，但是由於在上述標記形成步驟中， 在屏護通孔22的內側於與凹口21對應的位置上形成有表示結晶方位的標記23，因此即使在外周部24被去除之後，仍能確認結晶方位。
其次，關於將殘存於晶圓2的外周之晶圓應變去除的晶圓應變去除步驟之第2實施形態，參照圖6與圖7來說明。再者，由於實施第2實施形態的雷射加工裝置30與上述圖2所示的雷射加工裝置3實質上都是同樣的構成，因此對於相同的構件會附加相同的符號而省略其說明。
第2實施形態是從晶圓2的其中一方之面側，在離外周緣預定量內側的位置上，沿著外周緣照射對晶圓2具有吸收性之波長的雷射光線，沿著外周緣施行燒蝕加工以形成雷射加工溝，藉此將殘留有結晶應變的外周部去除。亦即，如圖6及圖7(a)所示，是將離保持在工作夾台31的晶圓2的外周緣預定量內側的位置定位成在聚光器322的正下方。並且，在從聚光器322照射出對晶圓2具有吸收性之波長的脈衝雷射光線時，使工作夾台31在圖7(a)中朝箭頭31a所示的方向旋轉1圈。此時，是將從聚光器322照射出來的脈衝雷射光線的聚光點P對準半導體晶圓2的作為上表面的其中一方之面2a附近。其結果為，如圖7(b)所示，在晶圓2上於離外周緣預定量內側的位置上，可形成從作為上表面之其中一方之面2a到達作為下表面之另一方之面2b的環狀的雷射加工溝25，並可將環狀雷射加工溝25外側的殘留有結晶應變之外周部24去除(雷射加工溝形成步驟)。
上述雷射加工溝形成步驟中的加工條件是設定 成例如下列所示。
雷射光線的波長：355nm
重複頻率：10kHz
脈衝寬度：50ns
平均輸出：7W
點徑：φ5~15μm
圓周速度：500mm/秒
再者，如上所述，較理想的是，在雷射加工溝形成步驟實施之後或實施之前實施標記形成步驟，該標記形成步驟是在晶圓2之上表面(其中一方之面2a)上，將聚光器322定位在雷射光線照射區域的內側中的與凹口21對應的位置之正上方來照射脈衝雷射光線，藉此形成表示結晶方位的標記23(參照圖6)。
於實施了由上述屏護通孔形成步驟與雷射加工溝形成步驟所形成的結晶應變去除步驟之後，即可實施磨削步驟，該磨削步驟是磨削已去除外周部的晶圓的其中一方之面以形成預定的完成品厚度。此磨削步驟是使用圖8(a)所示的磨削裝置4而實施。圖8(a)所示的磨削裝置4具有保持被加工物的工作夾台41，及用以磨削被該工作夾台41所保持之被加工物的磨削手段42。工作夾台41是構成為可將被加工物吸引保持在作為保持面之上表面，並可藉由圖未示的旋轉驅動機構使其在圖8(a)中朝箭頭41a所示的方向旋轉。磨削手段42具備有主軸殼體421、被該主軸殼體421支撐成可旋轉自如且藉由圖未示的旋轉驅動機構使其旋轉的旋轉 主軸422、裝設在該旋轉主軸422的下端之安裝座423，及安裝在該安裝座423的下表面之磨削輪424。此磨削輪424是由圓環狀的基台425，以及在該基台425的下表面裝設成環狀的磨削磨石426所形成，並藉由締結螺栓427將基台425安裝在安裝座423的下表面。
在使用上述磨削裝置4實施上述磨削步驟時，是如圖8(a)所示，將上述晶圓2的另一方之面2b側載置在工作夾台41的上表面(保持面)。而且，藉由作動圖未示的吸引手段，將晶圓2吸附保持在工作夾台41上(晶圓保持步驟)。像這樣將晶圓2吸附保持在工作夾台41上之後，就可以在將工作夾台41於圖8(a)中朝箭頭41a所示的方向以例如300rpm旋轉時，使磨削手段42的磨削輪424在圖8(a)中朝箭頭424a所示的方向以例如6000rpm旋轉，以如圖8(b)所示，讓構成磨削輪424的磨削磨石426接觸作為被加工面之晶圓2的上表面的其中一方之面2a，並將磨削輪424在圖8(a)及圖8(b)中如箭頭424b所示地以例如1μm/秒的磨削進給速度朝向下方(對工作夾台41的保持面為垂直的方向)磨削進給預定量。其結果，可使晶圓2之作為上表面的其中一方之面2a被磨削而將晶圓2形成為預定的厚度(例如300μm)。即使像這樣將晶圓2磨削而形成預定的厚度，如上所述，由於晶圓2中的殘留有結晶應變之外周部已被去除，因此不會有產生翹曲的情形。因此，在後續步驟中，在晶圓2的受到磨削的其中一方之面上積層發光層時，因為沒有翹曲，所以能夠形成均一的厚度的發光層。

Claims (2)

  1. 一種晶圓的加工方法，是將單結晶晶棒切片所形成的晶圓的加工方法，是實施結晶應變去除步驟，該結晶應變去除步驟是從晶圓的其中一方之面側在離外周緣預定量內側的位置上，沿著外周緣照射對晶圓具有穿透性之波長的雷射光線，並從晶圓的其中一方之面延伸到另一方之面，讓細孔與屏護該細孔的非晶質成長而形成環狀的屏護通孔(shield tunnel)，並藉由沿著該屏護通孔賦予外力，以在該屏護通孔的區域上將晶圓破斷，將殘留有結晶應變的外周部去除，藉此將殘存在晶圓的外周之結晶應變去除。
  2. 如請求項1之晶圓的加工方法，還實施在晶圓的其中一方之面的雷射光線照射區域的內側形成表示結晶方位之標記的標記形成步驟。
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